Christoph Thyssen

Augmented Reality

2: Hirnanatomie am realen Modell (a) und mit AR-Overlay (b) zur Abgrenzung einzelner Areale
2: Hirnanatomie am realen Modell (a) und mit AR-Overlay (b) zur Abgrenzung einzelner Areale , Foto: © Carsten Hoffmann

Christoph Thyssen    /Carsten Hoffmann/Christof Probst/Johannes Huwer

Unterrichten mit erweiterter Realität

Augmented Reality (AR) bezeichnet die Erweiterung der echten Realität um digitale, also virtuelle Informationen. Technisch kann dies auf unterschiedlich anspruchsvollen Ausstattungsniveaus realisiert werden: Im High-End-Bereich z.B. über sogenannte AR-Brillen (z.B. MS Holo Lens) oder eher schultauglich mithilfe von Mobile Devices (Tablets/Smartphones). Bei Letzteren verwendet man die Kamera der Devices, um die Umgebung, also die Realität, zu erfassen, um auf dem Display die Zusatzinformationen als Overlay an der Stelle einzublenden, an der diese in Relation zur Realität stimmig angezeigt werden sollen. Von zentraler Bedeutung für die AR-Technik sind hierbei in der Regel optisch eindeutig erkennbare Strukturen (sog. Trigger/Marker), die sowohl die Einblendung der virtuellen Informationsschicht oder interaktiver Bedienelemente auslösen als auch deren exakte Positionierung im Raum ermöglichen. Als in der Praxis gut einsetzbare Strukturen werden als Trigger z.B. leicht und eindeutig identifizierbare QR-Codes genutzt. Deren geometrisches Muster ermöglicht über seine perspektivischen Verzerrungen auch eine entsprechend gute Ausrichtung virtueller Elemente im AR-Raum. Mittlerweile können aber auch ganze Objekte selbst im System hinterlegte Trigger sein, sodass man zusätzlich zu diesen Objekten keine Trigger aufkleben muss (markerless AR). Die Präzision der Positionierung von AR-Elementen wird wesentlich von der Qualität des Triggers und seiner räumlichen Lesbarkeit beeinflusst.
Die digitalen Informationen und Overlays können unterschiedlich eng mit der Realität verschränkt sein: Einmal wird die digitale Information als Teil einer voneinander abhängigen Gesamtkomposition mit der Realität verschränkt (z.B. Alzheimerkoffer, Abb.2 ) und einmal wird die augmentierte Information lediglich auf den Trigger projiziert, steht dabei jedoch mit diesem in keinem inhaltlichen Zusammenhang (Aggregatzustände im Teilchenmodell, Abb. 1 ), kann aber durch diesen Trigger als Interface gesteuert werden (Prinzip des Merge-Cubes, z.B. Holobrain Abb. 3 ).
Der Einsatz und Nutzen im Unterricht kann variieren, da es unterschiedliche Gründe und Perspektiven für die Einbindung von AR gibt. Virtuelle Objekte müssen physisch nicht vorhanden sein, woraus sich ableiten lässt, dass die Unmöglichkeit der Einbindung entsprechender Originale ein Grund für die AR-Nutzung darstellen kann. Als unterrichtspraktisch relevante Gründe sind hier z.B. Lücken in der Ausstattung oder Sicherheitsaspekte denkbar. Die Integration rein virtueller Medien kann in solchen Fällen sinnvoll sein, es muss jedoch abgewogen werden, ob ein Ansatz über AR einen Mehrwert im Vergleich zu reiner virtueller Realität (VR, z.B. 3-D- Modelle auf dem PC) aufweist. Letztlich kann jedoch auch bei dieser Entscheidung die Ausstattung bzw. die Verfügbarkeit tauglicher Endgeräte den Ausschlag geben. So ist eine echte VR-Lösung in der Regel aufwendiger (im Falle von VR-Brillen mit entsprechenden Controllern) im Vergleich zur Nutzung von Tablets oder Smartphones, die gut verfügbar und in AR-Szenarien mit entsprechenden Benutzeroberflächen leicht zu bedienen sind. Im Sinne der methodischen Variation beim Medieneinsatz kann die Integration von AR auch über motivationale Aspekte des Unterrichts begründbar sein (Erbas/Demirer 2019; Hanafi/Said/Wahab/Samsuddin 2017; Thyssen/Huwer 2018). Letztlich sind hier die klassischen, für methodische Planungen zu berücksichtigenden Entscheidungsfelder zu bedenken. Im Folgenden sollen diese Kriterien und Perspektiven anhand einiger praktischer Beispiele, die explizit für den schulischen Einsatz von AR entwickelt wurden, weiter erläutert werden.
Beispiele aus der Praxis
Hirnfunktion und -anatomie
Alzheimerkoffer
Der Alzheimerkoffer ist ein fächerübergreifendes Projekt zwischen der Humanbiologie und der...

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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Biologie Nr. 455 / 2020

Pflanzenevolution

Friedrich+ Kennzeichnung Schuljahr 5-13
  • Thema: Methoden & Konzepte
  • Autor/in: Christoph Thyssen, Carsten Hoffmann, Christof Probst, Johannes Huwer