[論文レビュー] Virtual Reality Applications in Software Engineering Education: A Systematic Review

Gustavo Vargas de Andrade, André Luiz Cordeiro Gomes+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2022

Software Engineering Techniques and Practices被引用数 6

ひとこと要約

本系統的レビューは、ソフトウェア工学（SE）および要件工学（RE）教育におけるバーチャルリアリティ（VR）の使用を調査し、抽象的なSE概念を教えるために没入型VRを応用した9件の研究を分析している。限られた研究にもかかわらず、VRは視覚化と関与度の向上に寄与することが示唆されるが、現在の応用にはモデル作成タスク、ステークホルダーとのインタラクション、教員のモニタリングツールが欠如しており、SE教育におけるよりインタラクティブでスケーラブルなVR学習環境の必要性が浮き彫りになっている。

ABSTRACT

Requirement Engineering (RE) is a Software Engineering (SE) process of defining, documenting, and maintaining the requirements from a problem. It is one of the most complex processes of SE because it addresses the relation between customer and developer. RE learning may be abstract and complex for most students because many of them cannot visualize the subject directly applied. Through the advancement of technology, Virtual Reality (VR) hardware is becoming increasingly more accessible, and it is not rare to use it in education. Little research and systematic studies explain the integration between SE and VR, and even less between RE and VR. Hence, this systematic review proposes to select and present studies that relate the use of VR applications to teach SE and RE concepts. We selected nine studies to include in this review. Despite the lack of articles addressing the topic, the results from this study showed that the use of VR technologies for learning SE is still very seminal. The projects based essentially on visualization. There are lack of tasks to build modeling artifacts, and also interaction with stakeholders and other software engineers. Learning tasks and the monitoring of students' progress by teachers also need to be considered.

研究の動機と目的

• ソフトウェア工学教育におけるVRの応用を特定・分析すること、特に要件工学に焦点を当てる。
• VRが抽象的なSE概念の学習において学生の関与度や学習成果を向上させる有効性を評価すること。
• 現在のVRベースのSE教育ツールにおける制限、たとえばモデル作成タスクや教員のモニタリング機能の欠如を特定すること。
• VRが学生のトレーニングのための現実世界のソフトウェア開発環境をシミュレートする可能性を検討すること。
• 共同作業やフィードバックメカニズムといった未開発分野を強調することで、今後の研究を導くこと。

提案手法

• PRISMAガイドラインに従って、SE教育におけるVRに関する研究を特定するための系統的文献レビューを実施した。
• SEまたはREの概念を教えるために、VRヘッドマウントディスプレイ（HMD）を明示的に使用した9件の研究を選定した。
• Radiantiら（2020）のVR学習環境フレームワークを用いて、VR応用の特徴、検証手法、教育的成果を分析した。
• 実証的検証戦略（事前・事後アンケート、使いやすさ評価、自己効力感測定など）を用いて研究を評価した。
• 分野（例：プログラミング、要件、ソフトウェアアーキテクチャ）ごとに応用を分類し、没入感と相互作用のレベルを評価した。
• 教員によるフィードバック、タスク割り当て、進捗追跡などの学習環境機能のギャップを同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SE教育を支援するために開発されたVRアプリケーションは何か、そのコアな特徴は何か？
• RQ2 SE教育におけるVRベースの学習環境は、没入感、相互作用、教育的効果の観点からどのように比較できるか？
• RQ3 現在のVRアプリケーションが要件工学および関連SE概念の教育において抱える制限は何か？
• RQ4 VRアプリケーションは、モデル作成タスク、ステークホルダーとのインタラクション、学生の進捗状況の教員によるモニタリングをどの程度サポートしているか？
• RQ5 低コストVRハードウェアとハイエンドVRハードウェアの両者を教育的SE応用で使用する際の意味は何か？

主な発見

• SE教育におけるVRヘッドマウントディスプレイの明示的使用は、わずか9件の研究にとどまっており、研究分野として非常に初期段階で、先行研究が限られていることが示唆される。
• 大多数のアプリケーションは視覚化と没入観察に焦点を当てており、ユースケースやクラス図のようなソフトウェアモデルの作成に対する支援は最小限にとどまっている。
• VR環境における学習タスクの割り当て、モニタリング、評価を教員が行える包括的なツールを提供する研究は存在しなかった。
• 一部の研究で学生の関与度や自己効力感の向上が認められたが、小規模なサンプルサイズのため、学習成果に統計的に有意な改善が確認されなかった。
• 大多数の研究が高価なVRハードウェア（例：HTC Vive、Oculus Rift）に依存しており、教育分野への広範な適用におけるスケーラビリティとアクセス可能性が制限されている。
• 唯一の研究（OchoaとBabbit, 2019）が、ユースケースやデータフローダイアグラムの作成を可能としており、モデル作成タスクのサポートに大きなギャップがあることが浮き彫りになった。