Horizont erweitern: Aktives Lernen mit Virtual/Augmented Reality

Hochschulforum Digitalisierung

Beim ersten Netzwerktreffen des Hochschulforums haben Marija Stambolieva und Daniela Fleuren einen Workshop zum Thema Augmented und Virtual Reality in der Hochschullehre gestaltet. Da das Thema großen Anklang fand, haben sie für unseren Blog ihre Erfahrungen aus zwei Hochschulprojekten aufgeschrieben. Falls das Thema bei Ihnen auf Interesse gestoßen ist, finden Sie die Unterlagen zum Workshop im Rückblick auf das Netzwerktreffen

Augmented Reality (AR) oder „Erweiterte Realität“ wird als Anreicherung oder Erweiterung der physischen Welt mithilfe von Daten, wie computergenerierten Bildern, Texten, Videos oder Audiobeiträgen verstanden. Virtual Reality (VR) bzw. "Virtuelle Realität" bezeichnet komplett computergenerierte Umgebungen (HFD 2016; NMC 2016). Es handelt sich um zwei verwandte Technologien, die sich in ein Reality-Virtuality-Kontinuum einordnen lassen (Milgram et al. 1995).

Der Horizon Report 2005 – ein laufendes Forschungsprojekt zur Identifizierung aufkommender Technologien, die einen Einfluss auf Lernen, Lehren und Forschen haben können – prognostizierte die Umsetzung von AR-Technologien im Bildungskontext in vier bis fünf Jahren (NMC 2005). Im Jahr 2016, mehr als eine Dekade danach, berichtete der Horizon Report weitere Entwicklungen im AR/VR-Bereich, allerdings mit einer neuen Prognose zu deren Umsetzung in den kommenden zwei bis drei Jahren (NMC 2016). Das zeigt, dass die Implementierung dieser Technologien sich in einem kontinuierlichen Prozess befindet und eine vollständige Integration im Bildungsbereich noch nicht erreicht ist. Vor allem in Deutschland befindet sich der Einsatz dieser Methoden in einer Anfangsphase. Nichtsdestotrotz, sind AR und VR keine Technologien, die zu übersehen sind, da sie, wie manche Expertinnen und Experten prognostizieren, die Art und Weise wie wir arbeiten (und lernen) vollständig verändern können (vgl. Kugler 2017).

Warum sollen sich deutsche Hochschulen mit AR/VR auseinandersetzen?

AR und VR bieten viel Potential für das Lernen und Lehren. Bild: [https://unsplash.com/photos/mlZzMow-CQw NeONBRAND]

Erste Erfahrungsberichte und Forschungsergebnisse zeigen bereits, wie AR und VR zum Einsatz kommen und welche Vorteile durch ihre Nutzung für das Lernen entstehen können (Wu & Chang 2013; Bower et al. 2014; NMC 2016). Einige Vorteile der Methoden lassen sich wie folgt zusammenfassen:

  • verstärken das Lernerlebnis durch Erweiterung der visuellen Wahrnehmung eines Objekts oder der Umgebung bzw. ermöglichen die Visualisierung von abstrakten Wissenschaftskonzepten oder unbeobachtbaren Phänomenen
  • unterstützen den Einsatz einer Vielzahl an pädagogischen Ansätzen, wie konstruktivistisches Lernen, situatives Lernen, spielbasiertes Lernen und forschendes Lernen
  • ermöglichen kollaboratives Lernen und tragen zu einer verbesserten Gruppendynamik bei
  • erhöhen die Motivation, stärken das Selbstvertrauen der Lernenden und tragen zur Verbesserung der Lernergebnisse bei
  • können ressourcenschonend sein (z.B. im Vergleich zur Durchführung realer Laborversuche).

Im Gegensatz dazu stehen Argumente, die Schwächen der Technologie hervorheben. Einige Studien bemängeln eine allgemeine Lerneffektivität der VR-Methode und hinterfragen ihre Eignung zur Vermittlung konzeptuellen Wissens (HFD 2016a). VR wird als geeigneter zur Veranschaulichung abstrakter Sachverhalte als realer Sachverhalte eingeschätzt. Zudem werden ihr sowohl pädagogische als auch ethische Herausforderungen zugeschrieben. Die Entwicklung, Bereitstellung und Nutzung von VR kann auch sehr zeit- und ressourcenintensiv sein (Ibid.).

Einige dieser Kritikpunkte beziehen sich nur auf VR. Es stellt sich die Frage, welche Aspekte im pädagogischen und finanziellen Sinne überwiegen, aber auch wie sich beide Methoden – AR und VR – sinnvoll ergänzen können und negative Aspekte neutralisieren. Weitere Erprobung sowie Forschungs- und Evaluationsergebnisse wären notwendig, um unter Berücksichtigung verschiedener Aspekte, den Mehrwert der beiden Methoden für das Lernen festzustellen.

Aktives Lernen mit Virtual/Augmented Reality: Beispiele an deutschen Hochschulen

Trotz des steigenden Interesses an digitalen Lehr- und Lernformaten ist der Einsatz von virtuellen und erweiterten Szenarien in Lehr- Lernkontexten relativ neu. Dies geschieht primär im Rahmen von einzelnen Förderprojekten. Im Workshop „Horizont erweitern: Aktives Lernen mit Virtual/Augmented Reality“ des ersten Netzwerktreffens des Hochschulforums Digitalisierung wurden zwei solcher Beispiele vorgestellt.

Virtuelle „Open MINT Labs“ an der Hochschule Kaiserslautern

Die Hochschule Kaiserslautern ist eine von drei rheinland-pfälzischen Verbundhochschulen, die das Projekt „Open MINT Labs“ (OML) durchführen. Ziel von OML ist die Erstellung von virtuellen Laboren zur Ergänzung der Präsenzlehre. Neben Vorlesungen und Übungen spielen Laborpraktika in der Lehre von ingenieurwissenschaftlichen und naturwissenschaftlich-technischen Studiengängen eine große Rolle. Um den Studierenden die Möglichkeit zu geben, sich flexibel auf die Praktika vorzubereiten, werden Online-Kurse zu den einzelnen Versuchen angeboten. Anhand der virtuellen Labore können Studierende nicht nur orts- und zeitunabhängig lernen, sondern auch das Experimentieren ohne reale Gefahrenquellen proben. Im Vergleich zu einem Skript, mit dem sich Studierende herkömmlich auf Laborpraktika vorbereiten, bieten die multimedialen Online-Kurse den Vorteil, dass sich die Studierenden bereits sehr früh aktiv mit dem Lernstoff auseinander setzen.

Die virtuellen Labore bestehen aus fünf modularen Bausteinen, die je nach Vorwissen des Einzelnen stringent oder in individueller Reihenfolge bearbeitet werden können.

  1. Die Orientierung bietet einen motivierenden Einstieg in das Versuchsthema und zeigt anhand von Lernvoraussetzungen und -zielen sowie eines Wegweisers den angedachten Lernprozess auf.
  2. In den Grundlagen wird die für den jeweiligen Versuch wichtige Theorie bereitgestellt, die in der Regel auf den Vorlesungsinhalten aufbaut. Die Studierenden haben auch die Möglichkeit, ihr Wissen zu testen.
  3. Das Herzstück eines virtuellen Labors stellt der Baustein Experiment dar. Hier können die Studierenden mithilfe einer konkreten Aufgabenstellung die im realen Labor zu verwendenden Geräte kennenlernen, den Versuch selbst durchführen und auswerten. Die Studierenden erhalten stets ein Feedback zu ihren Aktionen, was unter Umständen dazu führen kann, dass ein falsch bedientes Gerät explodiert.
  4. Weniger dramatisch geht es bei der Anwendung zu. Hier haben die Studierenden einerseits die Möglichkeit, das Gelernte anhand von Übungs- und Transferaufgaben zu vertiefen. Andererseits wird die Verbindung zur zukünftigen Arbeitswelt durch den Einbezug von Anwendungen regionaler Unternehmen hergestellt.
  5. Abschließend wird in der Reflexion den Studierenden ermöglicht, die Lerninhalte und den Lernprozess zu reflektieren und die wichtigsten Erkenntnisse mit ins Laborpraktikum zu nehmen.

Bei falscher Bedienung kann es schon mal passieren, dass ein Gerät explodiert (natürlich nur virtuell). Bild: [https://unsplash.com/photos/PvPayVQwUiA Christian Sterk]

Das Lernen in den virtuellen Laboren ist interaktiv und wird mithilfe von Animationen, Simulationen, Quizzes, Selbsttests, Videos etc. unterstützt. Sowohl für die Studierenden als auch die Lehrenden sind die Online-Kurse intuitiv zu bedienen und leicht zu pflegen, da sie im Learning-Management-System OpenOLAT eingebunden sind und auf aktuellen Webtechnologien wie HTML5, CSS3 und Javascript aufgesetzt sind. Daher ist es auch möglich, die virtuellen Labore auf den gängigen Endgeräten (PC, Laptop, Tablet und Smartphone) durchzuführen. Unsere Vision ist die Erweiterung in Richtung Virtual Reality, in der die Studierenden mithilfe von VR-Equipment noch stärker in die Labore eintauchen können und auch schon auf das haptische Experimentieren vorbereitet werden.

Mithilfe von AR „Vielfalt integrieren“ an der Hochschule Osnabrück

Im Projekt „Vielfalt integrieren“ an der Hochschule Osnabrück werden Videos und Podcasts mit dem Ziel entwickelt, Studieninteressierte und Studierende für das Thema Vielfalt zu sensibilisieren, mit vielfältigen Rollenkontexten zu konfrontieren und zu individuellem Lösungshandeln im Studium zu inspirieren. Die Videos porträtieren Studierende unterschiedlicher Bildungsbiographien und zeigen ihren persönlichen Weg zum erfolgreichen Studienabschluss. Die Podcasts stellen kurze Hörepisoden zu wechselnden Themengebieten aus dem studentischen Leben und der Berufswelt bereit. Da in der Augmented Reality der interaktive Austausch mit der Umgebung im Vordergrund steht, haben wir die Methode eingesetzt, um unsere digitalen Inhalte den Studieninteressierten und Studierenden näher zu bringen. Wir platzieren unsere Videos und Podcasts nicht nur auf unserer Webseite, sondern auch auf dem Campus. Dabei ist der Einsatz der Methode nicht als Selbstzweck, sondern als alternative Informationsquelle und Anregung gedacht.

Mithilfe von Trigger-Objekten (wie Flyer, Plakate, Gebäude etc.) können die Videos und Podcasts auf Smartphones abgespielt werden. Zu diesem Zweck haben wir die Open-Source-Anwendung „Aurasma“ getestet. Nach Auswertung einer Reihe von Tools zur Erstellung von AR-Inhalten (vgl. Cubillo et al. 2015) haben wir uns für Aurasma aufgrund der freien Verfügbarkeit und dem breiten Spektrum an Funktionen entschieden. Mangelns einer Deutschland-basierten Anwendung haben wir Aurasma unter Berücksichtigung eventueller Datenschutzlücken ausprobiert, die vor allem bei verbreiteten Social-Media-Anwendungen bestehen.

Mithilfe von Triggerobjekten auf dem Campus können Videos und Podcasts abgespielt werden. Bild: [https://unsplash.com/photos/KGcLJwIYiac Patrick Tomasso]

Die Bedienung der AR-Anwendung erwies sich als relativ einfach. Die Einbindung vorgefertigter digitaler Formate in reale Objekte ließ sich schnell gestalten. Auch eine Erstellung neuer digitaler Formate wie z.B. Video- bzw. Audioaufnahmen war unkompliziert. Wir konnten Multiple-Choice-Fragen einbauen, um das Verständnis der gezeigten Inhalte durch potenzielle Nutzerinnen und Nutzer zu überprüfen. Angesichts der Möglichkeit, Informationen und Feedback in einer aktiven Form miteinander zu verbinden, stellten wir fest, dass die AR-Methode sich auch für den Lehr-Lernkontext gut eignet. So können beispielsweise Studierende zum kreativen Denken angeregt und als aktiv handelnde Subjekte in die Lehrveranstaltung einbezogen werden. Smartphones sind alltägliche Begleiter Studierender geworden und werden oft auch während der Lehrveranstaltungen genutzt. Es kann daher sinnvoll sein, sie bewusst in den Lernprozess einzubeziehen. Lehrende können den Lernprozess didaktisch steuern, um effektives Lernen zu ermöglichen, da die erweiterte Nutzung aller Funktionen der AR-Methode wiederum ablenkend wirken und das fokussierte Lernen beeinträchtigen kann.

Die Workshop-Teilnehmenden des ersten Netzwerktreffens des Hochschulforums Digitalisierung haben auf die beiden gezeigten Anwendungsbeispiele positiv reagiert. Viele äußerten Interesse, die Methoden an ihren Hochschulen auszuprobieren, sowie sich über die Erfahrungen auszutauschen.

Erfahrungsbasiert und strategisch vorgehen

Die Diskussion um die Integration digitaler Medien zur Unterstützung vom Studium und Lehre findet auf zwei Ebenen statt: Einerseits werden Strategien auf Bundes-, Landes- sowie Hochschulebene als Entwicklungsinstrumente für die Hochschulbildung im digitalen Zeitalter entwickelt. Andererseits werden unterschiedliche digitale Tools, z.B. von Lernplattformen bis VR/AR-Lösungen bereits institutionell verankert oder punktuell erprobt. Beide Herangehensweisen schließen sich nicht aus, da es immer wichtiger wird, den didaktischen Mehrwert digitaler Medien im Hochschulbereich zu identifizieren und Prioritäten zu setzen. Gute Beispiele bzw. bestehende Erkenntnisse aus der Hochschulpraxis können den Informationsaustausch anregen sowie zu einer informierten strategischen Entscheidungsfindung beitragen. Offene Fragen oder Ängste, wie beispielsweise das Thema Datenschutz, sollten ebenfalls  angesprochen und Ressourcen entsprechend der Zielsetzung auf bestehende oder neu zu entwickelnde Werkzeuge verteilt bzw. gebündelt werden.

 

Literatur

Bower, M., Howe, C., McCredie, N., Robinson, A. & Grover, D. (2014) Augmented Reality in education – cases, places and potentials. In Educational Media International, Vol. 51, No. 1, 1-15.

Cubillo, J., Martin, S., Castro, M. & Boticki, I. (2015) Preparing Augmented Reality Learning Content should be easy: UNED ARLE – An Authoring Tool for Augmented Reality Learning Environments. In Computer Applications in Engineering Education, Vol. 23, Issue 5, 778-89.

HFD (2016) The Digital Turn – Hochschulbildung im Digitalen Zeitalter. Arbeitspapier Nr. 27. Berlin: Hochschulforum Digitalisierung.

HFD (2016a) Digitale Lernszenarien im Hochschulbereich. Arbeitspapier Nr. 15. Berlin: Hochschulforum Digitalisierung.

Kugler, L. (2017) Why virtual reality will transform a workplace near you. In Communications of the ACM, Vol. 60 Issue 8, 15-17.

Milgram, P., Takemura, H., Utsumi, A. & Kishino, F. (1995) Augmented Reality: a class of displays in the reality-virtuality continuum. In Proceedings of SPIE: Telemanipulator and Telepresence Technologies, 2351, doi: 10.1117/12.197321.

NMC (2016) NMC Horizon Report – 2016 Higher Education Edition. Verfügbar unter: https://www.nmc.org/publication/nmc-horizon-report-2016-higher-education-edition/ (abgerufen am 25.10.2017).

NMC (2005) NMC Horizon Report – 2005 Higher Ed Edition. Verfügbar unter: https://www.nmc.org/publication/nmc-horizon-report-2005-higher-ed-edition/ (abgerufen am 25.10.2017).

Wu, H. & Chang, H. (2013) Current status, opportunities and challenges of augmented reality in education. In Computers & Education, Vol. 62, March, 41-49. 

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