[논문 리뷰] Virtual Reality Applications in Software Engineering Education: A Systematic Review

Gustavo Vargas de Andrade, André Luiz Cordeiro Gomes외 4명|arXiv (Cornell University)|2022. 04. 26.

Software Engineering Techniques and Practices인용 수 6

한 줄 요약

이 체계적 리뷰는 소프트웨어 공학(Software Engineering, SE) 및 요구사항 공학(Requirements Engineering, RE) 교육에서 가상현실(Virtual Reality, VR)의 사용을 조사하며, 추상적인 SE 개념을 가르치는 데에 몰입형 VR을 적용한 9개의 연구를 분석한다. 제한된 연구에도 불구하고, 결과적으로 VR은 시각화와 참여도 향상에 기여하지만, 현재의 응용 분야는 모델링 작업, 이해관계자 간 상호작용, 교사 모니터링 도구가 부족하여 SE 교육에서 더 상호작용적이고 확장 가능한 VR 학습 환경이 필요하다는 점을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 소프트웨어 공학 교육에서의 VR 응용 프로그램을 식별하고 분석하는 것, 특히 요구사항 공학 분야에 중점을 두는 것.
• VR이 추상적인 SE 개념을 가르치는 데 있어 학생의 참여도와 학습 성과 향상에 얼마나 효과적인지 평가하는 것.
• 현재 VR 기반 SE 교육 도구의 한계를 규명하는 것, 예를 들어 모델링 작업 부족 및 교사 모니터링 기능 부재와 같은 점.
• 학생들의 훈련을 위해 실제 소프트웨어 개발 환경을 시뮬레이션할 수 있는 VR의 잠재력을 탐색하는 것.
• 협업 상호작용 및 피드백 메커니즘과 같은 개발이 부족한 분야를 부각시켜 향후 연구를 이끌어내는 것.

제안 방법

• PRISMA 지침을 따르는 체계적 문헌 리뷰를 수행하여 SE 교육에서의 VR 연구를 식별하는 것.
• 소프트웨어 공학 또는 요구사항 공학 개념을 가르치는 데에 몰입형 VR 헤드셋(HMD)을 명시적으로 사용한 9개의 연구를 선정하는 것.
• Radianti 등(2020)의 VR 학습 환경 프레임워크를 기반으로 VR 응용 프로그램 기능, 검증 방법, 교육적 성과를 분석하는 것.
• 사전 및 사후 설문지, 사용성 평가, 자신감 측정을 포함한 실증적 검증 전략을 사용하여 연구를 평가하는 것.
• 도메인(예: 프로그래밍, 요구사항, 소프트웨어 아키텍처)별로 응용 프로그램을 분류하고 몰입도 및 상호작용 수준을 평가하는 것.
• 교사가 학생의 학습 과제를 할당, 모니터링, 평가할 수 있도록 지원하는 피드백, 과제 할당, 진행 상황 추적 등의 학습 환경 기능의 격차를 규명하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 VR 응용 프로그램이 소프트웨어 공학 교육을 지원하기 위해 개발되었으며, 그 핵심 기능은 무엇인가?
• RQ2 SE 교육에서의 VR 기반 학습 환경는 몰입도, 상호작용, 교육적 효과성 측면에서 어떻게 비교될 수 있는가?
• RQ3 요구사항 공학 및 관련 SE 개념을 가르치는 데서 현재의 VR 응용 프로그램의 한계는 무엇인가?
• RQ4 VR 응용 프로그램은 얼마나 모델링 작업, 이해관계자 간 상호작용, 학생 진도 모니터링을 지원하는가?
• RQ5 저비용 대비 고성능 VR 하드웨어를 교육적 SE 응용에 사용할 경우의 영향은 무엇인가?

주요 결과

• 소프트웨어 공학 교육에서 VR 헤드셋을 명시적으로 사용한 연구는 단 9건 뿐이었으며, 이는 연구 초석이지만 이전 연구가 제한되어 있음을 시사한다.
• 대부분의 응용 프로그램은 시각화와 몰입형 관찰에 집중했으며, 사용 사례도 또는 클래스 다이어그램과 같은 소프트웨어 모델링 작업 지원은 최소한이었다.
• VR 환경에서 학생의 학습 과제를 할당, 모니터링, 평가하기 위한 종합적인 교사 도구를 제공한 연구는 없었다.
• 일부 연구에서는 학생의 참여도와 자신감 향상이 긍정적인 결과를 보였지만, 표본 수가 작아 학습 성과 향상에 통계적으로 유의미한 영향을 미친 바가 없었다.
• 다수의 연구가 고비용 VR 하드웨어(예: HTC Vive, Oculus Rift)에 의존하여, 더 넓은 교육적 활용을 위한 확장성과 접근성에 제약을 뒤졌다.
• 오로지 한 연구(Ochoa와 Babbit, 2019)만이 학생들이 사용 사례도 및 데이터 흐름도를 생성할 수 있도록 허용하여, 모델링 작업 지원의 핵심적 격차를 드러냈다.