A influência da realidade estendida imersiva no ensino e aprendizagem de disciplinas STEM para a ciência da computação na modalidade EAD: proposta de um framework para criação de cenários imersivos

Abstract

As novas tecnologias para educação estão atualmente se destacando pela diversidade de equipamentos e aplicativos utilizados, vivenciando a provável disruptura tecnológica com o Metaverso e com os novos dispositivos e meios de acesso e comunicação sem fio. Todos os elementos do universo acadêmico, especialmente as Instituições de Ensino Superior (IES), as universidades, as escolas e as academias, que se propõem a utilizar as novas tecnologias para o ensino aprendizagem tem muito a ganhar, tornando alunos protagonistas e aumentando o seu interesse pelos estudos. A pesquisa teve como objetivo geral elaborar um framework que sirva de base para nortear a criação de cenários imersivos para atuar no ensino e aprendizagem de disciplinas STEM para cursos de computação na Educação Superior à Distância (EaD). Os objetivos específicos foram: 1) Identificar as tecnologias existentes para o ensino com a Realidade Estendida Imersiva; 2) Fazer um estudo comparativo quantitativo e qualitativo, de caráter descritivo e exploratório sobre a utilização dessas no ensino; 3) Realizar o projeto piloto para o framework; 4) Avaliar o projeto piloto com especialistas da área. Os procedimentos metodológicos seguem os aspectos da pesquisa quali-quantitativa e básica, de caráter exploratório e aplicação de questionário, sendo inspirada pelo uso que estão norteados pelos pressupostos da Design Science Research (DSR), e baseia na Teoria da Cognição Situada e na Realidade Estendida Imersiva como fundamentos teóricos. A análise é descritiva, os resultados são apresentados a partir de quadros e tabelas. Permeia-se pelo problema de pesquisa, como um cenário de/com tecnologias imersivas Immersive VR, AR, MR, XR e RM (Realidade Virtual, Realidade Aumentada, Realidade Mista, Realidade Estendida e Realidade Mediada - Imersivas) pode ser desenvolvido para atuar no ensino e aprendizagem de disciplinas STEM para cursos de computação na educação superior à distância (EaD)?. A RSL foi realizada sobre as tecnologias disponíveis para o ensino com a Realidade Estendida Imersiva e são apresentadas soluções para o desenvolvimento (construção) de ambientes de realidade aumentada por computador, por meio de dispositivos (hardware) de realidade virtual imersiva, de ferramentas de desenvolvimento (software) e a conectividade, com aplicação em cenários de ensino aprendizagem. Um cenário com tecnologias imersivas pode ser desenvolvido para o ensino de disciplinas STEM em cursos de computação na EaD ao criar ambientes interativos e realistas que facilitam a compreensão de conceitos complexos. Através dessas tecnologias, os alunos podem participar de simulações práticas, visualizar modelos 3D, e interagir com elementos virtuais sobrepostos ao mundo real. A integração dessas tecnologias com plataformas de Learning Management System (LMS) permite um acompanhamento eficaz do progresso dos alunos. O design instrucional baseado em teorias de aprendizagem assegura que as atividades imersivas sejam pedagogicamente sólidas, promovendo engajamento e conhecimento. A acessibilidade e a compatibilidade com diversos dispositivos garantem que todos possam usufruir dessas ferramentas de maneira eficiente. Sendo assim, o framework fornece uma base para projetar experiências de aprendizado imersivo eficazes na educação STEM, enfatizando tanto a compreensão teórica quanto a implementação prática para aprimorar o ensino e a aprendizagem por meio de tecnologias imersivas.

New educational technologies are currently gaining prominence due to the diversity of equipment and applications used, experiencing the likely technological disruption with the Metaverse and with the new devices and means of access and wireless communication. All elements of academia, particularly Higher Education Institutions (HEIs), universities, schools, and academies, which propose to use new technologies for teaching and learning, have much to gain. These technologies empower students, making them the protagonists of their learning journey and enhancing their interest in their studies. The research had the general objective of developing a framework that serves as a basis to guide the creation of immersive scenarios to act in the teaching and learning of STEM disciplines for computing courses in Higher Distance Education (EaD). The specific objectives were: 1) Identify existing technologies for teaching with Immersive Extended Reality; 2) Make a quantitative and qualitative comparative study, of a descriptive and exploratory nature, about the use of these in teaching; 3) Carry out the pilot project for the framework; 4) Evaluate the pilot project with experts in the field. The methodological procedures follow the aspects of qualitative-quantitative and basic research, of an exploratory nature, and the application of a questionnaire, being inspired by the use that is guided by the assumptions of Design Science Research (DSR) and based on the Theory of Situated Cognition and Immersive Extended Reality as theoretical foundations. The analysis is descriptive, the results are presented from tables and tables. The research problem permeates the question of how a scenario of / with immersive technologies Immersive VR, AR, MR, XR, and RM (Virtual Reality, Augmented Reality, Mixed Reality, Extended Reality, and Mediated Reality - Immersive) can be developed to act in teaching and learning of STEM disciplines for computing courses in distance higher education (EaD)? The SLR was carried out on the technologies available for teaching with Immersive Extended Reality and solutions are presented for the development (construction) of computer augmented reality environments, through devices (hardware) of immersive virtual reality, development tools (software) and connectivity, with application in teaching-learning scenarios. A scenario with immersive technologies can be developed for teaching STEM disciplines in EaD computing courses by creating interactive and realistic environments that facilitate the understanding of complex concepts. Through these technologies, students can participate in practical simulations, visualize 3D models, and interact with virtual elements superimposed on the real world. The integration of these technologies with Learning Management System (LMS) platforms allows effective monitoring of student progress. The instructional design based on learning theories ensures that immersive activities are pedagogically solid, promoting engagement and knowledge. Accessibility and compatibility with various devices ensure that everyone can efficiently use these tools. Thus, the framework provides a basis for designing effective immersive learning experiences in STEM education, emphasizing both theoretical understanding and practical implementation to enhance teaching and learning through immersive technologies.