Name: Wdrożenie i wyniki Mixed Reality for Education (MRE) na zajęciach online dla inżynierów (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-06-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 4 min 12 s
Description: Poznaj system MRE wspierający praktyki laboratoryjne w inżynierii online. Eksperyment z 30 studentami wykazał, że rzeczywistość mieszana z opinią nauczyciela znacząco poprawia wyniki uczenia się.

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

To badanie było sponsorowane przez kampus Uniwersytetu Panamerykańskiego w Guadalajara. Dziękujemy studentom inżynierii mechatronicznej za wkład w eksperyment.

Protokół jest zgodny z wytycznymi komisji etyki Uniwersytetu Panamerykańskiego. Eksperyment przeprowadzono w sumie na 30 studentach w wieku od 18 do 20 lat; Ośmioro studentów było kobietami, a 22 mężczyznami i wszyscy uczęszczali na Uniwersytet Panamerykański w Guadalajarze w Meksyku (drugim co do wielkości mieście w Meksyku). Wszyscy uczestnicy przeszli proces świadomej zgody i wyrazili pisemną zgodę na zrobienie i opublikowanie zdjęć podczas zbierania danych. Jedynym wymogiem było to, że studenci musieli mieć smartfon, co nie stanowiło problemu. W związku z tym nie było kryteriów wykluczenia z eksperymentu.
1. Konfiguracja i kalibracja systemu VR
UWAGA: Ten krok zajmuje ~10 min.
<ol>
	<li>Upewnij się, że system zawiera wszystkie komponenty: telefon z systemem Android z systemem operacyjnym w wersji 10 lub nowszej, okulary VR oraz drewnianą podstawę z obrazem kalibracyjnym (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 1) (patrz tabela materiałów).</li>
	<li>Otwórz aplikację MRE na telefonie komórkowym i załaduj usługi Unity, AR Foundation, Google Cardboard i ManoMotion25,26,27,28. Aplikacja MRE została opracowana przez nas samych; został opracowany dla Androida i nie jest publiczny.</li>
	<li>Włóż telefon komórkowy do okularów VR i załóż okulary.</li>
	<li>Wizualnie zlokalizuj środek podstawy prototypu MRE (niebieski kwadrat w <silna klasa="xfig">Rysunek 1).</li>
	<li>Gdy pojawi się symulacja, podnieś wyciągniętą rękę, aby umieścić ją na środku widoku. 
	UWAGA: Od tego momentu użytkownicy mogą wykonywać gesty dłoni w celu interakcji z symulowanym środowiskiem.</li>
</ol>
2. Przygotowanie użytkownika
UWAGA: Ten krok zajmuje ~5 minut.
<ol>
	<li>Bez okularów VR otwórz aplikację MRE, jak pokazano na Rysunek 2.</li>
	<li>Upewnij się, że aplikacja uruchamia się w trybie użytkownika, więc wystarczy się zalogować.</li>
	<li>Wybierz scenariusz, który użytkownik chce wykonać. Istnieją dwa scenariusze: komponenty elektroniczne i fizyka.</li>
	<li>Naciśnij przycisk odtwarzania; użytkownik będzie miał 30 sekund na założenie okularów VR.</li>
</ol>
3. Realizacja scenariuszy
UWAGA: Ten krok zajmuje ~15 min.
<ol>
	<li>Scenariusz 1: komponenty elektroniczne
	<ol>
		<li>Zlokalizuj obszary, w których chcesz umieścić komponenty, za pomocą kolorów czerwonego, zielonego i niebieskiego. Wyznacza to sześć stref interakcji tej sceny: trzy strefy do pobierania wirtualnych komponentów elektronicznych i trzy strefy do upuszczania komponentów, jak pokazano na Rysunek 3.</li>
		<li>Weź komponent i umieść go we właściwym miejscu. Właściwe miejsce zależy od komponentu i tego, co jest widziane w teorii; na przykład w teorii wyjaśniono, jak umieścić radiator, aw MRE wspomniane umieszczanie jest praktykowane.</li>
		<li>Kontynuuj, aż wszystkie elementy znajdą się na swoim miejscu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Scenariusz 2: fizyka
	<ol>
		<li>Zlokalizuj dwa samochody biorące udział w scenariuszu (Rysunek 4).</li>
		<li>Wybierz prędkość każdego samochodu.</li>
		<li>Wizualizacja wykresów po kolizji.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Widok administracyjny
<ol>
	<li>Na ekranie głównym naciśnij tryby MRE (patrz Rysunek 2) i wybierz opcję administratora.</li>
	<li>Zaloguj się, aby sprawdzić, czy konto ma uprawnienia dostępu jako admin. 
	UWAGA: Możliwe staje się przeglądanie listy uczniów i ocen uzyskanych w każdym scenariuszu.</li>
</ol>
5. Wyniki uczniów
<ol>
	<li>Logując się jako administrator, kliknij na imię i nazwisko żądanego ucznia i wyświetl tabelę z informacjami o ocenach z jego scenariuszy.</li>
	<li>Kliknij imię i nazwisko ucznia i wybierz pobierz oceny w formacie CSV. Spowoduje to wyświetlenie wszystkich wyników w pliku oddzielonym przecinkami.</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>

Autorzy oświadczają, że nie są im znane żadne konkurencyjne interesy finansowe ani powiązania osobiste, które mogłyby mieć wpływ na pracę opisaną w tym artykule.

System MRE pozwala uczniom na różne scenariusze poznawania komponentów elektronicznych lub zagadnień z zakresu fizyki. Ważną kwestią jest możliwość udzielenia informacji zwrotnej przez nauczyciela. W ten sposób uczniowie mogą wiedzieć, co zrobili źle i dlaczego. Po opracowaniu systemu MRE przeprowadzono eksperyment z udziałem 30 uczniów, w którym 10 uczniów nie korzystało z MRE, 10 używało MRE, a na koniec kolejnych 10 korzystało z MRE i otrzymywało informację zwrotną od nauczyciela. Na zakończenie zajęć wszystkim ucznio...

Technologia zawsze była obecna w sektorze edukacji; głębokie zmiany zaszły w urządzeniach używanych do prowadzenia zajęć. Jednak zajęcia stacjonarne pozostają preferowaną opcją dla uczniów i nauczycieli. Kiedy nadeszła pandemia, zmieniła wszystkie sektory, a edukacja nie była wyjątkiem. W 2018 r., przed pandemią, tylko 35% studentów, którzy studiowali studia, zgłosiło, że uczestniczyło w co najmniej jednych zajęciach online; Oznacza to, że 65% studentów ukończyło studia osobiście1. Od kwietnia 2020 r., na mocy zarządzenia rządowego (meksykańskiego), wszystkie szkoły publiczne i prywatne miały zakaz prowadzenia zajęć bezpośrednich; Z tego powodu 100% uczniów musiało odbyć zajęcia zdalne. Jako pierwsze do działania przystąpiły uczelnie, wykorzystując narzędzia do wideorozmów, przygotowywania zajęć, zarządzania zadaniami domowymi itp. Ma to sens, ponieważ osoby w wieku studenckim (od 18 do 25 roku życia) to osoby, które mają kontakt z technologią od urodzenia.
Niektóre zajęcia mogą być w pełni dostosowane wirtualnie; jednak praktyki laboratoryjne są skomplikowane do wykonania zdalnie, a studenci nie mają niezbędnego materiału, co często jest drogie. Wpływ zajęć online na jakość wiedzy jest niejasny, a niektóre badania pokazują, że kursy online zazwyczaj dają uczniom gorsze wyniki niż zajęcia stacjonarne2. Jedno jest jednak pewne, nieprzeprowadzanie praktyk laboratoryjnych, które przybliżają studentów do tego, czego doświadczą w branży, negatywnie wpłynie na ich wyniki zawodowe. W związku z tym znaczenie doświadczeń na skalę rzeczywistą staje się niezbędne w obecnym nauczaniu inżynierii3,4,5. Z tych powodów stosuje się nowe technologie w celu złagodzenia tych problemów. Wśród nich są rzeczywistość wirtualna (VR), rzeczywistość rozszerzona (AR) i rzeczywistość mieszana (MR). Należy wspomnieć, że VR to technologia, która pozwala na stworzenie całkowicie wciągającego środowiska cyfrowego, podczas gdy AR nakłada wirtualne obiekty w środowisko świata rzeczywistego. Z drugiej strony, MR nie tylko wykorzystuje obiekty wirtualne, ale także zakotwicza te obiekty w świecie rzeczywistym, umożliwiając interakcję z nimi. Tak więc MR jest połączeniem VR i AR6. Z drugiej strony, niektóre organizacje podjęły również wysiłki w celu rozwoju zdalnych laboratoriów, w których istnieje prawdziwy sprzęt, ale można nim sterować zdalnie7.
Termin MR pochodzi z 1994 roku; jednak w ciągu ostatnich 5 lat nabrał szczególnego znaczenia, dzięki dużym firmom, które skoncentrowały swoje wysiłki na rozwijaniu środowisk, takich jak Metaverse6. MR może być stosowany w różnych obszarach; Dwa z najczęstszych to szkolenie i edukacja. Szkolenie jest jednym z głównych czynników napędzających MR; Zatrzymanie linii produkcyjnej w celu przeszkolenia nowych pracowników lub w niebezpiecznych środowiskach jest bardzo kosztowne dla firmy, a przeprowadzenie szkolenia w terenie nie jest łatwe. Edukacja nie pozostaje daleko w tyle; chociaż zajęcia twarzą w twarz niewiele się zmieniły, podjęto wielkie wysiłki, aby włączyć MR do klas8,9. W przypadku edukacji istnieją kariery zawodowe, w których konieczne jest przeprowadzanie praktyk laboratoryjnych, aby mieć pełne przeszkolenie. Wiele istniejących studiów i badań dotyczy medycyny, a kluczową rolę odgrywają VR, AR i MR. Wiele artykułów pokazuje, w jaki sposób MR przewyższa tradycyjne metody nauczania przedmiotów chirurgicznych i medycznych, gdzie praktyka jest wyraźną zaletą dla rozwoju studentów10,11,12,13,14.
Jednak nie ma takiej samej ilości badań nad zagadnieniami inżynieryjnymi. Zwykle w karierze inżynierskiej student ma zajęcia teoretyczne uzupełnione praktykami. W ten sposób istnieją badania nad MR i VR pokazujące korzyści płynące z pedagogiki inżynierskiej12. Jednak niektóre z tych badań koncentrują się na analizie złożoności środowiska i używanych narzędzi8,15. Tang i in. opracowali badanie, w którym studenci z różnych dziedzin i o różnej wiedzy używali MR, aby poprawić swoje zrozumienie analizy geometrycznej i kreatywności16. W kolejnym teście osoby, które brały udział w zajęciach z użyciem MR, kończyły je szybciej, co jasno pokazuje, że MR pozytywnie wpływa na naukę16. Ponadto Halabi pokazał wykorzystanie narzędzi VR w edukacji inżynierskiej. Mimo, że nie jest to MR, pokazuje narzędzia, które można wykorzystać do nauczania. To prawdziwe studium przypadku, które pokazuje, że możliwe jest wprowadzenie VR na zajęciach inżynierskich17.
Z drugiej strony, zdalne laboratoria (RL) to narzędzia technologiczne składające się z oprogramowania i sprzętu, które pozwalają studentom zdalnie wykonywać swoje praktyki, tak jakby byli w tradycyjnym laboratorium. RL są zazwyczaj dostępne przez Internet i są zwykle używane, gdy uczniowie są zobowiązani do autonomicznego zastosowania w praktyce tego, czego się nauczyli, tyle razy, ile wymagają18. Jednak wraz z nadejściem COVID-19 jego zastosowanie polegało na zastąpieniu tradycyjnych laboratoriów i umożliwieniu przeprowadzania praktyk podczas zajęć online18. Jak wspomniano powyżej, RL potrzebuje fizycznej przestrzeni (tradycyjnego laboratorium) oraz elementów, które pozwalają na zdalne sterowanie nim. Wraz z nadejściem VR laboratoria zostały wirtualnie zamodelowane, a dzięki mechanizmom fizycznym elementy laboratorium mogą być kontrolowane19. Jednak posiadanie RL jest bardzo drogie, co utrudnia pracę wielu szkołom, zwłaszcza w krajach rozwijających się. Niektóre badania wspominają, że koszty mogą wahać się od 50 000 do 100 000 USD20,21.
Ponadto, od początku pandemii, zmiany musiały być wprowadzane szybko; w przypadku RL podjęto próby wysłania zestawów do domów każdego studenta, aby zastąpić tradycyjne laboratoria. Pojawił się jednak problem z kosztami, ponieważ badania wykazały, że każdy zestaw kosztował około 700 USD18,22. Niemniej jednak w badaniach wykorzystano drogie i trudne do zdobycia komponenty. Pandemia wpłynęła na edukację na całym świecie i niewiele osób mogło wydać tysiące dolarów na automatyzację laboratorium lub zakup zestawu. Większość badań uwzględnia zajęcia twarzą w twarz i uzupełnia je o rezonans magnetyczny. Jednak w ostatnich latach z powodu COVID-19 zajęcia odbywały się online i tylko niektóre prace pokazują poprawę wirtualnych zajęć przy użyciu MR i przystępnych cenowo urządzeń23,24.
Badania, które do tej pory istniały, skupiały się głównie na medycynie, z niewielką ilością informacji na temat inżynierii. Jednak bez wątpienia uważamy, że największym wkładem i różnicą jest to, że nasz eksperyment był prowadzony przez 6 miesięcy i był porównywany z osobami o tych samych cechach, które nie korzystały z modeli wirtualnych, podczas gdy większość wcześniejszych prac przeprowadzała krótkie eksperymenty w celu porównania pojedynczych technologii lub procedur; Nie stosowali ich przez kilka miesięcy. Dlatego w niniejszym artykule przedstawiono różnicę w uczeniu się, jaką można osiągnąć za pomocą MR na kierunku uniwersyteckim.
Z tego powodu, ta praca pokazuje rozwój i wyniki systemu MR, który pomaga w przeprowadzaniu praktyk laboratoryjnych na uniwersytetach zajmujących się inżynierią elektroniczną. Należy wspomnieć, że szczególny nacisk kładziony jest na utrzymanie niskiego kosztu urządzenia, dzięki czemu jest ono dostępne dla ogółu społeczeństwa. Trzy grupy stosują różne metody nauczania, a z tematów zajęć przeprowadzany jest egzamin. W ten sposób możliwe jest uzyskanie wyników dotyczących rozumienia zagadnień w kształceniu na odległość z wykorzystaniem MR.
Projekt opisany w tej pracy nazywa się mieszana rzeczywistość dla edukacji (MRE) i jest proponowany jako platforma, na której studenci używają okularów VR za pomocą smartfona (tzn. nie używa się specjalnych okularów VR). Tworzone jest miejsce pracy, w którym uczniowie mogą wchodzić w interakcje ze środowiskami wirtualnymi i rzeczywistymi obiektami po prostu własnymi rękami, dzięki wykorzystaniu obiektów wirtualnych i rzeczywistych, systemu rzeczywistości mieszanej. Ten obszar roboczy składa się z bazy z obrazem, na którym wyświetlane są wszystkie wirtualne obiekty i z którymi można wchodzić w interakcje. Stworzone środowisko koncentruje się na prowadzeniu praktyk laboratoryjnych w celu pokazania komponentów elektronicznych i fizyki dla karier inżynierskich. Ważne jest, aby podkreślić potrzebę przekazywania uczniom informacji zwrotnej. Z tego powodu MRE zawiera system informacji zwrotnej, w którym administrator (zwykle nauczyciel) może zobaczyć, co jest robione, aby ocenić aktywność. W ten sposób można udzielić informacji zwrotnej na temat pracy wykonanej przez ucznia. Wreszcie, zakres tych prac polega na sprawdzeniu, czy istnieją zalety stosowania MR na zajęciach online.
Aby to osiągnąć, eksperyment został przeprowadzony z trzema grupami studentów. Każda grupa składała się z 10 uczniów (w sumie 30 uczniów). Pierwsza grupa nie korzystała z MRE, a jedynie wzięła udział w teorii (zajęcia online) na temat zasady zachowania pędu i komponentów elektronicznych. Druga grupa używała MRE bez informacji zwrotnej, a trzecia grupa używała MRE z informacją zwrotną od nauczyciela. Należy wspomnieć, że wszyscy uczniowie mają ten sam poziom szkolny; Są to studenci uniwersytetu w tym samym semestrze i o tej samej karierze, studiujący inżynierię mechatronikę. Eksperyment został zastosowany na jednym kursie o nazwie Wprowadzenie do fizyki i elektroniki, w drugim semestrze studiów; Oznacza to, że studenci byli na uniwersytecie krócej niż 1 rok. Dlatego tematy poruszane na zajęciach można uznać za podstawowe z inżynierskiego punktu widzenia. Eksperyment został przeprowadzony na 30 studentach, ponieważ była to liczba studentów, którzy zapisali się do klasy, w której eksperyment był autoryzowany. Wybrane zajęcia (Introduction to Physics and Electronics) miały teorię i praktyki laboratoryjne, ale ze względu na pandemię prowadzone były tylko zajęcia teoretyczne. Studenci zostali podzieleni na trzy grupy, aby zobaczyć wpływ, jaki praktyki mają na ogólne uczenie się i czy zajęcia MR mogą zastąpić praktyki twarzą w twarz.

<table><tbody><tr><td>Aplikacja MRE dla Andorid</td><td></td><td></td><td>Aplikacja została opracowana na potrzeby eksperymentu, została wykonana przez nas. Książka NIE jest publiczna i nie ma planów jej publikacji.</td></tr><tr><td>Tkanina antypoślizgowa (20 x 20 cm)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Druk naszego obrazu</td><td></td><td></td><td></td>bazowego</tr><tr><td>Papier samoprzylepny (arkusz o rozmiarze 1 liter)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Okulary wirtualnej rzeczywistości</td><td>Meta Quest 2</td><td></td><td>Używamy Meta Quest 2, który jest zestawem słuchawkowym do rzeczywistości wirtualnej z dwoma wyświetlaczami o rozdzielczości 1832 x 1920 pikseli na oko, za pomocą tego zestawu słuchawkowego możesz grać w gry wideo lub wypróbować symulatory z widokiem 360. Ponadto zestaw słuchawkowy ma dwa elementy sterujące, w których wirtualne dłonie są podobne do prawdziwych, a to dzięki technologii śledzenia dłoni. https://www.meta.com/quest/products/quest-2/tech-specs/#tech-specs</td></tr><tr><td>Drewniana płyta (20 x 20 cm)</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

wdrożenie i wyniki mixed reality for education (mre) na zajęciach online dla inżynierów

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

Pandemia COVID-19 zmieniła wiele branż, wzmacniając pozycję niektórych sektorów i powodując zniknięcie wielu innych. Sektor edukacji nie jest wolny od większych zmian; W niektórych krajach lub miastach zajęcia odbywały się w 100% online przez co najmniej 1 rok. Jednak niektóre kariery uniwersyteckie wymagają praktyk laboratoryjnych, aby uzupełnić naukę, zwłaszcza w dziedzinach inżynierii, a prowadzenie tylko teoretycznych lekcji online może wpłynąć na ich wiedzę. Z tego powodu w niniejszej pracy opracowano system rzeczywistości mieszanej o nazwie rzeczywistość mieszana w edukacji (MRE), aby pomóc uczniom w opracowywaniu 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. Dzięki temu można dostrzec zalety rzeczywistości mieszanej w sektorze edukacji. Wyniki pokazują, że wykorzystanie MRE przyczynia się do poszerzania wiedzy z przedmiotów inżynierskich; Uczniowie uzyskali kwalifikacje z ocenami od 10% do 20% lepszymi niż ci, którzy z niego nie korzystali. Przede wszystkim wyniki pokazują, jak ważne jest sprzężenie zwrotne podczas korzystania z systemów rzeczywistości wirtualnej.

W tej sekcji przedstawiono wyniki uzyskane w eksperymencie. Najpierw wyjaśniono szczegóły przebiegu eksperymentu, następnie zaprezentowano testy przeprowadzone wśród studentów uczestniczących w badaniu, a także przedstawiono wyniki tych testów. Na koniec opisano analizę z udziałem jednego studenta z każdej grupy.
Jednym z największych problemów, jakie pandemia przyniosła do edukacji inżynieryjnej, był brak możliwości przeprowadzania stacjonarnych zajęć laboratoryjnych, co ma bezpośredni wpływ ...

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.

Wdrożenie i wyniki Mixed Reality for Education (MRE) na zajęciach online dla inżynierów

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

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.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Opracowano eksperymentalny projekt w celu zbadania wpływów doświadczenia egzaminacyjnego w czasie rzeczywistym, aby ocenić emocjonalną rzeczywistość, której doświadczają studenci w środowisku i zadaniach szkolnictwa wyższego. Projekt ten jest wynikiem podejścia interdyscyplinarnego (np. psychologia edukacyjna, biologia, fizjologia, inżynieria) i multimodalnego (np. markery śliny, ankiety, czujnik elektrodermalny).

Interdyscyplinarny i multimodalny projekt eksperymentalny do badania autentycznych doświadczeń egzaminacyjnych w czasie zbliżonym do rzeczywistego

Ten artykuł opisuje profil hiszpańskich wczesnych użytkowników wirtualnej rzeczywistości oraz ich zainteresowania i preferencje dotyczące uczenia się i edukacyjnych zastosowań tej technologii. W tym celu zaprojektowaliśmy kwestionariusz online i przeprowadziliśmy wywiady ze 117 użytkownikami głównego forum wirtualnej rzeczywistości w Internecie.

Badanie eksploracyjne online na temat zastosowań edukacyjnych rzeczywistości wirtualnej wśród wczesnych użytkowników

Ta praca opisuje system eksperymentów online, który zapewnia wizualizację eksperymentów, w tym wizualizację teorii, koncepcji i formuł, wizualizację procesu eksperymentalnego za pomocą trójwymiarowych (3D) wirtualnych stanowisk testowych oraz wizualizację systemu kontroli i monitorowania za pomocą widżetów, takich jak wykresy i kamery.

Interaktywny i zwizualizowany system eksperymentów online dla edukacji i badań inżynierskich

Ten artykuł przedstawia przegląd tego, jak synchroniczne, wirtualne działania informacyjne mogą być wykorzystane do zapoznania uczniów klas 6-12 z zaawansowanymi technologiami obrazowania, takimi jak ultrasonografia, tomografia komputerowa i elektroencefalografia. W artykule omówiono metody i sprzęt potrzebne do transmisji na żywo zintegrowanych sesji edukacyjnych w celu skutecznego zaangażowania uczniów w STEM.

Niwelowanie przepaści technologicznej w erze COVID-19: wykorzystanie wirtualnego zasięgu do zapoznania uczniów gimnazjów i szkół ponadgimnazjalnych z technologią obrazowania

Ta praca przedstawia trójwymiarowy wirtualny eksperyment symulacyjny dla deformacji i uszkodzenia materiału, który dostarcza wizualizacji procesów eksperymentalnych. Dzięki zestawowi eksperymentów użytkownicy mogą zapoznać się ze sprzętem i nauczyć się obsługi w wciągającym i interaktywnym środowisku edukacyjnym.

Wirtualny eksperyment symulacyjny mechaniki: deformacja i uszkodzenie materiału na podstawie skaningowej mikroskopii elektronowej

To badanie opisuje internetowy system laboratoryjny wirtualnej rzeczywistości (VR) oparty na WebVR, który zapewnia użytkownikom wciągające i interaktywne możliwości eksperymentowania wspierane przez urządzenia VR. Proponowany system nie tylko pomaga zwiększyć realizm udziału użytkowników w eksperymentach online, ale ma również zastosowanie w szerokim zakresie ram laboratoriów online.

Internetowe laboratorium sterowania w sieci wirtualnej rzeczywistości stosowane w edukacji w zakresie inżynierii sterowania

W tym miejscu opisujemy protokół konstruowania modelu serca od podstaw w oparciu o tomografię komputerową i prezentujemy go studentom medycyny przy użyciu druku trójwymiarowego (3D) i technologii rzeczywistości mieszanej do nauki anatomii.

Technologia rzeczywistości mieszanej i druk trójwymiarowy w nauczaniu: anatomia serca jako przykład

Referencyjna technika interferometryczna, która ma na celu usuwanie niepożądanych zakłóceń laserowych dla nanodetekcji, jest wykorzystywana do sondowania mikrownęk czynnikowych o ultra wysokiej jakości. Instrukcje dotyczące montażu, konfiguracji i pozyskiwania danych są dostarczane wraz z procesem pomiaru w celu określenia współczynnika jakości gniazda.

Implementacja interferometru referencyjnego do nanodetekcji

Ze względu na znaczenie i szerokie zastosowanie palladu, złota i kobaltu w sprzęcie high-tech, ich odzysk i recykling stanowią ważne wyzwanie przemysłowe. Opisany w niniejszym dokumencie system odzysku metali jest prostym, tanim sposobem na skuteczne wykrywanie, usuwanie i odzysk tych metali z kopalni miejskiej.

Wykrywanie i odzyskiwanie palladu, złota i metali kobaltowych z kopalni miejskiej przy użyciu nowatorskich czujników/adsorbentów oznaczonych nanoskalowymi porami w kształcie koła wagonowego

Izolowanie elektrycznych i termicznych efektów na elektrycznie wspomagane deformacje (EAD) jest bardzo trudne przy użyciu makroskopowych próbek. Opracowano mikro- i nanostruktury próbek metalicznych wraz z niestandardową procedurą testową w celu oceny wpływu przyłożonego prądu na powstawanie bez ogrzewania dżuli i ewolucję dyslokacji na tych próbkach.

Nowatorska metoda elektromechanicznej charakterystyki próbek w nanoskali in situ

Poznaj system MRE wspierający praktyki laboratoryjne w inżynierii online. Eksperyment z 30 studentami wykazał, że rzeczywistość mieszana z opinią nauczyciela znacząco poprawia wyniki uczenia się.

Wdrożenie i wyniki Mixed Reality for Education (MRE) na zajęciach online dla inżynierów

Przeglądaj więcej filmów