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Augmented Reality – technische Spielerei oder Bereicherung für den Unterricht?

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Augmented Reality – technische Spielerei oder Bereicherung für den Unterricht?

Josef Buchner

/ 10 Minuten zu lesen

In Handel, Bauwesen und Spieleindustrie hat Augmented Reality (AR) längst Einzug gehalten. Gastautor Josef Buchner zeigt auf, wie auch der Lernraum Klassenzimmer mit AR virtuell erweitert werden kann.

Mit Augmented Reality kann der Lernort Klassenzimmer erweitert werden. (OyundariZorigtbaatar) Lizenz: cc by-sa/4.0/deed.de

Ein Tyrannosaurus Rex, der plötzlich über den Schreibtisch läuft? Ein gläserner Mensch, dessen Herz aus allen Blickwinkeln detailliert untersucht werden kann? Oder gar Leonardo da Vincis Flugmaschine, die sich als animiertes Objekt durch das Klassenzimmer bewegt? Mit Augmented Reality (AR) wird genau dies und noch vieles mehr auch im Unterricht möglich.

Was ist Augmented Reality (AR)?

Augmented Reality lässt sich am besten anhand eines Beispiels erklären:

Abbildung 1: Themenheft Physik (© Areeka)

Ein analoges Lehrmittel, wie hier im Fach Physik (Abb. 1), wird mithilfe von computergenerierten Visualisierungen erweitert. Aus dem zweidimensionalen Bild im Buch entstehen im AR-fähigen Smartphone oder Tablet 3D-Objekte, d.h. das reale Objekt wird von digitalen Artefakten überlagert. AR ist also die computergestützte Erweiterung unserer Realität , mit der Besonderheit, dass diese digitalen Repräsentationen und die reale Umwelt zur gleichen Zeit und am selben Ort präsent sind . Für den Bildungsbereich wird dieser Technologie schon lange großes Potential nachgesagt , so richtig angekommen ist AR in den Unterrichts- und Seminarräumen aber noch nicht. Kein Wunder, brauchte man doch bis vor Kurzem noch teure technische Hilfsmittel, wie AR-Brillen (oder auch Head-Mounted Displays). Dies hat sich grundlegend geändert, da wir Lehrenden, und vor allem unsere Lernenden, mittlerweile stets die für AR notwendige Hardware mit uns herumtragen: Ein aktuelles Smartphone mit Kamerafunktion, eine entsprechende AR-App und eine bestehende Internetverbindung genügen heutzutage, um AR-Elemente immer und überall sichtbar zu machen .

Milgram und Kishino (1994) stufen AR auf ihrem Realitäts-Virtualitäts-Kontinuum (Abb. 2) als Mixed Reality ein, da die reale Welt als dominante Ebene erhalten bleibt.

Abbildung 2: Das Realität-Virtualitäts-Kontinuum nach Milgram & Kishino, 1994

Anders verhält es sich bei Augmented Virtuality, bei der eine Erweiterung der virtuellen Welt durch reale Objekte stattfindet. Beide unterscheiden sich dramatisch vom ganz rechts liegenden Pol, der sog. virtuellen Realität bzw. Umwelt. In die Virtual Reality (VR), also eine vollständig computergenerierte Welt, können wir über spezielle Brillen eintauchen. Im Unterricht können beispielsweise mittels kostengünstiger Kartonbrillen (z.B. Cardboard) oder Mini-VR-Linsen (z.B. Homido Mini VR Glass) per Smartphone virtuelle Welten und 360°-Umgebungen besucht und erkundet werden. Neben vielen Apps funktioniert das Eintauchen in diese digitale Welten auch über YouTube problemlos.

Von Einparkhilfen bis Fußball: Über die Verbreitung von AR

Josef Buchner (© Manuel Garzi, PHSG)

Auch wenn sich VR inzwischen stark weiterentwickelt hat, ist AR nach wie vor deutlich verbreiteter: Zumindest in der Geschäftswelt ist die Technik bereits etabliert und findet sich in vielfältiger Art und Weise in unserem Alltag wieder . Magazine erweitern ihre Inhalte mit QR-Codes und leiten so die Leserinnen und Leser auf die Webseiten der beworbenen Produkte weiter. Eine amerikanische Fast-Food-Kette legt dem Kinder-Menü Hefte mit AR-Elementen bei, die Meerestiere als 3D-Objekte zeigen und sich sogar im Raum bewegen lassen. Beim Rückwärtseinparken erscheinen farbliche Linien, die den Abstand zu potentiellen Gefahrenquellen visualisieren. Mit einer App lassen sich alle Produkte eines schwedischen Möbelherstellers im Raum platzieren und bei der TV-Übertragung von Fußballspielen wird die Abseitslinie schon jahrelang über AR eingeblendet. Der Bildungsbereich hinkt diesen Entwicklungen noch hinterher, die Potentiale sind aber unbestritten .

Lernen mit AR – Praxisbeispiele aus dem Bildungsbereich

Im Bildungsbereich sind zurzeit zwei Formen von AR praxistauglich . Die erste wird als Location-Based-AR (ortsgebundene AR) bezeichnet. Bei geöffneter App werden hier die virtuellen Überlagerungen aufgrund der GPS-Daten, also der eigenen Position, angezeigt. Passenderweise wird Location-Based AR häufig im Tourismus und der Kulturvermittlung verwendet . In Wien findet sich eine schöne Umsetzung für das Unterrichtsfach Geschichte. Die mobile Website memento.wien zeigt den Lernenden anhand ihrer Position in der Wiener Innenstadt Einzelschicksale österreichischer Jüdinnen und Juden. Hier wird auch dem Anspruch authentischer Lernerfahrungen Rechnung getragen, da der Ort eine zentrale Bedeutung für das historische und politische Lernen einnimmt .

Überblickskasten:

Um die Potentiale von AR zu entfalten braucht es:

  • Visualisierung

  • Aufgabenstellungen

  • Interaktionen

  • Schülerzentrierte Methoden

  • (Mobiles Lernen mit dem Smartphone: kein muss, aber eine Empfehlung)


Die zweite Form wird als Image-Based AR (bildgestützte AR) bezeichnet. Dabei werden vor allem Trigger-Bilder, sogenannte Marker, verwendet. Werden diese abgescannt, erscheinen die multimedialen Visualisierungen auf dem Display. Umsetzungen finden sich in Museen, z.B. dem Keltenmuseum in Hallein , in Lehrwerken und als von Lehrkräften selbst erstellte AR-Elemente. Hierzu empfiehlt sich der Einsatz der kostenlosen Webseite HP Reveal Studio , mit der Lehrkräfte schnell und einfach eigene AR-Elemente erstellen können. Neben 3D-Modellen können auch Videos, Audios oder Bilder als Überlagerungen, sogenannte Overlays, herangezogen werden. Im Geschichtsunterricht wurde ein solcher kooperativer Stationenbetrieb zum Thema "Hexenverfolgung" gestaltet , im Deutschunterricht können Geschichten zum Leben erweckt werden und auch im Bereich der Grundschule finden sich bereits Apps, die mit AR komplexe Zusammenhänge zu erklären versuchen.

Kooperatives und problemorientiertes Lernen mit AR

Das große Potential von AR liegt in der Gestaltung innovativer Lernumgebungen. Diese lassen die Lernenden auf aktive Art und Weise mit multimedialen Repräsentationen interagieren, z.B. über Zoomfunktionen, die Details erkennen lassen. Gelingensbedingungen dafür sind neben den anregenden Visualisierungen vor allem gute Aufgabenstellungen, die mithilfe der AR-Elemente gelöst werden müssen. Dies kann sowohl alleine als auch in Kleinteams erfolgen, das heißt, es können sowohl individualisierte als auch kooperative Lernprozesse angeregt werden. Wichtig ist, dass Lernumgebungen mit AR-Elementen offen sind und sich am Lernen der Schülerinnen und Schüler orientieren. Wird AR hingegen für lehrenden-zentrierten Unterricht verwendet, also in einem frontalen Setting ohne Freiheitsgrade auf Seiten der Lernenden, können sogar negative Folgen bezüglich dem Lernerfolg auftreten .

Exploratives und problemorientiertes Lernen kann auch durch spielerische Umsetzungen gefördert werden (vgl. Moser und Zumbach, 2012). In den AR-Spielen Mad City Mystery und Outbreak @ the Institute schlüpfen Lernende in unterschiedliche Rollen und lösen in Kleinteams vorgegebene Probleme. Bei Outbreak muss etwa die Ausbreitung einer Viruserkrankung verhindert werden. Die Studierenden übernehmen dabei unterschiedliche Rollen mit spezifischen Aufgaben. So begeben sich etwa die biologischen Fachkräfte in klassische Räumlichkeiten einer Hochschule, die mittels AR zu interaktiven Laboren werden, Ärzte kümmern sich in virtuellen Krankenhäusern um Diagnosen und in Gesundheitszentren werden die Daten zusammengetragen und die entwickelten Medikamente auf Wirksamkeit getestet. Dieses Beispiel zeigt eindrucksvoll, wie AR den Lernraum Klassenzimmer erweitern kann, indem spannende und interessante Orte virtuell hereingeholt werden.

Medienvielfalt im Unterricht: Höhere Motivation dank überraschender Effekte

AR erlaubt nicht nur die digitale Erweiterung von Lehr- und Lernmaterialien oder gar ganzen Räumen, sondern kann auch die Diskussion über Mehrwert und Wirkung digitaler Lern-Arrangements vorantreiben. Zahlreiche empirische Studien zeigen, dass sich Lernen mit AR positiv auf das Interesse und die Motivation auswirken kann . Diese Motivation lässt sich nicht zuletzt damit erklären, dass AR etwas vollkommen Neues für Schülerinnen und Schüler, aber auch Studierende oder bereits ausgebildete Lehrkräfte ist. Neues ist oft spannend und kann überraschen. Diesen Effekt sollte man sich beim Einsatz von AR, aber auch anderer (Lern-)Technologien zunutze machen. Des Weiteren lassen sich Tendenzen feststellen, dass AR-angereicherte Lehrwerke im Vergleich zu traditionellen Lehrbüchern zu besseren Testergebnissen führen können . Ähnliche Effekte zeigten sich auch für den mittels AR geförderten Erwerb von Kompetenzen, z.B. für psychomotorische Fähigkeiten , räumliches Vorstellungsvermögen oder Problemlösekompetenzen . Erklärt werden kann dieser Erwerb durch unmittelbares Feedback. Chirurgen können z.B. mit Sensoren ausgestattet werden, die die Bewegungen bei Operationen erfassen. Stellt das System Abweichungen fest, erscheint über AR ein visueller Hinweis, der sofort zu einer Anpassung der Bewegung führen kann. Die Art, wie bei diesen Experimenten Medien miteinander verglichen werden, kann allerdings auch kritisiert werden. Diese Medienvergleiche werden oftmals als "horse race" bezeichnet, weil es nur darum geht herauszufinden, welches Medium "besser" Informationen transportieren kann. Dagegen steht heute die didaktisch-methodische Einbettung von analogen und digitalen Medien in den Unterricht im Mittelpunkt. Zentral dabei ist, dass sich die Lernenden aktiv mit den Inhalten beschäftigen. Ziel ist es, mit dem Einsatz von AR andere Lernumgebungen zu gestalten. Wie bereits skizziert lassen sich mit AR Unterrichtsszenarien erdenken, die die Lernenden zum Bewegen anregen, sie entdeckend-forschend arbeiten lassen und sie sogar in die Rolle von Produzierenden von AR-Inhalten versetzen können. Im Kunstunterricht beispielsweise können bekannte Meisterwerke augmentiert werden, indem Bildanalysen in Videoform über diese gelegt werden .

Weiters vorstellbar ist etwa ein AR-Museum in einer Schule oder eine AR-Lernrallye durch ganze Hochschulgebäude.

In der Ausbildung von Lehrer/-innen sollte der Einsatz von AR im Sinne des TPACK-Modells erläutert und der Einsatz praktisch erprobt werden. TPACK steht für technologisches, pädagogisches und fachwissenschaftliches Wissen. Das Ziel wäre technologieangereicherte Lernumgebungen zu konzipieren, die alle drei Bereiche berücksichtigen.

Letztendlich gilt für das Lehren und Lernen mit AR dasselbe wie für andere Medien und jede Methode: Setzen Sie AR im Sinne der Methoden- und Medienvielfalt ein. Überraschen Sie ihre Kinder und Jugendlichen und bieten Sie ihnen vielfältige Lernwege zur Erreichung der Lernziele an . Ihre Schülerinnen und Schüler und Studentinnen und Studenten werden Ihnen dankbar sein.

Literatur:

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Fussnoten

Fußnoten

  1. Klopfer & Sheldon, 2010, S. 205

  2. Azuma, 1997

  3. Johnson, Levine, Smith, & Stone, 2010

  4. Yuen, Yaoyuneyong, & Johnson, 2011

  5. Lee, 2012

  6. Bower, Howe, McCredie, Robinson, & Grover, 2014

  7. Dunleavy & Dede, 2014

  8. Vgl. Ceynowa, 2012; Duguleana, Florin, Postelnicu, Brondi, & Carrozzino, 2016; Kysela & Štorková, 2015

  9. Externer Link: https://www.memento.wien, Unterrichtsbeispiel bei Buchner, in Press

  10. Blaschitz & Buchner, in Press

  11. The speaking celt: Externer Link: https://youtu.be/XkT6W4oaeVw

  12. Anleitungsvideos, noch mit dem alten Namen Aurasma, finden Sie hier: Externer Link: http://bit.do/araurasma

  13. Buchner, 2017

  14. Knopf & Mosbach, 2018

  15. Knopf, 2018

  16. Kerawalla, Luckin, Seljeflot, & Woolard, 2006

  17. Squire & Jan, 2007

  18. Rosenbaum, Klopfer, & Perry, 2007

  19. Vgl. Radu, 2014; Wu u. a., 2013

  20. Vgl. Nischelwitzer, Lenz, Searle, & Holzinger, 2007; Seo, Kim, & Kim, 2006; Sin, 2010

  21. Kotranza, Lind, Pugh, & Lok, 2009

  22. Kaufmann & Schmalstieg, 2003

  23. Liu et al., 2009

  24. vgl. zB. https://youtu.be/GUtdBRnfZiE, auch {Formatting Citation}

  25. Mishra & Köhler, 2006

  26. De Bruyckere, Kirschner, & Hulshof, 2015

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Josef Buchner ist wissenschaftlicher Mitarbeiter und Dozent für Medienbildung an der Pädagogischen Hochschule St. Gallen, Institut für ICT und Medien. Er lehrt und forscht u. a. zum Einsatz von Multimediatechnologien für das Lehren und Lernen. Seine Schwerpunkte sind Kompetenzen für Lehrpersonen in der digital vernetzten Welt, Flipped/Inverted Classroom sowie Augmented und Virtual Reality.