Masterarbeit, Technische Universität Graz, 2020

1. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
S C I E N C E ■ P A S S I O N ■ T E C H N O L O G Y
1
Einsatz von Mixed Reality im Klassenzimmer
Alexander Brunner
Betreuer:
Priv.-Doz. Dipl.-Ing. Dr.techn. Ebner, Martin
Ist fächerübergreifender Unterricht mit Mixed Reality durchführbar?
Diplomarbeits-Präsentation

2. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
2
Überblick
• Motivation
• Was ist Augmented Reality?
• Was ist Virtual Reality?
• Vor- und Nachteile von AR und VR
• Mixed Reality
• Praxisteil in der Schule
• Probleme und Verbesserungen
• Auswertung
• Schülerinnen und Schüler Feedback
• Empfehlungen für MR-Unterricht
• Zusammenfassung

3. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
3 • Interessensgebiet
• Berufliches Interesse
• Aufmerksamkeit generieren
• E-Learning in schweren Zeiten wichtig
Motivation

4. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
4 • Erweiterung der realen Welt
• Erstes „AR-Erlebnis“ 1968 durch Ivan Sutherland
• Digitale Geräte
• Videoaufnahme
• Tracking
• Registrierung
• Darstellung und Ausgabe
Was ist Augmented Reality?
Quelle: Niantic: Pokémon GO, 2019Quelle: Google: Google-Suche-App, 2019Quelle: Universität Osnabrück: Geschichte der
Augmented Reality, 2013, http://media2mult.uni-
osnabrueck.de/pmwiki/fields/wp13/index.php?
n=AR.GeschichteDerAugmentedReality

5. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
5 • Reale Welt komplett ausblenden
• Ziel: Neue virtuelle Welt
• Wichtige Ausprägungen:
• Immersion
• Motivation
• Multiple Darstellung
• Head-Mounted-Display/VR-Brille
• Steuerung mit Kontroller
• Handtracking
Was ist Virtual Reality?

6. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
6
VR-Brille
Quelle: Facebook Technologies, LLC, Oculus Quest, 2019, https://
www.oculus.com/quest/

7. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
7
Virtual Reality
Vorteile Nachteile
Immersion „Motion Sickness“
Viele
Einsatzmöglichkeiten
Kosten
Vor- und Nachteile von AR und VR
Augmented Reality
Vorteile Nachteile
Reale Umwelt wird
wahrgenommen
Wenige
Einsatzmöglichkeiten
Kosten
Einfache Durchführbarkeit

8. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
8 • Begriff „Mixed Reality“
• 1994, Paul Milgram
• Verschmelzung von realer und virtueller Welt
• Vereint beide Techniken (AR & VR)
Mixed Reality
Quelle: Paul Milgram, Haruo Takemura, Akira Utsumi und Fumio Kishino (1994). Augmented Reality: A class of displays on the reality-virtuality continuum.

9. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
9
Reality-Virtuality-Continuum-Beispiele
Quelle: Ralf Dörner, Wolfgang Broll, Paul Grimm und Bernhard Jung (2019). Virtual und
Augmented Reality (VR/AR): Grundlagen und Methoden der Virtuellen und
Augmentierten Realität 2. aktualisierte Auflage

10. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
10 • Ideenfindung, Cluster
• Fächerübergreifender Unterricht
• Bereicherung durch Mixed Reality
• Aufmerksamkeit
• Konstruktivistische Lernumgebung
• Vorteile für Schülerinnen und Schüler
• Motivation
• orts- und zeitunabhängig
Praxisteil in der Schule

11. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
11
Cluster
Name Typ Ort der
Verwendung
Potenzielles
Unterrichtsfach
Sozialform Betreuung
The
Magicbook
AR/VR Schule Sprache,
Geschichte,
Informatik,
Geographie
Gruppe,
Partner/in
Lehrkraft kann als Guide die
Schülerinnen und Schüler
anleiten oder sie selbst
erkunden lassen und Aufgaben
dazu stellen
Studierstube AR Schule Informatik,
Geographie,
Physik
Partner/in,
alleine
Lehrkraft kann mithilfe des PIP
Anweisungen bzw.
Informationen geben und so die
Schülerinnen und Schüler leiten
WWF Free
Rivers
AR Schule &
zuhause
Geographie,
Physik
Gruppe,
alleine
Hauptinformationen kommen
von der App, Lehrkraft ergänzt
diese durch eigene
Informationen bzw. Inhalte
Google
Expeditions
AR/VR Schule &
zuhause
Geographie,
Geschichte,
Biologie, Physik,
Wirtschaft uvm.
Gruppe,
Partner/in,
alleine
Lehrkraft gibt Schritte vor,
Schülerinnen und Schüler
erstellen Touren und
präsentieren diese
Name Typ Ort der
Verwendung
Potenzielles
Unterrichtsfach
Sozialform Betreuung
The
Magicbook
AR/VR Schule Sprache,
Geschichte,
Informatik,
Geographie
Gruppe,
Partner/in
Lehrkraft kann als Guide die
Schülerinnen und Schüler
anleiten oder sie selbst
erkunden lassen und Aufgaben
dazu stellen
Studierstube AR Schule Informatik,
Geographie,
Physik
Partner/in,
alleine
Lehrkraft kann mithilfe des PIP
Anweisungen bzw.
Informationen geben und so die
Schülerinnen und Schüler leiten
WWF Free
Rivers
AR Schule &
zuhause
Geographie,
Physik
Gruppe,
alleine
Hauptinformationen kommen
von der App, Lehrkraft ergänzt
diese durch eigene
Informationen bzw. Inhalte
Google
Expeditions
AR/VR Schule &
zuhause
Geographie,
Geschichte,
Biologie, Physik,
Wirtschaft uvm.
Gruppe,
Partner/in,
alleine
Lehrkraft gibt Schritte vor,
Schülerinnen und Schüler
erstellen Touren und
präsentieren diese

12. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
12 • AHS Oberstufe, zwei Versuchsgruppen
• Einführungsphase und erste VR-Tour
• Zusammenbau der Google Cardboard
• Gruppenbildung, Arbeitsauftrag „Klimazonen der Erde“
• Erarbeitungsphase
• Präsentation im Guide-Modus
• Wiederholung & Fragebogen
MR-Unterricht
Quelle: Google, 2019, https://arvr.google.com/cardboard/
manufacturers/

13. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
13 Arbeitsauftrag Klimazonen und ihre Vegetation
Die Subtropen
Die Subtropen befinden sich zwischen der tropischen und der gemäßigten Zone rund um
die beiden Wendekreise. Typisch für diese Zone sind die Trockengebiete. Verwendet mind.
einen „Point-of-interest“ in einer Szene! Beschreibe die Trockengebiete (Wüsten)
genauer, anhand folgender Stichpunkte:
• Wo befinden sich die großen Wüsten der Erde?
• Nenne und beschreibe kurz drei verschiedene Wüstenarten: Stein-/Felswüste,
Kieswüste, Sandwüste! (Tour x3)
• Was ist eine Oase? (Tour)
• Ergebnis der Gruppe: https://poly.google.com/view/5q4XR-I7nhJ
Beispiel Arbeitsauftrag

14. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
14
Probleme und Verbesserungen
Problem
Infrastruktur der Schule
Zeit
Arbeitsaufträge der ersten
Einheit
Ablenkung durch WOW-Effekt
Verbesserung
„mobile Hot-Spots“
Verbesserung
„mobile Hot-Spots“
Zusammenbau der VR-Brille im Vorhinein
Verbesserung
„mobile Hot-Spots“
Zusammenbau der VR-Brille im Vorhinein
Genauere Formulierung der
Arbeitsaufträge
Verbesserung
„mobile Hot-Spots“
Zusammenbau der VR-Brille im Vorhinein
Genauere Formulierung der
Arbeitsaufträge
Anweisung an die Guide-Gruppen

15. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
15
Auswertung
Noten 1. Gruppe
0
2
4
5
7
1 2 3 4 5
7
1
4
1
Noten 2. Gruppe
0
2
4
6
8
1 2 3 4 5
6
8
• Wirkungsanalyse statt Leistungsanalyse
Quelle: Alexander Brunner, Einsatz von Mixed Reality im Klassenzimmer, 2020

16. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
16
Gesamt (27 Schülerinnen und Schüler)
Erfahrung mit VR vor dem Unterricht Ja: 15 Nein: 12
Durch-
schnitt
1 2 3 4 5
1 Die Informationen der Lehrkraft bereitete mich optimal auf den VR Unterricht vor 19 6 2 0 0 1,37
2
Die erste VR Tour durch die Lehrkraft gewährte mir einen tollen Einblick in die VR
Technik
20 5 2 0 0 1,33
3 Die vorgestellte Technik mit Google Tour Creator war einfach zu verstehen 19 6 2 0 0 1,37
4 Die vorgestellte Technik mit Google Tour Creator war einfach zu benutzen 14 9 2 2 0 1,70
5 Die vorgestellte Technik war für mich unnötig kompliziert 2 1 9 2 13 3,85
6 Ohne den VR Unterricht hätte ich mich mit dem Thema VR nicht beschäftigt 9 4 9 3 2 2,44
7 Ich wünschte es würde mehr VR Unterricht geben, bzw. mehr zu diesem Thema 12 12 3 0 0 1,67
8 Die ganzen Funktionen zur Erstellung einer Tour waren hilfreich 12 9 5 1 0 1,81
9
Ich bzw. unsere Gruppe hat viele verschiedene Funktionen genutzt (z.B. point of
interest)
12 11 3 1 0 1,74
10
Ich glaube, dass jeder schnell mit den vorgestellten Techniken einen Einblick in das
Thema VR bekommt
12 12 3 0 0 1,67
11
Durch VR konnte ich das Thema (Klimazonen der Erde) besser verstehen als durch
konventionellen Unterricht
8 8 10 1 0 2,15
12
Durch den VR Unterricht konnte ich mich nicht auf das Thema (Klimazonen der Erde)
konzentrieren
0 0 2 11 14 4,44
13
Der VR Unterricht war reine Zeitverschwendung, ich hätte stattdessen lieber was
anderes gemacht
0 0 1 4 22 4,78
14
Der VR Unterricht war eine willkommene Abwechslung zum konventionellen
Informatikunterricht
25 1 1 0 0 1,11
15
Ich und meine SchulkameradInnen waren ganz enthusiastisch über das VR Thema
und den VR Unterricht
16 7 2 2 0 1,63
16 VR hat im Unterricht keine Zukunft, da es wie ein Videospiel wirkt 0 2 6 10 9 3,96
17
Das VR Thema interessiert mich nach dem VR Unterricht sehr, und ich werde mich
damit weiter beschäftigen
8 7 7 3 2 2,41
Schülerinnen und Schüler Feedback

17. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
17 • Vielseitig
• Nicht vollkommen
• Vorbereitungszeit
• Google Tour Creator
• Smartphones vorbereiten (lassen)
Empfehlungen für MR-Unterricht

18. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
18 • MR und Game-Based-Learning
• Pädagogisch wertvoller Unterricht
• Fächerübergreifender Unterricht mit MR
• Learning-By-Doing
• Zukunft mehr MR-Inhalte
Zusammenfassung

19. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
19
Schülerinnen und Schüler im MR-Unterricht

20. u Graz University of Technology I Faculty of Computer Science and Biomedical Engineering
W I S S E N ■ T E C H N I K ■ L E I D E N S C H A F T
20
Danke für Ihre Aufmerksamkeit!