Name: Mixed Reality for Education (MRE) の実装とエンジニアリングのオンライン クラスの結果 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-06-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 4 min 12 s
Description: 学ぶ混合現実システムMREを用いたオンライン工学教育の実験手法。30名の学生を対象にフィードバックの有無による学習効果を比較し、費用対効果の高い実践的トレーニング環境の構築を示す。

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この研究は、パンアメリカン大学グアダラハラキャンパスが後援しました。実験に協力してくださったメカトロニクス工学の学生に感謝します。

プロトコルは、パンアメリカン大学倫理委員会のガイドラインに従います。実験は、18歳から20歳までの合計30人の学生を対象に行われました。学生は8人、男性は22人で、全員がメキシコのグアダラハラ(メキシコ第2の都市)にあるパンアメリカン大学に通っていました。すべての参加者はインフォームドコンセントプロセスを完了し、データ収集中に写真を撮影および公開することについて書面による許可を提供しました。唯一の要件は、学生がスマートフォンを持っている必要があることでしたが、これは問題ありませんでした。したがって、実験の除外基準はありませんでした。
1. VRシステムのセットアップとキャリブレーション
注: この手順には ~10 分かかります。
<ol><li>オペレーティングシステムのバージョンが10以降のAndroidスマートフォン、VRボックスメガネ、キャリブレーション画像が入った木製のベース(図1)など、すべてのコンポーネントがシステムに含まれていることを確認します( 資料表を参照)。</li>
	<li>携帯電話でMREアプリケーションを開き、Unity、AR Foundation、Google Cardboard、ManoMotionサービス25、26、27、28をロードします。MREアプリケーションは私たち自身によって開発されました。Android用に開発されたもので、公開されていません。</li>
	<li>携帯電話をVRメガネに挿入し、メガネをかけます。</li>
	<li>MREプロトタイプのベースの中心( 図1の青い四角)を視覚的に見つけます。</li>
	<li>シミュレーションが表示されたら、伸ばした手を上げてビューの中央に配置します。 注: この瞬間から、ユーザーは手のジェスチャーを行ってシミュレートされた環境を操作できます。</li>
</ol>2. ユーザーの準備
注: この手順には ~5 分かかります。
<ol><li>VR メガネを使用しない場合は、MRE アプリケーションを開きます ( 図 2 参照)。</li>
	<li>アプリケーションがユーザーモードで起動し、ログインするだけで済むようにします。</li>
	<li>ユーザーが実行するシナリオを選択します。電子部品と物理の2つのシナリオがあります。</li>
	<li>再生を押します。ユーザーはVRメガネを装着するのに30秒かかります。</li>
</ol>3. シナリオの実行
注: この手順には ~15 分かかります。
<ol><li>シナリオ1:電子部品<ol><li>コンポーネントを配置する領域を、赤、緑、青の色で配置します。これにより、このシーンの 6 つの相互作用ゾーン (図 3 に示すように、仮想電子部品を取り込むための 3 つのゾーンと、コンポーネントをドロップするための 3 つのゾーン) が区切られます。</li>
		<li>コンポーネントを取り、適切な場所に配置します。適切な場所は、コンポーネントと理論的に見られるものによって異なります。例えば、理論的にはヒートシンクの配置方法が説明され、MREではその配置が実践されています。</li>
		<li>すべてのコンポーネントが所定の位置に配置されるまで続けます。</li>
	</ol></li>
	<li>シナリオ 2: 物理演算<ol><li>シナリオに関与する 2 台の車を見つけます (図 4)。</li>
		<li>各車の速度を選択します。</li>
		<li>衝突後のグラフを可視化します。</li>
	</ol></li>
</ol>4. 管理ビュー
<ol><li>メイン画面で、 MREモード ( 図2を参照)を押し、管理者オプションを選択します。</li>
	<li>ログインして、アカウントに管理者としてアクセスする権限があるかどうかを確認します。 注:各シナリオで取得した学生と成績のリストを表示できるようになります。</li>
</ol>5. 学生の成績
<ol><li>管理者としてログインし、 目的の学生の名前 をクリックすると、シナリオの成績の情報を含む表が表示されます。</li>
	<li>学生の名前をクリックし、[ 成績をCSVとしてダウンロード]を選択します。これにより、すべての結果がコンマ区切りファイルに表示されます。</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: 
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<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>

著者らは、この論文で報告された研究に影響を与えたと思われる競合する金銭的利害関係や個人的関係は知られていないと宣言しています。

MREシステムにより、学生は電子部品や物理学のトピックについて学ぶことができます。重要な点は、教師がフィードバックを提供する可能性です。このようにして、生徒は自分が何を間違えたのか、なぜ間違えたのかを知ることができます。MREシステムを開発した30人の学生を対象に実験を行い、10人の学生がMREを使用し、10人がMREを使用し、最後にさらに10人がMREを使用し、教師からフィードバックを受けました。授業の最後には、全学生に一般知識テストが行われました。テストは実験用に変更されていません(つまり、クラスが純粋に理論である場合、または実験室での実践が実施されている場合、同じテストが適用されます。実践は、理論をよりよく理解し、主題の一般的な理解を深めるための補完にすぎません。テストは計算を示す書かれた答えであり、教師は答えが部分的に正しい場合、半分の点数でマークを付けることができます。
MREの使用のおかげで、生徒はより良い一般平均、つまり教師からのフィードバックがあったときに見られる最高の平均を得ました。同様に、重要なポイントは標準偏差です。クラスの目的は、生徒の大多数、理想的にはすべ...

テクノロジーは教育分野に常に存在しています。授業に使われる機器に大きな変化が起きています。ただし、対面式のクラスは、学生と教師にとって依然として好ましいオプションです。パンデミックが起こったとき、それはすべての分野を変えましたが、教育も例外ではありませんでした。パンデミック前の2018年には、学位を取得した学生の35%のみが少なくとも1つのクラスをオンラインで受講したと報告していました。つまり、学生の65%が対面1で学習を完了しました。2020年4月現在、政府の命令(メキシコ)により、すべての公立および私立学校は対面授業を禁止されました。このため、100%の学生が遠隔授業を受講する必要がありました。大学は、ビデオ通話、授業の準備、宿題の管理などのツールを使って、いち早く行動を起こしました。大学生(18歳から25歳)の人々は、生まれたときからテクノロジーに触れてきた人々であるため、これは理にかなっています。
一部のクラスは、仮想的に完全に適応できます。しかし、実験室での実習はリモートで行うには複雑であり、学生は必要な資料を持っていないため、多くの場合、費用がかかります。オンライン授業が知識の質に与える影響は不明であり、いくつかの研究によると、オンライン授業は一般的に対面授業よりも学生の成績が悪いことがわかっています2。しかし、1つ確かなことは、学生が業界で経験することに近づく実験室での実践を行わないことは、彼らの専門的なパフォーマンスに悪影響を与えるということです。したがって、現在の工学教育では、実物大の経験の重要性が必要になります3,4,5。これらの理由から、これらの問題を軽減するために新しいテクノロジーが使用されています。その中には、仮想現実(VR)、拡張現実(AR)、複合現実(MR)があります。VRは完全に没入型のデジタル環境を作成できる技術であるのに対し、ARは現実世界の環境に仮想オブジェクトをオーバーレイする技術であることに言及することが重要です。一方、MRは仮想オブジェクトを使用するだけでなく、これらのオブジェクトを現実世界に固定することで、それらと対話することを可能にします。したがって、MRはVRとAR6の組み合わせです。一方、一部の組織では、実際の機器が存在するが、リモートで制御できるリモートラボの開発にも取り組みています7。
MRという用語は1994年にさかのぼります。しかし、過去5年間で、メタバース6などの開発環境に力を注いできた大企業のおかげで、特別な重要性を帯びてきました。MRはさまざまな分野に適用できます。最も一般的なのは、トレーニングと教育の2つです。トレーニングはMRの大きな推進力の1つです。新入社員の教育や危険な環境下で生産ラインを止めることは、企業にとって非常に費用がかかり、現場での研修は容易ではありません。教育もそれほど遅れてはいません。対面授業はほとんど変わっていませんが、授業にMRを取り入れる努力は大いにあります8,9。教育のために、完全なトレーニングを受けるために実験室の実践を行う必要がある専門的なキャリアがあります。医療分野では既存の研究や研究が多く行われており、VR、AR、MRが重要な役割を果たしています。複数の論文は、MRが外科および医学科目における従来の教授法をどのように凌駕しているかを示しており、その実践は学生を育成するための明らかな利点です10、11、12、13、14。
しかし、工学的な問題に関する研究はそれほど多くありません。通常、エンジニアリングのキャリアでは、学生は理論のクラスを実践によって補完します。このように、MRとVRに関する研究は、工学教育学における利点を示しています12。ただし、これらの研究のいくつかは、環境の複雑さと使用されるツールの分析に焦点を当てています8,15。Tangらは、さまざまな分野の異なる知識を持つ学生がMRを使用して、幾何学的分析と創造性の理解を深める研究を考案しました16。その後のテストでは、MRを使用してクラスを受講した人はより早く終了し、MRが学習にプラスの影響を与えることが明らかになりました16。さらに、Halabi氏は、工学教育におけるVRツールの使用を示しました。MRではありませんが、教育に使える道具を紹介しています。工学の授業にVRを導入することが可能であることを示すための実際のケーススタディになります17。
一方、リモートラボ(RL)は、ソフトウェアとハードウェアで構成される技術ツールであり、学生は従来の研究室にいるかのようにリモートで練習を行うことができます。RLは通常、インターネットを介してアクセスされ、通常、学生が18回必要な回数だけ学習したことを自律的に実践する必要がある場合に使用されます。しかし、COVID-19の到来により、その使用は従来の実験室に取って代わり、オンラインクラス18中に練習を実施できるようにすることでした。前述したように、RLには物理的な空間(従来の実験室)と、リモートで制御できる要素が必要です。VRの登場により、実験室は仮想的にモデル化され、物理的なメカニズムを通じて、実験室の要素を制御することができます19。しかし、RLを持つことは非常に費用がかかり、特に発展途上国の多くの学校を妨げています。いくつかの研究では、費用は50,000ドルから100,000ドルの間で変動する可能性があると述べています20,21。
さらに、パンデミックが始まって以来、迅速に変更を行う必要がありました。RLの場合、従来の実験室を置き換えるために、各学生の自宅にキットを送る試みが行われました。しかし、研究によると、各キットの価格は約700ドル18,22であることが示されていたため、コストの問題がありました。それにもかかわらず、これらの研究では高価で入手が困難な成分が用いられていた。パンデミックは世界中の教育に影響を与え、ラボの自動化やキットの購入に数千ドルを費やすことができる人は多くありません。ほとんどの研究は、対面式のクラスを考慮し、MRでそれらを補完します。しかし、近年はCOVID-19の影響で授業がオンライン化されており、MRや手ごろな価格のデバイスを使ったバーチャル授業の改善が見られる作品は一部にとどまっている23,24。
これまでの研究は医学が中心で、工学に関する情報はほとんどありません。しかし、間違いなく、最大の貢献と違いは、私たちの実験が6か月間実施され、仮想モデルを使用しなかった同じ特性を持つ被験者と比較されたことであると考えています。彼らは数ヶ月にわたってそれらを適用しませんでした。そこで、本稿では、大学の科目でMRを使った学習の違いを示す。
このため、本研究は、電子工学を中心とする大学における実験実習の実施に役立つMRシステムの開発と成果を示すものである。デバイスのコストを低く抑え、一般の人々がアクセスできるようにすることに特に重点が置かれていることに言及することが重要です。3つのグループで異なる教授法を使用し、授業のテーマについて試験を行います。このように、MRを用いた遠隔教育のトピックス理解の成果を得ることができる。
本稿で紹介するプロジェクトは、教育向け複合現実(MRE)と呼ばれ、学生がスマートフォンでVRメガネを使用する(つまり、特別なVRメガネは使用しない)プラットフォームとして提案されています。仮想オブジェクトと現実オブジェクト、複合現実システムの使用により、学生が自分の手だけで仮想環境と実際のオブジェクトを操作できるワークスペースが作成されます。このワークスペースは、すべての仮想オブジェクトが表示され、操作される画像を含むベースで構成されています。作成された環境は、エンジニアリングのキャリアのための電子部品と物理学を示すための実験室での実践の実施に焦点を当てています。学生にフィードバックを提供する必要性を強調することが重要です。このため、MREには、管理者(通常は教師)がアクティビティを評価するために何が行われているかを確認できるフィードバックシステムが組み込まれています。このようにして、学生が行った作業にフィードバックを与えることができます。最後に、オンライン授業でMRを利用するメリットがあるかを確認するのが本作業です。
これを達成するために、実験は3つのグループの学生で行われました。各グループ10名(総勢30名)で構成。第1班はMREを使わず、運動量保存原理と電子部品に関する理論(オンライン授業)のみを受講しました。2番目のグループはフィードバックなしでMREを使用し、3番目のグループは教師からのフィードバックでMREを使用しました。すべての生徒が同じ学校レベルを持っていることに言及することが重要です。彼らは同じ学期、同じキャリアの大学生で、メカトロニクス工学を学んでいます。この実験は、学位の2学期に「物理学と電子工学入門」と呼ばれる単一のコースに適用されました。つまり、大学在学1年未満の学生です。したがって、クラスで取り上げるトピックは、工学的観点から基本的なものと見なすことができます。実験は、実験が承認されたクラスに登録した学生の数であったため、30人の学生に対して実施されました。選抜された授業(物理・電子工学概論)は、理論と実験実習がありましたが、パンデミックの影響で、理論の授業のみが行われていました。生徒たちは3つのグループに分かれ、実践が一般的な学習に与える影響と、MRクラスが対面式の実践に代わるものになるかどうかを確認しました。

<table><tbody><tr><td>Andorid</td><td></td><td></td>のMREアプリケーション <td>このアプリケーションは、実験のために開発されたもので、私たち自身が作成しました。公開されておらず、公開の予定はありません。</td></tr><tr><td>滑り止め生地(20 x 20 cm)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ベース画像の</td><td></td><td></td><td></td>印刷</tr><tr><td>粘着紙(レターサイズ1枚)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>バーチャルリアリティメガネ</td><td>Meta Quest 2</td><td></td><td>私たちは、片目あたり1832 x 1920ピクセルの2つのディスプレイを備えたバーチャルリアリティヘッドセットであるMeta Quest 2を使用しており、このヘッドセットを使用してビデオゲームをプレイしたり、360度ビューのシミュレーターを試したりすることができます。また、ヘッドセットには2つのコントロールがあり、仮想の手は実際の手のように感じられますが、これはハンドトラッキング技術のおかげです. https://www.meta.com/quest/products/quest-2/tech-specs/#tech-specs</td></tr><tr><td>木製プレート(20 x 20 cm)</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

mixed reality for education (mre) の実装とエンジニアリングのオンライン クラスの結果

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

COVID-19のパンデミックは多くの業界を変え、一部のセクターに力を与え、他の多くのセクターを消滅させました。教育部門も大きな変化を免れることはできません。一部の国や都市では、少なくとも1年間、授業は100%オンラインで行われました。ただし、一部の大学のキャリアでは、特に工学分野での学習を補完するために実験室での実践が必要であり、オンラインで理論的なレッスンのみを行うと、知識に影響を与える可能性があります。このため、この作業では、教育用複合現実 (MRE) と呼ばれる複合現実システムを開発し、学生がオンライン クラスを補完する実験室の実践を開発できるようにしました。実験は30人の学生で行われました。10人の生徒がMREを使用しておらず、10人がMREを使用し、さらに10人が教師のフィードバックを受けてMREを使用していました。これにより、教育部門における複合現実の利点を確認できます。結果は、MREの使用が工学科目の知識の向上に役立つことを示しています。学生は、それを使用しなかった学生よりも10%から20%良い成績で資格を取得しました。とりわけ、この結果は、バーチャルリアリティシステムを使用する際のフィードバックの重要性を示しています。

ここでは、実験から得られた結果を示します。まず、実験がどのように行われたかの詳細を説明し、次に実験の学生に実施されたテストを示し、さらにテストの結果を提示します。最後に、各グループの1人の学生を使用した分析について説明します。
パンデミックが工学教育にもたらした最大の問題の1つは、学生が習得する知識に直接影響を与える対面式の実験室実習を実施できないことでした。本稿で展開したプロジェクトがインパクトがあるかどうかを分析するために、3つのグループの学生を対象に実験を行いました。各グループは10人の学生で構成されていました。最初のグループはMREを使用せず、代わりに運動量保存原理と電子部品に関する理論(オンラインクラス)のみを受講しました。2番目のグループはフィードバックなしでMREを使用し、最後に、3番目のグループは教師からのフィードバックでMREを使用しました。すべての生徒が同じ学校レベルを持っていたことに言及することが重要です。彼らは皆、同じ学期の大学生で、同じキャリアを持ち、メカトロニクス工学を学んでいました。彼らは全員、メキシコのグアダラハラ(メキシコ第2の都市)にあるパンアメ...

この作業では、MREと呼ばれる複合現実システムが開発され、学生がオンラインクラスを補完する実験室での実践を開発できるようにしました。実験は30人の学生で行われました。10人の生徒がMREを使用しておらず、10人がMREを使用し、さらに10人が教師のフィードバックを受けてMREを使用していました。

Mixed Reality for Education (MRE) の実装とエンジニアリングのオンライン クラスの結果

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

このプロトコルでは、Mixed Reality がリモート ラボの制限と高価な VR 機器を克服することで、オンライン エンジニアリング教育をどのように強化できるかを調べます。30人の学生が参加し、MRの利点とフィードバックの重要性を強調しています。複合現実システムの主な利点は、オンライン エンジニアリング クラスでの実験室での実践を容易にする機能であり、学生は理論的な学習を補完できます。この調査では、フィードバックの重要性が強調されています。Mixed Reality システムは、実務経験が不可欠であるが、従来の設定では提供が困難な業界でのトレーニングなど、他のアプリケーションでも使用できます。費用対効果の高いソリューションを提供し、より多くの人々が利用できるようにします。ユーザーは、仮想環境をナビゲートし、仮想オブジェクトと実際のオブジェクトを操作し、フィードバックシステムを理解する上で課題に直面する可能性があります。初心者を支援するために、明確な指示とデモンストレーションを提供することをお勧めします。まず、教育用 Mixed Reality または MRE アプリケーションを起動し、目的のサービスを携帯電話に読み込みます。次に、携帯電話をVRメガネに挿入し、メガネをかけます。MREプロトタイプベースの中心を視覚的に特定します。シミュレーションが表示されたら、伸ばした手を上げてビューの中央に配置します。メガネなしで VR に備えるには、MRE アプリケーションを開き、ユーザーが実行するシナリオを選択します。再生を押して、シナリオを実行します。赤、緑、青を使用して最初の電気部品シナリオを実行します。コンポーネントを配置する領域を見つけるには、コンポーネントを取り出して適切な場所に配置します。すべてのコンポーネントが正確に配置されるまで続けます。MREを使用しない場合の典型的な偏差は、より分散していることが観察されました。得られた最良の平均は、MREを教師のフィードバックとともに使用した場合でした。MREの使用により、平均スコアは7.5以上になりました。フィードバックによるMREの結果、平均スコアは8以上となり、3つのグループすべてで最も高いスコアは9.3と9.5でした。この手順の最も重要な側面は、実際のオブジェクトを検出することであるため、シナリオを実行するにはユーザーの手の検出が不可欠です。現在の手順は、たとえば新入社員のトレーニングなど、業界に適用でき、安全な環境でトレーニングできるようにします。この手法は、同じレベルの知識を持つより多くの学生に研究を拡大するのに役立ちました。同様に、自動化されたフィードバックを分析して、学習に影響を与えるかどうかを検証することができます。

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Research

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工学

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学ぶ混合現実システムMREを用いたオンライン工学教育の実験手法。30名の学生を対象にフィードバックの有無による学習効果を比較し、費用対効果の高い実践的トレーニング環境の構築を示す。

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