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Projects
Peers
Passion
Play
Literaturverzeichnis
[1]
Resnick, Mitchel (2014): Give P's a chance: Projects, peers, passion, play, https://web.media.mit.edu/~mres/papers/constructionism-2014.pdf
[2]
Lhotzky, Schimmelpfennig, Wendt (2020): Augmented Physik AR im Physikunterricht
[3]
A-Frame: https://aframe.io/docs/1.3.0/introduction/
[4]
THREE.js: https://threejs.org/
[5]
jsARToolkit5: https://github.com/artoolkitx/jsartoolkit5
[6]
WebGL: https://developer.mozilla.org/de/docs/Web/API/WebGL_API
[7]
WebRTC: https://webrtc.org/getting-started/overview
[8]
AR.js: https://ar-js-org.github.io/AR.js-Docs/
[9]
„PUMA“: Physikunterricht mit Augmentierung Uni Würzburg https://www.physik.uni-wuerzburg.de/pid/physik-didaktik/augmented-reality/
StR Stefan Kraus
Lehrstuhl für Physik und ihre Didaktik
Universität Würzburg
Emil
-Hilb-Weg 22
D
-97074 Würzburg
stefan.kraus@physik.uni
-wuerzburg.de
https://ar.herrkraus.de
WebAR-Techniken unterstützen die Optik-Lehre
Stefan Kraus | Thomas Trefzger
Augmented Reality
Augmented Reality (AR) als Verschmelzung von virtuellen Elementen mit der
Realität ist inzwischen bekannt. Doch wieso sollte diese in der Schule Einzug
halten? Physikunterricht lebt von spielerischen Experimenten, Projekten, der
Arbeit im Team und den Emotionen, die damit verbunden sind [1].
WebAR mit der WebXR-API und AR.js [8]
Optiklabor
Ähnliches Projekt: ARX
Eine ähnliche (native) App wurde bereits von Frederic Schimmelpfennig
an der Uni Mainz entwickelt. Die App „ARX“simuliert die Physik hinter
der Optik, um einen Baukasten verschiedener optischer Instrumente
platziert auf Markern bereitzustellen. Die Machbarkeit ist hiermit
bewiesen, jedoch wird die Installation einer App auf dem Gerät
vorausgesetzt. Zudem wurde der Nutzen der App noch nicht
eingebettet in ein Unterrichtskonzept durch eine Studie untersucht. [2]
Grundlage
•A-Frame [3]
•THREE.js [4]
•JSARToolkit5 [5]
•WebGL [6]
•WebRTC [7]
Features
•effizient (auch) auf
Smartphones
•webbasiert
•keine Installation
•kaum Speicherbedarf
•OpenSource
•plattformunabhängig
Code •HTML
•JavaScript
Es wird viel dafür getan, den Physik-
Unterricht in diesen Bereichen zu stärken.
Viele Experimente sind allerdings dem
Präsenzunterricht vorbehalten. Häufig
wird teures Equipment benötigt, das den
Schülerinnen und Schülern nicht nach
Hause mitgegeben werden kann. Auch ist
das Material oft nur in begrenztem Maß
vorhanden. Dies führt zur Verwendung
von Simulationen, die allerdings meist
sehr stark auf einen bestimmten Versuch
fokussiert sind und kaum Raum für
kreatives Experimentieren bieten. Eine
Weiteres Vorgehen
Konzeption Beta-
Version Prästudie Hauptstudie
Herbst ’21 bis Frühjahr ’22:
Gespräche auf DPG-Tagung,
Didacta Köln, im Kollegium, und
mit Schülerinnen und Schülern
Herbst ’22:
Erste lauffähige Version,
Tests auf verschiedenen Endgeräten
Möglich: Befragungen auch auf
Fortbildungen, Lehr-Lern-Labor,
GDCP-Doktorierendenkolloquium
Größer angelegte Studie in
Schulklassen unter der Nutzung
von Online-Auswertungstechniken
flexible Augmented Reality-Simulation, die nicht starre Vorgänge, sondern die
Physik hinter dem Versuch simuliert, erscheint hier als ideale Ergänzung zu
konventionellen Experimenten. Reale Experimente haben Vorteile, die sich
durch eine Simulation nicht ersetzen lassen:
Native AR-Applikationen erfordern die Installation auf einem mobilen
Endgerät. Dies ermöglicht der dedizierten Software eine qualitativ
hochwertige Nutzererfahrung, jedoch stellt die Installation eine Hürde im
Schulalltag da.So haben viele Schülerinnen und Schüler keine Installations-
rechte auf ihren Smartphones oder es fehlt schlicht an ausreichendem
Speicherplatz. WebAR-Anwendungen hingegen laufen im Browser und
WebAR –AR mit Webtechniken
Physikunterricht mit Augmentierung
werden als normale Website geladen. Eine Installation ist nicht
notwendig. Dies vereinfacht den Schuleinsatz wesentlich.
Ein Beispiel kann über den nebenstehenden QR-Code
abgerufen werden. Anschließend muss die Kamera auf den
„A“-Marker gerichtet werden.
Die Applikation
Ziel ist die Entwicklung einer WebAR-Anwendung zur Simulation von
Optik-Versuchen. Dabei legen die Schülerinnen und Schüler mehrere
ausgedruckte Marker auf den Tisch, worüber Lichtquellen und Gegenstände
wie Linsen und Spiegel eingeblendet werden. Die Anordnung der Marker ist
völlig frei wählbar. Der Strahlenverlauf wird physikalisch modelliert und so
realistisch wie möglich wiedergegeben. Dabei kommt neben der
darstellerischen auch eine haptische Komponente zum Tragen, die das
Experimentiererlebnis verstärken soll. Zudem ist es möglich, Parameter der
beteiligten Objekte wie die Wellenlänge oder Brennweite während des
Versuchs zu ändern und dabei in physikalische Grenzbereiche vorzustoßen.
Forschungsinteresse
Die Forschungsfragen sind noch nicht abschließend formuliert. Mögliche Themen:
Reifegrad von WebAR
Grad der Plattformunabhängigkeit im praktischen Einsatz
Interesse von Lehrkräften, Schülerinnen und Schülern an AR-Anwendungen
Nachhaltigkeit der Wirkung auf motivational-affektive Faktoren
Intensität und Nachhaltigkeit der Nutzung durch die Lernenden zu Hause
Vergleich mit „konventionellen Hausaufgaben“
Einsatzzweck
Zweck der WebAR-Applikation soll keinesfalls sein, reale Experimente zu
ersetzen. Vielmehr soll sie eine Ergänzung darstellen und dabei ihre Vorteile
primär in der Vor- und Nachbereitung, aber auch im Unterricht ausspielen:
Barrieren
abbauen
Experimente
zu den
Schülerinnen
und Schülern
nach Hause
bringen
Gefahren
vermeiden
Experimen-
tieren auch im
Unterricht,
Forschen im
Team
Physikalische
Grenzbereiche
ausloten
Projekt „PUMA“ der Universität Würzburg
Der Lehrstuhl für Physik und ihre Didaktik setzt sich intensiv mit dem
Einsatz von Augmentierung im Physikunterricht auseinander. So gibt
es weitere Projekte zur Elektrizitätslehre inkl. Magnetismus. [9]
Physik erleben,
wie sie wirklich ist
Konzentration auf
den Versuch ohne Ablenkung
Haptische Erfahrung
Daher ist es wichtig, Augmented Reality dort einzusetzen, wo sie im Vorteil ist.
Web AR WebAR