Augmented Reality in der Hochschullehre am Beispiel des Bauingenieurwesens

Dem AuCity 2-Projektmitarbeiter Tobias Drey aus der Ulmer Forschungsgruppe von Prof. Enrico Rukzio  ist es zusammen mit seinen Kollegen und den weiteren AuCity 2-Projektakteuren Patrick Albus und Prof. Tina Seufert gelungen, die Reviewer der renommierten HCI-Konferenz CHI zu überzeugen. Der Beitrag

Tobias Drey, Patrick Albus, Simon der Kinderen, Maximilian Milo, Thilo Segschneider, Linda Chanzab, Michael Rietzler, Tina Seufert, and Enrico Rukzio. 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

beschäftigt sich damit, wie kollaboratives Lernen zu zweit in Virtual Reality lernförderlich gestaltet werden kann. Hierbei wurde eine Lernumgebung entwickelt, welche zwei Lernende entweder symmetrisch (beide nutzen ein Head-Mounted Display (HMD)) oder unsymmetrisch (eine Person nutzt ein HMD, die andere Person ein Tablet) in einen virtuellen Wald versetzt.

Die Nutzerstudie (N=66) zeigte, dass die symmetrische Lernumgebung Vorteile bezüglich den lernförderlichen Systemeigenschaften Immersion, Präsenz, Player Experience, Cognitive Load und Motivation bietet. Der Beitrag leitet daraus konkrete Guidelines für das Design solcher kollaborativen Lernumgebungen ab.

Die CHI, wie die ACM Conference on Human Factors in Computing Systems auch kurz genannt wird, wird seit 1982 ausgerichtet und ist eine der größten und prestigeträchtigsten Konferenzen im Forschungsfeld Mensch-Computer-Interaktion. Sie wird jährlich von über 3000 Forschern besucht und sie findet in diesem Jahr vom 29. April bis 05. Mai in New Orleans im US-Bundesstaat Louisiana statt.

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Kurz vor Weihnachten erreichte uns die Förderzusage für das Forschungsprojekt AuCity 3, dem Nachfolgeprojekt von AuCity 2. AuCity 3 mit Untertitel „Kollaborative und adaptive Mixed Reality in der Hochschullehre am Beispiel des Bauingenieurwesens“ fokussiert die Aspekte der Interaktionen zwischen Studierenden untereinander sowie die Bereitstellung passgenauer Lernaufgaben für die Studierenden. AuCity 3 läuft über 30 Monate vom 1. März dieses Jahrs an bis zum 31. August 2024 und greift auf die bewährten Projektpartner der Universität Ulm und der Bauhaus-Universität Weimar zurück. Das Gesamtprojekt wird vom BMBF in der Fördermaßnahme „Digitale Hochschulbildung“ mit 1,5 Mill. € gefördert, 495 T € gehen dabei an die Bauhaus-Universität Weimar. Geleitet wird das Projekt von Prof. Steffi Zander von der Hochschule Magdeburg-Stendal. Die Bauhaus-Universität Weimar, vertreten durch den Projektleiter Professor Christian Koch (Intelligentes Technische Design) und das Bauhaus-Institut für zukunftsweisende Infrastruktursysteme (b.is), arbeitet insbesondere an der Implementierung praxisnaher Lehr/Lernszenarien und dem Transfer der Erkenntnisse aus Instructional Design und Lernpsychologie unter Nutzung innovativer Mixed Reality-Technologien in die Lehre des Bauingenieurwesens.

Für die Plattform 360° Bildung steht nun ein weiteres 3D-Modell zur Verfügung: eine Versuchsanlage zur Photokatalyse am Außenstandort „Klärwerk Tiefurt“ wurde mit Hilfe eines 3D-Scanners digitalisiert. Das aufgezeichnete 360°-Modell wird nun didaktisch aufbereitet, so dass die Forschungsinhalte den Studierenden der Bauhaus-Universität Weimar in der Lehre zur Verfügung stehen. Das 360°-Modell wird als Best-Practice Fallbeispiel gesehen, an dem die Hintergründe, Abläufe und technischen Rahmenbedingungen für praktische Forschungsarbeiten vermittelt werden können. Die Fertigstellung des Modells ist für August 2021 geplant, so dass das Modell im Wintersemester 2021/2022 für den Einsatz in der Lehre bereitsteht. Aus didaktischer Sicht unterstützt das Modell den Ansatz des forschenden Lernens.

Die Versuchsanlage zur Photokatalyse wurde im Rahmen des BMBF-geförderte Forschungsprojektes „Photox“  in Zusammenarbeit mit den Firmenpartnern Lynatox GmbH – Industrielle Mess- und Regeltechnik, Anseros Klaus Nonnenmacher GmbH, Born Ermel Ingenieure und dem MFPA Weimar realisiert und befasst sich mit der Eliminierung von Spurenstoffen wie Medikamentenresten aus dem bereits geklärten Abwasser von Kläranlagen. Mit Hilfe der Photokatalyse, realisiert durch rotierende beschichtete Siebe, die mit UV-LED-Leuchtmitteln bestrahlt werden, wird untersucht, wie effizient Spurenstoffe mit Hilfe einer Oxidation durch Photokatalyse abgebaut werden können.

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• Forschungsprojekt "Photox"
• Plattform 360° Bildung

Nach Abschluss der ersten Förderphase hat der Beirat des Stifterverbands des Programms „Wirkung Hoch 100“ aus den 100 besten Ideen für die Zukunft von Bildung, Wissenschaft und Innovation die 30 Initiativen mit dem größten Potenzial identifiziert. Die Initiative „360° Bildung“ des Bauhaus-Instituts für zukunftsweisende Infrastruktursysteme (b.is) wurde dabei vom Expertenbeirat für die zweite Förderphase ausgewählt.

Die zweite Förderphase startet Anfang Juni mit dem Ziel, die Skalierung der Initiativen in einem strukturierten Prozess zu fördern. Mit der Auswahl erhalten Prof. Dr.-Ing. Jörg Londong, Professor für Siedlungswasserwirtschaft an der Fakultät Bauingenieurwesen der Bauhaus-Universität Weimar, und sein Team weiteren Zugang zu intensiven Coachings, Workshops und umfassenden Vernetzungs- und Unterstützungsangeboten, um im September die Fortschritte des Projektes in einem Abschlusspitching dem Beirat zu präsentieren. Anhand von Projektfortschritt, Förderbedarf und Wirkungspotenzial werden schließlich die zehn Projekte ausgewählt, die in der dritten Förderphase mit insgesamt bis zu einer Million Euro gefördert werden.

Die Initiative „360° Bildung“ wurde maßgeblich durch die Ergebnisse von AuCity 2 inspiriert und zielt auf die Bereitstellung einer offenen Plattform für virtuelle Lernszenarien unter Nutzung von 360°-Technologien.

Links

• Pressemitteilung des Stifterverbands
• Projekt 360° Bildung
  
• Plattform 360° Bildung

Eines der Ziele von AuCity2 ist es, die Übertragbarkeit der Forschungsergebnisse auf andere Fachdisziplinen zu untersuchen. Ein erster Schritt dafür ist die Konzeption einer VR-Anwendung für den Bereich der Rehabilitationspsychologie, die unter anderem durch Prof. Steffi Zander und Michael Montag an der Hochschule Magdeburg-Stendal unterrichtet und betreut wird. In dieser Anwendung werden sowohl der allgemeine Aufbau und die Funktionsweise des Gehirns, als auch spezifische Informationen zu einzelnen Bereichen des Gehirns in einer VR-Umgebung visualisiert und durch verschiedene Interaktionsformen für Lernende erlebbar gemacht. Ziel dieser Anwendung ist die Erforschung, inwiefern klassische Lernsettings, wie beispielsweise anatomische Abbildungen in einem Lehrbuch, in den digitalen Raum übertragen werden können und wie die damit gegebenen Möglichkeiten für eine höhere Motivation und folgend für einen besseren Lernerfolg sorgen können.

Auf der Website des Arbeitskreises VR/AR-Learning der Gesellschaft für Informatik (GI) wird in jedem Monat ein Projekt vorgestellt, das Lehren und Lernen mit VR- und AR-Technologien fördert. In Monat April 2021 wird AuCity 2 der breiteren fachkundigen Arbeitskreisöffentlichkeit vorgestellt [1] und ergänzt damit die Reihe der lesenswerten Projektvorstellungen auf der Arbeitskreis-Website.

[1]
https://ak-vrarl.gi.de/projekte/detail/aucity-2-mr-in-der-hochschullehre-am-beispiel-des-bauingenieurwesens

Der Arbeitskreis VR/AR-Learning der Gesellschaft für Informatik (GI) hat auch unter Beteiligung aus dem Forschungsprojekt AuCity 2 eine Umfrage zur Erhebung des aktuellen Stands von VR/AR-basierten Lernwerkzeugen durchgeführt. Die nun erschienenen Ergebnisse der Studie (hier  verfügbar) unterstreichen einmal mehr die Notwendigkeit der Arbeit von AuCity 2 für den zielgerichteten Einsatz von VR und AR in der Lehre.

Auch im renommierten Fachjournal Computers in Human Behavior werden in naher Zukunft erste Ergebnisse aus AuCity 2 zu finden sein. Der Artikel „Exploration vs. limitation – An investigation of instructional design techniques for spatial ability training on mobile devices“ vom Autorenteam Michael Montag, Sven Bertel, Björn De Koning und Steffi Zander ist vor Kurzem zur Veröffentlichung akzeptiert worden. Der Artikel berichtet über Ergebnisse aus Vorstudien zum Zusammenhang von Lerner-individuellen Merkmalen und Interaktionsdaten auf Tablets, die in Zukunft erweitert werden auf AR und VR-basierte Lernwerkzeuge. Es wurde die Annahme getestet, dass Medien auch zu Vereinfachung führen, die Lernprozesse behindern können (facilitating effect, supplantation). Dabei wurden verschiedene didaktische Designs zur Förderung räumlichen Vorstellungsvermögens auf Sinnhaftigkeit geprüft, die in einer späteren Projektphase auch AR- und VR-basierten Lernwerkzeugen genutzt werden sollen.

In der Erstellung von 360°-Grad-Modellen zur Unterstützung der Lehre konnte im Dezember ein weiterer Meilenstein erreicht werden: Eine komplette thüringische Gemeinde konnte als 360°-Modell abgebildet werden. Das Entwurfsziel des Modells ist die Unterstützung der Planung von Abwasserinfrastruktur. Zum tatsächlichen Einsatz in der Lehre, der für das nächste Semester im Master-Studiengang Umweltingenieurwesen vorgesehen ist, sind nun noch die Augmentierungen vorzunehmen, die die Lehrziele unterstützen.

In eigener Sache wünschen wir allen Partnern und Beobachtern des Projekts AuCity 2 ein Frohes Weihnachtsfest und einen Guten Rutsch in ein erfolgreiches Neues Jahr. Möge das Neue Jahr ähnlich erfolgreich werden wie das endende Jahr, dabei aber auf die Pandemie weitestgehend verzichten!

360°-Grad-Modelle haben sich in der Projektarbeit von AuCity 2 als niedrigschwellig einsetzbare  Technologie zur Vermittlung von immersiven Lernerfahrungen herausgestellt. Dieser Ansatz kann nun weiter vertieft werden in dem Projekt 360° Bildung, das das Ziel der Etablierung einer skalierbaren Plattform für 360°-Grad-Modelle zu Bildungszwecken hat. 360°-Bildung wurde als eines von 100 Projekten aus über 500 Projektvorschlägen im Rahmen der Förderinitiative Wirkung Hoch 100 des Stifterverbandes ausgewählt und gehört damit zu „Deutschlands besten 100 Ideen für das Bildungs-, Wissenschafts- und Innovationssystem von morgen“. In einem Community-orientierten Prozess, der neben der finanziellen Förderung von € 5000 auch die Unterstützung durch Coachings und externe Experten vorsieht, kann 360° Bildung nun in den nächsten sechs Monaten weiterentwickelt werden, um entweder den Schritt in die nächste Runde der Förderinitiative Wirkung Hoch 100 zu schaffen oder sich für verwandte Fördermaßnahmen zu qualifizieren.

Am 22. Oktober fand ein weiterer Workshop der beiden Projekte DigiLab4U  und AuCity 2 statt. Der ursprünglich als Präsenzveranstaltung an der Universität Ulm geplante Workshop wurde Online abgehalten. In mehr als 6 Stunden Online-Zeit wurden in verschiedenen Sessions im Barcamp-Format, strukturiert durch bis zu drei gleichzeitige Tracks, die unterschiedlichen Teilprojekte vorgestellt und angeregt diskutiert. Zu den weiteren Aktivitäten gehört der Play-Test eines in DigiLab4U entworfenen kollaborativen Serious Games sowie die gemeinsame Erarbeitung der Grundlagen eines multikriteriellen Bewertungssystems für digital unterstützte Lernaktivitäten. Die fast alle durchweg anwesenden 20 Teilnehmer des Workshops waren sich einig, dass ein sehr interessantes Programm mit großem Nutzen für beide Projekte abgearbeitet wurde. Neben der Vereinbarung einiger bilateraler Folgeaktivitäten wird jetzt schon die folgenden Workshops mit hohen Erwartungen entgegengesehen – in der Hoffnung, dass diese dann wieder COVID-frei in Präsenz stattfinden können.

Die Projekte DigiLab4U und AuCity 2 werden beide in der Förderlinie "Förderung von Forschung zur digitalen Hochschulbildung - Innovationspotenziale Digitaler Hochschulbildung" des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Zur Synergieerreichung der an ähnlichen inhaltlichen Fragestellungen arbeitenden Projekte findet ein regelmäßiger Informationsaustausch statt.

• Meldung auf der DigiLab4U-Website

Im Rahmen des AuCity Projekts wurde untersucht, wie smartphonebasiertes in-situ Authoring von 360°-Videos umgesetzt werden kann. Solche Videos können in der Vorlesung zur Wissensvermittlung eingesetzt werden. In-situ Authoring bedeutet, dass die Lehrenden direkt vor Ort ihre 360°-Videos annotieren können und nicht mehr den Ort verlassen müssen, um im Büro die Aufnahmen zu bearbeiten. Dies bietet Vorteile, da die Annotationen vor Ort im direkten Kontext der Aufnahmen lebendiger gestaltet werden. Außerdem können vor Ort direkt noch weitere Bilder oder zusätzliche Videos erstellt werden, sollte es sich während der didaktischen Aufbereitung ergeben.

Hierzu wurde ein Smartphone mit einer 360°-Kamera gekoppelt und eine App für das in-situ Authoring geschrieben. Die App ermöglicht es, im 360°-Video Annotationen wie Bilder, Audiodateien, Videos und Text zu einer bestimmten Zeit an einer bestimmen Position zu hinterlegen. Ebenso ist die Anzeigedauer auswählbar. Betrachtet ein Studierender das annotierte Video in unserer Viewer-App, so kann er an den eingestellten Zeitpunkten die Annotationen aufrufen und bekommt so wichtiges Wissen vermittelt.

Ein erster Usability-Walkthrough im botanischen Garten der Universität Ulm mit fünf Teilnehmern zeigte, dass die App geeignet ist, um von Novizen eingesetzt werden zu können. Außerdem lieferten die Teilnehmer wertvolles Feedback um unsere in-situ Authoring-App weiterzuentwickeln.

Für Rückfragen steht Tobias Drey (tobias.drey[at]uni-ulm.de) gerne zur Verfügung.

Am 15. September fand der Workshop on Designing and Facilitating Educational Location-based Applications statt. Konzipiert wurde der Workshop gemeinsam von Mitarbeitern der Projekte AuCity2 und DigiLab4U. Das Thema des Workshops – educational locased-based apps – ist aus Sicht beider Projekte relevant: aus AuCity 2-Perspektive ist die Nutzung von Augmented Reality sehr interessant, während DigiLab4U stark über die ortsbezogenen Informationen und den Spielansatz partizipiert.

Bei der Bewerbung war der Workshop noch als Präsenzworkshop im Rahmen der EC-TEL 2020, die jährliche Konferenz der European Assoziation of Technology Enhanced Learning (EATEL), in Heidelberg geplant worden. Corona-bedingt fand der Workshop dann online statt.

Der halbtägige Workshop bestand aus zwei Teilen: Im ersten Teil wurden insgesamt acht wissenschaftliche Beiträge präsentiert, während im zweiten Teil durch Brainstorming-Aktivitäten die Vernetzung der bis zu 22 Teilnehmer gefördert wurde. Die eingereichten Beiträge unterliefen dem Peer Review eines eigens für den Workshop angefragten internationalen Gutachtergremiums. Präsentiert wurden die folgenden Beiträge:

Session 1: Location-based Games: 21st Century Skills and Didactic History

• Learning Social Skills and Acquiring Social Capital through Pervasive Gaming 
  Sampsa Rauti, Samuli Laato, Tarja Pietarinen
• Secrets of the South: A Location-based Game for the Development of 21st Century Social Skills and Promotion of Social Interaction 
  Xavier Fonseca, Stephan Lukosch, Frances Brazier
• Aristotle, Comenius, Dewey, Plato and Pokémon GO: Walking with Location-based Games in the Footsteps of Didactic Giants 
  Peter Mozelius, Jimmy Jaldemark, Andreas Hellerstedt

Session 2: Didactic Designs for Educational Location-based Apps

• Collaborative educational location-based activities with no teacher supervision: Design Implications
  Mariano Velamazán, Patricia Santos, Davinia Hernández-Leo
• Location-based Apps in Environmental Engineering Higher Education: A Case Study in Technical Infrastructure Planning
  Mario Wolf, Florian Wehking, Heinrich Söbke, Jörg Londong
• Designing and Implementing a Gamified Educational Location-based Application for Raising Awareness on Sustainability Issues Among Students
  Ioana Andreea Stefan, Jannicke Baalsrud Hauge, Ancuta Florentina Gheorge, Antoniu Stefan

Session 3: Learning and Virtualization of Location-based Apps

• User-Centered Evaluation of the Learning Effects in the Use of a 3D Gesture Control for a Mobile Location-Based Augmented Reality Solution for Maintenance 
  Moritz Quandt, David Hippert, Thies Beinke, Michael Freitag
• Virtualization of Virtual Field Trips: A Case Study from Higher Education in Environmental Engineering 
  Christian Springer, Florian Wehking, Mario Wolf, Heinrich Söbke

Technisch wurde das Videokonferenzsystem durch die Kommunikationsplattform Slack unterstützt, in der die Ergebnisse des Workshops neben den Proceedings auch nachzuverfolgen sind.

Resourcen:

• Workshop-Website: https://delba2020.wordpress.com/
• Website der EC-TEL (in diesem Jahr zusammen mit der DELFI als ECTELFI durchgeführt): ectelfi20.org
• Proceedings: http://ceur-ws.org/Vol-2685/

Im Rahmen Summaery, der Jahresschau der Bauhaus-Universität Weimar, verwandeln Studierende und Lehre jährlich den Campus und die Stadt Weimar in eine offene Bühne. Türen zu Arbeitsräumen werden geöffnet und Formate und Produkte aus Lehre und Forschung präsentiert. Im Jahr 2020, anknüpfend an das erste digitale Semester der Bauhaus-Universität Weimar, präsentierte sich auch die diesjährige Summaery2020 digital.

Den Auftakt zur Summaery bildete die live übertragene Eröffnungsveranstaltung „Let‘s talk about Summaery“. Neben wechselnden Gesprächsrunden, wurden auf der knapp dreistündigen Veranstaltung ausgewählte Ergebnisse aus Lehre und Forschung live vorgestellt: Mit dabei: die virtualisierte Form des Rundgangs durch das Wohngebiet „Neues Bauen am Horn“. Entwickelt während des digitales Semesters mit der Idee, Exkursionen auch vom heimischen Schreibtisch erleben zu können, führte Mario Wolf,  Mitarbeiter des Forschungsprojektes AuCity2 via Screen-sharing live durch einen Ausschnitt des Rundgangs. Die ZuschauerInnen der Auftaktveranstaltung konnten so einen direkten Einblick in das technische Setting und die mit der Fachhochschule Erfurt gemeinsam durchgeführte Studie erhalten.

Den Link zum Video der Eröffnungsveranstaltung finden Sie hier. Der Rundgang wird ab Min. 33:50 vorgestellt. Ein Ausschnitt des virtuellen Rundgangs ist hier zu finden.

Eine Auswahl u.a. im Rahmen des Forschungsprojektes AuCity2 entstandener und auf der Summaery vorgestellter Digitalisierungsansätze unter Nutzung von Mixed Reality-Ansätzen:

• P-Bank 3D
• Virtuelle Exkursion – Bangladesch
• CfAPI2020 – Augmented Reality im Infrastrukturmanagement

Im Rahmen des AuCity 2-Forschungsprojektes sollen Inhalte wie zum Beispiel das Thema „Regenwassermanagement“ den Studierenden auf virtueller Ebene zugänglich gemacht werden. Um einen hohen Lernerfolg erzielen zu können, möchten wir herausfinden, wie wir die Lerninhalte am besten aufbereiten können. Hierzu wurde eine Studie entworfen, bei der wir Deine Unterstützung brauchen. In einer 360°-Umgebung kannst Du etwas über Modellregen, Abflussganglinien und verschiedene Bodenarten lernen und welchen Einfluss all dies auf das Regenwassermanagement hat. Gleichzeitig hilfst Du uns damit unsere Desktop-Lern-App zu verbessern.

Haben wir dein Interesse am Thema geweckt oder möchtest Du einfach die Zukunft des digitalen Lernens verbessern, dann klick Dich rein und nehme anonym an der Studie teil: Die Studie besteht aus einer Vorbefragung, dem Lernen mit der 360°-Umgebung und einer Nachbefragung. Du brauchst ein handelsübliches Notebook oder einen PC. Die Studie dauert zusammen mit den Befragungen geschätzt 45 Minuten.

www.unipark.de/uc/regenvr/

Anfang Juni haben wir die virtualisierte Form des Rundgangs durch das Wohngebiet „,Neues Bauen am Horn“ vorgestellt. Durch 360°-Modelle wird es möglich, den Rundgang auch vom Schreibtisch aus durchzuführen. Dieser Rundgang wurde nun unter Praxisbedingungen in einem Lehr-/Lehrszenario mit Studierenden der Fachhochschule Erfurt zusammen mit Prof. Christian Springer getestet. In der Pilotstudie wurden jeweils drei Studierende zu einer Gruppe zusammengeschlossen, die sich in einem virtuellen Raum eines Videokonferenzsystems traf, um den virtuellen Rundgangs gemeinsam durchzuführen. Anschließend an die virtuelle Begehung wurde dann die auch in der analogen Variante des Lehr-/Lernszenarios vorgesehene hypothetische Planung der Kanalisation des Baugebiets durch die Studierenden vorgenommen. Sowohl die Rückmeldungen der Studierenden als auch die Einschätzung der Lehrenden lassen das gewählte Lehr-/Lernszenario als kreative Möglichkeit erscheinen, trotz der Einschränkungen der COVID-Pandemie, nachhaltige Lehrerfahrungen zu vermitteln und ermuntern zu einer weiteren Verfeinerung dieses Lehr-/Lernszenarios.

Aufgrund der aktuell eingeschränkten Präsenzlehre an der Bauhaus-Universität Weimar (BUW) haben wir im Rahmen des Projektes AuCity2  in Zusammenarbeit mit dem BUW-Sonderprogramm "Digitalisierung in der Lehre" die Anstrengungen intensiviert Lehrinhalte, die sonst in der Präsenz stattfinden, zu digitalisieren und aufzubereiten. Darunter fällt beispielsweise auch der so genannte Rundgang ,Neues Bauen am Horn‘, in dem Studierende der Siedlungswasserwirtschaft anhand einer Begehung eines Wohngebietes in Weimar eine eigene Planung für die Regenwasserbewirtschaftung des besagten Gebiets erstellen sollen. Um diesen Rundgang technisch möglichst einfach zu virtualisieren, nutzen wir hier stereoskopische 360° Foto- und Videoaufnahmen. Mit Hilfe von Annotationen werden dann in den 360° Aufnahmen Informationen an verschiedenen Positionen im Baugebiet hervorgehoben. Gleichzeitig lernen oder wiederholen die Studierenden mit Hilfe von Quizfragen Lerninhalte. Zugang zum Rundgang erhalten die Studierende über eine Webseite, auf die sie mit Hilfe eines Passwortes zugreifen können. Neben der Desktop-Anwendung ist auch die Nutzung mit Google Cardboard und VR-Brille möglich. Zur Evaluation von Lernerfolg und Usability wird in naher Zukunft eine Studie durchgeführt. Mit Hilfe unterschiedlicher Probandengruppen werden auch die Vor- und Nachteile jeder Darstellungsform evaluiert.

Beispiel-Video des Rundgangs:  https://vimeo.com/422401618

Seit dem Sommersemester 2017 gehört der Entwurf eines augmentierten und kommentierten Bildes von technischer Infrastruktur als konzeptioneller Prototyp zu den Lernaktivitäten des Kurses „Infrastruktur - Abfall, Energie, Verkehr, Wasser“. Die Idee dahinter:  Studierende sollen sich dem Entwerfen von praxisorientierten Augmented Reality Anwendungen widmen, ohne von technischen Voraussetzungen abhängig zu sein. Der konzeptionelle Ansatz wird zusammen mit den Ergebnissen einer Fragebogenerhebung aus dem Sommersemester 2019 in einem Kapitel des gerade im Springer-Verlag erschienenen Buches Augmented Reality in Education, Geroimenko, V. (Ed.). (2020). beschrieben:

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.  https://doi.org/10.1007/978-3-030-42156-4_2

Zu den wesentlichen Ergebnissen zählt, dass die Studierenden diese Art der Lehre sehr schätzen und nach eigenen Angaben durch die Aktivität lernen. Ein Fazit des Kapitels ist, dass Augmented Reality schon in der Konzeptionsphase zum Lernen genutzt werden kann, ohne große technische Fähigkeiten der Studierenden voraussetzen zu müssen. Die Einreichungen aus dem Sommersemester 2019 sind online unter https://piwigo.siwawi.net/index.php?/category/CfAPI2019 einzusehen.

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.

Tragwerkslehre ist eine der fachlichen Domänen, für die in AuCity 2 MR-basierte Anwendungen entwickelt werden. Während die Frage nach der Durchführung unserer Nutzer_innen-Studien Corona-bedingt noch geklärt werden muss, ist der VR-Prototyp für die Tragwerkslehre so gut wie fertig geworden! Die verschiedenen Level sollen den Nutzer_innen spielerisch die Gleichung für die Durchbiegung zweifach aufgelagerter Balken nahebringen. Dabei kommt es nicht auf die Nachkommastelle an, sondern eher auf das qualitative Verständnis für Material, Geometrie und Last. Bei der Konzipierung konnten nicht nur die Ingenieure unseres Teams ihr Know-How einbringen, sondern vor allem unsere Psychologen, da in der Gestaltung von MR-basierten Lernumgebungen komplexe psychologische Randbedingungen wie kognitive Belastung sowie Motivation, Ängstlichkeit und Vorwissen der Teilnehmer_innen beachtet werden müssen.

Ein wesentliches Ziel der aktuellen Projektphase von AuCity 2 ist der didaktische Entwurf der Lernszenarien. Nachdem die mit Hilfe von VR und AR zu vermittelnden Lerninhalte unter Führung der ingenieurwissenschaftlichen Projektpartner festgelegt wurden, wird nun gemeinsam mit Hilfe der Lernpsychologie und des Instructional Designs erarbeitet, wie die Lerninhalte vermittelt werden können. So werden beispielsweise Gestaltungsprinzipien wie Segmentierung, Signalling und Annotation genutzt, um zielgerichtetes Lernen zu fördern. Die Informatik-orientierten Partner unterstützen dabei mit ihrer Expertise zu den technischen Gestaltungsmöglichkeiten. Ein Beispiel für die in dieser Phase entstehenden Konzeptskizzen ist hier  zu finden.

Dem AuCity 2-Projektmitarbeiter Tobias Drey aus der Ulmer Forschergruppe von Prof. Enrico Rukzio ist es zusammen mit seinen Kollegen gleich mit zwei Beiträgen gelungen, die Reviewer der renommierten HCI-Konferenz CHI zu überzeugen. Der Beitrag

T. Drey, J. Gugenheimer, J. Karlbauer, M. Milo and E. Rukzio, "VRSketchIn: Exploring the Design Space of Pen and Tablet Interaction for 3D Sketching in Virtual Reality" , Conditionally accepted to Proc. of CHI 2020 (SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems) , Apr. 2020.

beschreibt einen innovativen VR-Interaktionsansatz, der auch für ingenieurtechnische Entwurfsarbeit nutzbar ist. 

Im zweiten Beitrag,

T. Drey, P. Jansen, F. Fischbach, J. Frommel and E. Rukzio, "Towards Progress Assessment for Adaptive Hints in Educational Virtual Reality Games" in Conditionally accepted to CHI '20 Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems , New York, NY, USA : ACM , Apr. 2020.,

werden Möglichkeiten zur Lernfortschritt-entsprechenden Führung der Spieler von VR-basierten Spielen erörtert.

Die CHI, wie die ACM Conference on Human Factors in Computing Systems auch kurz genannt wird, wird seit 1982 ausgerichtet und ist eine der größten und prestigeträchtigsten Konferenzen im Forschungsfeld Mensch-Computer-Interaktion. Sie wird jährlich von über 3000 Forschern besucht und sie findet in diesem Jahr vom 25. bis 30. April in Honolulu im US-Bundesstaat Hawaii statt.

Pro Jahr veranstaltet AuCity 2 zusammen mit dem Projekt DigiLab4u gemeinsame Workshops zu Querschnittsthemen beider Projekte. Am 18. November 2019 konnte wieder ein spannender Austausch der Erkenntnisse zu "Aktivierenden Lernmethoden" am Institut für Wissensmedien Koblenz-Landau stattfinden.

Details sind hier zu finden.

Die AuCity 2-Arbeitsgruppe von Prof. Jörg Londong (Bauhaus-Universität Weimar) konnte einige ihrer Arbeitsergebnisse auf der DELFI 2019 vorstellen.

Florian Wehking präsentierte einen Beitrag, der die Erfahrungen bei der Aufzeichnung von 360°-Videos zusammenfaßt und aufbauend Richtlinien zur Produktion von 360°-Videos zusammenfasst:

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 (S. 177–188). Bonn: Gesellschaft für Informatik e.V.z. https://doi.org/10.18420/delfi2019-ws-120.

Die Ansätze, Mixed Reality in der räumlichen Planung gewinnbringen einzusetzen, wurden von Mario Wolf vorgestellt.

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. https://doi.org/10.18420/delfi2019-ws-121

Heinrich Söbke war eingebunden in die Veranstaltung eines Workshop „VR/AR-Learning“, in dem neben diesen beiden Arbeiten verschiedene weitere Ansätze präsentiert wurden, Mixed Reality-Technologien für Lernzwecke zu nutzen.

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.

Die DELFI ist eine jährlich von der Fachgruppe Bildungstechnologien der Gesellschaft für Informatik (GI) durchgeführte Konferenz, die vornehmlich die technologische Grundlagen zur Unterstützung von Lernprozessen erörtert. Die Konferenz fand 2019 an der Humboldt-Universität in Berlin statt.