Augmented Reality in der beruflichen Bildung – Potentialanalyse von Augmented Reality Lernszenarien im Ausbildungsberuf Mechatronik

Förderlinie Internationalisierung von beruflicher Bildung, Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Projektträger DLR, Laufzeit: 01.08.2017 – 31.07.2020, Förderkennzeichen: 01BE17005C), NEMID, Augmented Reality in der Aus- und Weiterbildung Mechatronik, AR Lernszenarien Robotik.

Ausgangslage & Ziele

Die duale Ausbildung hat in Deutschland aktuell keinen einfachen Stand. Während sich immer mehr junge Menschen nach dem Schulabschluss für ein Studium entscheiden, bleibt mittlerweile jeder zehnte Ausbildungsplatz in Deutschland unbesetzt. Von 574.185 verfügbaren Plätzen im Jahr 2018 hatten laut Berufsbildungsreport 2019 die Betriebe zum Zähltag am 30. September für fast 58.000 Ausbildungsplätze noch keine Lehrlinge gefunden. Angesichts des Fachkräftemangels stellt sich daher die Frage wie die Attraktivität der beruflichen Bildung verbessert werden kann.

Im NEMID-Projekt der Hochschule Albstadt-Sigmaringen wird aufgezeigt wie technologiebasierte Lerninstrumente und Augmented Reality die duale Ausbildung attraktiver gestalten können. Das NEMID-Projekt untersucht das Einsatzpotential von Augmented Reality in der Ausbildung zum Mechatroniker. In enger Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Berufsschulen wurde in einem mehrmonatigen Entwicklungsprozess das Konzept einer Augmented Reality-App für die Microsoft HoloLens im Fachgebiet Robotik entwickelt, umgesetzt und an den Berufsschulen in Sigmaringen und Balingen mit insgesamt 43 Auszubildenden (3./4. Lehrjahr Mechatronik) getestet.

Abbildung 1: Prozess zur Erstellung der AR Anwendung – App Robotic

Augmented Reality Lernszenarien: AR App Robotik

Die AR App Robotik gibt dem Lerner eine Einführung in das Fachgebiet Robotik. Über eine Dauer von insgesamt ca. 60 Minuten kann der Lerner die Lerngeschwindigkeit und die Abfolge der Inhalte dabei selbst bestimmen. Unter Verwendung des Sprachbefehl „next” kann er zum nächsten Kapitel wechseln. Die Menüführung erlaubt es einzelne Kapitel individuell auszuwählen oder zu überspringen.

Im Verlaufe der App erhält der Lerner einen Überblick für die wichtigsten Eigenschaften von Industrierobotern. Dazu gehören die Grundbestandteile eines Roboters, die Kinematik und die damit verbundenen spezifischen Ausführungen. Sämtliche Aspekte werden unter Verwendung von fünf grundlegenden Robotertypen (Portal-, Universal-, Delta-, Puma- und den Scara-Roboter) vermittelt. Im abschließenden Kapitel werden die holografischen Roboter durch Interaktion mit dem Nutzer zerlegt und wieder zusammengefügt. Die Lernszenarien beinhalten Sprachausgabe, holografische Texttafeln, holografische Animationen, Selektionen von Lernabschnitten sowie kurze Filmsequenzen.

Abbildung 2: AR App Robotik, acht Lerneinheiten: Mensch/Roboter, bekannte Roboter, Einzelteile, Aufgaben, Kinematik, Arbeitsräume, Bauformen im Überblick und Montage von Robotern.

 

Abbildung 3: AR App Ausschnitte holografische Darstellung Komponenten und Einzelteile

Weitere Grafiken aus der HoloLens-Ansicht können hier heruntergeladen werden.

Evaluation

Die Auszubildenden waren von der visuellen Darstellung der virtuellen Objekte begeistert. Auch die Gestensteuerung und die dazugehörigen interaktiven Elemente wussten zu überzeugen. Die Größe der Hologramme soll entsprechend des Feedbacks verkleinert, die Lautstärke verbessert werden. Die Lernatmosphäre entwickelte sich über die Zeit von gespannt und aufgeregt beim ersten Ausprobieren, über interessiert, laut und fasziniert beim Betrachten der Hologramme bis zu konzentriert und leise bei einem abschließenden Wissenstest.

Abbildung 4: Lernatmosphäre

Ausblick

Die durchgeführten Tests haben gezeigt, dass die entwickelte AR-App Robotik das Potential hat die Lerner zu begeistern und einen positiven Beitrag auf den Lernerfolg zu liefern. Der praktische Transfer des AR-Prototyps stößt auf großes Interesse im Rahmen von industriellen Anwendungen. Der komplementäre Einsatz von derartigen Cyber-Physikalischen Systeme im Unterricht erhöht die Attraktivität der Ausbildung und schafft die Grundlagen für ein Verständnis von Anforderungen von Industrie 4.0 und vernetzter Produktion.

Aus finanziellen Gründen war es im Rahmen des Forschungsprojektes nicht möglich jeden Probanden mit einer eigenen HoloLens auszustatten. Für die Zukunft wäre es empfehlen- und wünschenswert alle Probanden in kollaborativen Lernszenarien mit Datenbrillen auszustatten. Insbesondere in Peer to Peer Lernszenarien können die Vorteile von Augmented Reality unabhängig vom einzelnen Lernort in der Berufsschule oder der Ausbildungswerkstatt noch effektiver genutzt werden.

Kontaktdaten

Prof. Dr. Uwe Sachse
Fakultät Business Science and Management
Hochschule Albstadt-Sigmaringen
Tel.: +49 7571/732-8306
sachse@hs-albsig.de

Frederic Graeb, M.A.
Fakultät Business Science and Management
Hochschule Albstadt-Sigmaringen
Tel.: +49 7571/732-8306
graeb@hs-albsig.de

 

 

 


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Ich bin wissenschaftlicher Mitarbeiter (Postdoc) in der Informatik der Universität Potsdam. Dort bringe ich verschiedene VR-bezogene Projekte voran und arbeite als Mitgründer der Arbeitsgruppe bundesweit an der Systematisierung und Professionalisierung des Lehrens und Lernens mit VR-Technologien.