Разработка виртуальной химической лаборатории для школьного образования

| Категория реферата: Рефераты по педагогике
| Теги реферата: бесплатные контрольные, шпаргалки по математике
| Добавил(а) на сайт: Федотов.

4. Интерфейс «Виртуальной химической лаборатории»

Создание эффективного пользовательского интерфейса для виртуальной лаборатории является трудной и ответственной задачей. Важно было предусмотреть возможность управления большим количеством составных частей химических установок, обеспечить выполнение основных лабораторных процедур способом, максимальным образом имитирующим реальные операции, а также предусмотреть для учащихся удобные управляющие и навигационные элементы. Было бы интересно построить пользовательский интерфейс на основе единой метафоры, разместив все управляющие и навигационные элементы в единое трехмерное пространство. Однако в виртуальной лаборатории во время проведения опытов учащимся приходится взаимодействовать с таким большим количеством реактивов, химической стеклянной посуды и оборудования, что добавление сюда же управляющих и навигационных элементов привело бы к переполнению визуального пространства экрана. В соответствии с этим ограничением при разработке пользовательского интерфейса нашей виртуальной лаборатории в трехмерном пространстве были оставлены только необходимые для проведения опыта управляющие элементы (например, виртуальный фотоаппарат для сбора наблюдений). Все же остальные навигационные и управляющие элементы были перенесены в двумерное пространство и размещены по краям экрана. Это позволило нам увеличить эффект присутствия для работающих с виртуальной лабораторией учащихся.

Существуют серьезные основания утверждать, что педагогические агенты, анимированные персонажи, очень важны для нового поколения образовательных программ (Nijholt А., 2001). Педагогические агенты учащимся помогают сконцентрировать внимание, ведут их через мультимедиа презентацию, обеспечивают дополнительные невербальные коммуникации через эмоции, жесты, движения тела. Таким образом, педагогические агенты делают взаимодействие пользователя с компьютером более «человеческим», более социальным.

Рис. 3. Педагогический агент.

Согласно приведенным выше доводам, в интерфейс виртуальной лаборатории был добавлен педагогический агент «Химик» (рис. 3). Этот персонаж реализован с помощью синтезированной в реальном времени трехмерной анимации. «Химик» осуществляет контроль за всеми действиями учащегося, направляет его при ошибочных действиях, помогает ему при возникновении проблем. Иногда педагогический агент сам принимает участие в проведении опытов, что делает выполняемые процедуры более занимательными.

Отмечается, что педагогические агенты способствуют повышению степени доверия учащихся к учебному материалу. Они повышают мотивацию учащихся и увеличивают время, которое учащиеся проводят, работая с обучающими программами (Lester J. et al., 1997). Для усиления степени доверия к агенту используются специальные средства, подчеркивающие его индивидуальность. Программа может генерировать набор спонтанных движений, изменяя визуализацию синтезированной в реальном времени трехмерной модели. Кроме этого, для моделирования поведения персонажа используется широкий набор поз, жестов, движений головы и выражений лица.

5. Разработка виртуальной лаборатории

Каким образом удалось сократить время и затраты на создание образовательной среды, состоящей более чем из 150 высоко-интерактивных экспериментов, большого количества сложных трехмерных объектов (химическая стеклянная посуда, химические растворы и различное оборудование), а также содержащей анимированного в реальном масштабе времени педагогического агента? Чтобы добиться этого, при разработке виртуальной лаборатории были использованы два современных похода к созданию многофункциональных мультимедиа насыщенных приложений.

Во-первых, был применен метод скриптов, в последнее время широко распространенный для описания сложного мультимедиа контента с высокой интерактивностью. Этот подход предоставляет широкий набор средств для описания необходимой структуры контента и способов взаимодействия пользователя с объектами в виртуальной среде, а также обеспечивает максимальную гибкость при разработке мультимедиа продуктов. Для формирования скрипта продукта был использован объектно-ориентированный язык высокого уровня NML, входящий в состав авторской среды NATURA.

Модель презентации в авторской среде NATURA представляется иерархической структурой, состоящей из сцен, мультимедиа объектов и их композиций (рис. 4).

Рис. 4. Иерархия мультимедиа объектов в NML.

Описание мультимедиа презентации в сценарии на языке NML ведется в следующем порядке. В начале сценария определяются константы, затем шаблоны мультимедиа объектов, композиций и сцен, далее описываются сами сцены. Для каждой сцены задается ее имя, описываются ее мультимедиа объекты, композиции и обработчики событий. В Таблице 1 представлен перечень базовых мультимедиа объектов, используемых в языке MNL.

Таблица 1. Мультимедиа объекты в языке NML.