Στόχος της παρούσας διπλωματικής είναι η ανάπτυξη μιας εκπαιδευτικής εφαρμογής Φυσικής για κινητές συσκευές. Η εφαρμογή επιδιώκει να αξιοποιήσει εκπαιδευτικά τη στενή σχέση που έχει το μεγαλύτερο ποσοστό των εφήβων με τις κινητές συσκευές αλλά και τις δυνατότητες οπτικοποίησης εννοιών και μεγεθών που προσφέρει η τεχνολογία της επαυξημένης πραγματικότητας. Η εφαρμογή απευθύνεται σε μαθητές και σκοπός της είναι να τους παρέχει διευκρινήσεις ή και βοήθειες σχετικές με μία άσκηση που θα πρέπει να λύσουν στο σπίτι. Η άσκηση αυτή δίνεται από τον καθηγητή τυπωμένη σε κατάλληλα διαμορφωμένο γραφικά φυλλάδιο. Οι μαθητές χρησιμοποιώντας την κινητή τους συσκευή και την εφαρμογή αποκτούν πρόσβαση στις σχετικές διευκρινήσεις και βοήθειες μέσω ενός περιβάλλοντος επαυξημένης πραγματικότητας που είναι προσαρτημένο στο φυλλάδιο που περιέχει την άσκηση που καλούνται να λύσουν.
Για την υλοποίηση της εφαρμογής χρησιμοποιήθηκε η πλατφόρμα ανάπτυξης ηλεκτρονικών παιχνιδιών Unity σε συνδυασμό με το πρόσθετο Vuforia. Το συγκεκριμένο πρόσθετο μας προσέφερε την δυνατότητα να υλοποιήσουμε το περιβάλλον της επαυξημένης πραγματικότητας αλλά και να υλοποιήσουμε δυνατότητες διάδρασης του μαθητή με τον επαυξημένο χώρο μέσω των εικονικών πλήκτρων (Virtual Buttons) που προσφέρει.
Στην τρέχουσα εκδοχή της η εφαρμογή απευθύνεται σε μαθητές της Β’ Γυμνασίου που καλούνται να επιλύσουν μια άσκηση Φυσικής που περιλαμβάνει υπολογισμό συνισταμένης δύναμης, εύρεση αντίθετης δύναμης και χρήση του πρώτου Νόμου του Νεύτωνα. Έτσι, μέσω του επαυξημένου χώρου και της διάδρασης με αυτόν, δίνεται η δυνατότητα στον μαθητή να αποσαφηνίσει διατυπώσεις σχετικά με την γωνία που σχηματίζουν δύο δυνάμεις, σχετικά με τον τρόπο υπολογισμού της συνισταμένης δύο δυνάμεων, σχετικά με τα χαρακτηριστικά της αντίθετης δύναμης και να θυμηθεί την διατύπωση του πρώτου Νόμου του Νεύτωνα στα πλαίσια ενός ερωτήματος που απαιτεί την χρήση του για να μπορέσει να επιλυθεί. Σε κάθε περίπτωση η εφαρμογή δεν υποκαθιστά την συζήτηση εντός του σχολικού περιβάλλοντος αλλά έρχεται να λειτουργήσει επικουρικά στην αντιμετώπιση ασκήσεων ή προβλημάτων που πρέπει να λυθούν στο σπίτι. Η εφαρμογή δεν έχει γραμμική εξέλιξη ούτε χρονικούς περιορισμούς στην χρήση της, με την έννοια ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τον μαθητή όποτε θέλει, για όποια διευκρίνηση θέλει κα για όσο χρόνο θέλει.
Τέλος παρουσιάζουμε μια εναλλακτική αρχική προσέγγιση που παρά τα πλεονεκτήματα που είχε αναφορικά με τις δυνατότητες διάδρασης με τον επαυξημένο χώρο, εγκαταλείφθηκε λόγω του συνδυασμού των τεχνικών προβλημάτων που εμφανίστηκαν με τους χρονικούς περιορισμούς που υφίσταντο.
The aim of this master thesis is to develop an educational application for Physics for handheld devices. The application seeks to make educational use of the close relationship of the majority of adolescents with mobile devices as well as the possibilities of visualizing concepts and quantities offered by augmented reality technology. The application focuses at students and aims to provide them with clarifications or help on an exercise they have to solve at home. This exercise is given by the teacher printed in an appropriately formatted paper. Students using their handheld device and the application get access to relevant clarifications and help through an augmented reality environment that is attached to the paper containing the exercise they are asked to solve.
To implement the application, the Unity gaming platform was used in conjunction with the Vuforia add-on. This particular add-on offered us the opportunity to implement an augmented reality environment and also to implement capabilities of interaction between the student and the augmented reality space through the Virtual Buttons it offers.
In its current version, the application is addressed to students of the Second Grade of High School who are called upon to solve a physical exercise involving computing net force, finding the opposite force, and using Newton's first law. Thus, through the augmented reality space and the interaction with it, the student is given the opportunity to clarify the formalities concerning the angle that is formed by two forces, clarify the way in which the net force of two forces is calculated, explore the characteristics of the opposing force, and to remember wording of Newton's first Law as part of a question that requires its use to be solved. The application is by no means substitute for the educational discussions within the school environment but instead works in an auxiliary way to help students deal with exercises or problems that need to be solved at home. The application has no linear evolution or time constraints in its use, in the sense that it can be used by the student whenever he wants, for whatever clarification he wants and for as long as he wants.
Finally, we present an alternative initial approach that, despite the advantages it had regarding the capabilities of interaction between students and the augmented reality space, was abandoned due to the combination of technical problems that occurred and the time constraints that existed.
Εκπαιδευτική εφαρμογή Φυσικής για κινητές συσκευές