Wie Augmented Reality experimentelles Lehren und Lernen an der TU Kaiserslautern unterstützt

Insbesondere beim Vermitteln von Lehrinhalten in den MINT-Fächern ist der experimentelle Umgang mit aktuellen Themen für das Begreifen der (natur-)wissenschaftlichen Zusammenhänge unabdingbar. Mit dem U.EDU-Teilprojekt „ARWIN“ werden Lehrkräften an der Technischen Universität (TU) Kaiserslautern Experimentierkoffer mit neuen Methoden und Tools an die Hand gegeben, die das Durchführen von bestehenden Laborexperimenten im Unterricht ermöglichen – unter anderem mithilfe von Augmented Reality (AR).

eine naturwissenschaftliche Versuchsanordnung

Materialien werden in Experimentierkoffer integriert und für Lehrkräfte kostenlos bereitgestellt.

© TU Kaiserslautern/BioVT

Von Roland Ulber und Lena Geuer

„Unser Ziel ist es, den Nachwuchs für die Natur- und Ingenieurswissenschaften zu begeistern, forschungsnahe und praxisorientierte Lehr- und Lernszenarien zu entwickeln und Brücken zur Integration in den naturwissenschaftlichen Unterricht zu schlagen“, erläutert Lena Geuer (M.Ed.) vom Lehrgebiet für Bioverfahrenstechnik an der TU Kaiserslautern. „Begleitet durch die Kombinationen von realen und virtuellen Elementen können zusätzlich völlig neue Lehr- und Lernhorizonte erreicht werden, die sonst im Schulalltag nicht möglich sind.“

Der Fokus der Projektarbeiten liegt darauf, die auf die Schülerschaft zugeschnittene didaktische Aufarbeitung bestehender Laborexperimente aus der Bioverfahrenstechnik mit AR anzureichern, um den pädagogischen Mehrwert der Kombination von realen und virtuellen Elementen im Experimentierprozess zu entfalten. Die medialen Eigenschaften von AR und die Kombination von realen und virtuellen Elementen zielen darauf ab, das Lernen zu fördern und die kognitive Belastung der Lernenden zu reduzieren.

Um die Brücke zwischen den mit AR ergänzten Laborversuchen und den Experimentierphasen des naturwissenschaftlichen Unterrichts zu schlagen, werden die im Projekt entstandenen Materialien in Experimentierkoffer integriert und für Lehrkräfte kostenlos bereitgestellt. Zusätzlich besteht ein Fortbildungsangebot, in dem Wissen zum fachlichen Hintergrund und der Umgang mit den Experimentierkoffern vermittelt wird.

Aktuell konstruiert und testet „ARWIN“ zu Themen aus der 'Bioverfahrenstechnik' die AR-Umgebungen, mit denen Schülerinnen und Schüler anhand von didaktisch aufgearbeiteten Experimenten die Kultivierung von Mikroorganismen in Bioreaktoren kennenlernen. Regelmäßige analytische Messungen ermöglichen es, wissenschaftliche Aussagen zum mikrobiellen Wachstum zu treffen. Die Lernenden wenden dabei ihr Wissen zu analytischen Methoden an, stellen Vergleiche zwischen den Methoden her und arbeiten in der Auswertung mit den eigens erfassten Daten.

„Das Angebot an Experimentierkoffern wird fortlaufend ergänzt. Koffer für das Wachstum von Hefen und Algen sind bereits erhältlich. Ein Koffer zur Beobachtung des Wachstums von Pflanzenzellen wird in Kürze zur Verfügung stehen“, ergänzt Roland Ulber, Leiter des Lehrgebiets für Bioverfahrenstechnik.

Die AR-Umgebung zu den Laborexperimenten bietet virtuell dargestellte Hilfestellung zum realen experimentellen Verfahren und fachlichen Hintergrundwissen oder liefert zusätzliche weiterführende Informationen, zum Beispiel in Form von Videos, Text oder Bild. Diese unterstützenden Lernbausteine lassen sich auf einem Tablet anzeigen, sobald ein zugehöriges Erkennungsmerkmal wie etwa ein Bauteil der experimentellen Apparatur per Kamera gescannt worden ist. Neben dem Ziel einer schulartspezifischen und schülerorientierten Optimierung der AR-Umgebung werden parallel zum Projektvorhaben verschiedene Untersuchungsvariablen wie beispielsweise Cognitive Load, Usability sowie Fach- & Sachinteresse in einer Studie mit Schülerinnen und Schülern erforscht.