Geführtes Lernen mit AR

Geführtes Lernen mit Hilfe von Augmented Reality

Geführtes Lernen mit Hilfe von Augmented Reality

Einleitung

Beim geführten Lernen sind die einzelnen Lernschritte vorgegeben. Damit wird dem Nutzer die Möglichkeit genommen einen eigenen Lernpfad zu beschreiten, gleichzeitig kann aber ein pädagogisch optimierter Ablauf dafür sorgen, dass das Lernen effizienter und zielgerichteter von statten geht. Um die verschiedenen Lernformen unter Nutzung von AR miteinander vergleichen zu können, sind daher neben einer explorativen Lerneinheit auch mehrere geführte Traing-Session für die Datenbrille Hololens von Microsoftc entwickelt worden. Die AR-Anwendung führt den Nutzer dabei Schritt für Schritt durch die verschiedenen Arbeiten.

Avatar

Auch in der geführten Lerneinheit ist der Avatar der zentrale Anlaufpunkt der AR-Anwendung. Er dient zur Orientierung, stellt Informationen bereit und erlaubt es, die AR-Anwendung über entsprechende Schaltflächen zu steuern und zu konfigurieren. Er bewegt sich automatisch etwa auf Kopfhöhe des Betrachters, damit er vom Nutzer leicht gefunden werden kann, was insbesondere für die Hololens-Datenbrille mit ihrem relativ eingeschränkten Darstellungsbereich wichtig ist. Über entsprechende Schaltflächen unter dem Avatar können die Trainingseinheiten ausgewählt und zwischen verschiedenen Arbeitschritten manuell hin und her gewechselt werden. Die Informationen zu einem Arbeitschritt erscheinen in einer Info-Box über dem Avatar, sind aber auch neben dem betreffenden Bauteil zu sehen. Optional kann der Informationstext auch vorgeslesen werden.

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Avatar mit Konfigurationseinstellungen
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Beschreibung des nächsten Schritts

Trainings-Session

Eine Trainings-Session wird manuell vom Nutzer über das Kontroll-Menü des Avatars ausgewählt und gestartet. Eine Beschreinung des jeweils nächsten Arbeitschritts wird dabei über dem Avatar angezeigt. Derselbe Text ist aber auch als Info-Box neben dem betroffenen Bauteil zu sehen. Gleichzeitg wird das in dem Arbeitsschritt involvierte Bauteil hervorgehoben (z.B. durch eine farbige Umrisslinie). Die nachfolgenden Bilder und Filme zeigen die Sicht eines Nutzers der durch die Daten-Brille schaut.

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Anzeige des nächsten Arbeitschritts über dem Avatar
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Anzeige des nächsten Arbeitschritts am Bauteil

Durch “klicken” auf das entsprechende Bauteil oder durch Nutzen der Pfeil-Schaltfläche am Avatar kann der nächste Schritt aktiviert werden. Als alternative Steuermöglichkeit ist auch ein Sprach-Interface entwickelt worden, bei dem der Nutzer über gesprochene Kommandos den Ablauf kontrollieren kann. Schließlich wurden auch Lösungen untersucht, die über am Handgelenk getragene Beschleunigungssensoren sowie aus der Kopfausrichtung abgeschätzte Blickrichtungen ableiten, ob ein Arbeitsschritt beendet worden ist und dann automatisch den nächsten Schritt aktivieren.

Manchmal sind die vom aktuellen Arbeitsschritt betroffenen Bauteile sehr klein oder werden von anderen Komponenten verdeckt, so dass sie nur schwer zu sehen sind. Um den Nutzer in solchen Fällen die Suche zu erleichtern, wird eine in der Größe pulsierende transparente Kugel um das Bauteil gezeigt. Diese “Blick-Hilfe” wird aber nur dann aktiviert, wenn der Nutzer eine vorgegebene Zeit lang nicht auf (bzw. nicht in die Nähe) des entsprechenden Bauteils geblickt hat. Soblad der Nutzer das Bauteil anschaut, wird die “Blick-Hilfe” wieder deaktiviert.

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In der Größe pulsierende Kugel zur Steuerung des Nutzer-Fokus

Wie oben schon beschrieben wurde, werden in jedem Arbeitschritt die betroffenen Bauteile “markiert”. Das kann in der Anwendung auf zwei verschiedene Arten geschehen: Zum einen kann eine farbige Umrissline um das Bauteil gezeichnet werden. Alternativ kann das Bauteil komplett gezeichnet werden. Letzteres ist besonders nützlich, wenn das Bauteil aufgrund der Lichtverhältnisse z.B. nur schwer zu erkennen ist.

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Bauteil mit farbigem Umriss markiert
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Bauteil komplett gezeichnet

Zwei Filme, die die Abläufe demonstrieren, können hier heruntergeladen werden: Trainings-Session in AR - Film 1 und Trainings-Session in AR - Film 2

Film 1 führt durch den Ausbau des Membran-Ausgleichsbehälters wobei die Bauteile komplett von der Datenbrille gezeichnet werden, während in Fim 2 nur die Umrisse als Markierung genutzt werden. Um den Ablauf zu beschleunigen wurde in den Videos darauf verzichtet die eigentlichen Demontagearbeiten tatsächlich durchzuführen.

Vorteile, Schwächen und Limitationen

Im Gegensatz zu Anwendungen in der virtuellen Realität wird bei AR das Wärmegerät benötigt. Optional kann die AR-Brille aber auch das komplette Gerät virtuell darstellen, so dass man eine Erfahrung ähnlich zu VR-Anwendungen erhält. Vorteilhaft ist natürlich, wenn man mit dem realen Gerät interagieren, also dabei insbesondere die Komponenten berühren kann und damit auch haptisches Feedback erhält. Die Nutzertests deuten dabei darauf hin, dass diese haptische Interaktion mit dem Gerät das Memorieren der Schrittfolgen fördert. So haben die Anwender, die mit der AR-Umgebung gelernt haben, beim Wissenstest besser abgeschnitten als die Vergleichsgruppe, die das Training in VR durchgeführt hat. Nachteilig an der VR-Anwendung ist zudem, dass die Abläufe deutlich schneller als in Wirklichkeit durchgeführt werden können. Das führt dazu, dass die Prozesse nicht intensiv genug erlebt werden, was sich wiederum negativ auf die Erinnerungsfähigkeit auswirkt.