Date of Award

11-2024

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Software Engineering

Department

Computer Science and Software Engineering

First Advisor

Dr. Mamoun Awad

Abstract

Virtual reality (VR) is becoming increasingly popular and essential in education as institutions strive to incorporate technology in education. In Engineering and Computer Science, students face difficulties in comprehending many abstract complex concepts that are typically studied in Labs. This situation worsens with hardware failure and the lack of pedagogical tools. The main goal of this paper is to investigate the impact of VR environments on learning advanced and complex STEM concepts. We also explore the impact of different human-computer interaction (HCI) techniques including gamification on the learning experience of STEM students. To measure such impact, we developed a VR application that simulates laboratory courses in CS/CE, namely, the digital design & computer organization course. The study employs two types of experiments; We conducted a usability study to ensure an immersive and interactive learning experience. We carried out experiments and surveyed participating students from UAE University to measure the learning experience and the impact on learning improvement. The second experiment is an educational experiment to compare the VR users' results to students who only rely on documents. Our results show that students who are using VR applications perform better than students who use traditional learning. The analysis of the survey indicates that 90.9% of the participants found that the VR gamification experience was fun and encouraged competitive behavior and contributed to a better understanding of the materials. The educational experiment showed that the group that used the VR application improved by 37% compared to the group that didn’t use VR which improved by 24.5%. This study reveals the importance of the VR environment in engineering education. VR environment makes the learning experience more entertaining and less tedious especially when dealing with complex abstract engineering concepts. The VR environment has additional overhead because it requires development, testing, and more importantly usability studies to incorporate gamification.

Arabic Abstract

تأثير تقنية الواقع الافتراضي على التعليم في مختبرات علوم الكمبيوتر والهندسة - دراسة حالة

أصبح الواقع الافتراضي (VR) وشائعة بشكل متزايد وضرورية في التعليم حيث تسعى المؤسسات إلى دمج التكنولوجيا في التعليم في الهندسة وعلوم الكمبيوتر، يواجه الطلاب صعوبات في فهم العديد من المفاهيم المعقدة المجردة التي تتم دراستها عادة في المختبرات. يزداد هذا الوضع سوءًا مع فشل الأجهزة ونقص الأدوات التربوية.الهدف الرئيسي من هذه الورقة هو البحث في تأثير بيئة الواقع الافتراضي على تعلم مفاهيم العلوم والتكنولوجيا والهندسة و الرياضيات (STEM) المتقدمة والمعقدة. نستكشف أيضًا تأثير تقنيات التفاعل بين الإنسان والحاسوب المختلفة (HCI) بما في ذلك اللعب على تجربة تعلم طلاب الـ(STEM). لقياس هذا التأثير، قمنا بتطوير تطبيق الواقع الافتراضي الذي يحاكي دورة مختبرية في مجال علوم وهندسة الحاسب، وهي دورة التصميم الرقمي وتنظيم الكمبيوتر. تستخدم الدراسة نوعين من التجارب؛ أجرينا دراسة قابلية الاستخدام لضمان تجربة تعليمية غامرة وتفاعلية. اجريت التجربة واستطلاع الرأي على المشاركين من جامعة الإمارات العربية المتحدة لقياس تجربة التعلم والتأثير على تحسين التعلم. التجربة الثانية هي تجربة تعليمية لمقارنة نتائج مستخدمي الواقع الافتراضي بالطلاب الذين يعتمدون فقط على المستندات. تظهر نتائجنا أن الطلاب الذين يستخدمون تطبيق الواقع الافتراضي يؤدون أداء أفضل من الطلاب الذين يستخدمون التعلم التقليدي. يشير تحليل الاستطلاع إلى أن 90.9% من المشاركين وجدوا أن تجربة اللعب في الواقع الافتراضي كانت ممتعة وشجعت السلوك التنافسي وساهمت في فهم أفضل للمواد. أظهرت التجربة التعليمية أن المجموعة التي استخدمت تطبيق الواقع الافتراضي تحسنت بنسبة 37% مقارنة بالمجموعة التي لم تستخدم الواقع الافتراضي والتي تحسنت بنسبة 24.5 تكشف هذه الدراسة عن أهمية بيئة الواقع الافتراضي في تعليم الهندسة. تجعل بيئة الواقع الافتراضي تجربة التعلم أكثر تسلية وأقل مللاً خاصة عند التعامل مع مفاهيم الهندسة المجردة المعقدة. تحتوي بيئة الواقع الافتراضي على تكاليف إضافية لأنها تتطلب التطوير والاختبار والأهم من ذلك دراسات قابلية الاستخدام لدمج اللعب.

Download
COinS