Workshop Projekt EPICSAVE "Kollaboratives Lernen und Erleben in
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Workshop Projekt EPICSAVE
„Kollaboratives Lernen und Erleben in
Mehrbenutzer-Virtual Reality für die berufliche Bildung“
Prof. Dr. Jonas Schild1, Dieter Lerner2
1HochschuleHannover/HS Bonn-Rhein-Sieg,
2Fraunhofer IESE Kaiserslautern
eQualification 2018, Di 06.03.2018 – 10:30-12:30 Uhr
Kollaboratives Lernen und Erleben in Mehrbenutzer-Virtual Reality für die 2
berufliche Bildung
• Kollaboratives Lernen und Erleben
‐ Interaktive, virtuelle Lernorte
• Mehrbenutzer-Virtual Reality
‐ Parametrisierbare Situationen
‐ Kognitive und emotionale Eindrücke
‐ Gemeinsam dynamisch beobachten,
explorieren, erleben ‐ Vernetzte, interaktive Systeme
‐ Soziale Präsenz
• Für die berufliche Bildung
‐ Beispiel Notfallsanitätertraining
‐ Trainer, Trainees, andere Akteure
‐ Evaluation in der Bildungspraxis
eQualification 2018 Workshop - www.epicsave.de 06.03.2018
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Ablauf des Workshops
10:30 Einleitung und Vorstellung
10:40 Impulsvortrag zum Projekt EPICSAVE: Inhalte, Technologie, Didaktik
11:00 Praktische Veranschaulichung
1. Vorführung Handlungssequenz
2. Probierphase für die Teilnehmer
11:30 Praxisarbeit in den Gruppen – 3 Themenblöcke
1. Didaktik (Dieter Lerner, Fraunhofer IESE; Andreas Franke, Akademie für Notfallmedizin)
2. Technik (Markus Herkersdorf, TriCAT; Jonas Schild, HS Hannover/BRS)
3. Anwendungszenarien (Thomas Luiz, Fraunhofer IESE; Johannes Pranghofer, Malteser)
12:00 Präsentation der Gruppenergebnisse, anschließende Diskussion und Austausch
12:30 Ende des Workshops
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Das Projekt EPICSAVE @ Learntec 2018: Halle 1 / F50 TriCAT
Enhanced ParamedIC vocational training with Serious games And Virtual Environments
• Ziel: Trainingssystem für angehende
Notfallsanitäter
‐ Seltene Notfälle in der Ausbildung
‐ Virtual reality & Serious games
• Fördergeber: BMBF/EU, Digitale Medien in der
Beruflichen Bildung, DIMEBB 2
• Laufzeit März 2016 - Februar 2019
• Budget 1.98 Mio € / 1.68 Mio € gefördert
• www.epicsave.de
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Iteratives Projekt & interdisziplinäres Konsortium
• Prof. Dr. Jonas Schild
(HS Bonn-Rhein-Sieg)
• PD Dr. Thomas Luiz,
Dieter Lerner
(Fraunhofer IESE)
• Markus Herkersdorf
(TriCAT)
• Johannes Pranghofer
(Malteser)
• Andreas Franke
(Akademie für
Notfallmedizin)
• Prof. Dr. Jonas Schild,
Leonard Flock
(HS Hannover)
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Zeitverlauf
Zielgruppenanalyse, Evaluierung Evaluierung
Vorarbeiten, Konzeption des 1. Prototypen des 2. Prototypen
2016 2019
Entwicklung 1. Prototyp Entwicklung 2. Prototyp
(Erwachsener, VR-Simulation) (Kinderszenario, VR-Serious Game)
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1
Kollaboratives Lernen und Erleben in Mehrbenutzer-
Virtual Reality für die berufliche Bildung
1. Notfalltraining EPICSAVE: Inhalte und Technologie
2. Didaktisches Konzept und Evaluierung
Jonas Schild, HS Hannover / HS Bonn-Rhein-Sieg
Dieter Lerner, Fraunhofer IESE, Kaiserslautern
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Virtueller Patient
• Verhalten, Vitalparameter & • Behandlungsmaßnahmen durch
Symptomausprägungen Trainees
‐ Nervosität ‐ Anlegen eines Pulsoximeters
‐ Bewusstseinszustand ‐ Pulstastung an Halsschlagader +
‐ 8 verschiedene EKG-Bilder Handgelenk
‐ Pulsfrequenz, Sauerstoffsättigung ‐ Anlegen einer Blutdruckmanschette
‐ Blutdruck (systolisch + diastolisch) ‐ Temperaturmessung (Ohrthermometer)
‐ Körpertemperatur, Blutzucker ‐ Messung des Blutzuckers
‐ Atemfrequenz und –tiefe (Blutzuckermessgerät)
‐ Anlegen eines 3-Kanal-EKG
‐ Stridor (Ein- und Ausatmung)
‐ Mundrauminspektion
‐ Augenschwellung, Urtikaria, Zyanose
‐ Lageänderung (Sitzen/Liegen)
• Durch Trainer-Presets ‐ Anlegen und Dosierung einer NaCl-
wählbar/dynamisch anpassbar Infusion
‐ Sauerstoffgabe
• > 50 Interaktionsitems & Medikamente ‐ Medikamenteninjektion (Spritzen)
‐ Modultaschensystem ‐ Entkleiden (Oberkörper + Unterkörper)
‐ Menüsteuerung ‐ Auskultation beider Lungenflügel / des
‐ Kombinierbarkeit Herzes
‐ Kollaboration
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Interaktion
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Trainingsumgebung
• Rettungshalle/Behandlungsraum
‐ Tutorial
‐ Lernen der Steuerung und Interaktionsmöglichkeiten
‐ Vertrautmachen mit Interaktionsgegenständen und virtuellen Avataren
(Patient & Co-Spieler)
• Konkrete Szenarien (z.B. Park)
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Mehrbenutzer-Betrieb
• Offline & Online (Server-/Client-Architektur)
• n Trainees (VR)
‐ Kollaboratives Arbeiten in einer synchronisierten
physikalischen Play Area und/oder über das Internet
durch TriCAT-Spaces-System
• 1 Trainer (Desktop)
‐ Leitung des Trainings über Desktop-PC mithilfe eines
angepassten Trainer-Interfaces
‐ Live-Sicht auf die Ego-Perspektive der Trainees
‐ Logging-System
◦ Protokollierung
◦ Debriefing
‐ Kommunikation mit Trainees über Headset
• n Beobachter / andere Akteure
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Technologie für Mehrbenutzer Virtual Reality
Inventar-Systeme zur Unterstützung von Team-Prozessen
Soziale Interaktion mit VR Eye Tracking Wegner, K., Seele, S., Buhler, H., Misztal, S., Herpers, R. & Schild, J. Comparison of two Inventory Design
Seele, S., Misztal, S., Buhler, H., Herpers, R., Schild, J. Here's looking Concepts in a Collaborative Virtual Reality Serious Game. ACM SIGCHI Annual Symposium on Computer-
at you anyway! How important is realistic gaze behavior in co- human Interaction in Play (CHI PLAY) 2017.
located social virtual reality games? ACM SIGCHI Annual
Symposium on Computer-human Interaction in Play - 2017
Visualisierung von Körperposen,
VR Konzeption und Sickness Reduktion vernetzt und in Echtzeit
Schild, J., Lerner, D., Misztal, S., Luiz, T. EPICSAVE – Enhancing
Vocational Training for Paramedics with Multi-user Virtual Reality. Schild, J., Misztal, S., Roth, B., Flock, L., Luiz, T., Lerner, L.,
Proc. of the International Conference on Serious Games and Herkersdorf, M., Wegner, K., Neuberger, M., Franke, A.,
Applications for Health (SeGAH 2018), IEEE, 2018 (accepted). Kemp, C., Pranghofer, J., Seele, S., Buhler, H., Herpers, R.
Applying Multi-user Virtual Reality to Collaborative
Buhler, H., Misztal, S., Schild, J. Reducing VR Sickness through Medical Training. In Proc. of IEEE Virtual Reality 2018
Peripheral Visual Effects. In Proc. of IEEE Virtual Reality 2018 (accepted)
(accepted).
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Körperpräsenz durch Inverse Kinematik
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Räumliche Spielmechaniken und Feedback-Systeme
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Kontext-Wechsel: Medikamentenwirkung als Erlebnis
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Kollaboratives Lernen und Erleben in Mehrbenutzer-
Virtual Reality für die berufliche Bildung
1. Notfalltraining EPICSAVE: Inhalte und Technologie
2. Didaktisches Konzept und Evaluierung
Jonas Schild, HS Hannover / HS Bonn-Rhein-Sieg
Dieter Lerner, Fraunhofer IESE, Kaiserslautern18
Überblick über die Phasen der didaktischen Arbeit
Analysephase Konzeptionsphase
Rahmenbedingungen Didaktisches Design
Mediennutzung Technologiefeatures
Zielgruppen Szenarien Entwicklung
Mediengestütztes
Lernangebot
Rahmenmodell Methoden-Technologie-
Evaluationsdesign Konfiguration
Bildungspraxis iteratives
Projektmanagement
Evaluationsphase Implementierungsphase
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Analyse der Rahmenbedingungen
berufliche Handlungskompetenz Handlungsunsicherheit bei seltenen Notfällen
Lernfeldansatz und Handlungsorientierung Exemplarisch: Schwere Anaphylaxie
Teamarbeit in dynamischen Kontexten beim Erwachsenen und Kind
Notfallsanitäterausbildung Bildungsproblem
Ohder 2014; Urban et al. 2013; Salas Mediengestütztes Simons et al. 2015; Sclar u.
et al. 2005; Hagemann 2016. Lieberman 2014; Carrillo et al. 2016
Lernangebot
VR-Simulationsumgebung bisherige Medien
als ergänzende Methoden-Medien-Konfiguration begrenzte Möglichkeiten der realitätsnahen
im curricularen Kontext Simulation komplexer und pathophysiologisch
variable Trainingsszenarien dynamischer Notfälle
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Die schwere allergische Reaktion (Anaphylaxie)
Veränderungen
des Bewusstseins
• Unvorhersehbare Dynamik, insbesondere
bei früher Präsentation eines „bunten“
Verengung
klinischen Bildes (Simsons et al. 2015)
der oberen und
Blutdruckabfall
unteren • Häufig kombinierte Störung mehrerer
Atemwege Anstieg der
Herzfrequenz Vitalfunktionen (Rea et al. 2004).
Störungen • Mit 25-35 % hoher Anteil an Kleinkindern
im Magen-
Darmtrakt
• Unzureichende theoretische Kenntnisse
Haut- (Jacobsen et al. 2012)
Veränderungen
am ganzen Körper • Geringe reale Einsatzerfahrung : 0,2 %
aller RD-Einsätze (Capps JA et al. 2010)
• Unter-/Fehltherapie, bes. bei Kindern
(Carillo E et 2016; Chung T et al. 2014)
eQualification 2018 Workshop - www.epicsave.de 06.03.2018Das mediengestützte Lernangebot im Kontext des „Related Work“
EPICSAVE – Prototyp 1 Fachdidaktische Perspektive:
• Virtual Patient (Consorti et al. 2012; Talbot et al. 2012,
„facilitated, Kononowicz et al. 2015)
• Trainergestütztes, simulationsbasiertes Training (Gaba 2004)
non-haptic, • Kollaboratives Lernen im Kontext der Trainingsentwicklung
entsprechender Team-Workflow-Pattern bei HRT (Correia et al.
multi-user, immersive 2016; Hagemann 2016).
Mediendidaktische Perspektive:
3D Virtual Simulation
• Educational Virtual Environment; Virtual Learning Environment;
Virtual Simulation Environment (Mikropoulos u. Natsis 2011, S.
Training Environment“ 770; McGrath et al. 2017, S. 1).
• Präsenzerleben (Slater u. Wilbur 1997, Schubert 2003)
+
• Unique Affordance Approach (Clark 2014, S. 847)
Virtual Patient • Methoden-Medienkonfigurationen, Lernarrangements (Schwabe
2012, Kerres 2013)
(Virtual Patient Game) • Virtuelle Trainingswelt (Schwan u. Buder 2002, S. 117), Virtuelle
3D-Räume (Dawabi 2012)
eQualification 2018 Workshop - www.epicsave.de 06.03.2018Rahmenmodell des Lernens in VR-Umgebungen 22
Medienfaktoren
• Plastizität Medienwirkungen
• Darstellungsgenauigkeit • Präsenzerleben (räumliches, soziales)
• Interaktivität • Transportation
• Inhaltsfaktoren
Mediennutzung Lernende Kognitive u. affektive Prozesse Lernprozesse
(Interactive Experience) (Learning Experience) Lernergebnisse
• User-Experience • Cognitive engagement/Involvement • Wahrgenommene
Merkmale Lernende
• Usability • Suspension of disbelief (Rezeptionshaltung) Lerneffektivität
• Cyber Sickness • Motivation / Emotion • Potentiale eines
Lerntransfers
Variablen des didaktischen Designs
u. a. das methodisches Arrangement: Prebriefing – Simulation -
Debriefing
Rahmenbedingungen – Bildungspraxis
eQualification 2018 Workshop - www.epicsave.de 06.03.201823
Konzeption: Didaktisches Design und Technologiefeatures
Lehrziele Kompetenz- Technologiepotentiale
kategorien
…Leitsymptome Virtueller Patient mit dynamischer
richtig Clinical visueller u. auditiver
diagnostizieren… Reasoning Repräsentation klinischer
Symptome in Echtzeit
…die richtigen Diagnostisches und
Maßnahmen Procedural therapeutisches Inventar
ergreifen… Reasoning ABCDE-Struktur
…im Team gut Repräsentation der Teampartner
zusammen als Avatare (First-Person-
arbeiten… Crew Ressource Perspektive)
Management Räumliche Navigation, „natürliche
Interaktion“, Kommunikation und
Kollaboration
Talbot et al. 2012; Kononowicz et al. 2015; Heinrichs et al. 2018
eQualification 2018 Workshop - www.epicsave.de 06.03.201824
Implementierung: Methodisches Arrangement
Methodisches Arrangement des simulationsbasierten Lernens
Briefing Simulationsphase Debriefing
• Lernziele, Aufgabenstellung, • Kollaboratives Problemlösen • Reflektion (double-loop learning)
Unterrichtskontext • Nutzung technologischer • Feedback (closing performance
• Lernförderliches Klima Ressourcen (Inventar, gaps)
• Eingewöhnungszeit in der Interaktionsmöglichkeiten) • Third-Person-Perspektive
virtuellen Lernumgebung • Beobachtung durch Trainer
Gaba 2004; Talbot et al. 2012; Kononowicz et al. 2015; Heinrichs et al. 2018
eQualification 2018 Workshop - www.epicsave.de 06.03.201825
Evaluation: Eingruppen Prä- und Posttest-Design
Pretest t0 Intervention Posttest t1
• Vorwissen • Eingewöhnungsphase • Präsenzerleben
• Selbstwirksamkeits- ca. 30 Minuten • Usability
erleben • Trainingshase • User-Experience
• aktuelle ca. 30 Minuten • Erlebte Symptome
Motivation • Debriefingphase (Cyber Sickness)
• vorbestehende ca. 15 Minuten • deklaratives und
Symptome prozedurales Wissen
(Cyber Sickness) • Selbstwirksamkeits-
erleben
• aktuelle
Instrumente: Guay et al. 2000; Behr et al. 2015; Schwarzer u. Jerusalem
Motivation
1999; Schubert 2003; Kennedy et al. 1993; Brooke 1986; Ritzmann et
al. 2014; Ijsselsteijn et al. 2013, Mayring 2015; Bortz u. Schuster 2010, • Einschätzung des
Tachtsoglou u. König 2017. Trainings Outcome und
Trainings Designs
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Fokus der formativen Evaluation: Usability und Lernen
Grundannahmen Rahmenmodell des Lernens in VR-Umgebungen
• Die Medienfaktoren haben
verschiedene Medienwirkungen.
• Die wahrgenommene Lerneffektivität
(Lernergebnisse) wird wesentlich durch
das methodische Arrangement
beeinflusst.
Hypothesen
• H1: Die Interactive Experience
(Usability) korreliert mit der Learning
Experience (Präsenzerleben).
Literatur: Schild, Lerner, Misztal u. Luiz 2018 Literatur: Slater u. Wilbur 1997; Salzman et al. 1999; Dalgarno u. Lee
2010; Lee et al. 2010; de Freitas et al. 2010; Flower 2015;
eQualification 2018 Workshop - www.epicsave.de 06.03.201827
Präsenzerleben und Usability
• Hohes Präsenzerleben Räumliches
Involviert Realitäts-
‐ „…was mir als erstes in den Kopf schießt ist Präsenz Präsenz-
sein grad
erleben
eigentlich der Gedanke daran, dass man
MINUTEN eigentlich so tief in dem Szenario drin Sample G1 SP INV REAL
war, was KEIN ANDERES Medium bis jetzt so M EPICSAVE 5,04 4,45 3,45 3,16
hinbekommen hat…“ M Tomb Raider1 3,00 3,06 2,40 1,92
‐ „dass man doch tatsächlich genau wie im echten M Half-Life1 3,03 3,99 3,27 2,34
1Desktop basierte Computerspiele http://www.igroup.org/pq/ipq/data.php
Leben so ein Stück weit ins Schwitzen kommt,
weil man eben auch diese wahrheitsgetreuen …
Details am Patenten sieht“
• Usability auf gutem Prototypenniveau
‐ System Usability Scale, M=63,95 (SD 12,7)
‐ Prototypenstatus
‐ Akustik, Kabel, Optik
Bangor, A.; Kortum P.; Miller, J. (2009): Determining What Individual SUS Scores Mean: Adding an
Adjective Rating Scale. In: Journal of Usability Studies 2009; 4 (3), S. 114–123.
eQualification 2018 Workshop - www.epicsave.de 06.03.2018Kollaboratives Lernen und Erleben in Mehrbenutzer-Virtual Reality 28
für die berufliche Bildung
• Training von kollaborativen, dynamischen Prozessen
‐ Simulation von visuellen/auditiven Reizen, z.B. an Risiko-
Lernorten
‐ Parametrisierbare Situationen simulieren seltene,
schwerwiegende Ereignisse
• Epicsave Notfallsanitätertraining
‐ Immersive Didaktik / simulationsbasiertes VR-Trainings
‐ Exploratives, problembasiertes und kollaboratives Lernen
• Erste Einschätzung:
‐ Nützliches, motivierendes Training
‐ Hohe Präsenzwirkung, Faktor Usability
‐ Einbindung von AusbilderInnen
• Technologie
‐ Soziale, vernetzte VR
‐ Potential Serious Games
‐ Herausforderung Integration Berufspraxis
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