Lernen auf dem nächsten Level

Konzentriert läuft eine Gruppe von Siebtklässler*innen über den Schulhof. Eine Schülerin hält ein Tablet in der Hand. Kurz vor der Mensa, wo ein großer Baum steht, öffnet sich auf dem Gerät ein neues Fenster: eine 3-D-Animation mit Fragen zur Photosynthese. Gemeinsam fangen die Jugendlichen an zu knobeln. Dass so ein Szenario nicht nur Zukunftsmusik sein muss, daran arbeitet ein vom DIPF koordiniertes internationales Projekt. Es befasst sich mit Augmented Reality und spielbasiertem Lernen.

Augmented Reality (AR) steht für die Möglichkeiten, unsere Wahrnehmung der Realität computergestützt zu erweitern. Alles was wir betrachten, kann auf diesem Weg mit zusätzlichen Inhalten und Sinneserfahrungen angereichert werden. Dafür genügen in der Regel ein Smartphone oder ein Tablet. Mit deren Kameras oder einer entsprechenden Software kann man etwa einen Barcode an einem Bild scannen. Sieht man dort zunächst nur einen Adler in seinem Horst, könnten sich ergänzende 3D-Erklär-Videos oder Schaubilder auftun. So erhalten Interessierte einen Eindruck von seinem Flugverhalten oder seinem Verbreitungsgebiet. Oder man hört, wie die hungrigen Jungen fiepen. Die gesamte Bandbreite multidimensionaler Formate steht also zur Verfügung, um Wissen und Informationen zu vermitteln.

AR sollte nicht mit Virtual Reality verwechselt werden, wofür es hoch entwickelte IT-Brillen braucht. Mit deren Hilfe können Nutzer*innen in komplett virtuelle Welten eintauchen. Augmented Reality findet eher beiläufig statt – und die dafür benötigte Technik haben viele bereits in der Hosentasche. Auch beim spielbasierten Lernen kommen meist Computeranwendungen zum Einsatz. Spielerische Elemente sollen helfen, Spaß und Motivation beim Lernen zu steigern. Die Idee hat viel für sich: Während Schüler*innen sich an einem Rekord in einem Game versuchen, erfahren sie mehr zu Algebra oder zum Periodensystem. Nicht ohne Grund werden solche Methoden intensiv erforscht, erprobt und schon eingesetzt. Augmented Reality bietet in diesem Feld viele Anknüpfungspunkte.

Das Projekt

Hier setzt das Projekt „AR4STE(A)M“ an, ein Akronym für die englische Beschreibung von „Innovatives Lernen durch AR-Technologie und spielbasierte Elemente in den MINT-Fächern“. Dana Kube vom DIPF koordiniert das Projekt, das Schulen und Lehrkräfte unterstützen möchte. „Unser Ziel ist, diese Techniken und Methoden stärker in den Unterricht bringen, um junge Menschen auf innovative und moderne Art und Weise für Lerninhalte zu begeistern“, sagt sie.

Der inhaltliche Fokus des Vorhabens liegt, wie sein Name schon sagt, auf dem MINT-Bereich, was für Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik steht. Das sind Themenfelder, die in der Schule und bei der Studienwahl nicht ganz so beliebt sind – dabei sind entsprechende Expert*innen auf dem Arbeitsmarkt gesucht. „Außerdem ist der Anteil von Frauen in MINT-Berufen besonders gering und wir wollen dazu beitragen, das zu ändern“, ergänzt Kube einen weiteren zentralen Punkt. Finanziert vom Programm „Erasmus+“ der EU, haben sich für AR4STE(A)M Organisationen aus sechs Ländern zusammengefunden: aus Belgien, Deutschland, Italien, den Niederlanden, der Türkei und aus Zypern. Einige Schulen sind mit dabei, ein europäischer Lehrkräfte-Verband, aber auch eine gemeinnützige Organisation, die sich auf den Transfer von Wissen vor allem im IT-Bereich konzentriert. Und natürlich das DIPF, das das Projekt federführend organisiert und jede Menge wissenschaftliche Expertise aus der Informatik und den Bildungswissenschaften mit einbringt.

Die ersten Meilensteine

Zwei maßgebliche Schritte sind bereits getan. Sie bilden die Basis für die weiteren Pläne. Zum einen haben die Mitarbeiter*innen des Projekts den internationalen Stand der Forschung und der Entwicklungen rund um das Lernen mit AR systematisch evaluiert und kompakt aufbereitet. Entstanden ist ein „Compendium of Gamification Strategies and Augmented Reality“, das nun als Kurz- und als Langfassung online zur Verfügung steht. Es informiert über empfehlenswerte Apps und über Anwendungsmöglichkeiten.

Zum anderen haben die Projektverantwortlichen eine sogenannte Baseline-Studie durchgeführt: Mehr als 50 Lehrkräfte aus den sechs teilnehmenden Ländern wurden hierfür befragt. Dabei ging es um die Herausforderungen für einen erfolgreichen MINT-Unterricht, ihre Erfahrungen mit AR und mit spielbasiertem Lernen sowie das pädagogisches Potenzial beider Ansätze. Anhand der Studie hat das Team von AR4STE(A)M die größten Schulungsbedarfe für Lehrkräfte herausgearbeitet. Die Ergebnisse kann man als animierte Videos auf der Website des Projekts anschauen – ebenfalls frei zugänglich.

Deutlich wurde auf jeden Fall ein generelles Problem für den MINT-Unterricht: „Sobald es zu abstrakt wird, nehmen die Aufnahmefähigkeit und die Lust auf das Lernen stark ab“, erläutert die Koordinatorin. Es ist nun einmal eine große Herausforderung, Themen wie die Zentrifugalkraft oder die Übertragung von Protonen anschaulich zu vermitteln und dabei auch noch den Spaß am Lernen hoch zu halten. Hier liegt das Potenzial von Augmented Reality und spielbasiertem Lernen.

Dana Kube kann sich zum Beispiel gut eine IT-gestützte Schnitzeljagd als Gruppenaufgabe vorstellen – wie eingangs beschrieben. Und wenn man gerade nicht persönlich zusammenkommen kann, was in Zeiten der Corona-Pandemie ja leider häufiger vorkommt? „Wie wäre es, wenn die Klasse online ein Modell von einem Jet zum Fliegen bringt, indem sie gemeinsam Aufgaben zu den wirkenden physikalischen Kräften bearbeitet?“, schlägt die DIPF-Mitarbeiterin vor. Auch Hausaufgaben könnten leichter von der Hand gehen, wenn man nicht nur die Bücher zur Verfügung hat: Das Schaubild von einem Skelett wird doch gleich viel verständlicher, wenn die Schüler*innen die verschiedenen Knochen von ihrer Lehrkraft erklärt bekommen – als eigens aufgenommene Audio-Dateien.

Die nächsten Ziele

Damit solche Ansätze häufiger angewendet werden, bauen die Expert*innen von AR4STE(A)M nun ein Online-Fortbildungsprogramm für Lehrkräfte auf, das auf der Lernplattform „Moodle“ fußt. Es wird einen theoretischen Teil mit viel pädagogischen Hintergrundinformationen beinhalten und einen großen Praxisblock in zwei Schwierigkeitsstufen: für Einsteiger*innen und für Fortgeschrittene. Denn die Baseline-Studie hat gezeigt, dass die Lehrer*innen doch recht unterschiedliche AR-Erfahrungen mitbringen. Angedacht ist, dass die Teilnehmenden eine Aufgabe für den Unterricht mit den neuen Technologien aufbereiten und sich so ausprobieren können. Einen kleinen Fahrplan, welche Software sich eignet und welche Methoden zum Einsatz kommen könnten, bekommen sie mit an die Hand.

Und zu guter Letzt will das DIPF im Rahmen des Projekts noch Workshops anbieten, AR-Labs genannt. Der Plan ist, hierfür kleine Gruppen von Lehrkräften und Schüler*innen an das Institut in Frankfurt am Main einzuladen. Dort sollen sie gemeinsam eine grafische Animation entwickeln, um einen komplexen Sachverhalt zu erläutern. Ob es allerdings wirklich Präsenzveranstaltungen werden, muss man abwarten. Als Alternative programmiert das Team aber bereits eine App, mit der sich das Ganze gegebenenfalls auch online realisieren lässt. Und egal wie: Alle Workshops werden aufgezeichnet und als Anschauungsmaterial veröffentlicht, inklusive Interviews mit den Teilnehmenden zu ihren Erfahrungen mit den Labs und der Technik.

Insgesamt ist die Koordinatorin überzeugt, dass von AR4STE(A)M ein deutlicher Impuls ausgeht. Augmented Reality und spielbasiertes Lernen dürften künftig häufiger im Unterricht zum Einsatz kommen – europaweit. Denn das Training und sämtliche Materialen werden in sechs Sprachfassungen zur Verfügung gestellt, passend zu den Ländern der Projekt-Organisationen. Außerdem habe sich der Austausch zwischen allen teilnehmenden Lehrkräften und den Expert*innen merklich intensiviert, freut sich Kube. Eine echte Community sei entstanden: Gemeinsam für das Lernen auf dem nächsten Level.

Hier finden Sie alle Detailinformation zu AR4STE(A)M, das am DIPF von Professor Dr. Hendrik Drachsler geleitet wird.

Dana Kube hat Politik- und Rechtswissenschaften in München sowie internationale Migrationsforschung im schwedischen Malmö studiert. Bevor sie an das DIPF kam, hat die Wissenschaftlerin für die EU und die GIZ gearbeitet und dabei viel Erfahrung im internationalen Projektmanagement gesammelt – von Nordafrika bis zum Westbalkan. Als Koordinatorin von AR4STE(A)M kommt ihr auch zu Hilfe, dass sie sieben verschiedene Sprachen versteht.