初等教育におけるバーチャルリアリティ

バーチャルリアリティ（VR）は、ユーザーが没入型の3次元視覚および音声シミュレーションを体験できるコンピュータアプリケーションです。 Pinho（2004）によると、バーチャルリアリティは、3D世界への没入、仮想オブジェクトとの相互作用、仮想環境の探索への関与が特徴です。 ^[1]教育におけるバーチャルリアリティの実現可能性は、VRソフトウェアとハ​​ードウェアの手頃な価格など、いくつかの障害のために議論されてきました。 バーチャルリアリティの心理的影響も否定的な考慮事項です。 しかし、最近の技術の進歩により、VRはより実行可能になり、学生に新しい学習モデルとスタイルを約束しています。^[要出典]バーチャルリアリティのこれらの側面は、学生の学習を強化し、関与を高め、学習の好みに対処するための新しい機会を創出するために、初等教育（K-8年生）の分野で応用されています。

バーチャルリアリティ（VR）は、教育現場でさまざまな方法で使用できます。研究者は、バーチャルリアリティをPCベースのシミュレーションシステムの継続的な改善と見なし、従来の教育方法では提供できない特別な学習体験を提供できる可能性を認識しています。^[2]研究では、バーチャルリアリティシステムの教室での応用には依然として制限があることが一致していますが、^{[2] [3]}研究者は、一般教育の多くの側面でVRを教授法の一部として使用する実験を行っています。

以下は、教室で仮想現実を適用する試みの例です。

拡張現実（AR）は、仮想的に生成された画像を現実世界に重ね合わせる技術です。仮想物体と現実環境の共存により、現実世界では不可能な教育現場での実験や開発が促進されています。^[4]

Antonietti ら (2000) が行った研究では、VR を使用せずに絵画を学習した対照群と比較して、子供たちに絵画の詳細なバーチャル ツアーを提供し、絵画のあらゆる側面を観察させたところ、絵画の説明と解釈が促進されたことがわかりました。^[5]別の実験では、91 人の小学校 6 年生を対象に、美術教育の教訓的な単元を教える拡張現実アプリケーション「WallaMe」を使用しました。結果を分析した結果、学業成績、モチベーション、情報分析、コラボレーションにおいて統計的に有意な改善が見られました。^[4]

拡張現実は、より主流の学術的環境にも発展してきました。^[6]教科書の3D表現は、学生に、より相乗的な学習方法を提供します。科学技術教育推進機構は、学生が地球の核のさまざまな層と仮想的に相互作用しながら、伝統的な情報を学ぶことができる地質学の教科書を出版しました。^[7]

拡張現実のもう1つの利点は、さまざまな学習スタイルを活用できることです。仮想現実はより没入感のある体験を提供しますが、拡張現実学習技術は聴覚学習者に有利です。大学生の科学情報の保持に関する研究では、空間的存在を通じて聴覚情報を伝達するためのより効果的な媒体としてARが示されました。^[8]

バーチャルな校外学習では、生徒は現実世界の場所や教育シミュレーションを訪れ、さまざまな授業を体験します。Google Expeditions ^[9]では、教師のアプリの制御下でスマートフォンのヘッドセット技術を使用して、生徒が共同で校外学習を行うことができます。^[10] NearpodのVRは、小学校のすべての主要科目の授業計画を提供しており、生徒の授業への関与を高めることが示されています。^[11]

バーチャルなフィールドトリップは、田舎の小学生が通常は得られない職業探索の機会に参加できるようにもします。フィールドトリップの経験は、それらの職業を追求する興味と意欲の増加につながります。^[12] 1つのプログラムであるzipTripsは、中学生の生命科学の職業探索フィールドトリップの利点をシミュレートするように設計されました。仮想現実の力を利用することで、zipTripsは学生が科学者とその仕事と一緒に45分間のライブフィールドトリップに参加できるようにしました。学生は科学と科学的なキャリアに対する認識が向上したことが示されています。^[13]

VRは協調的に使うこともできますが、VRを独立した学習に活用すると特に効果的であることがわかっています。^[14] Merchantら（2014）は、「[VRベースの協調学習環境]で学習する場合、学生は協調的よりも個別に作業した方が[著しく]優れた成績を収めた」ことを発見しました。^[15]一部のVRアプリケーションは、個別の授業計画と組み合わせることで独立した学習の機会を提供します。^[16] たとえば、学生は特定の仮想現実シミュレーションに対応するワークシートに記入する場合があります。

仮想世界、または3次元没入型仮想世界は、人々がアバターを自分の表現として使用するインタラクティブなオンライン環境です。環境はあらゆるコンテキストで設計でき、ユーザーはアバターを制御して仮想世界でタスクを実行します。過去の実証研究に関する学術的レビューでは、学校環境で仮想世界が使用される3つの主な領域が特定されています。（1）コミュニケーションスペース、（2）空間のシミュレーション、および（3）体験スペースです。^[17]

コミュニケーション空間とは、ユーザー間のコミュニケーション、場合によっては教師と生徒間のコミュニケーションを指します。^[17]コミュニケーションは、チャット機能とアバターの動きのアプリケーションを使用して、言語的および非言語的の両方の形式を取ります。^[17]仮想世界の2番目の用途は、空間のシミュレーションです。^[17]空間は、スケーラビリティと信頼性の点で仮想世界で最も重要な要素の1つであり、あらゆる環境をシミュレートする高い実現可能性を備えています。^[17]教育イニシアチブでは、環境を学校の設定で構築して、実際に学校にいるかのように生徒に響かせることができます。シンガポールの南洋理工大学は、入学希望者向けに仮想キャンパスツアーを開発しました。^[17]仮想キャンパスには一般的な情報が表示されますが、物理的にそこに行く前に、学生がキャンパスに慣れることができます。^[17]仮想世界の3番目の主な特徴は、学生が読んだり聞いたりして学ぶのではなく、「実践して学ぶ」ことができる体験空間です。仮想世界では、生徒は主題に対して直接行動し、「自分の行動の結果を観察」し、さらに観察可能な結果について熟考することができます。

予算削減や障害などの制限により、K-12の音楽教育は課題に直面しており、研究者は仮想現実技術の助けを求めています。インタラクティブな視覚化と音声フィードバックを備えた仮想インターフェースは、学生の楽器学習体験を向上させるために実験されています。^[18]その他の試みとしては、ヘッドマウントディスプレイデバイスを通じて楽器演奏のシミュレーション体験を提供することなどがあります。^[19]

ある研究によると、バーチャル教育と従来の教育を組み合わせることで、バーチャル酔いや孤立などの身体的および教育的問題が懸念されるにもかかわらず、音楽学習の成果を効果的に向上させることができることが示されています。 ^[20] K-12音楽教育におけるバーチャルリアリティの使用はまだ広く実験段階ですが、研究では有望な結果が示されています。一部の研究者は、VRでの試みは有効性を示したものの、実際の楽器や物体との相互作用をサポートするため、拡張現実の方が実際には好ましいかもしれないと示唆しています。^[19]

没入型のシミュレーション体験を作り出す能力が確立されているため、バーチャルリアリティは歴史の授業の教授法を強化するものとして評価されています。ローマ帝国の歴史をローマの都市を仮想的に再現して教える研究では、生徒の学習体験と学業成績が大幅に向上したことが示されています。^[21]研究者は、学習意欲の向上、インタラクティブ性の向上、没入型体験がこの実験の成功の鍵となる可能性が高いと示唆しており、バーチャルリアリティを使った歴史教育に関するより大規模な研究の実施に関心が集まっています。^[21]

VR は、社会情緒的発達のための初等教育にも活用されています。

VRは、社会的スキルの発達や複数ユーザーの協力に応用できます。協力シミュレーションを通じて学生に協力する機会を提供することができ、内向的な学生のグループインタラクションをサポートすることが示されています。^[22]ある研究では、VRベースのコラボレーションは「グループ構造が使用される他の状況と比較して、成果の開発において優れたコラボレーションとインタラクションを生み出す」ことがわかりました。^[22]

自閉症は、自閉症スペクトラム障害とも呼ばれ、他者とのコミュニケーションや交流の能力を損なう一連の発達障害です。^[23]自閉症は通常、幼少期に現れますが、CDCの自閉症および発達障害モニタリングネットワークによって公開されたデータセットによると、約59人に1人の子供が自閉症であると特定されています。^[24]学校環境での学習と社会化における自閉症の悪影響に対抗するために、VRを使用して生徒の適応を高める試みが増加しています。

VR シミュレーションは、安全で管理された仮想環境内で現実のシナリオに対処する方法を学ぶことができる仮想世界を提供することで、自閉症の子供たちの役に立つことが示されています。Strickland ら (2007) の研究では、自閉症の子供たちは仮想世界を利用して火災や道路の安全に関するスキルを習得し、そのスキルを現実の状況に適用できることが分かりました。^[25] 自閉症の学生の学習体験を促進する方法の 1 つは、仮想現実ヘッドマウントディスプレイ (HMD) を使用することです。6 歳から 16 歳の自閉症の学生 32 名を対象に、学校で VR ヘッドセットを使用する際の対処行動を調べた研究によると、学生の間では「高価で技術的に高度な HMD」に対する一般的な好みと、VR 技術の使用に対する楽しみや興奮などの肯定的な態度が見られました。^[26]「学習機会の開発」と「仮想的にさまざまな場所に行き、世界がどのように見えるかを見る」は、自閉症の学生が学校で HMD を使用することを期待する 2 つの主な分野です。^[26] HMDは、生徒をリラックスさせたり、学校での学習機会を増やしたりするなど、学習の将来に大きな可能性をもたらします。^[26]

もう一つの方法は、学校環境で一般的な仮想シナリオに生徒を没入させることです。「4面完全没入型CAVETM VRインスタレーション」を使用して、「本物で、安全で、制御可能で、操作可能な」環境をシミュレートし、自閉症の生徒が社会的状況に適応できるように訓練します。^[27]シナリオの例には、歯磨き、朝食、スクールバスに乗るなど、生徒が学校に行く前に通常行う一連の準備手順があります。 [ ^27]トレーニングを受けた後の100人の生徒の行動を調べた研究では、「感情認識、感情表現、社会的相互関係」に顕著な変化が見られました。^[27]

初等教育におけるバーチャルリアリティの活用は、財団やベンチャーキャピタル企業からの助成金によって支えられてきました。^[28] IEEEは2016年と2017年に「仮想現実と拡張現実によるK-12の体現学習（KELVAR）」に関するワークショップを開催しました。^{[29] [30]}

企業や学術界では、K-12教育におけるバーチャルリアリティへの関心が高まっているものの、K-12学習者にとってのその有用性については懐疑的な見方も表明されている。2009年の文献レビューでは、最も自立心があり、内発的動機を持ち、高度なスキルを持つK-12の生徒だけがVRで成功するという結論が出ている。このレビューでは、問題はK-12に特化したバーチャルリアリティの調整に関する経験不足にあるとされている。ほとんどの経験は、成人向けに設計されたVRソフトウェアに関するものだった。^[31]

バーチャル リアリティは学生の学習をサポートする優れたツールであるかもしれませんが、初等教育においてバーチャル リアリティが直面する懸念や課題はまだいくつかあります。

今日のバーチャルリアリティシステムに関連するユーザーにとって、身体的、生理学的、心理的な問題が生じる可能性がある。^[15]

バーチャルリアリティはシミュレートされた環境であるため、シミュレータ酔いがユーザーにとって懸念事項です。バーチャルリアリティヘッドセットを長時間装着すると、学生に不快感や奥行き知覚の低下を引き起こす可能性があります。^[32]これは、電子スクリーンとユーザーの目の間の距離が短いことが原因である可能性があります。^[32]

その他の潜在的な症状としては、吐き気、疲労、めまい、頭痛、発汗などがあります。^[32]

完全没入型環境の欠点の1つは、ユーザーが仮想世界に入ると、周囲の現実世界の物体を感知できなくなることです。^[33]そのため、仮想現実への没入中にある程度の動きが必要になると、ユーザーが簡単に障害物にぶつかって怪我をする可能性があるため、現実世界の物体との衝突が懸念されます。さらに、多くの仮想現実機器セットにはサウンドキューも含まれており、現実世界の音に対する聴覚をブロックする可能性があります。現実世界の音入力がなければ、ユーザーは事故の際に他の人からの通知を受け取ることができません。

ビデオゲームと同様に、ユーザーはバーチャルリアリティ技術が提供する世界に夢中になる可能性があります。^[33]

仮想現実への没入は、生徒が現実と仮想現実を区別できない状況を引き起こす可能性があります。^[34]現実世界に関するこの混乱は、生徒に危険な状況が起こっていることを区別できない可能性があるため、生徒の身体的安全に悪影響を及ぼす可能性があります。^[34]また、学習する必要のある仮想情報、習得する必要のある複雑な機器、完了する必要のあるタスクによって、生徒は混乱する可能性があります。^[34]

バーチャルリアリティは、一部の人々にとってはまだ真剣に受け止められ、受け入れられる技術ではありません。なぜなら、彼らはそれをゲームとみなしているからです。 ^{[引用が必要]}学生の態度は、彼らの課題がゲームをプレイすることなのか、批判的に考え、知識を得ることなのかによって変わる可能性があります。^{[引用が必要]}したがって、教育におけるバーチャルリアリティの有用性に関する潜在的かつ肯定的な知識を広めるには、時間と労力が必要です。

主要な教育ツールとなるためには、バーチャルリアリティ機器は、1つの共有バーチャルリアリティヘッドセットを非効率的に使用して貴重な学習時間を浪費するのではなく、クラスのすべての学生が利用できるものでなければなりません。^[35]低エンドの機器では、ユーザーは低エンドの体験しか得られませんが、ハイエンドのバーチャルリアリティ機器は数百ドル、あるいは数千ドルの費用がかかります。^[35]学生に最高のバーチャルリアリティ教育環境を提供するためには、バーチャルリアリティ機器の使用と手頃な価格を考慮する必要があります。

機器が小型化するにつれて、背後にデータを保存するインフラストラクチャは大きくなります。仮想現実技術が同じ環境で大量に使用されるようになると、個々のシステムとユーザーの没入感はネットワーク化されます。大規模なネットワークはユーザーからのデータ収集を可能にし、ユーザーのプライバシーが他の人に追跡され、他の人に公開される潜在的な監視状況につながる可能性があります。^[36]