Using augmented reality and digital simulations to strengthen high school students' understanding of quadratic functions

Abstract

The study focuses on the use of augmented reality (AR) and digital simulations as innovative pedagogical tools to improve the understanding of quadratic functions in secondary education, while contextualizing their impact on complex problem-solving and the systemic transformation of mathematics education. A mixed, quasi-experimental approach was employed, with an experimental group exposed to immersive technology and a control group receiving traditional instruction. The designed methodology encompassed diagnostic, intervention, and evaluation phases, incorporating validated instruments such as performance tests, attitudinal questionnaires, structured observations, and semi-structured interviews. The results showed that students in the experimental group not only achieved improvements in their conceptual performance, but particularly in the graphical and algebraic interpretation of quadratic functions. Furthermore, a positive relationship was established between conceptual gains and the time of interaction students had with technological resources. At a qualitative level, participants demonstrated higher motivation, understanding, and autonomy in their learning. This evidences the meaningful learning that can be achieved through AR and simulations, as they foster a cognitive mediation where the abstract is articulated with the visual, leading to deeper and more relevant learning outco

O estudo centra-se na utilização da realidade aumentada (RA) e simulações digitais como ferramentas pedagógicas inovadoras para melhorar a compreensão das funções quadráticas no ensino secundário, contextualizando o seu impacto na resolução de problemas complexos e na transformação sistémica do ensino da matemática. Foi utilizada uma abordagem mista, quase experimental, com um grupo experimental exposto à tecnologia imersiva e um grupo de controlo que recebeu instrução tradicional. A metodologia concebida abrangeu fases de diagnóstico, intervenção e avaliação, incorporando instrumentos validados, tais como testes de desempenho, questionários atitudinais, observações estruturadas e entrevistas semiestruturadas. Os resultados mostraram que os alunos do grupo experimental não só alcançaram melhorias no seu desempenho conceptual, mas particularmente na interpretação gráfica e algébrica das funções quadráticas. Além disso, foi estabelecida uma relação positiva entre os ganhos conceptuais e o tempo de interação dos alunos com os recursos tecnológicos. A nível qualitativo, os participantes demonstraram maior motivação, compreensão e autonomia na sua aprendizagem. Isto evidencia a aprendizagem significativa que pode ser alcançada através da RA e das simulações, uma vez que estas promovem uma mediação cognitiva onde o abstrato é articulado com o visual, levando a resultados de aprendizagem mais profundos e relevantes. A investigação fornece claramente evidências do otimismo que a integração de tecnologias emergentes traz para o ensino de conteúdos complexos e seu impacto positivo na pedagogia. No âmbito deste estudo, tal integração pode ser descrita como uma colaboração sistémica que promove equilíbrio, inovação e qualidade na aprendizagem da matemática, respondendo assim à transformação que as instituições educacionais cada vez mais exigem.

mes. The research clearly provides evidence of the optimism that the integration of emerging technologies brings to the teaching of complex content and its positive impact on pedagogy. Within the framework of this study, such integration can be described as a systemic collaboration that promotes balance, innovation, and quality in mathematics learning, thereby responding to the transformation educational institutions increasingly require