Bild des Monats: Digital in die Lehre eintauchen Aus dem Institut für Fachdidaktik der Naturwissenschaften
Digitale Vorlesungen, Screencasts, gemeinsames Arbeiten am virtuellen Whiteboard, Feedback der Studierenden über den Chat – das Sommersemester an der TU Braunschweig ist anders. Lehrende und Lernende nutzen neue digitale Tools, um Lehrveranstaltungen trotz der Distanz möglich zu machen. Mit Augmented und Virtual Reality-Brillen – zu sehen in unserem Bild des Monats Mai – wird bereits seit einiger Zeit in der Physik-Lehramtsausbildung experimentiert.
In der Physik-Lehramtsausbildung wird bereits seit einiger Zeit mit Augmented und Virtual Reality-Brillen experimentiert. Bildnachweis: Markus Hörster/TU Braunschweig
Die Brillen setzt Junior-Professor Oliver Bodensiek von der Abteilung Physik und Physikdidaktik ein, um Unsichtbares sichtbar zu machen – zum Beispiel elektromagnetische Felder. Mit Augmented Reality gelingt also, was der englische Begriff schon verrät: Die eigentliche Realität wird erweitert durch zusätzliche Inhalte wie Bilder, Informationen, Videos oder auch Spiele. Die „HoloLens 2“ rechts im Bild kann Hologramme im physisch-realen Raum platzieren. Gesteuert wird sie durch intuitive Gesten und Sprache, aber auch eine Blicksteuerung ist mittels eingebautem Eye-Tracking teilweise schon möglich.
Überlagerung von realem System und Modell
Augmented Reality-Brillen geben in der Lehre nicht nur virtuelle Einblicke in das Innere von Objekten. Sie ermöglichen auch visuell geleitetes Lernen, etwa an Versuchen, Maschinen oder in der Chirurgie. Im naturwissenschaftlichen Unterricht können Lehrkräfte die Brillen beispielsweise einsetzen, um Versuche mit Visualisierungen von Modellvorhersagen zu ergänzen. Die Modellparameter sind dabei in Echtzeit an die Messdaten gekoppelt. So können sie das reale Systemverhalten und das Verhalten des zugehörigen Modells unmittelbar miteinander vergleichen. „Bei optimaler Gestaltung kann dies, verglichen mit anderen Lernmedien, die kognitive Belastung bei der Lösung zugehöriger Probleme signifikant reduzieren und auch die Lernwirksamkeit erhöhen. Was den sinnvollen und wirksamen Einsatz von AR/VR im Schulunterricht angeht, stehen wir jedoch noch ganz am Anfang“, sagt Professor Bodensiek.
Im virtuellen Klassenzimmer
Auch das ist machbar: das Wandeln durch einen vollständig virtuellen Raum – geschaffen von Menschenhand. Nötig ist dazu ein weiteres Lern-Gadget: eine Virtual Reality-Brille (Vive Pro Eye, links im Foto). Das Sichtfeld ist mit circa 110° diagonal deutlich größer als in AR-Anwendungen; gesteuert wird über einen Controller.
Die reale Welt spielt bei VR keine Rolle. Lernende können in eine Situation „eintauchen“, zum Beispiel virtuelle Labore besuchen oder als Lehrerin oder Lehrer in einem virtuellen Klassenzimmer agieren, in dem Schülerverhalten simuliert wird. Ohne sich wirklich zu verletzen, können die Nutzerinnen und Nutzer auch gefährliche oder aufwendige Vorgänge – wie die Arbeit an Maschinen oder an Hochspannungsgeräten – trainieren. Dabei kann ein hoher Grad an Immersion und Präsenz erzielt werden, das heißt die Nutzer können die virtuelle Welt als nahezu real empfinden.
Um herauszufinden, wie Lehr- und Lernumgebungen in Augmented und Virtual Reality sinnvoll und lernwirksam gestaltet werden können, beschäftigen sich Forscherinnen und Forscher der TU Braunschweig damit, welche Faktoren Kognition und Lernen an diesen Mensch-Computer-Schnittstellen beeinflussen.