DOI: https://doi.org/10.1016/j.cexr.2026.100152
تاريخ النشر: 2026-04-06
المؤلف: Achmad Samsudin وآخرون
الموضوع الرئيسي: تطبيقات وتأثيرات الواقع الافتراضي
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة تأثير أربعة أبعاد لجودة التصميم – التصميم البصري والتكنولوجي (VT)، الجودة الجمالية (AQ)، توافق المنهج (CA)، والجدوى الرقمية (DF) – على فعالية المتعلمين المدركة (PE) ونية الاستخدام (IU) لمحاكاة VARIASI للواقع الافتراضي (VR)، التي توضح سلوك الجسيمات عبر حالات مختلفة من المادة. باستخدام نهج مختلط تفسيري متسلسل، قامت الدراسة بتحليل بيانات كمية من 60 مشاركًا من خلال نمذجة المعادلات الهيكلية باستخدام المربعات الصغرى الجزئية (PLS-SEM) وأجرت تحليلًا موضوعيًا انعكاسيًا على الاستجابات النوعية. تكشف النتائج أن جميع الأبعاد الأربعة للتصميم تتنبأ بشكل كبير بـ PE، مما يشير إلى أن المتعلمين يقيمون الأنظمة التعليمية الغامرة بشكل شامل. ومع ذلك، بينما يرتبط PE بشكل إيجابي بـ IU، فإن العلاقة هامشية، مما يشير إلى أن المتعلمين يحتاجون إلى توجيه إجرائي إضافي وراحة للاستخدام المستمر.
تؤكد الرؤى النوعية بشكل أكبر أنه بينما يعزز VR الوضوح المفاهيمي والانخراط، فإن الاستخدام المستمر يعتمد على عوامل مثل الألفة مع التكنولوجيا، والراحة الجسدية، والدعم التعليمي. تختتم الدراسة بأن تجارب التعلم العلمي الفعالة المعتمدة على VR تنشأ ليس فقط من البيئات الغامرة المصممة جيدًا ولكن أيضًا من الأطر التربوية التي تعزز ثقة المتعلم وتساعد على الانخراط المستمر. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية استكشاف الدعم التكيفي وتحليلات التعلم المعتمدة على الأداء لتعزيز الكفاءة الذاتية والانخراط، بالإضافة إلى توسيع أحجام العينات ودمج مقاييس موضوعية لفهم أفضل لدور البيئات الغامرة في تعزيز التغيير المفاهيمي في التعليم العلمي.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الدور التحويلي للتقنيات الغامرة، وخاصة الواقع الافتراضي (VR) والواقع المعزز (AR)، في التعليم العلمي، لا سيما في الفيزياء. تسهل هذه التقنيات التصور والتفاعل مع الظواهر المعقدة، مما يعزز التفكير المكاني، والفهم المفاهيمي، وتحفيز المتعلمين. تشير الأدلة التجريبية إلى أن البيئات الغامرة يمكن أن تسد الفجوة بين المفاهيم النظرية والتعلم التجريبي، مما يعزز الفضول والانخراط من خلال تجارب متجسدة تفتقر إليها الأساليب التقليدية في كثير من الأحيان. ومع ذلك، فإن فعالية هذه التجارب التعليمية الغامرة تعتمد على جودة تصميم النظام بدلاً من الانغماس وحده، حيث إن العديد من تطبيقات VR الحالية لا تعالج تنوع المتعلمين المعرفي أو التحديات المفاهيمية بشكل كاف.
تهدف الدراسة إلى معالجة هذه الفجوة من خلال التحقيق التجريبي في كيفية تأثير أبعاد جودة التصميم المحددة في محاكاة VR مصممة خصيصًا على فعالية المتعلمين المدركة (PE) ونية الاستخدام (IU). تم تصميم المحاكاة لتصور سلوك الجسيمات وهياكل الطور للمادة، وتعمل كأداة تعليمية وأداة بحث. يتم تقييم أربعة مفاهيم رئيسية: التصميم البصري والتكنولوجي (VT)، الجودة الجمالية (AQ)، توافق المنهج (CA)، والجدوى الرقمية (DF)، كل منها مستند إلى أسس نظرية وتجريبية من تفاعل الإنسان مع الكمبيوتر، وتجربة المستخدم، وتصميم التعليم. ستتناول الأقسام التالية الإطار النظري الذي يدعم هذه المفاهيم والافتراضات المتعلقة بتأثيرها على تصورات المتعلمين.
طرق البحث
استخدمت الدراسة تصميمًا مختلطًا تفسيريًا متسلسلًا للتحقيق في العلاقات بين أبعاد جودة التصميم المختلفة لمحاكاة VARIASI VR والتفكير التجريبي الذي يؤثر على تقييمات المشاركين. شمل هذا النهج مرحلة كمية تلتها مرحلة نوعية، مما سمح بتفسير الأنماط العددية من خلال تجارب المشاركين الذاتية (Creswell & Clark، 2017؛ Venkatesh et al.، 2013). استخدمت التحليل الكمي نمذجة المعادلات الهيكلية باستخدام المربعات الصغرى الجزئية (PLS-SEM) لاستكشاف العلاقات التنبؤية بين المفاهيم الرئيسية: التصميم البصري والتكنولوجي (VT)، الجودة الجمالية (AQ)، توافق المنهج (CA)، الجدوى الرقمية (DF)، الفعالية المدركة (PE)، ونية الاستخدام (IU). تم اختيار PLS-SEM لفاعليتها في التعامل مع الأبحاث الاستكشافية ذات المفاهيم الكامنة المعقدة وأحجام العينات الصغيرة (Hair et al.، 2019؛ Hair et al.، 2021).
في المرحلة النوعية التالية، تم تحليل تأملات المشاركين المفتوحة باستخدام تحليل موضوعي انعكاسي (Braun & Clarke، 2021). كانت هذه المرحلة تهدف إلى توضيح الأسباب وراء التأثير القوي لبعض أبعاد التصميم على الفعالية المدركة والترجمة غير المتسقة للفعالية المدركة إلى نوايا الاستخدام المستمر. حدث دمج النتائج خلال التفسير، حيث تم استخدام الرؤى الموضوعية لتوضيح وتحديد العلاقات الإحصائية التي تم تحديدها في النموذج الهيكلي (Fetters et al.، 2013).
النتائج
تكشف نتائج الدراسة، التي تم تحليلها من خلال نمذجة المعادلات الهيكلية باستخدام المربعات الصغرى الجزئية (PLS-SEM)، عن علاقات هامة بين أبعاد جودة التصميم، الفعالية المدركة (PE)، ونية السلوك (IU) في محاكاة VARIASI. تشير النتائج الكمية إلى أن التصميم البصري والتكنولوجي (VT)، الجودة الجمالية (AQ)، توافق المنهج (CA)، والجدوى الرقمية (DF) تمثل مجتمعة أكثر من نصف التباين في PE، مما يبرز أن تقييمات المتعلمين تنبع من تفاعل عناصر التصميم المتعددة بدلاً من عامل واحد. ومن الجدير بالذكر أن DF ظهرت كأقوى متنبئ، مما يبرز أهمية الاستقرار الفني في تسهيل الانخراط المعرفي، حيث يسمح التشغيل السلس للمتعلمين بالتركيز على التفكير المفاهيمي بدلاً من إدارة الجهاز.
تسهم الرؤى النوعية من المشاركين في وضع هذه النتائج في سياقها، كاشفة عن ثلاثة مواضيع رئيسية تتعلق بعملية التعلم: الوضوح المفاهيمي الأولي، الانخراط المستمر، والاستعداد بعد الاستخدام. أشار المشاركون إلى أن التمثيلات البصرية عززت بشكل كبير فهمهم لسلوك الجزيئات، مما يتماشى مع مبادئ نظرية التعلم المتعدد الوسائط (CTML). بالإضافة إلى ذلك، ساهمت التناسق الجمالي للمحاكاة في خلق بيئة تعليمية داعمة، مما قلل من الحمل المعرفي وزاد من التركيز. ومع ذلك، أعرب المتعلمون عن حاجتهم إلى مزيد من التوجيه والراحة، مما يشير إلى أنه بينما كانت المحاكاة فعالة لفهم، إلا أنها لم تترجم دائمًا إلى نية قوية للاستخدام دون دعم منظم. بشكل عام، تؤكد الدراسة على ضرورة دمج الاعتمادية الفنية، والتناسق البصري، والتفاعل البديهي، والأهمية المفاهيمية لتحسين VR في التعليم العلمي.
المناقشة
تؤكد قسم المناقشة في الورقة على أن فعالية البيئات التعليمية الغامرة تحدد بشكل أساسي من خلال جودة التصميم بدلاً من الحداثة التكنولوجية. يدمج عدة أطر نظرية، بما في ذلك نظرية الحمل المعرفي (CLT)، نظرية التعلم المتعدد الوسائط (CTML)، النموذج المعرفي العاطفي للتعلم الغامر (CAMIL)، ونموذج قبول التكنولوجيا الموسع (TAM). توضح هذه الأطر مجتمعة كيف تؤثر خصائص التصميم – مثل التصميم البصري والتكنولوجي (VT)، الجودة الجمالية (AQ)، توافق المنهج (CA)، والجدوى الرقمية (DF) – على العمليات المعرفية والعاطفية للمتعلمين، مما يؤثر في النهاية على فعالية المتعلمين المدركة (PE) ونية الاستخدام (IU) للتكنولوجيا.
تحدد القسم أن التصميم الفعال يقلل من الحمل المعرفي الزائد ويعزز الانخراط من خلال عناصر بصرية وتكنولوجية متماسكة، وجاذبية جمالية، وتوافق مع الأهداف التعليمية، والجدوى التشغيلية. على وجه التحديد، تفترض أن الجودة الأعلى في هذه الأبعاد التصميمية تؤدي إلى تحسين PE، مما يؤثر بدوره بشكل إيجابي على IU. يقترح المؤلفون سلسلة من الافتراضات التي تربط هذه المفاهيم، مما يشير إلى أن البيئة الغامرة المصممة جيدًا لا تسهل التعلم فحسب، بل تعزز أيضًا احتمال أكبر لتبني التكنولوجيا. تختتم المناقشة بإطار هذه الرؤى النظرية ضمن سياق تجريبي، مما يمهد الطريق للأقسام اللاحقة التي ستتحقق من النموذج المقترح من خلال التحليل الكمي.
القيود
تقدم البحث نموذجًا يتمتع بقوة تفسيرية كبيرة؛ ومع ذلك، فإنه يعترف بوجود قيود رئيسية. أولاً، قد يحد الاعتماد على تصورات المتعلمين المبلغ عنها ذاتيًا دون تدابير سلوكية أو أداء داعمة من قوة النتائج. يمكن أن تعزز الدراسات المستقبلية من صحة النتائج من خلال دمج مؤشرات موضوعية للانخراط، مثل تتبع العين أو تحليلات النظام. ثانيًا، تثير حجم العينة المعتدل واحتجازها في سياق تعليمي محدد مخاوف بشأن قابلية تعميم النتائج. لمعالجة ذلك، ينبغي أن تهدف الأبحاث المستقبلية إلى تكرار الدراسة عبر مجموعات سكانية ومجالات محتوى متنوعة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يسهم استكشاف الآليات التكيفية التي تضبط ميزات التصميم وفقًا للملفات المعرفية للمتعلمين في تعزيز تطوير أنظمة التعلم الغامرة المخصصة.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.cexr.2026.100152
Publication Date: 2026-04-06
Author(s): Achmad Samsudin et al.
Primary Topic: Virtual Reality Applications and Impacts
Overview
This study investigates the impact of four design-quality dimensions—Visual and Technological Design (VT), Aesthetic Quality (AQ), Curriculum Alignment (CA), and Digital Feasibility (DF)—on learners’ Perceived Effectiveness (PE) and Intention to Use (IU) the VARIASI Virtual Reality (VR) simulation, which illustrates particle behavior across different states of matter. Utilizing an explanatory sequential mixed-methods approach, the research analyzed quantitative data from 60 participants through Partial Least Squares Structural Equation Modeling (PLS-SEM) and conducted reflexive thematic analysis on qualitative responses. The findings reveal that all four design dimensions significantly predict PE, indicating that learners assess immersive educational systems holistically. However, while PE positively correlates with IU, the relationship is marginal, suggesting that learners require additional procedural guidance and comfort for sustained use.
Qualitative insights further emphasize that while VR enhances conceptual clarity and engagement, continued use is contingent upon factors such as familiarity with the technology, physical comfort, and instructional support. The study concludes that effective VR-based science learning experiences arise from not only well-designed immersive environments but also from pedagogical frameworks that foster learner confidence and facilitate ongoing engagement. Future research directions include exploring adaptive scaffolding and performance-based learning analytics to enhance self-efficacy and engagement, as well as expanding sample sizes and incorporating objective measures to better understand the role of immersive environments in promoting conceptual change in science education.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the transformative role of immersive technologies, specifically Virtual Reality (VR) and Augmented Reality (AR), in science education, particularly in physics. These technologies facilitate visualization and interaction with complex phenomena, enhancing spatial reasoning, conceptual understanding, and learner motivation. Empirical evidence indicates that immersive environments can effectively bridge the gap between theoretical concepts and experiential learning, fostering curiosity and engagement through embodied experiences that traditional methods often lack. However, the effectiveness of these immersive learning experiences is contingent upon the quality of system design rather than immersion alone, as many existing VR applications do not adequately address learners’ cognitive diversity or conceptual challenges.
The study aims to address this gap by empirically investigating how specific design quality dimensions in a custom-built VR simulation influence learners’ Perceived Effectiveness (PE) and Intention to Use (IU). The simulation, designed to visualize particle behavior and phase structures of matter, serves both as a learning tool and a research instrument. Four key constructs are evaluated: Visual and Technological Design (VT), Aesthetic Quality (AQ), Curriculum Alignment (CA), and Digital Feasibility (DF), each informed by theoretical and empirical foundations from human-computer interaction, user experience, and educational design. The subsequent sections will elaborate on the theoretical framework supporting these constructs and the hypotheses regarding their impact on learners’ perceptions.
Methods
The study utilized an explanatory sequential mixed-methods design to investigate the relationships among various design-quality dimensions of the VARIASI VR simulation and the experiential reasoning influencing participant evaluations. This approach involved a quantitative phase followed by a qualitative phase, allowing for the interpretation of numerical patterns through participants’ subjective experiences (Creswell & Clark, 2017; Venkatesh et al., 2013). The quantitative analysis employed Partial Least Squares-Structural Equation Modeling (PLS-SEM) to explore predictive relationships among key constructs: Visual and Technological Design (VT), Aesthetic Quality (AQ), Curriculum Alignment (CA), Digital Feasibility (DF), Perceived Effectiveness (PE), and Intention to Use (IU). PLS-SEM was selected for its effectiveness in handling exploratory research with complex latent constructs and smaller sample sizes (Hair et al., 2019; Hair et al., 2021).
In the subsequent qualitative phase, participants’ open-ended reflections were analyzed using reflexive thematic analysis (Braun & Clarke, 2021). This phase aimed to elucidate the reasons behind the strong influence of certain design dimensions on perceived effectiveness and the inconsistent translation of perceived effectiveness into intentions for continued use. The integration of findings occurred during interpretation, where thematic insights were employed to clarify and contextualize the statistical relationships identified in the structural model (Fetters et al., 2013).
Results
The results of the study, analyzed through Partial Least Squares Structural Equation Modeling (PLS-SEM), reveal significant relationships among design-quality dimensions, perceived effectiveness (PE), and behavioral intention (IU) in the VARIASI simulation. The quantitative findings indicate that Visual and Technological Design (VT), Aesthetic Quality (AQ), Curriculum Alignment (CA), and Digital Feasibility (DF) collectively account for over half of the variance in PE, emphasizing that learners’ evaluations stem from the interaction of multiple design elements rather than a single factor. Notably, DF emerged as the strongest predictor, highlighting the importance of technical stability in facilitating cognitive engagement, as smooth operation allows learners to focus on conceptual reasoning rather than device management.
Qualitative insights from participants further contextualize these findings, revealing three key themes related to the learning process: initial conceptual clarity, sustained engagement, and post-use readiness. Participants noted that visual representations significantly enhanced their understanding of molecular behavior, aligning with the Cognitive Theory of Multimedia Learning (CTML) principles. Additionally, the aesthetic coherence of the simulation contributed to a supportive learning environment, reducing cognitive load and enhancing focus. However, learners expressed a need for greater guidance and comfort, indicating that while the simulation was effective for understanding, it did not always translate into a strong intention to use without structured support. Overall, the study underscores the necessity of integrating technical reliability, visual coherence, intuitive interaction, and conceptual relevance to optimize VR for science education.
Discussion
The discussion section of the paper emphasizes that the effectiveness of immersive learning environments is primarily determined by design quality rather than technological novelty. It integrates several theoretical frameworks, including Cognitive Load Theory (CLT), Cognitive Theory of Multimedia Learning (CTML), the Cognitive Affective Model of Immersive Learning (CAMIL), and an extended Technology Acceptance Model (TAM). These frameworks collectively illustrate how design characteristics—such as Visual and Technological Design (VT), Aesthetic Quality (AQ), Curriculum Alignment (CA), and Digital Feasibility (DF)—influence learners’ cognitive and affective processes, ultimately affecting their Perceived Effectiveness (PE) and Intention to Use (IU) the technology.
The section outlines that effective design minimizes extraneous cognitive load and enhances engagement through coherent visual and technological elements, aesthetic appeal, alignment with educational objectives, and operational feasibility. Specifically, it posits that higher quality in these design dimensions leads to improved PE, which in turn positively influences IU. The authors propose a series of hypotheses linking these constructs, suggesting that a well-designed immersive environment not only facilitates learning but also fosters a greater likelihood of technology adoption. The discussion concludes by framing these theoretical insights within an empirical context, setting the stage for subsequent sections that will validate the proposed model through quantitative analysis.
Limitations
The research presents a model with significant explanatory power; however, it acknowledges two primary limitations. Firstly, the reliance on learners’ self-reported perceptions without corroborating behavioral or performance-based measures may limit the robustness of the findings. Future studies could enhance the validity of the results by incorporating objective indicators of engagement, such as eye-tracking or in-system analytics. Secondly, the moderate sample size and its confinement to a specific educational context raise concerns about the generalizability of the results. To address this, future research should aim to replicate the study across diverse populations and content domains. Additionally, exploring adaptive mechanisms that tailor design features to learners’ cognitive profiles could further advance the development of personalized immersive learning systems.