Dieses Jahr rief der Arbeitskreis VR/AR-Learning (Virtual Reality und Augmented Reality) der GI-Fachgruppe Bildungstechnologien erneut in Zusammenarbeit mit dem Stifterverband den Wettbewerb „AVRiL 2019 – Gelungene VR/AR-Lernszenarien“ aus. In einer Blogreihe stellen wir die Einreichungen mit Fokus auf Hochschullehre vor. Nach den Beiträgen der Hochschule Ruhr West, sowie der TU Darmstadt und der Universität Würzburg, folgt nun der letzte Beitrag der Blogreihe von Dr. Sebastian Habig. Er hat sich mit dem Projekt ARC (Augmented Reality Chemistry) an dem Wettbewerb beteiligt und wurde für seinen Beitrag ausgezeichnet.

Augmented Reality Chemistry (ARC) ist eine App, die beim Chemielernen unterstützen kann. In der Grundversion wird ARC zusammen mit textbasiertem Lernmaterial genutzt, um dreidimensionale Informationen zu visualisieren, die man auf einem zweidimensionalen Arbeitsblatt nur unzureichend darstellen kann. Zudem können Lernende mit den AR-Modellen interagieren, diese vergrößern, verkleinern und rotieren. Für die Nutzung von ARC ist keine Internetverbindung notwendig, sodass ein unkomplizierter Einsatz auch an Schulen ohne W-Lan Zugang möglich ist.

Warum nutzen wir Augmented Reality?

Häufig basieren Fachinhalte der Chemie auf dreidimensional-räumlichen Konzepten, die wir mit klassischen Printmedien wie Lehrbüchern oder Arbeitsblättern im Chemieunterricht naturgemäß nur schlecht darstellen können. Chemikerinnen und Chemiker nutzen daher Hilfsmittel wie Keil-Strich-Formeln (Abb. 2). Solche Darstellungen werden genutzt, um die räumliche Ausrichtung von Bindungspartnern einer chemischen Verbindung anzudeuten. Beim Lernen sind Schülerinnen und Schüler aber auch Studierende demnach immer wieder damit konfrontiert, dass sie 3D Informationen aus 2D Darstellungen extrahieren und in ihren Lernprozess integrieren müssen. Diese Prozesse gehen mit hohen kognitiven Anforderungen einher, insbesondere für Lernende mit geringem fachlichem Vorwissen und gering ausgeprägten räumlichen Fähigkeiten.

Vor diesem Hintergrund bietet Augmented Reality (AR) die Möglichkeit, klassische Printmedien mit interaktiven und animierten 3D Modellen zu erweitern und Lernende so bei ihrem Lernprozess zu entlasten.

Ein einfaches Beispiel aus der Chemie

Mit Hilfe dieser Keil-Strich-Abbildung des Propan-Moleküls soll die räumliche Struktur der Verbindung angedeutet werden. Während die gestrichelten Bindungen bedeuten, dass der Bindungspartner in die Papierebene hineinragt, gibt der keilförmige Bindungsstrich an, dass der Bindungspartner aus der Papierebene hinausragt. Einfach Bindungsstriche bedeuten, dass Bindungspartner in der Papierebene liegen.

Mit Hilfe von AR ist es nicht nur möglich, solche relativ einfachen Strukturen dreidimensional darzustellen. Auch komplexere Modelle wie zum Beispiel Orbitaldarstellungen oder animierte Modelle von chemischen Reaktionen können visualisiert werden.

Was kann die ARC-App?

ARC ist ein digitales Werkzeug und soll Chemielernenden an Schulen und Hochschulen als Unterstützung dienen. Mit ARC können ausgewählte Bilder, Diagramme, Formeln, etc. gescannt werden, woraufhin unmittelbar auf dem gescannten Medium ein entsprechendes 3D Modell erscheint. Damit dies funktioniert greift die App auf die Kamerafunktion des Smartphones oder Tablets des Nutzers bzw. der Nutzerin zu. Erkennt die App einen sogenannten Tracker, wird auf diesem das entsprechende 3D Modell visualisiert. Mittels üblicher Gestensteuerung kann anschließend mit diesen 3D Modellen interagiert werden. Sie lassen sich verkleinern, vergrößern, rotieren und bewegen. Auch animierte Sequenzen abzuspielen, ist möglich. Zudem ist ein Repräsentationswechsel integriert. Das bedeutet, dass Nutzerinnen und Nutzer auf Knopfdruck die Darstellungsart von chemischen Verbindungen variieren können.

Wo kann ich ARC und die Textmaterialien herunterladen?

ARC wird derzeit noch primär im Rahmen eines Forschungsprojekts eingesetzt, bei dem die Wirksamkeit von AR unterstütztem Lernen im universitären Kontext geprüft wird. Erste Ergebnisse deuten bereits jetzt auf hohe Benutzerfreundlichkeit der App hin. Studierende, die bereits Gelegenheit hatten, mit der App zu arbeiten, schätzen insbesondere die integrierten animierten Modelle und die Interaktivität der App.

Im Frühjahr 2020 wird ARC jedoch sowohl für Android, als auch für iOS Endgeräte in den jeweiligen App-Stores zur Verfügung stehen. Die Textmaterialien werden im Zuge der Veröffentlichung von ARC kostenlos zum Download angeboten. Es ist geplant, nach Veröffentlichung der App, die unterstützten Inhalte kontinuierlich zu erweitern. Ebenso sind neue Funktionen angedacht.

Fragen oder Anregungen?

Bei Fragen oder Anregungen können Sie sich gerne direkt an mich wenden (sebastian.habig@uni-due.de).