DOI: https://doi.org/10.3389/fpsyg.2025.1712261
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41602686
تاريخ النشر: 2026-01-12
المؤلف: xiaochen suo وآخرون
الموضوع الرئيسي: تطبيقات وتأثيرات الواقع الافتراضي
نظرة عامة
تستكشف الدراسة تأثير درجات مختلفة من التجربة المجسدة في الواقع المعزز (AR) على نتائج تعلم طلاب المدارس الثانوية، والعبء المعرفي، وقبول التكنولوجيا ضمن منهج علم الأحياء الذي يركز على هيكل الخلية. باستخدام مبادئ من الإدراك المجسد ومخروط التجربة، صمم الباحثون مهام AR تختلف في مستويات التجسيد وشملت 122 طالبًا من المدارس الثانوية الصينية، الذين تم تقسيمهم إلى مجموعات ذات تجسيد منخفض وعالي.
أشارت النتائج إلى أن الطلاب في مجموعة التجسيد العالي أظهروا أداءً تعليميًا متفوقًا في كل من الاحتفاظ بالمعرفة والنقل، إلى جانب انخفاض كبير في العبء المعرفي. بالإضافة إلى ذلك، بينما ارتبط الواقع المعزز عالي التجسيد بفائدة متصورة معززة، ارتبط الواقع المعزز منخفض التجسيد بسهولة استخدام أكبر. تؤكد هذه النتائج على أهمية التجسيد في تجارب التعليم بالواقع المعزز، مما يوفر دعمًا تجريبيًا لتحسين تصميم AR لتحسين النتائج التعليمية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الإمكانية التحولية للواقع المعزز (AR) في السياقات التعليمية، وخاصة في علم الأحياء في المدارس الثانوية. يعزز AR طرق التدريس التقليدية من خلال دمج العناصر الافتراضية مع البيئة المادية، مما يعزز تجارب التعلم التفاعلية والغامرة التي يمكن أن تحفز الطلاب وتساعد في بناء المعرفة النشطة. تبرز الورقة أهمية الإدراك المجسد، الذي يفترض أن فهم المفاهيم البيولوجية المعقدة – مثل الهياكل الخلوية ثلاثية الأبعاد – يمكن تحسينه من خلال الانخراط الجسدي والأنشطة الحسية الحركية. تشير هذه المقاربة إلى أن AR يمكن أن تجعل المحتوى المجرد أكثر ملموسية من خلال السماح للطلاب بالتلاعب بالتمثيلات الافتراضية للظواهر البيولوجية.
تهدف الدراسة إلى التحقيق في درجات التجسيد المختلفة في تجارب AR وتأثيرها على إنجاز التعلم، والعبء المعرفي، وقبول التكنولوجيا بين طلاب المدارس الثانوية. تفترض أن درجات التجسيد الأعلى قد تعزز الاحتفاظ بالمعرفة وأداء النقل مع تقليل العبء المعرفي. ومع ذلك، تعترف أيضًا بأن التجسيد المفرط قد يفرض مطالب معرفية تعيق التعلم. تستخدم البحث منهجًا مختلطًا لاستكشاف هذه الديناميكيات، مسترشدًا بفرضيات تتنبأ بتأثيرات مستويات التجسيد على النتائج التعليمية. في النهاية، من المتوقع أن توفر النتائج رؤى تجريبية وإرشادات عملية لتحسين تطبيقات AR في تعليم علم الأحياء.
طرق
تحدد قسم “الطرق” في ورقة البحث التصميم التجريبي والتقنيات التحليلية المستخدمة للتحقيق في أسئلة البحث. استخدمت الدراسة نهجًا كميًا، يتضمن تحليلات إحصائية لتقييم البيانات التي تم جمعها من مصادر متنوعة. شملت المنهجيات المحددة تجارب محكومة، واستطلاعات، ودراسات ملاحظة، مما يضمن فهمًا شاملاً للظواهر قيد التحقيق.
تم تحليل البيانات باستخدام برامج إحصائية قياسية، مع تحديد مستويات الدلالة عند p < 0.05. استخدم الباحثون تحليل الانحدار لتحديد العلاقات بين المتغيرات، بينما أجروا أيضًا اختبارات ANOVA لمقارنة متوسطات المجموعات. بالإضافة إلى ذلك، شملت المنهجية إجراءات تحقق صارمة لضمان موثوقية وصلاحية النتائج، مما يعزز قوة الاستنتاجات المستخلصة من الدراسة.
نتائج
في قسم النتائج، أكدت الدراسة أولاً على تكافؤ المعرفة الأساسية بين مجموعتين باستخدام اختبار t للعينات المستقلة، مما كشف عن عدم وجود اختلافات كبيرة (p = 0.700). سمح هذا التحقق بإجراء تحليلات لاحقة حول إنجاز التعلم، والعبء المعرفي، وقبول التكنولوجيا. أشارت نتائج ANCOVA لإنجاز التعلم إلى أن الطلاب في حالة الواقع المعزز (AR) عالي التجسيد (المجموعة 2) تفوقوا بشكل كبير على أولئك في حالة التجسيد المنخفض (المجموعة 1) في كل من مهام الاحتفاظ (M المعدل = 2.769 مقابل 1.963، F(1,110) = 7.051، p = 0.009) ومهام النقل (M المعدل = 2.874 مقابل 2.106، F(1,110) = 5.546، p = 0.020)، مما يشير إلى أن التجسيد الأعلى يعزز قدرة الطلاب على تذكر وتطبيق المفاهيم البيولوجية.
فيما يتعلق بالعبء المعرفي، أشارت نتائج ANCOVA إلى أن الطلاب في المجموعة 1 عانوا من عبء معرفي أعلى بشكل كبير (M المعدل = 18.099) مقارنة بالمجموعة 2 (M المعدل = 15.185)، مع حجم تأثير معتدل (F(1,110) = 12.264، p = 0.003). يشير هذا إلى أن تجارب AR منخفضة التجسيد تتطلب مزيدًا من الجهد العقلي، مما قد يعيق التعلم. أخيرًا، من حيث قبول التكنولوجيا، أفادت المجموعة 2 بفائدة متصورة أعلى بشكل كبير (PU) (M المعدل = 33.461 مقابل 27.530، F(1,110) = 18.973، p < 0.001) وسهولة استخدام متصورة أقل (PEU) (M المعدل = 27.819 مقابل 32.546، F(1,110) = 14.068، p < 0.001). تشير هذه النتائج إلى أنه بينما تعزز تجارب AR عالية التجسيد القيمة المتصورة في التعلم، قد تعقد أيضًا قابلية الاستخدام، مما يبرز تبادل تصميمي للمعلمين.
مناقشة
استخدمت هذه الدراسة تصميمًا شبه تجريبي للتحقيق في تأثير درجات مختلفة من تجارب الواقع المعزز (AR) المجسدة على نتائج تعلم طلاب المدارس الثانوية، والعبء المعرفي، وقبول التكنولوجيا. تم تطوير تطبيقين للواقع المعزز: نسخة منخفضة التجسيد تتميز بتفاعلات أساسية (دوران وزوم) ونسخة عالية التجسيد تتضمن ردود فعل لمسية ولعب أدوار. كشفت النتائج أن الطلاب الذين استخدموا التطبيق عالي التجسيد أظهروا تحسينًا كبيرًا في الاحتفاظ بالنقل للمعرفة المتعلقة بهياكل الخلايا، مما يدعم الفرضية القائلة بأن الانخراط الجسدي الأكبر يعزز التعلم. أشارت الرؤى النوعية إلى أن الطلاب شعروا بارتباط أكبر بالمحتوى من خلال المشاركة النشطة، مما ساعد في معالجة معرفية أعمق.
بالإضافة إلى ذلك، وجدت الدراسة أن المشاركين في المجموعة عالية التجسيد أبلغوا عن عبء معرفي أقل مقارنة بأولئك في المجموعة منخفضة التجسيد، مما يشير إلى أن التفاعلات الجسدية يمكن أن تخفف من الضغط العقلي المرتبط بالتفكير المجرد. بينما أعربت كلا المجموعتين عن استعداد لاستخدام AR في التعلم المستقبلي، قيمت المجموعة عالية التجسيد الفوائد التعليمية على الرغم من بعض تحديات قابلية الاستخدام، بينما وجدت المجموعة منخفضة التجسيد النظام أسهل في الاستخدام ولكنه أقل تأثيرًا. تؤكد هذه النتائج على أهمية تحقيق توازن بين مستويات التجسيد في تصميم AR لتحسين الفوائد التعليمية مع الحفاظ على قابلية الاستخدام، مما يساهم في فهم كيفية تأثير الإدراك المجسد على التعلم في البيئات الغامرة.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود قد تؤثر على صلاحية وعمومية نتائجها. أولاً، تصنيف تجارب الواقع المعزز (AR) إلى درجتين فقط من التجسيد يبسط تعقيد هذه التجارب، مما قد يحجب التأثيرات الدقيقة على نتائج التعلم. تثير هذه القيود مخاوف بشأن الصلاحية الداخلية للاستنتاجات المتعلقة باستمرارية التجسيد. ثانيًا، أجريت الدراسة على عينة صغيرة من 122 طالبًا من المدارس الثانوية من مؤسسة واحدة، مما قد يحد من الصلاحية الخارجية وقابلية تطبيق النتائج على مجموعات سكانية أوسع، بما في ذلك الفئات العمرية المختلفة، وأنواع المدارس، والسياقات الثقافية.
بالإضافة إلى ذلك، يحد التركيز على المعرفة التصريحية المتعلقة بـ “هيكل الخلية” من إمكانية نقل النتائج إلى المهارات الإجرائية أو التعلم المفاهيمي الأكثر تعقيدًا، والذي قد يتفاعل بشكل مختلف مع تصميمات AR المجسدة. كما لم تأخذ الدراسة في الاعتبار خصائص المتعلمين الأخرى، مثل القدرة المكانية أو الخبرة السابقة في AR، مما قد يقدم تحيزًا ويؤثر على موثوقية النتائج. علاوة على ذلك، قد يؤثر استخدام الأجهزة المحمولة لتقديم AR على الصلاحية البيئية مقارنة بالأنظمة القابلة للارتداء الناشئة والمثبتة على الرأس. يجب أن تهدف الأبحاث المستقبلية إلى معالجة هذه القيود من خلال استخدام عينات أكبر وأكثر تنوعًا، مع مراعاة خصائص المتعلمين الإضافية، واستكشاف أنواع مختلفة من الأجهزة AR والمعرفة لتعزيز كل من الصلاحية الداخلية والخارجية فيما يتعلق بتأثيرات التجسيد.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpsyg.2025.1712261
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41602686
Publication Date: 2026-01-12
Author(s): xiaochen suo et al.
Primary Topic: Virtual Reality Applications and Impacts
Overview
The study explores the impact of varying degrees of embodied experience in augmented reality (AR) on high school students’ learning outcomes, cognitive load, and technology acceptance within a biology curriculum focused on cell structure. Utilizing principles from embodied cognition and the Cone of Experience, the researchers designed AR tasks that differed in embodiment levels and involved 122 Chinese high school students, who were divided into low- and high-embodiment groups.
Results indicated that students in the high-embodiment group demonstrated superior learning performance in both knowledge retention and transfer, alongside significantly reduced cognitive load. Additionally, while high-embodiment AR was linked to enhanced perceived usefulness, low-embodiment AR was associated with greater perceived ease of use. These findings underscore the importance of embodiment in AR educational experiences, providing empirical support for optimizing AR design to improve educational outcomes.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the transformative potential of augmented reality (AR) in educational contexts, particularly in high school biology. AR enhances traditional teaching methods by merging virtual elements with the physical environment, fostering interactive and immersive learning experiences that can motivate students and facilitate active knowledge construction. The paper highlights the significance of embodied cognition, which posits that understanding complex biological concepts—such as three-dimensional cell structures—can be improved through bodily engagement and sensorimotor activities. This approach suggests that AR can make abstract content more tangible by allowing students to manipulate virtual representations of biological phenomena.
The study aims to investigate the varying degrees of embodiment in AR experiences and their impact on learning achievement, cognitive load, and technology acceptance among high school students. It posits that higher degrees of embodiment may enhance knowledge retention and transfer performance while potentially reducing cognitive load. However, it also acknowledges that excessive embodiment could impose cognitive demands that hinder learning. The research employs a mixed methods approach to explore these dynamics, guided by hypotheses that predict the effects of embodiment levels on educational outcomes. Ultimately, the findings are expected to provide empirical insights and practical guidelines for optimizing AR applications in biology education.
Methods
The “Methods” section of the research paper outlines the experimental design and analytical techniques employed to investigate the research questions. The study utilized a quantitative approach, incorporating statistical analyses to evaluate the data collected from various sources. Specific methodologies included controlled experiments, surveys, and observational studies, ensuring a comprehensive understanding of the phenomena under investigation.
Data were analyzed using standard statistical software, with significance levels set at p < 0.05. The researchers employed regression analysis to identify relationships between variables, while also conducting ANOVA tests to compare group means. Additionally, the methodology included rigorous validation procedures to ensure the reliability and validity of the findings, enhancing the robustness of the conclusions drawn from the study.
Results
In the results section, the study first confirmed the equivalence of baseline knowledge between two groups using an independent samples t-test, revealing no significant differences (p = 0.700). This validation allowed for subsequent analyses on learning achievement, cognitive load, and technology acceptance. The ANCOVA results for learning achievement indicated that students in the high-embodiment augmented reality (AR) condition (Group 2) significantly outperformed those in the low-embodiment condition (Group 1) in both retention (adjusted M = 2.769 vs. 1.963, F(1,110) = 7.051, p = 0.009) and transfer tasks (adjusted M = 2.874 vs. 2.106, F(1,110) = 5.546, p = 0.020), suggesting that higher embodiment enhances students’ ability to remember and apply biological concepts.
Regarding cognitive load, the ANCOVA results indicated that students in Group 1 experienced significantly higher cognitive load (adjusted M = 18.099) compared to Group 2 (adjusted M = 15.185), with a moderate effect size (F(1,110) = 12.264, p = 0.003). This suggests that low-embodiment AR experiences require more mental effort, potentially hindering learning. Finally, in terms of technology acceptance, Group 2 reported significantly higher perceived usefulness (PU) (adjusted M = 33.461 vs. 27.530, F(1,110) = 18.973, p < 0.001) and lower perceived ease of use (PEU) (adjusted M = 27.819 vs. 32.546, F(1,110) = 14.068, p < 0.001). These findings indicate that while high-embodiment AR experiences enhance perceived value in learning, they may also complicate usability, highlighting a design trade-off for educators.
Discussion
This study employed a quasi-experimental design to investigate the impact of varying degrees of embodied augmented reality (AR) experiences on high school students’ learning outcomes, cognitive load, and technology acceptance. Two AR applications were developed: a low-embodiment version featuring basic interactions (rotation and zoom) and a high-embodiment version incorporating haptic feedback and role-playing. The findings revealed that students using the high-embodiment application demonstrated significantly improved retention and transfer of knowledge regarding cell structures, supporting the hypothesis that greater bodily engagement enhances learning. Qualitative insights indicated that students felt more connected to the content through active participation, which facilitated deeper cognitive processing.
Additionally, the study found that participants in the high-embodiment group reported lower cognitive load compared to those in the low-embodiment group, suggesting that physical interactions can alleviate mental strain associated with abstract reasoning. While both groups expressed a willingness to use AR in future learning, the high-embodiment group valued the educational benefits despite some usability challenges, whereas the low-embodiment group found the system easier to use but less impactful. These results underscore the importance of balancing embodiment levels in AR design to optimize educational benefits while maintaining usability, thereby contributing to the understanding of how embodied cognition influences learning in immersive environments.
Limitations
The study presents several limitations that may affect the validity and generalizability of its findings. Firstly, the categorization of augmented reality (AR) experiences into only two degrees of embodiment oversimplifies the complexity of these experiences, potentially obscuring nuanced effects on learning outcomes. This limitation raises concerns about the internal validity of the conclusions regarding the continuum of embodiment. Secondly, the research was conducted with a small sample of 122 high school students from a single institution, which may restrict the external validity and applicability of the results to broader populations, including different age groups, school types, and cultural contexts.
Additionally, the focus on declarative knowledge related to “cell structure” limits the transferability of the findings to procedural skills or more complex conceptual learning, which may interact differently with embodied AR designs. The study also did not account for other learner characteristics, such as spatial ability or prior AR experience, which could introduce bias and affect the reliability of the results. Furthermore, the use of handheld devices for AR delivery may compromise ecological validity compared to emerging wearable, head-mounted systems. Future research should aim to address these limitations by employing larger, more diverse samples, considering additional learner characteristics, and exploring various AR hardware and knowledge types to enhance both internal and external validity regarding the effects of embodiment.