Prof. Dr. Matthias Wölfel
Neue Chancen im eLearning
durch Natural User Interfaces
HERBSTIMPULSE 2013
Jeden Tag …
 verwenden wir Tools und Geräte, die anhand der technischen
Einschränkungen entworfen wurden.
HEUTIGE INTERFA...
Daher …
 haben wir — die Nutzer — über Jahrzehnte unsere Gewohnheiten,
Handlungen und Denkweise an die Technologie angepa...
Sensitive Oberflächen Bildverarbeitung Audioverarbeitung
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Die Lösung …
 sind Interfaces, die für die Belange der Nutzer,...
Sensitive Oberflächen Bildverarbeitung Audioverarbeitung
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WELCHE CHANCEN ERGEBEN SICH
HIERDURCH FÜR DAS ELEARNING?
DIE MÖGLICHKEITEN WERDEN VIELSEITIGER
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Hierdurch entstehen neue Varianten im eLearning:
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DIE MÖGLICHKEITEN WERDEN VIELSEITIGER
 Mobile Learning
 Ubiquitous Le...
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Definition
 Werden Gesten, bzw. Bewegungsabläufe, zum Zweck des Lernens
eingesetzt, spricht man von Gesture-Based Learn...
Gesture-Based-Learning
WISSEN ÜBER DEN LERNENDEN
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Buch/Video Interaktive Lernsoftware
 keine Wahrnehmung
des Lernfortsch...
Buch/Video Gesture-Based-Learning
LERNPROZESS
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Interaktive Lernsoftware
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Ziel
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BEDEUTUNG DES INTERFACES BEIM LERNEN
Über das Interface ...
 wird der Programablauf gesteuert
 entdeckt der Lernende ...
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Hier sollte u.a. beachtet werden:
INTERFACE & BEDIENUNG
Hinweis
 Ohne eine gute User Experience wird eine Anwendung vo...
Interfaces sollen ...
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1. intuitiv bedienbar sein
2. adaptiv sein, sich also dem Nutzer anpassen
3. Multimedialität und ...
GESTURE-BASED LEARNING
Beispiele
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Zum Gesture-Based Learning
INTEGRATION IN GEGENSTÄNDE
 Durch die Integration von Sensorik und deren intelligenter Weit...
SENSITIVE OBERFLÄCHEN
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Zum Gesture-Based Learning
 Vorteile von Tabletts gegenüber Büchern (laut Apple):
 Aktualisieru...
AUDIOVERARBEITUNG
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Zum Gesture-Based Learning
 Beispiel: Lernen von Musikinstrumenten
 Anhand des Audiosignals ist
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WAS BEDEUTET DIES FÜR DAS ELEARNING?BILDVERARBEITUNG
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Intuitives Interface ohne „Controller“
 Die Ablenkung des Lehrend...
WAS BEDEUTET DIES FÜR DAS ELEARNING?MOTORISCHES LERNEN
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Demonstratio
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Regelkreis-Modell des motorischen Lernens
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Lernen durch Spielen
GAME-BASED-LEARNING
 Hier gibt es Spiele,
 die gezielt zum Zweck des Lernens entwickelt wurden
...
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Lernen von Bewegungsabläufen in der Krankengymnastik
VIRTUELLE TRAININGSUMGEBUNG
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Überwinden von Höhenangst und Trainieren des Gleichgewichtssinns
VIRTUELLE TRAININGSUMGEBUNG
Toolkit zum Erfassen von Bewegungen
24
 Ermöglicht einfachen und intuitiven Zugang zu
Gestenerkennungstechnologie:
 Bewe...
25
Gesture-Based Learning
FAZIT
 Werden die Möglichkeiten richtig genutzt, so ist eine wesentlich bessere
Integration in ...
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WEITERE INFORMATIONEN
 Publikation im JAHRBUCH
eLearning & Wissens-
management 2014
VIELEN DANK!
27
“Any sufficiently
advanced technology is
indisting-uishable from
magic.”
– Arthur C. Clarke
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Gestenbasiertes Lernen

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Die über Jahrzehnte etablierte Interaktion mit Computern über Tastatur und Maus ist im Umbruch und die Bedienung über Sprache und Gesten ist der neue Trend. Während sich diese natürlicheren Interaktionsformen (die daher auch als Natural User Interface bezeichnet werden) bereits im täglichen Gebrauch auf Smarphones und Tablets, in Infotainmentsystemen im Auto und beim Spielen (Xbox Kinect) bereits weite Verbreitung gefunden haben, wurde das Potential solcher Interaktionsformen für das eLearning bei weitem noch nicht ausgeschöpft. So gibt es zahlreiche Arbeiten, bei denen untersucht wurde, wie sich die Bedienung über Touch (also die zweidimensionale Gesteneingabe mit „unmittelbarer“ Interaktion mit den virtuellen Inhalten) im Vergleich zur Bedienung durch Tastatur und Maus auf den Lernprozess auswirkt. Hierbei wurde aber „nur“ die Interaktion mit der Lernumgebung verändert, aber nicht der Lernprozess selbst. Jedoch ermöglichen sensorbasierte Natural User Interfaces genau dieses: sei es beim Erlernen von Tanzbewegungen oder krankengymnastischen Übungen durch Beobachtung und Analyse der ausgeführten Bewegung; beim Spielenerlernen eines Musikinstrumentes durch die „intelligente“ Auswertung des Audiosignals oder beim Erlernen der richtigen Schreibweise, indem der Schreibstift vibriert, wenn ein Wort falsch geschrieben wurde.

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Gestenbasiertes Lernen

  1. 1. Prof. Dr. Matthias Wölfel Neue Chancen im eLearning durch Natural User Interfaces HERBSTIMPULSE 2013
  2. 2. Jeden Tag …  verwenden wir Tools und Geräte, die anhand der technischen Einschränkungen entworfen wurden. HEUTIGE INTERFACE 2 Wir haben uns an die Maus-Tastatur Interaktion gewöhnt ... Wir haben uns an 2D windowsbasierte Schnittstellen gewöhnt ... Wir haben uns an einen nicht-intuitiven Workflow gewöhnt …
  3. 3. Daher …  haben wir — die Nutzer — über Jahrzehnte unsere Gewohnheiten, Handlungen und Denkweise an die Technologie angepasst. HEUTIGE INTERFACE 3 Wir haben uns an immer komplexere Werkzeuge gewöhnt ... die immer schwerer zu bedienen wurden ...
  4. 4. Sensitive Oberflächen Bildverarbeitung Audioverarbeitung 4 Die Lösung …  sind Interfaces, die für die Belange der Nutzer, bzw. des Lernenden, entworfen werden und nicht für einen technischen Selbstzweck. NATURAL USER INTERFACE
  5. 5. Sensitive Oberflächen Bildverarbeitung Audioverarbeitung 5 WELCHE CHANCEN ERGEBEN SICH HIERDURCH FÜR DAS ELEARNING?
  6. 6. DIE MÖGLICHKEITEN WERDEN VIELSEITIGER 6
  7. 7. Hierdurch entstehen neue Varianten im eLearning: 7 DIE MÖGLICHKEITEN WERDEN VIELSEITIGER  Mobile Learning  Ubiquitous Learning  Pervasive Learning  Gesture-Based Learning
  8. 8. 8 Definition  Werden Gesten, bzw. Bewegungsabläufe, zum Zweck des Lernens eingesetzt, spricht man von Gesture-Based Learning, also zu Deutsch vom gestenbasierten Lernen.  In Anlehnung an den Begriff Gesture-Based Computing. GESTURE-BASED LEARNING Hinweis  Das volle Potential des Gesture-Based Learning wird heute jedoch bei weitem noch nicht ausgeschöpft:  so werden oft die traditionellen Interaktionsparadigmen wie Zeigen und Auswählen, die auch bei der Maus zum Einsatz kommen, nur auf die neue Eingabeform übertragen  die Konzepte bleiben unverändert  Die Kunst ist es, die Spezifität eines jeden Mediums auszuschöpfen.
  9. 9. Gesture-Based-Learning WISSEN ÜBER DEN LERNENDEN 9 Buch/Video Interaktive Lernsoftware  keine Wahrnehmung des Lernfortschritts  kein Wissen über den Lernenden  starre Inhalte  kaum Wahrnehmung des Lernfortschritts  gutes Wissen über den Lernenden  teilw. flexible Inhalte  Bedienung und Anwendung sind unterschiedlich  gute Wahrnehmung des Lernfortschritts  gutes Wissen über den Lernenden  flexible Inhalte  nahtlos Integration der Bedienung in die Anwendung
  10. 10. Buch/Video Gesture-Based-Learning LERNPROZESS 10 Interaktive Lernsoftware Start Ziel Start Ziel Start Ziel  explorativ  ohne Feedback  hoher Zeitaufwand  gesteuert  geringes Feedback  mittlerer  geregelt  direktes Feedback  geringer
  11. 11. 11 BEDEUTUNG DES INTERFACES BEIM LERNEN Über das Interface ...  wird der Programablauf gesteuert  entdeckt der Lernende den Inhalt  haben die Lernenden Spaß mit den Inhalten  wird eine höhere Relevanz für den Lernenden gefördert  bekommt der Lernende relevantes Feedback
  12. 12. 12 Hier sollte u.a. beachtet werden: INTERFACE & BEDIENUNG Hinweis  Ohne eine gute User Experience wird eine Anwendung vom Benutzer nicht akzeptiert.  Somit ist, neben der Didaktik, das Interface und die Bedienung für den Erfolg oder Nichterfolg einer Lernanwendung entscheidend.  Präzision des Eingabegerätes  Anzahl der parallel erkennbaren Merkmale und separierbaren Ereignisse  mögliche Zustände (z.B. hover)  Verdeckung der Information durch Bedienung  Leichtigkeit des Erlernens des neuen Bedienkonzeptes  Fähigkeiten des Lernenden  körperliche Besonderheiten
  13. 13. Interfaces sollen ... 13 1. intuitiv bedienbar sein 2. adaptiv sein, sich also dem Nutzer anpassen 3. Multimedialität und Multimodalität unterstützen 4. nutzerzentriert agieren 5. kooperativ, nicht nur interaktiv, sein 6. sich kontextsensitiv verhalten 7. ihren Nutzern unmittelbares und direktes Feedback geben 8. die reale mit der virtuellen Welt verbinden Anwendung Zutreffende Punkte Buch/Video 1 3 Interaktive Lernsoftware 2 3 4 5 6 7 Gesture-Based Learning 1 2 3 4 5 6 7 8 INTERFACE & BEDIENUNG
  14. 14. GESTURE-BASED LEARNING Beispiele
  15. 15. 15 Zum Gesture-Based Learning INTEGRATION IN GEGENSTÄNDE  Durch die Integration von Sensorik und deren intelligenter Weiterverarbeitung können Gegenstände in die natürliche Lernumgebung eingebunden werden.  Hierdurch entfällt ein Wechsel zwischen dem Lernprozess und der Interaktion mit der Anwendung. Lernstift: Richtig schreiben lernen Tiptoi: interaktives Lernspiel
  16. 16. SENSITIVE OBERFLÄCHEN 16 Zum Gesture-Based Learning  Vorteile von Tabletts gegenüber Büchern (laut Apple):  Aktualisierung der Inhalte  Animation und Interaktion  Anmerkungen können leichter gemacht und genutzt werden  Bücher sind zu schwer  Vorteile von Multi-Touch Tischen:  Kooperation mehrerer Lernender
  17. 17. AUDIOVERARBEITUNG 17 Zum Gesture-Based Learning  Beispiel: Lernen von Musikinstrumenten  Anhand des Audiosignals ist es möglich,  die gespielten Töne zu erkennen und zu beurteilen  eine Steuerung über das Musikinstrument zu realisieren  nachgespielte Songs zu analysieren
  18. 18. WAS BEDEUTET DIES FÜR DAS ELEARNING?BILDVERARBEITUNG 18 Intuitives Interface ohne „Controller“  Die Ablenkung des Lehrenden kann bei der Steuerung der Medientechnik reduziert werden.  Eine natürlichere Schnittstelle kann zwischen Lehrsoftware und Lernendem realisiert werden. Analyse der Aufmerksamkeit  Die Aufmerksamkeit und das Interesse der lernenden Person an den präsentierten Inhalten kann erkannt und protokoliert werden.  Bei geringer Aufmerksamkeit können entweder die Inhalte oder die Präsentationsform angepasst werden. Motorisches Lernen  Durch die zur Verfügung stehende Sensorinformation des Kinect-Sensors kann die Bewegung einer Person erkannt, analysiert und korrigiert werden.
  19. 19. WAS BEDEUTET DIES FÜR DAS ELEARNING?MOTORISCHES LERNEN 19 Regelkreis-Modell des motorischen Lernens Demonstratio n Vorstellung Ausführung Lernender Nur Eigenwahrnehmung  Ohne die Beobachtung eines Außenstehenden muss sich der Lernende auf die Selbst- bzw. Eigenwahrnehmung verlassen.  Die Eigenwahrnehmung einer Bewegung kann stark von der tatsächlich ausgeführten Bewegung abweichen. Wahrnehmung
  20. 20. Sensor WAS BEDEUTET DIES FÜR DAS ELEARNING?MOTORISCHES LERNEN 20 Regelkreis-Modell des motorischen Lernens Demonstratio n Vorstellung Ausführung Beobachtung Lernender Beobachtung  Erst durch Fremdwahrnehmung und Feedback kann eine Bewegung richtig und schnell gelernt werden. Feedback Fremdwahrnehmung Wahrnehmung
  21. 21. 21 Lernen durch Spielen GAME-BASED-LEARNING  Hier gibt es Spiele,  die gezielt zum Zweck des Lernens entwickelt wurden  die nur zur Unterhaltung gedacht sind, aber trotzdem bestimmte Fähigkeiten trainieren. Fitness Serious GamesTanzspiele
  22. 22. 22 Lernen von Bewegungsabläufen in der Krankengymnastik VIRTUELLE TRAININGSUMGEBUNG
  23. 23. 23 Überwinden von Höhenangst und Trainieren des Gleichgewichtssinns VIRTUELLE TRAININGSUMGEBUNG
  24. 24. Toolkit zum Erfassen von Bewegungen 24  Ermöglicht einfachen und intuitiven Zugang zu Gestenerkennungstechnologie:  Bewegungen aufnehmen  Bewegungen automatisch klassifizieren  Bewegungen automatisch analysieren KINETIC SPACE Klassifikation von Bewegungen Analyse von Bewegungen
  25. 25. 25 Gesture-Based Learning FAZIT  Werden die Möglichkeiten richtig genutzt, so ist eine wesentlich bessere Integration in die natürliche Umgebung und Gegenstände möglich.  Es gibt keine unnötige Ablenkung durch den Wechsel zwischen Übung, Information und Feedback, sondern es existiert ein einheitliches Konzept.  Gestenbasierte Technologie ist ein eigenständiges Lernmedium, welches über die bisherigen Möglichkeiten des interaktiven Lernens hinausgeht.  Dies erfordert aber, dass  das didaktische Konzept angepasst wird  die Möglichkeiten der Gestenerkennung nicht ausschließlich zur Interaktion mit dem Interface und zum Browsen durch Lerninhalte genutzt werden.
  26. 26. 26 WEITERE INFORMATIONEN  Publikation im JAHRBUCH eLearning & Wissens- management 2014
  27. 27. VIELEN DANK! 27 “Any sufficiently advanced technology is indisting-uishable from magic.” – Arthur C. Clarke

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