Dargestellt am Beispiel von Unterrichtsinhalten für die Induktion
In diesem Blogbeitrag zeigen wir die Umsetzung von konkreten Unterrichtsinhalten für die Verwendung von Augmented und Virtual Reality im Unterricht am Beispiel „Induktion“ für den Physikunterricht.
Die Aufbereitung des Themas wird in drei Schritten erläutert. Im ersten Schritt wird Material (3D-Objekte) zum Thema zusammengestellt, das für AR/VR-Anwendungen geeignet ist. Im zweiten Schritt wird damit die Verwendung im Unterricht mit Hilfe von AR (Arbeitsblätter/Lernplakate mit Augmented Reality) gezeigt und exemplarisch vorgeführt. Zum Schluss kann auch VR genutzt werden, indem der Unterricht in virtuelle Welten verlagert wird, die z.T. von den SuS selbstständig erkundet werden können und z.T. auch in Multi-User-Umgebungen durch den/die LuL geführt werden können.
Schritt 1: Materialbeschaffung
Bei AR/VR-Anwendungen geht es im optimalen Fall um 3D-Objekte, die für AR und/oder VR verwendet werden sollen. Es gibt online eine Unzahl von Portalen, auf denen 3D-Objekte heruntergeladen werden können. Die von uns bevorzugten Portale sind…
… für 3D-Druck: https://cults3d.com/
… für AR/VR mit LowPoly-Objekten: https://poly.pizza/
… und als Standart-Quelle für alle Anwendungen: https://sketchfab.com/
… mit Millionen von Objekte/Szenen von Tausenden Nutzern.
Bei allen Plattformen ist es ratsam, sich anzumelden, da erst dann die Berechtigung zum Download gegeben ist. Natürlich muss vor dem Download die Rechtevergabe geprüft werden. Alle downloadbaren Objekte stehen unter cc-Lizenzen bereit, aber am Besten sind Royalty-Free-Lizenzen, was cc0 entspricht, und besagt, dass diese Objekte auch ohne Namensnennung etc. verwendet und bearbeitet werden dürfen.
Für die Induktions-Anwendung haben wir unter dem Stichpunkt „Induction“ sowie „electric Field“ + „magnetic Field“ zahlreiche z.T. sogar animierte Objekte bis hin zu kompletten Simulationen gefunden. Andere Objekten konnten heruntergeladen und per Hand ergänzt und animiert werden.
Beim Herunterladen bietet sich das Format glb an, das GraficLibraryBinary-Format. Auf diese Art und Weise konnten wir eine kleine Sammlung themenrelevanter 3D-Objekte zusammenstellen.
Electromagnetic Induction by arloopa on Sketchfab
Magnetic Field of Solenoid by yuyalyj by yuyalyj on Sketchfab
Magnetic fields by famousandfaded on Sketchfab
Die folgenden Objekte fanden Eingang in unsere AR-VR-Dokumente:
Animiertes Magnetfeld der Spule: https://sketchfab.com/3d-models/magnetic-field-of-solenoid-by-yuyalyj-70e36fd97e234c4a8f326e62191c02c2
Vektorfeld einer Punktladung: https://sketchfab.com/3d-models/gravitomagnetic-tensor-field-9299a78248f54d66af2d09de2789bc59
Erdmagnetfeld: https://sketchfab.com/3d-models/magnetar-343ed1f1dccc426daa09a911066c5ab6
Elektrisches Feld eines Dipols: https://sketchfab.com/3d-models/field-lines-of-two-positive-charge-bf578d1b7e1b4952a836d19f13889da6
A Magnetic Field Experiment: https://sketchfab.com/3d-models/a-magnetic-field-experiment-95cfb7fed17447349deef855fb8b92fd
Die einfachen Magnete stammen von der Seite Poly.Pizza: https://poly.pizza/search/magnet
Einige der Objekte wurden mit dem 3D-Builder nachbearbeitet und mit https://sandbox.babylonjs.com/ animiert.
Schritt 2: AR-Anwendungen für Arbeitsblätter und Lernplakate
Hier nutzen wir das Portal https://app.lumi.education/, bei dem es ein H5P-Tool namens AR-Scavenger gibt. Dieses Tool erlaubt die Erstellung von WebAR-Elementen für beliebige Nutzung.
Wenn man sich bei Lumi 4 Education angemeldet hat, kann man neue Inhalte erstellen. Wie bei H5P üblich wählt man nun das Werkzeug aus – in unserem Fall den AR-Scavenger. Kernstück des AR-Scavenger ist die Zuordnung und Positionierung eines 3D-Objektes auf einem AR-Marker.
Wenn die Auswahl eines Marker-Bildes, eines 3D-Objektes sowie deren Positionierung erledigt ist, dann kann das Projekt gespeichert und bereit gestellt werden. Nun kann der QR-Code sowie der AR-Marker in beliebige Dokumente eingebaut werden. So zum Beispiel in Arbeitsblätter oder auch Lernplakate …
Hier stehen die beiden Dateien zum Download bereit:
Oder man kann das auch gleich selbst im Browser testen: https://app.Lumi.education/run/xt5cSz
Auf diese Art und Weise können 3D-Objekte in Augmented Reality zur Verfügung gestellt werden.
Schritt 3: VR-Anwendungen zur Induktion
Statt per AR auf Arbeitsblättern und Lernplakaten können diese 3D-Objekte auch in virtuellen Umgebungen platziert werden. Diese VR-Welten können dann entweder einzeln (Single-User-Welten) oder zusammen (Multi-User-Welten) besucht werden.
3a Single-User-Welten:
Für Single-User-Welten hat sich die Plattform CoSpacesEDU bewährt. Diese browserbasiert Plattform erlaubt es LuL sowie SuS, eigene virtuelle Welten zu erstellen und diese dann zu teilen. Als Beispiel haben wir die folgende VR-Welt zum Thema Induktion bereitgestellt: https://edu.cospaces.io/UPY-ZPQ
Wenn man den Schlüssel für das Labor gefunden hat kann man das Induktions-Labor betreten und sieht eine Anzahle von „Ausstellungsstücken“. Diese sind durch Plakat beschriftet/erklärt.
Zusätzlich können diese Ausstellungsstücke durch Anklicken animiert werden. Das geht ganz bequem über die CoBlocks-Programmiersprache, also einer Programmierphilosophie die die SuS im besten Falle bereits durch Scratch- oder Calliope-Projekte kennen.
Diese Single-User-Welt können/müssen die SuS selbständig bearbeiten. Für die Vorbereitung von Tests können problemlos kleine Quiz-Aufgaben integriert werden, die den SuS Rückmeldung geben über ihren Lernerfolg …
Multi-User-Welten
Wenn die LuL zusammen mit ihren SuS die VR-Welt betreten wollen, dann muss man eine Plattform verwenden, die solche VR-Welten anbietet. Da wäre z.B. die Plattform Mozilla Hubs/Mozilla Spoke https://hubs.mozilla.com/spoke/, die es erlauben VR-Welten zu erstellen (Mozilla Spoke) und diese zu teilen und zu administrieren (Mozilla Hubs).
Da diese Welten nicht programmierbar sind haben wir uns nun dem Portal https://framevr.io/Home zugewandt und dort die VR-Welt zum Thema Induktion erstellt.
Multi-User-Welt zur Induktion betreten: https://framevr.io/suite4privat
Hier findet man fast die selben Ausstellungs-Exponate wieder wie in der CoSpaces-Welt. Darüber hinaus kann hier sogar mit Screen-Share und Webcam-Einblendung gearbeitet werden. Auch ein interaktives Whiteboard ist integriert…
… und last but not least: Es ist ein Action-Editor integriert, mit dem man die Items zwecks Interaktion programmieren kann:
Das besondere Sahnehäubchen ist jedoch die Nutzung mittels VR-Brillen. Sowohl CoSpacesEDU, Mozilla Hubs als auch FrameVR sind mit allen gängigen VR-Brillen zugänglich. Getestet habe wir die Welten mit den VR-Brillen Oculus Go und Pico 2 und Pico 4. Sogar die Cardboard-VR-Brillen werden unterstützt! Wir verwenden die Cardboard-Brillen von Renkforce, die einen Action-Butten haben und somit auch Navigation und Interaktion in VR-Welten unterstützen.
Wie wir gezeigt haben, ist es letztendlich tatsächlich möglich für modernen Physikunterricht die Möglichkeiten von AR und VR mit einzubeziehen. Der Aufwand erscheint im ersten Moment sicher enorm, aber das ist wie mit der Verwendung jeder neuen Technologie – Übung macht den Meister…
Das Metaverse wird tatsächlich kommen und sicher auch die Bildung beeinflussen. So wie SuS heutzutage selbstverständlich YouTube-Tutorials nutzen werden sie in naher Zukunft in virtuellen Umgebungen nach Rat suchen. Schön wäre es, wenn dann auch pädagogisch fundierte Materialen zu finden sind!
Wir – das Team vom MPZ LKL – helfen gern bei der Umsetzung ihrer AR-VR-Projekte.
Also wünschen wir Ihnen bis dahin viel Erfolg und Spaß an der Arbeit.
Jens Tiburski