Юлия Юрьевна Дюличева – к.ф.-м.н., доцент, доцент кафедры прикладной математики. SPIN
Симферополь
Yulia Yu. Dyulicheva – Cand. Sci. (Computer Science)., Associate Professor, Associate Professor, Department of Applied Mathematics
Simferopol
Целью работы является исследование современных подходов к применению дополненной реальности в процессе обучения математике и физике, а также разработка мобильного приложения с графическими подсказками в дополненной реальности для решения типовых задач динамики.
Материалы и методы. Проведенное исследование включало обзор современных работ в области применения дополненной реальности для изучения математики и физики, мобильных приложений под iOS для изучения математики: GeoGebraAR для изучения поверхностей второго порядка; игра MultiplicationAR для изучения в занимательной форме таблицы умножения; приложение VectorAR для изучения векторов, векторного и скалярного произведений, прямоугольной и косоугольной систем координат и приложений для изучения физики: Physics-Lab для проведения опытов в дополненной реальности при изучении соединений электрической цепи, астрофизики и электромагнетизма; Galileo для изучения теоретического материала по физике c демонстрацией в дополненной реальности гравитационной рогатки, парадоксов в механике и т. п.; приложение Arious для знакомства обучающихся с великими физиками и сделанными ими открытиями в дополненной реальности. В работе проанализированы инструменты, которые могут применять учителя при создании контента дополненной реальности такие, например, как HPReveal, web-приложение Augment и отмечена высокая личная заинтересованность учителей во внедрении технологии дополненной реальности в учебный процесс.
Результаты. В ходе работы были исследованы трудности, с которыми сталкиваются обучающиеся при изучении математики и физики; изучены возможности технологии дополненной реальности для преодоления этих трудностей; разработано мобильное приложение с возможностью получения графических подсказок при решении задач динамики, которое позволило обучающимся, испытывающим трудности с пониманием сил и их проекций, получить устойчивый навык решения типовых задач динамики. При разработке мобильного приложения были написаны методы на основе создания объектов из базовых классов SCNNode, SCNBox, SCNPlane, SCNText, SCNGeometry, SCNGeometryElement, SCNShape, SCNMaterial библиотеки ARKit. Для проведения эксперимента была создана пилотная группа из 14 обучающихся, 9 из которых испытывали трудности при решении задач динамики. Результаты эксперимента продемонстрировали положительное отношение обучающихся к применению технологии дополненной реальности и 7 обучающихся из 9, испытывающих трудности, получили навык решения типовых задач динамики.
Заключение. По результатам проведенного исследования можно сделать вывод об эффективности применения приложений дополненной реальности при изучении абстрактных концепций в математики и физике. Разработанное мобильное приложение с графическими подсказками в режиме дополненной реальности позволило улучшить показатели успеваемости обучающихся в пилотной группе. Важную роль при внедрении AR-технологии в учебный процесс играет учитель, который помогает поддерживать заинтересованность обучающегося на протяжении всего занятия. К недостаткам приложений дополненной реальности можно отнести их узкую направленность на изучение определенного процесса, явления или понятия.
Полученные результаты могут быть применены в учебном процессе для проведения занятий по математике и физике с целью увеличения мотивации и заинтересованности обучающихся.
The purpose of the work is the investigation of the modern approaches to augmented reality usage in mathematics and physics learning and the development of mobile application with graphical tips in the augmented reality mode for solving the dynamics typical problems.
Materials and methods. The review of the modern articles on the augmented reality usage for mathematics and physics learning is provided; the iOS applications usage in mathematics learning such as GeoGebraAR for second order surfaces learning; the game MultiplicationAR for the multiplication table studying in an fascinating way; VectorAR application for vectors, cross and dot products, Cartesian and skew coordinate systems learning and iOS apps for physics learning such as Physics-Lab for conducting of the experiments with electrical circuits connections in the augmented reality, astrophysics and electromagnetism learning; Galileo application for accompanying of the theoretical material in physics with experiments to demonstrate paradoxes in mechanics, gravitational slingshot etc.; Arious application for students’ acquaintance with famous physicists and their discoveries in the augmented reality are considered. The analysis of tools for lecturers that can be used for the augmented reality content creation, such as HP Reveal and web-application Augment is performed. It should be noted the high personal interests of lecturers for the augmented reality technology implementation.
Results. In the course of the work, the difficulties encountered by students in the study of mathematics and physics and possibilities of the augmented reality usage to overcome these difficulties are studied. A mobile application with the ability to receive graphical tips for solving dynamics problems that aimed at students with difficulties of forces and their projections understanding is developed. The methods for the mobile application are developed based on the basic classes of ARKit framework such as SCNNode, SCNBox, SCNPlane, SCNText, SCNGeometry, SCNGeometryElement, SCNShape, SCNMaterial etc. To conduct the experiments a pilot group of 14 random students is created, 9 of which experienced difficulties in solving some types of dynamic problems. The results of the experiment show a positive attitude of students to use of the augmented reality. 7 of 9 students who had difficulties got the skills to solve typical dynamic problems.
Conclusion. Based on results of the research, we can conclude about the effectiveness of the augmented reality usage for studying of the abstract concepts in mathematics and physics. The developed mobile application with graphical tips in the augmented reality mode has improved the students’ performance in the pilot group. The lecturers play an important role in the implementation of AR-technology in the educational process. They help to maintain the student’s interest to AR-technology throughout the lesson. The disadvantages of the augmented reality applications include their narrow focus on studying of specific process, phenomenon or concept. The results of research can be applied in the educational process for mathematics and physics learning in order to increase the motivation and interest of students.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.