Projekt »AuCity 2«

Eine der Herausforderungen des Einsatzes von MR-Technologien in der Hochschullehre ist die Erstellung der Lerninhalte, die mitunter sehr hohen technischen Aufwand erfordern. Für 360°-Modelle, d.h. die Darstellung von Objekten, wie beispielsweise eines Raumes, aus mehreren miteinander verknüpften Perspektiven, sind die technischen Aufwände in den letzten Jahren soweit zurückgegangen, dass 360°-Modelle inzwischen zu den niedrigschwelligen oder leichtgewichtigen Ansätzen des Einsatzes von MR in der Hochschullehre gezählt werden können, wie Florian Wehking und Mario Wolf in einem Blog-Beitrag für das Hochschulforum Digitalisierung zeigen.

Ein BMBF-gefördertes Verbundprojekt der Bauhaus-Universität Weimar und der Universität Ulm
Laufzeit: 1. September 2018 bis 28. Februar 2022 | Fördersumme: 2.015.003,80 Euro

Die zweite Förderphase wird unter dem Namen »AuCity 3« durchgeführt.

Realitätserweiternde, computergestützte Applikationen könnten das Lernen und Verstehen komplexer Sachverhalte positiv beeinflussen; davon sind die Verbundpartner von »AuCity 2« überzeugt. Wie die Technologien künftig eingesetzt werden können, untersucht das interdisziplinäre Forscherteam am Beispiel des Studienganges Bauingenieurwesen. Bis Februar 2022 erhält das BMBF-Projekt rund zwei Millionen Euro Fördermittel.

Unter Mixed Reality (MR) werden Umgebungen oder Systeme zusammengefasst, welche die natürliche Wahrnehmung des Menschen mit einer künstlichen, digitalen Wahrnehmung erweitern. Dabei werden reale Objekte und Räume wie beispielsweise Straßen, Brücken oder Gebäude mit zusätzlichen, computergenerierten Informationen wie Formeln oder Erläuterungen ergänzt. Auf diese Weise werden verborgene Einflussgrößen wie Bodenstruktur, CO2-Ausstoß oder Thermodynamik für den Betrachter sicht- und erlebbar.

Studien zu Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) – zusammengefasst durch den Begriff Mixed Reality (MR) belegen, dass diese Anwendungen in Bezug auf die Darstellung räumlicher Informationen tatsächlich Vorteile bieten, die durch bisherige digitale Medien nicht adressiert werden konnten. Die Möglichkeit, räumliche Informationen realitätsnah in drei Dimensionen abzubilden und Interaktionen zwischen Lernenden und Objekten im Raum zu ermöglichen, werden als lernförderlich als besonders motivierend angesehen. Besondere Vorteile für kognitive Prozesse in ingenieur-wissenschaftlichen Kontexten werden darin gesehen, dass AR-Anwendungen die Möglichkeit bieten, reale Objekte und räumliche Informationen mit zusätzlichen Informationen, wie Erläuterungen oder Formeln zu ergänzen. Die gleichzeitige räumlich und zeitlich nahe Präsentation zusammengehörender Informationen (Kontiguitätsprinzip) kann dabei besonders Lernende mit geringem Vorwissen, geringem räumlichen Vorstellungsvermögen oder ungünstigen motivationalen Voraussetzungen unterstützen, indem das mentale Zusammenbringen der verschiedenen Repräsentationsformen erleichtert und ein unmittelbarer Bezug zur Realität dargestellt wird. Dies kann zudem die wahrgenommene kognitive Belastung reduzieren. Dennoch sind die Befunde zu Lerneffekten von AR- und VR-Anwendungen uneinheitlich. Ob die Nutzung virtueller Umgebungen tatsächlich lernförderlich, entlastend und gleichzeitig Motivation und Lernfreude fördern kann, könnte ganz maßgeblich von den Eingangsvoraussetzungen des Lernenden abhängen.

Das Projekt AuCity 2 arbeitet in einem interdisziplinären Projektteam (Umweltingenieurwissenschaften und Technisches Design zur Erarbeitung der Inhalte, Instructional Design und Lernpsychologie zur Festlegung des pädagogischen Rahmens und der Evaluation sowie Visual Computing und Human-Computer-Interaction zur zielgruppengerechten Präsentation der Inhalte) an der weiteren Erschließung von MR-Technologien als Lernwerkzeuge. Dazu werden am Beispiel des Bauingenieurwesens in der Hochschullehre systematisch Lernvoraussetzungen identifiziert, Lerninhalte mit Hilfe von MR-Technologien dargestellt und die erreichten Lernergebnisse gemessen. Durch den Vergleich von Lernerfolgen mit Hilfe unterschiedlich aufwändiger Realisierungsformen, wie beispielsweise 360°-Grad Videos auf der einen Seite und modellbasierter VR-Umgebungen auf der anderen Seite werden Aufwand-Nutzen-Analysen erstellt, die in die Richtlinien eingehen. Zusätzlich unter Nutzung von Learning Analytics-Daten werden Richtlinien für den effektiven Einsatz von Richtlinien für den effektiven, zielgruppenspezifischen Einsatz von MR-Technologien in der Lehre erarbeitet. Gleichzeitig werden Objektbibliotheken und Authoring-Tools entwickelt, um zu untersuchen, wie derartige Software aufgebaut sein muss, um variabel Lernszenarien unterstützen zu können.

Die gewonnenen Erkenntnisse aus der Forschung zum Einsatz von Mixed Reality in der Hochschullehre sind vielversprechend. Doch wie erleben Studierende die Nutzung von der in AuCity 2 entwickelten virtuellen Lernumgebung? In dem Kurzpodcast „Mixed-Reality – die Zukunft des Lernens?“, der von Studierenden für Studierende entwickelt wurde, werden spannende Aspekte der Nutzung aus erster Hand beleuchtet. Zwei Studierende, die Umweltingenieurwissenschaften an der Bauhaus Universität Weimar studieren und an dem Projekt teilgenommen haben, stehen Frage und Antwort zu ihren Erfahrungen und diskutieren mögliche Vor- und Nachteile von digitalen Lernumgebungen.

Folge 1: Stefan
Folge 2: Marcus

AuCity 2 bei ResearchGate

2022

[57] Drey T., Albus P., der Kinderen S., Milo, M., Segschneider T., Chanzab, L., Rietzler, M., Seufert, T., and Rukzio, E. (2022). Towards Collaborative Learning in Virtual Reality: A Comparison of Co-Located Symmetric and Asymmetric Pair-Learning. In CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI ’22), April 29-May 5, 2022, New Orleans, LA, USA. ACM, New York, NY, USA, 19 pages. doi.org/10.1145/3491102.3517641

2021

[56] Drey, T., Fischbach, F., Jansen, P., Frommel, J., Rietzler, P. and Rukzio, E. (2021). To Be or Not to Be Stuck, or Is It a Continuum?: A Systematic Literature Review on the Concept of Being Stuck in Games , Proc. ACM Hum.-Comput. Interact. 5, CHI PLAY, Article 229 (September 2021), Sep. 2021. ACM.

[55] Söbke, H. & Weise, M. (2021). AVRiL 2021 - Gelungene VR/AR-Lernszenarien. In H. Söbke & M. Weise (Hrsg.), Wettbewerbsband AVRiL 2021 (S. 1–3). Bonn: Gesellschaft für Informatik e.V. doi.org/10.18420/avril2021_00

[54] Söbke, H., Baalsrud Hauge, J., Pechenkina, E., Gagnon, D. J., & Nienaus, M. (Eds.). (2021). Serious Location-based Games. In Article Collection in Frontiers in Education. Frontiers.

[53] Wolf, M., Wehking, F., Montag, M. & Söbke, H. (2021). 360°-Based Virtual Field Trips to Waterworks in Higher Education. Computers . doi.org/10.3390/computers10090118

[52] Wolf, M., Hörnlein, S., Wehking, F. & Söbke, H. (2021). Exploratory Study of a 360-degree Model in Environmental Engineering Education. Proceedings of the 20th European Conference on e-Learning, ECEL 2021. ACIL.

[51] Guth, L., Söbke, H., Hornecker, E., & Londong, J. (2021). An Augmented Reality-supported Facility Model in Vocational Training. In Proceedings of DELFI Workshops 2021 (p. 72).

[50] Vogt, Andrea; Albus, Patrick; Montag, Michael; Drey, Tobias; Hartwig, Sebastian; Tasliarmut, Fulya; Wolf, Mario (2021). Effekte von Segmentierung und Color Coding in nicht-immersiven Virtual-Reality-Lernumgebungen in Symposium zum Lernen mit AR/VR auf der PAEPSY 2021

[49] Wolf, M., Wehking, F., Söbke, H. & Londong, J. (2021). 360°-Modelle als Lernwerkzeug in der Siedlungswasserwirtschaft. Landesverbandstagung Sachsen/Thüringen Das Klima wandelt sich! - Was können wir tun? 6. Mai 2021. DWA-Landesverband Sachsen/Thüringen.

[48] Vogt, A., Babel, F., Hock, P., Baumann, M., & Seufert, T. (2021). Prompting in-depth learning in immersive virtual reality: Impact of an elaboration prompt on developing a mental model. Computers & Education, 171, 104235.

[47] Söbke, H., Weise, M., Kruse, R., Richert, A., & Zender, R. (2021). MR-Lernwerkzeuge: Ergebnisse einer Online-Umfrage des Arbeitskreises VR/AR-Learning. Abgerufen 23. April 2021, von ak-vrarl.gi.de/fileadmin/AK/VRAR/user_upload/UmfrageMR-Lernwerkzeuge.pdf

[46] Albus, P., Vogt, A., & Seufert, T. (2021). Signaling in virtual reality influences learning outcome and cognitive load. Computers & Education, 166, Article 104154. doi.org/10.1016/j.compedu.2021.104154

[45] Vogt, A., Albus, P., & Seufert, T. (2021). Learning in virtual reality: Bridging the motivation gap by adding annotations. Frontiers in Psychology, 12, Article 645032. doi.org/10.3389/fpsyg.2021.645032

[44] Vogt, A., Babel, F., Hock, P., Baumann, M., & Seufert, T. (2021). Immersive virtual reality or auditory text first? Effects of adequate sequencing and prompting on learning outcome. British Journal of Educational Technology. doi.org/10.1111/bjet.13104

[43] Akcayir, G., Pellas, N., Söbke, H., & Wen, Y. (2021). Special Issue „Theoretical and Pedagogical Perspectives on Augmented Reality“. Multimodal Technologies and Interaction. Abgerufen 23.04.2021 von https://www.mdpi.com/journal/mti/special_issues/AR_Education

[42] Montag, M., Bertel, S., de Koning, B. B., & Zander, S. (2021). Exploration vs. limitation – An investigation of instructional design techniques for spatial ability training on mobile devices. Computers in Human Behavior, 118, 106678. doi.orghttps://doi.org/10.1016/j.chb.2020.106678

[41] Söbke, H. & Reichelt, M. (2021). Digitalisierung in der Lehre: Die Sicht der Lehrenden. In: Wilke, W., Lehmann, L. und Engelhardt, D. (Hrsg.) Kompetenzen für die digitale Transformation 2020. Springer Nature.

[40] Söbke H, Wehking F, Wolf M, & Londong J. (2021). Niedrigschwellige Mixed Reality-Bildungswerkzeuge in der Siedlungswasserwirtschaft. KA Korrespondenz Abwasser Abfall 2.2021; 68(2):1-6. doi.org/10.3242/kae2021.02.007

2020

[39] Vogt, A., Klepsch, M., Baetge, I., & Seufert, T. (2020). Learning From Multiple Representations: Prior Knowledge Moderates the Beneficial Effects of Signals and Abstract Graphics. Frontiers in Psychology, 11, 601125. doi.org/10.3389/fpsyg.2020.601125

[38] Baalsrud Hauge, J., Söbke, H., Stefan, I. A., & Stefan, A. (2020). Applying and Facilitating Serious Location-based Games. In N. J. Nunes, L. Ma, M. Wang, N. Correia, & Z. Pan (Hrsg.), Entertainment Computing – ICEC 2020 19th IFIP TC 14 International Conference, ICEC 2020, Xi’an, China, November 10–13, 2020, Proceedings. Springer International Publishing. [Honorable Mention]

[37] Yepes-Serna, V., Wolf, M., Söbke, H. & Zander, S. (2020). Design Principles for Educational Mixed Reality: Adaptions of the design recommendations of multimedia learning. In: Akcayir, Gokce & Demmans Epp, Carrie (Eds.) Designing, Deploying, and Evaluating Virtual and Augmented Reality in Education. IGI Global

[36] Wehking, F., Söbke, H., & Wolf, M. (2020). 360° Models in Environmental Engineering Education: Virtualizing a Field Trip. In: University:Future Festival 2020 Oct. 7, 2020.

[35] Wolf, M., Söbke, H., Wehking, F. & Hörnlein, S. (2020). 360-degree Models in Environmental Engineering Education: an Explorative Case Study. In R. Zender, D. Ifenthaler, T. Leonhardt & C. Schumacher (Hrsg.), DELFI 2020 – Die 18. Fachtagung Bildungstechnologien der Gesellschaft für Informatik e.V. (S. 353–354). Bonn: Gesellschaft für Informatik e.V.

[34] Springer, C., Wehking, F., Wolf, M., Söbke, H. (2020). Virtualization of Virtual Field Trips: A Case Study from Higher Education in Environmental Engineering. In: Söbke, H., Baalsrud Hauge, J., Wolf, M., and Wehking, F. (eds.) Proceedings of DELbA 2020 - Workshop on Designing and Facilitating Educational Location-based Applications co-located with the Fifteenth European Conference on Technology Enhanced Learning (EC-TEL 2020) Heidelberg, Germany, Online, September 15, 2020. CEUR Workshop Proceedings.

[33] Wolf, M., Wehking, F., Söbke, H., Londong, J. (2020). Location-based Apps in Environmental Engineering Higher Education: A Case Study in Technical Infrastructure Planning. In: Söbke, H., Baalsrud Hauge, J., Wolf, M., and Wehking, F. (eds.) Proceedings of DELbA 2020 - Workshop on Designing and Facilitating Educational Location-based Applications co-located with the Fifteenth European Conference on Technology Enhanced Learning (EC-TEL 2020) Heidelberg, Germany, Online, September 15, 2020. CEUR Workshop Proceedings.

[32] Söbke, H., Baalsrud Hauge, J., Wolf, M., Wehking, F. (2020). DELbA 2020 Designing and Facilitating Educational Location-based Applications. In: Proceedings of DELbA 2020 - Workshop on Designing and Facilitating Educational Location-based Applications co-located with the Fifteenth European Conference on Technology Enhanced Learning (EC-TEL 2020). CEUR Workshop Proceedings

[31] Zander, S., Montag, M., Wetzel, S., Bertel, S. (2020). A gender issue?-How touch-based interactions with dynamic spatial objects support performance and motivation of secondary school students. Computers & Education, 143, 103677

[30] Wetzel, S., Bertel, S. & Zander, S. (2020). Spatial task solving on tablets: Analysing mental und physical rotation processes of 12 - 13 year olds. Educational Technology Research and Development, 68 (1), 363-381

[29] Söbke, H., Wehking, F., & Wolf, M. (2020). 360°-Videos, 360°-Modelle und ortsbezogene Apps: Mixed Reality-Medien als niedrigschwellige Werkzeuge in der räumlichen Planung. PLANERIN, (4), 58–59.

[28] Albus, P., Vogt, A., & Seufert, T. (2020). Virtual reality in classrooms. In EARLI SIG 6 & 7 Conference in Tübingen, Germany (Online), August 2020.

[27] Vogt, A., Babel, F., Hock, P., Baumann, M., & Seufert, T. (2020, August). Learning about Robotics in Virtual Reality. In EARLI SIG 6 & 7 Conference in Tübingen, Germany (Online), August 2020.

[26] Krischler, J., Vogt, A., Albus, P., & Koch, C. (2020, August). Design Principles Affecting Motivational and Cognitive Requirements for VR Learning Environments in Engineering Education. In International Conference on Computing in Civil and Building Engineering (pp. 1175-1186). Springer, Cham. doi.org/10.1007/978-3-030-51295-8_82

[25] Wolf, M. (2020). Summaery Auftaktveranstaltung 2020 „Let’s talk about Summaery”. Vimeo, 30.07.2020, Web, in: vimeo.com/441983802, 35:00 - 44:30 Min.

[24] Wolf, M., Söbke, H., & Baalsrud Hauge, J. (2020). Designing Augmented Reality Applications as Learning Activity. In V. Geroimenko (Ed.), Augmented Reality in Education: A New Technology for Teaching and Learning (pp. 23–43). Springer., Cham. doi.org/10.1007/978-3-030-42156-4_2

[23] Drey, T., Gugenheimer, J., Karlbauer, J., Milo , M., & Rukzio, E. (2020). VRSketchIn: Exploring the Design Space of Pen and Tablet Interaction for 3D Sketching in Virtual Reality. In: Proc. of CHI 2020 (SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems), New York, NY, USA: ACM, Apr. 2020. [Further material]

[22] Drey, T. & Rukzio, E. (2020). Discussing the Risks of Adaptive Virtual Environments for User Autonomy" in CHI 2020 Workshop - Exploring Potentially Abusive Ethical, Social and Political Implications of Mixed Reality Research in HCI, Apr. 2020.

[21] Drey, T., Jansen, P., Fischbach, F., Fromme, J., & Rukzio, E., Towards Progress Assessment for Adaptive Hints in Educational Virtual Reality Games. In: Extended Abstracts of CHI 2020 (SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems), New York, NY, USA: ACM, Apr. 2020.

[20] Wehking, F., & Wolf, M. (2020). 360°-Modelle für angehende Umweltingenieure*innen. Abgerufen 14. April 2020, von hochschulforumdigitalisierung.de/de/blog/360-grad-modelle

[19] Wolf M, Söbke H, Wehking F (2020) Mixed Reality Media-Enabled Public Participation in Urban Planning. In: Jung T, tom Dieck MC, Rauschnabel PA (Hrsg) Augmented Reality and Virtual Reality, Changing Realities in a Dynamic World, Progress in IS. Cham, CH : Springer, Cham, pp 125–138.

[18] Albus, P., Vogt, A., & Seufert, T. (2020, March). Lernen der Zukunft – Welchen Einfluss haben Gestaltungsprinzipen in Virtual Reality auf Lernerfolg und Cognitive Load. Paper presented at the 8th GEBF Conference Symposium " Bildung gestalten - Partizipation erreichen - Digitalisierung nutzen", Potsdam, Germany.

[17] Vogt, A., Albus, P., Schüle, M., & Seufert, T. (2020, March). Lernen in der virtuellen Realität: Wie beeinflussen Motivation und Gestaltungsvarianten den Lernerfolg? Paper presented at the 8th GEBF Conference " Bildung gestalten - Partizipation erreichen - Digitalisierung nutzen", Potsdam, Germany..

[16] Albus, P., & Vogt, A. (2020). Lernen in Virtual Reality. Presentation at GöMaEr et al. Symposium February 2020, Essen, Germany.

[15] Söbke, H., & Wolf, M. (2020). Augmented Reality in der Hochschullehre für Bauingenieur*innen: Ein leichtgewichtiger Ansatz. Abgerufen 12. Januar 2020, von Hochschulforum Digitalisierung website: hochschulforumdigitalisierung.de/de/blog/augmented-reality-bauingenieurwesen.

2019

[14] Söbke, H., Baalsrud Hauge, J., Stefan, I. A., & Stefan, A. (2019). Using a Location-based AR Game in Environmental Engineering. In E. van der Spek, S. Göbel, E. Y.-L. Do, E. Clua, & J. Baalsrud Hauge (Hrsg.), Entertainment Computing and Serious Games - ICEC -JCSG 2019 LNCS 11863 (S. 7–10). Cham: Springer International Publishing.

[13] Baalsrud Hauge, J., Söbke, H., Stefan, I. A., & Stefan, A. (2019). Designing Serious Mobile Location-Based Games. In E. van der Spek, S. Göbel, E. Y.-L. Do, E. Clua, & J. Baalsrud Hauge (Hrsg.), Entertainment Computing and Serious Games - ICEC -JCSG 2019 LNCS 11863 (S. 479–484). Cham: Springer International Publishing.

[12] Wehking, F., Wolf, M., Söbke, H., & Londong, J. (2019). How to Record 360-degree Videos of Field Trips for Education in Civil Engineering. In S. Schulze (Hrsg.), Proceedings of DELFI Workshops 2019 (pp. 177–188). Bonn: Gesellschaft für Informatik e.V.z. doi.org/10.18420/delfi2019-ws-120.

[11] Wolf, M., Wehking, F., Söbke, H., & Londong, J. (2019). Mixed Reality zur Qualifikation in der räumlichen Planung. In S. Schulz (Hrsg.), Proceedings of DELFI Workshops 2019 (S. 199). Bonn: Gesellschaft für Informatik e.V.z. doi.org/10.18420/delfi2019-ws-121.

[10] Zender, R., Söbke, H., Weise, M., & Richert, A. (2019). 3. Workshop VR/AR-Learning. In S. Schulz (Hrsg.), Proceedings of DELFI Workshops 2019 Berlin, Germany, September 16, 2019 (S. 120–121). Bonn: Gesellschaft für Informatik e.V.z.

[9] Krischler, J. (2019). Mixed Reality in der universitären Tragwerkslehre. In 31. Forum Bauinformatik: 11.–13. September 2019 in Berlin. Proceedings (S. 241–248). Universitätsverlag der TU Berlin.

[8] Albus, P., & Seufert, T. (2019) Is your imagination sufficient? Effects of mental images on learning outcome and cognitive load. Paper presented at the 18th Biennial EARLI Conference "Thinking Tomorrow's Education: Learning from the past, in the present and for the future", August 11th-17th, 2019, Aachen, Germany.

[7] Vogt, A., & Seufert, T. (2019). Fostering learning strategies to support self-regulated learning: A Multilevel Analysis. Paper presented at the 18th Biennial EARLI Conference "Thinking Tomorrow's Education: Learning from the past, in the present and for the future", August 11th-17th, 2019, Aachen, Germany.

[6] Montag, M.; Bertel, S., De Koning, B., & Zander, S. (2019). The Powerbar – Effects of a ressource-restricting tool while solving spatial tasks on mobile devices. Paper presented at the 18th Biennial EARLI Conference "Thinking Tomorrow's Education: Learning from the past, in the present and for the future", August 11th-17th, 2019, Aachen, Germany.

[5] Yepes-Serna, V.,Montag, M., & Zander, S. (2019). For whom and how? –Effects of digital tools for spatial task solving. Paper presented at the 18th Biennial EARLI Conference "Thinking Tomorrow's Education: Learning from the past, in the present and for the future", August 11th-17th, 2019, Aachen, Germany.

[4] Montag, M., Bertel, S., De Koning, B., & Zander, S. (2019). The Powerbar – Effects of a ressource-restricting tool while solving spatial tasks on mobile devices. Presentation at ICLTC 2019, June 17th-19th, 2019, Maastricht, Netherlands.

[3] Yepes, V., Söbke, H., Montag, M., & Zander, S. (2019). Direct and Indirect Interactions while Solving Mental Rotation Tasks in Virtual Reality Environments. In 12th International Cognitive Load Theory Conference, June, 17 - 19, Maastricht, Belgium.

[2] Söbke, H., Zender, R., Weise, M., & Richert, A. (2019). Chances and challenges of VR/AR-based learning approaches. In T. Jung, M. C. tom Dieck, & P. A. Rauschnabel (Hrsg.), Session at 5th International AR & VR Conference Munich, June 14. Munich.

[1] Söbke, H., Zander, S., Yepes, V., 2019. Mit dem Navigationssystem lernt man nicht!? Entwurfsprinzipien für Benutzerschnittstellen von AR-basierten Lernwerkzeugen, Vortrag: LEARNTEC 2019, AR / VR Forum, 31.01. Karlsruhe.