Augmented Reality im Physikunterricht
Eine zukunftsträchtige Anwendung für den Einsatz digitaler Medien in der Ausbildung ist die "Virtual und Augmented Reality”. Sie schafft Möglichkeiten (z.B. im Fach Physik die Visualisierung von physikalischen Modellvorstellungen), fachliche Inhalte auf eine vollkommen neue Art und Weise zu vermitteln. Durch die Verknüpfung von Realobjekten mit zusätzlichen digitalen Informationen verringert sich der Abstraktionsgrad zur Modellbildung, wodurch auch Fehlvorstellungen entgegengewirkt werden kann.
Digitale Medien sind in der heutigen Gesellschaft in allen Bereichen der Berufswelt vertreten. Dieses Bild spiegelt sich im momentanen Schulalltag bzw. der universitären Lehrerausbildung jedoch nicht wider. Um auf diese Entwicklung ausreichend zu reagieren, ist es daher notwendig, den Einsatz digitaler Medien bereits im Schulunterricht oder innerhalb eines Studiums zu erlernen bzw. als Lehrkraft (möglichst kostenfrei) Zugang zu didaktisch wertvollen Materialien zu besitzen.
PUMA (Physik-Unterricht Mit Augmentierung)
Um dieser Situation Rechnung zu tragen, haben wir an unserem Lehrstuhl das Projekt PUMA ins Leben gerufen. PUMA steht für „Physik-Unterricht Mit Augmentierung“ und hat zum Ziel, AR-Apps für verschiedene physikalische Gebiete zu konzipieren und zu testen. Diese Apps werden im Anschluss an die Evaluationsphase kostenfrei für die Nutzung im Physik-Unterricht zur Verfügung stehen.
Aktuell gibt es folgende Apps: Spannungslabor, Magnetlabor und Optiklabor.
PUMA: Spannungslabor
Die Applikation „PUMA : Spannungslabor“ unterstützt Lernende in der Entwicklung eines korrekten Konzeptwissens zur Elektrizitätslehre. Dafür werden zu von den Lernenden durchgeführten Experimenten passende Modellvorstellungen zum elektrischen Stromkreis dargestellt.
So können am Experiment gemachte Beobachtungen (z.B. die Helligkeit eines Lämpchens) einfacher und intuitiver mit ihrer physikalischen Ursache (z.B. der Intensität des Elektronenflusses durch das Lämpchen) verknüpft werden. Die Applikation bietet die Möglichkeit, entweder die Modellvorstellungen per Augmented Reality (AR) über einen realen Stromkreis zu projizieren oder in einer Simulation einen virtuellen Stromkreis zu erstellen und mit den Modellvorstellungen anzureichern.
PUMA: Magnetlabor
Die Applikation "PUMA : Magnetlabor" stellt eine Rahmenapp für verschiedene Experimentierstationen eines Lehr-Lern-Labors dar. Für die sechs verschiedenen Stationen kann jeweils die zu bearbeitende Szene ausgewählt werden. Die App dient hauptsächlich dazu Magnetfelder und atomare Strukturen des Versuches anzuzeigen. Mittels automatisch ablaufender Animationen kann die innere Logik der verschiedenen Prozesse und deren Abhängigkeiten direkt gezeigt werden. Manche Szenen lassen Interaktionen mit dem Realversuch zu.
Die Augmentierung der Magnetfelder für das Realexperiment ist für den Elektrik 2 Kasten der Firma MEKRUPHY optimiert. Die Bauteile müssen mit QR-Codes beklebt werden, sodass die App die Bauteile erkennen kann. Die Targets können Sie hier herunterladen. Hierzu die pdf-Datei ausdrucken (Drucker auf 100% stellen), die QR-Codes ausschneiden und am besten mit einem transparenten Klebefilm auf die beschriebenen Bauteile und Positionen kleben.
Die App ist Teil einer Promotionsarbeit am Lehrstuhl für Physik und ihre Didaktik und kann als Ergänzung von Realexperimenten eingesetzt werden. Sie wird zur Untersuchung des Einflusses von AR auf verschiedene Parameter des kognitiven Lernprozesses genutzt. Es ist in Planung, Realdaten aus dem Versuch via Bluetooth einzubinden, sodass die Verknüpfung zwischen Experiment und Virtualität gestärkt wird.
PUMA: Optiklabor
Die Applikation "PUMA : Optik" ...
Induktion AR
InduktionPiDAR ist ein AR-Applikation zum Thema Induktion. Sie ist einem realen Experiment mit einem Stabmagneten und einer Spule nachempfunden. Über deren relative Bewegung kann in der Spule eine Induktionsspannung erzeugt werden. Die Position der Spule wird in der App über einen Marker festgelegt, die Position des Magneten ergibt sich über die Position des mobilen Endgeräts. Bewegt man also z.B. das verwendete Tablet bezüglich des Markers, bewegt sich der Magnet bezüglich der Spule und induziert eine (virtuelle) Induktionsspannung.
Der Nachweis dieser Spannung erfolgt in der App wahlweise über die Anzeige an einem Drehspulinstrument oder einem Oszillographen. Zusätzlich leuchtet abhängig von der erzeugten Induktionsspannung eine Glühlampe auf.
Veränderbare Parameter sind die Windungsanzahl der Spule sowie die Anzahl der verwendeten Stabmagnete. Zusätzlich zur links-rechts bzw. oben-unten Bewegung des Magneten kann dieser auch im Raum rotiert werden. Weiterhin ist es möglich eine dreidimensionale Visualisierung des magnetischen Felds des Stabmagneten einzublenden.
Zur Verwendung der App können sie hier den QR-Code herunterladen.
Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Dr. Christoph Stolzenberger.
