Файл: Разработка и внедрение интерактивного курса по учебной дисциплине Химия на базе кгб поу вмк цопп с использованием технологии Unity.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 20
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Краевое государственное бюджетное
профессиональное образовательное учреждение
«Ванинский межотраслевой колледж
(Центр опережающей профессиональной подготовки)»
(КГБ ПОУ ВМК ЦОПП)
Научно- исследовательская работа
для участия в конкурсе научно-исследовательских работ (проектов) студентов профессиональных образовательных организаций Хабаровского края
«Студенческая научная весна»
на тему:
«Разработка и внедрение интерактивного курса по учебной дисциплине «Химия» на базе КГБ ПОУ ВМК ЦОПП с использованием технологии Unity »
Автор работы: Приходько Елизавета Александровна
Студентка 2 курса
КГБ ПОУ ВМК ЦОПП
специальности 09.02.07
«Информационные системы и программирование (по отраслям)»
Научный руководитель:
КГБ ПОУ ВМК ЦОПП
Андриенко Татьяна Николаевна
Ванино, 2023
Аннотация
Всем известно, что большую часть информации человек получает посредством зрения. Это одна из причин, почему в курс химии в образовательных учреждениях включены не только теоретические занятия, но и лабораторные работы. Проводя химические опыты и наблюдая за возникающими реакциями, ученик лучше усваивает материал, а также развивает интерес к данной дисциплине.
Актуальность разрабатываемого проекта заключается в том, что проведение практических занятий связано с рядом неудобств. Например, лабораторное оборудование требует особо бережного обращения и часто выходит из строя, а химические реактивы требуется пополнять. Это влечет за собой дополнительные траты бюджета. Кроме того, большинство материалов, необходимых для проведения экспериментов, не безопасны, поэтому, не имея большого опыта в работе с ними, ученик может навредить себе или другим.
Поэтому, целью проекта является разработка и внедрение интерактивного приложения для проведения практических занятий по дисциплине «Химия», которое усовершенствует учебный процесс и решит вышеописанные проблемы.
Основные задачи:
-Изучение предметной области
-Определение списка требований к разработке
-Создание плана проекта
-Подбор платформы для реализации проекта
-Реализация и тестирование
Была разработана программа, представляющая собой виртуальную лабораторию. Она позволит проводить опыты как в учебное время, на занятиях, так и дома. Для ее использования необходим только компьютер, что избавит учебное заведение от лишних трат и позволит проводить эксперименты любой сложности, не подвергая риску учащихся.
-
Основная часть
1.1 Описание проекта
Химические эксперименты – сложные процессы, состоящие из многих этапов. Поэтому и виртуальный эксперимент требовал разделения на несколько этапов, каждый из которых сопровождался изменением кадра.
В сервисе для разработки интерфейсов Figma были разработаны все графические детали проекта: химическое оборудование и реагенты.
В плане проекта присутствовало главное окно, из которого будет возможно переходить в другие окна и окна самих экспериментов.
В ходе разработки плана проекта были выделены некоторые требования:
-
Важно, чтобы человек как можно больше был погружен в диалог с компьютером, поэтому требуется продуманный пользовательский интерфейс, с активным участием пользователя. -
Эксперименты должны быть как можно точнее с научной точки зрения. -
Низкие системные требования к компьютеру, высокая производительность приложения
В научно-исследовательской работе реализована виртуальная лаборатория, включающую в себя проведение лабораторных работ учебного курса. Каждый шаг пользователя будет сопровождаться событиями на экране, имитируя реальное проведение эксперимента.
При открытии программы пользователь увидит главное меню. Кнопка «Содержание» откроет вкладку со списком лабораторных работ. На данный момент их две. Кнопка «Выход», соответственно, осуществит выход из приложения. Перейдя в окно лабораторной работы пользователь увидит все необходимое оборудование и материалы. Взаимодействуя с объектами, человек проведет опыт. Кнопка «Лупа» откроет основную формулу, отображающую суть эксперимента. При желании, пользователь может закрыть это окно.
1.2 Разработка
После определения плана проекта и требований к нему начался этап разработки.
Для начала возникла потребность в подборе программного обеспечения для разработки приложения.
При выборе движка, на основе которого будет разрабатываться программа, важными условиями были простота использования, понятный интерфейс и большая библиотека русскоязычных обучающих материалов. Среди популярных и подходящих по критериям платформ были такие как Unreal, Unity, Godot, Construct, Twine и многие другие.
Но, хотя эти платформы очень популярны и удобны, но есть несколько минусов. Например Unreal имеет очень много функций и возможностей, что является минусом для начинающих разработчиков., а также это сильно нагружает систему. Движок Godot отлично проработан, но не имеет достаточное количество русскоязычных уроков. А Twine не обладает автозаполнением основных пунктов кода, которое есть в других движках. Поэтому выбор пал на платформу Unity, как на самую распространенную, удобную в использовании, имеющую все необходимые функции без усложнений. На этой платформе было создано много приложений, которые сейчас довольно известны. Этот движок идеально подходит для начинающих разработчиков. В него включены все необходимые функции: анимирование, написание скриптов, создание сцен, событий и тд. Кроме того, это кроссплатформенная система, позволяющая создавать приложения для разных устройств. Поэтому виртуальная лаборатория стала разрабатываться именно на нем.
Формат приложения выбран 2D, так как такие программы обычно не имеют высоких системных требований к устройствам, поэтому в учебном заведении не возникнет проблем с загрузкой и использованием.
Первым этапом было создано главное меню, содержащее две основные кнопки: «Содержание» – переход к библиотеке лабораторных работ, а также кнопка выхода.
Кнопка выхода работает при помощи простого скрипта:
Код программы - переход к библиотеке лабораторных работ
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
public class ExitMenu : MonoBehaviour
{
public void ExitGame()
{
Application.Quit();
}
}
На рисунке 1.1 представлено главное окно виртуальной лаборатории
Рисунок 1- Главное меню
Кнопка «Содержание» включает в себя функцию Click On, позволяющую выбрать необходимый объект и задать ему функцию, которая будет срабатывать при нажатии. Так как библиотека опытов была объединена в одну группу(Option, рисунок 1), я создала функцию Option.SetActive(bool) и отметила флажок видимости объекта. В результате при нажатии на «Содержание» открывается библиотека(рис. 2). По такому же принципу работает и кнопка закрытия библиотеки(«стрелочка»). При нажатии на нее снова открывается окно как на рис.1
На рисунке 2 представлено окно формы библиотека лабораторных работ
Рисунок 2-Библиотека лабораторных работ
Далее нужно было создать переход из библиотеки на сцену, соответствующую выбранной кнопке(название опыта). Для этого был написан скрипт:
Код программы-Скрипт перехода из библиотеки на сцену
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using UnityEngine.SceneManagement;
public class OpenScene: MonoBehaviour
{
public void PlayGame()
{ SceneManager.LoadScene(SceneManager.GetActiveScene().buildIndex + 1);
}
}
Теперь, при нажатии на название опыта в библиотеке, открывалась его сцена. Например, при нажатии на кнопку «Углеводороды» открывается сцена с эти опытом(рис.3).
На рисунке 3 показан интерфейс лабораторных работ «Углеводороды»
Рисунок 3-Интерфейс лабораторной работы "Углеводороды"
На этой сцене требовалось воспроизвести несколько анимаций при взаимодействии с определенными объектами. Поэтому первым шагом мне надо было позволить нужным объектам, в этом случае химической ложке и спичке, двигаться. Для это использовался элемент EventTrigger, обеспечивающий срабатывание какого-либо события, если происходит другое, заранее заданное событие. Я взяла событие “Drag”, то есть «перетаскивание» и поместила на нужных объектах. Далее написала скрипт, который определила на Canvas:
Код программы-скрипт перемещения курсором
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
public class MoOb : MonoBehaviour
{
public void SetPosition(Transform obj)
{
obj.position = Input.mousePosition;
}
}
Поместила этот скрипт через объект Canvas на объекты, которые должны двигаться и включила функцию SetActive(transform).
Задав движение нужным объектам, перешла к следующему этапу. Необходимо было создать анимации для объектов, используемых в лаборатории. На этом шаге использовался встроенный в платформу Unity инструмент Animation, позволяющий быстро создать покадровую анимацию из спрайтов и инструмент Animator, контролирующий все анимации объекта, если их было несколько.
На рисунке 4 показано окно Animator
Рисунок 4-Окно Animator
И оставался последний шаг – написать скрипт, включающий нужную анимацию, когда я провожу рядом определенный объект. Например, чтобы у спиртовой горелки включилась анимация горения, если рядом проводится спичка. Для этого использовались компоненты Collider2D, Trigger и RigitBody2D. Вокруг горелки была зона триггера, и к ней добавлен скрипт:
Код программы – скрипт проигрывания анимации
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
public class AniScr : MonoBehaviour{
public GameObject Burner
private void OnTriggerEnter2D(Collider2D collision){
if (collision.name == "Match")
{
Burner.GetComponent
}
}
}
Те же этапы проделаны и с другими объектами. В итоге получился эксперимент(рис.4).
Кнопка вывода формулы(«Лупа») и кнопка «Назад» работают так же как и в главном меню.
На рисунке 5 показан результат лабораторной работы «Углеводороды»
Рисунок 5.Результат лабораторной работы "Углеводороды"
1.3 Значимость предлагаемого мероприятия по внедрению интерактивного учебного курса «Химия»
Реализация и внедрение данного проекта позволит
Обеспечить следующие возможности для ученика:
- повышение мотивации обучения и его качества;
- расширенные ресурсы для обучения;
- компетентность в области информационных, компьютерных и цифровых технологий;
- ресурсы и навыки самообразования.
Для учителя применение интерактивного курса позволит:
- возможность освоения нового оборудования и его эффективного применения в УВП;
- возможность освоения и внедрения в учебный процесс цифровых технологий;
- трансформацию обучения для повышения активности и самостоятельности учеников.
При модернизации интерактивного учебного курса появится возможность организации интеллектуальных и творческих соревнований, научно-технического творчества и проектно-исследовательской деятельности;
Внедрение интерактивного учебного курса позволит реализовать индивидуальные образовательные маршруты обучающихся (индивидуальной траектории развития).
При использовании интерактивного урока можно выделить следующие ключевые аспекты:
- сделать урок эмоционально насыщенным и полноценным, наиболее наглядным;
- сократить время для контроля и проверки знаний учащихся;
- активизировать познавательную деятельность учащихся;
- проводить уроки на высоком эстетическом уровне (музыка, анимация);
- индивидуально подойти к ученику, применяя разноуровневые задания.
Также считаю, что учитель, используя ИКТ на своих уроках, получает следующие преимущества :
- скорость объяснения увеличивается;
- качество процесса обучения также возрастает, т.к. в работу включаются несколько органов чувств учащегося (слух, зрение);
- более успешно происходит воздействие на эмоциональную сферу учащихся, а следовательно, удается задействовать непроизвольную память – залог прочных знаний;
- использование Интернет – ресурсов позволяет «идти в ногу со временем»;
- изготовление презентаций – это творчество учителя, позволяющее ему наиболее полно и ярко донести до детей необходимую информацию;
- нет необходимости готовить к уроку массу энциклопедий, репродукций, аудио-сопровождения — всё это уже заранее готово и содержится на маленьком компакт-диске;
- поднятие авторитета учителя в глазах учащихся.
Преимущества, получаемые учеником:
- лёгкий путь усвоения информации;
- при изготовлении презентаций, работе в Интернете, работе с другими носителями цифровой информации учащиеся приобретают умения и навыки необходимые им в будущей жизни;
- использование компьютера на уроках способствует развитию устойчивого внимания, повышению мотивации к учебе,
- облегчается овладение сложным материалом;
- позволяет учащимся проявить себя в новой роли;
- учащиеся начинают работать более творчески и становятся уверенными в себе.
-
Апробация и внедрение проекта виртуальной лаборатории
В ходе внедрения проекта в учебное заведение, приложение было протестировано.
На рисунке 6 учащийся входит в виртуальную лабораторию.
Рисунок 6-Тестирование
На рисунке 7 учащийся проводит опыт в виртуальной лаборатории
Рисунок 7.Тестирование
Заключение
В рамках проекта была разработана начальная версия виртуальной лаборатории для практических работ на уроках химии. Исследование показало, что ее внедрение сократит расходы учебного заведения и повысит эффективность обучения.
Помимо уже имеющихся функций, приложение имеет большие возможности для роста.
Выделим преимущества для учителя:
- качество процесса обучения также возрастает, т.к. в работу включаются несколько органов чувств учащегося (слух, зрение);
- более успешно происходит воздействие на эмоциональную сферу учащихся, а следовательно, удается задействовать непроизвольную память – залог прочных знаний;
- использование Интернет – ресурсов позволяет «идти в ногу со временем»;
Преимущества для ученика:
- лёгкий путь усвоения информации;
- при изготовлении презентаций, работе в Интернете, работе с другими носителями цифровой информации учащиеся приобретают умения и навыки необходимые им в будущей жизни;
- использование компьютера на уроках способствует развитию устойчивого внимания, повышению мотивации к учебе,
В дальнейшем данная научно-исследовательская работа предполагает следующие расширения:
1)Расширение библиотеки экспериментов.
2)Добавление подробного научного объяснения результатов того или иного действия.
3)Улучшение графики.
Список литературы
-
Джозеф Хокинг. Unity — в действии. Мультиплатформенная разработка на C# [рус.]. — 2. — СПб : Питер, 2016. — 336 с. -
Изучаем С#, Д.Грин, Э.Стиллмен -
Заславская О. Ю. Информационные системы управления образовательным процессом // Управление школой. — 2021. — № 14 (341) — С.34–43. -
Роберт И. В. Современные информационные технологии в образовании. — М.: Школа — Пресс, 2020.
