DOI: https://doi.org/10.3389/feduc.2026.1725968
تاريخ النشر: 2026-01-22
المؤلف: José Luis Rodríguez وآخرون
الموضوع الرئيسي: تعليم الرياضيات وتقنيات التدريس
نظرة عامة
تستعرض هذه القسم النتائج من الدورة الثانية لدراسة تركزت على تحسين قدرة معلمي الرياضيات الثانويين قبل الخدمة على دمج الواقع الافتراضي الغامر (IVR) في تعليم الهندسة ثلاثية الأبعاد. بناءً على المرحلة الاستكشافية من الدورة الأولى، تناولت الدراسة ضرورة وجود توجيه منظم وتجربة عملية مع IVR في تعليم STEAM. شارك ما مجموعه 33 معلمًا قبل الخدمة في جلسات تدريبية تركزت على NeoTrie VR، والتي تضمنت تصميم تعاوني لتسلسلات التدريس، وتغذية راجعة من الأقران، وعروض نهائية.
استخدمت الدراسة إطار TPACK (المعرفة التكنولوجية، والمعرفة البيداغوجية، ومعرفة المحتوى) لتقييم تطور المشاركين. أشارت النتائج إلى تحسين كبير في كفاءاتهم التكنولوجية، مع زيادة بنسبة 15.5% في متوسط درجة الواجب النهائي القائم على TPACK من الدورة الأولى إلى الدورة الثانية. يبرز هذا التحسن فعالية التدريب المنظم في IVR، حيث ساعد المشاركين على التغلب على الحواجز التكنولوجية الأولية وبناء الثقة، مما مكنهم في النهاية من دمج NeoTrie VR في تعليم الرياضيات المستقبلي وتحويل أساليب التدريس التقليدية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الإمكانيات التحويلية للواقع الافتراضي (VR) في السياقات التعليمية، وخاصة في مجالات STEAM مثل الرياضيات. تشير مراجعة منهجية أجراها تابيا (2024) إلى أن VR يعزز الأهداف التعليمية ويعزز المهارات الأساسية للقرن الحادي والعشرين، بما في ذلك الانخراط، والإبداع، والدافع. تم تحديد الواقع الافتراضي الغامر (IVR) كتحسين كبير في تعليم الرياضيات، مما يمكّن الطلاب من التفاعل مع المفاهيم المعقدة في بيئات واقعية، وبالتالي تعميق فهمهم وقدراتهم على حل المشكلات (كوريا وهاسلم، 2021). ومع ذلك، تواجه عملية دمج IVR بشكل فعال في ممارسات الفصل الدراسي تحديات، ويرجع ذلك أساسًا إلى ضرورة تدريب المعلمين ومعرفتهم، كما أكد عليه أوييمي وآخرون (2024).
يعمل نموذج المعرفة التكنولوجية البيداغوجية للمحتوى (TPACK) كإطار لتحليل دمج التكنولوجيا في التعليم، مما يبرز التفاعل بين التكنولوجيا، والبيداغوجيا، والمحتوى (ميشرا وكوهلر، 2006). تركز الدراسة على NeoTrie VR، وهي أداة IVR مصممة لتعزيز التفكير المكاني والانخراط في الرياضيات. أشارت الأبحاث السابقة إلى أن المعلمين قبل الخدمة يمكنهم إنشاء تسلسلات تدريس فعالة باستخدام NeoTrie، ولكن تم الإشارة إلى قيود مثل التدريب غير الكافي ومعرفة المحتوى التعليمي. تهدف هذه الدراسة، التي أجريت ضمن إطار بحث عمل دوري، إلى معالجة هذه الفجوات من خلال تقييم فعالية برنامج تدريب منظم لمعلمي الرياضيات الثانويين قبل الخدمة. السؤال البحثي المركزي يستقصي إلى أي مدى يمكّن هذا التدريب المعلمين من تصميم تسلسلات تدريس فعالة للهندسة في NeoTrie، متماشية مع إطار TPACK، وبالتالي المساهمة في تطوير إرشادات عملية لتدريب المعلمين في دمج IVR.
طرق البحث
في هذه الدراسة، نفذ المؤلفون دورة بحثية ثانية لتعزيز تدريب معلمي المدارس الثانوية قبل الخدمة، بناءً على النتائج السابقة التي توصل إليها رودريغيز (2024). تألفت مجموعة المشاركين من 33 فردًا (13 ذكرًا و20 أنثى) مسجلين في درجة الماجستير في تعليم التعليم الثانوي في جامعة ألميريا، بمتوسط عمر 26.4 عامًا. تم هيكلة الدورة على مدى تسعة أسابيع مع جلستين أسبوعيتين مدة كل منهما 2.5 ساعة، وتهدف إلى إعداد هؤلاء المعلمين المستقبليين لاستخدام الموارد التعليمية بفعالية واستراتيجيات التدريس، مع دمج أدوات رقمية مثل GeoGebra وKahoot في الأسابيع الأربعة الأولى.
ركزت الجزء الأخير من الدورة، التي قادها المؤلف الأول، على التقنيات الغامرة، وخاصة برنامج NeoTrie VR. أكدت هذه المرحلة على دمج الواقع الافتراضي في التعليم، موجهة المشاركين في تحديد سيناريوهات التعلم المناسبة وتصميم أنشطة متوافقة مع المنهج. تم تقديم الدورة عبر Blackboard، مما يسهل تقديم المحتوى والتفاعل. تضمنت الأهداف الرئيسية تجهيز المعلمين المستقبليين باستراتيجيات فعالة لاستخدام NeoTrie وتعظيم إمكاناته الغامرة في تعليم الرياضيات، وبالتالي تعزيز الطلاقة التكنولوجية والتفكير البيداغوجي من خلال كل من التدريب المنظم والتجارب العملية في الفصل الدراسي.
نتائج
في الدورة الثانية من التدخل، تم تنفيذ مرحلة تدريب موسعة، تتكون من ثلاث جلسات إضافية وجلسة فردية جديدة تركزت على دمج NeoTrie في المنهج. أكدت هذه الدورة على التوافق الأعمق مع المنهج وسهلت تغذية راجعة وتأمل بين المعلمين قبل الخدمة. ساهمت جلسات تقييم وتقديم الوحدات التعليمية في تعزيز التقييم النقدي للتطبيقات البيداغوجية لأدوات الواقع الافتراضي في تعليم الرياضيات.
كان المنتدى التعاوني على منصة Blackboard فعالًا في هذه العملية، مما مكن الطلاب من تبادل الأفكار، ومشاركة الموارد، وتقديم تغذية راجعة بناءة حول مقترحات بعضهم البعض. تم تفصيل النتائج من كل جلسة في الأقسام الفرعية التالية، المنظمة زمنيًا. تشمل التحليل أبعادًا مختلفة من إطار المعرفة التكنولوجية البيداغوجية للمحتوى (TPACK)، مما يؤدي إلى ملخص مقارن لهذه المكونات عبر كلا الدورتين التدخل.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على دمج تقنيات الواقع الافتراضي الغامر (IVR)، وتحديدًا NeoTrie VR، في تعليم STEAM، مع التأكيد على إمكانيته في تعزيز انخراط الطلاب وفهمهم للمفاهيم الرياضية المجردة. يوفر NeoTrie VR، الذي طورته جامعة ألميريا، منصة بديهية للطلاب لاستكشاف الهياكل الهندسية بشكل تفاعلي، مما يحسن مهارات التفكير المكاني والتصور. تسمح الميزات الديناميكية للبرنامج بالتجريب العملي، مما يساعد في تصحيح المفاهيم الخاطئة الشائعة في الرياضيات. على الرغم من الفوائد البيداغوجية الواعدة لـ IVR، فإن الدمج الناجح لمثل هذه التقنيات في ممارسات التدريس يعتمد بشكل كبير على استعداد المعلمين وقدرتهم على دمجها بفعالية، حيث تستمر الحواجز مثل التعقيد الفني والتدريب غير الكافي.
تدعو الورقة إلى إطار المعرفة التكنولوجية البيداغوجية للمحتوى (TPACK) كأداة حيوية لتزويد المعلمين بالمهارات اللازمة لدمج IVR في تعليمهم. يبرز TPACK التفاعل بين معرفة المحتوى، والمعرفة البيداغوجية، والمعرفة التكنولوجية، وهو أمر حاسم لتصميم تعليمي فعال. يشير المؤلفون إلى أنه بينما يعترف العديد من المعلمين بإمكانات IVR، لا يزال هناك فجوة كبيرة في التدريب المحدد لمعلمي المدارس الثانوية لتنفيذ هذه التقنيات بفعالية. تهدف الدراسة إلى معالجة هذه الفجوة من خلال استكشاف احتياجات تدريب المعلمين وتقييم تأثير إطار TPACK على قدرتهم على دمج NeoTrie VR في تعليم الرياضيات. بشكل عام، تشير النتائج إلى أنه بينما يعد NeoTrie VR موردًا تعليميًا متعدد الاستخدامات، فإن فعالية دمجه في المنهج تعتمد على تدريب شامل ودعم للمعلمين.
DOI: https://doi.org/10.3389/feduc.2026.1725968
Publication Date: 2026-01-22
Author(s): José Luis Rodríguez et al.
Primary Topic: Mathematics Education and Teaching Techniques
Overview
This section outlines the findings from the second iteration of a study focused on improving pre-service secondary math teachers’ ability to integrate immersive virtual reality (IVR) into 3D geometry education. Building on the exploratory phase of the first cycle, the study addressed the necessity for structured guidance and hands-on experience with IVR in STEAM education. A total of 33 pre-service teachers participated in training sessions centered on NeoTrie VR, which included collaborative design of teaching sequences, peer feedback, and final presentations.
The study employed the TPACK (Technological, Pedagogical, and Content Knowledge) framework to evaluate the participants’ development. Results indicated a significant enhancement in their technological competencies, with a 15.5% increase in the average score of the final TPACK-based assignment from the first to the second cycle. This improvement underscores the effectiveness of structured training in IVR, as it helped participants overcome initial technological barriers and build confidence, ultimately enabling them to integrate NeoTrie VR into their future mathematics instruction and transform traditional teaching methodologies.
Introduction
The introduction highlights the transformative potential of virtual reality (VR) in educational contexts, particularly in STEAM disciplines like mathematics. A systematic review by Tapia (2024) indicates that VR enhances learning objectives and fosters essential 21st-century skills, including engagement, creativity, and motivation. Immersive virtual reality (IVR) is identified as a significant advancement in mathematics education, enabling students to interact with complex concepts in realistic environments, thereby deepening their understanding and problem-solving abilities (Corrêa and Haslam, 2021). However, the effective integration of IVR into classroom practices faces challenges, primarily due to the necessity of teacher training and knowledge, as emphasized by Awoyemi et al. (2024).
The Technological Pedagogical Content Knowledge (TPACK) model serves as a framework for analyzing the integration of technology in teaching, highlighting the interplay between technology, pedagogy, and content (Mishra and Koehler, 2006). The study focuses on NeoTrie VR, an IVR tool designed to enhance spatial reasoning and engagement in mathematics. Previous research indicated that pre-service teachers could create effective teaching sequences using NeoTrie, but limitations such as inadequate training and didactic content knowledge were noted. This study, conducted within a cyclical action research framework, aims to address these gaps by evaluating the effectiveness of a structured training program for pre-service secondary mathematics teachers. The central research question investigates the extent to which this training enables teachers to design effective geometry teaching sequences in NeoTrie, aligned with the TPACK framework, thereby contributing to the development of practical guidelines for teacher training in IVR integration.
Methods
In this study, the authors implemented a second cycle of research to enhance the training of pre-service secondary school teachers, building on previous findings by Rodríguez (2024). The participant cohort consisted of 33 individuals (13 male and 20 female) enrolled in a Master’s Degree in Secondary Education Teaching at the University of Almería, with an average age of 26.4 years. The course, structured over nine weeks with two weekly sessions of 2.5 hours, aimed to prepare these future mathematics teachers for effective educational resource utilization and teaching strategies, integrating digital tools such as GeoGebra and Kahoot in the initial four weeks.
The latter part of the course, led by the first author, focused on immersive technologies, particularly the NeoTrie VR software. This phase emphasized the integration of virtual reality in teaching, guiding participants in identifying appropriate learning scenarios and designing curriculum-aligned activities. The course was delivered via Blackboard, facilitating content delivery and interaction. The primary objectives included equipping future teachers with effective strategies for using NeoTrie and maximizing its immersive potential in mathematics education, thereby fostering technological fluency and pedagogical reflection through both structured training and practical classroom experiences.
Results
In the second cycle of the intervention, an extended training phase was implemented, comprising three additional sessions and a new individual session focused on integrating Neotrie into the curriculum. This cycle emphasized deeper curricular alignment and facilitated peer feedback and reflection among pre-service teachers. The inclusion of sessions for evaluating and presenting didactic units fostered critical assessment of the pedagogical applications of virtual reality tools in mathematics education.
The collaborative forum on the Blackboard platform was instrumental in this process, enabling students to exchange ideas, share resources, and provide constructive feedback on each other’s proposals. The results from each session are detailed in the subsequent subsections, organized chronologically. The analysis encompasses various dimensions of the Technological Pedagogical Content Knowledge (TPACK) framework, culminating in a comparative summary of these components across both intervention cycles.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the integration of Immersive Virtual Reality (IVR) technologies, specifically NeoTrie VR, into STEAM education, emphasizing its potential to enhance student engagement and understanding of abstract mathematical concepts. NeoTrie VR, developed by the University of Almería, offers an intuitive platform for students to explore geometric structures interactively, thereby improving spatial reasoning and visualization skills. The software’s dynamic features allow for hands-on experimentation, which aids in correcting common misconceptions in mathematics. Despite the promising pedagogical benefits of IVR, the successful integration of such technologies into teaching practices heavily relies on teachers’ preparedness and ability to incorporate them effectively, as barriers like technical complexity and inadequate training persist.
The paper advocates for the Technological Pedagogical Content Knowledge (TPACK) framework as a vital tool for equipping educators with the necessary competencies to integrate IVR into their teaching. TPACK emphasizes the interplay between content knowledge, pedagogical knowledge, and technological knowledge, which is crucial for effective instructional design. The authors note that while many educators recognize the potential of IVR, there remains a significant gap in specific training for secondary school teachers to implement these technologies effectively. The study aims to address this gap by exploring the training needs of educators and assessing the impact of the TPACK framework on their ability to integrate NeoTrie VR into mathematics education. Overall, the findings suggest that while NeoTrie VR is a versatile educational resource, the effectiveness of its integration into the curriculum hinges on comprehensive teacher training and support.