Mobile augmented reality using fuzzy logic for learners' spatial ability training
Authors: Παπακώστας Χρήστος 
Published: June 2023

Ο στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη ενός συστήματος εκπαίδευσης για φορητές συσκευές, ενσωματώνοντας χαρακτηριστικά επαυξημένης πραγματικότητας, για την ενίσχυση της χωρικής ικανότητας προπτυχιακών φοιτητών. Η χωρική ικανότητα είναι ένας παράγοντας της ανθρώπινης νοημοσύνης και ορίζεται ως η ικανότητα ενός ανθρώπου να δημιουργεί νοητικά, να μετασχηματίζει και να περιστρέφει μια οπτική εικόνα κι έτσι να κατανοεί και να ανακαλεί τις συσχετίσεις στο χώρο μεταξύ πραγματικών και φανταστικών αντικειμένων. Υπάρχει σημαντική συσχέτιση μεταξύ της χωρικής ικανότητας και πολλών επιστημονικών κλάδων, όπως είναι οι φυσικές επιστήμες, η τεχνολογία, η επιστήμη των μηχανικών και τα μαθηματικά. Η χωρική ικανότητα αποτελεί δείκτη επιτυχίας στις εκπαιδευτικές επιδιώξεις των σπουδαστών των προαναφερθέντων επιστημονικών κλάδων.Υπάρχουν πολλά τεστ, τα οποία έχουν αναπτυχθεί συγκεκριμένα για να μετρήσουν το επίπεδο της ικανότητας οπτικοποίησης του χώρου των σπουδαστών. Παρόλο που ένα άτομο γεννιέται με έμφυτες χωρικές ικανότητες, όπως συμβαίνει με πολλές άλλες δεξιότητες, οι οποίες βασίζονται στην ανάπτυξη ικανοτήτων, έτσι και η χωρική ικανότητα μπορεί να αναπτυχθεί με τη μάθηση, μέσω του συνόλου της εκπαίδευσης και της πρακτική εξάσκησης. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για το χώρο της εκπαίδευσης, καθώς οι τρέχουσες έρευνες μελετούν τρόπους ενίσχυσης της χωρικής ικανότητας μέσω στοχευμένων παρεμβάσεων.Οι ερευνητές έχουν ανακαλύψει τα οφέλη της επαυξημένης πραγματικότητας (Ε.Π.) και η εφαρμογή της έχει αυξανόμενο ενδιαφέρον σε όλα τα επίπεδα εκπαίδευσης. Η επαυξημένη πραγματικότητα παρέχει μια ιδανική διεπαφή για τις εφαρμογές Διαδικτύου των Πραγμάτων, υπερθέτοντας εικονικές πληροφορίες σχετικά με έξυπνα αντικείμενα και υπηρεσίες στην οπτική του χρήστη για τον πραγματικό κόσμο και κερδίζει ολοένα και περισσότερη δυναμική στην ενίσχυση της χωρικής ικανότητας των σπουδαστών.Η υπάρχουσα βιβλιογραφία έχει αγνοήσει τόσο την προσαρμοστικότητα στα εκπαιδευτικά συστήματα επαυξημένης πραγματικότητας, όσο και την ενσωμάτωση των θεωριών μάθησης, μια αδυναμία την οποία προσπαθεί να αντιμετωπίσει η παρούσα διατριβή.Η παρούσα διατριβή διερευνά σε ποιο βαθμό και με ποιους τρόπους μπορεί ένα μικτό σύστημα μάθησης για φορητές συσκευές, το οποίο ενσωματώνει προσωποποιημένη λειτουργία μέσω ασαφούς λογικής και ασαφών βαρών, παράλληλα με την ταξινομία της δομής των παρατηρούμενων μαθησιακών αποτελεσμάτων (SOLO taxonomy), να συμβάλλει στην εκπαίδευση της χωρικής ικανότητας.Η διατριβή ακολούθησε τον εκπαιδευτικό σχεδιασμό έρευνας (EDR). Η μελέτη διεξήχθη σε τρεις φάσεις και συγκεκριμένα την προκαταρκτική φάση, τη φάση ανάπτυξης και τη φάση της αξιολόγησης, καθεμία από τις οποίες επαναλήφθηκε όσο το δυνατόν περισσότερες φορές. Το σχεδιασμένο σύστημα αξιολογήθηκε, αναθεωρήθηκε και επανασχεδιάστηκε κατά τη διάρκεια των αναθεωρήσεων των πρωτοτύπων.Χρησιμοποιώντας συμμετέχοντες σε πειραματικές ομάδες και ομάδες ελέγχου, το αναπτυγμένο σύστημα εκπαίδευσης της χωρικής ικανότητας αξιολογήθηκε για διάστημα ενός ακαδημαϊκού εξαμήνου. Στους μαθητές παραδόθηκαν ερωτηματολόγια αξιολόγησης και η ανάλυση της ανατροφοδότησής τους έγινε με όρους t-test. Επιπλέον, οι εκπαιδευόμενοι αξιολόγησαν το επίπεδο των χωρικών τους δεξιοτήτων χρησιμοποιώντας το τεστ οπτικοποίησης του χώρου μέσω περιστροφών (PSVT:R), τόσο πριν, όσο και μετά την εκπαίδευση τους με το προτεινόμενο σύστημα. Τέλος, ένα διευρυμένο, με εξωτερικές παραμέτρους, μοντέλο αποδοχής τεχνολογίας (ΤΑΜ) σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε για να αξιολογήσει την αλληλεπίδραση του συστήματος ανθρώπου-υπολογιστή και των προσδοκώμενων δυνατοτήτων του για την υποστήριξη της εκπαίδευσης των σπουδαστών.Τα αποτελέσματα της αξιολόγησης έδειξαν ότι η ομάδα ελέγχου πέτυχε βελτίωση σε μικρότερο βαθμό από ό,τι πέτυχε η πειραματική ομάδα, καταδεικνύοντας τα οφέλη που έφερε η προτεινόμενη προσέγγιση στη βελτίωση της χωρικής ικανότητας των σπουδαστών. Επιπλέον, με βάση την ανάλυση του προτεινόμενου μοντέλου TAM, η συμβολή της παρούσας διατριβής στον τομέα των ευφυών συστημάτων διδασκαλίας είναι ότι η ενσωμάτωση της προσαρμοστικότητας μέσω ασαφούς λογικής σε συνδυασμό με την ταξινομία SOLO και την τεχνολογία επαυξημένης πραγματικότητας μπορεί να ενισχύσει καθοριστικά την εκπαίδευση της χωρικής ικανότητας και να αποτελέσει σημαντικό μέρος της διαδικασία μάθησης.Η συνεισφορά αυτής της διατριβής είναι ότι παρουσιάζει ένα σύστημα εκπαίδευσης χρηστών για τη βελτίωση της χωρικής ικανότητας, εστιάζοντας στη μοντελοποίηση των χρηστών μέσω αλγορίθμου ασαφούς λογικής και παρέχει δραστηριότητες εκμάθησης με χρήση επαυξημένης πραγματικότητας εντός της ταξινομίας SOLO.