Auf Basis der erlernten Kozepte in der IoT Vorlesung und dem durchlaufenen Problemanalyseprozess wurde im Rahmen eines zweitägigen Hackathons ein erster Prototyp entwickelt. Dieser Prototyp deckt alle Corefunktionalitäten ab.
Der Prototyp berücksichtigt sowohl die Sicht des Dozenten, welcher auf Fragen anhand eines Dashboards und durch Lichtsignale aufmerksam gemacht wird, als auch die Sicht eines Studenten vor Ort und online.
Dafür wurde folgende Hardware implementiert:
- 2x Raspberry Pi4
- 1x Raspberry Pi Kamera
- 1x Philipps Hue Starterset (Bridge, 2 Smart Lights)
- 1x Ultraschallsensor
- Diverse Kabel und Verbinder
Zusätzlich wurde folgende Software benötigt:
- IFTTT Premium Account
- Google Sheets Account
- Python IDE
- Raspbian als Betriebssystem für die Pi's
Bei der Entwicklung wurde in zwei Gruppen vorgegangen. Während sich die eine Gruppe mit der Ansicht des Dozenten beschäftigte, untersuchte die andere Gruppe die Möglichkeiten der Studentenansicht. Nach der Fertigstellung der beiden Ansichten wurde gemeinsam an der Umsetzung der benötigten Regeln und Prozesse innerhalb von IFTTT gearbeitet.
Dozentenansicht
Der Dozent erhält eine Lampe, welche rot aufleutet, sobal ein Student eine Frage durch das Heben der Hand signalisiert. Bewegt sich der Dozent auf sein Dashboard zu um zu lesen wer eine Frage hat und wo sich diese Person gerade befindet (Online oder Gruppenarbeitsraum) erkennt ein Sensor dass der Dozent die Frage erkannt hat. Daraufhin wird das Lichtsignal wieder auf grün gesetzt und das Dashboard, welches online zur Verfügung steht geupdatet.
Für die Umsetzung wurde zunächst der Raspberry Pi 4 eingerichtet. Es wurde anschließend ein Python Skript (professor_view.py) entwickelt, welches das Daraufzugehen des Dozenten erkennt. Dies wird mittels Ultraschallesensor erreicht, welcher bis zu einem gewissen Schwellenwert erkennt, ob sich eine Person vor dem Display befindet oder nicht. Wird der Professor vor dem Bildschirm erkannt und es gibt eine offene Frage, wird das Dashboard geupdatet, sodass für die Remote Studis erkennbar ist, dass die Notwendigkeit zur Klärung einer Frage erkannt wurde. Durch das Skript werden ebenfalls die Lampen wieder auf grün gesetzt, sobald der Dozent die Frage auf dem Dashboard erkannt hat.
Der Raspberry Pi 4 dient ebenfalls für die Darstellung des Dashboards.
**Studentenansicht**
Auf der Seite der Studenten wird zwischen Studenten vor Ort in Gruppenarbeitsräumen und Studenten in einer Online Konferenz unterschieden. Der Prototyp kombiniert alle drei Ansichten und ermöglicht eine strukturierte Abarbeitung der offenen Fragen im hybriden Unterricht.
Bei den Studenten Online wird in der Konferenz oder in Online Gruppenarbeitsräumen das Heben der Hand durch die Kamera im Laptop erkannt. Für den vorliegenden Prototypen wurde dies durch einen in der Hand befindlichen QR Code simuliert, welcher durch die Kamera des Laptops des Studenten erkannt und gelesen wird. Aufgrund der im QR Code gespeicherten Informationen wird über einen Webhook ein Eintrag im Dashboard des Dozenten gemacht und die Lichtsignale entsprechend gesteuert. Die Remote Studenten haben dann die Möglichkeit über das Online Dashboard zu sehen ob der Dozent die Frage bereits wahrgenommen hat oder nicht.
Da die Studenten vor Ort oftmals ebenfalls in verschiedenen Gruppenarbeitsräumen verteilt sind wurde eine Lösung entwickelt, mit welcher auch diese die Möglichkeit haben dem Dozenten zu signalisieren, dass eine Frage besteht. Hierfür wurde ein Raspberry Pi 4 mit einer Kamera ausgestattet, welcher ebenfalls das Handheben der Studenten erkennen kann. Für den Prototypen wurde auch dies durch einen QR Code, welcher einen Webhook beinhaltet, ausgelöst. Auf der Raspberry Pi läuft hierzu ein Skript, welches die Funktionalität eines QR Code Readers darstellt (iot_onsite_student.py). Da die Studenten in den verteilten Gruppenarbeitsräumen unter Umständen keine Möglichkeit haben auf ein Dashboard zuzugreifen, wird hier ebenfalls auf eine Lampe zurückgegriffen, welche beim Stellen einer Frage zunächst rot wird und beim Erkennen der Frage durch den Dozenten durch ein grünes Licht signalisiert, dass die Frage gesehen wurde.
**Übersicht des gesamten Aufbaus des Prototypen**
Im nachfolgenden Bild wird eine Übersicht des gesamten Versuchsaufbaus dargestellt, welche alle drei Anwendungsfälle (Dozent, Student vor Ort und Student online) abdeckt.
**IFTTT und Webhooks** Die bereits erwähnten Webhooks dienen zum Auslösen und Steuern verschiedener Aktionen auf der Platform IFTTT, welches wiederum die Lichter und das Dashboard steuert. Für diese Steuerung wurden insgesamt drei Regeln / Routinen erstellt.
Die erste Routine sorgt dafür, dass durch den ausgelösten Webhook des online Studenten ein Eintrag im Dashboard mit allen notwendigen Informationen gemacht wird. Zusätzlich wird die Lampe des Dozenten auf rot gestellt um zu signalisieren, dass eine neue Frage besteht.
IFTTT