Advantages and limitations of immerisve virtual reality educational applications in learning

  1. David Checa Cruz
Supervised by:
  1. Andrés Bustillo Iglesias Director

Defence university: Universidad de Burgos

Year of defence: 2022

Committee:
  1. María Consuelo Sáiz Manzanares Chair
  2. Julián Hoyos Alonso Secretary
  3. Juan José Saucedo Dorantes Committee member
  4. Ainara Miguel Sáez de Urabain Committee member
  5. Alejandra Martínez Monés Committee member

Type: Thesis

Teseo: 707145 DIALNET

Abstract

Aunque las tecnologías de realidad virtual llevan entre nosotros desde finales de los años 50, su uso ha sido muy limitado en contextos educativos, debido principalmente al elevado coste del equipo y a la falta de contenidos educativos adecuados. Hoy en día, la amplia disponibilidad en el mercado de herramientas de software y hardware asequibles diseñadas para experiencias de realidad virtual inmersiva (iVR) podría sugerir un futuro muy prometedor para mejorar el aprendizaje. Sin embargo, aún queda mucho camino por recorrer para determinar cómo utilizar adecuadamente la iVR y hasta qué punto puede alcanzar su potencial como herramienta educativa. En esta Tesis Doctoral se presentan tres trabajos publicados que informan de los resultados de la investigación sobre la tecnología iVR y su uso como herramienta de aprendizaje a nivel universitario. El primer estudio presenta una revisión crítica de la literatura sobre la iVR con fines de aprendizaje. En primer lugar, proporciona una comprensión más profunda del uso y los beneficios de las tecnologías iVR como herramientas de aprendizaje. En segundo lugar, evalúa las posibilidades y las limitaciones de las experiencias de aprendizaje con iVR de última generación. Por último, identifica las barreras para su incorporación en los programas educativos. El segundo estudio describe el diseño y aplicación de una experiencia de iVR para evaluar las posibilidades y limitaciones de los entornos de realidad virtual inmersiva (iVRE) con fines didácticos, especialmente en temas relacionados con el patrimonio cultural. La idoneidad de la iVR para la enseñanza se evaluó mediante un cuestionario sobre conocimientos históricos y trazado urbano administrado a una amplia muestra de estudiantes (n=100). En este estudio se comparan dos metodologías de enseñanza: por un lado, una experiencia de iVR y, por otro, el visionado de un vídeo. Las respuestas de los alumnos subrayaron la eficacia de ambas metodologías: el grupo del vídeo obtuvo mayores puntuaciones en conocimientos históricos y la experiencia iVR fue el método más eficaz para adquirir conocimientos aprendidos a través de la interacción con el entorno y la absorción de conocimientos visuales. Por último, la localización espacial fue claramente una habilidad mejor adquirida tras la experiencia iVR. El tercer estudio describe el diseño de una experiencia educativa y su aplicación, para evaluar las posibilidades y limitaciones de la iVR en conceptos asociados al montaje de hardware informático. La experiencia iVR se compara con otras dos metodologías de aprendizaje adaptadas al aprendizaje online entre una amplia muestra de estudiantes (n=77): 1) una clase online; y 2) la misma experiencia para ser disfrutada en un PC de sobremesa. Los resultados mostraron el gran potencial de las experiencias iVR para mejorar el bienestar de los estudiantes en momentos de aislamiento, debido a los mayores niveles de satisfacción con el aprendizaje. Además, la facilidad de uso y la utilización de tutoriales en el juego están directamente relacionados con la satisfacción y el rendimiento del usuario. Aunque se observó un efecto muy limitado en el aprendizaje de conocimientos teóricos con la aplicación de la iVR en comparación con las otras metodologías, este efecto mejoró significativamente en la absorción de conocimientos visuales, la comprensión y la realización de conexiones entre diferentes conceptos. Estas experiencias demuestran que 1) la iVR mejora la satisfacción del alumno con el proceso de aprendizaje; 2) proporciona ventajas significativas en comparación con otras metodologías para la absorción de conocimientos visuales; 3) mejora ligeramente la adquisición de conocimientos teóricos; y 4) es especialmente adecuada para el desarrollo de la comprensión de los diferentes conceptos y sus conexiones. Although virtual reality technologies have been with us since the late 1950s, their very limited use in educational contexts is mainly due to the high cost of the equipment and the lack of suitable educational content. Today, the wide availability on the market of affordable software and hardware tools designed for immersive Virtual Reality (iVR) experiences might suggest a very promising future to enhance learning. However, there is still a long way to go to determine how iVR can be used and to what extent it can reach its potential as an educational tool. Three published papers are presented in this PhD Thesis that report the results of research into iVR technology and its use as a learning tool at undergraduate level. The first study presents a critical review of the literature on iVR for learning purposes. Firstly, it provides a deeper understanding of the use and the benefits of iVR technologies as learning tools. Secondly, it evaluates the possibilities and the limitations of state-of-the-art iVR learning experiences. Finally, it identifies the barriers to their incorporation in educational programs. The second study describes the design and testing of an iVR experience to evaluate the possibilities and limitations of Immersive Virtual Reality Environments (iVRE) for didactic purposes, especially in topics related to cultural heritage. The suitability of iVR for teaching was evaluated through a questionnaire on historical knowledge and urban layout administered to a large sample of students (n=100). In this study, two teaching methodologies are compared: on the one hand, an iVR experience and, on the other hand, the viewing of a video. The responses of the students underlined the effectiveness of both methodologies: the video group achieved higher scores for historical knowledge and the iVR experience was the most effective method to transmit the knowledge learned through interaction and viewing. Finally, spatial localization was clearly a better acquired skill following the iVR experience. The third study describes the design of an educational experience and its testing, to evaluate the possibilities and limitations of iVR in concepts associated with computer hardware assembly. The iVR experience is compared with two other learning methodologies adapted to online learning among a large sample of students (n=77): 1) a conventional online class; and 2) the same experience played on a desktop PC. The results showed the strong potential of iVR experiences to improve student well-being at times of isolation, due to higher learning satisfaction levels. In addition, ease of use and the use of in-game tutorials are directly related to game user satisfaction and performance. Although a very limited effect on learning theoretical knowledge was observed with the application of iVR compared to the other methodologies, this effect was significantly improved by visual knowledge, understanding and by making connections between different concepts. These experiences demonstrate that: 1) iVR improves student satisfaction with the learning process; 2) provides significant advantages compared to other methodologies for the absorption of visual knowledge; 3) slightly improves acquisition of theoretical knowledge; and 4) is especially suitable for the development of an understanding of the different concepts and their connections