Digitaalinen oppimisympäristö AR:n avulla

Ylä-Savon ammattiopisto (YSAO) on aktiivinen, laaja-alaista ammatillista peruskoulutusta, lisäkoulutusta ja oppisopimuskoulutusta tarjoava toimija, joka osallistuu myös alueensa kehittämishankkeisiin. YSAO:lla opiskelee lähes 4000 oppilasta ja työskentelee yli 200 henkilöä. Osaamisaloja on kuusi ja toimipisteitä on yhteensä seitsemän kappaletta.

“Digitaalisten välineiden ja oppimisympäristöjen käyttäminen ja tarve ammatillisessa koulutuksessa on kasvussa. Hurja Solutions pystyi hienosti mukautumaan Ylä-Savon ammattiopiston tarpeeseen täysin uudenlaisen digitaalisen oppimisympäristön tuottamiseksi.”

Jani Pitkänen, hankeasiantuntija/opettaja, YSAO

AR-oppiminen osaksi maarakennusalan koulutusta

Ylä-Savon ammattiopiston hallinnoimassa maarakennusalan Infra-ala digittää -hankkeessa haluttiin rikastaa oppimisympäristöjä lisätyllä todellisuudella (Augmented Reality, AR). Kaivinkone-oppimisympäristön tavoitteena oli kehittää uusia ja käytännöllisiä, digitaalisia opetus- ja oppimistapoja kaivinkoneen lähtötarkastukseen. Lisäksi haluttiin tukea oppilaiden henkilökohtaisia opintopolkuja ja yksilöllistä oppimista.

Ohjelmistolta edellytettiin myös hyviä jatkokehitysmahdollisuuksia, ja kaivinkone-toteutuksen jälkeen ratkaisu laajennettiinkin monialaiseksi oppimisjärjestelmäksi. Kehitysprojektissa korostuivat toteutuksen laajennettavuus ja helppokäyttöisyys. Jo projektin alussa oli siis huomioitava, että ratkaisun tuli soveltua eri aloille, ja valittujen teknologioiden täytyy tukea oppimista parhaalla mahdollisella tavalla.

AR ja 3D tuotiin osaksi oppimispolkua

1. Räätälöity web-sovellus
   Itsenäistä opiskelua tukeva virtuaalinen ympäristö, jossa kaivinkoneen käyttöä opiskellaan tietokoneen ja mobiililaitteen web-selaimissa 3D-mallien avulla.
2. Mobiilisovellus Android -käyttöjärjestelmälle
   AR-teknologiaa hyödyntävä oppilaan henkilökohtainen oppimissovellus, jonka voi ladata ilmaiseksi sovelluskaupasta.
   – Oppilas kirjautuu sovellukseen omilla tunnuksillaan.
   – Oppilas käyttää sovellusta osaamisensa testaamiseen kaivinkoneen komponenttien tunnistamisessa ja ajoonlähtötarkastuksessa.
   – Sovellus hakee oikeaan kaivinkoneeseen asetettujen AR-markkereiden paikat palvelimelta. AR-markkerit näkyvät myös oppilaan sovelluksessa ja lisätyn todellisuuden sisältö aukeaa markkeria painamalla.
3. Integraatio ja rajapinnat asiakkaan omaan oppimisalustaan
   Mahdollistaa oppilaan suoritusten tarkastelun oppilaitoksen omassa järjestelmässä jatkokehitystä varten.

Jatkoprojekti laajensi kokonaisuuden monialaiseksi oppimisjärjestelmäksi

Kaivinkone-oppimisympäristön kehittämisen aikana havaittiin tarve jatkoprojektille: digitaalisesta, rikastetusta oppimisympäristöstä innostuneena asiakkaamme halusi laajemman, skaalautuvan oppimisjärjestelmän, joka soveltuu muidenkin alojen käyttöön. YSAOn toiveissa oli toteutus, joka mahdollistaa opettajille 3D- ja AR-oppimateriaalin tuottamisen haluamistaan kohteista.

Useille eri aloille sopiva oppimisjärjestelmä edellytti kaivinkone-oppimisympäristön jatkokehittämistä, räätälöidyn sisällönhallintajärjestelmän laajentamista sekä 3D-editorin tuomista laajan käyttäjäryhmän työkaluksi. Lisäksi tarvittiin mm. helppokäyttöinen mittasovellus, jonka avulla opettajat voivat luoda omia AR-markkereita lisätyn todellisuuden oppimateriaaleja varten.

Opettajille työkalut digitaalisten oppimateriaalien luomiseen

Jatkoprojektin ensimmäisessä vaiheessa kaivinkone-ratkaisua laajennettiin niin, että digitaalisen oppimisympäristön kohteena on kaivinkoneen sijaan traktori. Käytännössä traktori-oppimisympäristö on samanlainen kuin kaivinkoneen:

1. Räätälöity web-sovellus 3D-mallin tarkasteluun
2. AR-teknologiaa hyödyntävä oppilaan mobiilisovellus Android -käyttöjärjestelmälle
3. Integraatio ja rajapinnat asiakkaan omaan oppimisalustaan

Onnistuneen traktori-toteutuksen jälkeen jatkoprojektissa keskityttiin laajentamaan ratkaisua oppimateriaalien sisällönhallinnan osalta siten, että toteutus soveltuu useille eri aloille ja isommalle käyttäjäryhmälle. Lisäksi taustahallintajärjestelmä integroitiin YSAOn käyttäjätunnistusjärjestelmään ja opiskelijoiden suoritusten seurantaa varten It’s learning -oppimisalustaan.

Jatkoprojektin osakokonaisuudet:

1. Räätälöity web-sovellus taustahallintajärjestelmäksi ja digitaalisen oppimateriaalin sisällönhallintaa varten
2. Web-sovellukseen sisältyvä 3D-editori avuksi opettajille 3D-opetusmateriaalien tuottamiseeen
3. Mittasovellus opettajille AR-oppimateriaalien tekoon
4. Integraatiot YSAOn käyttäjätunnistusjärjestelmään ja It’s Learning-oppimisalustaan.
5. Oppilaan mobiilisovelluksen jatkokehitys ja muutokset

Toteutimme sisällönhallinnan YSAOn tarpeisiin räätälöitynä järjestelmänä (web-sovellus), jossa opettajat voivat itsenäisesti luoda digitaalisia 3D- ja AR-oppimisympäristöjä projektissa kehitettyä 3D-editoria hyödyntäen. Rakensimme myös mobiililaitteille tarkoitetun mittasovelluksen, jonka avulla opettajat asettavat markkereita AR-opetusmateriaaliin.

Käytännössä opettaja voi mittasovelluksen avulla ”mitata”, eli asettaa sisällönhallinnassa luotuja markkereita reaalimaailman kohteisiin. Markkereihin liitetty digitaalinen oppimateriaali voi olla kuvia, ääntä, videoita, pdf-dokumentteja tai monivalintatestejä. Opettajan tuottama opetusmateriaali voidaan siis kiinnittää mihin tahansa reaalimaailman kohteeseen tai laitteeseen, ja tarjota opiskelijoille havainnollinen rikastettu oppimisympäristö alasta tai kohteesta riippumatta.

Osien tunnistuksessa ja ajoonlähtötarkastuksissa opiskelija voi tutustua kohteeseen mobiililaitteen AR-sovelluksen avulla, opiskella markkereista avautuvia sisältöjä ja tehdä ajoonlähtötarkastus- ja osientunnistustestejä.

Opiskelijan omissa 3D ja AR -ympäristöissä opettajan asettama digitaalinen oppisisältö aukeaa AR-markkerista. Esimerkiksi osien tunnistuksessa ja ajoonlähtötarkastuksissa opiskelija voi tutustua kohteeseen mobiililaitteen AR-sovelluksen avulla, opiskella markkereista avautuvat sisällöt ja suorittaa lopuksi monivalintatestin. Opiskelijan suoritus tallentuu automaattisesti It’s Learning -oppimisalustalle, jossa opettaja voi seurata opiskelijoiden edistymistä.

Usean erillisen oppimisympäristön tarkastelua varten teimme myös oppilaan mobiilisovellukseen järjestelmän ja sisällönhallinnan laajennuksen edellyttämiä muutoksia ja päivityksiä. Oppilaan mobiilisovellus soveltuu Android- ja iOS-käyttöjärjestelmille ja

Digitaalisuus toi käytännönläheisyyttä, pelillisyyttä ja skaalautuvuutta

Moderni oppimisympäristö ja pelillisyys monipuolistavat oppimiskokemusta ja mahdollistavat uusien, mieleenpainuvien ja aiempaa opettavaisempien sisältöjen tarjoamisen. 

Esimerkiksi kaivinkoneen osien opiskelu web-sovelluksessa 3D-mallien avulla on havainnollisempaa kuin perinteisillä keinoilla. AR-sovelluksen hyödyntäminen osana oppimispolkua helpottaa käytännön työtehtävien omaksumista, ja monipuolinen opiskelumateriaali tukee erilaisten oppijoiden osaamisen kehittymistä. Mobiililaitteille tarkoitettu oppimateriaali on myös helppo ottaa mukaan käytännön harjoituksiin. Oppilas voi opiskella aidossa tilanteessa, oikeiden koneiden ja laitteiden äärellä.

Jatkoprojetissa laajennetun oppimisjärjestelmän avulla opettajat voivat nyt myös tehdä digitaalisia opetuskokonaisuuksia ja tuottaa omille opetusryhmilleen sopivia materiaaleja haluamistaan kohteista milloin vain. YSAOn tarpeisiin räätälöity web-sovellus mahdollistaa halutun kohteen 3D-mallien lataamisen, 3D-ympäristöjen käsittelyn ja AR-sisällön tuottamisen sovellukseen sisältyvien työkalujen ja mittasovelluksen avulla ilman erityistä ohjelmoinnin osaamista.

Monipuolinen opetusmateriaali ja pelillisyys tukevat oppijaa samalla, kun helppokäyttöinen taustahallintajärjestelmä auttaa opettajia seuraamaan ryhmän edistymistä. Havainnollinen oppimisympäristö helpottaa käytännön työtehtävien omaksumista, ja opettajien on helppo hyödyntää digitalisoinnin ja rikastetun oppimateriaalin mahdollisuuksia osana omaa opetustyötä.