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Virtual Reality (VR) ist eine Technologie, die Bildungszwecke unterstützen kann. Die Lernenden können räumliche Informationen interaktiv in einer virtuellen Welt erkunden. Die Anwendung von VR für Bildungszwecke ist jedoch mit Herausforderungen verbunden. Zum Beispiel sind VR-Inhalte und -Systeme komplex, und ihre Erstellung kann vorwiegend von Experten in VR und verwandten Bereichen durchgeführt werden. Das übergeordnete Thema dieser Arbeit ist die Erforschung von Software-Werkzeugen, die nicht-VR-Experten bei der Erstellung und Anwendung unterstützen. Diese Arbeit stellt das Konzept der ‘VR Nuggets’ vor – kleine VR-Systeme, die prägnante VR-Erlebnisse für Bildungszwecke auf der Basis von High-Level-Anwendungsmustern vermitteln. Der Begriff ‘prägnant’ wird innerhalb dieser Arbeit verwendet, um eine vergleichsweise kurze Dauer der VR-Erfahrungen in Bezug auf die gesamte Lernerfahrung zu beschreiben. Die Grundidee ist inspiriert von E-Learning Konzepten, die den Inhalt eines Kurses in mehrere elementare und in sich abgeschlossene ‘Learning Nuggets’ strukturiert. Diese Arbeit präsentiert damit den ersten VR-Authoring-Ansatz, der die VR-Nutzung in prägnanten und wohldefinierten Anwendungsfällen innerhalb größerer Bildungskontexte fördert. Eigenständige, kombinierbare und wiederverwendbare VR-Software wird zur Verfügung gestellt und ein strukturierter, anwendungsmusterbasierter Ansatz wird beschrieben, der auf der Metaebene als Orientierung für verschiedene VR-Anwendungen dient. Diese Authoring-Konzepte werden in zwei Software-Werkzeugen angewendet. Bei den Werkzeugen handelt es sich um Varianten, die Autoren unterschiedliche Benutzeroberflächen für einen VR-Nugget-basierten Authoring-Ansatz zur Verfügung stellen. Neben der Autorentätigkeit werden VR Nuggets genutzt, um die Verwendung von prägnanten VR-Erlebnissen für Bildungszwecke in einem gemeinsamen räumlichen Umfeld zu untersuchen. Es werden Software-Werkzeuge erforscht, die asymmetrische VR-Setups einbeziehen und Blickvisualisierungen und Offboarding-Übergangstechniken innerhalb asymmetrischer Umgebungen vorgeschlagen, die Lehrenden helfen können. Die VR Werkzeuge und Konzepte werden im Rahmen von sieben Nutzerstudien evaluiert. Mit Hilfe von Domänenexperten wurden 25 geeignete Anwendungsmuster identifiziert. Basierend auf den Studienergebnissen, die verschiedene Maße wie Usability und hedonische Qualität verwenden, unterstützen sowohl anekdotische Evidenz als auch statistisch signifikante Ergebnisse das Potenzial der vorgeschlagenen Autorenkonzepte. Es werden Erkenntnisse genannt, Richtlinien formuliert und gelernte Lektionen aus der Entwicklung und den Studien beschrieben. Insbesondere werden Erkenntnisse zur Entwicklung von wiederverwendbaren und domänenspezifischen VR-Inhalten und Werkzeugen beigetragen und Autorenprozesse vorgeschlagen, die sich auf die Aufgaben und Ziele von Domänenexperten als primäre Autorenrolle innerhalb der VR-Entwicklung konzentrieren. Schließlich wird die Relevanz von VR-Nugget-basiertem Authoring durch anekdotische Evidenz aus der Anwendung in drei Bildungseinrichtungen und einem Unternehmen, das Bildungsdienstleistungen anbietet, unterstützt.
Virtual Reality (VR) is a technology that can support educational purposes. Educators can provide spatial information for learners. Learners can explore the informationinteractively within a virtual world. However, the application of VR for teaching involveschallenges that prevent VR from being used more widely. For example, VR content andsystems are complex, and their creation can mainly be conducted by experts in VR andrelated areas. That makes the use of VR challenging for experts from other domains, suchas educators.This thesis’s overall topic is the exploration of software tools that can support practi-tioners who are not experts in the authoring and the application of VR experiences. Weintroduce the concept ofVR nuggets– small VR systems that convey concise educationalVR experiences based on high-level design patterns from an educator’s perspective. Weuse the term ‘concise’ within this thesis to describe a comparatively short duration ofthe VR experiences with respect to the overall learning experience. The basic idea isinspired from concepts of the educational domain, where a course’s content is structuredinto multiple elementary and self-contained ‘learning nuggets’. Regarding the VR nuggets’pattern aspect, we propose creating the concise educational VR experiences based ondesign patterns from the educational domain. We present the first VR authoring approachthat encourages VR usage in concise and well-defined use-cases within larger educationalcontexts. We provide standalone, combinable, and reusable VR software and describea structured, pattern-based approach that serves as a meta-level guide for various VRapplications. We apply these authoring concepts in two software tools. The tools arevariants that provide authors with different user interfaces to a VR nugget-based authoringapproach.Besides authoring, we utilize VR nuggets to explore the usage of concise VR experiencesfor educational purposes within co-located settings. We explore additional software toolsthat incorporate asymmetric VR setups and propose functionalities that can help educatorsin such settings, such as view visualizations and offboarding transitioning techniques withinasymmetric environments.We evaluate our VR tools and concepts within seven user studies. With the aid ofdomain experts, we identified 25 suitable educational design patterns. Based on the studyresults using measures such as usability and hedonic quality, both anecdotal evidence andstatistically significant results support our proposed authoring concepts’ potential for VRauthoring conducted by practitioners who are not experts in VR. We state findings andformulateguidelinesandlessonslearnedfromthedevelopmentandthestudies. Particularly,we contribute insights in developing reusable and use-case-specific VR content and toolsand propose authoring processes that focus on the tasks and goals of domain experts asthe primary authoring role within educational VR development. Finally, the relevance ofVR-nugget-based authoring is supported by anecdotal evidence from applying it withinthree educational institutions and a company providing education services. |