Implementierung von Mixed Reality for Education (MRE) und Ergebnisse in Onlinekursen für Ingenieurwissenschaften
23. Juni 2023
In dieser Arbeit wurde ein Mixed-Reality-System namens MRE entwickelt, um Studenten bei der Entwicklung von Laborpraktiken zu unterstützen, die den Online-Unterricht ergänzen. Es wurde ein Experiment mit 30 Studierenden durchgeführt; 10 Schüler nutzten keine MRE, 10 nutzten MRE und 10 weitere nutzten MRE mit Feedback der Lehrkräfte.
In diesem Protokoll wird untersucht, wie Mixed Reality die Online-Ausbildung im Ingenieurwesen verbessern kann, indem Einschränkungen im Remote-Labor und kostspielige VR-Geräte überwunden werden. Es umfasst 30 Studierende, die die Vorteile der MR und die Bedeutung von Feedback betonen. Der Hauptvorteil des Mixed-Reality-Systems ist seine Fähigkeit, Laborpraktiken in Online-Ingenieurkursen zu erleichtern, so dass die Studierenden das theoretische Lernen ergänzen können.
Die Studie betonte die Bedeutung von Feedback. Das Mixed-Reality-System kann auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden, z. B. in der Industrie, in der praktische Erfahrung unerlässlich ist, aber in traditionellen Umgebungen nur schwer zu vermitteln ist. Es bietet eine kostengünstige Lösung, die es einer breiteren Bevölkerung zugänglich macht.
Der Benutzer kann bei der Navigation in der virtuellen Umgebung, bei der Interaktion mit virtuellen und realen Objekten und beim Verständnis des Feedback-Systems auf Herausforderungen stoßen. Um einem Anfänger zu helfen, ist es ratsam, klare Anweisungen und Demonstrationen bereitzustellen. Starten Sie zunächst die Mixed Reality für Bildungseinrichtungen oder die MRE-Anwendung, und laden Sie die gewünschten Dienste auf das Mobiltelefon.
Stecken Sie nun das Handy in die VR-Brille und setzen Sie die Brille auf. Lokalisieren Sie visuell die Mitte der MRE-Prototypbasis. Wenn die Simulation angezeigt wird, heben Sie eine ausgestreckte Hand, um sie in der Mitte der Ansicht zu platzieren.
Um den Benutzer ohne Brille auf VR vorzubereiten, öffnen Sie die MRE-Anwendung und wählen Sie das Szenario aus, das der Benutzer ausführen möchte. Drücken Sie die Wiedergabetaste, und führen Sie das Szenario aus. Führen Sie das Szenario für die erste elektrische Komponente mit Rot, Grün und Blau aus.
Um die Bereiche zu finden, in denen Komponenten positioniert werden sollen, nehmen Sie die Komponente und positionieren Sie sie an der richtigen Stelle. Fahren Sie fort, bis alle Komponenten genau platziert sind. Es wurde beobachtet, dass die typische Abweichung ohne MRE stärker gestreut war.
Der beste Durchschnitt wurde erzielt, wenn MRE mit dem Feedback der Lehrkräfte verwendet wurde. Die MRE-Nutzung sorgte für eine durchschnittliche Punktzahl von 7,5 und mehr. MRE mit Feedback ergab durchschnittliche Werte von acht und höher, wobei die höchsten Werte aller drei Gruppen bei 9,3 und 9,5 lagen.
Der kritischste Aspekt dieses Verfahrens ist die Erkennung der realen Objekte, daher ist die Erkennung der Benutzerhände unerlässlich, um die Szenarien ausführen zu können. Das derzeitige Verfahren kann auf die Industrie angewendet werden, z. B. auf die Schulung neuer Mitarbeiter, so dass sie in einer sicheren Umgebung geschult werden können. Diese Technik hat dazu beigetragen, die Studie auf mehr Studenten mit dem gleichen Wissensstand auszuweiten.
In ähnlicher Weise könnte automatisiertes Feedback analysiert werden, um zu überprüfen, ob es einen Einfluss auf das Lernen hat.
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Übersicht
Diese Studie untersucht die Entwicklung eines Mixed-Reality-Systems, MRE, das darauf abzielt, Laborpraktika in der Online-Ausbildung im Ingenieurwesen zu verbessern. Ein Experiment mit 30 Studierenden wurde durchgeführt, um die Wirksamkeit von MRE unter Berücksichtigung unterschiedlicher Feedback-Varianten zu bewerten.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Mixed Reality in der Bildung
- Verbesserung des Online-Lernens
- Laborpraktika
Hintergrund
- Die Einschränkungen von Fernlaboren beeinträchtigen das praktische Lernen.
- Kostenintensive VR-Ausrüstung schränkt die Zugänglichkeit ein.
- Die gemischte Realität bietet eine mögliche Lösung an.
- Feedback ist entscheidend für ein wirksames Lernen.
Zweck der Studie
- Die Wirksamkeit von MRE in Online-Engineering-Kursen bewerten.
- Die Auswirkungen von Feedback auf das Lernen der Studierenden beurteilen.
- Eine kosteneffiziente Alternative für die praktische Ausbildung bereitstellen.
Verwendete Methoden
- Experiment mit 30 Schülern, aufgeteilt in drei Gruppen.
- Vergleich der Verwendung von MRE mit und ohne Lehrerfeedback.
- Bewertung des Schülerengagements und der Lernergebnisse.
- Analyse der Vorteile von Mixed Reality im Bildungswesen.
Hauptergebnisse
- MRE ermöglichte bessere Laborpraktiken im Vergleich zu traditionellen Methoden.
- Schüler, die Rückmeldungen erhielten, zeigten verbesserte Lernergebnisse.
- Das System erwies sich als kosteneffektives Bildungswerkzeug.
- Mögliche Anwendungen erstrecken sich auf die berufliche Ausbildung in der Industrie.
Schlussfolgerungen
- Die erweiterte Realität kann die Online-Ausbildung in ingenieurwissenschaftlichen Fächern erheblich verbessern.
- Feedback spielt eine entscheidende Rolle bei der Maximierung des Lernens der Studierenden.
- MRE bietet eine praktische Lösung für die Herausforderungen des Fernlernens.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Plattformen für gemischte Realität wie MRE bieten skalierbare und kostengünstige Lösungen für die Fernschulung in technischen Fertigkeiten und tragen damit der Herausforderung Rechnung, praktische Laborerfahrungen in verteilten oder ressourcenbegrenzten Umgebungen bereitzustellen. Für die Biopharma-R&D, können diese Systeme die Weiterbildung von Mitarbeitern, die technische Einarbeitung und die Standardisierung von Protokollen unterstützen, wenn der persönliche Zugang eingeschränkt ist. Die Integration von Echtzeit-Feedback-Mechanismen verbessert zudem die Wissensspeicherung und betriebliche Einsatzbereitschaft bei geografisch verteilten Teams.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung&D
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die Fernschulung zu komplexen Geräten und experimentellen Protokollen für neue Wissenschaftler.
- Unterstützt ein standardisiertes Onboarding für die Assay-Installation und Fehlerbehebung in verteilten Teams.
- Erleichtert den Wissenstransfer und verringert die Variabilität bei der praktischen Durchführung von Techniken.
Screening und Assay-Entwicklung
- Bereitet Mitarbeiter durch immersive, wiederholbare Übungsszenarien auf Hochdurchsatz-Screening-Workflows vor.
- Verbessert die Reproduzierbarkeit, indem korrekte Platzierung von Komponenten und prozedurale Schritte verstärkt werden.
- Beschleunigt die Einarbeitung in neue Assay-Plattformen, ohne dass physischer Zugang zum Labor erforderlich ist.
Translationale und präklinische Forschung
- Ermöglicht sicheres, simuliertes Training für komplexe oder gefährliche Verfahren vor der praktischen Durchführung.
- Erleichtert einen breiteren Zugang zu protokollspezifischer Schulung und verringert die Variabilität zwischen verschiedenen Standorten.
- Sorgt für einheitliche technische Kompetenzen an globalen Forschungsstandorten, um konsistente präklinische Datenerhebung zu gewährleisten.
Pipeline- und Workflow-Integration
Mixed-Reality-Schulungsmodule können von der frühen Entdeckungsphase bis hin zur Standardisierung von präklinischen Workflows eingesetzt werden und schließen so Lücken im praktischen Fähigkeitserwerb und bei der Einhaltung von Protokollen.
- Entdeckungsbasierte Biologie: Stärkt die hypothesengetriebene Versuchsplanung durch interaktives, szenariobasiertes Lernen.
- Screening: Standardisiert den Aufbau und die Durchführung von Assays und unterstützt reproduzierbare quantitative Ergebnisse.
- Analytik: Liefert messbare Leistungsdaten zur Benutzerkompetenz und Protokollkonformität.
- Translationale Forschung: Gewährleistet den Erhalt technischer Fähigkeiten, während Projekte von der Entdeckungs- in die präklinische Phase übergehen.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Bietet eine skalierbare, wiederverwendbare Plattform für die kontinuierliche Weiterentwicklung der Belegschaft und die Harmonisierung zwischen verschiedenen Standorten.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit bei der technischen Durchführung und verringert prozedurale Unschärfen.
- Operationaler Wert: Ermöglicht standardisierte, reproduzierbare Schulungen im großen Maßstab mit minimalem Bedarf an physischen Ressourcen.
- Strategischer Wert: Verbessert die Qualität von Go/No-Go-Entscheidungen, indem technische Bereitschaft und Protokolltreue sichergestellt werden.
- Portfolio-Wirkung: Unterstützt die risikoadjustierte Weiterentwicklung, indem technische Variabilität über verschiedene Programme hinweg minimiert wird.
Durchführungsaspekte
- Erfordert fachliche Expertise, um genaue, szenariobasierte Schulungsmodule zu entwickeln.
- Benötigt kompatible Hardware (z. B. Smartphones, VR-Brillen) und eine zuverlässige Software-Infrastruktur.
- Erfordert eine klare didaktische Konzeption und Nutzerunterstützung für ein effektives Onboarding.
- Muss die Anpassung an unterschiedliche Laborprotokolle und Hintergründe der Nutzer berücksichtigen.
- Mögliche Herausforderungen bei Navigation und Feedbacksystemen sollten zur Optimierung des Nutzererlebnisses bewertet werden.
