Potential AR und VR ausschöpfen: Die Technologien der Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) haben bereits einen hohen Standard erreicht. Im Unterricht sind sie aber nach wie vor eine Randerscheinung.
Produkt Die Erkenntnisse aus dem Projekt sind unten in die Beschreibung eingepflegt worden. Dort befindet sich auch ein während des Projekts entstandener Film aus dem virtuellen Konferenzraum. Und es entstand einFolgeprojekt über VR im Sportunterricht. Interessierte erhalten zudem Zugriff auf einen Lernpfad auf Olat zu AR/VR (kann per E-Mail an die Projektleitung beantragt werden).
Film aus dem Projekt aus dem virtuellen Konferenzraum (zum Starten aufs Bild klicken)! ?
Beschreibung
Mit Hilfe dieses Projekts
• soll die Kreativität der Lernenden mit der VR-Technologie gefördert werden (360 Grad Zeichnungen im virtuellen Raum erstellen)
• sollen konkrete Inhalte des Berufskundeunterrichts mit der «AR-Welt» umgesetzt werden.
• sollen die vorgegebenen Möbel und Einrichtungsgegenstände auf ihren praktischen und optischen Einsatz in der realen Welt abgestimmt werden (Wirkungen von Formen und Farben im virtuellen Raum).
Erkenntnisse aus dem Projekt
Die Lernenden haben
mit Hilfe eines automatisierten Lernpfades sich fachlich aufgearbeitete Inhalte zu den Chancen und Risiken von VR und AR angeeignet und reflektiert.
Anwendungen zur Raumgestaltung im VR-Bereich eingesetzt: (HEGIAS in Zusammenarbeit mit der Firma Vectorworks), die Google-App Tilt Brush in Oculus Quest, wo 360-Grad-Gegenstände gezeichnet werden können.
die Vielfalt von möglichen Anwendungen in VR und AR kennengelernt.
Anwendungen zur AR-Technologie eingesetzt: App IKEA Place / iazzu und die App Magicplan: Massaufnahmen im realen Raum.
Anwendung im Unterricht
Die Technologie von VR und AR ist eine neue Technologie auch für die Altersgruppe der Lernenden
Die Lernenden zeigen grosses Interesse im Einsatz der neuen Technologie.
Die Lernenden haben eine Vielfalt von VR-/AR-Anwendungen kennengelernt und den Nutzen für ihre eigene Arbeitswelt reflektiert.
Auswahl von Anwendungen
Die Zusammenarbeit mit der Firma Vectorworks, mit der bereits im Bereich von 2D-Zeichnungen zusammengearbeitet wird, ist in den VR-Bereich ausgeweitet worden.
Die AR-Anwendung Magicplan hat das Potential von AR für den Berufskundeunterricht deutlich gemacht.
Google Tilt Brush hat die Kreativität der Lernenden im virtuellen Raum herausgefordert.
Support und Vorleistung
Der Einsatz von VR-Brillen im Unterricht ist herausfordernd:
Oculus Quest – Brillen sind sehr stark an den Anbieter gebunden. Mehrfach-Konti zu erzeugen ist aufwendig. Alternative: Businessangebot von Meta.
Die Koordination von Multi-Player-Anwendungen verlangt komplexe Einsatzpläne
Einzelne Schulzimmer sind für viele Anwendungen zu klein für Gruppenarbeiten bzw. des Gruppeneinsatzes von Standalone-Brillen.
Nachdem wir im Rahmen dieses Projekts die VR-Technologie in den Unterricht eingeführt haben, wurde uns schnell klar, dass ein Mobile Device Management (MDM) sehr hilfreich wäre:
Einrichtungsaufwand: Jede VR-Brille musste einzeln eingerichtet werden, was ziemlich zeitaufwendig war.
Update-Probleme: Oft mussten wir feststellen, dass die Brillen nicht auf dem neuesten Stand waren und Updates benötigten, bevor sie benutzt werden konnten.
Unübersichtliche App-Verwaltung: Auf den verschiedenen Brillen waren unterschiedliche Apps installiert, was die Koordination erschwerte.
Sicherheitsbedenken: Ohne MDM waren wir unsicher, ob alle Geräte sicher und geschützt waren.
Zeitmanagement: Viel Unterrichtszeit ging für die Verwaltung der Technik drauf, anstatt sie für den eigentlichen Lehrstoff zu nutzen.
Durch diese Erfahrungen haben wir erkannt, dass ein MDM-System notwendig ist, um die VR-Brillen effizient und sicher im Unterricht einzusetzen. Es macht die Verwaltung einfacher und spart wertvolle Zeit.
Didaktisch-methodisches Konzept
Förderung Handlungskompetenz (Medien- und Sprachkompetenz)
• Förderung Kreativität
• Führung Lernjournal (von Lernenden und Lehrpersonen)
• Projektunterricht
Wirkung
Kompetenzen der Zukunft werden mit einer Technologie der Zukunft gefördert.
• Lernende werden geschult in virtuellen Räumen zu lernen und zu arbeiten.
• Besonders in der Grundausbildung Schreiner/in ist Kreativität gefragt und wird bereits mit bestehenden Fächern gefördert.
• Dieser Pilotversuch kann als Orientierung für andere technische Berufe genutzt werden.
Projektleitung: Christian Hirt, Roy Franke und Xavier Molina
Institution: EB Zürich
Kontakt: christian.hirt@eb-zuerich.ch
Die VR/AR Technologien (Virtual Reality, Augmented Reality) haben sich in der Gamewelt bestens etabliert. Endverbrauchergeräte wie Smartphones oder VR-Brillen sind für viele erschwinglich und die grossen Tech-Giganten sind mit Standardlösungen auf den Massenmarkt (Meta mit Oculus, Horizon Home und Horizon Workspace, nVida mit Omniverse oder Microsoft mit Teams Mesh. Apple verbaut in ihren neuen Geräten Lidarscanner, die die 3D-Erfassung von Räumen und Objekten wesentlich vereinfachen. Eine grosse Palette an Apps und Webservices hilft bei der Weiterverarbeitung der Daten für die Integration in die VR/AR Welten.
Mit dem vorliegenden Projekt sollen erste Erfahrungen gesammelt werden, wie man diese virtuellen Welten, VR/AR-Schnittstellen, KI-Technologien und das Konzept der Avatare im Sinne eines Multiverse als 4. Bildungsort erfolgreich nutzen kann.
Produkt Christian Hirt hat am 10.04.2024 einen Impulsworkshop zu seinem Innovationsfondsprojekt "Multiverse - der vierte Lernort" gehalten. Die dort geschilderten Erkenntnisse aus dem Projekt wurden hier als "Essenz" (PDF, 150KB) von Anita Schuler zusammengefasst.
Die Grundidee ist, dass Lernende von ihren Lernorten (ÜK-ODA, Berufsschule, Lehrbetrieb, Privater Lernort) eine digitale Kopie erstellen. Die Lehrpersonen, Berufsbildnerinnen und Berufsbildner, Kursleiter:innen der ÜK und Lernende können diese virtuellen Lernräume gemeinsam für Bildungszwecke nutzen. Das umfasst Lernmaterialien, 3D-Objekte, Lernaufgaben, Kooperations- und Kommunikationsaufgaben und eine 3D-Lerndokumentation. Die Lernenden sollen in der Lage sein ihre Räume selbständig und kooperativ zu alimentieren.
Das Projekt läuft über verschiedene Arbeitsschritte. Am Anfang steht die Recherche und der Austausch mit dem EHB, der ZHAW, den PHs, anderen Berufsschulen und Betrieben, die in diesem Bereich bereits Projekte initiiert haben. Zeitnah werden verschiedene VR-Lösungen im Hinblick auf das Szenario des 4. Lernorts evaluiert und erste UseCases für die optimale Nutzung der Technologien entworfen. Mit diesen werden Partnerschaften gesucht bei Berufsschulen und Lehrbetrieben. Im Mittelpunkt steht dabei das Angebot der EB Zürich: EB Connect. Mit der Aus- und Weiterbildung von Profis in der Berufs- und Erwachsenenbildung verfügen sie über viele Kontakte zu Lehrbetrieben und Berufsverbänden. Einzelne Erkenntnisse des Projekts fliessen direkt in den Unterricht der betrieblichen Ausbildung ein. Die mit den Partnern weiterentwickelten UseCases werden anschliessend umgesetzt und 1:1 an den verschiedenen Lernorten getestet. Mit einer anschliessenden Auswertung und Reflexion wird das Projekt abgeschlossen. Interessierte können die Szenarien übernehmen und im Hinblick auf ihr Berufsfeld anpassen und weiterentwickeln.
Innovationspotential
VR/AR Technologien
Viele verorten den Ursprung der virtuellen Welten im Internet bei Secondlife 1999. In Erinnerung sind Pixelgrafiken und kompliziert zu konstruierende 3D-Welten. Heute präsentiert sich die Situation komplett anders. Mit Minecraft, Pokémon GO, IKEA AR App, Fortnite oder decentraland.com bewegen sich Jugendliche in VR/AR Welten mit ihren Standardgeräten. Gar nicht oder nur wenig genutzt werden VR/AR-Tools für das Lehren und Lernen.
Anstelle eines Bildes oder Films ermöglichen diverse Apps die Erstellung eines 3D-Objektes, das man idealerweise in seinen persönlichen 3D-Lernraum stellt und didaktisch weiterverarbeitet. Das können Gegenstände des betrieblichen Alltags, Werkzeuge oder aber auch Maschinen sein. Die Abbildungen sind so wesentlich näher bei den Objekten der realen Welt und bieten im Hinblick auf die Veranschaulichung mehr Anreize.
Kooperation und Kommunikation als Weiterentwicklung der Videokonferenzen
Ein weiteres Innovationspotenzial liegt in der Nutzung der virtuellen Welten als Kommunikations- und Kooperationsportal. Horizon Workspace von Meta oder Spatial bieten komplett eingerichtete Konferenzräume. Der Zugriff ist nicht nur mit VR-Brille möglich, sondern auch über andere Geräte, Apps auf Smartphones, Webbrowser etc. Durch die Alimentierung mit Präsentationswänden (PDFs, Links, Videobeiträge, Grafiken, Fotos, 3D-Objekten) sind die Konferenzen wesentlich attraktiver. Weitere Kooperationstools wie Miroboard, Google Drive oder Slack lassen sich ebenfalls integrieren.
Gamification
Ein weiteres Potenzial liegt in der Gamification der Lernwelt. Viele Jugendliche sind über Computerspiele digital sozialisiert. Sie sind es gewohnt, sich in 3D-Räumen zu bewegen und sich in Clans kooperativ einer Herausforderung zu stellen. Die Deutsche Bahn hat zur Steigerung der Attraktivität der Gleisbauer-Grundausbildung Escape-Room-Lernspiele entworfen. Sie konnte damit die Abbruchquote der Lernenden massgeblich reduzieren. Lernwelten sind für Jugendliche attraktiv, besonders für die, die im Umgang mit Text (Lesen und Schreiben) nicht so versiert sind. Grosses Potenzial besteht daher sicher bei den EBA-Ausbildungen und der Integrationsvorlehre.
Verbindung der Lernorte
Ausbildungsverantwortliche könnten als Avatar problemlos vom virtuellen Schulraum in den Ausbildungsraum der ODA oder des Betriebs wechseln. Ein grundlegendes theoretisches Problem könnte die Berufsschullehrperson auch an einem virtuellen Werkstück im digitalen Raum des Betriebes erörtern. Die drei Lernorte rücken im virtuellen Raum zusammen.
Didaktisch-methodisches Konzept
Je nach Berufsgruppe werden die Lernenden in ihrem betrieblichen Alltag mit 3D Objekten konfrontiert werden. Z.B. digitaler Clone eines Zuges (Stadler Rail, Deutsche Bahn) oder Building Information Modeling bei Berufen der Baubranche. Das Verständnis, wie das alles aufgebaut ist, soll durch Nutzung von Standard VR/AR-Apps und Webservices durch die Lernenden geweckt werden. Mit dem 3D-Scan ihres Arbeitsplatzes im Betrieb, Schulzimmers oder Kursraums wird in der virtuellen Welt ein Ort geschaffen, der ihnen vertraut ist (z.B. Scan mit MatterPort). Dieser wird dann weiterentwickelt und im Verlauf der Bildung ausgebaut.
Durch das eigenaktive Gestalten ihres virtuellen Lernraums lernen die Lernenden die grundlegenden technologischen Fertigkeiten, die es für die Nutzung von VR/AR-Welten braucht. Sie sammeln mit 3D-Objekten und virtuellen Räumen Erfahrungen, die wesentlich näher an der Lebenswelt sind und weit über das hinausgehen, was ein Lehrbuch vermitteln kann. Mit der Nutzung der 3D-Räume für Kooperations- und Kommunikationsaufgaben erwerben sie sich die entsprechenden Kompetenzen für die Online-Kommunikation.
Das Gleiche gilt für die Berufsbildenden, Lehrpersonen und Kursleitenden der ÜKs. Ausgangsbasis sind die verschiedenen im Vorfeld definierten UseCases. Ein 3D-Raum bietet eine grosse Vielfalt für die Bereitstellung von Lernmaterialien, Lernaufgaben, Lerndokumentation und die Präsentation von Lernprodukten. Durch das Lehren und Lernen im virtuellen Raum sammeln die Bildungsfachleute erste Erfahrungen. In einer gemeinsamen Auswertung mit den Lernenden werden die UseCases optimiert, verworfen und neue entwickelt. Anschliessend ist eine Aktivität als Multiplikatorin oder Multiplikator im Betrieb, ÜK oder in der Berufsschule möglich.
Bild: Das Schulungssetting an der EB Zürich zeichnet sich aus durch eine hohe Eigenaktivität. Sicherheit durch physische Barrieren. Lerntandems zur gegenseitigen Unterstützung. Der Inhalt der Brille wird auf einem externen Monitor für alle sichtbar angezeigt.
Wirkung
VR/AR entwickelt sich zu einem Mainstream-Produkt. Es hat die Exklusivität und technische Komplexität hinter sich gelassen. Von daher gesehen ist jetzt der ideale Zeitpunkt sich damit zu befassen. Hauptnutzen ist der Aufbau von Handlungskompetenz der involvierten Personen im Projekt in der Gestaltung eines Multiverse, das sich über die drei Lernorte für Berufsbildungszwecke nutzen lässt. Weiter geht es um den Erwerb von Handlungskompetenz, wie man Lehrende und Lernende in diese Idee einführt und wie sie sie gewinnbringend für das Lernen nutzen können.
Durch die Sammlung von ersten Erfahrungen mit verschiedenen Anbietern und einer verlässliche Einschätzung, welche Produkte sich für die skizzierten Szenarien eignen, könnte der Weg für weitere Entwicklungen geebnet werden. Die Erfahrungen lassen sich konkret im Coaching, in der Aus- und Weiterbildung von Berufsbildnerinnen und Berufsbildner an der EB Zürich umsetzen. Durch den Betrieb des Digital Learning Hubs durch die EB und die KME besteht ein enger Kontakt zu Lehrpersonen, die im Unterricht ebenfalls mit VR-Technologien erste Bildungserfahrungen sammeln. Bereits im Vorfeld der Projekteingabe haben sich vier Schulen bezüglich Einsatz der VR/AR-Technologien bezüglich ihrer Ideen und Erfahrungen ausgetauscht (ABZ, BBW, BZLT und EB-Zürich). Eine Weiterentwicklung dieser Gruppe zu einer offenen Community of Practice wäre denkbar. Im Hinblick auf eine mittelfristige Entwicklung wäre auch die Beschaffung von speziellen Geräten 3D-Scanner, Anzüge mit Sensoren, spezielle VR-Brillen, Software-Tools für die Bearbeitung von 3D-Objekten etc. möglich. Diese Spezialgeräte liessen sich im Rahmen eines Makerspace auch durch andere Schulen nutzen.
Projektleitung: Christoph Staub, Thomas Ingold, Philipp Moor und Manuel Müller
Institution: Kantonsschule Zimmerberg
Kontakt: christoph.staub@kszi.ch
Das Projekt «VR/AR-Brevet und -Demonstrator» an der Kantonsschule Zimmerberg zielt darauf ab, VR/AR-Technologie im Regelunterricht zu integrieren, indem Lehrpersonen durch den «VR/AR-Demonstrator» befähigt werden, eigene Unterrichtssequenzen zu entwerfen, und Lernende durch das «VR/AR-Brevet» standardisierte Kompetenzen erwerben.
Beschreibung
Die Kantonsschule Zimmerberg experimentiert seit 4.5 Jahren im Rahmen einer jahrgangsübergreifenden Arbeitsgemeinschaft namens «VR Lab KZI» mit dem Einsatz von VR/AR-Technologie und -Anwendungen im Kontext der Mittelschule. Bisher waren es kleine Gruppen von freiwilligen Schülerinnen und Schüler, welche mit 2 Lehrpersonen vierzehntäglich Anwendungen ausprobierten, und erfolgreich kleinere Projekte lancierten. Gerne würden wir nun mit diesem bereits erworbenen Knowhow den Freikursbereich verlassen und den Transfer in den Regelunterricht im Klassenverband vollziehen. VR/AR-Technologie soll endlich im Gymnasium zu einer flächendeckend eingesetzten Technik werden. Alle Absolvent:innen einer Kantonsschule sollen künftig über basale Fähigkeiten im Einsatz von VR/AR-Technologieverfügen.
Aus unserer Sicht gibt es nur noch zwei methodisch-didaktische Hürden zu nehmen, welche den flächendeckenden Einsatz gegenwärtig behindern: 1. Der zeitliche Schulungsaufwand für die Einführung von VR/AR-Technologie in einer Klasse ist noch zu gross und passt nicht in die 45-minütigen Lektionen des Regelunterrichts. Wenn z.B. eine Fachlehrperson eine Sequenz in Virtual Reality bearbeiten will, dann kann sie nicht direkt mit dem Fachinhalt starten, sondern muss zuerst noch die Technologie und ihr Handling während mehrerer Lektionen vermitteln. Der Initialaufwand für Lehrpersonen ist gegenwärtig noch zu hoch, sodass die VR/AR-Technologie auch dann nicht regelmässig eingesetzt wird, wenn die Geräte dazu an einer Schule vorhanden sind. 2. Lehrpersonen sind mit der VR/AR-Technologie kaum vertraut und sind daher nicht in der Lage die Geräte im eigenen Fachunterricht einzusetzen oder Unterrichtseinheiten dazu zu planen. Verbunden mit dem hohen Initialaufwand führt dies dazu, dass selbst bereits vorhandene Geräte nicht eingesetzt werden.
Im Rahmen des Projekts «VR/AR-Brevet und -Demonstrator» würden wir gerne versuchen, diese beiden letzten Hürden durch die Übertragung von neuen Kompetenzen an die Lehrpersonen und Lernenden zu beheben. Die Lehrpersonen sollen mittels eines «VR/AR-Demonstrators» in die Lage versetzt werden, eigene Erfahrungen zu machen, Potenziale für den Fachunterricht zu erkennen und eigene Unterrichtseinheiten zu entwickeln und erfolgreich durchzuführen. Die Lernenden sollen durch eine standardisierte Schulung ein «VR/AR-Brevet» erwerben, welches die Skills im Handling mit VR/AR-Brillen dokumentiert und insbesondere die Grundlage für den Einsatz im Unterricht schafft, aber auch den selbständigen Gebrauch ermöglicht.
Teilbereich 1: «VR/AR-Brevet» Im Teilbereich «VR/AR-Brevet» wollen wir eine Unterrichtsreihe erarbeiten, welche den Absolvierenden grundlegende Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten im Umgang mit VR/AR-Technologie vermittelt. Das «VR/AR-Brevet» wird zu Beginn der Gymnasialzeit im Klassenverband absolviert und durch eine theoretische und praktische Prüfung abgeschlossen. Sobald Klassen das «VR/AR-Brevet» erworben haben, können Fachlehrpersonen ohne grossen Initialaufwand VR/AR-Sequenzen im Unterricht nutzen, da die Schüler:innen bereits über die nötigen Kompetenzen dazu verfügen. Die Standardisierung der Ausbildung im VR/AR-Bereich eröffnet neue Unterrichtssettings im Präsenzunterricht, wie auch im selbstorganisierten Lernen. Dadurch wird die Grundlage für den verbreiteten Einsatz von VR/AR-Technologie an Zürcher Mittelschulen geschaffen.
Teilbereich 2: «VR/AR-Demonstrator» Der «VR/AR-Demonstrator» dient primär der Weiterbildung von Lehrpersonen im VR/AR-Bereich. Er soll diesen einerseits mittels einer Auswahl geeigneter Lernprogramme und -medien eigene allgemeine und fachspezifische Erfahrungen mit Virtual / Augmented Reality ermöglichen und andererseits erweiterte Grundkompetenzen für den Unterrichtseinsatz sowie die Planung von VR/AR-Anwendungen im Fachbereich ermöglichen. Der «VR/AR-Demonstrator» wird als halbtägige oder ganztägige Mikro-Weiterbildungssequenz geplant, welche die Absolvierenden dazu befähigen soll, selbst VR/AR-Sequenzen im Fachunterricht einzusetzen. Mit dem «VR/AR-Demonstrator» gewinnt der DLH ein Tool, mit welchem er den Einsatz von Virtual / Augmented Reality an weiteren Berufs- oder Mittelschulen fördern kann. Hierzu hat das DLH-geförderte Projekt «Multiverse – der vierte Lernort» bereits wichtige Vorarbeiten geleistet, welche beigezogen werden können.
Didaktisch-methodisches Konzept
- Lernsetting: Kombination aus Präsenzunterricht und VR/AR-gestützten Lerneinheiten. - Lernprozess: Schüler:innen arbeiten in Gruppen an Projekten, die sie mithilfe von VR/AR-Technologie umsetzen. - Methoden: Einsatz von entdeckendem Lernen, projektbasiertem Lernen und kooperativen Lernmethoden. - Interaktive Elemente: Schüler:innen interagieren mit der VR/AR-Umgebung, um ein aktives Lernen zu fördern. - Feedback-Systeme: Echtzeit-Feedback durch die VR/AR-Anwendung unterstützt den Lernprozess und die anschliessende Selbstreflexion. - Musterlehr-/lerneinheiten: Die Lehr-/Lerneinheiten zum Technologie-Demonstrator ermöglichen es den Lehrpersonen aktiv zwischen den Rollen der Unterrichtenden und Lernenden zu wechseln und so ein möglichst breites Spektrum an Erfahrung im Einsatz von VR/AR-Technologie zu erwerben.
Wirkung
Innerhalb der Kantonsschule Zimmerberg wird der Einsatz von VR/AR-Technologien fester Bestandteil des Regelunterrichts in einer Vielzahl von Fächern, wenn die Lehrpersonen durch den «VR/AR-Demonstrator» befähigt werden, eigene Unterrichtseinheiten zu entwerfen und durch das «VR/AR-Brevet» der Initialaufwand für den Einsatz der Technologie reduziert wird. Das «VR/AR-Brevet» könnte mittelfristig zu einem Teil der gymnasialen Grundausbildung werden, wie es heute z. B. die Bedienung von Computern oder das Mikroskopieren sind, welche früher als neue und teure Anwendungen ebenfalls mehrere Hürden nehmen mussten, bis sie heute flächendeckend unterrichtet werden. Sowohl das «VR/AR-Brevet» wie auch der «VR/AR-Demonstrator» können via DLH auf andere Mittelschulen übertragen werden resp. für die Berufsschulen adaptiert werden. Damit werden die methodisch didaktischen Voraussetzungen geschaffen, welche einen breiten Einsatz von VR/AR-Technologie im Regelunterricht ermöglichen. Die Gerätezyklen bei VR/AR-Brillen entsprechen heute mit 4 Jahren ungefähr jenen von Computern und anderen Smart Devices, sodass nicht jährlich neue Geräte angeschafft werden müssen. Der Preis der Geräte hat sich derzeit bei 300.- pro Stück angesiedelt, sodass auch ausleihbare (Halb-)Klassensätze für Schulen eine gut finanzierbare Option geworden sind.
SAMR-Modell Im SAMR-Modell kann das Projekt im Bereich "Redefinition" angesiedelt werden, da es neuartige Aufgabenformate ermöglicht, welche analog so nicht möglich sind.
