Arbeitsgruppe XR-Learning

Extended Reality Learning

Die AG XR-Learning (Extended Reality Learning) vereint unter dem Oberbegriff der Extended Reality (XR) die drei Ausprägungen Augmented Reality (AR), Mixed Reality (MR) und Virtual Reality (VR).

Es soll auf einer gewissen Art von Metaebene darum gehen, das Potential und die Reichweite dieses technologischen Gestaltungsspielraumes zusammenzubringen und gemeinsam voranzutreiben.

Somit beschäftigt sich die AG mit allen ihr zuordnungsbaren Technologien im Kontext der Bildung und damit einhergehende aktuelle Entwicklungen, Herausforderungen sowie Innovationen und Trends im Lehr-Lernkontext.

Extended Reality Spektrum

Xr-spektrum Web

 
(Eigene Darstellung)
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Vorstellung der AG XR-Learning

Mit diesem Video, welches im Rahmen des 5. E-Learning-Netzwerktag (Online Edition) entstand, möchte sich die Arbeitsgruppe XR-Learning vorstellen.

Motivation und Zielsetzung

Die AG ist im Rahmen der Universität Duisburg-Essen (UDE) organisiert, keinem spezifischen Fachbereich zugeordnet und steht allen Mitgliedern der UDE offen.

Die nachfolgenden Punkte stellen die Motivation der AG dar und dienen gleichzeitig als ihre Zielsetzung, im Kontext Extended Reality Learning:

  1. Bildung eines Forums, das dem aktiven, kontinuierlichen und vor allem kollegialen interdisziplinären Austausch zum Thema dient (Community of Practice).
     
  2. Koordination und Organisation von Aktivitäten, die die Sichtbarkeit des Themas sowie seiner Akteure innerhalb der UDE fördert und (neue) Kooperationen ermöglicht.
     
  3. Die Nachhaltigkeit sowie den Wissenszuwachs in diesem Themenbereich stärken, indem (Forschungs-)Ergebnisse zentral zusammengetragen werden, um durch deren Weitergabe den Transfer und insbesondere die Nachnutzung zu ermöglichen.

Weitere Informationen

Photo by Clayton Cardinalli on Unsplash

Erklärung der AG XR-Learning Gemeinsame Motivation und Zielsetzung

Was wir unter dem Begriff XR-Learning (Extended Reality Learning) verstehen, welches Potential von XR wir im Anwendungsfeld des Lehr-Lernkontextes sehen, welche gemeinsamen Ziele wir verfolgen, wie die Arbeitsgruppe organisiert ist und welche Mitglieder*innen und Fachbereiche ihr bereits angehören, haben wir in diesem Dokument zusammengetragen.

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Poster der AG XR-Learning Die Arbeitsgruppe stellt sich vor

Dieses Poster wurde ursprünglich für den E-Learning-Netzwerktag 2020 (UDE) gestaltet und informiert entsprechend über die Arbeitsgruppe XR-Learning.

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Photo by AbsolutVision on Unsplash

Hierüber möchten wir Sie informieren Aktuelle Hinweise

CfP: Lehren und Lernen mit AR/VR
Call for Paper zum Themenheft «Immersives Lehren und Lernen mit Augmented und Virtual Reality» in der Zeitschrift MedienPädagogik. Deadline: 31.08.2021.
Weitere Informationen finden Sie hier.

Mitglied werden

Wenn auch Sie, als Mitglied der UDE, der AG XR-Learning beitreten möchten, nehmen Sie gerne Kontakt mit uns auf.

Projekte

Nachfolgend möchten wir Ihnen einige Projekte unserer Mitglieder*innen vorstellen.
Die Liste (alph.) wird kontinuierlich aktualisiert.

AR4MATH

Augmented Reality im Mathematikunterricht

Kurz und Knapp

Personen

Didaktik der Mathematik, Fakultät für Mathematik, Universität Duisburg-Essen (Prof. Dr. Florian Schacht)

Ben-Gurion University of the Negev, Israel (Dr. Osama Swidan, Prof. Dr. Michael N. Fried)

Torino University, Italy (Prof. Dr. Ferdinando Arzarello, Prof. Dr. Cristina Sabena, Dr. Carlotta Soldano)

 

Projektstatus

Laufend: seit 2017

 

Kontaktmöglichkeit

Prof. Dr. Florian Schacht
florian.schacht@uni-due.de

www.ar4math.com

Das Projekt

Kurzzusammenfassung

Das Projekt AR4MATH adressiert die Nutzung von Augmented Reality (AR) Technology im Mathematikunterricht. Im engeren Sinne zielt das Projekt ab auf die Entwicklung geeigneter Technologien sowie Lernarrangements zur Förderung des mathematischen Denkens. Im weiteren Sinne sollen darüber hinaus Potentiale und Grenzen von AR Technology für den Mathematikunterricht sowie damit verbundene lerntheoretische Einsichten erforscht werden.

Projekthintergrund

Das Projekt AR4MATH ist angelegt als Design-Based-Research Projekt mit dem Ziel, Lernarrangements und entsprechende AR Prototypen im Rahmen iterativer Forschungs- und Entwicklungszyklen zu entwickeln und im Rahmen entsprechender empirischer Settings zu erforschen. Ein fachdidaktischer Schwerpunkt liegt dabei auf der Förderung des mathematischen Begründens und Beweisens in funktionalen Kontexten.

Den Lernarrangements zugrunde liegen reale Experimente, die die Lernenden ausführen. Die AR Technology sammelt u. a. real-time Data, die die Experimente anreichern. Dafür werden bewusste unterschiedliche Darstellungen und Repräsentationen gewählt, die für mathematisches Arbeiten zentral sind (z. B. Tabellen, graphische Visualisierungen).

Die Entwicklungsziele des Projektes liegen daher sowohl in der Entwicklung eines AR Toolkits als auch entsprechender Lernarrangements, die im Rahmen entsprechender Forschungs- und Entwicklungszyklen erarbeitet werden.

Ausgewählte Forschungsinteressen im Rahmen des Projektes

  • Die Rolle von Gesten, Sprache und Interkation bei der Arbeit mit AR Technology im Mathematikunterricht
  • Erforschung von Design-Prinzipien für AR Lernarrangements zur Förderung des funktionalen Denkens
  • Lernendenprozessanalysen bei der Verwendung von AR Technology im Mathematikunterricht

Einblicke in die Projektergebnisse

Die zwei nachfolgend referenzierten Videos öffnen in einem neuen Fenster (YouTube).

Ag-xrl-projekte Ar4math-video-1
Hooke's Law Activity
  Ag-xrl-projekte Ar4math-video-2
Galileo’s Activity

Veröffentlichungen

Yael Levy, Otman Jaber, Osama Swidan and Florian Schacht (2020). LEARNING THE FUNCTION CONCEPT IN AN AUGMENTED REALITY-RICH ENVIRONMENT. MEDA 2020 Proceedings, Linz.
Full article: http://www.ar4math.com/assets/pdf/MEDA%20paper-19072020.pdf

Swidan, O., Schacht, F., Sabena, C., Fried, M., El-Sana, J., & Arzarello, F. (2020). Engaging students in covariational reasoning within an augmented reality environment. In T. Prodromou (Ed.), Augmented Reality in Educational Settings (pp. 147-167). Bill | Sense Education.

Schacht, F., & Swidan, O. (2019). Exploring pre-calculus with augmented reality. A design-based-research approach. In: U. T. Jankvist, M. van den Heuvel-Panhuizen, & M. Veldhuis (Eds.), Proceedings of the Eleventh Congress of the European Society for Research in Mathematics Education, (pp. 2925-2932). Utrecht, the Netherlands: Freudenthal Group & Freudenthal Institute, Utrecht University and ERME.
Full article: http://www.ar4math.com/assets/pdf/TWG16_27.pdf

Konferenzen und Symposien

30.01.2020 - Symposium
International Symposion on Augmented Reality in Mathematics Education
Universität Duisburg-Essen
Flyer hier: http://www.ar4math.com/assets/pdf/ISAR-flyer-200130.pdf

27.09.2019 - Florian Schacht
Arbeitskreis Mathematikunterricht und Digitale Werkzeuge der Gesellschaft für Didaktik der Mathematik
Titel: Funktionale Zusammenhänge mit Augmented Reality Technologie erkunden

07.02.2019 - Osama Swidan and Florian Schacht
CERME Utrecht
Title: Exploring pre-calculus with augmented reality.
A design-based-research approach

Augmented Learning (Arbeitstitel)

Eine generische Augmented Reality App für die Hochschullehre

Kurz und Knapp

Personen

Fachgebiet Biodiversität, Fakultät für Biologie, Universität Duisburg-Essen (Prof. Dr. Jens Boenigk)

Institut für Materialwissenschaft, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Universität Duisburg-Essen (Dr. Miriana Vadalà)

Zentrum für Informations- und Mediendienste, Geschäftsbereich Lerntechnologien (Mirco Zick, Sandrina Heinrich)

 

Projektstatus

Laufend: seit 4. Quartal 2017

 

Kontaktmöglichkeit

Mirco Zick
mirco.zick@uni-due.de
Telefon: +49 201/183-2226

Das Projekt

Kurzzusammenfassung

Augmented Learning ist ein Kooperationsvorhaben, welches Ende 2017 durch den ehemaligen Dekan der Biologie, Prof. Dr. Jens Boenigk, und dem Zentrum für Informations- und Mediendienste (Geschäftsbereich Lerntechnologien) initiiert wurde. Ziel des Projektes ist es, die generische Anwendbarkeit von Augmented Reality Anwendungen für die Hochschullehre zu evaluieren, wobei auch die Machbarkeit der technischen Realisierung in den Blick genommen wird. Anvisiert wird eine Applikation, die die Repräsentation einer beliebigen Anzahl Lehrveranstaltungs-bezogener 3D-Objekte ermöglicht. Die 3D-Visualisierung, u.a. als Augmented Reality (AR) Umsetzung, soll dabei über zuvor definierte Marker (z.B. Bild oder QR-Code) angestoßen werden. Auch ist es beabsichtigt, Objekte mit weiteren, multimedialen (Lern-)Inhalten direkt in der Applikation anzureichern. Damit soll eine neue Möglichkeit der Vermittlung, insbesondere für sehr kleine Strukturen (z.B. auf Mikro- oder Nanoebene), geschaffen werden, was sich vor allem in der Studieneingangsphase als positiv erweisen könnte.

Projekthintergrund

Fachspezifische Mikro- oder z.B. Nano-Strukturen stellen erfahrungsgemäß für viele Erstsemesterstudierende eine große Herausforderung dar. Diese winzigen Strukturen, z.B. im Kontext der Biologie, sind meist nur über perspektivisch eingeschränkte Abbildungen zu betrachten und erfordern eine intensive und z.T. erfahrungsgeleitete Auseinandersetzung mit den interindividuellen Objektmerkmalen. Nur dann ist es möglich, diese schwer fassbaren Strukturen zu begreifen und z.B. spezifische Systematiken selbst ableiten zu können. Eine solche Auseinandersetzung soll mithilfe des hier beschriebenen Projekts technisch, über eine mobile AR-Applikation, unterstützt und Fragen des (didaktischen) Einsatzes beantwortet werden.

Forschungsfragen

  • Prototypische Entwicklung einer generisch anwendbaren mobilen, AR-fähigen Applikation für Android und iOS
  • Entwicklung didaktischer Szenarien für den Einsatz von Augmented Reality in der Hochschullehre

Verwendete Technologien

  • Unity 2020
  • Vuforia Augmented Reality SDK
  • Cinema 4D und 3ds Max

 

Alapp-screen01

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Augmented Reality Chemistry

Förderung internaler Modellpräsentation in Organischer Chemie durch Augmented Reality

Kurz und Knapp

Personen

Fachgebiet Didaktik der Chemie, Fakultät für Chemie, Universität Duisburg-Essen (Sebastian Keller, Alper Öztürk, Prof. Dr. Stefan Rumann, Prof. Dr. Elke Sumfleth)

Fachgebiet Didaktik der Chemie, Fakultät für Chemie, Universität Paderborn (Dr. Sebastian Habig (Antragssteller))

Fachgebiet Lehr-Lernpsychologie, Institut für Psychologie, Fakultät für Bildungswissenschaften, Universität Duisburg-Essen (Prof. Dr. Detlev Leutner)

 

Projektstatus

Laufend: 2019-2021

 

Kontaktmöglichkeit

Sebastian Keller
UDE – Didaktik der Chemie
sebastian.keller@uni-due.de
Telefon: +49 201/183-4645

Dr. Sebastian Habig
UPB – Didaktik der Chemie
sebastian.habig@upb.de
Telefon: +49 5251/60-1887

Das Projekt

Kurzzusammenfassung

Im hier skizzierten Projekt versuchen wir, die aufgeführten Fragestellungen im Rahmen zweier experimenteller Studien zu beantworten. Wir nutzen AR, um typische Lernmaterialen aus dem Bereich der organischen Chemie an Hochschulen zu innovieren, sodass dreidimensionale und animierte Modelle und Sequenzen direkt „auf“ text-basiertem Lernmaterial sichtbar gemacht werden können. Dabei nutzen wir nicht nur die Potentiale der Dreidimensionalität, sondern auch die Interaktivität, die sich durch die Einbettung von AR-Modellen ergibt. Über die Kontrastierung zu einer Vergleichsgruppe erhoffen wir uns aussagekräftige Ergebnisse bezüglich der lern- und motivationsförderlichen Potentiale von AR beim Lernen von chemischen Inhalten. Zudem nehmen wir individuelle Lerner*innenvoraussetzungen in den Blick und prüfen mögliche konditionale Effekte.

Projektziele und Forschungsfragen

Im Projekt wird der Frage nachgegangen, ob AR im Bereich der organischen Chemie eine sinnvolle Lernunterstützung für Studierende sein kann. Auf Basis entsprechender fachdidaktischer und lernpsychologischer Literatur lassen sich dabei verschiedene Potentiale für den Lernprozess ableiten, deren Wirksamkeit es zu prüfen gilt.

Folgende Forschungsfragen werden untersucht:

  1. Wirken sich AR-unterstützte Lernmaterialien zur organischen Chemie im Vergleich zu klassischem Text-Bild-Lernmaterial förderlich auf den Lernzuwachs von Chemiestudierenden aus?
  2. Wird eine lernförderliche Wirkung (siehe Forschungsfrage 1.) durch die Fähigkeit des mentalen Rotierens von Lernenden moderiert?
  3. Führt die Nutzung von AR-unterstützten Lernmaterialien zur organischen Chemie im Vergleich zu klassischem Text-Bild-Lernmaterial zu geringerer kognitiver Belastung beim Lernen?
  4. Führt die Nutzung von AR-unterstützten Lernmaterialien zur organischen Chemie im Vergleich zu klassischem Text-Bild-Lernmaterial zu höherem situationalen Interesse bei Studierenden?

Verwendete Technologien

  • Unity3D
  • Vuforia Augmented Reality SDK
  • Verschiedene selbst erstellte Skripte (PHP, C#, JS)

Veröffentlichungen

Keller, S., Rumann, S. & Habig, S. (2020). Förderung internaler Modellbildung durch Augmented Reality. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 991). Universität Duisburg-Essen. Online verfügbar unter https://www.gdcp-ev.de/wp-content/tb2020/TB2020_991_Keller.pdf

Habig, S. (2020). Who can benefit from augmented reality in chemistry? Sex differences in solving stereochemistry problems using augmented reality. British Journal of Educational Technology, 51(3), 629-644. doi:10.1111/bjet.12891 (open access)

 

Ag-xrl-projekte Arc-tablet

  Ag-xrl-projekte Arc-ar-buch

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Augmented Reality zur Lern-Unterstützung

Eine Psychologische Perspektive auf eine Technologische Entwicklung

Kurz und Knapp

Personen

Fachgebiet Psychologische Forschungsmethoden – Medienbasierte Wissenskonstruktion, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Universität Duisburg-Essen (Jule Krüger, Prof. Dr. Daniel Bodemer (Betreuer))

 

Projektstatus

Laufend: seit 01.02.2018

 

Kontaktmöglichkeit

Jule Krüger
jule.krueger@uni-due.de
Telefon: +49 203/379-4143

 

Weitere Informationen

https://www.uni-due.de/psychmeth/krueger.php

Das Projekt

Kurzzusammenfassung

In diesem Promotionsprojekt findet eine systematische Erforschung der Nutzung von Augmented Reality (AR) in Lernsettings auf der Basis von drei Eigenschaften statt. Kontextualität, Interaktivität und Räumlichkeit, drei Eigenschaften, die die Erfahrung der Nutzung von AR charakterisieren, bilden hierbei die Basis für das Design von empirischen Studien. Während die Kontextualität die gleichzeitige Wahrnehmung realer und virtueller Elemente beschreibt, hat Interaktivität mit den besonderen interaktiven Möglichkeiten in AR zu tun. Räumlichkeit bezieht sich auf die 3D Darstellung und Verankerung virtueller Objekte in der echten Welt. Diese drei Eigenschaften von AR, ihre Vorteile für Lernprozesse und -ergebnisse, und ihr Zusammenspiel werden im Rahmen dieses Promotionsprojekts mithilfe von Studien in unterschiedlichen Lernsettings untersucht.

Forschungsfragen

  • Wie können drei Eigenschaften von Augmented Reality (Kontextualität, Interaktivität, Räumlichkeit) genutzt werden, um Lernen in unterschiedlichen Settings zu unterstützen?
  • Welche Vorteile für Lernprozesse und -ergebnisse bietet die Ausnutzung dieser drei Eigenschaften?
  • Wie hängen und spielen diese drei Eigenschaften zusammen?

Verwendete Technologien

  • Hardware: Android Tablets (HUAWEI MediaPad M5); zukünftig auch Hololens 2
  • Software: Unity3D mit Vuforia-Plugin; zukünftig auch Unity3D mit MRTK-Plugin

 


Ag-xrl-projekte Pp-krueger-01

  Ag-xrl-projekte Pp-krueger-02

Handlungsorientiertes Lernen in der VR-Lackierwerkstatt (HandLeVR)

Kurz und Knapp

Personen

Learning Lab, Fakultät für Bildungswissenschaften, Universität Duisburg-Essen (Prof. Dr. Michael Kerres, Dr. Pia Sander, Miriam Mulders)

Institut für Informatik und Computational Science Universität Potsdam (Prof. Dr. Ulrike Lucke, Dr. Raphael Zender, Matthias Weise)

Zentralstelle für Weiterbildung im Handwerk e.V. (Andrea Schmitz, Daniela Koenen)

Mercedes-Benz Ludwigsfelde GmbH (Mario Runge, Gregor Tallig)

 

Projektstatus

Laufend: 01.01.2019 bis 31.12.2021

 

Kontaktmöglichkeit

Dr. Pia Sander
pia.sander@uni-duisburg-essen.de
Telefon: +49 201/183-5216

Miriam Mulders
miriam.mulders@uni-duisburg-essen.de
Telefon: +49 201/183-5258

 

Weitere Informationen

https://learninglab.uni-due.de/forschung/projekte/vr-lackierwerkstatt

https://handlevr.de/

Das Projekt

Kurzzusammenfassung

HandLeVR ist ein vom BMBF gefördertes Verbundprojekt zwischen dem Institut für Informatik und Computational Science der Universität Potsdam, dem Learning Lab der Universität Duisburg Essen, der Zentralstelle für die Weiterbildung im Handwerk e.V. und der Mercedes-Benz Ludwigsfelde GmbH. Ziel des Projekts ist es, mittels Virtueller Realität (VR) eine Lernanwendung für den Bereich des Fahrzeuglackierens zu entwickeln, um handlungsorientiertes Lernen in der Berufsausbildung zu ermöglichen. Es sollen authentische Lern- und Übungssituationen im virtuellen Raum entwickelt werden, um Auszubildende zum Fahrzeuglackierer/-in bei dem Erwerb von Handlungskompetenz zu unterstützen. Neben der VR-Trainingsanwendung soll es auch ein Autorenwerkzeug für Lehrende sowie eine Reflexionsanwendung für Auszubildende und Lehrende geben.

Projekthintergrund

VR-Lernsystem für den Bereich des Fahrzeuglackierens entwickeln, um handlungsorientiertes Lernen in der Berufsausbildung zu ermöglichen.​

Forschungsfragen (aus bildungswissenschaftlicher Perspektive)

  • Ist VR ein geeignetes Medium für den Kompetenzerwerb in der Ausbildung zum/zur Fahrzeuglackierer/in?
  • Wie können VR-Technologien im Rahmen gestaltungsorientierter Bildungsforschung mediendidaktisch aufbereitet werden, um entsprechende Lernerfolge sicherzustellen?
  • Ist ein fremdgesteuertes oder ein selbstgesteuertes Trainingskonzept geeigneter für den Erwerb von Fertigkeiten in handwerklichen Berufen?
  • Was sind motivationale, soziale und (meta-)kognitive Bedingungen für den Lernerfolg

Verwendete Technologien

  • HTC Vive und HTC Vive Pro, aber auch Windows Mixed Reality Brillen
  • Unity 2018

 


Ag-xrl-projekte Handlevr-lackierpistolen  Ag-xrl-projekte Handlevr-handson

Kontakt

Mirco Zick
Zentrum für Informations- und Mediendienste, GB Lerntechnologien
mirco.zick@uni-due.de

Björn Bulizek
Zentrum für Lehrerbildung
bjoern.bulizek@uni-due.de

Anmerkungen
Titel-Banner ("Willkommensgruß"): Photo by stephan sorkin on Unsplash