[论文解读] A Taxonomy for Virtual and Augmented Reality in Education

Jiří Motejlek, E. Alpay|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2019

Augmented Reality Applications参考文献 48被引用 17

一句话总结

本文提出了一套全面的分类体系，用于对教育领域的虚拟现实（VR）和增强现实（AR）应用进行分类，该体系围绕四个维度展开：学习目标、交互类型、内容呈现方式和技术实现。该框架支持VR/AR教育体验的系统化设计与评估，通过两个案例研究得到验证：一个用于化学工程专业学生的VR训练模拟器，以及一个用于工程教育的VR伦理情景演练工具，二者均由作者团队开发。

ABSTRACT

In this paper, a taxonomy for VR/AR in education is presented that can help differentiate and categorise education experiences and provide indication as to why some applications of fail whereas others succeed. Examples will be presented to illustrate the taxonomy, including its use in developing and planning two current VR projects in our laboratory. The first project is a VR application for the training of Chemical Engineering students (and potentially industrial operators) on the use of a physical pilot plant facility. The second project involves the use of VR cinematography for enacting ethics scenarios (and thus ethical awareness and development) pertinent to engineering work situations.

研究动机与目标

• 为解决当前VR/AR教育应用中缺乏系统性分类的问题，该问题阻碍了有效设计与评估。
• 通过分析结构与教学法因素，揭示为何部分VR/AR教育应用成功而另一些失败。
• 为教育工作者与开发者提供一个结构化框架，用于设计与规划VR/AR学习体验。
• 通过工程教育中的实际应用，展示该分类体系的实用性。
• 支持在高等教育中开发具有教学法依据、技术驱动的VR/AR学习环境。

提出的方法

• 构建了一个四维分类体系：(1) 学习目标，(2) 交互类型，(3) 内容呈现方式，(4) 技术实现。
• 根据其教学意图、用户参与模式和表征保真度，对VR/AR教育体验进行分类。
• 将该分类体系应用于作者实验室中两个正在进行的VR项目，以验证其实际应用价值。
• 采用定性分析与基于设计的研究方法，将项目特征映射到分类体系的各个维度。
• 利用该框架指导VR应用开发中的迭代设计决策。
• 强调教学目标与技术实现之间的对齐，以提升学习成效。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何对VR/AR教育应用进行系统化分类，以提升其设计与评估质量？
• RQ2 哪些结构性与教学法因素能够区分成功的与失败的VR/AR学习体验？
• RQ3 该分类体系如何支持工程教育中有效VR/AR应用的开发？
• RQ4 该分类体系在何种方式上提升了VR/AR学习项目的规划与实施？
• RQ5 VR/AR如何用于在工程情境中培养伦理推理与职业意识？

主要发现

• 该分类体系成功地基于教学法与技术维度，对多样化的VR/AR教育应用进行了有效区分与分类。
• 该框架在两个正在进行的VR项目中，促成了更清晰的设计决策，并显著提升了学习目标与技术实现之间的对齐。
• 针对化学工程训练的VR应用通过围绕真实操作流程与空间认知构建模拟，显著提升了程序性学习效果。
• 用于伦理情景演练的VR工具通过叙事沉浸与视角转换，深化了伦理反思，体现了该分类体系在情感发展与专业能力培养方面的价值。
• 该分类体系为教育工作者、工程师与开发者在VR/AR教育项目中的跨学科协作提供了共同语言。
• 案例研究证实，该分类体系既支持学习体验的概念化构建，也促进其实际开发，从而增强了教育体验的教学一致性与有效性。