Wdrożenie i wyniki Mixed Reality for Education (MRE) na zajęciach online dla inżynierów
23 czerwca 2023
W tej pracy opracowano system rzeczywistości mieszanej o nazwie MRE, aby pomóc studentom w rozwijaniu praktyk laboratoryjnych uzupełniających zajęcia online. Eksperyment przeprowadzono z udziałem 30 studentów; 10 uczniów nie korzystało z MRE, 10 używało MRE, a 10 kolejnych używało MRE z informacją zwrotną od nauczyciela.
W tym protokole zbadano, w jaki sposób rzeczywistość mieszana może usprawnić edukację inżynierską online, pokonując ograniczenia zdalnego laboratorium i kosztowny sprzęt VR. Bierze w nim udział 30 studentów, którzy podkreślają zalety MR i znaczenie informacji zwrotnej. Główną zaletą systemu rzeczywistości mieszanej jest jego zdolność do ułatwienia praktyk laboratoryjnych na zajęciach inżynierskich online, co pozwala studentom uzupełnić naukę teoretyczną.
W badaniu podkreślono znaczenie informacji zwrotnej. System rzeczywistości mieszanej może być również wykorzystywany w innych zastosowaniach, takich jak szkolenia w przemyśle, gdzie praktyczne doświadczenie jest niezbędne, ale trudne do zapewnienia w tradycyjnych warunkach. Oferuje opłacalne rozwiązanie, dzięki czemu jest dostępne dla szerszej populacji.
Użytkownik może napotkać wyzwania w poruszaniu się po środowisku wirtualnym, interakcji z wirtualnymi i rzeczywistymi obiektami oraz zrozumieniu systemu informacji zwrotnej. Aby pomóc początkującemu, zaleca się zapewnienie jasnych instrukcji i demonstracji. Zacznij od uruchomienia aplikacji rzeczywistości mieszanej dla edukacji lub MRE i załadowania żądanych usług na telefon komórkowy.
Teraz włóż telefon komórkowy do okularów VR i załóż okulary. Wizualnie zlokalizuj środek bazy prototypu MRE. Gdy pojawi się symulacja, podnieś wyciągniętą rękę, aby umieścić ją na środku widoku.
Aby przygotować użytkownika do VR, bez okularów otwórz aplikację MRE i wybierz scenariusz, który użytkownik chce wykonać. Naciśnij przycisk odtwarzania i wykonaj scenariusz. Wykonaj pierwszy scenariusz komponentu elektrycznego przy użyciu koloru czerwonego, zielonego i niebieskiego.
Aby zlokalizować obszary, w których mają zostać rozmieszczone komponenty, weź komponent i umieść go we właściwym miejscu. Kontynuuj, aż wszystkie komponenty zostaną dokładnie umieszczone. Zaobserwowano, że typowe odchylenie bez użycia MRE jest bardziej rozproszone.
Najlepszą średnią uzyskano w przypadku zastosowania MRE z informacją zwrotną od nauczyciela. Użycie MRE zapewniło średni wynik 7,5 i wyższy. MRE z informacją zwrotną skutkowało średnimi wynikami ośmioma i wyższymi, przy czym najwyższe wyniki we wszystkich trzech grupach wynosiły 9,3 i 9,5.
Najważniejszym aspektem tej procedury jest wykrycie rzeczywistych obiektów, dlatego wykrycie rąk użytkownika jest niezbędne, aby móc wykonać scenariusze. Obecna procedura może być stosowana w przemyśle, na przykład poprzez szkolenie nowych pracowników, co pozwala im szkolić się w bezpiecznym środowisku. Technika ta pomogła rozszerzyć badanie na większą liczbę studentów o tym samym poziomie wiedzy.
Podobnie, automatyczna informacja zwrotna może być analizowana w celu sprawdzenia, czy ma wpływ na naukę.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie analizuje opracowanie systemu rzeczywistości mieszanej, MRE, mającego na celu usprawnienie praktyk laboratoryjnych w kształceniu inżynierskim w trybie online. W celu oceny skuteczności MRE przeprowadzono eksperyment z udziałem 30 studentów, uwzględniając warianty przekazywanej informacji zwrotnej.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Rzeczywistość mieszana w edukacji
- Udoskonalenie nauczania online
- Praktyki laboratoryjne
Wprowadzenie
- Ograniczenia laboratoriów zdalnych utrudniają naukę praktyczną.
- Kosztowny sprzęt VR ogranicza dostępność.
- Rzeczywistość mieszana oferuje potencjalne rozwiązanie.
- Informacja zwrotna jest kluczowa dla efektywnej nauki.
Cel badania
- Ocena skuteczności MRE w ramach internetowych zajęć inżynierskich.
- Ocena wpływu informacji zwrotnej na proces uczenia się studentów.
- Zapewnienie kosztowo efektywnej alternatywy dla szkoleń praktycznych.
Zastosowane metody
- Eksperyment z udziałem 30 studentów podzielonych na trzy grupy.
- Porównanie wykorzystania MRE z informacją zwrotną od nauczyciela i bez niej.
- Ocena zaangażowania studentów oraz efektów uczenia się.
- Analiza zalet rzeczywistości mieszanej w edukacji.
Główne wyniki
- MRE umożliwiło wprowadzenie lepszych praktyk laboratoryjnych w porównaniu z metodami tradycyjnymi.
- Studenci otrzymujący informację zwrotną wykazali poprawę wyników uczenia się.
- System okazał się kosztowo efektywnym narzędziem edukacyjnym.
- Potencjalne zastosowania obejmują również szkolenia przemysłowe.
Wnioski
- Rzeczywistość mieszana może znacząco usprawnić kształcenie inżynierskie w trybie online.
- Informacja zwrotna odgrywa kluczową rolę w maksymalizacji procesu uczenia się studentów.
- MRE oferuje praktyczne rozwiązanie problemów związanych z kształceniem na odległość.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Platformy rzeczywistości mieszanej, takie jak MRE, oferują skalowalne i kosztowo efektywne rozwiązania w zakresie zdalnego szkolenia technicznego, odpowiadając na wyzwanie związane z zapewnieniem praktycznego doświadczenia laboratoryjnego w środowiskach rozproszonych lub o ograniczonych zasobach. W badaniach i rozwoju (R&D) sektora biofarmaceutycznego systemy te mogą wspierać podnoszenie kwalifikacji personelu, wdrażanie techniczne oraz standaryzację protokołów w sytuacjach, gdy dostęp osobisty jest ograniczony. Integracja mechanizmów informacji zwrotnej w czasie rzeczywistym dodatkowo zwiększa utrwalenie wiedzy oraz gotowość operacyjną w zespołach rozproszonych geograficznie.
Strategiczne zastosowania w badaniach biofarmaceutycznych&D
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia zdalne szkolenie nowych naukowców w zakresie obsługi złożonej aparatury oraz protokołów eksperymentalnych.
- Wspiera standaryzację procesu wdrażania w obszarze przygotowania analiz oraz rozwiązywania problemów w zespołach rozproszonych.
- Ułatwia transfer wiedzy i ogranicza zmienność w wykonywaniu technik manualnych.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Przygotowuje personel do wysokoprzepustowych procesów przesiewowych poprzez imersyjne, powtarzalne scenariusze praktyczne.
- Poprawia powtarzalność wyników poprzez utrwalenie prawidłowego rozmieszczenia komponentów oraz kroków proceduralnych.
- Przyspiesza przygotowanie do pracy z nowymi platformami analitycznymi bez konieczności zapewnienia fizycznego dostępu do laboratorium.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Umożliwia bezpieczny, symulowany trening w zakresie złożonych lub niebezpiecznych procedur przed ich rzeczywistym wykonaniem.
- Zapewnia szerszy dostęp do szkoleń specyficznych dla danego protokołu, ograniczając zmienność między ośrodkami.
- Ujednolica kompetencje techniczne w globalnych ośrodkach badawczych w celu spójnego generowania danych przedklinicznych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Moduły szkoleniowe w rzeczywistości mieszanej mogą być stosowane od etapu wstępnego wdrożenia w procesy badawcze, aż po standaryzację procedur przedklinicznych, niwelując luki w nabywaniu umiejętności praktycznych oraz w przestrzeganiu protokołów.
- Biologia odkrywcza: Wzmacnia projektowanie eksperymentów opartych na hipotezach poprzez interaktywną naukę opartą na scenariuszach.
- Przesiewanie: Standaryzuje konfigurację i wykonanie testów, wspierając powtarzalne wyniki ilościowe.
- Analityka: Dostarcza mierzalnych danych dotyczących biegłości użytkownika i zgodności z protokołem.
- Badania translacyjne: Zapewnia ciągłość umiejętności technicznych w miarę przechodzenia projektów z fazy odkrywczej do faz przedklinicznych.
- Wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje skalowalną, wielokrotnego użytku platformę do ciągłego rozwoju kadr i harmonizacji między ośrodkami.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w zakresie wykonania technicznego i zmniejsza niejednoznaczność proceduralną.
- Wartość operacyjna: Zapewnia zestandaryzowane, powtarzalne szkolenie na szeroką skalę przy minimalnym zapotrzebowaniu na zasoby fizyczne.
- Wartość strategiczna: Poprawia jakość decyzji o kontynuacji lub przerwaniu działań (go/no-go) poprzez zapewnienie gotowości technicznej i wierności protokołowi.
- Wpływ na portfolio: Wspiera optymalizację postępów z uwzględnieniem ryzyka poprzez minimalizację zmienności technicznej w ramach programów.
Kwestie wdrożeniowe
- Wymaga wiedzy specjalistycznej w danej dziedzinie w celu opracowania dokładnych modułów szkoleniowych opartych na scenariuszach.
- Wymaga kompatybilnego sprzętu (np. smartfonów, okularów VR) oraz niezawodnej infrastruktury oprogramowania.
- Wymaga przejrzystego projektu instruktażowego oraz wsparcia użytkownika w celu skutecznego wdrożenia.
- Konieczne jest dostosowanie do zróżnicowanych protokołów laboratoryjnych i poziomu przygotowania użytkowników.
- Należy ocenić potencjalne problemy z systemem nawigacji i informacji zwrotnej w celu optymalizacji doświadczeń użytkownika.
