Constructing a user experience-based mobile learning environment : problems and solutions

Shen, Ruimin

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 despite existing research there is still a lack of up-to-date 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. II - 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.

Mobiles Lernen („mobile learning”) bedeutet heutzutage nicht mehr nur Lernen unter Verwendung von mobilen Geräten, sondern beinhaltet jede Art von Lernen jederzeit und überall, unterstützt durch mobile Technologie. Nicht mehr die mobile Technologie, sondern die Mobilität des Lernenden steht in dieser neuen Definition im Vordergrund (O'Malley and Stanton 2002; Sharples, Arnedillo-Sanchez et al. 2009). Diese Betonung des mobilen Lernenden erfordert es zu untersuchen, wie die Mobilität ebendieser Lernenden, deren Fähigkeiten durch persönliche und öffentliche Technologie erweitert werden, beitragen kann zu den Lernprozessen durch die neues Wissen, Fähigkeiten und Erfahrungen gewonnen wird (Sharples, Arnedillo-Sanchez et al. 2009). Die Kombination der Bedürfnisse der Wissensgesellschaft und der Fortschritte in der Mobiltelefontechnologie haben zu einer beeindruckenden Zunahme im Bereich des mobilen Lernen geführt. Weltweit wird mobiles Lernen als die Zukunft des digitalen Lernens gesehen, und bereits jetzt wird mobiles Lernen für immer mehr Lernende zum Alltag. Dennoch, um das vollständige Potential des mobilen Lernens auszuschöpfen, ist es erforderlich neue Technologie zu entwickeln, die besser an die Erfordernisse dieser neuartigen Lernumgebung angepasst ist als die bestehende. Eine solide Grundlage für solche Arbeit bietet das wissenschaftliche Gebiet des „user experience design“, welches die Verbesserung der Brauchbarkeit („usability“) und daraus folgend die Verbesserung der Akzeptanz von Systemen zum Thema hat. Zwar gibt es bezüglich der genauen Definition keinen Konsens, aber vereinfacht gesagt bezieht es sich darauf, wie ein Benutzer sich fühlt während er ein Produkt, ein System oder einen Dienst verwendet. Einigkeit herrscht darüber, dass „user experience design“ subjektive und soziale Aspekte einem Bereich hinzufügt, der sich bisher vor allem auf Einfachheit in der Benutzung bezog. Zudem kann der Begriff die Wahrnehmung des Benutzers bezüglich Brauchbarkeit und Effizient des Systems beinhalten. Jüngste Fortschritte in mobilen und ubiquitären Technologien zeugen weiterhin von der Wichtigkeit der Untersuchung der Mensch-Maschine Interaktion und den Erfahrungen eines Benutzers die sich aus der Interaktion mit der Maschine ergeben (inklusive Empfindungen, Motivationen, und Werten). Heutzutage gibt es eine Vielzahl von Publikationen die sich mit den Einschränkungen befassen, die sich aus dem Einsatz mobiler Technologie ergeben (zum Beispiel die kleine Größe der Bildschirme und langsame Datenverbindungen). Jedoch gibt es weiterhin einen Mangel an aktueller Forschung die sich mit „user experience“ mit mobilen Technologien befasst. Diese Dissertation trägt dazu bei, diese Lücke zu schließen, indem ein neuer Ansatz für ein mobiles Lernsystem vorgestellt wird, der auf „user experience“ basiert. Die verbesserte Benutzerführung die vorgestellt wird, beinhaltet drei Dimensionen, nämlich a) die inhaltliche Dimension, durch eine Verbesserung der Bereitstellung der Inhalte, b) des Lehr- und Lernprozesses, durch die Ermöglichung von live und IV synchronem Lernen, und c) des Lernenden selber, durch die Erfassung und Erkennung ihrer emotionalen Zustände. Im Detail sind die Beiträge dieser Schrift die folgenden: - Ein Videokompressionsalgorithmus der optimiert ist auf Videos wie sie im Unterrichten auftreten. Dieser Algorithmus erlaubt bisher nicht erreichte Kompressionsraten, bei einer gleichzeitig sehr hohen Bildqualität. Diese Videos werden zudem in einer neuartigen Benutzeroberfläche dargestellt, so dass wirklicher mobiler Zugang zu Vorlesungen möglich wird. - Eine neuartige, auf HTTP basierende Übertragungsmethode für Multimediadaten, die die Eigenschaften von Livevorlesungen im mobilen Kontext ausnutzt und signifikante Verbesserungen des „user experience“ im mobilen Lernen ermöglicht. - Ein nicht-invasives affektives Model basierend auf multimodaler Emotionserkennung, mit sehr hohen Erkennungsraten, welches die Echtzeiterkennung von Emotionen ermöglicht, und daraufhin die Anpassung der mobilen Lernumgebung. Die Technologie die in dieser Arbeit vorgestellt wird, wurde implementiert und ist im täglichen Einsatz unter den 35.000 Studierenden der Fernuniversität der Shanghai Jiaotong Universität.

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Shen, Ruimin: Constructing a user experience-based mobile learning environment. problems and solutions. Hagen 2012. FernUniversität in Hagen.

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