Resumen
La realidad virtual inmersiva se considera cada vez más como un medio viable para apoyar el aprendizaje. Los entornos virtuales automáticos de cuevas (CAVE, por sus siglas en inglés) respaldan el aprendizaje inmersivo en grupos de estudiantes y son de interés potencial para las instituciones educativas que buscan formas novedosas de reforzar el aprendizaje en sus estudiantes. En trabajos anteriores, hemos demostrado que el uso de un entorno de aprendizaje virtual basado en CAVE produjo mayores ganancias de aprendizaje en comparación con el estudio de libros de texto convencionales. Sin embargo, pocos estudios previos han explorado las circunstancias que producen un equilibrio entre las ganancias del aprendizaje y la viabilidad práctica de brindar un aprendizaje inmersivo a un gran número de estudiantes. Para comprender mejor estas circunstancias, el presente estudio examinó dos factores: (1) el tamaño del grupo (pequeño, mediano y grande) y (2) el momento de la aplicación (antes, a mitad y al final de un curso). Los resultados indicaron que las ganancias de aprendizaje estaban presentes para todos los tamaños de grupos y períodos de tiempo de aplicación, con mayores ganancias de aprendizaje en grupos más pequeños. Los logros en el aprendizaje fueron consistentes a lo largo de los períodos de tiempo de aplicación. Además, se aplicó el modelo de ecuaciones estructurales para evaluar cómo puede resultar el aprendizaje a partir del uso de la realidad virtual inmersiva. Los resultados indicaron que las características tecnológicas de la realidad virtual predijeron los resultados de aprendizaje a través de la usabilidad autoinformada, pero menos a través de la presencia autoinformada. Con base en los hallazgos, se presentan recomendaciones para un aprendizaje inmersivo efectivo para diferentes tamaños de grupos y configuraciones de períodos de tiempo de aplicación. En conjunto, el estudio actual aclara los factores que afectan el aprendizaje en la realidad virtual inmersiva y facilita su uso en la práctica educativa.
Introducción
¿Cómo se puede utilizar la realidad virtual inmersiva (VR) en los cursos como un medio de apoyo novedoso y eficiente? A diferencia de la realidad virtual de escritorio 2D no inmersiva convencional, la realidad virtual inmersiva coloca al espectador dentro del contenido virtual. El efecto inmersivo se mejora aún más al reflejar los movimientos naturales del cuerpo en la experiencia. La realidad virtual inmersiva se experimenta más comúnmente utilizando cualquiera de los dos tipos de pantalla. Con los auriculares VR, la pantalla está contenida dentro de un dispositivo que usa el espectador. Por el contrario, los sistemas de realidad mixta Cave Automatic Virtual Environment (CAVE) presentan entornos virtuales en las paredes de una habitación, que sirven como superficies de visualización (Cruz-Neira et al., 1992). Luego, los entornos virtuales en sí mismos se visualizan utilizando anteojos 3D transparentes. Tanto los cascos de realidad virtual como las CAVE permiten beneficios ausentes en los escritorios 2D no inmersivos, como el 3D estereoscópico, así como el seguimiento de los movimientos de la cabeza y las manos, lo que permite una interacción libre y activa con el contenido virtual (Slater & Sanchez-Vives, 2016). La ventaja adicional de los sistemas CAVE sobre los auriculares VR es que estos últimos generalmente aíslan al usuario del entorno real, mientras que los usuarios en CAVE de realidad mixta conservan la vista de la ubicación física de la habitación, ellos mismos y otros usuarios dentro de ella. En consecuencia, se conservan las señales del lenguaje corporal social, lo que permite a los usuarios aprender en colaboración (Birchfield & Megowan-Romanowicz, 2009). Por lo tanto, los CAVE constituyen una plataforma de aprendizaje interesante al tener el potencial de generar beneficios de aprendizaje y hacerlo para múltiples usuarios a la vez.
Cuando la realidad virtual inmersiva se aplica con fines educativos, un caso de uso evidente es su aplicación para complementar la práctica docente tradicional. Los ejemplos en la literatura sobre el uso de la RV inmersiva además de la enseñanza tradicional son variados e incluyen temas como la ingeniería (Buń et al., 2019; Fogarty et al., 2018; Halabi, 2020; Kamiska et al., 2019), aprendizaje de idiomas (O’Brien & Levy, 2008; Xie et al., 2019), educación legal (McFaul & FitzGerald, 2020) y formación médica (Huang et al., 2016; Maresky et al., 2019; Pelargos et al., 2017).
Fondo
Estudios recientes sobre los beneficios de aprendizaje de la realidad virtual inmersiva han arrojado resultados mixtos (Makransky et al., 2017; Parong y Mayer, 2018) y esto plantea la pregunta de cómo y por qué el aprendizaje puede resultar del uso de la RV. Una base teórica para examinar el proceso de aprendizaje en entornos virtuales de aprendizaje (EVA) se puede encontrar en el modelo teórico de Lee et al. (2010), basado principalmente en el marco de Salzman et al., (1999). De acuerdo con estos marcos, el modelo de Lee et al. (2010) afirma que las características tecnológicas de la RV afectan indirectamente a los resultados del aprendizaje a través de una serie de factores psicológicos, que se detallarán más adelante. Usando modelos de ecuaciones estructurales (SEM), Lee et al. (2010) obtuvo un ajuste aceptable para el modelo en los datos obtenidos de los estudiantes que aprendieron la anatomía de la rana usando una simulación de escritorio 2D interactiva. Los marcos teóricos de Salzman et al. (1999) y Lee et al. (2010) desde entonces han servido como puntos de partida para varios otros estudios SEM que examinan cómo surge el aprendizaje a partir del uso de VLE. Sin embargo, estos estudios se centraron predominantemente en VLE del tipo no inmersivo (Fokides, 2017; Fokides y Atsikpasi, 2018; knutzen, 2019; Makransky y Petersen, 2019; Comerciante et al., 2012). Una rara excepción es Makransky y Lilleholt (2018), quienes adaptaron el modelo de Lee et al. (2010) y usó SEM para comparar la realidad virtual de escritorio en 2D y las condiciones de los auriculares de realidad virtual inmersiva. Sin embargo, Makransky y Lilleholt (2018) solo investigó los resultados afectivos y no examinó los aspectos del aprendizaje. Por lo tanto, sigue habiendo una falta de estudios sobre el proceso de aprendizaje cuando se utiliza la RV inmersiva.
En un estudio anterior, exploramos el potencial de usar un VLE inmersivo colaborativo en un CAVE para generar ganancias de aprendizaje en los estudiantes (De Back et al., 2020). El estudio se realizó en personas reclutadas de un grupo de sujetos y comparó las ganancias de aprendizaje en dos condiciones: (1) aprendizaje CAVE inmersivo, (2) aprendizaje de libros de texto convencionales. Los resultados indicaron que la condición CAVE inmersiva indujo ganancias de aprendizaje y excedieron las de la condición del libro de texto. Sin embargo, se puede argumentar que los logros de aprendizaje obtenidos se pueden atribuir a los entornos no ecológicamente válidos comunes en los experimentos: participantes ansiosos por recibir los créditos del curso, cuidadosamente probados en condiciones experimentales específicas. La implementación de tales escenarios en el trabajo real del curso es mucho más desafiante, debido a problemas prácticos como el tamaño de los grupos. Por ejemplo, tal vez a uno le gustaría implementar un VLE inmersivo en el momento de una clase específica, pero se enfrenta a la imposibilidad práctica de tener una gran cantidad de estudiantes experimentando el VLE al mismo tiempo.
Los tamaños de grupo más grandes se asocian con reducciones en el rendimiento (Mullen, 1994; Pety et al., 1977) debido a la mayor dificultad para llegar a un consenso en grupos más grandes (Strijbos et al., 2004) y la holgazanería social (es decir, free-riding) (Suleiman & Watson, 2008). Para entornos no inmersivos (gamificados), varios metanálisis han investigado la conexión entre el tamaño del grupo y el aprendizaje. Vogel et al. (2006) examinó 32 estudios que abarcan desde 1986 hasta 2003 sobre el efecto de los juegos y las simulaciones interactivas en el aprendizaje. No se observaron diferencias de aprendizaje significativas entre los grupos de una sola persona y los de varias personas, aunque el tamaño del efecto fue mayor en los grupos de una sola persona. Comerciante et al. (2014) analizó 67 estudios publicados hasta 2011 usando juegos, simulaciones y mundos virtuales y también encontró que el aprendizaje era más efectivo para el individuo en comparación con el estudio colaborativo para los juegos, y no observó diferencias significativas para las simulaciones y los mundos virtuales.
Para implementaciones prácticas en cursos, las sesiones de una sola persona son poco factibles debido al gran número de estudiantes y las restricciones de tiempo disponible. Por lo tanto, es deseable saber si los logros de aprendizaje se obtienen en grupos pequeños, medianos y grandes. Si los avances en el aprendizaje solo se obtienen en grupos pequeños y no en grupos grandes, los hallazgos pueden ser prometedores desde una perspectiva de investigación, pero pueden complicar la aplicación desde una perspectiva educativa.
Un problema práctico similar es cuándo aplicar un VLE inmersivo como parte del trabajo del curso. Es decir, si una lección de realidad virtual inmersiva está conectada con el tema general de un curso, es probable que el conocimiento previo varíe dependiendo de cuándo se aplique la lección. Esto plantea la pregunta de si el tiempo de aplicación de los VLE inmersivos modula las ganancias de aprendizaje al usar estos entornos. Varios estudios que no son de realidad virtual han indicado que diferentes niveles de conocimientos previos pueden modular el aprendizaje cuando se utilizan multimedia, un fenómeno también conocido como el «efecto de inversión de la experiencia» (Chen et al., 2017; Kalyuga et al., 2003). En este sentido, la instrucción guiada útil para los alumnos con poco conocimiento previo se vuelve progresivamente redundante y, en última instancia, desventajosa para los alumnos con altos niveles de conocimiento previo (Kalyuga, 2014). El efecto de inversión de la experiencia se explica utilizando la teoría de la carga cognitiva, que postula que la imposición innecesaria de recursos cognitivos limitados puede dificultar el aprendizaje (Sweller et al., 2011). Para evitar que ocurra el efecto de reversión de la experiencia, las instrucciones podrían adaptarse dinámicamente al nivel de conocimiento previo del alumno (Kalyuga, 2007). Rara vez se ha investigado la cuestión práctica fundamental de cómo el tiempo de aplicación de un VLE como parte del trabajo del curso puede afectar el aprendizaje.
El estudio actual
El estudio actual tiene como objetivo determinar las circunstancias que producen una compensación entre las ganancias de aprendizaje y la viabilidad práctica para proporcionar experiencias de realidad virtual inmersivas a un gran número de estudiantes. Con este fin, investigamos si, y de ser así, cómo el tamaño del grupo y el tiempo de aplicación afectan el aprendizaje en la RV inmersiva cuando se usa en el entorno ecológicamente válido de un curso de pregrado. Además, examinamos la imagen más amplia de cómo estos y otros factores en la realidad virtual inmersiva funcionan en conjunto para producir aprendizaje. Los conocimientos resultantes son para facilitar que las instituciones educativas consideren los VLE inmersivos colaborativos como un medio novedoso y eficiente para promover el aprendizaje en sus estudiantes. Se empleó un VLE inmersivo basado en CAVE sobre el tema de la neuroanatomía humana en 3D que aprovechó el aprendizaje colaborativo natural. Usando este VLE, examinamos las ganancias de aprendizaje mientras manipulamos el tamaño del grupo y el tiempo de aplicación….