Магистерлік диссертация: Биологиядағы AR технологиялары (PDF)

Қ.ЖҰБАНОВ АТЫНДАҒЫ АҚТӨБЕ ӨҢІРЛІК УНИВЕРСИТЕТІ Информатика және Ақпараттық технологиялар кафедрасы МАГИСТІРЛІК ДИСЕРТАЦИЯ «Биология» мектеп курсына AR технологиялары негізінде білім беру және технологиялық объектілерді визуализациялау мүмкіндіктері Орындаушы...

Қ.ЖҰБАНОВ АТЫНДАҒЫ АҚТӨБЕ ӨҢІРЛІК УНИВЕРСИТЕТІ Информатика және Ақпараттық технологиялар кафедрасы МАГИСТІРЛІК ДИСЕРТАЦИЯ «Биология» мектеп курсына AR технологиялары негізінде білім беру және технологиялық объектілерді визуализациялау мүмкіндіктері Орындаушы Рахат Ә.Е. 7М01503 – «Информатика» ББ магистранты Ғылыми жетекшісі________________________Байганова А.М. п.ғ.к., доцент Қорғауға жіберілді Кафедра меңгерушісі_____________________________Кереев А.К. «___»__________________2024 ж. Ақтөбе 2024  РЕЗЮМЕ Актуальность: Дополненная реальность - современная технология, позволяющая соединить два независимых пространства: реальный мир и виртуальную среду, воссозданную на компьютере, при этом обеспечивая их синхронное взаимодействие. Новая виртуальная среда формируется путем наложения запрограммированных виртуальных объектов поверх видеосигнала с камеры и становится интерактивной с помощью специальных маркеров. На планшетах или смартфонах теги сканируются для извлечения контента, который позже добавляется с помощью специальных программ браузера. Дополненная реальность уже много лет используется в медицине, рекламной индустрии, военных технологиях, играх и других сферах, в том числе в образовании. Растущая потребность в дополнительных приложениях в образовании и усовершенствование существующих ресурсов и технологий их использования делают исследования более актуальными. Цель исследования: теоретическое обоснование системы применения технологий дополненной реальности в образовании и проектирование приложения с элементами дополненной реальности в обучении биологии. Задачи исследования: - анализ литературы и определение теоретических основ и возможностей технологии дополненной реальности; - изучить сферу применения AR-технологий; - анализ среды развития AR-технологий в образовании; - определение основных возможностей программных средств, платформ; - разработка приложения с элементами дополненной реальности предмета «Биология» в средней школе; - внедрение проекта в образовательный процесс. Объект исследования: процесс визуализации образовательных и технологических объектов на основе технологий AR к школьному курсу «Биология». Предмет исследования: Технологии 3D моделирования и программирования, формирование научно-методических основ разработки и использования приложения AR на основе школьного курса «Биология». Теоретическая значимость: Результаты, полученные в ходе исследования, представляют собой новый научный вклад, который состоит из теоретико- методологических основ образования и формирования возможностей визуализации технологических объектов на основе AR-технологий. Научная новизна и практическая значимость: изучены теоретические и практические вопросы использования инструментов AR в сфере образования и разработано приложение к учебнику «Биология» на основе технологии «дополненной реальности». Структура: Магистерская диссертация состоит из введения, 3 частей и подразделов, заключения, списка использованной литературы. В магистерской диссертации представлено 32 рисунков. 2  МАЗМҰНЫ КІРІСПЕ........................................................................................................... 5 1 ОҚЫТУДА ТОЛЫҚТЫРЫЛҒАН ШЫНДЫҚ ТЕХНОЛОГИЯЛАРЫН ҚОЛДАНУДЫҢ ҒЫЛЫМИ- ӘДІСТЕМЕЛІК НЕГІЗДЕРІ................................................................. 1.1 Білім берудегі толықтырылған шындық технологиялары …................. 10 1.2 Оқу процесінде толықтырылған шындықты қолданудың практикалық тәжірибесін талдау............................................................ 16 1.3 Мектептегі биология курсында толықтырылған шындық технологиясын пайдалану мүмкіндіктері............................................... 21 2 ТОЛЫҚТЫРЫЛҒАН ШЫНДЫҚ ТЕХНОЛОГИЯЛАРЫН ӘЗІРЛЕУ ОРТАСЫН ТАҢДАУ ЖӘНЕ ОНЫ ЕНГІЗУ................... 2.1 Толықтырылған шындық технологиясын әзірлеу бағдарламалық құралдарына талдау.................................................................................. 25 2.2 Бағдарламалау ортасын таңдау және AR технологиялары негізінде «Биология» мектеп курсына қосымшаны жобалау............................... 31 2.3 Қолданушыға нұсқау................................................................................. 42 3 AR ТЕХНОЛОГИЯСЫНЫҢ ЭЛЕМЕНЕТТЕРІН БИОЛОГИЯ ПӘНІН ОҚЫТУДА ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ОБЪЕКТІЛЕРДІ ВИЗУАЛИЗАЦИЯЛАУ ҮРДІСІ.......................................................... 3.1 Виртуалды объектілерді құру және толықтырылған шындық технологиясын енгізу ………………………………............................... 43 3.2 Оқытуға арналған толықтырылған шындық элементтерін әзірлеу бойынша әдістемелік ұсыныстар............................................................. 47 3.3 Педагогикалық эксперимент және оның нәтижелері............................. 48 ҚОРЫТЫНДЫ................................................................................................. 52 ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ............................................ 54 ҚОСЫМША..................................................................................................... 58 ЖАРИЯЛАНЫМДАР..................................................................................... 3  ҚЫСҚАРТУЛАР, СИМВОЛДАР, БЕЛГІЛЕР ТІЗБЕСІ AR – augmented reality. VR – virtual reality. MR – mixed reality. QR – Quick Response. 3D – Нысандардың үш өлшемді моделі. SDK – бағдарламалық жасақтаманы әзірлеуге арналған жинақ. 4  КІРІСПЕ Ақпараттық технологиялардың заманауи дамуы виртуалды және кеңейтілген шындық жүйелерін құруды алдын-ала анықтады. Білім беру жүйелерінде «толықтырылған шындық» деп оқушыға виртуалды объектілермен шынайы әлемді көруге мүмкіндік беретін, олардың бір кеңістікте болуының әсерін тудыратын компьютерлік технология түсіндіріледі. Қазіргі уақытта виртуалды шындық және кеңейтілген шындық қосымшалары сауда, әскери, ойын-сауық, білім беру және денсаулық сақтау сияқты әртүрлі салаларда оқыту үшін қолданылады. Nokia, Hewlett-Packard, General Motors, BMW, Boeing сияқты танымал брендтер өз салаларында кеңейтілген шындық технологияларына негізделген жүйелерді енгізіп үлгерді. 1998 жылдан бастап IEEE қамқорлығымен кеңейтілген шындық бойынша жыл сайынғы халықаралық конференциялар өткізіліп келеді – International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR). Қосымша толықтырылған шындық (AR) бірегей білім беру жағдайларын жасайды. Толықтырылған шындық (AR-augmented reality) нақты және виртуалды әлем арасындағы байланысты анық көрсететін қатысу әсерін жасайды. Ізеністегі пәнге тәуелсіз бола тұра, толықтырылған шындық өзінің қарапайымдылығымен, анықтығымен, әдемілігімен және ең бастысы айқындығымен кез келген білім алушыларды оқуға тартады. Осылайша, AR технологиялары көптеген оқушылар үшін ынталандырушы атмосфераны қалыптастырады, бұл білім беру сапасын жақсартуға оң әсер етуі мүмкін. А.В.Гриншкун, И.В.Левченко нақты объектінің материалдық алмастырғышында көрсетілетін виртуалды модель құру және нақты объектіде виртуалды ақпараттық қабат құру туралы жазады. С.Г.Григорьев, М.А.Родионов, О.А.Кочеткова негізгі жалпы білім берудің жаңа федералды мемлекеттік білім беру стандартына (FGOS LLC) сай мектептегі ақпараттық- технологиялық ғылым берудің құрамдас бөлігі ретінде «Бағдарламалық және аппараттық қамтамасыз ету» және «Алгоритмдеу және бағдарламалау» бөлімдерін «кеңейтілген (виртуалды) шындықтың бағдарламалары мен қосымшаларының интерфейсі, олардың салыстырмалы сипаттамалары», «AR/VR қосымшаларын құруға арналған платформалар», «кеңейтілген (виртуалды) шындық қосымшаларын әзірлеу» және т.б. жаңа тақырыптармен толықтыруды ұсынды. Атап айтқанда, жаратылыстану циклі сабақтарында, соның ішінде биология пәнін оқытуда AR қолданбалары арқылы білім алушылар қабылдаудың сенімділігі бірдей дәрежеде қауіпті немесе қол жетімді емес модельдер мен процестерді зерттеуге мүмкіндік алады. Қазіргі уақытта жаратылыстану пәндерін, атап айтқанда биологияны зерттеуде осы технологияны қолданудың жеткілікті тәжірибесі жинақталмаған. C.WL.Cheong, X.Guan, X.Hu «Биологияны оқытуға арналған кеңейтілген шындық (AR): орта мектеп оқушыларымен квази-эксперименттік зерттеу» еңбегінде жоғары сынып оқушыларының биологияны оқудағы AR қабылдауын, AR-ң оқу үлгеріміне әсерін өлшеу және AR оқушылардың 5 академиялық эмоцияларына қаншалықты әсер ететінін жүйелі түрде зерттеп баяндайды. Сонымен қатар Қытай орта мектебінің 103 оқушысы арасында эксперимент жүргізеді. Эксперименттік топ мүшелері үшін AR оқу материалы әзірленеді, ал бақылау тобы тек дәстүрлі оқыту тәсілдерін қолданады. Олардың экспериментке дейінгі және кейінгі көрсеткіштері де өлшенеді және салыстырылады. AR қабілеті биология бойынша тұжырымдамалық білім алуды жеңілдету және осы тақырыпқа қатысты жағымды академиялық эмоцияларды ынталандыру тұрғысынан расталады. Бұл нәтижелер AR оқудың жағымды эмоцияларын және оқушылардың ресми және бейресми оқу ортасына қатысуын қолдайтын жаратылыстану білімінде тиімді құрал ретінде қызмет ете алатынын көрсетеді. Ph.D. Jerald Jason «VR кітабы: виртуалды шындыққа арналған адамға бағытталған дизайн» кітабында VR қосымшаларын әзірлеу мәселелері адами факторға баса назар аудара отырып талқыланады. Кітап VR дизайнерлеріне, сондай-ақ менеджерлерге, бағдарламашыларға, суретшілерге, психологтарға, инженерлерге, студенттерге, оқытушыларға және UX/UI мамандарына арналған. M.Claudia tom Dieck, Timothy H.Jung, Sandra M.C.Loureiro «Толықтырылған шындық және виртуалды шындық: иммерсивті технологияның жаңа тенденциялары» жинағында кеңейтілген және виртуалды шындық саласындағы көрнекті ғалымдардың зерттеу жұмыстары жинақталған. Жинақ осы саладағы ең маңызды тақырыптарды қамтиды, соның ішінде 2020 жылы өткен 6-шы халықаралық кеңейтілген және виртуалды шындық конференциясында ұсынылған иммерсиялық технологиялар саласындағы соңғы зерттеулердің нәтижелері бар. Оқырмандар виртуалды және толықтырылған шындық саласындағы заманауи жетістіктер туралы, сондай-ақ осы технологияларды маркетингте, білім беруде, денсаулық сақтауда, туризмде, ойын-сауық индустриясында, бөлшек саудада, ойын индустриясында және адам қызметінің басқа салаларында қолдану туралы толық ақпарат ала алады. Amit Tyagi өзінің «Толықтырылған, аралас және виртуалды шындыққа арналған мультимедиялық және сенсорлық енгізу» еңбегінде әртүрлі салаларда кеңейтілген және виртуалды шындықты пайдаланудың көптеген нұсқаларын қарастырады, сонымен қатар негізгі терминдердің маңыздылығын, зерттеушілер немесе әзірлеушілер үшін қиындықтар мен мүмкіндіктерді талқылайды. VR/AR және аралас шындыққа (MR) қатысты көптеген тақырыптарды қамтитын іскерлік мысалдар жинағы бар, соның ішінде оларды қолданбаларда пайдалану мүмкіндіктері қарастырылған. Отандық ғалымдар Ж.К.Нурбекова, А.Н.Баймендинова «Оқыту барысында виртуалды объектілерді қолдануға жүйелі шолу» мақаласында виртуалды объектілерді тек білім беру процесінің инструменті ретінде ғана қолданбай, сонымен бірге оқу объектісі ретінде қолданысын қарастырды. Білім берудегі толықтырылған шындық бірден бірнеше мақсатқа қызмет ете алады. Бұл технология білім алушыларға ақпаратты оңай игеруге, өңдеуге және есте сақтауға көмектеседі. Сонымен қатар, AR оқудың өзін қызықты, әрі интерактивті етеді. 6  Дегенмен, білім беру мекемелеріндегі кеңейтілген шындықты пайдалану, артықшылықтар, шектеулер, тиімділік, мәселелер және ерекшеліктері сияқты факторларды зерттеуге бағытталған шолу зерттеулері әлі де жетіспейді. Барлық зерттеушілер AR сабақтарын өткізудегі мұғалімнің рөлін атап көрсетеді. Біріншіден, мұғалімдер AR қолданбалар дайындайды. Содан кейін олар осы сабақтар кезінде оқушыларына басшылық жасайды және бақылайды. Қатысу деңгейін арттыру, өзін – өзі оқытуды ілгерілету, көп сенсорлық оқытуды қамтамасыз ету, терең ойлауды, сенімділік пен ләззат алуды дамыту, оқушыға бағытталған технологияларды ілгерілету, виртуалды және нақты нысандарды нақты ортада біріктіру және когнитивті жүктемені азайту - AR технологиясының педагогикалық талқыланатын артықшылықтарының кейбірі. Қалай болғанда да, AR технологиялары оқушылардың оқу жағдайларын жақсартудың және есте сақтау қабілетін дамытудың тиімді құралын ұсынады, өйткені олар көптеген сенсорлық мүмкіндіктермен байытылған мультимодальды ортаға енуді қамтамасыз етеді. Өзектілігі: Толықтырылған шындық – екі тәуелсіз кеңістікті қосуға мүмкіндік беретін заманауи технология: нақты әлем мен компьютерде қайта жасалған виртуалды орта, сонымен бірге олардың синхронды өзара әрекеттесуін қамтамасыз етеді. Жаңа виртуалды орта камерадан келетін бейне сигналдың үстіне программаланған виртуалды объектілерді қабаттастыру арқылы құралтырылып, ол арнайы маркерлердің көмегімен интерактивті түрге түрленеді. Планшеттерде немесе смартфондарда арнайы шолғыш программаларының көмегімен кейінірек толықтырылған мазмұнды алу үшін тегтер сканерленеді. Толықтырылған шындық медицинада, жарнама индустриясында, әскери технологияларда, ойындарда және т.б. салаларда объектілерді бақылауда, оның ішінде білім беруде көп жылдар бойы қолданылып келеді. Білім беруде толықтырылған қосымшалар қажеттілігінің өсуі және қолданыстағы ресурстар мен оларды қолдану технологияларының жетілдіру зерттеудің өзектілігін құрайды. Зерттеу мақсаты: Толықтырылған шындық технологияларының білім беруде қолдану жүйесін теориялық негіздеу және биологияны оқытуда толықтырылған шындық элементтерін қолдануға арналған қосымшаны жобалау. Зерттеу міндеттері: - Әдебиеттерді талдау және толықтырылған шындық технологиясының теориялық негіздемесі мен мүмкіндіктерді анықтау; - AR технологияларды қолдану аясын зерттеу; - Білім беруде AR технологияларды әзірлеу орталарына талдау; - Программалық құралдар, жабдықтау платформаларының негізгі мүмкіндіктерін анықтау. - Орта мектептегі «Биология» пәнін оқытуда толықтырылған шындық элементтерін қолдануға арналған бөлімін анықтау және қосымшаны жобалау. - Жобаּны оқу үрдісіне қолданысқа енгізу. 7  Зерттеу объектісі: «Биология» мектеп курсына AR технологиялары негізінде білім беру және технологиялық объектілерді визуализациялау үрдісі. Зерттеу пәні: 3D модельдеу және программалау технологиялары, «Биология» мектеп курсына негізделген AR қосымшасын әзірлеу және пайдаланудың ғылыми-әдістемелік негіздерін қалыптастыру болып табылады. Теориялық маңыздылығы: Зерттеу барысында алынған нәтижелер AR технологиялары негізінде білім беру және технологиялық объектілерді визуализациялау мүмкіндіктерін қалыптастырудың теориялық және әдістемелік негіздері, оның концептуалды моделі және AR қосымшасын енгізу және пайдалану алгоритмі ұсынылған. Ғылыми жаңалығы мен практикалық маңыздылығы: Білім беру саласында AR құралдарын қолданудың теориялық және практикалық мәселелері зерттелді және «Биология» оқулығына «толықтырылған шынайылық» технологиясының негізінде қосымша әзірленді. Қосымшаны биология пән мұғалімдері, оқушылар және студенттер қолданады. Зерттеу әдістері: - теориялық әдістер (психологиялық-педагогикалық және оқу-әдістемелік әдебиеттерді, диссертацияларды, монографияларды, құқықтық құжаттарды талдау, зерттеу мәселесі бойынша материалдарды талдау, синтездеу және жүйелеу); - эмпирикалық әдістер (бақылау, әңгімелесу, сауалнамалар, тестілеу); - эксперименттік зерттеуде алынған мәліметтерді өңдеудің математикалық әдістерін қолдану. Зерттеу көздері: Зерттеу жұмысына байланысты ғалымдардың, ұстаздардың монографиялары, оқулықтары, білім беру порталдары, еңбектері. Өткізу базасы: Н.Байғанин атындағы мектеп-балабақшасы Жарияланымы: - Рахат Ә.Е. Білім берудегі толықтырылған шындық // «Жастар және ғылым: бүгіні мен болашағы» атты Халықаралық ғылыми-тәжірибелік конференция материалдар жинағы /.: Атырау қ., 2023 ж. Б. 386-389. - Байганова А.М., Рахат Ә.Е. «Биология» мектеп курсына негізделген AR қосымшасын әзірлеу: // ACTUAL SCIENTIFIC RESEARCH IN THE MODERN WORLD / INTERNATIONAL SCIENCE JOURNAL - 2024 - ISSUE 3(107) - Б. 226- 231. Құрылымы: Магистрлік диссертация кіріспеден, 3 бөлім және бөлімшелерден, қорытынды, пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады. Зерттеу жұмысының бірінші тарауында оқытуда толықтырылған шындық технологияларын қолданудың ғылыми-әдістемелік негіздері, оқу процесінде толықтырылған шындықты қолданудың практикалық тәжірибесі, мектептегі биология курсында толықтырылған шындық технологиясын пайдалану мүмкіндіктері талданған. Зерттеу жұмысының екінші тарауында бағдарламалық жасақтамаларға шолу және талдау жасалынған. Сонымен қатар деректерді талдауға қойылатын 8 талаптар, машиналық оқыту мен Unity, vuforia бағдарламалары талданған. Сонымен бірге, бағдарламаны әзірлеу, жүзеге асыру үрдісі қарастырылады. Зерттеу жұмысының үшінші тарауында мектептің биология курсында AR технологиясының элеменеттерін биология пәнін оқытуда технологиялық объектілер визуализацияланып, әдістемелік ұсыныстар әзірленген, программа эксперименттік тәжірибеден өткізілген. Зерттеу жұмысының қорытынды бөлімінде диссертацияның қорытындыланған және қосымша нәтижесі айтылған. Диссертациялық жұмыс 57 беттен және 32 суреттен тұрады. 9  1. ОҚЫТУДА ТОЛЫҚТЫРЫЛҒАН ШЫНДЫҚ ТЕХНОЛОГИЯЛАРЫН ҚОЛДАНУДЫҢ ҒЫЛЫМИ-ӘДІСТЕМЕЛІК НЕГІЗДЕРІ 1.1 Толықтырылған шындық технологиясы Қазіргі уақытта ақпараттық қоғамның қалыптасуы қарқынды жүріп жатыр, онда қызметтің көпшілігі ақпараттық өнімдерді шығарумен байланысты. Адам ақпаратпен соншалықты эффектілі жұмыс атқаруы оның осы қоғамға кірігуіне байланысты. Сонымен қатар, қазіргі уақыттағы мамандарға назар аудару керек ақпараттық ағындар үнемі өсіп отырады және ақпаратпен жұмыс істеудің жаңа технологияларын (құралдар мен әдістер жиынтығы), яғни ақпараттық технологияларды дамытуды ынталандырады. Соңғы жылдары технология тезірек дамып келеді және адам әрекетін бірнеше есе жеңілдетеді. Осындай технологиялардың бірі – AR («augmented reality» – қазақша «толықтырылған шындық»). Толықтырылған шындық – бұл виртуалды нысандар мен ақпаратты нақты әлеммен визуализациялауға және біріктіруге мүмкіндік беретін технология. Ол қоршаған ортамен қарым-қатынасты өзгертеді, тәжірибе шекарасын кеңейтеді және мүмкіндіктерді арттырады. Толықтырылған шындық – бұл нақты уақыттағы кескіндер мен нақты әлем ақпаратын виртуалды нысандар мен деректермен біріктіруге мүмкіндік беретін технология. Бұл виртуалды нысандар нақты әлемде бар сияқты әсер етеді, сонымен қатар пайдаланушыға олармен өзара әрекеттесуге мүмкіндік береді. Толықтырылған шындықтың негізгі принципі – нақты әлемнің суретін түсіру үшін смартфондар, планшеттер, көзілдіріктер немесе камералар сияқты әртүрлі құрылғыларды пайдалану. Осыдан кейін компьютерлік бағдарлама бұл деректерді өңдейді және оларға пайдаланушының құрылғысының экранында көрсетілетін қосымша ақпаратты қосады. Толықтырылған шындықты жүзеге асырудың негізгі әдістері - үлгіні тану және маркерді тану. Үлгіні тану үшін әзірлеуші объектінің фотосуреттерін қосып, Объектінің жалпы параметрлерін белгілеуі керек, ең көп таралған қосымшаны маска немесе басқа косметикалық заттар қосылған адамның ерекшеліктерін тану деп атауға болады. Маркерді қадағалау үшін кескінді басып шығару керек немесе жүйе позицияны анықтайтын және нысанды жазықтыққа орналастыратын белгі жасау керек. Бұл нақты уақыт режимінде кескінге виртуалды, өте күрделі және егжей- тегжейлі нысандарды біріктіруге мүмкіндік беретін технология. Алғашқы толықтырылған шындық жүйесін 1992 жылы АҚШ әскери күштері жасаған. «Толықтырылған шындық» терминін алғаш рет 1992 жылы американдық Boeing компаниясының қызметкері Т.П.Кодел ұсынған[6,7]. Т.П.Кодел арнайы бағдарламалық жасақтама негізінде жұмыс істейтін ком.пьютерді және оның мониторын адамның басына бекітілген деп атады. Мұндай құрал компания қызметкерлеріне ұшақтарда электр сымдарын орнатуға мүмкіндік берді. 10  Қазіргі уақытта жиі қолданылатын «Augmented Reality» тіркесі екі сөзден тұрады. Олардың біріншісі (Google жүйесінің сөздігіне сәйкес) - «Augmented» кеңейтілген, үлкейтілген, толықтырылған дегенді білдіреді. Өз кезегінде «Reality» сөзі «шындық» деген мағынаны білдіреді. Сөз тіркесінің сөзбе-сөз аудармасы талқыланатын терминнің нақты мағынасын жеткізе алмайтындықтан, «толықтырылған шындық» тіркесін түсіндірудің дұрыстығы мәселесі әлі де өзекті болып қала береді. Өкінішке орай, бүгінгі күні толықтырылған шындық технологиясын қолданудың іргелі негіздері жеткілікті зерттелмеген. Ресейлік әзірлеушілер үшін мәселе орыс тілінде тиісті әдебиеттер мен дереккөздердің болмауы болып табылады. Алайда, осы зерттеу үшін бірнеше маңызды анықтамаларды, мысалы, А. С. Конушин мен В. Р. Рогановтың еңбектерінен көруге болады[8,9]. «Кеңейтілген шындық – бұл нақты уақыттағы түсірілім бұрышын ескере отырып, нысандарды бейне ағынына енгізуге мүмкіндік беретін пайдаланушы интерфейсі». «Кеңейтілген шындық жүйелері – бұл адамның айналасында көзді жаттықтыруға немесе күрделі операцияларды орындау кезінде нақты құралдың осындай кеңістігінде қозғалуға жеткілікті сапамен көзбен бақыланатын үш өлшемді кеңістік құруға мүмкіндік беретін оптикалық-аппараттық бағдарламалық кешендер». «Кеңейтілген шындық» тіркесі әдебиеттерде салыстырмалы түрде сирек кездеседі. Сонымен қатар, виртуалды шындық жүйелеріне арналған әртүрлі ғалымдардың жарияланымдары жиі кездеседі. Шетелдік танымал және ғылыми дереккөздерде толықтырылған шындық технологиясы айтарлықтай көбірек қамтылған. Сонымен қатар, мұндай жұмыстардың көпшілігі толықтырылған шындықты, керісінше, кейбір физикалық іске асыруды анықтайды[10,11]. Атап айтқанда, осы саладағы алғашқы және маңызды басылымдарының бірінде П.Милгром мен А.Кишино жүргізген зерттеуді, ең алдымен, шығару құралы ретінде мониторларға жатқызу керек деп жазады. Осы ғалымдар жариялаған анықтамалар мен жіктемелер зерттелетін құралдарды құру мен жұмыс істеудің техникалық ерекшеліктеріне сүйенеді. Олардың мақалаларында «толықтырылған шындық» термині нақты әлемге жақын аралас шындықтың құрамдас бөлігі болып саналады. Ағылшын тіліндегі «mixed» терминінің басқа тілдердңғ сөздеріне біржақты сәйкестігі болмағандықтан, мақалаларда «гибридті шындық» және «аралас шындық» сияқты терминдерді көруге болады. П. Милгром мен А. Кишино нақты виртуалды ортаның «жанасуының» екі аспектісін қарастырады: - ақпарат виртуалды әлем объектілерін қоса отырып, нақты әлемнен көп жағдайда меншіктеледі; - ақпарат басынан бастап модельдер түрінде ресімделді және болашақта модель болып табылмайтын нақты әлем объектілері есебінен кеңейтілді. М.Юань, С.Онга және А.Ни айтуы бойынша, толықтырылған шындық - бұл компьютерлік модельденген графикалық және мультимедиялық нысандар 11 сияқты ақпараттық объектілерді енгізу арқылы алынған қоршаған кеңістіктің көрінетін модификациясы[13,14]. М.Сарио толықтырылған шындық жүйесін нақты физикалық кеңістікті 3D модельдермен, мәтінмен, суреттермен және басқа виртуалды нысандармен компьютер экранында шынайы түрде толтыруға мүмкіндік беретін жүйе ретінде анықтайды. Р.Азума кеңейтілген шындықты виртуалды объектілерді нақты объектілермен біріктіруге мүмкіндік беретін және нақты уақыт режимінде өзара әрекеттесуге қабілетті, сондай-ақ 3D режимінде жұмыс істейтін жүйе деп атайды. Жоғарыда аталған сипаттамалардан толықтырылған шындықты зерттейтін ғалымдар толықтырылған шындық ерекшелігі мен мағынасына емес, оның ерекшелігі мен мәнін емес, оны техникалық іске асырудың бірегейлігін ескеретінін байқауға болады. Бұл тәсіл мектеп курсының мазмұнын дамытуда, соның ішінде оқушыларды ақпаратпен және ақпараттық процестермен жұмыс істеудің инвариантты және іргелі тәсілдерімен таныстыруға бағытталған. Толықтырылған шындықтың алғашқы заманауи құрылғысын Microsoft Hololens деп атауға болады. Ақпаратты өңдеу құрылғының өзінде гигабайт деректерді өңдеуге қабілетті кіріктірілген чиптің көмегімен жүзеге асырылады. Hololens туралы пікірлердің көпшілігі оң және ұмытылмас пайдалану тәжірибесі ретінде сипатталады. Толықтырылған шындық прогресінің нәтижесі болып табылатын тағы бір құрылғы - Magic Leap. Hololens-тен айырмашылығы, бұл көзілдірік шағын компьютерге қосылады, оны жасаушы қуаты жағынан толық ойын компьютеріне тең деп сендіреді. Әзірлеушінің айтуынша, көзілдірікті ойын ойнауға, интернет-серфингке, онлайн сатып алуға, әртүрлі ақпаратты көрсетуге, виртуалды байланыс пен шығармашылыққа пайдалануға болады. Жоғары технологиялық смартфондардың көптігіне байланысты Google, Apple сияқты ірі компаниялардың AR технологиясына әсерін атап өткен жөн, осылайша бұл технологияны әркім үшін басқа қымбат жабдықты сатып алмай- ақ пайдалануға мүмкіндік беріледі. Мәселен, мысалы, Apple компаниясы ARKit 2 әзірлеуші ортасын енгізді, онда белгілі бір орындарға байланысты нысандарды құру, нысандарды тану және кескіндерді бақылау, ынтымақтастық және виртуалды элементтермен өзара әрекеттесу мүмкіндігі бар. Google-дің өзіндік ARCore ортасы бар, ол: телефонды кеңістікте анықтау үшін телефон камерасы мен гироскопты пайдаланады, осылайша құрылғы қозғалған кезде объект қозғалыссыз қалады; көлденең беттерді белгілерсіз тану мүмкіндігі бар; жарықтандыруды бағалау және объектіні қоршаған ортаға сәйкес жарықтандыру, соның арқасында объект ең шынайы болып шығады. Толықтырылған шындық – бұл ақпараттық технологиялардың қоршаған ортаға әсері. Олар қосымша сандық элементтерді жасауға немесе арнайы құрылғының көмегімен пайдаланушының сезім мүшелерін өзгертуге мүмкіндік береді. Интерактивті технология виртуалды ақпарат элементтерін нақты уақыттағы физикалық әлем объектілерінің үстіне қоюға мүмкіндік береді. Виртуалды ақпараттың бір бөлігін мәтіндік ақпарат, графика, дыбыстар, жанасуға реакция және т. б. түрінде ұсынуға болады. 12  Толықтырылған шындық (augmented reality, AR) виртуалды (virtual reality, VR) және аралас шындықтан (mixed reality, MR) виртуалды элементтердің нақты әлем объектілеріне проекциялануымен ерекшеленеді(сурет 1). 1-сурет. Augamented reality, virtual reality, mixed reality Виртуалды шындық – бұл техникалық тұрғыдан жасалған құралдар адам сезім мүшелері арқылы еніп кете алатын әлем. Толықтырылған шындық өз кезегінде виртуалды элементтерді нақты әлемге қосады. Сандық кеңістікте виртуалды және нақты әлемдер үйлесімді өмір сүреді, сондықтан пайдаланушы шындықтың ақпараттық нұсқасымен өзара әрекеттесу мүмкіндігіне ие. Ол үшін виртуалды ақпарат пайдаланушыны күнделікті іс- әрекетте қолдайтын қосымша пайдалы құрал ретінде қолданылады. Толықтырылған шындық технологиясы алғаш рет әскери салада бірыңғай қолданыс көрсетті: жауынгерлік міндеттерді атқару мақсатында пайдаланылатын тікұшақтар мен ұшақтар ақпаратты алдыңғы әйнекке немесе ұшқыш дулыға әйнегіне шығаруды қолданады. Мұндай көрсеткіш ұшқышқа маңызды ақпаратты тікелей бақыланатын жағдай аясында қабылдауға көмектеседі. Бұндай уақытта ұшқыш бақылау тақталарына назар аудармайды. Атап айтқанда, маневрлік ұшқышқа әуедегі ұрыс кезінде құнды уақытты тиімді пайдалану мүмкіндігін береді. Осындай сияқты құрылымдардың басым жағдайында бастың айналуы және көз алмасының динамикасынан зардап шеккен мақсатты контекстік типте бөлу мүмкіндігіне ие. Сонымен қатар, мамандарға автомобильдер және ұшақтар, т.б. күрделі техникалық жабдықтарды типтік жөндеуге көмектесетін толықтырылған шындық технологиялары бар. Бұндай уақытта толықтырылған шындық технологиясын қолданудың мәні қызметкерге жөндеу объектісінде тікелей көрсетілетін қажетті интерактивті нұсқаулықты уақытылы көрсету болып табылады. Мысалы, автомобиль, ұшақтардың қалаған бөлігі түсті кодталған, ал оны бөлшектеудің тиімді тәсілдері демонстрацияланады. AR технологияны қолдану бүгінде маркетинг, медицина, білім беру, ойын индустриясы және басқа да әртүрлі салаларда танымал бола бастады. 13  Білім беру саласында: толықтырылған шындықты оқушыларға күрделі ұғымдар мен процестерді жақсырақ түсінуге көмектесетін интерактивті оқу материалдары мен тренингтер жасау үшін пайдалануға болады. Медицина саласында: толықтырылған шындық дәрігерлер мен медицина қызметкерлеріне адам ағзасындағы патологиялар мен процестерді жақсырақ түсінуге және күрделі операцияларды жоспарлауға көмектеседі. Маркетинг және жарнама саласында: толықтырылған шындықты пайдалану компанияларға интерактивті және есте қаларлық жарнамалық компанияларды құруға мүмкіндік береді, мысалы, тауарлардың қаптамаларында немесе сыртқы жарнамаларда маркерлерді тану арқылы. Ойын-сауық саласында: кеңейтілген шындықты қолданатын ойындар мен ойын-сауық қосымшалары пайдаланушыларға виртуалды әлемге жеткізетін бірегей ойын тәжірибесін ұсына алады, бұл шынайы және интерактивті жағдайлар жасайды. Өндіріс саласында: өндіріс жағдайында кеңейтілген шындықты пайдалану процестерді жақсартуға және жұмыс тиімділігін арттыруға мүмкіндік береді, мысалы, жаңа қызметкерлерді оқытуға көмектесу және өндіріс процестерін оңтайландыру арқылы. Бұл толықтырылған шындықты әртүрлі салаларда қалай қолдануға болатынының кейбір мысалдары ғана, бірақ оның әлеуеті әлі толық зерттелмеген және болашақта қосымша қолданбаларға ие болуы мүмкін. Толықтырылған шындықтың үш негізгі түрі бар: Кеңейтілген шындық маркері – бұл нақты әлемдегі виртуалды нысандардың орнын анықтау үшін маркерлерді қолданатын технология. Маркерлер физикалық нысандар болуы мүмкін, мысалы, суреттер немесе құрылғының камерасы танитын арнайы QR кодтары. Маркерсіз толықтырылған шындық – маркерлерді қолдануды қажет етпейді. Оның орнына ол виртуалды нысандардың нақты әлемде орналасуын анықтау үшін гироскоп және акселерометр сияқты құрылғыларда әртүрлі сенсорларды пайдаланады. Проекциялық толықтырылған шындық – виртуалды нысандарды экрандар немесе көзілдірік сияқты арнайы құрылғылардың көмегімен нақты әлемге тікелей проекциялайды. Бұл технология пайдаланушы мен виртуалды нысандар арасындағы шынайы және интуитивті өзара әрекеттесулерді жасауға мүмкіндік береді. Толықтырылған шындықтың аталған негізші үш түрінің жеке өздеріне сәйкес артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Оларды нақты қажеттіліктер мен міндеттерге байланысты әр түрлі салаларда қолдануға болады. Қазіргі уақытта құрылғылар ретінде виртуалды және кеңейтілген шындық көзілдірігі, контроллерлер, құлаққаптар, смартфондар, планшеттер қолданылады. Бұл құрылғылар адамға сандық нысандарды көруге және естуге мүмкіндік береді (сурет 2). 14  2-сурет. VR және AR құрылғылары: құлаққаптары бар көзілдірік , контроллерлер, смартфондар мен планшеттер Толықтырылған шындық технологиясында жұмыс жасау үшін төменде аталатын компоненттер керек: Графикалық станция. Жалпылама айтқанда компьютер. Оған жатады: ноутбук, дербес компьютер, смартфондар, профессионалды графикалық картасы бар графикалық жұмыс станциясы. Экран. Телефон дисплейі, монитор, моно немесе стерео экран, проекциялық экран, теледидар дисплейі. Камера. Камераның көмегімен арнайы бағдарламалық құрал виртуалды объектілерді нақты әлемге виртуалды әлеммен байланыстыруға болады. Тегтер (маркерлер). Бағдарламалық жасақтама. Камераға белгіні көруге және тануға мүмкіндік береді. Толықтырылған шындық (AR) технологиясы – виртуалды және физикалық элементтер қатар өмір сүретін гибридті ортаны құра отырып, цифрлық ақпаратты нақты әлемге қабаттастыратын технология түрі. AR технологиясы нақты әлемдегі ортаны бақылау және оған нақты уақыт режимінде цифрлық мазмұнды қабаттастыру үшін камераларды, сенсорларды және компьютерлік көру алгоритмдерін пайдаланады. Технологияның ең негізгі міндеті – камера арқылы алынатын суреттен тегтің үш өлшемді орнын айқындау. Тану процесі бірыңғай кездеңдермен жүреді. Ең бірінші сурет камерадан түсіріледі. Келесі кезекте бағдарлама әр бейне кадрындағы затбелгіні таниды, берілген шаблонды іздейді. Бейне 2D форматында берілгендіктен, кадрдан табылған белгі 2D форматы түрінде анықталады. Қоршаған кеңістіктегі жақтауды камера тапқаннан соң, келесі кезең – жақтауда нақты көрсетілген бейнені айқындау. Соңғы кезең орындалғаннан соң келесі атқарылатын қызмет – камераның екі өлшемді кескін координаттар құрылымында виртуалды 3D моделді құрастыру. 15  1.2 Білім берудегі толықтырылған шындық технологиялары Білім берудегі толықтырылған шындық – иммерсивті көрнекіліктер мен интерактивтілік арқылы жаңа дағдыларды меңгеруді және күрделі ұғымдарды түсінуді арттыру үшін сенсорлық ақпаратты нақты әлемге қабаттастыратын технологияны пайдалану. Білім берудегі AR оқуды тартымды етуде, оқушылардың ынтасын арттыруда және оқу үлгерімін жақсартуда шешуші рөл атқара алады. Сондықтан болашақты ойлайтын оқу орындары қазір оқу тәжірибесін өзгерту үшін тәжірибелі AR бағдарламалық жасақтамасын әзірлеу провайдерлерімен ынтымақтасуға ұмтылуда. ЮНЕСКО, ЮНИСЕФ және дүниежүзілік банктің бірлескен есебіне сәйкес, табысы төмен және орташа елдерде оқу кедейлігінде өмір сүретін балалардың үлесі шамамен 70% жетеді. Білім беру үшін толықтырылған шындықты пайдалану сансыз мүмкіндіктерге жол ашады. Біріншіден, бұл білім алушыларға жаңа дағдыларды үйренуге және белсенділікті арттыруға көмектесу үшін практикалық оқыту тәсілдерін қолдануға мүмкіндік береді. Ол мұны сандық таңбаларды нақты әлемдегі иллюстрациялармен таныстыру және күрделі тақырыптардағы көптеген шатастыратын сұр аймақтарды жеңілдету арқылы жасайды. Толықтырылған шындық адам денесінің виртуалды үлгілерінен бастап, 3D оқулықтарына дейін оқушыларды қызықты оқу тәжірибесімен таныстыра алады. Педагогтар оқу іс-әрекетін ұйымдастыру процесінде толықтырылған шындық элементтерін қолдану таным пәні мен процесіне қызығушылық пайда болған кезде оқыту әрқашан тиімдірек болады. Білім беруде толықтырылған шындықты қолдану тәжірибесінің мысалдары:: - оқу мазмұнына қосымша ақпаратты қосу-адамның қысқаша өмірбаяны, тарихи фактілер, оқиға орнындағы фотосуреттер, көрнекі 2D және 3D модельдері, бұл анимациялық мазмұнды қызықты, технологиялық тұрғыдан заманауи етеді, тақырыпты кеңірек және терең түсінуге ықпал етеді; - оқытушының әдістемелік ұсынымдарымен тапсырмалар мен оқу мәтінін сүйемелдеу; - оқушылар кітаптың белгілі бір элементтерін сканерлеп, мұғалімнен мәтіндік, аудио бейне кеңестер ала алады немесе оқу мәселелерін талқылау үшін тақырыпты зерттеу кестесі, бақылау сынақтары, басқа оқушылармен байланысу жолдары туралы пайдалы ақпарат ала алады; - күрделі объектілерді өзара әрекеттесу мүмкіндігі бар 3D модельде визуализациялау, бұл дерексіз ақпаратты қабылдауды және мәтінді түсінуді жеңілдетеді (математика, физика, химия, сызу, техникалық ғылымдар және т. б.); - «teaser» оқу мазмұнын басқатырғышпен толықтыру, зейінді белсендіруге, интеллектуалдық қабілеттерді дамытуға, жағымды эмоциялар мен оқу іс- 16 әрекетіне қызығушылықты ынталандыруға ықпал ететін проблемалық немесе ойын тапсырмасы. Дүние жүзіндегі білім беру жүйесі нұсқаушылардың жетекшілігімен оқытудың дәстүрлі тәсілін ғана ұстанды. Технологияларды интеграциялау білім беру ұйымдарын, мұғалісдерді, сондай-ақ оқушыларға пайда әкелуі мүмкін. Атап айтқанда, білім берудегі толықтырылған шындықты біріктіру туралы айтатын болсақ, ол оқушыларды оқуға ынталандыру, сыныптар мен оқыту әдістерін интерактивтілікке түрлендіру немесе оқушылардың тезірек білім алуына және жақсы білім алуына қолдау көрсету сияқты көптеген артықшылықтар бере алады. Толықтырылған шындық аппараттық құралдары. Толықтырылған шындық процессорды, дисплейді, сенсорларды және енгізу құрылғыларын қоса алғанда, аппараттық құрамдастарды қажет етеді. Смартфондар мен планшеттік компьютерлер сияқты заманауи мобильді есептеу құрылғыларында акселерометр, GPS және қатты күйдегі компас сияқты камера мен микроэлектромеханикалық жүйелердің (MEMS) сенсорларын жиі қамтитын элементтер бар, бұл оларды қолайлы AR платформаларына айналдырады. Толықтырылған шындық аппараттық құралдарының бірі – видеокамералы арнайы көзілдірік, объектілерді кеңістікте орналастыру мақсатындағы сенсорлар(сурет 3). а) RFID-тегтер б) QR-код в) Штрих код 3-сурет. Толықтырылған шындық жүйелерінде мазмұн (контент) беруге арналған нысандардың мысалдары Толықтырылған шындық браузері. Веб-сайтты дамытуға инновацияларды енгізу күннен-күнге қиындай түсуде. Компаниялар бірте-бірте және дәйекті түрде өз веб-сайттарын пайдаланушыға бағытталған және тартымды етуге тырысады. Негізінде, мұны істеудің бір жолы – интернетте кеңейтілген шындықты пайдалану, әдетте WebAR (Web ar) деп аталады. WebAR пайдаланушыларға белгілі бір қолданбаны жүктеп алмай-ақ смартфондары арқылы AR тәжірибесін алуға мүмкіндік беретін веб-негізделген кеңейтілген шындық тәжірибесіне сілтеме жасайды. Барлық пайдаланушыларға браузерде ашылатын және AR мазмұнын жеткізетін реттелетін URL мекен-жайы қажет. Қысқаша айтқанда, пайдаланушылар WebAR қолдану үшін смартфон браузеріндегі веб-сайтқа кіруі керек. WebAR-дің таралуына және танымал 17 болуына көмектескен нәрсе: бұл технологияның абсолютті қарапайымдылығы мен ыңғайлылығы, әлемдегі смартфондардың кең таралуының арқасында. Толықтырылған шындық жүйесі – толықтырылған шындық технологиясымен жұмыс істеуге қабілетті бағдарламалық-аппараттық кешен. Жалпы жүйе тану жүйесін, ақпаратты шығару жүйесін, есептеу кешенін және толықтырылған шындық мазмұнын қамтиды. Нақты әлемге интерактивті цифрлық қабат қою арқылы толықтырылған шындық білім беруді мұғалім, оқытушы немесе жаттықтырушы білім беретін дәстүрлі, шектеулі үлгілерден босатуға қабілетті, ал оқушылар тек білімді қабылдаушы ретінде әрекет етеді. Кез келген жастағы оқушылар біреуді тыңдаудан немесе оқулықтарды оқудан гөрі интерактивті мультисенсорлық тәжірибе арқылы білім алған кезде білімді тереңірек меңгереді. Білім берудегі толықтырылған шындықтың маңыздылығы – ол сыныпқа тәжірибеге негізделген оқытуды енгізе алады, мысалы, оқулықтарды оқу тақырыптарының 3D көрінісіне түрлендіру арқылы, сонымен бірге бұл тәжірибені сыныптан тыс әлемге таратады. Қазіргі уақытта білім беру процестерінде жалпы пәндерді оқытуда ақпараттық технологиялардың алуан түрлі технологиялары пайдаланылады. Мектептерде ақпараттандыру құралдары мысалдарына тарих сабақтарында ескірген құрылғыларды зерттеудегі физикалық тренажерлер, әлеуметтік зерттеулер мен өмір қауіпсіздігі сабақтарында презентациялар мен виртуалды мұрағаттар, биология сабақтарында 3D модельдер, басқа да пәндерде автоматтандырылған жобалау жүйелері болып табылады. Бұл жағдайларда оқушылар ақпараттық технологиялар құралдарының көмегімен оқытылады, сонымен бірге ақпараттық технологияларды құрал ретінде меңгереді. Оқытуға арналған толықтырылған шындық технологияларын қолдану саласындағы зерттеулер мен әзірлемелердің үш бағытын бөледі: орта және кәсіптік білім беру, өзін-өзі тәрбиелеу, бастауыш білім беру және балаларды оқыту. Бөлінген бағыттарда бірнеше атақты толықтырылған шындық қосымшалары бар: DAQRI's elements 4D (iOS / Android операциялық жүйелеріне негізделген) химиялық элементтерді және элементтердің өзара әрекеттесуін зерттеуге мүмкіндік береді. Жоба барысында 36 элемент, яғни 6 интерактивті блок жасалды. Қолданбаны іске асыру үшін басып шығарылған карталардағы триггерлер қажет. DAQRI's anatomy 4D (iOS / Android операциялық жүйелеріне арналған) – кеңейтілген шындық энциклопедиясы. Бағдарлама кірістірілген кітапханадан басып шығарылған суреттердегі триггерлерді сканерлейді, 3D моделін көрсетеді және онымен өзара әрекеттесуге мүмкіндік береді(сурет 4). 18  4-сурет. DAQRI's anatomy 4D қосымшасы Aug That (iOS) бұл білім алушыларға, тәрбиешілерге және ата-аналарға оқуды қызықты және интерактивті етуге көмектеседі, бұл олардың оқуына кеңейтілген шындықты қамтамасыз етеді. Пайдаланушы Aug ұсынған белгілі бір мақсатты кескінмен сәйкестендіргенде, ол сыныптағы семинарлар, дағдыларды нығайту үшін бейне сабақтар немесе пайдаланушыларды білім беру көмегіне бағыттайтын веб-сайттар үшін үш өлшемді пішіндерді іске қоса алады. Google Translate (Android / iOS) мәтіннің немесе веб-беттің бір бөлігін басқа тілге автоматты түрде аударуға арналған. AR режимінде берілген сөздерді аудару мүмкіндігіне ие. Кейбір тілдер үшін пайдаланушыларға техникалық терминдер сияқты аударма нұсқалары ұсынылады. Amazing Space Journey, SkyORB 3D, Star Walk (Sky Map AR) бағдарламалары қолданушыларға аспан әлемі планеталарын, аспан әлемі жұлдыздарын және шоқжұлдыздарды зерттеп, бақылау мүмкіндігіне ие. Math alive және Animal Alphabet AR Flashcards – бастауыш буын, яғни 3- сыныпқа дейінгі оқушыларға әріптер мен сандарды үйренуге арналған қолданбалар. ZooKazam және Ibugs (iOS / Android) – биология пәніне арналған қосымша жануарлар әлемі мен жәндіктер әлемі, квесттер және тапсырма сұрақтарынан құрастырылған(сурет 5-6). 19  5-сурет. ZooKazam толықтырылған шындық қосымшасы 6-сурет. Ibugs толықтырылған шындық қосымшасы Augmented және Virtual Reality қосымшалары білім беруде қолданыу үшін бірегей шешімін бар екендігін ескеру керек: аппараттық құрал (ноутбук, стилус, z Space көзілдірігі) және Z Space білім беру ресурстары мен оқыту қосымшаларының кітапханасы бар бағдарламалық жасақтама. Narrator AR app балаларға жазуды үйрету үшін кеңейтілген шындық технологиясын қолданады, ойын-сауық форматында ұсақ моторика мен танымдық дағдыларды жақсартуға көмектеседі. Қарапайым және интуитивті басқару элементтерінің көмегімен балалар экранда сиқырлы шаммен немесе кемпірқосақ түрінде әріптер шығаратын зымыран немесе жалғыз мүйізді белгілерді таңдайды. AR технологиясын қосу үшін веб-сайтта тегін шаблон жасап, оны басып шығару қажет(сурет 7). 20  7-сурет. Narrator AR app толықтырылған шындық қосымшасы Толықтырылған шындық технологиясын қолдану білім алушыларды оқуға назарын аударуға, білім алушыларды қызықтыруға, жаңа аұпараттар мен жаңа технологияларды зерттеуге деген ұмтылысын арттыруға, қолданыста жоқ құрал- жабдықтарды мультимедиялық компьютерлік үлгілермен алмастыруға мүмкіндіктер бере алады. Қолданылатын жабдық: мобильді заманауи портативті құрылғылар (iPhone, Android және IOS қосымшаларымен жұмыс істейтін соңғы модельдердің смартфондары), оған Smart notebook орнатылған интерактивті тақта). Қазіргі уақытта мұндай технологияны іске қосу мүмкіндігі тек дербес компьютерлерде ғана емес, сонымен қатар Apple iPhone, Google Android платформаларында, сондай-ақ Symbian OS және Windows Mobile-дің соңғы нұсқаларында кеңейтілген шындық мүмкіндіктерін жүзеге асыратын қосымшалар бар. 1.3 Мектептегі биология курсында толықтырылған шындық технологиясын пайдалану мүмкіндіктері Бүгінгі таңда білім беруді өзгерту нұсқаларының бірі білім алушының жеке басын жан-жақты дамытуға бағытталған ақпараттық технологияларды әзірлеу және енгізу болып табылады. Негізгі компонент мұғалім мен оқушыларға білімді беруді және игеруді жеделдетуге көмектесетін осындай ақпараттық кеңістікті құру болуы мүмкін. Оны білім беру процесіне енгізу оқушылардың сабақта өз ойын еркін жеткізуін, белсенді болуын және икемділігінің дамытады. Ақпараттық технологиялардың сапасын арттыру студенттерге оқу процесіне сәтті бейімделуге мүмкіндік береді. Биология – бұл ең қарқынды даму үстіндегі ғылымдардың бірі. Биологияны оқыту көптеген мұғалімдердің бірнеше жыл бұрын және ескі оқу құралдарында оқитын етіп қалыптасады. Нәтижесінде, олар көбінесе биологиядағы ең жаңа жаңалықтар мен әзірлемелерді білмейді, кейде биологиялық заңдылықтарды өздері жақсы түсінбейді. 21  Биология ең қызықты пәндердің бірі болуы керек. Дегенмен, көптеген оқушыларға қиындық соққызатын пәндердің бірі болып табылады. Төменде биологияның қиын пән ретінде қарастырылуының себептері келтірілген: - Теориялардың, тұжырымдамалардың, процестердің көпшілігі дерексіз түрде берілген. - Мұғалімдер қолданатын түсіндіру әдісі жеткіліксіздеу болады; - Биология оқулықтары мәтіндермен шамадан тыс жүктелген және визуализацияның болмауы. - Биология фактілерін жаттау есте сақтау қабілеті мен өзін-өзі тәрбиелеуді қажет етеді. Педагогтар жаңартылған оқу бағдарламасында шығармашылық қабілеттерін дамытуға, сонымен бірге тың идеяларды іске асыруға және биология саласындағы заманауи жетістіктерді таратуға әрдайым дайын емес. Сондай-ақ, жаратылыстану-ғылыми бағыттағы пәндерді зерттеудің тағы бір өзекті мәселелерінің бірі оқыту формаларының проблемасы екендігіне назар аударуға болады. Мектептегі биология сабақтарында практикалық бөлімге жеткілікті уақыт берілмейді-экскурсиялар, зертханалық жұмыстар, тәжірибелер мен бақылаулар, бұл оқушылардың биологияға деген қызығушылығының төмендеуіне әсер етеді. Оқу процесіне AR енгізу арқылы мұғалімдер сыныпта интерактивті және тартымды орта жасай алады. Оқушылар мотивацияға ие болады және үйренген ақпаратты сақтайды, өйткені олар тұжырымдамаларды өздері сезініп, зерттей алады. Негізгі мектептің биология курсында толықтырылған шындық технологиясын оқыту және пайдалану жүйесін модельдеу осы жаңа технологияны оқытуда қолданудың негізгі бағыттары мен тәсілдерін анықтауға мүмкіндік береді. Модельдің арқасында әрі қарай зерттеу жүргізу үшін қажетті компоненттер мен компоненттераралық байланыстар анықталады, олардың ішінде қарастырылып отырған технологияны енгізу шартымен оқыту мазмұнының мақсаттары мен элементтерін, толықтырылған шындық құралдарын құру принциптері мен іріктеу өлшемшарттарын, оқыту әдістерін, педагогтар мен білім алушыларға бөлінетін рөлдерді бөліп көрсетуге болады. Толықтырылған шындық технологиясын білім беруде, атап айтқанда биологияны оқытуда қолдану бірқатар қосымша проблемалар мен міндеттерді тудыратыны анық. Атап айтқанда, қажетті маркерлер мен 3D модельдерді әзірлеу міндеттері, сондай-ақ биология пәні мұғалімдерінің кәсіби қасиеттеріне қойылатын қосымша талаптар өзекті болып отыр. Белгілі бір мағынада мұндай міндеттер мен талаптар өзара байланысты, өйткені қарапайым конструкторлар мен технологияларды қолдана отырып, мұғалімдердің өздері қажетті оқу құралдарын құруға және жетілдіруге қатыса алады. Толықтырылған шындық жүйелерін құру мен пайдаланудың жоғарыда аталған ерекшеліктері биология пәні мұғалімдерін даярлау мен біліктілігін арттыру мазмұнына білім беруде толықтырылған шындық жүйелерін қолданудың әртүрлі аспектілерімен танысу енгізілуі керек екенін көрсетеді. 22  Педагогтар мен басқа да мамандарды даярлау үшін осы типтегі технологиялардың маңыздылығы А.В.Кисляковтың кандидаттық зерттеуінде атап өтілді, ол виртуалды және басқа да ұқсас технологиялар әдістемелік материалдарды жинау және ұсыну үшін қолданылатын жағдайларда осындай даярлықтың сапасын арттыруды негіздеді. Қазіргі заманғы мұғалім толықтырылған шындықтың әртүрлі жүйелері жұмысының жоғарыда сипатталған техникалық аспектілері мен маркерлерді қолдану механизмі туралы ғана емес, сонымен қатар іс жүзінде берілген маркерге виртуалды объектіні қолдану алгоритмін білуі керек. Бұл ретте мұндай алгоритмге әртүрлі әрекеттер кіреді, оның ішінде бейнекамера көмегімен деректерді алу, алынған деректерді өңдеу, маркерді және оның кеңістіктік орнын анықтау, 3D-модельді немесе оқыту үшін өзге де маңызды ақпаратты дұрыс көрсету үшін талап етілетін деректерді қалыптастыру, бейнекамера көмегімен алынған суреттерді компьютер экранына бір мезгілде шығару. Көп жағдайда бұл аспектілер оқытудың техникалық құралдарының ерекшеліктерін білу саласында мұғалімдерді даярлау мазмұнын кеңейтуді анықтайды. Білім беру мақсатында қолдану және мұғалімдердің кәсіби дайындығын дамыту үшін толықтырылған шындық технологиясын қолдану арнайы жабдықтың болуын немесе дамуын қажет етпейтінін ескеру қажет. Көп жағдайда мектептің стандартты компьютерлік техникасы, сондай-ақ сандық фото немесе бейнекамера толықтырылған шындықты оқу құралы ретінде қолдануға жарамды. Толықтырылған шындық технологиясын зерттеу объектісі және оқыту құралы түрінде өзара байланысты қолдану негізгі мектепте биологияны оқытудың әдістемелік жүйесін жетілдіруге мүмкіндік береді. Зерттеудің осы бөлігінде бұрын сипатталған биологияны оқытудың әдістемелік жүйесінің моделіне сәйкес оның компоненттерін әзірлеу ұсынылады. Осы зерттеу шеңберінде негізгі мектептің биология курсында толықтырылған шындық технологиясын қолдана отырып оқытудың мақсаты оқушыларды толықтырылған шындық технологиясы мен құралдарын, сондай-ақ оларды құру, мазмұнды толтыру және кейінгі кәсіби және тұрмыстық міндеттерді шешуде қолдану тәсілдерін игеру арқылы ақпараттық қоғамдағы өмірге және жұмысқа дайындау болып табылады. AR технологиясы орта мектептерде Биологияны оқыту тәсілін өзгерте алады. Практикалық және интерактивті оқу тәжірибесін ұсына отырып, оқушылар күрделі биологиялық ұғымдар туралы тереңірек түсінік ала алады, бұл тақырыпты қол жетімді және қызықты етеді. Білім беру барысы биология мұғалімдерінің тірі табиғат, соның ішінде адам туралы білімді практикалық қолдануға негізделген заманауи технологияларды меңгеруінен тұрады. Физиологиялық материалды зерттеу кезінде қазіргі уақытта инновациялық маңызды және тиімді әдіс сабақтарда толықтырылған шындық құралдарын қолдану болуы мүмкін. Осы әдісті қолдана отырып, биология сабақтарында білім алушылардың өнімділігі айтарлықтай жақсаруы мүмкін. Толықтырылған шындық құралдары білім беру үшін және оқу әдістемесін беру тәсілдерінде және оқу пәндерін оқыту әдістерінде үлкен қадам болып 23 табылады, бұл білім алушылардың ұсынылған ақпаратты жақсы меңгеруіне әкелуі мүмкін. Толықтырылған шындықты «виртуалды» деректер мен нақты әлем арасындағы байланыс ретінде қарастыруға болады. Толықтырылған шындықтың білім беру процесіне әсері қандай? Ең маңызды әсерінің бірі – AR виртуалды және нақты әлем арасындағы үйлесімділікті анық демонстрациялайды. Оның ақпараттық компоненті білім алушылардың назарын аударады, психологиялық ахуал тудырады. Сипатталған модельді іске асыру аясында негізгі мектепте биологияны оқыту кеңейтілген шындықтың визуалды құралдары негізінде де, арнайы жасалған жүйелер негізінде де жүзеге асырылуы мүмкін. Таңдалған, жасалған және қолданылатын визуалды құралдардың биологияны оқытудың мазмұны мен әдістерімен дұрыс байланыста болуы, оның мақсаттарына сәйкес келуі, мазмұнның қажетті элементтерін көрсетуі немесе міндеттерді шешу және орындау үшін сұранысқа ие болуы маңызды. Биология сабақтарында физиологиялық материалды зерттеу мақсатында AR технологияларды қолдану ұялы телефонның немесе планшеттің камерасын объектіге бағыттау арқылы (мысалы, адамның кеудесі) демонстрация функциялары қол жетімді болады: жүрек соғысы, өкпенің жұмысы, қанның бүкіл денеде қозғалысы. Толықтырылған шындық құралдарының көмегімен білім алушылар AR объектілерді көре алады, оларға басқару үрдістерін жасай алады, объектілерді қозғалта алады, бағытын және масштабын өзгертеді, әр түрлі бағытынан бақылайды, зерттелетін тақырыпты таным дәрежесін жоғарылата отырып, тақырыпты тереңірек, түгел игеруге мүмкіндік береді. Оқушылар физиологиялық материал, адам ағзасының барлық жүйелерінің жұмысы, олардың құрамдас мүшелерінің жұмысы мен құрылымын егжей-тегжейлі көре алады, нақты жағдайда мүмкін болатын тәжірибелерді жүргізе алады. 24  2. ТОЛЫҚТЫРЫЛҒАН ШЫНДЫҚ ТЕХНОЛОГИЯЛАРЫН ӘЗІРЛЕУ ОРТАСЫН ТАҢДАУ ЖӘНЕ ОНЫ ЕНГІЗУ 2.1 Толықтырылған шындық технологиясын әзірлеу бағдарламалық құралдарына талдау Қазіргі таңда виртуалды және толықтырылған шындық салаларындағы нарықтың жылдық көлемі үш жүз миллиард доллардан асады. Толықтырылған шындық технологиясын дамытудың қолданылатын құралдары іске асырылатын міндеттердің түріне және іске асыруға болатын жабдыққа байланысты. Daqri, Zooburst және MixAR бағдарламалары қолданушыға түсінікті және программалау тілдерін меңгеруді талап етпейді. Vuforia ARToolKit, Wikitude сияқты SDK жиынтықтарын қамтитын басқа құралдар қолданба әзірлеушілеріне қатаң талаптар қояды. Олар функционалдылықтың кең спектріне ие және әртүрлі құрылғылар мен операциялық жүйелер үшін кеңейтілген шындықты қолдана отырып, кросс- платформалық қосымшаларды құруға мүмкіндік береді. Statista зерттеуіне сәйкес, AR, VR және MR әлемдік нарығы 2021 жылы 27 миллиард доллардан асып түсті және ол болашақта экспоненциалды түрде өседі. AR технологиясы бар қолданбалар электрондық коммерция мен туризмнен бастап, оқыту мен білім беруге дейінгі әртүрлі салаларды өзгерте алады. AR қосымшаларын әзірлеудің негізгі факторы – AR немесе AR SDK әзірлеу бағдарламалық жасақтамасы. Ең жақсы AR SDK таңдаудың негізгі критерийлері. Нарықта AR қосымшаларын жасауға арналған көптеген құралдар бар. AR қосымшасын жасау үшін дұрыс бағдарламаны таңдамас бұрын, келесі параметрлерді ескеру қажет: 1. Құны Баға нақты себептерге байланысты маңызды рөл атқарады. AR қосымшаларын әзірлеуді алғаш бастаған кезде, онда ақысыз және ашық бастапқы AR SDK таңдау қажет. Ақылы SDK-лар қосымша мүмкіндіктер береді, бірақ бұл үшін қосымша төлем төлеуге тура келеді. Динамикалық мазмұны бар ауқымды қосымшаны әзірлеу үшін коммерциялық лицензия қажет болуы мүмкін. 2. Қолдау көрсетілетін платформалар Android және iOS платформаларын қолдайтын көптеген программалар бар. Алайда, macOS немесе Windows операциялық жүйелерін қолдайтын бағдарлама құралдары көп емес. Сонымен қатар, UWP (Universal Windows Platform) қолдайтын смартфондар немесе Windows AR Development Kit жүйелері үшін қолданбаларды жасау үшін пайдалануға болады. 3. Кескінді тану мүмкіндіктері Бұл кез келген AR қосымшасы үшін міндетті функция, өйткені ол кескіндерді, орындарды және нысандарды тануға мүмкіндік береді. HTML мазмұнын, дыбысын және анимациясымен бірге болатын нысандарды тану үшін 25 құрылғыларға жасанды интеллект пен камерамен бірге машиналық көруді пайдалануға мүмкіндік беретін AR әзірлеу құралын таңдау керек. 4. 3D кескінді тану және қадағалау Бұл кез келген AR SDK үшін тағы бір міндетті мүмкіндік. Бұл қолданбаға сауда орталықтары, автовокзалдар немесе әуежайлар сияқты үлкен кеңістіктердегі қолданба пайдаланушысының айналасындағы кеңістікті тануға және кеңістікті жақсартуға көмектеседі. 5. Unity бағдарламасын қолдау Кез келген AR әзірлеу қолданбасы үшін маңызды параметр. Unity – бұл әлемдегі ең қуатты және кең таралған ойын қозғалтқышы. Бұл әзірлеушілерге тұтынушыға ең заманауи мүмкіндіктерді ұсына отырып, қуатты арнайы эффектілерді жасауға мүмкіндік береді. 6. OpenSceneGraph қолдауы Әзірлеушілер AR/VR енгізу, модельдеу және қолданбалы қолданбаларда ғылыми визуализация үшін пайдаланатын үш өлшемді ашық бастапқы графикалық құралдар жинағы (API). 7. GPS қолдауы Орналасқан жерді ескере отырып, AR қосымшасын құру жоспарланса, геолокация мүмкіндігі AR әзірлеуші қосымшасының міндетті элементі болып табылады. GPS-ті жақын