Name: יישום מציאות משולבת לחינוך (MRE) ותוצאות בשיעורים מקוונים להנדסה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-06-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 4 min 12 s
Description: למדו כיצד מציאות משולבת משפרת חינוך הנדסי מקוון באמצעות מערכת MRE עם משוב מורה. המחקר בדק 30 תלמידים והוכיח שיטה יעילה וחסכונית לתרגול מעבדה מרחוק.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

מחקר זה נערך בחסות קמפוס אוניברסיטת גוודלחרה הפאן-אמריקאית. אנו מודים לסטודנטים להנדסה מכטרונית על תרומתם לניסוי.

הפרוטוקול עוקב אחר הנחיות ועדת האתיקה של האוניברסיטה הפאן-אמריקאית. הניסוי נערך עם 30 תלמידים, בגילאי 18 עד 20; שמונה סטודנטים היו נשים ו-22 גברים, וכולם למדו באוניברסיטה הפאן-אמריקאית בגוודלחרה, מקסיקו (העיר השנייה בגודלה במקסיקו). כל המשתתפים השלימו את תהליך ההסכמה מדעת וסיפקו אישור בכתב לתמונות לצילום ופרסום במהלך איסוף הנתונים. הדרישה היחידה הייתה שהתלמידים צריכים שיהיה להם טלפון חכם, וזה לא היה בעיה. לכן, לא היו קריטריונים להחרגה לניסוי.
1. הגדרה וכיול של מערכת VR
הערה: שלב זה אורך ~10 דקות.
<ol><li>ודאו שהמערכת כוללת את כל הרכיבים: טלפון אנדרואיד עם מערכת הפעלה בגרסה 10 ומעלה, משקפי קופסת VR ובסיס עץ עם תמונת כיול (איור 1) (ראו טבלת חומרים).</li>
	<li>פתח את יישום MRE בטלפון הסלולרי וטען את שירותי Unity, AR Foundation, Google Cardboard ו- ManoMotion25,26,27,28. יישום MRE פותח על ידינו; הוא פותח עבור אנדרואיד והוא אינו ציבורי.</li>
	<li>הכניסו את הטלפון הסלולרי למשקפי המציאות המדומה והרכיבו את המשקפיים.</li>
	<li>אתר חזותית את מרכז הבסיס של אב הטיפוס MRE (הריבוע הכחול באיור 1).</li>
	<li>כאשר הסימולציה מופיעה, הרימו יד מושטת כדי למקם אותה במרכז התצוגה. הערה: מרגע זה, המשתמשים יכולים לבצע מחוות ידיים כדי לקיים אינטראקציה עם הסביבה המדומה.</li>
</ol>2. הכנת המשתמש
הערה: שלב זה אורך ~5 דקות.
<ol><li>ללא משקפי VR, פתחו את יישום ה-MRE, כפי שמוצג באיור 2.</li>
	<li>ודא שהיישום מופעל במצב משתמש ולכן יש צורך רק להיכנס.</li>
	<li>בחר את התרחיש שהמשתמש רוצה לבצע. ישנם שני תרחישים: רכיבים אלקטרוניים ופיזיקה.</li>
	<li>לחץ על הפעל; למשתמש יהיו 30 שניות להרכיב את משקפי ה- VR.</li>
</ol>3. ביצוע תרחישים
הערה: שלב זה אורך ~15 דקות.
<ol><li>תרחיש 1: רכיבים אלקטרוניים<ol><li>אתר את האזורים למיקום רכיבים, באמצעות צבעים אדום, ירוק וכחול. זה תוחם את ששת אזורי האינטראקציה של הסצנה הזאת: שלושה אזורים לקחת את רכיבי האלקטרוניקה הווירטואלית ושלושה אזורים לשחרר את הרכיבים, כפי שמוצג באיור 3.</li>
		<li>קח את הרכיב ומקם אותו במקום הנכון. המקום הנכון תלוי ברכיב ובמה שנראה בתיאוריה; לדוגמה, בתיאוריה, מוסבר כיצד למקם גוף קירור, וב MRE אמר מיקום מתורגל.</li>
		<li>המשך עד שכל הרכיבים יהיו במקומם.</li>
	</ol></li>
	<li>תרחיש 2: פיזיקה<ol><li>אתר את שתי המכוניות המעורבות בתרחיש (איור 4).</li>
		<li>בחר את המהירות של כל מכונית.</li>
		<li>דמיינו את הגרפים לאחר ההתנגשות.</li>
	</ol></li>
</ol>4. תצוגת ניהול
<ol><li>במסך הראשי, לחץ על מצבי MRE (ראה איור 2) ובחר באפשרות מנהל המערכת.</li>
	<li>היכנס כדי לוודא אם לחשבון יש הרשאת גישה כמנהל. הערה: ניתן להציג את רשימת התלמידים ואת הציונים המתקבלים בכל תרחיש.</li>
</ol>5. תוצאות התלמידים
<ol><li>כניסה כמנהל, לחץ על שם התלמיד הרצוי והצג את הטבלה עם המידע של ציוני התרחישים שלהם.</li>
	<li>לחץ על שם התלמיד ובחר הורד ציונים כ- CSV. פעולה זו תציג את כל התוצאות בקובץ המופרד באמצעות פסיקים.</li>
</ol>

<ol><li>World Economic Forum. The COVID-19 pandemic has changed education forever. This is how. World Economic Forum. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.weforum.org/agenda/2020/04/coronavirus-education-gloabl-covid19-online-digital-learning/">https://www.weforum.org/agenda/2020/04/coronavirus-education-gloabl-covid19-online-digital-learning/</a> (2020).</li>
<li>Cellini, S. R. How does virtual learning impact students in higher education. Brown Center Chalkboard. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.brookings.edu/blog/brown-center-chalkboard/2021/08/13/how-does-virtual-learning-impact-students-in-hegher-education/">https://www.brookings.edu/blog/brown-center-chalkboard/2021/08/13/how-does-virtual-learning-impact-students-in-hegher-education/</a> (2021).</li>
<li>Loukatos, D., Androulidakis, N., Arvanitis, K. G., Peppas, K. P., Chondrogiannis, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+open+tools+to+transform+retired+equipment+into+powerful+engineering+education+instruments%3A+a+smart+Agri-IoT+control+example%5BTitle%5D)+AND+%22Electronics%22%5BJournal%5D)">Using open tools to transform retired equipment into powerful engineering education instruments: a smart Agri-IoT control example.</a> Electronics. 11, 855(2022).</li>
<li>Garlinska, M., Osial, M., Proniewska, K., Pregowska, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+influence+of+emerging+technologies+on+distance+education%5BTitle%5D)+AND+%22Electronics%22%5BJournal%5D)">The influence of emerging technologies on distance education.</a> Electronics. 12 (7), 1550(2023).</li>
<li>Parmaxi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Virtual+reality+in+language+learning%3A+A+systematic+review+and+implications+for+research+and+practice%5BTitle%5D)+AND+%22Interactive+Learning+Environments%22%5BJournal%5D)">Virtual reality in language learning: A systematic review and implications for research and practice.</a> Interactive Learning Environments. 31, 172-184 (2023).</li>
<li>Milgram, P., Kishino, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+taxonomy+of+mixed+reality+visual+displays%5BTitle%5D)+AND+%22IEICE+Transactions+on+Information+and+Systems%22%5BJournal%5D)">A taxonomy of mixed reality visual displays.</a> IEICE Transactions on Information and Systems. 77 (12), 1321-1329 (1994).</li>
<li>Zaghloul, M. A. S., Hassan, A., Dallal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Teaching+and+managing+remote+lab-based+courses%5BTitle%5D)+AND+%22ASEE+Annual+Conference+and+Exposition%2C+Conference+Proceedings%22%5BJournal%5D)">Teaching and managing remote lab-based courses.</a> ASEE Annual Conference and Exposition, Conference Proceedings. , (2021).</li>
<li>Maas, M. J., Hughes, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Virtual%2C+augmented+and+mixed+reality+in+K-12+education%3A+A+review+of+the+literature%5BTitle%5D)+AND+%22Technology%2C+Pedagogy+and+Education%22%5BJournal%5D)">Virtual, augmented and mixed reality in K-12 education: A review of the literature.</a> Technology, Pedagogy and Education. 20 (2), 231-249 (2020).</li>
<li>Noah, N., Das, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploring+evolution+of+augmented+and+virtual+reality+education+space+in+2020+through+systematic+literature+review%5BTitle%5D)+AND+%22Computer+Animation+and+Virtual+Worlds%22%5BJournal%5D)">Exploring evolution of augmented and virtual reality education space in 2020 through systematic literature review.</a> Computer Animation and Virtual Worlds. 32 (3-4), e2020(2021).</li>
<li>Gerup, J., Soerensen, C. B., Dieckmann, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Augmented+reality+and+mixed+reality+for+healthcare+education+beyond+surgery%3A+an+integrative+review%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Medical+Education%22%5BJournal%5D)">Augmented reality and mixed reality for healthcare education beyond surgery: an integrative review.</a> International Journal of Medical Education. 11, 1-18 (2020).</li>
<li>Sinou, N., Sinou, N., Filippou, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Virtual+reality+and+augmented+reality+in+anatomy+education+during+COVID-19+pandemic%5BTitle%5D)+AND+%22Cureus%22%5BJournal%5D)">Virtual reality and augmented reality in anatomy education during COVID-19 pandemic.</a> Cureus. 15 (2), (2023).</li>
<li>Soliman, M., Pesyridis, A., Dalaymani-Zad, D., Gronfula, M., Kourmpetis, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+application+of+virtual+reality+in+engineering+education%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Sciences%22%5BJournal%5D)">The application of virtual reality in engineering education.</a> Applied Sciences. 11 (6), 2879(2021).</li>
<li>Rojas-Sánchez, M. A., Palos-Sánchez, P. R., Folgado-Fernández, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Systematic+literature+review+and+bibliometric+analysis+on+virtual+reality+and+education%5BTitle%5D)+AND+%22Education+and+Information+Technologies%22%5BJournal%5D)">Systematic literature review and bibliometric analysis on virtual reality and education.</a> Education and Information Technologies. 28, 155-192 (2023).</li>
<li>Brown, K. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+large-scale%2C+multiplayer+virtual+reality+deployment%3A+a+novel+approach+to+distance+education+in+human+anatomy%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Science+Educator%22%5BJournal%5D)">A large-scale, multiplayer virtual reality deployment: a novel approach to distance education in human anatomy.</a> Medical Science Educator. , 1-13 (2023).</li>
<li>Birt, J., Stromberga, Z., Cowling, M., Moro, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mobile+mixed+reality+for+experiential+learning+and+simulation+in+medical+and+health+sciences+education%5BTitle%5D)+AND+%22Informatics%22%5BJournal%5D)">Mobile mixed reality for experiential learning and simulation in medical and health sciences education.</a> Informatics. 9 (2), 31(2018).</li>
<li>Tang, Y. M., Au, K. M., Lau, H. C. W., Ho, G. T. S., Wu, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluating+the+effectiveness+of+learning+design+with+mixed+reality+%28MR%29+in+higher+education%5BTitle%5D)+AND+%22Virtual+Reality%22%5BJournal%5D)">Evaluating the effectiveness of learning design with mixed reality (MR) in higher education.</a> Virtual Reality. 24 (4), 797-807 (2020).</li>
<li>Halabi, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Immersive+virtual+reality+to+enforce+teaching+in+engineering+education%5BTitle%5D)+AND+%22Multimedia+Tools+and+Applications%22%5BJournal%5D)">Immersive virtual reality to enforce teaching in engineering education.</a> Multimedia Tools and Applications. 79 (3-4), 2987-3004 (2020).</li>
<li>Borish, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Undergraduate+student+experiences+in+remote+lab+courses+during+the+COVID-19+pandemic%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Physics+Education+Research%22%5BJournal%5D)">Undergraduate student experiences in remote lab courses during the COVID-19 pandemic.</a> Physical Review Physics Education Research. 18 (2), 020105(2022).</li>
<li>Trentsios, P., Wolf, M., Frerich, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remote+Lab+meets+Virtual+Reality-Enabling+immersive+access+to+high+tech+laboratories+from+afar%5BTitle%5D)+AND+%22Procedia+Manufacturing%22%5BJournal%5D)">Remote Lab meets Virtual Reality-Enabling immersive access to high tech laboratories from afar.</a> Procedia Manufacturing. 43, 25-31 (2020).</li>
<li>Jona, K., Roque, R., Skolnik, J., Uttal, D., Rapp, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Are+remote+labs+worth+the+cost%3F+Insights+from+a+study+of+student+perceptions+of+remote+labs%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Online+Engineering%22%5BJournal%5D)">Are remote labs worth the cost? Insights from a study of student perceptions of remote labs.</a> International Journal of Online Engineering. 7 (2), 48-53 (2011).</li>
<li>Lowe, D., De La Villefromoy, M., Jona, K., Yeoh, L. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remote+laboratories%3A+Uncovering+the+true+costs%5BTitle%5D)+AND+%222012+9th+International+Conference+on+Remote+Engineering+and+Virtual+Instrumentation.+IEEE%22%5BJournal%5D)">Remote laboratories: Uncovering the true costs.</a> 2012 9th International Conference on Remote Engineering and Virtual Instrumentation. IEEE. , 1-6 (2012).</li>
<li>Miles, D. T., Wells, W. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lab-in-a-box%3A+A+guide+for+remote+laboratory+instruction+in+an+instrumental+analysis+course%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Education%22%5BJournal%5D)">Lab-in-a-box: A guide for remote laboratory instruction in an instrumental analysis course.</a> Journal of Chemical Education. 97 (9), 2971-2975 (2020).</li>
<li>Loukatos, D., Zoulias, E., Chondrogiannis, E., Arvanitis, K. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+mixed+reality+approach+enriching+the+agricultural+engineering+education+paradigm%2C+against+the+COVID19+Constraints%5BTitle%5D)+AND+%222021+IEEE+Global+Engineering+Education+Conference+%28EDUCON%29.+IEEE%22%5BJournal%5D)">A mixed reality approach enriching the agricultural engineering education paradigm, against the COVID19 Constraints.</a> 2021 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON). IEEE. , 1587-1592 (2021).</li>
<li>Guerrero-Osuna, H. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implementation+of+a+MEIoT+weather+station+with+exogenous+disturbance+input%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Implementation of a MEIoT weather station with exogenous disturbance input.</a> Sensors. 21 (5), 1653(2021).</li>
<li>Unity Technologies. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://unity.com/">https://unity.com/</a> (2023).</li>
<li>About AR Foundation. Unity Technologies. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.xr.arfoundation@4.1/manual/index.html">https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.xr.arfoundation@4.1/manual/index.html</a> (2020).</li>
<li>Manomotion. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.manomotion.com/">https://www.manomotion.com/</a> (2022).</li>
<li>Create immersive VR experiences. Alphabet Inc. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://developers.google.com/cardboard">https://developers.google.com/cardboard</a> (2021).</li>
<li>Demand for online education is growing. Are providers ready. McKinsey & Company. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.mckinsey.com/industries/education/our-insights/demand-for-online-education-is-growing-are-providers-ready">https://www.mckinsey.com/industries/education/our-insights/demand-for-online-education-is-growing-are-providers-ready</a> (2022).</li>
<li>Vergara, D., Fernández-Arias, P., Extremera, J., Dávila, L. P., Rubio, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Educational+trends+post+COVID-19+in+engineering%3A+Virtual+laboratories%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Today%3A+Proceedings%22%5BJournal%5D)">Educational trends post COVID-19 in engineering: Virtual laboratories.</a> Materials Today: Proceedings. 49, 155-160 (2022).</li>
<li>Wu, B., Yu, X., Gu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effectiveness+of+immersive+virtual+reality+using+head-mounted+displays+on+learning+performance%3A+A+meta-analysis%5BTitle%5D)+AND+%22British+Journal+of+Educational+Technology%22%5BJournal%5D)">Effectiveness of immersive virtual reality using head-mounted displays on learning performance: A meta-analysis.</a> British Journal of Educational Technology. 51 (6), 1991-2005 (2020).</li>
<li>Makarova, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+virtual+reality+lab+for+automotive+service+specialists%3A+a+knowledge+transfer+system+in+the+digital+age%5BTitle%5D)+AND+%22Information%22%5BJournal%5D)">A virtual reality lab for automotive service specialists: a knowledge transfer system in the digital age.</a> Information. 14 (3), 163(2023).</li>
<li>Cho, Y., Park, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Designing+immersive+virtual+reality+simulation+for+environmental+science+education%5BTitle%5D)+AND+%22Electronics%22%5BJournal%5D)">Designing immersive virtual reality simulation for environmental science education.</a> Electronics. 12 (2), 315(2023).</li>
<li>Burov, O. Y., Pinchuk, O. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+meta-analysis+of+the+most+influential+factors+of+the+virtual+reality+in+education+for+the+health+and+efficiency+of+students%27+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Educational+Technology+Quarterly%22%5BJournal%5D)">A meta-analysis of the most influential factors of the virtual reality in education for the health and efficiency of students' activity.</a> Educational Technology Quarterly. 2023, 58-68 (2023).</li>
<li>Loetscher, T., Jurkovic, N. S., Michalski, S. C., Billinghurst, M., Lee, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Online+platforms+for+remote+immersive+Virtual+Reality+testing%3A+an+emerging+tool+for+experimental+behavioral+research%5BTitle%5D)+AND+%22Multimodal+Technologies+and+Interaction%22%5BJournal%5D)">Online platforms for remote immersive Virtual Reality testing: an emerging tool for experimental behavioral research.</a> Multimodal Technologies and Interaction. 7 (3), 32(2023).</li>
</ol>

המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים ידועים או קשרים אישיים שיכלו להשפיע לכאורה על העבודה המדווחת במאמר זה.

מערכת MRE מאפשרת לתלמידים תרחישים שונים ללמוד על רכיבים אלקטרוניים או נושאים פיזיקליים. נקודה חשובה היא האפשרות של המורה לספק משוב. בדרך זו, התלמידים יכולים לדעת מה הם עשו לא בסדר ומדוע. עם מערכת MRE שפותחה, בוצע ניסוי עם 30 תלמידים, שבו 10 תלמידים לא השתמשו MRE, 10 השתמשו MRE, ולבסוף עוד 10 השתמשו MRE וקיבלו משוב מהמורה. בסיום השיעורים נערך מבחן ידע כללי לכל התלמידים. הבדיקה לא שונתה עבור הניסוי (כלומר, אותה בדיקה מיושמת אם השיעורים הם תיאוריה בלבד או אם מתבצעות פרקטיקות מעבדה. התרגולים הם רק השלמה כדי להבין טוב יותר את...

הטכנולוגיה תמיד הייתה נוכחת במגזר החינוך; שינויים עמוקים חלו במכשירים המשמשים להוראת שיעורים. עם זאת, שיעורים פנים אל פנים נותרו האפשרות המועדפת על תלמידים ומורים. כשהמגפה הגיעה, היא שינתה את כל המגזרים, והחינוך לא היה יוצא מן הכלל. בשנת 2018, לפני המגפה, רק 35% מהסטודנטים שלמדו תואר דיווחו כי למדו לפחות שיעור אחד באופן מקוון; כלומר, 65% מהסטודנטים סיימו את לימודיהם באופן אישי1. החל מאפריל 2020, על פי צו ממשלתי (מקסיקני), נאסר על כל בתי הספר הציבוריים והפרטיים ללמד שיעורים פנים אל פנים; מסיבה זו, 100% מהתלמידים נאלצו לקחת שיעורים מרחוק. האוניברסיטאות היו הראשונות לפעול, תוך שימוש בכלים לשיחות וידאו, הכנת שיעורים, ניהול שיעורי בית וכו '. זה הגיוני, שכן אנשים בגיל האוניברסיטה (בין 18 ל 25 שנים) הם אנשים שהיו בקשר עם הטכנולוגיה מאז הלידה.
חלק מהשיעורים ניתנים להתאמה וירטואלית מלאה; עם זאת, שיטות מעבדה מורכבות לביצוע מרחוק, ולסטודנטים אין את החומר הדרוש, שהוא לעתים קרובות יקר. ההשפעה שיש לשיעורים מקוונים על איכות הידע אינה ברורה, וכמה מחקרים מראים כי קורסים מקוונים בדרך כלל מניבים ביצועים גרועים יותר של התלמידים מאשר קורסים אישיים2. אבל דבר אחד בטוח, אי ביצוע פרקטיקות מעבדה המקרבות את התלמידים למה שהם יחוו בתעשייה ישפיע לרעה על הביצועים המקצועיים שלהם. לכן, החשיבות של חוויות בקנה מידה אמיתי הופך להיות הכרחי בהוראה הנוכחית של הנדסה 3,4,5. מסיבות אלה, טכנולוגיות חדשות משמשות כדי להקל על בעיות אלה. ביניהם מציאות מדומה (VR), מציאות רבודה (AR) ומציאות משולבת (MR). חשוב להזכיר כי VR היא טכנולוגיה המאפשרת יצירת סביבה דיגיטלית סוחפת לחלוטין, בעוד AR מכסה אובייקטים וירטואליים בסביבה בעולם האמיתי. מצד שני, MR לא רק משתמש באובייקטים וירטואליים, אלא גם מעגן את האובייקטים האלה לעולם האמיתי, מה שמאפשר אינטראקציה איתם. לפיכך, MR הוא שילוב של VR ו- AR6. מצד שני, חלק מהארגונים גם עשו מאמצים לפתח מעבדות מרוחקות, שבהן קיים ציוד אמיתי אך ניתן לשלוט בו מרחוק7.
המונח MR מתוארך לשנת 1994; עם זאת, ב-5 השנים האחרונות הוא קיבל חשיבות מיוחדת, הודות לחברות גדולות שמיקדו את מאמציהן בסביבות מתפתחות, כמו המטאברס6. MR יכול להיות מיושם בתחומים שונים; שניים מהנפוצים ביותר הם הכשרה וחינוך. הכשרה הייתה אחד הנהגים הגדולים של MR; יקר מאוד לחברה לעצור פס ייצור כדי להכשיר עובדים חדשים, או בסביבות מסוכנות, ולא קל לבצע הדרכות בתחום. החינוך לא הרחק מאחור; למרות ששיעורים פנים אל פנים השתנו מעט מאוד, ישנם מאמצים גדולים לשלב MR בכיתות 8,9. עבור חינוך, יש קריירות מקצועיות שבהן יש צורך לבצע שיטות מעבדה כדי לקבל הכשרה מלאה. מחקרים ומחקרים קיימים רבים הם ברפואה, כאשר VR, AR ו- MR משחקים תפקיד מפתח. מאמרים רבים מראים כיצד MR עולה על שיטות הוראה מסורתיות בנושאים כירורגיים ורפואיים, שם בפועל הוא יתרון ברור לפיתוח תלמידים 10,11,12,13,14.
עם זאת, אין את אותה כמות של מחקר בנושאים הנדסיים. בדרך כלל בקריירה הנדסית, סטודנט יש שיעורי תיאוריה להשלים על ידי פרקטיקות. בדרך זו, ישנם מחקרים על MR ו- VR המראים את היתרונות בפדגוגיה הנדסית12. עם זאת, חלק מהמחקרים הללו מתמקדים בניתוח מורכבות הסביבה והכלים המשמשים 8,15. טאנג ועמיתיו המציאו מחקר שבו סטודנטים מתחומים שונים ובעלי ידע שונה השתמשו ב- MR כדי לשפר את הבנתם בניתוח גיאומטרי ויצירתיות16. במבחן שנערך לאחר מכן, אנשים שלקחו את השיעורים שלהם באמצעות MR סיימו מהר יותר, מה שהבהיר כי MR משפיע באופן חיובי על למידה16. יתר על כן, חלבי הראה את השימוש בכלי VR בחינוך הנדסי. למרות שזה לא MR, זה מראה כלים שניתן להשתמש בהם להוראה. זה עושה מקרה בוחן אמיתי כדי להראות שאפשר להציג VR בשיעורי הנדסה17.
מצד שני, מעבדות מרוחקות (RLs) הן כלים טכנולוגיים המורכבים מתוכנה וחומרה המאפשרים לתלמידים לבצע מרחוק את התרגולים שלהם כאילו היו במעבדה מסורתית. RLs נגישים בדרך כלל דרך האינטרנט, והם משמשים בדרך כלל כאשר התלמידים נדרשים ליישם באופן אוטונומי את מה שהם למדו פעמים רבות ככל שהם דורשים18. עם זאת, עם הגעתו של COVID-19, השימוש בו היה להחליף מעבדות מסורתיות ולהיות מסוגל לבצע תרגולים במהלך שיעורים מקוונים18. כאמור, RL זקוק למרחב פיזי (מעבדה מסורתית) ולאלמנטים המאפשרים לשלוט בו מרחוק. עם הגעתו של VR, מעבדות כבר מודלים וירטואליים, ובאמצעות מנגנונים פיזיים, אלמנטים של המעבדה ניתן לשלוט19. עם זאת, בעל RL הוא יקר מאוד, מעכב בתי ספר רבים במיוחד במדינות מתפתחות. כמה מחקרים מציינים כי עלויות יכול לנוע בין $ 50,000 ל $ 100,00020,21.
יתר על כן, מאז פרוץ המגפה היה צורך לבצע שינויים במהירות; במקרה של RLs, נעשו ניסיונות לשלוח ערכות לביתו של כל תלמיד כדי להחליף את המעבדות המסורתיות. עם זאת, הייתה בעיית עלות, שכן מחקרים הראו כי כל ערכה עלתה בסביבות $70018,22. עם זאת, המחקרים השתמשו ברכיבים יקרים וקשים להשגה. המגפה השפיעה על החינוך ברחבי העולם, ולא הרבה אנשים יכלו להוציא אלפי דולרים כדי להפוך מעבדה לאוטומטית או לקנות ערכה. רוב המחקרים מתייחסים לשיעורים פנים אל פנים ומשלימים אותם עם MR. עם זאת, בשנים האחרונות, שיעורים היו מקוונים בשל COVID-19, ורק כמה עבודות מראות את השיפור של שיעורים וירטואליים באמצעות MR ומכשירים סבירים23,24.
המחקר הקיים עד כה מתמקד בעיקר ברפואה, עם מעט מידע על הנדסה. עם זאת, ללא ספק, אנו מאמינים כי התרומה הגדולה ביותר ואת ההבדל הוא כי הניסוי שלנו בוצע במשך 6 חודשים והושווה עם נבדקים עם אותם מאפיינים שלא השתמשו במודלים וירטואליים, בעוד שרוב העבודות הקודמות ביצעו ניסויים קצרים כדי להשוות טכנולוגיות או נהלים בודדים; הם לא יישמו אותם במשך כמה חודשים. לכן, מאמר זה מראה את ההבדל בלמידה שניתן לבצע באמצעות MR בנושא אוניברסיטאי.
מסיבה זו, עבודה זו מראה את הפיתוח והתוצאות של מערכת MR כדי לסייע בביצוע פרקטיקות מעבדה באוניברסיטאות המתמקדות בהנדסת אלקטרוניקה. חשוב לציין כי דגש מיוחד מושם על שמירה על עלות נמוכה של המכשיר, והפיכתו לנגיש לכלל האוכלוסייה. שלוש קבוצות משתמשות בשיטות הוראה שונות, ונערכת בחינה על נושאי הכיתה. בדרך זו, ניתן להשיג תוצאות על הבנת הנושאים בחינוך מרחוק באמצעות MR.
הפרויקט המוסבר בעבודה זו נקרא מציאות משולבת לחינוך (MRE) והוא מוצע כפלטפורמה שבה תלמידים משתמשים במשקפי VR עם סמארטפון (כלומר, לא נעשה שימוש במשקפי VR מיוחדים). נוצר מרחב עבודה שבו התלמידים יכולים לקיים אינטראקציה עם סביבות וירטואליות ואובייקטים אמיתיים פשוט באמצעות הידיים שלהם, בשל השימוש באובייקטים וירטואליים ואמיתיים, מערכת מציאות משולבת. סביבת עבודה זו מורכבת מבסיס עם תמונה שבה כל האובייקטים הווירטואליים מוצגים ומקיימים איתם אינטראקציה. הסביבה שנוצרה מתמקדת בביצוע שיטות מעבדה כדי להראות רכיבים אלקטרוניים ופיזיקה לקריירה הנדסית. חשוב להדגיש את הצורך לספק משוב לתלמידים. מסיבה זו, MRE משלב מערכת משוב שבה מנהל (בדרך כלל המורה) יכול לראות מה נעשה כדי לדרג את הפעילות. בדרך זו, משוב יכול להינתן על העבודה שנעשתה על ידי התלמיד. לבסוף, היקף עבודה זו הוא לבדוק אם יש יתרונות בשימוש ב- MR בשיעורים מקוונים.
כדי להשיג זאת, הניסוי בוצע עם שלוש קבוצות של תלמידים. כל קבוצה כללה 10 תלמידים (30 תלמידים בסך הכל). הקבוצה הראשונה לא השתמשה ב-MRE, אלא רק לקחה תיאוריה (שיעורים מקוונים) על עקרון שימור התנע ורכיבים אלקטרוניים. הקבוצה השנייה השתמשה ב-MRE ללא משוב, והקבוצה השלישית השתמשה ב-MRE עם משוב ממורה. חשוב להזכיר כי לכל התלמידים יש אותה רמת בית ספר; הם סטודנטים באוניברסיטה באותו סמסטר ועם אותה קריירה, לומדים הנדסת מכטרוניקה. הניסוי יושם בקורס יחיד שנקרא מבוא לפיזיקה ואלקטרוניקה, בסמסטר השני של התואר; כלומר, הסטודנטים היו באוניברסיטה פחות משנה. לכן, הנושאים המכוסים בכיתה יכולים להיחשב בסיסיים מנקודת מבט הנדסית. הניסוי בוצע על 30 תלמידים, שכן זה היה מספר התלמידים שנרשמו לכיתה שבה אושר הניסוי. בכיתה שנבחרה (מבוא לפיזיקה ואלקטרוניקה) היו תיאוריה ופרקטיקות מעבדה, אך בשל המגפה נלמדו רק שיעורי תיאוריה. התלמידים חולקו לשלוש קבוצות כדי לראות את ההשפעה שיש לפרקטיקות על למידה כללית ואם שיעורי MR יכולים להוות תחליף לפרקטיקות פנים אל פנים.

<table><tbody><tr><td>אפליקציית MRE לאנדוריד</td><td></td><td></td><td>האפליקציה פותחה עבור הניסוי, היא נעשתה על ידינו. הוא אינו פומבי, ואין תוכניות לפרסום.</td></tr><tr><td>בד מונע החלקה (20X20 ס"מ)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>הדפסת תמונת</td><td></td><td></td><td></td>הבסיס</tr><tr><td>שלנו נייר דבק עצמי (גיליון בגודל 1 מכתב)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>משקפי מציאות מדומה</td><td>Meta Quest 2</td><td></td><td>אנו משתמשים ב-Meta Quest 2, שהיא אוזניות מציאות מדומה עם שתי תצוגות של 1832 x 1920 פיקסלים לעין, עם האוזניות האלה אתה יכול לשחק במשחקי וידאו, או לנסות סימולטורים עם תצוגה של 360. כמו כן, לאוזניות שני פקדים, בהם הידיים הווירטואליות מרגישות כמו הידיים האמיתיות שלך וזאת הודות לטכנולוגיית מעקב הידיים. https://www.meta.com/quest/products/quest-2/tech-specs/#tech-specs</td></tr><tr><td>צלחת עץ (20X20 ס"מ)</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

יישום מציאות משולבת לחינוך (mre) ותוצאות בשיעורים מקוונים להנדסה

Mixed Reality for Education (MRE) Implementation and Results in Online Classes for Engineering

מגפת הקורונה שינתה תעשיות רבות, העצימה מגזרים מסוימים וגרמה לרבים אחרים להיעלם. מגזר החינוך אינו פטור משינויים משמעותיים; במדינות או ערים מסוימות, שיעורים נלמדו 100% באינטרנט במשך שנה אחת לפחות. עם זאת, כמה קריירה באוניברסיטה צריך שיטות מעבדה כדי להשלים את הלמידה, במיוחד בתחומי ההנדסה, ויש רק שיעורים תיאורטיים באינטרנט יכול להשפיע על הידע שלהם. מסיבה זו, בעבודה זו, פותחה מערכת מציאות משולבת בשם מציאות משולבת לחינוך (MRE) כדי לסייע לתלמידים לפתח שיטות מעבדה כדי להשלים שיעורים מקוונים. נערך ניסוי עם 30 תלמידים; 10 תלמידים לא השתמשו ב-MRE, 10 השתמשו ב-MRE ו-10 נוספים השתמשו ב-MRE עם משוב מהמורים. עם זאת, ניתן לראות את היתרונות של מציאות מעורבת במגזר החינוך. התוצאות מראות כי שימוש ב-MRE מסייע לשיפור הידע במקצועות הנדסיים; התלמידים השיגו כישורים עם ציונים טובים ב-10% עד 20% מאלה שלא השתמשו בו. מעל לכל, התוצאות מראות את חשיבות המשוב בעת שימוש במערכות מציאות מדומה.

חלק זה מציג את התוצאות שהתקבלו מהניסוי. ראשית, מוסברים כמה פרטים על אופן ביצוע הניסוי, לאחר מכן מוצגים הבדיקות שבוצעו על תלמידי הניסוי, ויתר על כן, מוצגות תוצאות הבדיקות. לבסוף, מתואר ניתוח באמצעות תלמיד אחד מכל קבוצה.
אחת הבעיות הגדולות שהביאה המגפה לחינוך ההנדסי הייתה שלא ניתן היה לבצע פרקטיקות מעבדה פנים אל פנים, דבר שיש לו השפעה ישירה על הידע שנרכש על ידי הסטודנטים. כדי לנתח אם הפרויקט שפותח במאמר זה יש השפעה, בוצע ניסוי עם שלוש קבוצות של תלמידים. כל קבוצה מנתה 10 תלמידים; הקבוצה הראשונה ל...

בעבודה זו, פותחה מערכת מציאות משולבת בשם MRE כדי לסייע לתלמידים לפתח שיטות מעבדה המשלימות שיעורים מקוונים. נערך ניסוי עם 30 תלמידים; 10 תלמידים לא השתמשו ב-MRE, 10 השתמשו ב-MRE ו-10 נוספים השתמשו ב-MRE עם משוב מהמורים.

יישום מציאות משולבת לחינוך (MRE) ותוצאות בשיעורים מקוונים להנדסה

The COVID-19 pandemic has changed many industries, empowering some sectors and causing many others to disappear. The education sector is not exempt from ...

פרוטוקול זה בוחן כיצד מציאות משולבת יכולה לשפר את החינוך ההנדסי המקוון על ידי התגברות על מגבלות מעבדה מרחוק וציוד VR יקר. זה כולל 30 תלמידים, תוך הדגשת היתרונות של MR ואת החשיבות של משוב. היתרון העיקרי של מערכת המציאות המשולבת הוא יכולתה להקל על פרקטיקות מעבדה בשיעורי הנדסה מקוונים, ולאפשר לתלמידים להחמיא ללמידה התיאורטית.המחקר הדגיש את חשיבות המשוב. מערכת המציאות המשולבת יכולה לשמש גם ביישומים אחרים, כגון הכשרה בתעשייה שבה ניסיון מעשי הוא חיוני, אך קשה לספק במסגרות מסורתיות. הוא מציע פתרון חסכוני, מה שהופך אותו לנגיש לאוכלוסייה רחבה יותר.המשתמש עלול להתמודד עם אתגרים בניווט בסביבה הווירטואלית, אינטראקציה עם אובייקטים וירטואליים ואמיתיים, והבנת מערכת המשוב. כדי לעזור למתחילים, מומלץ לספק הוראות ברורות והדגמות. התחל בהשקת אפליקציית המציאות המשולבת לחינוך או MRE, וטען את השירותים הרצויים בטלפון הסלולרי.כעת הכניסו את הטלפון הסלולרי למשקפי המציאות המדומה, והרכיבו את המשקפיים. אתר חזותית את מרכז בסיס אב הטיפוס של MRE. כאשר הסימולציה מופיעה, הרימו יד מושטת כדי למקם אותה במרכז התצוגה.כדי להכין את המשתמש למציאות מדומה, ללא המשקפיים, פתח את יישום MRE ובחר את התרחיש שהמשתמש רוצה לבצע. לחץ על הפעל והפעל את התרחיש. הפעל את תרחיש הרכיב החשמלי הראשון באמצעות אדום, ירוק וכחול.כדי לאתר את האזורים למיקום רכיבים, קח את הרכיב ומקם אותו במקום הנכון. המשך עד שכל הרכיבים ממוקמים בצורה מדויקת. סטייה אופיינית ללא שימוש ב- MRE נצפתה מפוזרת יותר.הממוצע הטוב ביותר שהתקבל היה כאשר נעשה שימוש ב- MRE עם משוב מורים. השימוש ב-MRE הבטיח ציון ממוצע של 7.5 ומעלה. MRE עם משוב הביא לציונים ממוצעים של שמונה ומעלה, כאשר הציונים הגבוהים ביותר מכל שלוש הקבוצות היו 9.3 ו -9.5.ההיבט הקריטי ביותר של הליך זה הוא לזהות את האובייקטים האמיתיים, ולכן, זיהוי של ידי המשתמש הוא חיוני כדי להיות מסוגל לבצע את התרחישים. הנוהל הנוכחי יכול להיות מיושם על התעשייה, למשל, הכשרה של עובדים חדשים, המאפשר להם להתאמן בסביבות בטוחות. טכניקה זו סייעה להרחיב את המחקר לתלמידים נוספים באותה רמת ידע.באופן דומה, ניתן לנתח משוב אוטומטי כדי לוודא אם יש לו השפעה על הלמידה.

mixed-reality-for-education-mre-implementation-results-online-classes

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

התכנון הניסיוני פותח כדי לחקור את ההשפעות בזמן אמת של חווית בדיקה כדי להעריך את חווית התלמידים הרגשיים בתחומי ההשכלה הגבוהה ומשימות. עיצוב זה הוא תוצאה של הצלבה (למשל, פסיכולוגיה חינוכית, ביולוגיה, פיזיולוגיה, הנדסה) ומולטי-מודאלי (למשל, סמני הרוק, סקרים, חיישן אלקטרועורי).

תכנון רב-תחומי ומולטי-מודאליים לחקר חוויות בדיקה אותנטית בזמן אמת הקרוב

מאמר זה מתאר את הפרופיל של המאמצים הספרדים המוקדמים של המציאות הווירטואלית ואת האינטרסים שלהם ואת ההעדפות שלהם בנוגע ללמידה ויישומים חינוכיים עבור טכנולוגיה זו. למטרה זו, עיצבנו שאלון מקוון וראיינו 117 משתמשים של פורום המציאות הווירטואלית העיקרית באינטרנט.

מחקר מקוון לחקור על שימושים למידה של מציאות וירטואלית בקרב המאמצים המוקדמים

עבודה זו מתארת מערכת ניסויים מקוונת המספקת ניסויים חזותיים, כולל הדמיה של תיאוריות, מושגים ונוסחאות, הדמיית התהליך הניסיוני עם אסדות בדיקה וירטואליות תלת-ממדיות (תלת-ממדיות), והדמיה של מערכת הבקרה והניטור באמצעות ווידג'טים כגון תרשימים ומצלמות.

מערכת ניסויים מקוונת אינטראקטיבית ומודמית לחינוך ומחקר הנדסי

מאמר זה מציג סקירה של האופן שבו ניתן להשתמש בפעילות וירטואלית סינכרונית מבוססת אינטרנט כדי לחשוף תלמידי כיתות ו'-י"ב לטכנולוגיות הדמיה מתקדמות כגון אולטרסאונד, טומוגרפיה ממוחשבת ואלקטרואנצפלוגרפיה. המאמר דן בשיטות ובציוד הדרושים לשידור חי של מפגשים חינוכיים משולבים למעורבות יעילה של תלמידים ב-STEM.

גישור על הפער הטכנולוגי בעידן הקורונה: שימוש בהסברה וירטואלית לחשיפת תלמידי חטיבות הביניים והתיכונים לטכנולוגיית הדמיה

עבודה זו מציגה ניסוי סימולציה וירטואלית תלת מימדית לעיוות וכשל חומרי, המספק תהליכי ניסוי חזותיים. באמצעות סדרה של ניסויים, משתמשים יכולים להכיר את הציוד וללמוד את הפעולות בסביבת למידה immersive ואינטראקטיבי.

ניסוי סימולציה וירטואלי של מכניקה: עיוות וכשל של חומרים על בסיס מיקרוסקופ אלקטרונים סורק

מחקר זה מתאר מערכת מעבדה מקוונת מבוססת WebVR המספקת למשתמשים יכולות ניסוי סוחפות ואינטראקטיביות הנתמכות על ידי מכשירי VR. המערכת המוצעת לא רק מסייעת לשפר את הריאליזם של השתתפות המשתמשים בניסויים מקוונים, אלא גם ישימה למגוון רחב של מסגרות מעבדה מקוונות.

מעבדת בקרה מקוונת ברשת מציאות מדומה מיושמת בחינוך להנדסת בקרה 

כאן, אנו מתארים פרוטוקול לבניית מודל לב מאפס המבוסס על טומוגרפיה ממוחשבת ומציגים אותו לסטודנטים לרפואה באמצעות הדפסה תלת מימדית (3D) וטכנולוגיית מציאות מעורבת כדי ללמוד אנטומיה.

טכנולוגיית מציאות משולבת והדפסה תלת מימדית בהוראה: אנטומיה של הלב כדוגמה

טכניקת התייחסות אינטרפרומטר, שנועד להסיר רעש להתעצבן לייזר רצוי לnanodetection, הוא מנוצל לחיטוט microcavity גורם איכות גבוהה במיוחד. הוראות להרכבה, התקנה, ורכישת נתונים מסופקות, לצד תהליך המדידה לציון גורם איכות החלל.

יישום של אינטרפרומטר הפניה לNanodetection

בגלל השימוש נרחב של החשיבות ופלדיום, זהב וקובלט   מתכות בציוד טכנולוגי גבוהה, השחזור והמיחזור שלהם מהווים אתגר תעשייתי חשוב. מערכת התאוששות המתכת המתוארת במסמך זה בעלות נמוכה פשוטה, אומרת לאיתור, הסר, והתאוששות היעילה של מתכות אלה מהמכרה העירונית.

איתור והשחזור של פלדיום, מתכות זהב וקובלט ממכרה העירונית באמצעות חיישנים / Adsorbents רומן יעודיים עם נקבוביות-בצורת גלגל עגלה ננומטריים

בידוד תופעות חשמליות ותרמיות על דפורמציה בסיוע חשמלי (EAD) הוא מאוד קשה באמצעות דגימות macroscopic. Metallic מדגם מיקרו ננו יחד עם נוהל בדיקה מותאמת אישית פותחו כדי להעריך את ההשפעה של הנוכחי להחיל על היווצרות ללא חימום ג 'אול ואבולוציה של נקעים על דגימות אלה.

שיטה חדשה עבור<em&gt; באתרו</em&gt; אפיון אלקטרומכני של דגימות ננומטריות

למדו כיצד מציאות משולבת משפרת חינוך הנדסי מקוון באמצעות מערכת MRE עם משוב מורה. המחקר בדק 30 תלמידים והוכיח שיטה יעילה וחסכונית לתרגול מעבדה מרחוק.

יישום מציאות משולבת לחינוך (MRE) ותוצאות בשיעורים מקוונים להנדסה

גלה סרטונים נוספים