Применение виртуальных машин в школе

Обновлено: 16.05.2024

Причин распространения технологий виртуальной реальности на сферу образования можно выделить несколько:

Снижение цены на техническое оснащение. За последние несколько лет цены на современные VR-устройства, предназначенные для домашнего и профессионального использования, успели существенно снизиться, сделав их более доступными.
Стремительный рост количества программного обеспечения под VR. На сегодняшний день существует уже несколько тысяч самых разнообразных приложений под VR и их количество увеличивается каждый день.
Рост объема инвестиций в VR – более 2,5 млрд долларов в год. Эта цифра постоянно растет с 2012 года и, судя по всему, не планирует существенно останавливать свой рост в ближайшее время.
Увеличение числа крупных компаний, работающих в сфере VR. На европейском рынке их уже более 300, а такие гиганты, как Oculus, HTC, Sony, Microsoft, Samsung и многие другие уже давно внедряют свои технологии в этой области.
Внедрение VR-технологий в ряде сфер: нефтегазовая промышленность, машиностроение, энергетика, металлургия, телекоммуникации, реклама и многое другое. Виртуальная реальность уже давно перестала быть только игровой историей и активно внедряется во все сферы деятельности человека.

Предлагаем вам более детально рассмотреть, как VR используется в образовательной сфере уже сегодня и почему за этой технологией будущее, а также каковы ее перспективы.

Современные реалии VR в образовании

Группа аналитиков компании ABI Research заявляет, что уже к 2022 году мировой VR-рынок вырастет до 5-6 миллиардов долларов США. И это, по мнению экспертов, только начало.

Нам уже известны успешные примеры использования VR в обучении. Например:

Определенно, лидерами по внедрению виртуальной реальности в образовании остаются США и Европейские государства. Но и Россия в этом плане стремится идти в ногу со временем. Начиная с 2018 года, запущен целый ряд крупных образовательных VR-проектов:

5 причин использовать VR в образовании уже сегодня

В основе обучения с применением виртуальной реальности лежат иммерсивные технологии – виртуальное расширение реальности, позволяющее лучше воспринимать и понимать окружающую действительность. То есть, они в буквальном смысле погружают человека в заданную событийную среду.

Преимуществ иммерсивного подхода несколько.

Наглядность. Виртуальное пространство позволяет детально рассмотреть объекты и процессы, которые невозможно или очень сложно проследить в реальном мире. Например, анатомические особенности человеческого тела, работу различных механизмов и тому подобное. Полеты в космос, погружение на сотни метров под воду, путешествие по человеческому телу – VR открывает колоссальные возможности.
Сосредоточенность. В виртуальном мире на человека практически не воздействуют внешние раздражители. Он может всецело сконцентрироваться на материале и лучше усваивать его.
Вовлечение. Сценарий процесса обучения можно с высокой точностью запрограммировать и контролировать. В виртуальной реальности ученики могут проводить химические эксперименты, увидеть выдающиеся исторические события и решать сложные задачи в более увлекательной и понятной игровой форме.
Безопасность. В виртуальной реальности можно без каких-либо рисков проводить сложные операции, оттачивать навыки управления транспортом, экспериментировать и многое другое. Независимо от сложности сценария учащийся не нанесет вреда себе и другим.
Эффективность. Опираясь на уже проведенные эксперименты, можно утверждать, что результативность обучения с применением VR минимум на 10% выше, чем классического формата.

Отдельно стоит упомянуть, что виртуальная реальность способствует геймификации процесса обучения. Значительную часть информации можно подать в игровой форме. И точно так же закреплять материал, проводить практические занятия и многое другое. Таким образом сухая теория становится наглядной, понятной и намного более интересной, чем еще больше вовлекает обучающихся и увеличивает эффективность образования.

Как VR изменит будущее системы образование и почему технология все еще не стала повсеместной

Наблюдая за актуальными тенденциями, можно с уверенностью говорить, что со временем VR-оборудование будет становиться доступнее. Одним из ключевых факторов распространения технологии будет является увеличение доступного VR-контента. Не только для школ, но также для университетов и других учреждений. При этом использовать виртуальную реальность в обучении можно в любом возрасте – как для учеников младших классов, так и для людей в возрасте, которые решили освоить новую профессию или усовершенствовать существующие навыки.

Но если VR-технологии уже сегодня так развиты, почему они не приобрели массовый характер? Первую причину мы уже упомянули – это цена. Оборудование все еще остается довольно дорогим для массового покупателя, не считая устройств для смартфонов. К тому же, не все готовы вкладывать деньги прямо сейчас, так как опасаются, что через полгода-год может случиться новый стремительный скачок развития технологии и купленное оборудование окажется устаревшим.

Однако помимо цены есть еще несколько важных факторов.

Дороговизна разработки программ под VR. Этот процесс требует много времени, сил и вложений. К тому же, далеко не все материалы можно грамотно и эффективно перенести в VR.
Возможные трудности адаптации к виртуальной реальности. Не все люди одинаково воспринимают VR. У некоторых уже спустя пару минут возникает головокружение, тошнота и дезориентация. Это индивидуальные особенности организма, от которых никуда не деться. Но данная проблема в большинстве современных устройств практически решена и в скором времени вполне возможно будет побеждена полностью.
Необходимость существенно менять программу обучения на государственном уровне. Пока что VR внедряется на уровне экспериментов. Чтобы сделать технологию полноценной частью учебного процесса, нужно кардинально работать над программами обучения в школах и университетах. Но из-за бюрократических сложностей на это могут уйти годы.

И несмотря на это, многие специалисты уверены, что в течение следующих 5 лет мы будем наблюдать интенсивное распространение технологий виртуальной реальности в образовательном секторе.

Разумеется, пока что не приходится говорить о массовом проведении целых 45-минутных школьных уроков полностью в VR. Однако отведение под него 5-10 минут – более чем реально и в некоторых школах уже постепенно практикуется.

Как сегодня возможно использовать технологии виртуальной реальности в образовании?

Многие современники воспринимают виртуальную реальность как нечто далекое и недоступное рядовому пользователю. Другие уверены, что VR – это технология исключительно для игр. На самом деле ошибаются и те, и другие.

Образовательный VR-контент сейчас можно найти в самых разных источниках, например:

VR-приложения в каталогах App Store, Google Play или Steam. В данных сервисах находится несколько десятков самых разнообразных приложений, направленных на обучение и получение новых навыков;
видеоролики на YouTube, созданные специально для VR. Видео в формате 360 градусов становится популярнее с каждым днем, а YouTube этому отлично способствует;
специальные программы от разработчиков, работающих в сфере образования. Как правило они производятся на заказ и создаются под конкретные задачи.
Многие из предложений доступны совершенно бесплатно. Плюс есть демо-версии, позволяющие опробовать технологию и решить, готовы ли вы платить за конкретное предложение.

Если вы полагаете, что сегодня слишком мало VR-программ для обучения, спешим уверить вас в обратном. Их масса в самых разных сферах. Притом некоторые достаточно узкоспециализированные. Да, не так много из них доступно на русском языке, но это лишь вопрос времени.

Предлагаем обратить внимание на несколько интересных образовательных программ, которые можно использовать уже сейчас.

3D Organon VR Anatomy. Это первый в мире атлас анатомии человека в VR. В нем собрано более 4 000 реалистичных анатомических моделей.
The VR Museum of Fine Art. Открывает перед вами самые известные музейные экспонаты. Без защитного стекла, толп туристов и охраны. И с возможностью рассмотреть каждую деталь благодаря отличной графике.

Кроме того, существуют крупные компании, которые принимают заказы на создание образовательного контента для обучения. То есть, школа или вуз вполне может заказать уникальную программу и использовать в своем учебном процессе. Да, это опять-таки упирается в вопрос утверждения на государственном уровне, но прецедентов уже масса. Особенно в западноевропейских вузах.

Мы с вами стоим на пороге совершенно нового этапа в развитии всей образовательной сферы. Технологичного, эффективного и по-настоящему увлекательного. И сделать первый шаг навстречу этому будущему можно уже сейчас!

Большинство российских педагогов еще помнят времена, когда появление в школах калькуляторов и компьютеров казалось победой технического прогресса в образовании. А сегодня уже никого не удивляет интерактивная доска в классе, для проведения опытов и экспериментов используются цифровые лаборатории, а предмет технология включает основы робототехники и 3D-моделирования. Еще одно новшество, упоминание о котором, кажется, совсем недавно встречалось только на страницах журналов о науке и технике, повсеместно и стремительно начинает появляться в школе. Речь идет о виртуальной реальности, или VR. Как эта технология может применяться в образовании и, самое главное, что из себя представляет VR-оборудование и программное обеспечение − обо всем этом мы рассказываем в первой статье специального проекта VR-Class.

История вопроса

В начале 2000-х годов была успешно реализована первая в истории попытка внедрить VR в образование детей. Все началось с 86 сельских школ США, для которых специалистами Университета штата Айова и Iowa Public TV была создана VR-платформа с несколькими виртуальными локациями. Посещать их могли около двух тысяч школьников в сопровождении виртуального инструктора, находящегося в центре VR-университета.

В 2013 году в США был реализован еще один проект − VR-курс по направлению STEM (наука, технологии, инженерия, математика). В рамках его сюжетов ученики при помощи симуляции реального мира получили возможность знакомиться с принципами работы атомной станции и, применяя знания из курса физики и химии, моделировать ее функционал.

Что такое VR

Виртуальная реальность представляет собой созданную с помощью специального цифрового оборудования и программного обеспечения среду, с которой пользователь может взаимодействовать, полностью или частично в нее погружаясь.

Для образовательных организаций на тендерных площадках сегодня представлены VR-гаджеты всех форм и размеров − от картонных очков до многофункциональных шлемов. Однако приобрести только шлемы недостаточно. Для их полноценной работы понадобятся также контроллеры (джойстики и указки) , которые помогают ученику взаимодействовать с объектами виртуального мира, и аккумуляторы (батарейки) к ним; маячки , которые устанавливаются в помещении, улавливают сигналы со шлема и отвечают за ориентацию школьника в пространстве; штативы для маячков ; докстанции для зарядки шлемов и контроллеров, а также к некоторым шлемам и очкам смартфоны и компьютеры (для каких типов шлемов они необходимы – расскажем ниже). И конечно же, для хранения и зарядки гаджетов понадобятся специальные боксы, к которым придется подвести электричество и их соединить с системой вентиляции. Нужны эти боксы не только для сохранности ох какого недешевого оборудования, а еще и потому, что все оно нагревается во время подзарядки и требует большого количества розеток (в боксах они предусмотрены).

Какое бывает оборудование для VR

Ключевые различия основного компонента (шлема, очков) комплекта для VR:

качество линз (а значит, картинки виртуального мира),
удобство использования (наличие/отсутствие проводов),
наличие джойстиков (перемещение и взаимодействие с предметами в VR),
необходимость устанавливать маячки и калибровать очки и шлемы перед использованием,
возможность перемещаться в пространстве.

Однако принципиальное, главное различие не в этом. Все ныне существующие шлемы и очки для VR подразделяются на три типа. Рассказываем подробнее о каждом из них.

Тип 1. Кардборды

Oculus Go , Pico G2 , Google Cardboard, Samsung Gear VR, YesVR, VR-очки Huawei VR

Это самый простой, массовый и недорогой продукт на рынке. Гаджет представляет собой, проще говоря, картонный или пластиковый короб − держатель для смартфона с линзами. Экран смартфона программно делится пополам, каждая половина показывает изображение для одного глаза, и вместе получается объемное изображение. В самом коробе два небольших экрана, расположенных напротив каждого глаза, шоры, предотвращающие попадание внешнего света, и стереонаушники. Экраны показывают слегка смещенные друг относительно друга стереоскопические изображения, обеспечивая реалистичное 3D-восприятие. В шлемах также содержатся встроенные акселерометры и датчики положения.

Кардборды отслеживают только повороты и вращение головы, но не перемещение в пространстве. Говоря техническим языком, у них три степени свободы — 3 DoF (возможность геометрической фигуры совершать геометрические движения в пространстве, а именно: двигаться вперед/назад, вверх/вниз, влево/вправо). Они отлично подходят для просмотра учебных видео 360° и простых приложений.

Кроме самого шлема, в комплект обычно входит как минимум один контроллер (джойстик), с помощью которого происходит взаимодействие с меню и виртуальными предметами, а его движения в виртуальном мире выглядят как движение руки.

Тип 2. Гарнитуры

Oculus Rift, HTC Vive

Шлемы и очки этого типа работают с помощью проводного соединения с ПК и консолями. Все программное обеспечение загружается в компьютер, а шлем просто показывает картинку. За счет этого шлемы и очки выдают более высокий уровень графики, вплоть до реалистичной (если используется компьютер с мощной видеокартой). Чаще всего шлем соединен с компьютером проводом, лишь некоторые современные модели передают сигнал с компьютера через дополнительные внешние датчики по Wi-Fi.

Из пользовательских шлемов, доступных к покупке в России, самые популярные − Oculus Rift S стоимостью около 150 000 рублей за один VR-комплект (50 000 шлем и 100 000 компьютер), и HTC Vive Pro (обойдется примерно в 150 000 рублей, вместе с компьютером комплект будет стоить около 250 000 рублей).

Стоимость VR-очков и шлемов, работающих от компьютера, кратно превосходит любые другие модели. Разумеется, есть варианты подешевле, есть подороже (полный их обзор мы представим в одной из статей спецпроекта). Отметим лишь, что гарнитуры могут отличаться друг от друга эргономикой (насколько удобно шлем или очки сидят на голове), разрешением экранов, углом обзора, плотностью пикселей, особенностями линз, способом и качеством определения их положения в пространстве.

Еще одним важным отличием гарнитур является так называемая степень свободы – уровень 3DoF позволит только лишь смотреть по сторонам, уровень 6DoF не только смотреть, но и шагать в виртуальном пространстве, что позволит осматривать виртуальные предметы, обходя их с разных сторон или приближаясь-удаляясь физически, ногами.

Тип 3. Автономные шлемы и VR-очки

Oculus Quest, Vive Focus Plus и Pico Neo 2

Эти устройства не требуют подключения к компьютеру или смартфону, программное обеспечение и ОС устанавливается прямо в гаджет. Отличительной чертой таких шлемов является степень свободы 6DoF. Кроме того, автономные шлемы не требуют калибровки и установки в помещении датчиков, отслеживающих перемещение пользователя в пространстве.

В России пользуются наибольшей популярностью три автономных шлема: Oculus Quest, Vive Focus Plus, и Pico Neo 2.

Oculus Quest стал промежуточным звеном по бюджету и функционалу: в нем можно ногами перемещаться в пространстве и не использовать никаких проводов. Хотя его мощности недостаточно для полностью реалистичной графики виртуального мира, для подавляющего большинства образовательных задач производительности вполне хватит. Вместе с тем Oculus Quest можно подключить к компьютеру и использовать как VR-гарнитуру.

Еще один вариант автономного шлема − Pico Neo 2. Это новый полноценный шлем с 6DoF, который не требует подключения к компьютеру, работает без датчиков и полностью автономен. В отличие от Oculus Quest, в расширенной версии этот шлем поддерживает еще и трекинг движения глаз и обладает отличной системой охлаждения лица – жарко в нем не будет точно.

Все шлемы и очки обладают характеристиками, которые нужно учитывать при закупке: типом подачи контента, различной глубиной погружения, удобством ношения.

Шлемы по типам подачи контента:

интерактивный кинематограф − виртуальная среда, с которой пользователь может взаимодействовать от первого лица;
виртуальный кинотеатр − виртуальная среда, в которой пользователь смотрит за действиями персонажей от третьего лица, при этом находясь среди них;
виртуальный аквариум − виртуальная среда, в которой пользователь может перемещаться и рассматривать виртуальные объекты, но не взаимодействует с ними;
виртуальная поездка − виртуальная среда, в которой пользователь как бы едет среди виртуальных объектов и при этом может осматривать виртуальное пространство на 360°;
виртуальная интерактивная площадка − среда, в которой пользователь имеет возможность общаться с другими пользователями.

Отметим также, что распространенной на VR-шлемах с уровнем 6DoF становится и функция Inside-Out трекинга, когда для отслеживания положения пользователя в пространстве не требуется размещения базовых станций, маячков и монтажа камер в классе. Эта функция особенно важна для школы, т.к. снимает проблему калибровки шлемов перед началом работы и позволяет ученикам работать за партами.

Большинство устройств, представленных на российском рынке, совместимы с одной или несколькими из VR-платформ, на которых создаются ПО – программы для шлемов, начинка виртуального мира.

Приложения для мобильных VR-гаджетов совместимы в свою очередь с Android и iOS.

Как можно использовать VR в школе

Образовательный VR-контент сейчас можно найти в самых разных источниках, например:

Если вы думаете, что сегодня слишком мало VR-программ для обучения, спешим уверить вас в обратном. По оценке Центра НТИ ДВФУ, в России сейчас более 15 компаний, разрабатывающих образовательные AR/VR-решения для школ и колледжей. Перечислим некоторые из них.

Modum Lab . В 2019 году запустила новое направление Modum Education, в рамках которого специализируется на разработке технологичных решений для школ и университетов. За год было реализовано несколько проектов, в частности в сотрудничестве с HP Inc. в московской школе №1296 открыт высокотехнологичный образовательный класс с виртуальной реальностью для изучения биологии и физики.

Luden.io . Еще в начале 2015 года выпустила приложение InMind VR, где в игровой форме можно было путешествовать по мозгу и лечить нейроны.

Решение VR Concept позволяет в рамках VR-платформы изучать архитектуру, машиностроение, сложные инженерные объекты, в том числе в удаленном и многопользовательском формате обучения.

Компания Rubius совместно с командой ученых и студентов Томского государственного университета создала прототип платформы для сборки образовательных модулей с использованием VR/AR. Пилотный проект предназначен для преподавателей ОБЖ.

Компания MEL Science развивает продукт MEL Chemistry VR. Он представляет собой систему занятий по химии длительностью от трех до семи минут, где с помощью VR визуализируется сложный материал. Это можно интегрировать в обычный школьный урок.

Еще несколько программ, которые можно использовать на уроках астрономии, химии, физики, географии:

Universe Sandbox 2 . Настоящий космический симулятор, в котором ученики могут наглядно увидеть, как работает гравитация, климат и физические взаимодействия в космосе.

The Body VR . По праву один из лучших симуляторов путешествия внутри человеческого тела. Позволяет пройти путь по кровеносным сосудам, увидеть настоящие клетки и смертельные вирусы.

3D Organon VR Anatomy . Это первый в мире атлас анатомии человека в VR. В нем собрано более 4 000 реалистичных анатомических моделей.

Известно, что информатика – это одна из самых новых и очень быстро развивающихся наук. Поэтому потребности в тематике и объеме изучения её быстро меняются; вследствие чего нужно постоянно совершенствовать методическую систему подготовки будущих учителей информатики.

Среди перечисленных дисциплин, наиболее динамично в последние годы развиваются компьютерные сети, Интернет и мультимедиа технологии и программное обеспечение. Постоянно появляются новые технологии (Wi-Fi, WiMax, новые сетевые сервисы (ip-телевидение, ip-телефония)), развивается программное обеспечение (на подходе выход новой операционной системы Windows Vista). Очень важно овладение студентами навыками работы с операционными системами и их сетевыми возможностями в рамках этих дисциплин.

Однако очень часто в учебных заведениях в целях безопасности студентам предоставляется доступ к компьютеру из под учетной записи с ограниченными правами и возможностями. С другой стороны, в подавляющем большинстве учебных заведений компьютеры работают под управлением операционных систем семейства Windows. У данной системы имеется много недостатков. Сегодня наряду c Windows существует альтернативная полноценная операционная система Linux, отвечающая всем современным требованиям. Linux представляет собой быстро развивающееся ПО, распространяемое на условиях лицензии GNU GPL, т.е. она бесплатна и общедоступна. Эта система также как и Windows имеет графический интерфейс. Linux можно интегрировать в любую локальную сеть, поддерживаются все сетевые протоколы и службы, работа в TCP/IP-сетях. Использование этой операционной системы в учебных заведениях могло бы существенного снизить затраты на приобретение программного обеспечения. Однако, на сегодняшний день среди преподавателей и студентов вузов очень мало тех, кто знаком с этой операционной системой и имеет какие-то навыки работы в ней.

Виртуальная машина в точности эмулирует работу полноценного компьютера. Среди средств для создания виртуальных машин наиболее популярны программы фирмы VMware и на сегодняшний день в линейке продуктов VMware предлагается не одна программа, а сразу несколько. Среди VMware Workstation, VMware ESX Server, VMware VirtualCenter наиболее интересна версия Workstation. Установленную на виртуальную машину операционную систему можно запустить в отдельном окне. VMware обеспечивает на одном ПК работу нескольких виртуальных компьютеров. Кроме того, система виртуальных машин VMware позволяет совместно использовать файлы и приложения разными виртуальными машинами за счет использования виртуальной сети (даже в пределах одного компьютера). Все это открывает широкие возможности для изучения компьютерных сетей и серверных технологий. Естественно, что все это получается путем разделения ресурсов реального компьютера, поэтому требования к базовому компьютеру повышаются.

Еще одной интересной особенностью виртуальных машин VMware является то, что эту систему можно запустить, как в Windows, так и в Linux. На виртуальную машину можно установить фактически любую современную операционную систему: Windows, Linux, FreeBSD, NetWare и многие другие.

В большинстве компьютерных классов в настоящее время установлена операционная система Windows XP. Поэтому для работы с виртуальными машинами необходимо как минимум 256 Мбайт оперативной памяти, но в этом случае будет заметно некоторое замедление работы в результате того, что в ОЗУ будет загружено одновременно две операционные системы. Для комфортной работы требуется 512 Мбайт оперативной памяти и больше. Таким образом, не во всяком компьютерном классе удастся использовать виртуальные машины для изучения современных операционных систем.

Компьютер под управлением Linux загружается значительно дольше, чем под управлением Windows. Это также является отрицательным моментом при использовании данной системы в учебном процессе. Но тем не менее, использование виртуальных машин и операционной системы Linux позволяет учащимся лучше понимать тот факт, что кроме Windows существуют другие операционные системы. А объекты в сравнении, как известно, познаются гораздо эффективнее.

Есть компьютерный класс в школе с парком старых компьютеров 13 штук (1.8GHz-512-40gb-100mb/s-WInXP) подключены к локальную сеть с интернетом
Нужно чтобы все компьютеры работали на WIn7+MSOffice2010+Embarcadero RAD studio 2010 и разный мелкий софт. Машины будут статическими, труды учеников хранятся на файловом сервере.(файловый сервер есть.)
Бюджет 1.2 тысячи $ . с возможностью увеличить до 1.7 тысячи $ если сильно нужно будет (лицензии оплачивает меценат, бюджет "сколько нужно" но в разумных пределах.)
В связи с маленьким бюджетом я начал думать в сторону сервера а старые компьютеры использовать в качестве терминалов, И тут возникает ряд вопросов которые адекватно прогуглить не получается.
Выбор между гипервизором и виртуальными машинами или сервером терминалов. Насколько это реально( и обще реально ли) при таком бюджете и на какие моменты стоит обратить внимание.
На самом деле вопросов целый вагон но я думаю это самый важный.

Читайте также: