Comparative study of the effectiveness of three learning environments: Hyper-realistic virtual simulations, traditional schematic simulations and traditional laboratory

Abstract

Este estudio comparó los efectos educativos de las simulaciones por ordenador desarrolladas en un entorno virtual hiperrealista con los efectos educativos de las simulaciones esquemáticas tradicionales o de un laboratorio de óptica tradicional. El entorno virtual se construyó sobre la base de applets Java complementados con una salida visual fotorrealista. Este nuevo concepto de entorno virtual, que denominamos hiperrealista, trasciende la simulación esquemática básica; proporciona al usuario una percepción más realista del fenómeno físico que se simula. Comparamos los resultados de aprendizaje de tres grupos equivalentes y homogéneos de estudiantes universitarios: un grupo experimental que utilizó únicamente el laboratorio virtual hiperrealista, un primer grupo de control que utilizó una simulación esquemática y un segundo grupo de control que utilizó el laboratorio tradicional. Los tres grupos recibieron la misma preparación teórica y realizaron prácticas equivalentes en sus respectivos entornos de aprendizaje. El tema elegido para el experimento fueron las aberraciones ópticas. Un análisis de varianza aplicado a los datos del estudio demostró una diferencia estadísticamente significativa (valor p-valor < 0.05 ) entre los tres grupos. Los resultados de aprendizaje alcanzados por el grupo que utilizó el entorno virtual hiperrealista fueron 6,1 puntos porcentuales superiores a los del grupo que utilizó las simulaciones esquemáticas tradicionales y 9,5 puntos porcentuales superiores a los del grupo que utilizó el laboratorio tradicional.

This study compared the educational effects of computer simulations developed in a hyper-realistic virtual environment with the educational effects of either traditional schematic simulations or a traditional optics laboratory. The virtual environment was constructed on the basis of Java applets complemented with a photorealistic visual output. This new virtual environment concept, which we call hyper-realistic, transcends basic schematic simulation; it provides the user with a more realistic perception of a physical phenomenon being simulated. We compared the learning achievements of three equivalent, homogeneous groups of undergraduates—an experimental group who used only the hyper-realistic virtual laboratory, a first control group who used a schematic simulation, and a second control group who used the traditional laboratory. The three groups received the same theoretical preparation and carried out equivalent practicals in their respective learning environments. The topic chosen for the experiment was optical aberrations. An analysis of variance applied to the data of the study demonstrated a statistically significant difference (p-value < 0.05) between the three groups. The learning achievements attained by the group using the hyper-realistic virtual environment were 6.1 percentage points higher than those for the group using the traditional schematic simulations and 9.5 percentage points higher than those for the group using the traditional laboratory.