[论文解读] 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 6

一句话总结

本篇系统性综述探讨了虚拟现实（VR）在软件工程（SE）与需求工程（RE）教育中的应用，分析了九项研究，这些研究采用沉浸式VR来教授抽象的SE概念。尽管相关研究有限，但研究结果表明VR能增强可视化效果与学习参与度，但当前应用缺乏建模任务、利益相关者互动以及教师监控工具，凸显了在SE教育中构建更具互动性与可扩展性的VR学习环境的迫切需求。

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.

研究动机与目标

• 识别并分析VR在软件工程教育中的应用，特别是需求工程领域。
• 评估VR在提升学生对抽象SE概念的学习参与度与学习成效方面的有效性。
• 识别当前基于VR的SE教育工具的局限性，例如缺乏建模任务与教师监控功能。
• 探讨VR在模拟真实世界软件开发环境以支持学生训练方面的潜力。
• 通过突出协作互动与反馈机制等尚未充分开发的领域，为未来研究提供指导。

提出的方法

• 遵循PRISMA指南开展系统性文献综述，以识别VR在SE教育中的相关研究。
• 选取九项研究，这些研究明确使用VR头戴式显示器（HMD）来教授SE或RE概念。
• 基于Radianti等人（2020）的VR学习环境框架，分析研究在VR应用功能、验证方法与教育成果方面的表现。
• 采用实证验证策略评估研究，包括前后问卷调查、可用性评估与信心度测量。
• 按领域（如编程、需求、软件架构）对应用进行分类，并评估其沉浸感与互动水平。
• 识别学习环境功能方面的缺口，例如反馈机制、任务分配与教师对学生进度的追踪功能。

实验结果

研究问题

• RQ1 已开发出哪些VR应用用于支持软件工程教育？其核心功能是什么？
• RQ2 在沉浸感、互动性与教育有效性方面，SE教育中的VR学习环境如何相互比较？
• RQ3 当前VR应用在教授需求工程及相关SE概念方面存在哪些局限性？
• RQ4 VR应用在多大程度上支持建模任务、利益相关者互动以及教师对学生学习进度的监控？
• RQ5 在教育SE应用中，低成本与高端VR硬件的使用有何影响？

主要发现

• 仅有九项研究在SE教育中明确使用VR头戴式显示器，表明该研究领域尚属开创性阶段，前期工作有限。
• 大多数应用聚焦于可视化与沉浸式观察，对创建软件模型（如用例图或类图）的支持极少。
• 无任何研究提供全面的教师工具，用于在VR环境中分配、监控或评估学生学习任务。
• 尽管部分研究显示学生参与度与信心有所提升，但由于样本量较小，尚未建立学习成效的显著统计改善。
• 多数研究依赖昂贵的VR硬件（如HTC Vive、Oculus Rift），限制了其在更广泛教育场景中的可扩展性与可及性。
• 仅有一项研究（Ochoa和Babbit，2019）允许学生创建用例与数据流图，凸显了建模任务支持方面的关键缺口。