Ein Konzept zur Unterstützung der Entwicklung von Virtual Reality Lernszenarien durch die Einbindung von Learning Analytics und Open Educational Resources

Abstract

Vielfältige Anforderungen aus unterschiedlichen Disziplinen machen die Gestaltung von Lernszenarien in Virtual Reality (VR) zu einer komplexen Aufgabe. Die Komplexität setzt sich zusammen aus einer Verbindung von technologischen Herausforderungen, didaktischem Design, Anforderungen der Stakeholder und freier und offener Bildungsmaterialien. Dieser Beitrag präsentiert ein Lösungskonzept für die technischen Herausforderungen dieser Aufgabe. Dieses betrachtet Komponenten eines VR-Szenarios als Open Educational Resources (OER), die eine direkte Integration von Learning Analytics (LA) unterstützen sollen. Das Ziel dieses Vorhabens ist die iterative Erstellung eines Frameworks zur Entwicklung erweiterbarer und wiederverwendbarer VR-Lernmodule, die unter anderem eine automatisierte Lerndatensammlung ermöglichen und in Learning Management Systemen (LMS) als WebXR-Lerneinheiten integriert werden können.

Full text

P. A. Henning, M. Striewe, M. Wölfel (Hrsg.): 20. Fachtagung Bildungstechnologien (DELFI),
Lecture Notes in Informatics (LNI), Gesellschaft für Informatik, Bonn 2022 209
doi: 10.18420/delfi2022-035
Ein Konzept zur Unterstützung der Entwicklung von
Virtual Reality Lernszenarien durch die Einbindung von
Learning Analytics und Open Educational Resources
Sergej Görzen
1
, Birte Heinemann 1 und Ulrik Schroeder 1
Abstract: Vielfältige Anforderungen aus unterschiedlichen Disziplinen machen die Gestaltung von
Lernszenarien in Virtual Reality (VR) zu einer komplexen Aufgabe. Die Komplexität setzt sich
zusammen aus einer Verbindung von technologischen Herausforderungen, didaktischem Design,
Anforderungen der Stakeholder und freier und offener Bildungsmaterialien. Dieser Beitrag
präsentiert ein Lösungskonzept für die technischen Herausforderungen dieser Aufgabe. Dieses
betrachtet Komponenten eines VR-Szenarios als Open Educational Resources (OER), die eine
direkte Integration von Learning Analytics (LA) unterstützen sollen. Das Ziel dieses Vorhabens ist
die iterative Erstellung eines Frameworks zur Entwicklung erweiterbarer und wiederverwendbarer
VR-Lernmodule, die unter anderem eine automatisierte Lerndatensammlung ermöglichen und in
Learning Management Systemen (LMS) als WebXR-Lerneinheiten integriert werden können.
Keywords: Virtual Reality, WebXR, Learning Analytics, Open Educational Resources
Motivation & Lösungsansatz
Der Einsatz von VR-Technologien stößt auf immer größer werdendes Interesse [Ra20]
und verzeichnet positive Auswirkungen in Bildungskontexten [HGS22]. Zwar gibt es erste
konzeptuelle Ansätze (z.B. OXREF [Abs21]) zur ganzheitlichen Gestaltung von VR-
Lernszenarien als OER, doch fehlen etablierte Gestaltungsrichtlinien [Fo15] und VR als
OER ist häufig nur in Form von fertigen 3D Modellen zu finden. [Ra20] fordert bessere
Evaluationsprozeduren, weil häufig nur die Benutzbarkeit anstelle von Lernerfolgen in
VR-Szenarien evaluiert werden und es wenig Erfahrungsberichte über die Integration von
VR in echte Lernkontexte, z. B. in Hochschulveranstaltungen, gibt. Dementsprechend ist
es bei VR für Bildung schwierig auf existierenden Experimenten aufzubauen.
Entwickler*innen stehen somit sowohl vor wiederholten didaktischen als auch
technischen Herausforderungen, wie z. B. der Lerndatenerfassung. Zwar gibt es zahlreiche
Autorenwerkzeuge zur Erstellung von VR-Lernszenarien, jedoch integriert keines der
freien Lösungen LA oder andere Methoden zur Lerndatenerfassung und -evaluation
[SIM19]. Das Ziel des in diesem Beitrag vorgestellten Konzepts ist es Entwickler*innen
bei der Konstruktion von VR-Lernszenarien zu unterstützen. Dabei sollen Grundlagen für
eine einfache Arbeit mit LA und für die Wiederverwendung von VR-Lernbausteinen als
1
RWTH Aachen, Informatik 9, Ahornstr. 55, 52074 Aachen, {goerzen, heinemann,
schroeder}@informatik.rwth-aachen.de,
https://orcid.org/{0000-0003-3853-2435, 0000-0002-7568-0704, 0000-0002-5178-8497}

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OER geschaffen werden. Initial wird die nachfolgende Forschungsfrage verfolgt: Wie
kann die Entwicklung von VR-Lernszenarien unter Einbindung von Learning
Analytics und OER unterstützt werden? Diese unterteilt sich in mehrere Unterfragen,
einschließlich Welche Anforderungen müssen bei der Entwicklung von VR-Lernszenarien
erfüllt werden?, Wie kann LA in VR-Lernszenarien unterstützt werden? und Wie können
VR-Lernszenarien und ihre Bestandteile als OER bereitgestellt werden?.
Der geplante Ansatz verfolgt einen iterativen, nutzerzentrierten Entwicklungsprozess.
Gemeinsam mit Stakeholdern werden pädagogische VR-Interventionen identifiziert und
als kurze modulare Lerneinheiten (3-7 Minuten) designt. Als erster Schritt wird die
Analyse bereits implementierter Interventionen hinsichtlich ihrer Eignung für das hier
vorgeschlagene Konzept vorgenommen. Zum Beispiel eignet sich RePiX VR [HGS22] als
Intervention, um schrittweise interaktive Lernanweisungen zur Rendering Pipeline in der
Computergrafik zu bieten. Zur Unterstützung von Benutzerevaluation als auch für
Untersuchungen zum Lernerfolg, wird ein adaptives LA Modul in die VR-Bausteine
integriert (Built-in LA). Jedes LA Modul liefert fertige LA Dashboard Elemente (bspw.
Avatar Position als Heatmap). Die Wiederverwendbarkeit der Bausteine als auch der
Lerneinheiten spart zukünftige didaktische und technische Gestaltungsarbeit und
ermöglicht weitere Evaluationen in anderen Kontexten. Zur leichteren Verankerung von
VR-Bausteinen in unterschiedlichen Bildungskontexten, können diese mittels WebXR in
gängige LMS integriert und neben VR-Geräten auch mit mobilen Endgeräten verwendet
werden. Hierbei können Inhalte der VR-Lerneinheit auf Informationen vom LMS
reagieren, sowie Informationen ins LMS zurückspielen. Unity wird verwendet, um die
VR-Lernbausteine als HTML5-Pakete im SCORM Format auszuliefern. Alle
Anforderungen und Ergebnisse werden zu einem Framework und einem Prozessmodell
abstrahiert, welches auf weitere Lernszenarien übertragbar ist und Schnittstellen zwischen
VR, LA und OER schafft.
Literaturverzeichnis
[Ab21] Abeywardena, I.: OXREF: Open Extended Reality for Education Framework,
Internation Conference on Open and Innovative Education, Hong Kong SAR, 2021.
[Fo15] Fowler, C.: Virtual Reality and Learning: Where Is the Pedagogy?: Learning Activities
in 3-D Virtual Worlds. British J. of Educational Technology 46/2, S. 412–422, 2015.
[HGS22] Heinemann, B.; Görzen, S.; Schroeder, U.: RePiX VR - Learning Environment for the
Rendering Pipeline in Virtual Reality. In: Eurographics 2022 - Education Papers. 2022.
[Ra20] Radianti, J.; Majchrzak, T. A.; Fromm, J.; Wohlgenannt, I.: A Systematic Review of
Immersive Virtual Reality Applications for Higher Education: Design Elements,
Lessons Learned, and Research Agenda. Computers & Educ. 147, Art. 103778, 2020.
[SIM19] Stojšić, I.; Ivkov-Džigurski, A.; Maričić, O.: Virtual Reality as a Learning Tool: How
and Where to Start with Immersive Teaching. In (Daniela, L., Hrsg.): Didactics of Smart
Pedagogy. Springer International Publishing, Cham, S. 353–369, 2019.