A Literature Review on Augmented Reality and Virtual Reality in Science Education

AR 및 VR 관련 과학교육 문헌 연구

This study analyzed the overall research trend and the change in the research trend according to the time of augmented reality (AR) and virtual reality (VR) researches related to science education. Sixty-five articles were selected through keyword search and abstract review. The equipment, subject, participant, research method, and measurement variable areas were analyzed to understand the overall research trend, and the changes according to the time of the equipment area and implementation device were analyzed to understand the changes in research trends according to the time. The results showed that VR in the equipment area, earth science and biology in the subject area, elementary and middle school students in the participant area, quantitative research and material development research in the research method area, and cognitive and affective variables in the measurement variable area were mainly conducted. Additionally, this study found that several studies on AR- and VR-related characteristic variables, such as electroencephalography, presence, and dizziness, were conducted. Research in the physical and chemistry fields was relatively small, the proportion of qualitative research was small, and the research on special learning students was large enough to be categorized. As a result of analyzing the change in research trends, VR- and AR-related researches started in 2001 and 2008, respectively, and both researches increased rapidly after 2018. Moreover, recently, research conducted based on personal computers in the early 2000s has been replaced by research using smart devices and head-mounted displays (HMDs). The results also showed that the importance of AR and VR is being emphasized more recently in science education, particularly that of smart devices and HMDs. The study analysis included the areas where AR- and VR-related researches were actively conducted and the areas where they did not. Based on the results of this study, further research is required on the causes, strengths, and limitations of AR- and VR-related research areas and areas that are not actively conducted.

본 연구에서는 과학교육 관련 AR 및 VR 연구의 전반적인 연구 동향과 시기에 따른 연구 동향의 변화를 분석하고자 하였다. 키워드 검색 및 초록 검토를 통해 65개의 대상 논문을 선정하였으며, 전반적인 연구 동향 파악을 위해 장비 영역, 교과 영역, 연구 대상, 연구 방법, 측정 변인을 분석하였고 시기에 따른 연구 동향의 변화를 파악하기 위해 장비 영역과 구현 장치의 시기에 따른 변화를 분석하였다. 연구 결과, 장비 영역에서는 VR, 교과 영역에서는 지구과학과 생물, 연구 대상에서는 초등학생과 중학생, 연구 방법은 양적 연구와 자료개발 연구, 측정 변인은 인지적 변인과 정의적 변인에 대한 연구가 많이 수행된 것을 알 수 있었다. 물리와 화학 영역의 연구는 상대적으로 적었으며, 질적 연구의 비중이 적었고, 특수 학습 학생에 대한 연구는 유형화 할 수 있을 정도로 다수 수행되었으며, 뇌전도나 현존감, 어지러움, 등 AR 및 VR 관련 특징 변인들에 대한 연구가 다수 수행되었음을 알 수 있었다. 시기에 따른 연구 동향의 변화는 2001년과 2008년에 각각 VR, AR 관련 연구가 시작되었으며, AR과 VR 연구 모두 2018년 이후 폭증하였으며, 2000년대 초반 PC를 기반으로 했던 연구가 최근 스마트기기와 HMD를 사용한 연구로 대체되어 가고 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과 최근 과학교육에서 AR 및 VR의 중요성이 더욱 강조되고 있으며, 특히 스마트기기와 HMD의 중요성은 더욱 강조되고 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구의 분석 결과는 AR 및 VR 관련 연구가 활발히 진행된 영역과 그렇지 못한 부분을 조망하였다. 본 연구의 결과에 기반하여 AR 및 VR 관련 연구가 활발히 진행되는 부분과 그렇지 못한 부분의 원인, 장단점과 한계 등에 대한 추후 연구가 요구된다.