GeAR

GeAR – Gelingensbedingungen und Grundsatzfragen von Augmented Reality in experimentellen Lehr-Lernszenarien entlang der schulischen Bildungsbiographie

 

 

Das Projekt „GeAR“ beschäftigt sich mit der Erforschung der Auswirkungen von Augmented Reality („AR“) auf das Rezeptions- und Produktionsverhalten im Kontext schulischer Lehr-Lernprozesse. Darüber hinaus werden Potentiale und besondere Herausforderungen des Einsatzes von AR im beschriebenen Themenfeld (z.B. Akzeptanz, Usability) identifiziert. Im Austausch mit Lehrern, Fachleitern und Schulen sollen schlussendlich auch die Möglichkeiten und Grenzen der Implementierung von AR-basierten Lernumgebungen in konkreten schulischen Unterrichtssituationen eruiert werden.

Hier gelangen Sie zum ResearchGate-Auftritt des Projekts GeAR.

Das Projekt GeAR wurde vom 01.10.2018-30.09.2022 im Rahmen der Förderlinie "Digitalisierung im Bildungsbereich" vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert.

 

Projektlog

Es beginnt – Das große Kick-Off-Treffen an der Universität des Saarlandes

Am 20.11.2018 fand das erste große Treffen aller am Projekt GeAR mitwirkenden Personen an der Universität des Saarlandes statt. Es wurden viele produktive Gespräche geführt und erste Schritte hinsichtlich der konkreten Projektumsetzung initiiert. Wir freuen uns auf eine spannende, erfolgreiche Zusammenarbeit mit allen Projektbeteiligten!

 

Startschuss – Erste Studien zur Erprobung der Technik

Im Rahmen einiger Vorstudien werden aktuell technische Geräte auf den Einsatz bei GrundschülerInnen abgestimmt.

 

Erprobung einer Lehr-Lernumgebung zum Thema Elektrik

Im Sommer 2019 wurde eine Lehr-Lernumgebung zu elektrischen Schaltungen und zum Zeichnen von Schaltskizzen für Schüler*innen der vierten Jahrgangsstufe erprobt und evaluiert.

 

Technische Entwicklung der AR-Umgebung

Seit Herbst 2019 wird die zuvor entwickelte Lehr-Lernumgebung technisch angereichert. Es werden spezielle elektrische Bauteile, sowie Software-Anwendungen für AR-Smartglasses (halbdurchsichtige Brillen) und Tabletcomputer entwickelt.

 

Erprobung der Testinstrumente für die Hauptstudien

Im Januar/Februar 2020 wurden Testinstrumente für die Hauptstudien im Rahmen einer Vorstudie im Grundschullabor für Offenes Experimentieren (GOFEX) an der Universität des Saarlandes erprobt und verbessert.

Hauptstudien
Von 2021-2022 wurden die Hauptstudien durchgeführt. Die Ergebnisse werden voraussichtlich bald veröffentlicht.

 

Projektende
Das Projekt GeAR endete am 30.09.2022. Es wurden viele interessante Erkenntnisse zu den Gelingensbedingungen des Einsatzes von Augmented Reality in Lehr-Lernsituationen gewonnen. Für das Teilprojekt Primarstufe haben sich viele spannende Forschungsfragen für zukünftige mögliche Folgeprojekte aufgetan.

 

Was ist Augmented Reality (AR)?

AR ist eine digitale Technik, mit der die Realität durch digitale Inhalte angereichert/erweitert werden kann (Azuma, 2001). Dabei sieht man sowohl die reale Umgebung, als auch die virtuellen Elemente, die durch das AR-Endgerät produziert werden. Gegebenenfalls ist es sogar möglich, mit den AR-Elementen in Echtzeit zu interagieren. dass bei AR immer noch die reale Umgebung sichtbar ist, während man bei VR vollständig in eine virtuelle Umgebung eintaucht und die "Realiät" nicht mehr wahrnimmt. Man kann AR sowohl über mobile Endgeräte (z.B. Smartphones oder Tablets), sowie über spezielle AR-Brillen, sogenanne Smartglasses erleben.

Weiterführende Literatur:

Azuma, Ronald T. „A Survey of Augmented Reality“. Presence: Teleoper. Virtual Environ. 6, Nr. 4 (August 1997): 355–385. https://doi.org/10.1162/pres.1997.6.4.355.

Dörner, Ralf, Wolfgang Broll, Paul Grimm, und Bernhard Jung. Virtual und Augmented Reality (VR/AR): Grundlagen und Methoden der Virtuellen und Augmentierten Realität, 2019. https://doi.org/10.1007/978-3-662-58861-1.

Milgram, Paul, Haruo Takemura, Akira Utsumi, und Fumio Kishino. „Augmented reality: a class of displays on the reality-virtuality continuum“. herausgegeben von Hari Das, 282–92. Boston, MA, 1995. https://doi.org/10.1117/12.197321.

Thomas, Oliver, Dirk Metzger, und Helmut M. Niegemann, Hrsg. Thomas, Oliver, Dirk Metzger, und Helmut M. Niegemann, Hrsg. Digitalisierung in der Aus- und Weiterbildung: Virtual und Augmented Reality für Industrie 4.0. Berlin: Springer Gabler, 2018. https://link.springer.com/book/10.1007%2F978-3-662-56551-3.

Tißler, Jan. „Augmented und Mixed Reality: Beispiele, Anwendungen, Potenziale | UPLOAD Magazin“. Augmented Reality und Mixed Reality: Beispiele, Anwendungen und Potenziale (blog), 2018. https://upload-magazin.de/blog/18436-augmented-und-mixed-reality/.

 

Publikationen

Lauer, L., & Peschel, M. (2023). Virtuelle Welten – Neue Realitäten in der Digitalität. Herausforderungen für den (Grundschul-)Unterricht. In T. Irion, Peschel, M., & Schmeinck, D. (Hrsg.), Grundschule und Digitalität. Grundlagen, Herausforderungen, Praxisbeispiele (Bd. 155, Beiträge zur Reform der Grundschule, S. 187-201). Frankfurt a. M.: Grundschulverband e. V. https://doi.org/10.25656/01:25820.

Lauer, L., & Peschel, M. (2022). Praxisideen für Augmented Reality (AR) im naturwissenschaftlich-orientierten Sachunterricht. In B. Brandt, Bröll, L. , & Dausend, H. (Hrsg.), Digitales Lernen in der Grundschule III. Fachdidaktiken in der Diskussion (S. 227-238). Münster: Waxmann Verlag. https://doi.org/10.31244/9783830995913.

Lauer, L., Peschel, M., Malone, S., Altmeyer, K., Brünken, R., Javaheri,H., u. a. (2022). Real-time Visualization of Electrical Circuit Schematics: An Augmented Reality Experiment Setup to Foster Representational Knowledge in Introductory Physics Education. In J. Kuhn & Vogt, P. (Hrsg.), Smartphones as Mobile Minilabs in Physics. Edited Volume Featuring more than 70 Examples from 10 Years The Physics Teacher-column iPhysicsLabs (S. 335-340). Berlin: Springer Verlag. https://doi.org/10.1007/978-3-030-94044-7_56.

Lauer, L., & Peschel, M. (2022). Inwiefern eignen sich Augmented Reality-Technologien für den Einsatz im Sachunterricht der Primarstufe?. In " GDSU" (Hrsg.), GDSU-Journal, März 2022 (Bd. 13, S. 94-96). Berlin: GDSU e. V.

Thees, M., Altmeyer, K., Kapp, S., Rexigel, E., Beil, F., Klein, P., Malone, S., Brünken, R., & Kuhn, J. (2022). Augmented Reality for Presenting Real-Time Data During Students’ Laboratory Work: Comparing a Head-Mounted Display With a Separate Display. Frontiers in Psychology, 13, 804742. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2022.804742.

Kapp, S.; Lauer, F.; Beil, F.; Rheinländer, C.C.; Wehn, N.; Kuhn, J. Smart Sensors for Augmented Electrical Experiments. Sensors 2022, 22, 256. https://doi.org/10.3390/s22010256.

Lauer, L., Altmeyer, K., Malone, S., Barz, M., Brünken, R., Sonntag, D., & Peschel, M. (2021). Investigating the Usability of a Head-Mounted Display Augmented Reality Device in Elementary School Children. Sensors, 21(19), 6623. https://doi.org/10.3390/s21196623.

Michael Barz, Omair Shahzad Bhatti, Bengt Lüers, Alexander Prange, and Daniel Sonntag. 2021. Multisensor-Pipeline: A Lightweight, Flexible, and Extensible Framework for Building Multimodal-Multisensor Interfaces. Companion Publication of the 2021 International Conference on Multimodal Interaction. Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 13–18. DOI: https://doi.org/10.1145/3461615.3485432.

Barz, M., & Sonntag, D. (2021). Automatic Visual Attention Detection for Mobile Eye Tracking Using Pre-Trained Computer Vision Models and Human Gaze. Sensors 21(12):4143. https://doi.org/10.3390/s21124143.

Barz, M., Kapp, S., Kuhn, J., & Sonntag, D. (2021). Automatic Recognition and Augmentation of Attended Objects in Real-time using Eye Tracking and a Head-mounted Display. ETRA '21 Symposium on Eye Tracking Research and Applications. https://doi.org/10.1145/3450341.3458766.

Lauer, L., Peschel, M., Seibert, J., Lang, V., Eichinger, A., Altmeyer, K., Malone, S., Kelkel, M., Bach, S., Perels, F., & Kay, C. (2021). Untersuchung der Wirkungen von AR-Visualisierungstechniken in der Primarstufe. In S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch? (S. 378–381). https://www.gdcp-ev.de/wp-content/tb2021/TB2021_378_Lauer.pdf.

Lauer, L., & Peschel, M. (2021). Gestaltung von Lehr-Lernumgebungen mit Augmented Reality (AR). In C. Maurer, K. Rincke, & M. Hemmer (Hrsg.), Fachliche Bildung und digitale Transformation—Fachdidaktische Forschung und Diskurse. Fachtagung der Gesellschaft für Fachdidaktik 2020 (S. 64–67). pedocs. https://www.pedocs.de/frontdoor.php?source_opus=21659.

Kapp, S., Barz, M., Mukhametov, Sonntag, D., & Kuhn, J. (2021). ARETT: Augmented Reality Eye Tracking Toolkit for Head Mounted Displays. Sensors 21(6):2234. https://doi.org/10.3390/s21062234.

Kapp, S., Thees, M., Beil, F., Weatherby, T., Burde, J.-P., Wilhelm, T., & Kuhn, J. (2020). The Effects of Augmented Reality: A Comparative Study in an Undergraduate Physics Laboratory Course: Proceedings of the 12th International Conference on Computer Supported Education, 197–206. https://doi.org/10.5220/0009793001970206.

Lauer, L., Peschel, M., Malone, S., Altmeyer, K., Brünken, R., Javaheri, H., Amiraslanov, O., Grünerbl, A., & Lukowicz, P. (2020). Real-time visualization of electrical circuit schematics: An augmented reality experiment setup to foster representational knowledge in introductory physics education. The Physics Teacher, 58(7), 518–519. https://doi.org/10.1119/10.0002078.

Barz, M., Altmeyer, K., Malone, S., Lauer, L., & Sonntag, D. (2020). Digital Pen Features Predict Task Difficulty and User Performance of Cognitive Tests. Proceedings of the 28th ACM Conference on User Modeling, Adaptation and Personalization, 23–32. https://doi.org/10.1145/3340631.3394839.

Barz, M., Stauden, S., & Sonntag, D. (2020). Visual Search Target Interference in Natural Interaction Settings with Machine Learning. ETRA '20 Symposium on Eye Tracking Research and Applications. https://doi.org/10.1145/3379155.3391314.

Lauer, Luisa, Markus Peschel, Matthias Marquardt, Johann Seibert, Vanessa Lang, und Christopher Kay. „Augmented Reality (AR) in der Primarstufe – Entwicklung einer AR-gestützten Lehr-Lerneinheit zum Thema Elektrik“. In Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen., 944–47. Universität Duisburg-Essen, 2020. https://www.gdcp-ev.de/wp-content/tb2020/TB2020_944_Lauer.pdf.

Peschel, Markus, Christopher Kay, Luisa Lauer, Johann Seibert, Matthias Marquardt, und Vanessa Lang. „Augmented Reality (AR) als Werkzeug im naturwissenschaftlichen Unterricht“. In Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen., 940–43. Universität Duisburg-Essen, 2020. https://www.gdcp-ev.de/wp-content/tb2020/TB2020_940_Peschel.pdf.

Thees, M., Kapp, S., Strzys, M. P., Beil, F., Lukowicz, P., & Kuhn, J. (2020). Effects of augmented reality on learning and cognitive load in university physics laboratory courses. Computers in Human Behavior, 108, 106316. https://doi.org/10.1016/j.chb.2020.106316.

Kapp, S., Thees, M., Beil, F., Weatherby, T., Burde, J.-P., Wilhelm, T., & Kuhn, J. (2020). The Effects of Augmented Reality: A Comparative Study in an Undergraduate Physics Laboratory Course: Proceedings of the 12th International Conference on Computer Supported Education, 197–206. https://doi.org/10.5220/0009793001970206.

Altmeyer, Kristin, Sebastian Kapp, Michael Thees, Sarah Malone, Jochen Kuhn, und Roland Brünken. „The Use of Augmented Reality to Foster Conceptual Knowledge Acquisition in STEM Laboratory Courses—Theoretical Background and Empirical Results“. British Journal of Educational Technology, 14. Januar 2020, bjet.12900. https://doi.org/10.1111/bjet.12900.

Kapp, S., Thees, M., Strzys, M. P., Beil, F., Kuhn, J., Amiraslanov, O., Javaheri, H., Lukowicz, P., Lauer, F., Rheinländer, C., & Wehn, N. (2019). Augmenting Kirchhoff’s laws: Using augmented reality and smartglasses to enhance conceptual electrical experiments for high school students. The Physics Teacher, 57(1), 52–53. https://doi.org/10.1119/1.5084931.

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