Käytännön taitojen opiskelua lisätyn todellisuuden tuella- case Orimattilan kodinhuoltajakoulutus

Joanna Kalalahti

Virtuaalimaailmat ja simulaatiot -seminaariMikkeli

31.1.2013

AVO2-hanke & 3DM-osahankehttp://www.eoppimiskeskus.fi/avo2

• ESR-rahoitteinen Avoimuudesta voimaa oppimisverkostoihin (AVO2) -hanke 2012-2013

• Tavoitteena on yhteisöllisen, osallistavan ja verkostomaisen toimintakulttuurin synnyttäminen ja vahvistaminen mukana olevissa oppilaitoksissa ja organisaatioissa sekä niiden sidosryhmissä.

• 4 osahanketta: Nettikansa, Toimikas, AVO-opisto ja 3DM, joissa mukana 11 toteuttajaa• Kolmiulotteiset ja mobiilit oppimis- ja osallistumisympäristöt (3DM) -osahanke

• Kiinnostuksen kohteena virtuaalimaailmat, lisätty todellisuus ja mobiililaitteet• Toteuttajina Tampereen yliopisto, Koulutuskeskus Salpaus, Hämeen

ammattikorkeakoulu ja Sivistysliitto Kansalaisfoorumi SKAF ry• Tavoitteina osahankkeella

• Kolmiulotteisten oppimis- ja osallistumisympäristöjen opetuskäytön mallien luominen• Mobiililaitteiden hyödyntämisen mallit opiskelussa ja työssä oppimisessa• Etäosallistumisen ja vertaisoppimisen lisääminen opetuksessa, julkishallinnossa ja kansalaistoiminnassa

• Tampereen yliopiston Informaatiotieteiden yksikkö keskittynyt osaprojektissaan lisätyn todellisuuden opetuskäyttöön

Mitä teemme osaprojektissamme?• Lisätyn todellisuuden opetuskäytön pilotit• Julkaisut:

• Lisätyn todellisuuden tuotantosovellusten valintaselvitys• Viisautta virtuaalimaailmoihin ja lisättyyn todellisuuteen -wikikirjan

vertaistuotannon koordinointi ja osatoteutushttp://fi.wikibooks.org/wiki/Viisautta_virtuaalimaailmoihin_ja_lisättyyn_todellisuuteenhttp://kolmiulotteisetymparistot.blogspot.fi/

• Julkaisu lisätyn todellisuuden oppimis- ja osallistumiskäytön malleista

• Koulutuksia lisätyn todellisuuden käytöstähttp://www.uta.fi/sis/taydennyskoulutus/koulutustarjonta/lisatty_todellisuus.html

• Lisätyn todellisuuden opetuskäytöstä kiinnostuneiden toimijoiden verkoston / verkostojen synnyttäminenhttp://sometu.ning.com/group/lisatty-todellisuus

Hankepilotit

• 3 hankepilottia:• Koulutuskeskus Salpauksen Orimattilan yksikön

erityisopetuksena toteutettu kodinhuoltajakoulutus: WC:n ylläpitosiivous (3/2012-2/2013)

• Metsäkeskuksen Pirkanmaan alueyksikkö & heidän kouluyhteistyön toteuttajansa 4H: Metsäopetuspolku(6/2012-5/2013

• Suunnitteilla metsäalan toimijoiden kanssa: Hiilen kierron havainnollistaminen (3/2013-10/2013)

Lisätty todellisuus• Azuman (1997) määritelmän mukaan lisätyn todellisuuden tulee

toteuttaa seuraavat asiat:• Yhdistää reaali- ja virtuaalimaailma• Reaaliaikainen vuorovaikutus• Kolmiulotteinen rekisteröinti

• Tämän määritelmän mukaan meidän pilottisovelluksistamme ainoastaan kolmas tulee olemaan aidosti lisättyä todellisuutta

• Klopferin ja Squiren (2008) määritelmä laaja-alaisempi: "We define 'augmented reality' broadly as a situation in which a real world context is dynamically overlaid with coherent location or context sensitive virtual information."Azuma, R. 1997. A Survey of Augmented Reality. In Presence: Teleoperators and Virtual Environments 6(4), 355-385. http://www.cs.unc.edu/~azuma/Arpresence.pdf

Klopfer, E. & Squire, K. 2008. Environmental Detectives – the development of an augmented reality platform for environmental simulations. Education Tech Research Dev 56, 203-228.

Orimattilan pilotti:WC:n ylläpitosiivous

Taustaa• Lisättyä todellisuutta on hyödynnetty proseduraalisten

käytännön taitojen työohjeita toteutettaessa • Esim. Columbia Universityn ARMAR-projekti:

http://graphics.cs.columbia.edu/projects/armar/index.htm

• Pilottisovelluksia suunnittelemaan lähdettäessä pyritty hyödyntämään olemassaolevaa tutkimustietoa...

• ...mutta haluttiin myös lähteä liikkeelle kokeilumielellä• Sovellusta haluttiin ennen kaikkea lähteä rakentamaan

läheisessä yhteistyössä Orimattilan opettajien ja opiskelijoiden kanssa, heidän tarpeidensa pohjalta

Taustaa• Ensimmäinen ideapalaveri 21.3.2012 Orimattilassa

• Mitä lisätty todellisuus on?• Mitä halutaan?

• Modernia teknologiaa myös kodinhuoltajakoulutukseen• Opiskelijat – ja opettajat :) – olivat hyvin kiinnostuneita lisätyn

todellisuuden sovelluksista joita heille esiteltiin sovellusta ideoimaan lähdettäessä

• Konkreettinen tarve hankalien ja epämotivoivien asioiden opetuksen havainnollistamiseen• WC:n siivous opiskelijoiden mielestä yksi ikävimmistä työtehtävistä• Toisaalta siihen sisältyy myös muistamista vaativia työvaiheita• Osalla opiskelijoista hankaluuksia seurata tekstipohjaisia ohjeita

Osaamistavoitteet• Koulutuksen

osaamistavoitteiden läpikäyminen

• Tavoiteltavien konkreettisten taitojen läpikäyminen: työvälinevalinnat, työjärjestys, oikeaoppisen työsuoritus...

1. LAITA SUOJAKÄSINEET KÄSIIN2. TYHJENNÄ ROSKA-ASTIA3. NIHKEYTÄ MIKROKUITULIINA KOSTUTUSPULLON AVULLA JA PYYHI PEILI4. LEVITÄ PUHDISTUSAINETTA KÄSIENPESUALTAASEEN, VESIHANAAN, KÄSISUIHKUN PÄÄHÄN JA WC-ALTAASEEN5. HARJAA ASTIANPESUHARJALLA KÄSIENPESUALLAS HANOINEEN SEKÄ KÄSISUIHKUN PÄÄ...jne

Laitealustan valinta• Alunperin ideana oli toteuttaa sovellus datalasien avulla, jotta kädet

pysyisivät vapaana käytännön tekemistä ajatellen• Datalasit kuitenkin vielä melko huonoja ja silti kalliita• Edullisempi ja tutkimusnäkökulmasta kiinnostava ratkaisu oli

pikoprojektorilla seinälle heijastettavat ohjeet• Opettajat kokeilivat demoversiota --> havaittiin useita ongelmia:

• Työympäristössä tarpeellinen valaistus haittaa kuvien ja tekstien heijastamista

• Tarvittaisiin ele- ja/tai ääniohjausta , jotka opiskelijat ehkä kokisivat hankalina tai jopa noloina

• Koska kohteena erityisopiskelijaryhmä, päädyttiin oppimisen kannalta vähemmän riskialttiiseen ratkaisuun eli perinteisempään mobiilisovellukseen

• Sovellus päätettiin rakentaa enemmänkin kuivaharjoittelua ja itsenäistä kertaamista varten kuin varsinaiseksi työtä ohjaavaksi sovellukseksi

Laitealustan valinta• Mobiilisovellus oli tarkoitus

toteuttaa kännykälle sopivaksi versioksi

• Kysely opiskelijoiden käyttämistä kännykkämalleista sen selvittämiseksi, voisivatko he käyttää sovellusta omilla kännyköillään

• Omien laitteiden käyttö ei kuitenkaan ole sallittua (myös työturvallisuussyistä), joten päätettiin pitäytyä oppilaitoksen laitteissa

• Sovellus toteutettiin tabletille, koska pienemmän kännykän näyttö ei riitä hyvin (ks. viereiset kuvat)

Samsung Galaxy Note:

Samsung Galaxy Tab 2 7.0:

Suunnitteluperiaatteita• Opetuksellinen näkökulma:

• Hankalien / kriittisten työvaiheiden tunnistaminen ja niiden opetuksen tueksi• tehtävät / testit• vaikeustason säätely• havainnollistavat ohjeet (kuvat, videot, ääni, animaatiot)

• Motivoiva ja toisaalta osaamispuutteet ilmaiseva palaute• Selkeä eteneminen

• Sovellussuunnittelun näkökulma / käytettävyys:• Ei liikaa tavaraa yhdelle näytölle --> työvaiheiden hajottaminen

useammalle eri näytölle• Ei liikaa tekstiä• Käyttöliittymän intuitiivisuus

Käsikirjoitus, rakenne, komponentit ja sisällöt

• Sovelluksen käsikirjoitus

• Mitä millekin näytölle• Testien ja tehtävien

suunnittelu oppimista tukeviksi

• Kuvien ja videoiden kuvaaminen

Sovelluskehittäjän näkökulma• Ohjelmalogiikka on toteutettu jQuery -kirjastoa hyödyntäen

• Tekniikan rajoitteena on HTML5:n ominaisuus käyttäjän verkkokameran kuvasignaalin saamiseen – ei vielä osa virallista HTML5 standardia

• Toteutettu vain Chrome- ja Opera-selaimissa, joista mobiiliversiona vain Opera Mobile• Toimii nyt vain Android-alustalla

• Käyttää markkereita, jotka tunnistuvat yksilöllisesti käyttäen OpenCV:n JavaScript toteutusta

• Laitteet:• Kuvasignaalin käsitteleminen mobiililaitteella olisi saattanut olla liian raskas operaatio,

mutta tehtävään valittu Samsung Galaxy Tab 2.0 suoriutuu tehtävästä kiitettävästi• Myös matkapuhelimista ainakin Samsung Galaxy SIII jaksaa pureskella kuvasignaalia

riittävän hyvin

• Tällä hetkellä vain verkkoversio, tarkoitus toteuttaa myös erillinen asennettava sovellus (offline-käyttö)

• Jaetaan kaikille avoimesti :)

Sovelluksen elementtityypit: Yksinkertainen työohje

Sovelluksen elementtityypit: Monimutkaisempi työohje

1. 2.

3. 4.

Sovelluksen elementtityypit: Tehtävä 1

Sovelluksen elementtityypit:Tehtävä 2

Sovelluksen elementtityypit:Suoritusraportti

Sovelluksen ensimmäinen demoversio valmis 14.12.2012

• Markkerit sijoitettiin WC-tiloihin• Sovellusta testattiin tablet-laitteella (Samsung Galaxy Tab 2 7.0)

• Opettajat• Kaksi opiskelijaa

• Kirjattiin ylös kehittämiskohteet:• Toiminnallisuuksien viilaamista ja lisäämistä• Työvaiheiden yhdistelyä ja uudelleenryhmittelyä• Markkerien näyttäminen kameralle / piilottaminen kameralta• Markkerien koko pienemmäksi

• Huomio siitä, että opiskelijan tulee myös oppia toimimaan erilaisten työohjeiden mukaan, jotka voivat vaihdella paikasta toiseen - sovellus opastaa koulussa opetettavan tavan ja opettajan tulee huolehtia siitä, että opiskelija ymmärtää ettei se ole ainoa oikea tapa

Sovelluksen toinen demoversio valmis 18.1.2013

• Sovellus esiteltiin luokassa koko opiskelijaryhmälle (eri vuosikurssien opiskelijoita)

• Opiskelijat (9 hlöä) kävivät vuorotellen, yksin tai pareittain, testaamassa sovellusta WC-tiloissa

• Havainnointi• Avun tarjoaminen jos opiskelija

näytti juuttuvan paikalleen• Palautekysymykset:

• yleisvaikutelma• mahdolliset ongelmat tai kehittämisideat• auttoiko oppimaan• tablet-laitten käyttökokemukset• käyttääkö jatkossa• mahdolliset muut asiat, joihin voisi

toteuttaa vastaavan sovelluksen

Positiivinen palaute• Kaikki sovellusta kokeilleet opiskelijat olivat sitä mieltä, että

se oli mukava ja toimiva• Aikovat käyttää jatkossakin :)• Kokivat tablet-laitteen helppokäyttöiseksi (lähes kaikki

kokeilivat tablet-laitetta ensimmäistä kertaa)• Sovellus vaikutti intuitiiviselta käyttää• Näkivät että sovellus voisi auttaa WC:n siivouksen

opettelussa• Opettajat olivat iloisia saadessaan tablet-laitteen käyttöön

myös muuta opetusta ajatellen – mahdollisuus tutustuttaa opiskelijat uuteen teknologiaan osana opetusta

Kehittämiskohteet – laitteen ja sovelluksen käyttö

• Ergonomia:• Pienikätiset joutuivat kannattelemaan laitetta yhdellä kädellä ja näpyttelemään sovellusta toisella• Opiskelijat kumartelivat ja kyykistelivät markkereiden perässä (ei olisi ollut pakko)• Sovelluksen ääni kuului hiljaisella

• Videot latautuivat hitaasti, vaikka olivat lyhyitä pätkiä• Siivoustyötä jo pidempään harjoitelleet saattoivat osata työsuorituksen, mutta markkerien

etsimiseen meni aikaa, jos ne oli sijoitettu eri paikkaan kuin mistä he niitä luonnollisesti lähtivät hakemaan

• Työnteon opettelu konkreettisesti samalla kun käyttää sovellusta hankalaa (kumihanskat), vaikka sovellus suunniteltukin ensisijaisesti 'kuivaharjoitteluun'

• Tarvitaanko lisättyä todellisuutta vai riittäisikö siivouskärryyn kiinnitettävä tablet-laite, jossa pyörii työohjeet vaiheittain näyttävä sovellus?

• Lisätystä todellisuudesta näyttäisi olevan hyötyä uutta asiaa opeteltaessa, sillä tutkimustulosten perusteella lisätty / sekoitettu todellisuus näyttäisi toimivan kognitiivisena tukena (scaffold) haluttaessa liittää abstraktimpaa oppiainesta käytäntöön (ks. esim Quarles et al 2009 ja Klopfer & Squire 2008)

Quarles, J. et al. 2009. Scaffolding learning with mixed reality. Computers & Graphics 33, 34-46.

Klopfer, E. & Squire, K. 2008. Environmental Detectives – the development of an augmented reality platform for environmental simulations. Education Tech Research Dev 56, 203-228.

Kehittämiskohteet – sovellus• Sovelluksen käyttöliittymä käydään vielä läpi

opetuksellisen sovelluksen suunnittelu-periaatteiden avulla (esim. Lohr 2000)

• Ulkoasu:• opetuksellinen suunnittelu• käytettävyys

• Testit:• toiminnallisuudet• palaute

• Sovelluksen eteneminen:• siirtyminen seuraavaan työvaiheeseen

• Markkerit:• näyttäminen kameralle / piilottaminen kameralta

• Suoritusraportti:• selkeys ja yhtenäisyys• informatiivisuus

Lohr, L. 2000. Designing the instructional interface. Computers in Human Behavior 16, 161-182.

Palautteenkeruu keväällä 2013• Havainnointi, haastattelut, kyselyt (opiskelijat, opettajat)• Palautteenkerun haasteet:

• Eri vuosikurssit opiskelevat yhdessä• Opiskelijat hieman eri vaiheissa opinnoissaan• Opiskelijoilla jo ennestään erilaisia oppimisvaikeuksia – ei haluta enää lisätä niitä• Opiskelijat hyvin heterogeeninen joukko• WC:n siivousta opiskellaan ensisijaisesti käytännön työtä tekemällä – sovellus

tarkoitettu enemmänkin itsenäisen opiskelun ja kertaamisen tueksi• Ei mahdollisuutta rakentaa vertailevaa asetelmaa

• Pyritään enemmänkin löytämään vihjeitä siitä, miksi sovellus toimi / ei toiminut itsenäisen opiskelun ja kertaamisen tukena

• Kiinnostavaa abstraktin mallin ja konkretian välillä siirtyminen...• ...samoin kuin esitietojen ja jälkikäteen tapahtuvan läpikäynnin merkitys

oppimiselle

Muut pilotit

Metsäopetuspolku• Tampereen kaupissa metsätaitorata

• QR-koodit maastossa --> vaatii ylläpitoa• Paikkatietoon perustuva metsäopetuspolku alakoulun ylemmille luokille,

yläkoululaisille ja kaikille metsäasioista kiinnostuneille• Modernia teknologiaa metsäopetukseen• Metsäopetuksen hankalasti havainnollistettavat asiat keskiössä• Etukäteisorientaatio ja jälkikäteen reflektointi• Opetus autenttisessa ympäristössä• Itsenäinen eteneminen & yhdessä opiskelu• Tehtävät ja suorituspisteet tms. pelilliset elementit motivaation

lisäämiseksi• Valmis toukokuussa 2013 ja pilotointi koululaisten kanssa

Hiilen kierron havainnollistaminen• Vasta suunnitteilla

alustavasti• Seitsemän hiiliveljestä -

kirjasta idea (Suomen Metsäyhdistys ry)

• Hiilen kierto hankalasti havainnollistettava ilmiö –siihen voisi kehitellä jonkun 3D-mallin jonka avulla asiaa voi havainnollistaa

Kuva: Wikipediahttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Carbon_cycle-cute-diagram-fi.svg

Tervetuloa mukaan!http://sometu.ning.com/group/lisatty-todellisuus

Kiitos mielenkiinnosta!

Ota yhteyttä:joanna.kalalahti@uta.fi

Seuraa blogiani:http://avoimestitutkien.wordpress.com