学生对移动增强现实应用在学习计算机知识中的评价外文翻译资料

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学生对移动增强现实应用在学习计算机知识中的评价

Nazatul Aini Abd Majid*, Hazura Mohammed and Rossilawati Sulaiman

Fakulti Teknologi dan Sains Maklumat, Universiti, Kebangsaan Malaysia,43600 Selangor, Malaysia

摘要：增强现实技术是一种人机交互技术，它通过摄像机来获取信息，实现在计算机中呈现出现实世界中的信息的功能。增强现实技术能极大程度上吸引学生的注意力，学生通过手持设备，如平板电脑和智能手机，来实现对真实物体在虚拟环境中的可视化。本研究的目的是评估学生在使用增强现实来学习微处理器的相关知识时的反馈。因此，这个移动应用程序是通过整合现实中的增强现实元素来设计和开发的。本研究以ADDIE模型为基础，包括分析、设计、开发、实施和评价五个阶段。研究发现，学生在学习中依赖增强现实技术。然而，该应用程序的缺点是使用图像学习与实际的微处理器作为学习对象时有一些差距。未来研究的领域将会是评估学生在使用移动增强现实应用时，调研学生以现实中的对象作为学习对象时的看法。

关键词:移动增强现实;教学和学习;计算机科学

1、简介

计算机组织与结构是计算机科学研究的核心课题之一。这一主题的重要性在IEEE / ACM计算机科学课程2008年的报告中被指出。所有计算机系的学生都需要了解计算机系统中的各部件的功能、特性、性能以及组件之间的交互的相关知识。

计算机系统中最复杂的组件是中央处理器(CPU)或微处理器。众所周知，提供一个能让学生不断学习的学习环境是很困难的，因为这些学习材料非常理论化，学生很难接触到实物，所以很难想象。因此，已经有人开发出了用于模拟微处理器运行的CPUsim工具的几个学习工具(Mustafa 2011)。然而，目前仍缺乏教学辅助理论和真正的微处理器之间有联系的工具。在引导学生学习复杂材料的过程中，这个问题也成为了我们进行这项研究的动机，我们将增强现实技术作为一种学习时使用的技术。本研究的目的是确定学生在学习复杂材料时使用AR技术的感觉，并从中得到反馈。因此，本研究的目的是设计并开发一款基于AR的学习微处理器的应用程序，同时收集学生在学习这一复杂课题时对使用AR的反馈，最后对这些反馈进行评估。

2、背景

AR技术诞生于虚拟现实技术之后。虚拟现实是用虚拟代替了现实。另一方面，在AR技术中，可以通过添加数字信息来修改现实的做法，提高一个人对现实的感知。在基于“增大化现实”技术中,有四个主要组件:(1)相机捕捉的目标信息,(2)标记的目标信息,(3)手机来存储和处理信息时捕获的图像的目标信息(标记),和(4)摄像机跟踪标记时屏幕上显示的内容。图1显示了一个AR应用程序的示例，其中标志物是一个被称为随机访问存储器(RAM)的真实记忆棒。当照相手机追踪到内存时，手机就会显示与屏幕上的标记相关联的数字信息。

图1所示。AR技术可以通过手机屏幕向真实对象添加数字信息。

现在，AR在教育中的应用越来越广泛和实用。表1显示了一些教育应用程序的四个主要特征。这些特点是:环境，教学方法，水平和外部设备。第一个应用程序(Dunleavy, Dede et al. 2009)是为户外环境开发的。这个应用程序的教学方法是学生使用应用程序，地点是学校，外部设备是手持设备。教学方法是基于AR的使用，Wu等人将用法分为三个类别:角色、任务和指导。AR-Dehaes toolkit (Martin-Gutierrez, Saorin et al.， 2010)是一个基于任务的应用程序。这一应用程序得到了工程系学生的积极响应。因此，本研究的问题在于，基于移动AR的应用能否得到计算机科学专业学生在学习复杂材料时，对于移动AR应用的积极响应。

《社会与行为科学》176(2015)111 - 116 113。

3、方法

ADDIE模型已被用作研究对象。在此模型中，主要有分析(A)、设计(D)、开发(D)、实现(I)和评估(E)五个阶段。

3.1、分析

在分析阶段，应用程序的内容是根据计算机组织和操作系统课程中的几个特定主题选择的。由于微处理器是这门学科的是一个很重要课题，所以我们将这一套练习确定为四个主要的子主题:

(1)介绍

(2)微处理器的主要功能。

(3)主板上的部件。

(4)微处理器如何处理数据。

3.2、设计

在设计阶段，应用程序设计基于五个层面，它们分别是：应用程序、应用程序编程接口(API)、Metaio软件开发工具包(SDK)和操作系统。在第一层(应用层)中，主要的目标是用户界面和逻辑操作。四个不同的子主题有四个主按钮。在第二层(API)中，选择了基于Java的Android SDK。第三层涉及到Metaio SDK，其中有三个主要组件，它们分别是：捕获、跟踪和呈现。捕获组件将从相机捕获图像，然后，跟踪组件将根据指定的标记处理图像。在这项研究中，一个主板的图像会被当作标记物。当相机记录的图像与标记物相似时，渲染组件将在手机屏幕上显示指定的数字内容。该架构的最后一层是在本研究中选择android手机平台的操作系统。

3.3、发展

在开发阶段,三个工具被使用：x Eclipse集成开发环境(IDE)为Android平台的开发使用提供了平台，Java Metaio SDK是基于“增大化现实”技术的发展应用程序x GIMP图像编辑的开发阶段的SDK，用户界面上主要有有五个按钮,A,B,C,D和E按钮。当学生点击按钮A并跟踪主板的图像时，屏幕上显示的数字材料就是一个视频。学生需要回答一些基于视频的简单问题。《社会与行为科学》176(2015)111 - 116。当学生点击按钮B时，数字信息会显示在屏幕上，同时音频也会播放，并解释了微处理器的概念和基本功能。为了增加学生在主板上的一些组件的知识，学生可以点击按钮C查看与微处理器相关的主要组件的标签列表。按钮D是为了帮助学生识别微处理器、主存储器和总线在执行命令时是如何协同工作而创建的。按钮E也包含在应用程序中，为学生在实践中放松提供了机会。当学生点击按钮E时，手机屏幕上会显示3D模型。

3.4、实施和评估阶段

该方法的第四个阶段是在学习计算机组织和操作系统课程时，应用程序被24名学生在上课教室中使用。学生被分配到各个小组，每个小组由两到四个学生组成。每个小组使用一个安装了应用程序的平板电脑。这些小组被要求讨论如何解决，基于手机屏幕上显示的数字信息有误的问题，同时对应用程序的开发进行练习。第五阶段是最后的评估阶段，每个学生将填写一份问卷，以确定使用AR应用程序学习的满意度。问卷的问题采用5分制，来给我们开发的应用进行打分。

4、结果与讨论

通过描述性统计分析，确定了在学习复杂材料中应用开发AR应用的满意度。计算4 - 5的平均值和频率，以确定使用该应用程序的学生满意度水平。从表2可以看出，项目4认为AR技术是有吸引力的分最高为4.54分，有24个学生给出了评价，也就说明了这项学生的满意度最高。而第7项AR技术似乎令人满意的平均分为3.92分，有17个学生给出了评价，这项学生满意度较低。每个项目的总体平均分在3.92分到4.5分之间。这表明被调查者对基于AR的应用在学习微处理器中的应用感到满意。支持项目4的学生的两种回答如下:

“AR让教学内容更有趣，让学生喜欢学习，学生在学习时更专注”

“这个应用程序可以作为一种学习工具来吸引学生。”

这种积极的反应正如AR- dehaes (Martin-Gutierrez, Saorin et al.， 2010)等AR应用程序也得到了学生的积极响应一样。