Mixed Reality Beispiel – Unterrichtsinhalt zum Thema Elektrotechnik
Mixed Reality Prototyp – Nachgestellte Unterrichtssituation – Virtuelle Arbeitsplätze und Tafel mit Beispielinhalten
Mixed Reality Beispiel – Nachgestellte Unterrichtssituation – Platzierung eines Tieres im Klassenraum

Im Rahmen des WirfürSchule Hackathons, einer Initiative von Digitale Bildung für Alle e.V. und der Lehrer*innen-Community von lehrermarktplatz.de, vom 08. bis 12.06.2020 haben wir, im Themenfeld 5 „Zukunftskompetenzen“, ein Augmented/Mixed Reality Konzept für den Unterricht entworfen. Im Vordergrund stand insbesondere das Brainstormen zu spannenden Ideen und Potentialen, aber auch Herausforderungen, von, in das Unterrichtskonzept eingebundenen, immersiven Erlebnissen.

In drei Worten

Immersives, interaktives Unterrichtserlebnis

Problem / User Story

Als Biologie Lehrer oder Lehrerin planst du in der nächsten Unterrichtsstunde den menschlichen Körper einschließlich des Skeletts, der Muskulatur, Venen und Organe durchzunehmen. Du hoffst, dass das einzige Skelett-Modell der Schule nicht bereits ausgeliehen wurde. Zudem musst du den Medienwagen mit dem Beamer vor der Unterrichtsstunde holen, um Bilder und Animationen vom Inneren des Körpers zu zeigen. Im besten Fall sind auch das Herz-, das Nieren-Modell und die dazugehörigen Plakate noch aufzufinden. Wieso kann es nicht eine Möglichkeit geben, mit welcher die Inhalte schnell, einfach und mit einem Medium vorführbar sind?

Ein Hologramm wie in Star Wars, welches das Skelett mitsamt des Aufbaus, der Funktionen und Zusammenhänge zeigt, wäre super. Augmented (erweiterte) bzw. Mixed Reality (im Folgenden AR) bietet heute schon die Option virtuelle Modelle und Informationen scheinbar im realen Raum einzublenden. Realität und Virtualität überlagern sich also, sodass beispielsweise im ausgeliehenen Skelett-Modell virtuelle Organe oder Muskeln eingeblendet werden können und somit klar wird an welcher Position sich zum Beispiel die Niere befindet. Sollte das Skelett-Modell tatsächlich von einer anderen Lehrkraft ausgeliehen sein, lässt sich auch der gesamte Körper virtuell im Unterrichtsraum anzeigen.

Betroffene Personengruppen

Die Nutzung von AR ist sowohl für Lehrkräfte zur besseren Veranschaulichung von Unterrichtsinhalten interessant als auch für Lernende zum besseren Verständnis. Die interaktive Lernerfahrungen können zudem zum selbstständigen Lernen auch zuhause genutzt werden, sodass auch Eltern und Betreuende bei der Hausaufgabenhilfe profitieren können.

Lösungsansatz und Herausforderungen

Ziel ist es eine interaktive, kollaborative und informative Lernumgebung zu entwerfen. Digitale Inhalte sollen als Ergänzung zu herkömmlichen Unterrichtsmaterialien und -konzepten genutzt werden können. Hierbei geht es nicht um den restlosen Ersatz beispielsweise der Tafel, sondern um das Bereitstellen ergänzender Funktionen. So lassen sich zusätzlich zum geschriebenen Text auf der Tafel Fotos und Videos einblenden. Durch das Platzieren von dreidimensionalen Objekten im Raum wird räumliches Denken gefördert und das Einnehmen verschiedener Perspektiven ermöglicht. Größen, Mengen und Entfernungen können beispielsweise besser als in Büchern veranschaulicht werden, sodass eine bessere Einschätzung der Thematik ermöglicht wird. Das Experimentieren und Erkunden in virtuellen Welten fördert selbstständiges Lernen und Problemlösungskompetenzen.

Die Darstellung der Grafiken und Modelle erfolgt über Smartphones und Tablets oder mit AR Headsets. Die virtuellen Objekte werden dabei so auf den Displays angezeigt, dass es so aussieht, als stünden sie im Raum. Informationen können synchronisiert über mehrere Geräte hinweg sowohl gemeinsam als auch alleine betrachtet werden. Über Touch-Eingaben am Tablet oder das scheinbare Berühren der virtuellen Objekte mit AR Headsets kann mit Inhalten interagiert werden, sodass beispielsweise nähere Fakten eingeblendet oder Animationen ausgeführt werden können.

Skalierbarkeit

Um ein breites Spektrum an virtuellen Unterrichtsmaterialien bereitstellen zu können, braucht es eine übergeordnete Plattform, welche eine einfach zu erlernende Anwendungsoberfläche besitzt. Fächerübergreifende Inhalte sollen über eine Online-Bibliothek heruntergeladen werden können, sodass nicht für jede Unterrichtseinheit die Installation einer neuen App nötig ist. Außerdem sollen Informationen und Inhalte durch die Lehrkraft ähnlich wie in einer PowerPoint Präsentation verändert werden können. Texte können angepasst, Bilder ausgetauscht, Reihenfolgen geändert und interaktive Elemente hinzugefügt werden. Somit ist die freie Gestaltung des Unterrichts möglich, um auf individuelle Bedürfnisse einzugehen.

Die Verfügbarkeit der notwenigen Technologie könnte unter anderem durch das Bereitstellen eines mobilen Klassenzimmers, also einem mit Tablets oder AR Headsets ausgestatteten Bus, ermöglicht werden. Kosten und Wartung können damit reduziert und auf mehrere Bildungseinrichtungen aufgeteilt werden.

Entwicklungsschritte

Zwei ähnliche Ansätze von Prefrontal Cortex und der Masterarbeit von Christoph Holtmann wurden während der Woche miteinander vereint und durch die Unterstützung der Teammitglieder konzeptionell erweitert. In beiden Projekten existierten bereits Prototypen, welche als Grundlage für Brainstormings, Diskussionen und Fragestellungen dienten. Durch das Beschreiben von Herausforderungen beim Unterrichten durch die Lehrkräfte im Team konnten Prioritäten herausgearbeitet werden. Aufgezeigte Wünsche und Nutzerszenarien zeigten Chancen von AR-Anwendungen gegenüber herkömmlichen Unterrichtsmaterialien auf.

Vollständiges Konzept

Miroboard
Video

Ansätze

mixed.education
Prefrontal Cortex – Dáskalos

Ausblick – Wie geht es weiter nach dem Hackathon?

Auch nach Abschluss des Hackathons freuen wir uns über jede Unterstützung, sei es beim Mit- und Weiterdenken, oder beim Testen der Anwendung mit der eigenen Schulklasse.

Teammitglieder

Siegfried Baldauf – Produkt- und Experiencedesigner
Shéhérazade Benzerga – Innovationsmanagerin
Christian Freitag – Multimedia Designer
Ann-Katrin Giesen – Media Design Studentin
Svenja Hannig – Studienrätin und Dozentin
Christoph Holtmann – Wissenschaftlicher Mitarbeiter/Programmierer
Nathalie Hölterhoff – Lehrerin für Englisch und Italienisch
Katja Rempel – Multimedia Designerin
Dr. Tanja Rösel-Hillgärtner – Lehrerin für Biologie und Chemie