Επαυξημένη πραγματικότητα και ειδική αγωγή και εκπαίδευση: μελέτη αποδοχής και ένα μοντέλο σχεδίασης εφαρμογών

Abstract

The purpose of this thesis is to study the potential of Augmented Reality (AR) for the optimum utilization of its unique characteristics, namely its affordances in the field of Special Education .For this purpose, a design framework for the creation of relevant applications, based on the literature, is proposed. Based on this model, two Augmented Reality applications were designed and developed for the MagicLeap system (AR glasses). used in two areas of Special Education: The first application (ARTeach) was an intervention to teach the structure of matter to students with mild Intellectual Disability (ID)..The second application (ARFeel) was especially designed to enhance empathy to people involved with children in Autism Spectrum Disorder (ASD)..The research axes for the two empirical studies conducted were the investigation of:: 1. The sense of presence the users of the two applications felt. 2. The degree of acceptance of the ARtechnology and the specific applications under the certain conditions.3. The simulator sickness the users of the two applications felt. Two pilot and two main empirical studies were carried out. The pilot study concerning the structure of matter with intellectual disabilities students, 11 people participated. The sample of the other pilot study regarding the enhancement of empathy concerning children with ASD, consisted of 70 adults. The main studies followed the pilot ones and involved three user groups:1. Fifty-four (54) primary school teachers who had taught the subject "structure of matter" and secondary school Physics teachers, concerning the children with ID. 2. One hundred and eight (108) teachers of various specialties for the study of empathy. 3. Fifty-five (55) graduates of the Department of Primary Education who participated in both studies. The contribution of this dissertation is twofold. Firstly, this work shows that the development of effective digital learning environments for Special Education, requires the collaboration of teams of experts from different scientific fields who contribute with their pedagogical, academic and design knowledge and experience. These results supported by recent studies which have attempted collaborative workshops based on an interdisciplinary approach to scientific fields related to ID [104, 118] and ASD [140]. Secondly, and toward the above direction, design models, such as the one proposed in this work, provide an important contribution to the design of effective learning environments in Special Education. The proposed model (Model for the design of Immersive Learning Enactments for Students with Disabilities (MILES-D)) combines the technological and learning affordances of AR together with the principles of the Universal Design for Learning, which is in line with relevant literature. This study also shows that the design of immersive learning technologies based on certain models such the one proposed, have positive effects on the acceptance of this technology by in-service and future teachers in the field of special education. The acceptance of the specific technology and the applications developed based on the proposed model MILES-D, as well the high sense of presence and low simulation sickness the specific immersive learning environments provoke, are key factors that highlight the power of the proposed model and the design of the specific learning environments for the study of the mater by students with ID on the one hand and for the study of empathy towards students with ASD on the other. This dissertation is structured in 8 chapters, which are briefly described below. The Introduction briefly describes the purpose of the dissertation, its structure in chapters, the published papers that emerged and the relevant keywords. Chapter 1 (Augmented Reality) presents definitions, makes a historical review, presents types, devices and applications of Augmented Reality as well as its advantages in the field of education and especially in Special Education. Chapter 2 (Study of design practices) presents the definitions and the basic characteristics of ID and ASD as well as the concept of empathy. In addition, the literature review on the use of Digital Technology on the one hand in interventions for people with ID and on the other hand with the aim of increasing people's empathy regarding ASD is presented. Chapter 3 (Immersion Technologies and Universal Design for Learning) presents the Model for the design of Immersive Learning Enactments for Students with Disabilities (MILES-D), a theoretical model that combines the affordances of immersion technologies with the principles of Universal Design for Learning. Chapter 4 (Methodology and Tools) describes Design-Based Research and Participatory Design and presents the technological tools used for the development of the applications as well as the questionnaires used in the empirical studies. Chapter 5 (The pilot studies) describes the two pilot studies. Chapter 6 (Description of applications – Procedure) describes in detail the two applications as well as the experimental procedure followed. Chapter 7 (Results) describes the results of the statistical processing of the empirical data of the main survey as well as the evaluation of the participants' comments. Finally, Chapter 8 (Conclusions – Limitations – Perspectives) presents the conclusions, limitations of the dissertation and proposals for further research. After the main body of work, the results of the pilot studies, the scenario implemented for the study of empathy, the questionnaires as given to the participants and some characteristic phases from the development of the technological environments implemented are presented in appendix. In the course of this work, the following relevant publications emerged:● Mikropoulos, T.A., Delimitros, M., Gaintatzis, P., Iatraki, G., Stergiouli, A., Tsiara A., Kalyvioti, K. (2020). Acceptance and User Experience of an Augmented Reality System for the Simulation of Sensory Overload in Children with Autism. In Economou, D., Klippel, A., Dodds, H., Peña-Rios, A., Lee, M. J. W., Beck, D. E., Pirker, J., Dengel, A., Peres, T. M., & Richter,J. (eds.), 6th International Conference of the Immersive Learning Research Network (iLRN 2020) (pp. 86-92). Immersive Learning Research Network, IEEE.● Vrellis, I., Delimitros, M., Chalki, P., Gaintatzis, P., Bellou, I., Mikropoulos, T.A. (2020). Seeing the unseen: user experience and technology acceptance in Augmented Reality science literacy. In M. Chang, D. G. Sampson, R. Huang, D. Hooshyar, N-S. Chen, Kinshuk, M. Pedaste (eds.), 20th IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies – ICALT2020 (pp 333-337). CA: IEEE● Vrellis, I., Gaidatzis, P., Delimitros, M., Iatraki, G., Mikropoulos, A., Bellou, I., Stergiouli, A., Tsiara, A., Chalki, P. (2019). "Experiencing" the invisible and the different: augmentation of reality in general and special education. In A. Tzimogiannis & P. Tsiotakis (eds.) Abstracts, 2nd Panhellenic Conference Open Educational Resources and E-Learning (p. 8). Korinthos, http://eprl.korinthos.uop.gr/eloer2019/?page_id=214● G. Iatraki, M. Delimitros, I. Vrellis and T. A“ Mikropoulos, "Augmented and virtual environments for students with intellectual disability: design issues in Science Education," 2021 International Conference on Advanced Learning Technologies (ICALT), 2021, pp. 381-385, doi: 10.1109/ICALT52272.2021.00122.● T. A. Mikropoulos, M. Delimitros and G. Koutromanos, "Investigating the Mobile Augmented Reality Acceptance Model with Pre-Service Teachers," 2022 8th International Conference of the Immersive Learning Research Network (iLRN), 2022, pp. 1-8, doi: 10.23919/iLRN55037.2022.9815972.● Delimitros, M., Stergiouli, A., Iatraki, G., Mikropoulos, T.A. Koutromanos, G. ” A model for the design of immersive learning enactments for students with disabilities”, the 10th International Conference on Software Development and Technologies for Enhancing Accessibility and Fighting Info-exclusion, DSAI 2022

Συμβολή της διατριβής. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη των δυνατοτήτων της Επαυξημένης Πραγματικότητας (ΕΠ) για την πληρέστερη αξιοποίηση των μοναδικών χαρακτηριστικών – παροχών της στο πεδίο της Ειδικής Αγωγής και Εκπαίδευσης (ΕΑΕ). Για την υλοποίηση αυτού του σκοπού προτείνεται ένα πλαίσιο σχεδίασης για τη δημιουργία σχετικών εφαρμογών, βασισμένο στη βιβλιογραφία. Με βάση το μοντέλο σχεδιάστηκαν και αναπτύχθηκαν δύο εφαρμογές Επαυξημένης Πραγματικότητας για το σύστημα MagicLeap (γυαλιά ΕΠ) και την αξιοποίησή τους σε δύο περιοχές της ΕΑΕ: 1. Στην ήπια Νοητική Αναπηρία (ΝΑ) με παράδειγμα εφαρμογής τη διδασκαλία Φυσικής και συγκεκριμένα τη δομή της ύλης (εφαρμογή ARTeach). 2. Στη Διαταραχή Αυτιστικού Φάσματος (ΔΑΦ) με στόχο την ενίσχυση της ενσυναίσθησης των ατόμων που εμπλέκονται με παιδιά με ΔΑΦ (εφαρμογή ARFeel). Οι άξονες διερεύνησης στις μελέτες που διενεργήθηκαν με τις δύο εφαρμογές αφορούσαν: 1. Την αίσθηση της παρουσίας των χρηστών όταν χρησιμοποιούν τις δύο εφαρμογές. 2. Τον βαθμό αποδοχής της σχετικής τεχνολογίας. 3. Τη νόσο προσομοίωσης που μπορεί να νιώθουν οι χρήστες. Υλοποιήθηκαν δύο πιλοτικές και αντίστοιχα δύο κύριες εμπειρικές μελέτες. Στη μία πιλοτική μελέτη που αφορούσε την εκπαίδευση ατόμων με Νοητική Αναπηρία συμμετείχαν 11 άτομα ενώ στη δεύτερη για την ενίσχυση της ενσυναίσθησης στο περιβάλλον των παιδιών με ΔΑΦ 70 άτομα. Στις κύριες μελέτες που ακολούθησαν συμμετείχαν τρεις ομάδες χρηστών: 1. Πενήντα τέσσερις (54) εκπαιδευτικοί πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης που είχαν διδάξει το αντικείμενο «Καταστάσεις της Ύλης» και εκπαιδευτικοίδευτεροβάθμιας εκπαίδευσης του κλάδου ΠΕ04.01(Φυσικής) για την εκπαίδευση παιδιών με ΝΑ στη μελέτη της δομής της ύλης. 2. Εκατόν οκτώ (108) εν ενεργεία εκπαιδευτικοί διαφόρων ειδικοτήτων στη μελέτη της ενσυναίσθησης. 3. Πενήντα πέντε (55) τελειόφοιτοι Παιδαγωγικού Τμήματος Δημοτικής Εκπαίδευσης που συμμετείχαν και στις δύο μελέτες.Δομή της διατριβής. Η παρούσα διατριβή δομείται σε 8 κεφάλαια, τα οποία περιγράφονται συνοπτικά παρακάτω: Στην Εισαγωγή περιγράφονται συνοπτικά ο σκοπός της διατριβής, η δόμησή της σε κεφάλαια, οι δημοσιευθείσες εργασίες που προέκυψαν και οι σχετικές λέξεις-κλειδιά. Στο 1ο Κεφάλαιο (Η Επαυξημένη Πραγματικότητα) παρουσιάζονται ορισμοί, γίνεται μια ιστορική αναδρομή, παρουσιάζονται τύποι, συσκευές και εφαρμογές Επαυξημένης Πραγματικότητας καθώς και τα πλεονεκτήματά της στον χώρο της εκπαίδευσης και ειδικά στην ΕΑΕ. Στο 2ο Κεφάλαιο (Μελέτη σχεδιαστικών πρακτικών) δίνονται ορισμοί και βασικά χαρακτηριστικά της Νοητικής Αναπηρίας και της Διαταραχής Αυτιστικού Φάσματος και παρουσιάζεται η έννοια της ενσυναίσθησης. Πρόσθετα, παρουσιάζεται η βιβλιογραφική επισκόπηση σχετικά με την αξιοποίηση της Ψηφιακής Τεχνολογίας αφενός σε παρεμβάσεις για άτομα με ΝΑ και αφετέρου με στόχο την αύξηση της ενσυναίσθησης ατόμων σχετικά με τη ΔΑΦ. Στο 3ο Κεφάλαιο (Τεχνολογίες Εμβύθισης και Καθολικός Σχεδιασμός για τη Μάθηση) παρουσιάζεται το Model for the design of Immersive Learning Enactments for Students with Disabilities (MILES-D) ένα θεωρητικό μοντέλο που συνδυάζει τις παροχές των τεχνολογιών εμβύθισης με τις αρχές του Καθολικού Σχεδιασμού για τη Μάθηση. Στο 4ο Κεφάλαιο (Μεθοδολογία και Εργαλεία) περιγράφονται η Βασισμένη Στο Σχεδιασμό Έρευνα και ο Συμμετοχικός Σχεδιασμός και παρουσιάζονται τα τεχνολογικάεργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη των εφαρμογών καθώς και τα ερωτηματολόγια που αξιοποιήθηκαν στις εμπειρικές μελέτες. Στο 5ο Κεφάλαιο (Οι πιλοτικές μελέτες) περιγράφονται οι δύο πιλοτικές μελέτες. Στο 6ο Κεφάλαιο (Περιγραφή των εφαρμογών – Διαδικασία) περιγράφονται αναλυτικά οι δύο εφαρμογές καθώς και η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε. Στο 7ο Κεφάλαιο (Αποτελέσματα) περιγράφονται τα αποτελέσματα της στατιστικής επεξεργασίας των εμπειρικών δεδομένων της κύριας έρευνας καθώς και η αξιολόγηση των σχολίων των συμμετεχόντων. Τέλος στο 8ο Κεφάλαιο (Συμπεράσματα – Περιορισμοί - Προοπτικές) παρουσιάζονται τα συμπεράσματα, οι περιορισμοί της διατριβής και οι προτάσεις για περαιτέρω έρευνα.Μετά το κύριο σώμα της εργασίας παρατίθενται σε μορφή παραρτήματος τα αποτελέσματα των πιλοτικών μελετών, το σενάριο που υλοποιήθηκε για τη μελέτη της ενσυναίσθησης, τα ερωτηματολόγια όπως δόθηκαν στους συμμετέχοντες και κάποιες χαρακτηριστικές φάσεις από την ανάπτυξη των τεχνολογικών περιβαλλόντων που υλοποιήθηκαν. Δημοσιευθείσες εργασίες. Κατά την πορεία αυτής της εργασίας προέκυψαν οι παρακάτω σχετικές δημοσιεύσεις:● Mikropoulos, T.A., Delimitros, M., Gaintatzis, P., Iatraki, G., Stergiouli, A., Tsiara A., Kalyvioti, K. (2020). Acceptance and User Experience of an Augmented Reality System for the Simulation of Sensory Overload in Children with Autism. In Economou, D., Klippel, A., Dodds, H., Peña-Rios, A., Lee, M. J. W., Beck, D. E., Pirker, J., Dengel, A., Peres, T. M., & Richter, J. (eds.), 6th International Conference of the Immersive Learning Research Network (iLRN 2020) (pp. 86-92). Immersive Learning Research Network, IEEE.● Vrellis, I., Delimitros, M., Chalki, P., Gaintatzis, P., Bellou, I., Mikropoulos, T.A. (2020). Seeing the unseen: user experience and technology acceptance in Augmented Realityscience literacy. In M. Chang, D. G. Sampson, R. Huang, D. Hooshyar, N-S. Chen, Kinshuk, M. Pedaste (eds.), 20th IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies – ICALT2020 (pp 333-337). CA: IEEE● Βρέλλης, Ι., Γκαϊντατζής, Π., Δελημήτρος, Μ., Ιατράκη, Γ., Μικρόπουλος, Α., Μπέλλου, Ι., Στεργιούλη, Α., Τσιάρα, Α.,Χαλκή, Π. (2019). «Βιώνοντας» το αόρατο και το διαφορετικό: επαύξηση της πραγματικότητας στη γενική και ειδική εκπαίδευση. Στο Α. Τζιμογιάννης & Π. Τσιωτάκης (επ.) Περιλήψεις εργασιών, 2ο Πανελλήνιο Συνέδριο Ανοικτοί Εκπαιδευτικοί Πόροι και Ηλεκτρονική Μάθηση (σ. 8). Κόρινθος, http://eprl.korinthos.uop.gr/eloer2019/?page_id=214● G. Iatraki, M. Delimitros, I. Vrellis and T. A“ Mikropoulos, "Augmented and virtual environments for students with intellectual disability: design issues in Science Education," 2021 International Conference on Advanced Learning Technologies (ICALT), 2021, pp. 381-385, doi: 10.1109/ICALT52272.2021.00122.● T. A. Mikropoulos, M. Delimitros and G. Koutromanos, "Investigating the Mobile Augmented Reality Acceptance Model with Pre-Service Teachers," 2022 8th International Conference of the Immersive Learning Research Network (iLRN), 2022, pp. 1-8, doi: 10.23919/iLRN55037.2022.9815972.● Delimitros, M., Stergiouli, A., Iatraki, G., Mikropoulos, T.A. Koutromanos, G. ” A model for the design of immersive learning enactments for students with disabilities”, the 10th International Conference on Software Development and Technologies for Enhancing Accessibility and Fighting Info-exclusion, DSAI 2022