GeAR - Gelingensbedingungen beim Experimentieren mit Augmented Reality

The contribution is centred around the presentation of the didactical concept and the technical implementation of a toolkit for real-time visualizations of electrical circuit schematics with Augmented Reality (AR) for physics education. After an introduction to the state of research on learning with AR in physics education, the didactical curriculum and the specific learning difficulties of electrical circuit schematics from introductory to higher level physics education are expounded. Subsequently, the technical features of the toolkit are explained. The major technical feature of the toolkit is the dynamic real-time visualization of electrical circuit symbolics: electrical circuit symbols of components and electrical circuit schematics of (parts of) electrical circuits can be perceived in real-time during the circuit assembly. Lastly, pending technical improvements are discussed and an outlook concerning the practical implementation of the toolkit is given. Overall, this contribution provides insights into current didactical design potentials and prevailing challenges concerning the use of AR-technology in physics education. Link to acess full proceedings: https://repositorium.sdum.uminho.pt/bitstream/1822/81443/1/ESERA2021-Proceedings_Book.pdf

Die Technologie Augmented Reality (AR) eröffnet durch Anreicherung der realen Welt mit virtuellen Informationen innovative pädagogisch-didaktische Gestaltungsmöglichkeiten in Lehr-Lern-Situationen. Insbesondere im Sachunterricht der Primarstufe besteht derzeit noch ein erhebliches Desiderat zur Erforschung des pädagogisch-didaktischen Potenzials des Einsatzes von AR sowie grundsätzlich zur Konzeption und Implementation entsprechender AR-Lehr-Lern-Tools. Ziel der in diesem Beitrag beschriebenen Studie ist die Erlangung grundlegender Erkenntnisse zur Einschätzung der «Pedagogical Usability» eines AR-Lehr-Lern-Tools für den naturwissenschaftlich-orientierten Sachunterricht durch Grundschullehrpersonen. Diese durch Befragung von Grundschullehrpersonen gewonnenen Einschätzungen wurden in einem qualitativen Design mittels eines leitfadengestützten Interviews erfasst und durch eine strukturierende qualitative Inhaltsanalyse ausgewertet. Insgesamt zeigt sich, dass das evaluierte AR-Lehr-Lern-Tool einige Teilaspekte der Pedagogical Usability aus Sicht der Lehrpersonen erfüllt (z. B. «Motivation» und «Student Control») und in anderen Teilen noch verbessert werden könnte (z. B. bzgl. «Applicability» und «Feedback»). Auffallend ist auch, dass die Lehrpersonen die pädagogisch-didaktischen Vorteile von AR nicht oder kaum erkennen und die Unterschiede zwischen verschiedenen AR-Technologien auch nur teilweise benennen oder erkennen können. Die Ergebnisse stellen eine erste Grundlage für weitere Untersuchungen zur Rolle der Lehrperson bei der Entwicklung, Evaluation und Implementierung hoch innovativer, technologiegestützter Lehr-Lern-Tools sowie für die Erforschung des pädagogisch-didaktischen Potenzials von AR zu weiteren Themen des Sachunterrichts dar.

Ob bei Unterhaltungsspielen, beim Einrichten des Wohnzimmers oder auch bei der Plakatwerbung an der nächsten Bushaltestelle: Augmented Reality (AR) oder Virtual Reality (VR) sind längst im Alltag – auch zunehmend von Schüler:innen der Primarstufe – angekommen: Spieleanwendungen wie Pokémon Go (AR), Minecraft oder SIMS (VR) werden bereits von jüngeren Kindern genutzt (vgl. KIM-Studie 2020 des mpfs) und sorgen für Faszination. Im Zuge ihres Lebens werden die Schüler:innen auch Echtzeit-Navigation auf ihren Mobilgeräten nutzen, virtuelle Museumsbesuche erleben oder in vielen Berufsfeldern mit AR oder VR umgehen (z. B. Echtzeit-Bildunterstützung bei chirurgischen Eingriffen). AR und VR weisen also für Schüler:innen der Primarstufe eine hohe Gegenwarts- und Zukunftsbedeutung (Irion, 2018, 4; Klafki, 2007, 15 ff.) auf. Im Sinne der Bildung in der Digitalität (vgl. Irion, Peschel & Schmeinck in diesem Band) müssen Medienkompetenzen generell, aber auch Kompetenzen in Bezug auf AR/VR-Technologien sowie auf den Umgang mit den (Aus-) Wirkungen von virtuellen Anreicherungen oder Ersetzungen der Realität angebahnt werden.

Empirical research has shown that augmented reality (AR) has the potential to promote learning in different contexts [1, 2]. In particular, this has been shown for AR-supported physics experiments, where virtual elements (e.g., measurement data) were integrated into the learners’ visual reality in real-time: compared to traditional experimentation, AR reduced cognitive load [3] and promoted conceptual learning [4, 5]. Drawing upon previous work from this column Drawing upon previous work [6], we present an AR-supported experiment on simple electrical circuits that allows for real-time visualization including highlighting of electrical circuit schematics using either smartglasses or tablet computers. The experiment addresses students in introductory physics education and holds the potential to provide visual assistance for complex electrical circuits in secondary or higher physics education.

Im Rahmen dieses Beitrags werden Beispiele für den praktischen Einsatz von Augmented Reality (AR) im Sachunterricht der Primarstufe skizziert. Sie dienen sowohl der Veranschaulichung des pädagogisch-didaktischen Potenzials von AR als auch der Veranschaulichung des Transfers zwischen dem fachdidaktischen Einsatz von AR in den Sekundarstufen und dem sachunterrichtsdidaktischen Einsatz von AR in der Primarstufe. Es werden daher auch notwendige bzw. wünschenswerte Entwicklungen von Modellierungen Medialen Lernens – insb. bzgl. AR – aufgezeigt, die eine theoretische Verortung von AR im sachunterrichts- didaktischen Verständnis von Lehren und Lernen ermöglichen.

Der Sachunterricht ist das Fach der Primarstufe, das auf der einen Seite die Näherung der Kinder an die Sachen und Phänomene aus der Lebenswelt in den Mittelpunkt der unterrichtlichen Auseinandersetzung rückt und auf der anderen Seite mehrere Fächer der Sekundarstufe vorbereiten soll. Dieser Lebensweltbezug geht mit der ‚kindlichen Welterschließung‘ einher und bezieht sich auf die besondere Aufgabe des Sachunterrichts, Schüler*innen „darin zu unterstützen, ihre natürliche, kulturelle, soziale und technische Umwelt sachbezogen zu verstehen, sie sich auf dieser Grundlage bildungswirksam zu erschließen und sich darin zu orientieren, mitzuwirken und zu handeln“ (GDSU, 2013, S. 9). Der Sachunterricht richtet sich demnach nicht an einzelnen Wissenschaftsdisziplinen aus oder verfolgt den Fächerkanon der Sekundarstufe, sondern stellt immer einen Bezug zur ‚Welt der Sachen‘ und der ‚Welt der Kinder‘ her. Dies sind auch medial geprägte Phänomene sowie Situationen, in denen Kinder mit (digitalen) Medien zunehmend und selbstverständlich umgehen (vgl. KIM, 2018; 2016; 2014). Die Allgegenwärtigkeit digitaler Medien in der Lebenswelt der Schüler*innen (vgl. auch Kammerl, 2020; Irion, 2020; Irion, 2016) muss auch im (Sach-)Unterricht der Grundschule berücksichtigt werden, wenn man den in curricularen Werken des Sachunterrichts geforderten Lebensweltbezug (GDSU, 2013, S. 10) anstrebt.

Die Nutzung digitaler Medien in fachlichen Lehr-Lernsituationen soll aus Sicht der Gesellschaft für Fachdidaktik eine mediale Unterstützung fachlichen Lernens und gleichzeitig die fachliche Grundlegung medialen Lernens adressieren (GFD, 2018). Dabei sollten der konkrete Einsatz und die Ausrichtung des Unterrichts nunmehr mittels fachdidaktischer Rekonstruktion des Lerninhalts (Duit et al, 2012; Kattmann et al., 1997; Peschel, 2016) unter Einbezug medialer Aspekte in Sinne einer fach-medien-didaktischen Rekonstruktion (Lauer & Peschel, 2021) vorgenommen werden, was eine erweiterte Aushandlung zwischen den technischen Möglichkeiten des digitalen Mediums und den Anforderungen des Fachinhalts einschließt.

The evaluation of digital technologies concerning their benefit for teaching and learning is essential to enable a fruitful usage in the classroom. The present paper discusses the pedagogical usability of different visualization technologies of augmented reality (AR) in primary science education. Subsequently, the design for a qualitative study concerning the assessment of primary school teacher’s opinions concerning the pedagogical usability of AR is derived. The study aims to obtain findings concerning differences in pedagogical usability between two AR-visualization technologies is derived using the example of an educational AR application for primary science-studies.

Cognitive load theory is considered universally applicable to all kinds of learning scenarios. However, instead of a universal method for measuring cognitive load that suits different learning contexts or target groups, there is a great variety of assessment approaches. Particularly common are subjective rating scales, which even allow for measuring the three assumed types of cognitive load in a differentiated way. Although these scales have been proven to be effective for various learning tasks, they might not be an optimal fit for the learning demands of specific complex environments such as technology-enhanced STEM laboratory courses. The aim of this research was therefore to examine and compare the existing rating scales in terms of validity for this learning context and to identify options for adaptation, if necessary. For the present study, the two most common subjective rating scales that are known to differentiate between load types (the cognitive load scale by Leppink et al. and the naïve rating scale by Klepsch et al.) were slightly adapted to the context of learning through structured hands-on experimentation where elements such as measurement data, experimental setups, and experimental tasks affect knowledge acquisition. N = 95 engineering students performed six experiments examining basic electric circuits where they had to explore fundamental relationships between physical quantities based on the observed data. Immediately after the experimentation, the students answered both adapted scales. Various indicators of validity, which considered the scales’ internal structure and their relation to variables such as group allocation as participants were randomly assigned to two conditions with a contrasting spatial arrangement of the measurement data, were analyzed. For the given dataset, the intended three-factorial structure could not be confirmed, and most of the a priori-defined subscales showed insufficient internal consistency. A multitrait–multimethod analysis suggests convergent and discriminant evidence between the scales which could not be confirmed sufficiently. The two contrasted experimental conditions were expected to result in different ratings for the extraneous load, which was solely detected by one adapted scale. As a further step, two new scales were assembled based on the overall item pool and the given dataset. They revealed a three-factorial structure in accordance with the three types of load and seemed to be promising new tools, although their subscales for extraneous load still suffer from low reliability scores.

Multimedia learning theories suggest presenting associated pieces of information in spatial and temporal contiguity. New technologies like Augmented Reality allow for realizing these principles in science laboratory courses by presenting virtual real-time information during hands-on experimentation. Spatial integration can be achieved by pinning virtual representations of measurement data to corresponding real components. In the present study, an Augmented Reality-based presentation format was realized via a head-mounted display and contrasted to a separate display, which provided a well-arranged data matrix in spatial distance to the real components and was therefore expected to result in a spatial split-attention effect. Two groups of engineering students (N = 107; Augmented Reality vs. separate display) performed six experiments exploring fundamental laws of electric circuits. Cognitive load and conceptual knowledge acquisition were assessed as main outcome variables. In contrast to our hypotheses and previous findings, the Augmented Reality group did not report lower extraneous load and the separate display group showed higher learning gains. The pre- and posttest assessing conceptual knowledge were monitored by eye tracking. Results indicate that the condition affected the visual relevancy of circuit diagrams to final problem completion. The unexpected reverse effects could be traced back to emphasizing coherence formation processes regarding multiple measurements.

CC BY 4.0 https:// creativecommons.org/licenses/by/ 4.0/ Augmenting reality via head-mounted displays (HMD-AR) is an emerging technology in education. The interactivity provided by HMD-AR devices is particularly promising for learning, but presents a challenge to human activity recognition, especially with children. Recent technological advances regarding speech and gesture recognition concerning Microsoft’s HoloLens 2 may address this prevailing issue. In a within-subjects study with 47 elementary school children (2nd to 6th grade), we examined the usability of the HoloLens 2 using a standardized tutorial on multimodal interaction in AR. The overall system usability was rated “good”. However, several behavioral metrics indicated that specific interaction modes differed in their efficiency. The results are of major importance for the development of learning applications in HMD-AR as they partially deviate from previous findings. In particular, the well-functioning recognition of children’s voice commands that we observed represents a novelty. Furthermore, we found different interaction preferences in HMD-AR among the children. We also found the use of HMD-AR to have a positive effect on children’s activity-related achievement emotions. Overall, our findings can serve as a basis for determining general requirements, possibilities, and limitations of the implementation of educational HMD-AR environments in elementary school classrooms.

Processing visual stimuli in a scene is essential for the human brain to make situation-aware decisions. These stimuli, which are prevalent subjects of diagnostic eye tracking studies, are commonly encoded as rectangular areas of interest (AOIs) per frame. Because it is a tedious manual annotation task, the automatic detection and annotation of visual attention to AOIs can accelerate and objectify eye tracking research, in particular for mobile eye tracking with egocentric video feeds. In this work, we implement two methods to automatically detect visual attention to AOIs using pre-trained deep learning models for image classification and object detection. Furthermore, we develop an evaluation framework based on the VISUS dataset and well-known performance metrics from the field of activity recognition. We systematically evaluate our methods within this framework, discuss potentials and limitations, and propose ways to improve the performance of future automatic visual attention detection methods.

Scanning and processing visual stimuli in a scene is essential for the human brain to make situation-aware decisions. Adding the ability to observe the scanning behavior and scene processing to intelligent mobile user interfaces can facilitate a new class of cognition-aware user interfaces. As a first step in this direction, we implement an augmented reality (AR) system that classifies objects at the user’s point of regard, detects visual attention to them, and augments the real objects with virtual labels that stick to the objects in real-time. We use a head-mounted AR device (Microsoft HoloLens 2) with integrated eye tracking capabilities and a front-facing camera for implementing our prototype.

Currently an increasing number of head mounted displays (HMD) for virtual and augmented reality (VR/AR) are equipped with integrated eye trackers. Use cases of these integrated eye trackers include rendering optimization and gaze-based user interaction. In addition, visual attention in VR and AR is interesting for applied research based on eye tracking in cognitive or educational sciences for example. While some research toolkits for VR already exist, only a few target AR scenarios. In this work, we present an open-source eye tracking toolkit for reliable gaze data acquisition in AR based on Unity 3D and the Microsoft HoloLens 2, as well as an R package for seamless data analysis. Furthermore, we evaluate the spatial accuracy and precision of the integrated eye tracker for fixation targets with different distances and angles to the user (n=21). On average, we found that gaze estimates are reported with an angular accuracy of 0.83 degrees and a precision of 0.27 degrees while the user is resting, which is on par with state-of-the-art mobile eye trackers.

Learning with hands‐on experiments can be supported by providing essential information virtually during lab work. Augmented reality (AR) appears especially suitable for presenting information during experimentation, as it can be used to integrate both physical and virtual lab work. Virtual information can be displayed in close spatial proximity to the correspondent components in the experimentation environment, thereby ensuring a basic design principle for multimedia instruction: the spatial contiguity principle. The latter is assumed to reduce learners' extraneous cognitive load and foster generative processing, which supports conceptual knowledge acquisition. For the present study, a tablet‐based AR application has been developed to support learning from hands‐on experiments in physics education. Real‐time measurement data were displayed directly above the components of electric circuits, which were constructed by the learners during lab work. In a two group pretest–posttest design, we compared university students' (N = 50) perceived cognitive load and conceptual knowledge gain for both the AR‐supported and a matching non‐AR learning environment. Whereas participants in both conditions gave comparable ratings for cognitive load, learning gains in conceptual knowledge were only detectable for the AR‐supported lab work.

Während Virtual Reality (VR) oder Mixed Reality (MR) eine Erweiterung der Realität ermöglichen, kleidet der game-based Learning-Ansatz das Lernszenario ein (Whitton, 2012). In diesem Beitrag wird das Projekt SCINECE without FICTION vorgestellt, welches den Kompetenzerwerb der Schüler*innen mittels verschiedener VR- und MR-Umgebungen (in Anlehnung an das Reality-Virtuality-Continuum, Milgram & Kishino, 1994) unterstützen soll und dabei dem game-based-Learning-Ansatz folgt. Neben Fachwissen zu naturwissenschaftlichen Aspekten der aktuellen Umweltdebatte (z. B. regenerative Energieträger, Stoffkreisläufe etc.) sollen auch überfachliche Kompetenzen, wie beispielsweise Sozial- oder personale Kompetenzen, gefördert werden (Gnahs, 2010). Nach Darlegung der theoretischen Grundlagen des Projekts werden erste Umsetzungsansätze beleuchtet.

Dieser Beitrag fokussiert forschungstheoretische Begrifflichkeiten sowie aktuelle Entwicklungen und Modellierungen des Medialen Lernens am Beispiel von Augmented Reality (AR) mit der Entwicklung unterrichtsnaher AR-Szenarien entlang des deAR-Modells (Seibert et al., 2020a). Die Planung, Konzeption und Reflexion didaktisch eingebetteter AR entlang des deAR-Modelles sind zentrale Aspekte bei des Umgangs mit digitalen Lerninhalten im Rahmen des Curriculums von MoDiSaar am Beispiel konkreter Fachinhalte der Chemie, der Physik und des Sachunterrichts. Mittels des deAR-Modells können fachliche Inhalte, wie zum Beispiel die Visualisierung von Teilchenprozessen sowie elektrische Schaltskizzen, und methodische Anwendungen, wie z.B. game-based Learning-Szenarien oder interaktive Lernformate zum Thema Quantenphysik, innerhalb eines didaktischen Rahmens unter Berücksichtigung der technischen Möglichkeiten und Grenzen von AR sinnvoll geplant und virtuell angereichert werden.

Mit dem vom BMBF geförderten Projekt QUANTAG (FKZ: 13N15401) wird eine interdisziplinäre Kollaboration zwischen Fachwissenschaftler*innen, Fachdidaktiker*innen, Schülerlaboren sowie Lernwerkstätten in Zusammenarbeit mit den Projekten SaLUt II und MoDiSaar (Qualitätsoffensive Lehrerbildung) an der Universität des Saarlandes realisiert. Ziel des Projekts ist es, eine alltagnahe Vermittlung von Quantentechnologien zielgruppenorientiert für verschiedene Alters- und Interessensgruppen umzusetzen. Im Projekt QUANTAG werden Bildungsangebote zum alltagsnahen Verständnis von Phänomenen der Quantentechnologie für unterschiedliche Adressatengruppen erarbeitet, mit dem Ziel, Quantentechnologien für eine breitere Masse der Gesellschaft verständlich und zugänglich zu machen. Neben Angeboten für Schüler*innen der Sekundarstufe II, Studienanfänger*innen sowie Bürger*innen, wird im Rahmen der Kinderuni Saar eine Vorlesungsreihe sowie eine Augmented-Reality-Campus-Rallye zum Thema Quanten für Schüler*innen im Alter von 8 bis 12 Jahren entwickelt. Als weitere Neuerung und Angebot wird parallel zur Kinderuni ergänzend ein Programm für Eltern – die Elternuni – eingeführt.

In diesem Beitrag wird eine Studie zur Untersuchung der Wirkungen von Augmented Reality (AR) -Technologien in der Primarstufe vorgestellt. Sie dient der Erforschung grundlegender Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes von AR-Technologien in Lehr-Lernsituationen aus fachdidaktischer Sicht für den naturwissenschaftlich-orientierten Sachunterricht der Primarstufe. Zunächst wird der theoretische Hintergrund bezüglich der Wirkung der verschiedenen AR-Technologien beschrieben. Daraus wird das Design für eine experimentelle Evaluationsstudie zur Untersuchung der Wirkungen verschiedener AR-Technologien in der Primarstufe am Beispiel Elektrik abgeleitet.

Dieser Beitrag beleuchtet den Diskurs des Einsatzes digitaler Medien in Lehr-Lernsituationen aus fachdidaktischer Perspektive am Beispiel der digitalen Technik Augmented Reality (AR). Es werden Besonderheiten der Gestaltung von Lehr-Lernumgebungen mit AR sowie Grundsätze und Leitlinien eines fach-medien-didaktischen Einsatzes von AR in fachlichen Lehr- Lernsituationen erläutert. Zunächst wird der theoretische Hintergrund zum Einsatz von AR in fachlichen Lehr-Lernsituationen dargelegt. Anschließend erfolgt eine Veranschaulichung des Einsatzes von AR am Beispiel der Konzeption und Entwicklung einer AR-Lehr-Lerneinheit zum Thema Elektrik für Schüler*innen der 3. und 4. Klasse.

Empirical research has shown that augmented reality (AR) has the potential to promote learning in different contexts. In particular, this has been shown for AR-supported physics experiments, where virtual elements (e.g., measurement data) were integrated into the learners’ visual reality in real time: compared to traditional experimentation, AR reduced cognitive load and promoted conceptual learning. Drawing upon previous work from this column, we present an AR-supported experiment on simple electrical circuits that allows for real-time visualization including highlighting of electrical circuit schematics using either smartglasses or tablet computers. The experiment addresses students in introductory physics education and holds potential to provide visual assistance for complex electrical circuits in secondary or higher physics education.

Digitale Medien sind aus der heutigen Gesellschaft nicht mehr wegzudenken. Diesen Trend erkannte auch die Kultusministerkonferenz (KMK) und reagierte im Jahr 2017 darauf mit der Strategie „Bildung in der digitalen Welt“, welche die „Kompetenzen in der digitalen Welt“ beinhaltet. Jedes Fach soll demnach mit fachspezifischen Inhalten verschiedene Aspekte der Medienbildung schulen, um die Schüler*innen zu kompetenten Individuen in der digitalen Welt zu erziehen. In der Formulierung der KMK klingt die Notwendigkeit einer didaktischen Einbettung digitaler Medien in den Unterricht bereits an, in der Realität werden diese häufig zum Selbstzweck eingesetzt. Im folgenden Artikel soll nun eine Möglichkeit aufgezeigt wer-den, wie Augmented Reality als Vertreter digitaler Medien didaktische reflektiert im Unter-richt verankert werden kann.

Einleitung Die immer weiter voranschreitende Digitalisierung unserer Schulen stellt Lehrer*innen, aber auch Lehramtsstudierende, vor die Herausforderung nach dem (didaktisch und fachlich) sinn-vollen Einsatz digitaler Medien im Unterricht. Einen inhaltlich verbindlichen Rahmen hat da-für die Kultusministerkonferenz 2017 (KMK, 2017) mit den "Kompetenzen in der digitalen Welt" geschaffen. Doch sind diese Kompetenzen eher nationale, fächerübergreifende Bil-dungsstandards, die in den jeweiligen Fächern fachdidaktisch aufbereitet und spiralcurricular erworben werden müssen. Es ist also die Aufgabe der einzelnen Schulfächer, diese allgemei-nen Kompetenzen für ihr Fach abzuleiten und fachdidaktisch eingebettet für den Unterricht nutzbar zu machen. Für diese Anforderungen gibt es allerdings nach wie vor deutlichen Ent-wicklungsbedarf didaktisch sinnvoller und fachlich wertvoller digitaler Anwendungen, die zur Orchestrierung im Naturwissenschaftsunterricht gewinnbringend eingesetzt werden können (Weinberger, 2018). Der Naturwissenschaftsunterricht hat dabei eine besondere Rolle, da hier das Experiment als Methode im Zentrum der Erkenntnisgewinnung steht und entsprechende Digitalisierungen sehr sensibel entwickelt werden müssen. Dieser Beitrag widmet sich der Möglichkeit, diesen naturwissenschaftlichen Erkenntnisprozess im Experiment mit Augmented Reality (AR)-Technik (displaybasiert, s. Klammerbeitrag) anzureichern. Konkret wird beschrieben, wie individualisierte, gestufte Hilfestellungen beim Experimentieren mittels di-gitalen Zusatzinformationen umgesetzt werden können oder die Schüler*innen auf eine kom-plett digitale Variante zurückgreifen können, wenn z.B. die manuellen Schwierigkeiten beim Experimentieren vom inhaltlichen Lernprozess ablenken bzw. diesen digital mit Hilfen unter-stützen können.

Innerhalb ihres Strategiepapiers zur Bildung in der digitalen Welt (KMK, 2016) fordert die Kultusministerkonferenz, dass digitale Lernumgebungen unter curricularen sowie didaktischen Gesichtspunkten gestaltet und systematisch eingesetzt werden sollen. Eine der Möglichkeiten, eine unter dem „Primat der Didaktik“ (Gervé, 2016, 35) entwickelte, digitale Ler- numgebung im Chemieunterricht einzusetzen, beschreibt die im Folgenden dargestellte Aug- mented-Reality-konzipierte Unterrichtsstunde zum Thema „Periodensystem der Elemente und Bohr’sches Atommodell“. Der Wert des Einsatzes von Augmented Reality (AR) ergibt sich nicht aus ihrer Medialität an sich, sondern aus der Art und Weise, wie sie – als Werkzeug – in die didaktische Konzeption der Unterrichtsstunde eingebettet ist (Wu, Lee, Chang & Liang, 2013; Peschel & Irion, 2016). In dieser Konzeption verknüpft Augmented Reality die Syste- matik innerhalb der Hauptgruppen und Perioden des Periodensystems der Elemente mit einer visuellen Darstellung des Bohr’schen Atommodells durch die simultane Augmentierung.

Dieser Artikel befasst sich mit der Definitionsbreite von Augmented Reality (AR) in didakti- schen Situationen und einem Einblick in den Forschungsstand zum Einsatz von AR im natur- wissenschaftlichen Unterricht. Es werden Forschungsdesiderate abgeleitet, die in den Beiträ- gen zu den Postern dieses Symposiums behandelt werden. Abschließend wird eine Übersicht über die inhaltliche und semantische Strukturierung der nachfolgenden Artikel gegeben.

Die digitale Technik Augmented Reality (AR) (vgl. Azuma et al., 2001) erlaubt die inhaltliche und semantische Verknüpfung realer und digitaler Elemente. Sie kann eingesetzt werden, um reale Gegenstände mit symbolhaften Repräsentationen zu verschränken. Diese Stärke von AR kann im Sachunterricht der Primarstufe zum Beispiel zur Unterstützung von Lernenden beim Zeichnen von Schaltskizzen genutzt werden, denn der Zusammenhang zwischen realen Ob- jekten und zugehörigen Schaltsymbolen stellt in diesem Kontext eine zentrale Lernschwierig- keit dar (vgl. z.B. Schecker et al., 2018). AR dient dabei als individuelle, adaptive visuelle Hilfe bei der Verknüpfung verschiedener Repräsentationsformen von Objekten und beim Aus- bau semantischer Strukturen und Hierarchien – sowohl beim Erstellen von Schaltskizzen zu gegebenen Schaltungen als auch beim Bau von Schaltungen zu gegebenen Schaltskizzen. Im Folgenden wird daher eine AR-gestützte, experimentelle Lehr-Lernumgebung zum Zeichnen von Schaltskizzen vorgestellt.