Constructing a user experience user experience-based mobile learning environment

Mobile learning, in the past defined as learning with mobile devices, now refers to any type of learning-on-the-go or learning that takes advantage of mobile technologies. This new definition shifted its focus from the mobility of technology to the mobility of the learner (O'Malley and Stanton 2002; Sharples, Arnedillo-Sanchez et al. 2009). Placing emphasis on the mobile learner’s perspective requires studying “how the mobility of learners augmented by personal and public technology can contribute to the process of gaining new knowledge, skills, and experience” (Sharples, Arnedillo-Sanchez et al. 2009). The demands of an increasingly knowledge based society and the advances in mobile phone technology are combining to spur the growth of mobile learning. Around the world, mobile learning is predicted to be the future of online learning, and is slowly entering the mainstream education. However, for mobile learning to attain its full potential, it is essential to develop more advanced technologies that are tailored to the needs of this new learning environment. A research field that allows putting the development of such technologies onto a solid basis is user experience design, which addresses how to improve usability and therefore user acceptance of a system. Although there is no consensus definition of user experience, simply stated it focuses on how a person feels about using a product, system or service. It is generally agreed that user experience adds subjective attributes and social aspects to a space that has previously concerned itself mainly with ease-of-use. In addition, it can include users’ perceptions of usability and system efficiency. Recent advances in mobile and ubiquitous computing technologies further underline the importance of human-computer interaction and user experience (feelings, motivations, and values) with a system. Today, there are plenty of reports on the limitations of mobile technologies for learning (e.g., small screen size, slow connection), but there is a lack of research on user experience with mobile technologies. This dissertation will fill in this gap by a new approach in building a user experience-based mobile learning environment. The optimized user experience we suggest integrates three priorities, namely a) content, by improving the quality of delivered learning materials, b) the teaching and learning process, by enabling live and synchronous learning, and c) the learners themselves, by enabling a timely detection of their emotional state during mobile learning. In detail, the contributions of this thesis are as follows: • A video codec optimized for screencast videos which achieves an unprecedented compression rate while maintaining a very high video quality, and a novel UI layout for video lectures, which together enable truly mobile access to live lectures. • A new approach in HTTP-based multimedia delivery that exploits the characteristics of live lectures in a mobile context and enables a significantly improved user experience for mobile live lectures. • A non-invasive affective learning model based on multi-modal emotion detection with very high recognition rates, which enables real-time emotion detection and subsequent adaption of the learning environment on mobile devices. The technology resulting from the research presented in this thesis is in daily use at the School of Continuing Education of Shanghai Jiaotong University (SOCE), a blended-learning institution with 35.000 students.

Marker-Based Embodied Interaction for Handheld Augmented Reality Games

This article deals with embodied user interfaces for handheld augmented reality games, which consist of both physical and virtual components. We have developed a number of spatial interaction techniques that optically capture the device's movement and orientation relative to a visual marker. Such physical interactions in 3-D space enable manipulative control of mobile games. In addition to acting as a physical controller that recognizes multiple game-dependent gestures, the mobile device augments the camera view with graphical overlays. We describe three game prototypes that use ubiquitous product packaging and other passive media as backgrounds for handheld augmentation. The prototypes can be realized on widely available off-the-shelf hardware and require only minimal setup and infrastructure support.

Assessing Electromyographic Interfaces

Electronic apppliances are increasingly a part of our everyday lives. In particular, mobile devices, with their reduced dimensions with power rivaling desktop computers, have substantially augmented our communication abilities offering instant availability, anywhere, to everyone. These devices have become essential for human communication but also include a more comprehensive tool set to support productivity and leisure applications. However, the many applications commonly available are not adapted to people with special needs. Rather, most popular devices are targeted at teenagers or young adults with excellent eyesight and coordination. What is worse, most of the commonly used assistive control interfaces are not available in a mobile environment where user's position, accommodation and capacities can vary even widely. To try and address people with special needs new approaches and techniques are sorely needed. This paper presents a control interface to allow tetraplegic users to interact with electronic devices. Our method uses myographic information (Electromyography or EMG) collected from residually controlled body areas. User evaluations validate electromyography as a daily wearable interface. In particular our results show that EMG can be used even in mobility contexts.

Autorenwerkzeuge für digitale, multimediale und interaktive Lernbausteine im Web 2.0

Die vorliegende Forschungsarbeit siedelt sich im Dreieck der Erziehungswissenschaften, der Informatik und der Schulpraxis an und besitzt somit einen starken interdisziplinären Charakter. Aus Sicht der Erziehungswissenschaften handelt es sich um ein Forschungsprojekt aus den Bereichen E-Learning und Multimedia Learning und der Fragestellung nach geeigneten Informatiksystemen für die Herstellung und den Austausch von digitalen, multimedialen und interaktiven Lernbausteinen. Dazu wurden zunächst methodisch-didaktische Vorteile digitaler Lerninhalte gegenüber klassischen Medien wie Buch und Papier zusammengetragen und mögliche Potentiale im Zusammenhang mit neuen Web 2.0-Technologien aufgezeigt. Darauf aufbauend wurde für existierende Autorenwerkzeuge zur Herstellung digitaler Lernbausteine und bestehende Austauschplattformen analysiert, inwieweit diese bereits Web 2.0-Technologien unterstützen und nutzen. Aus Sicht der Informatik ergab sich aus der Analyse bestehender Systeme ein Anforderungsprofil für ein neues Autorenwerkzeug und eine neue Austauschplattform für digitale Lernbausteine. Das neue System wurde nach dem Ansatz des Design Science Research in einem iterativen Entwicklungsprozess in Form der Webapplikation LearningApps.org realisiert und stetig mit Lehrpersonen aus der Schulpraxis evaluiert. Bei der Entwicklung kamen aktuelle Web-Technologien zur Anwendung. Das Ergebnis der Forschungsarbeit ist ein produktives Informatiksystem, welches bereits von tausenden Nutzern in verschiedenen Ländern sowohl in Schulen als auch in der Wirtschaft eingesetzt wird. In einer empirischen Studie konnte das mit der Systementwicklung angestrebte Ziel, die Herstellung und den Austausch von digitalen Lernbausteinen zu vereinfachen, bestätigt werden. Aus Sicht der Schulpraxis liefert LearningApps.org einen Beitrag zur Methodenvielfalt und zur Nutzung von ICT im Unterricht. Die Ausrichtung des Werkzeugs auf mobile Endgeräte und 1:1-Computing entspricht dem allgemeinen Trend im Bildungswesen. Durch die Verknüpfung des Werkzeugs mit aktuellen Software-Entwicklungen zur Herstellung von digitalen Schulbüchern werden auch Lehrmittelverlage als Zielgruppe angesprochen.

(Lifelong) learning in your pocket?

Der Beitrag fokussiert die Entwicklung, den Einsatz und die Nutzung von innovativen Technologien zur Unterstützung von Bildungsszenarien in Schule, Hochschule und Weiterbildung. Ausgehend von den verschiedenen Phasen des Corporate Learning, Social Learning, Mobile Learning und Intelligent Learning wird in einem ersten Abschnitt das Nutzungsverhalten von Technologien durch Kinder, Jugendliche und (junge) Erwachsene in Schule, Studium und Lehre betrachtet. Es folgt die Darstellung technologischer Entwicklungen auf Basis des Technology Life Cycle und die Konsequenzen von unterschiedlichen Entwicklungszuständen und Reifegraden von Technologien wie Content Learning Management, sozialen Netzwerken, mobilen Endgeräten, multidimensionalen und -modalen Räumen bis hin zu Anwendungen augmentierter Realität und des Internets der Dinge, Dienste und Daten für den Einsatz und die Nutzung in Bildungsszenarien. Nach der Darstellung von Anforderungen an digitale Technologien hinsichtlich Inhalte, Didaktik und Methodik wie etwa hinsichtlich der Erstellung von Inhalten, deren Wiederverwendung, Digitalisierung und Auffindbarkeit sowie Standards werden methodische Hinweise zur Nutzung digitaler Technologien zur Interaktion von Lernenden, von Lehrenden, sozialer Interaktion, kollaborativem Autorieren, Kommentierung, Evaluation und Begutachtung gegeben. Abschließend werden - differenziert für Schule und Hochschule - Erkenntnisse zu Rahmenbedingungen, Einflussgrößen, hemmenden und fördernden Faktoren sowie Herausförderungen bei der Einführung und nachhaltigen Implementation digitaler Technologien im schulischen Unterricht, in Lehre, Studium und Weiterbildung im Überblick zusammengefasst.

Rahmenwerk für zielgruppenorientiertes Blended E-Learning im MINT-Bereich im Kontext des Lebenslangen Lernens

Das heutige Leben der Menschen ist vom Internet durchdrungen, kaum etwas ist nicht „vernetzt“ oder „elektronisch verfügbar“. Die Welt befindet sich im Wandel, die „Informationsgesellschaft“ konsumiert in Echtzeit Informationen auf mobilen Endgeräten, unabhängig von Zeit und Ort. Dies gilt teilweise auch für den Aus- und Weiterbildungssektor: Unter „E-Learning“ versteht man die elektronische Unterstützung des Lernens. Gelernt wird „online“; Inhalte sind digital verfügbar. Zudem hat sich die Lebenssituation der sogenannten „Digital Natives“, der jungen Individuen in der Informationsgesellschaft, verändert. Sie fordern zeitlich und räumlich flexible Ausbildungssysteme, erwarten von Bildungsinstitutionen umfassende digitale Verfügbarkeit von Informationen und möchten ihr Leben nicht mehr Lehr- und Zeitplänen unterordnen – das Lernen soll zum eigenen Leben passen, lebensbegleitend stattfinden. Neue „Lernszenarien“, z.B. für alleinerziehende Teilzeitstudierende oder Berufstätige, sollen problemlos möglich werden. Dies soll ein von der europäischen Union erarbeitetes Paradigma leisten, das unter dem Terminus „Lebenslanges Lernen“ zusammengefasst ist. Sowohl E-Learning, als auch Lebenslanges Lernen gewinnen an Bedeutung, denn die (deutsche) Wirtschaft thematisiert den „Fachkräftemangel“. Die Nachfrage nach speziell ausgebildeten Ingenieuren im MINT-Bereich soll schnellstmöglich befriedigt, die „Mitarbeiterlücke“ geschlossen werden, um so weiterhin das Wachstum und den Wohlstand zu sichern. Spezielle E-Learning-Lösungen für den MINT-Bereich haben das Potential, eine schnelle sowie flexible Aus- und Weiterbildung für Ingenieure zu bieten, in der Fachwissen bezogen auf konkrete Anforderungen der Industrie vermittelt wird. Momentan gibt es solche Systeme allerdings noch nicht. Wie sehen die Anforderungen im MINT-Bereich an eine solche E-Learning-Anwendung aus? Sie muss neben neuen Technologien vor allem den funktionalen Anforderungen des MINTBereichs, den verschiedenen Zielgruppen (wie z.B. Bildungsinstitutionen, Lerner oder „Digital Natives“, Industrie) und dem Paradigma des Lebenslangen Lernens gerecht werden, d.h. technische und konzeptuelle Anforderungen zusammenführen. Vor diesem Hintergrund legt die vorliegende Arbeit ein Rahmenwerk für die Erstellung einer solchen Lösung vor. Die praktischen Ergebnisse beruhen auf dem Blended E-Learning-System des Projekts „Technische Informatik Online“ (VHN-TIO).

3-D Audio in Mobile Communication Devices: Methods for Mobile Head-Tracking

Future generations of mobile communication devices will serve more and more as multimedia platforms capable of reproducing high quality audio. In order to achieve a 3-D sound perception the reproduction quality of audio via headphones can be significantly increased by applying binaural technology. To be independent of individual head-related transfer functions (HRTFs) and to guarantee a good performance for all listeners, an adaptation of the synthesized sound field to the listener's head movements is required. In this article several methods of head-tracking for mobile communication devices are presented and compared. A system for testing the identified methods is set up and experiments are performed to evaluate the prosand cons of each method. The implementation of such a device in a 3-D audio system is described and applications making use of such a system are identified and discussed.

3-D Audio in Mobile Communication Devices: Effects of Self-Created and External Sounds on Presence in Auditory Virtual Environments

This article describes a series of experiments which were carried out to measure the sense of presence in auditory virtual environments. Within the study a comparison of self-created signals to signals created by the surrounding environment is drawn. Furthermore, it is investigated if the room characteristics of the simulated environment have consequences on the perception of presence during vocalization or when listening to speech. Finally the experiments give information about the influence of background signals on the sense of presence. In the experiments subjects rated the degree of perceived presence in an auditory virtual environment on a perceptual scale. It is described which parameters have the most influence on the perception of presence and which ones are of minor influence. The results show that on the one hand an external speaker has more influence on the sense of presence than an adequate presentation of one’s own voice. On the other hand both room reflections and adequately presented background signals significantly increase the perceived presence in the virtual environment.

Mobile Games for Learning

Today, pupils at the age of 15 have spent their entire life surrounded by and interacting with diverse forms of computers. It is a routine part of their day-to-day life and by now computer-literacy is common at very early age. Over the past five years, technology for teens has become predominantly mobile and ubiquitous within every aspect of their lives. To them, being online is an implicitness. In Germany, 88% of youth aged between 12-19 years own a smartphone and about 20% use the Internet via tablets. Meanwhile, more and more young learners bring their devices into the classroom and pupils increasingly demand for innovative and motivating learning scenarios that strongly respond to their habits of using media. With this development, a shift of paradigm is slowly under way with regard to the use of mobile technology in education. By now, a large body of literature exists, that reports concepts, use-cases and practical studies for effectively using technology in education. Within this field, a steadily growing body of research has developed that especially examines the use of digital games as instructional strategy. The core concern of this thesis is the design of mobile games for learning. The conditions and requirements that are vital in order to make mobile games suitable and effective for learning environments are investigated. The base for exploration is the pattern approach as an established form of templates that provide solutions for recurrent problems. Building on this acknowledged form of exchanging and re-using knowledge, patterns for game design are used to classify the many gameplay rules and mechanisms in existence. This research draws upon pattern descriptions to analyze learning game concepts and to abstract possible relationships between gameplay patterns and learning outcomes. The linkages that surface are the starting bases for a series of game design concepts and their implementations are subsequently evaluated with regard to learning outcomes. The findings and resulting knowledge from this research is made accessible by way of implications and recommendations for future design decisions.