Be-greifbare, interaktive Experimente: Praxis und Theorie im MINT-Studium erfahrbar verbinden
MINT-Experimente werden für die Studierenden im Smart Lab durch Smartglasses und Augmented Reality (AR) erfahrbar. Empirisch untersucht wird dabei die Mensch-Technik-Interaktion, wenn durch Wearable Computing das Experiment selbst zur Benutzerschnittstelle wird und digitale Repräsentationen in der realen Welt erscheinen.
Eckdaten
Kann Lösungsansätze für folgende Problemstellungen der Lehre bieten:
- Passivität der Studierenden
- Heterogenes Vorwissen
- Begrenzte Möglichkeiten zum individualisierten Lernen
- Geringer Transfer in die Praxis
Eignet sich für folgende Virtualisierungsgrade:
- Anreicherung
Nutzt folgende Medieneigenschaften zur Unterstützung des Lernprozesses:
Das Thema dieses Projektes ist die Erforschung innovativer Mensch-Technik-Interaktionen (MTI), die durch Verschmelzung von realer und digitaler Welt in einer Augmented Reality (AR) mithilfe von Smartglasses wie der Microsoft HoloLens den Zusammenhang zwischen Experiment und Theorie für Lernende des Studiums in MINT-Fächern begreifbar, erfahrbar und in Echtzeit interaktiv erforschbar machen. Zentral für die MTI im Projekt ist, dass durch eine Kombination von tangible user interfaces und augmented reality intuitive Benutzungsschnittstellen zur Interaktion mit naturwissenschaftlichen Experimenten entworfen und umgesetzt werden. Durch den Einsatz von wearable computing kann die reale Welt so mit unterschiedlichen digitalen Repräsentationen gekoppelt werden, dass das Experiment selbst zur Benutzerschnittstelle wird. Durch die ubiquitäre Verwendung solcher digitalen Technologien mit diversen Sensoren werden so auch Alltagssituationen zu physikalischen Experimenten und können direkt vor Ort ausgewertet und dokumentiert werden.
Der Zugriff und die Manipulation von Repräsentationen und theoretischen Hintergründen erfolgt mittels Smartglasses und augmented reality beiläufig, ermöglicht dadruch das direkte Einbetten von Interaktion und Information in den Experimentiervorgang und vermeidet dadurch eine Ablenkung vom Experiment (split attention Effekt). Dies bietet den Lernenden die Möglichkeit, in multimodalen interaktiven Analyseaufgaben Experimente selbständig durchzuführen, mittels verschiedener Sensoren zu erfassen und technologiegestützt direkt auszuwerten. Daten und Ergebnisse können dann bspw. in einer Cloud-Plattform gesammelt und auch gruppenübergreifend diskutiert werden. Zur MTI gehört auch die dynamische Anpassung der Interaktion an den Wissensstand und die Lernanforderungen sowie eine direkte Rückspiegelung des Lernfortschritts (inkl. in Echtzeit erfasster, sensorbasierter Informationen).
Medieneigenschaften zur Unterstützung des Lernprozesses
interaktive multimodale Repräsentationen experimenteller Daten in Echtzeit während des Experimentierprozesses
Adressatengerechte Unterstützung durch Hinweise sowie Anpassung von Abläufen; Erfassung von benutzerspezifischen Daten über bisherige Interaktionen sowie Sensordaten wie beispielsweise Wärmebilder
Digitale Inhalte, insbesondere augmented Reality Inhalte stehen allen Nutzern gleichzeitig zur Verfügung und können direkt während des Experimentierprozesses gemeinsam analysiert und diskutiert werden
Der Ablauf der Experimente kann von den Nutzern teilweise individuell gestaltet werden und Daten zum Experiment abgerufen werden
Lösungsansätze für Problemstellungen der Lehre
Für die folgenden Problemstellungen kann das Praxisbeispiel Lösungsansätze bieten:
- Passivität der Studierenden:
Angebot zahlreicher neuer Interaktionsmöglichkeiten dank AR direkt während des Experimentierprozesses
- Heterogenes Vorwissen:
Einblenden nutzerspezifischer Hinweise und Erläuterungen während des Experimentierens
- Begrenzte Möglichkeiten zum individualisierten Lernen:
Diverse (multimodale) Repräsentationen bieten individuelle Möglichkeiten sich komplexen Phänomenen zu nähern
- Geringer Transfer in die Praxis:
Theoretisches Vorwissen kann hier direkt während des Experimentierens mit experimentellen Ergebnissen verglichen werden, so dass eine individuelle Feedback-Schleife vollzogen werden kann
Virtualisierungsgrad
Der Virtualisierungsgrad beschreibt das Verhältnis von analogen und digitalen Elementen in einem Lehr-/Lernszenario. Das Praxisbeispiel unterstützt die folgenden Virtualisierungsgrade:
- Anreicherung
Ressourcen
Soft- und Hardware
- Microsoft Hololens, Smart Sensors, physikalische Versuche aus Laborpraktikum, Unity, Vuforia
Weitere Informationen zum Praxisbeispiel
Kontakt
Sie möchten mehr über das Praxisbeispiel erfahren? Hier können Sie Kontakt zu den Autorinnen und Autoren aufnehmen:
Prof. Dr. Jochen Kuhn
Erwin-Schrödinger-Straße 46
D - 67663 Kaiserslautern
Mail: kuhn[at]physik.uni-kl.de
Home: https://www.physik.uni-kl.de/kuhn/mitarbeiter/kuhn/
Michael Thees, M.Ed.
Erwin-Schrödinger-Straße 46
D - 67663 Kaiserslautern
Mail: theesm[at]physik.uni-kl.de
Home: https://www.physik.uni-kl.de/kuhn/mitarbeiter/thees/
Dr. Martin Strzys
Erwin-Schrödinger-Straße 46
D - 67663 Kaiserslautern
Mail: strzys[at]physik.uni-kl.de
Home: https://www.physik.uni-kl.de/kuhn/mitarbeiter/strzys/
