Hochschule setzt auf Mobile Learning und Augmented Reality
Mathematik (be)greifbar machen

Während Augmented Reality in den letzten Jahren zunehmend für die Darstellung von Schulstoff in abstrakten Grundlagenfächern erschlossen wird, so ist das Angebot im Hochschulbereich bislang überschaubar. Das vorliegende Projekt der Fachhochschule Technikum Wien will demonstrieren, dass AR als Technologie dazu geeignet ist, diese Grundlagenfächer im Hochschulbereich didaktisch sinnvoll zu unterstützen. Die Demonstration erfolgt im Projekt anhand von 5 Szenarien aus dem Bereich der Vektorrechung des Fachbereichs Mathematik.

Warum wurde nun die Vektorrechnung für die Demonstration durch die Fachhochschule gewählt? – Einfach gesagt vor allem deshalb, weil so komplexe und raumbezogene Sachverhalte einmal direkt sichtbar und damit leichter begreifbar werden. Für SchülerInnen und Studierende sind Vektoren und lineare Algebra oft schwer zu fassen. Das wiederum erschwert den Wissenserwerb, aber eben auch die darüber hinausgehende Entwicklung grundlegender abstrakter Kompetenzen.

Lernbedarfe

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines App-unterstützten Lehrkonzepts, welches dazu geeignet ist, abstrakte mathematische Sachverhalte räumlich einfach darzustellen und durch Interaktion Tiefenverständnis zu fördern.

Neben den inhaltlichen Anforderungen an die Darstellbarkeit werden praktische Anforderungen an die App gestellt: Kompatibilität mit allen gängigen Betriebssystemen und kostenfreie Platzierung in App-Stores als offene Bildungsressource.

Das begleitende Lehrkonzept soll in Studiengängen der FH Technikum Wien eingesetzt werden. Die Perspektive von Augmented Reality als innovative Lehrtechnologie im Bereich von hochschulischen Grundlagenfächern soll anhand des Projekts und weiterführender Szenarien aus Mathematik, Physik und Ingenieurswissenschaften demonstriert werden. Das Augmented Reality-Lehrkonzept richtet sich dabei an Studierende und Lehrende in mathematischen, technischen und naturwissenschaftlich orientierten Studien sowie SchülerInnen und Lehrpersonal der Sekundarstufe II.

Projektverlauf

Das Projekt entsprang dem direkten Bedarf Hochschullehrender nach digitalem Begleit-Material, um komplexe mathematische Inhalte aus dem Bereich der Vektorrechnung in drei Dimensionen aus der Beschränktheit der zweidimensionalen Darstellung zu heben und damit adäquat vermitteln zu können. Zudem erfüllt das Projekt das Bedürfnis von SchülerInnen und Studierenden nach qualitätsgesicherten, frei verfügbaren Lernunterlagen. Sowohl Lehrenden als auch Studierenden wurden deshalb bereits während der Projektentwicklungsphase die Meilensteine und Zwischenstadien der Entwicklung präsentiert. Basierend auf ihrem Feedback wurden weitere Entwicklungen gestaltet und die zu entwickelnden Szenarien ausgewählt.

Die Entwicklung der Augmented Reality-Lehrkonzepts und der Applikation ist durch das Teaching and Learning Center der Fachhochschule Technikum Wien in Kooperation mit dem Department für Applied Mathematics and Physics initiiert worden und ist mit der hausweiten eLearning-Strategie akkordiert. Die technische Umsetzung erfolgte mit VRSoft GmbH (Senselab.io). Im Sinne der Open Access Policy für wissenschaftliche Information der Europäischen Union wird die Applikation der Allgemeinheit kostenfrei zur Verfügung gestellt.

Projektergebnis

Ein App-gestütztes Lehrkonzept in der Wissenschaftssprache Englisch wurde im Projekt entwickelt, welches immersiv durch dreidimensionale Abbildung auf der realen Welt die Grundlagen der linearen Algebra und Vektorrechnung begreifbar macht.

Folgende konkrete Inhalte der Vektorrechnung werden in der App interaktiv zugänglich gemacht:

  • Vektoren in kartesischer Basis und deren Komponenten
  • Vektoren in schiefwinkliger Basis und deren Komponenten
  • Skalarprodukt und geometrische Deutung
  • Kreuzprodukt und geometrische Deutung
  • Flächen-Normalvektoren und Vektorfelder

Ergänzend zu der technischen Entwicklung ist auch die didaktische Entwicklung eines Lehrkonzeptes zur Einbettung in ein Lernarrangement Teil des Projektes gewesen. Das angeleitete Aufstellen von Koordinatensystemen und Einrichten sowie Manipulieren von Vektoren in diesen fördert ein grundlegendes Verständnis der einzelnen Komponenten durch Learning by doing mit ergänzender Erklärung.

Zusätzlich bietet die App die Möglichkeit, jederzeit selbstständig mit den Komponenten der Inhalte zu experimentieren, um das tiefe Verständnis mit der Materie zu unterstützen. Das Projektergebnis ist von seitens der Fachhochschule Technikum Wien bewusst als offene Bildungsressource (Open Educational Resource, OER) konzipiert worden. Die App steht kostenlos und uneingeschränkt anderen Institutionen und Individuen über die gängigen App-Stores zur Verfügung, sodass sich ein Transfer aus der Wissenschaft in die Gesellschaft vollziehen kann.

Fazit

„Das Projekt stellt einen Meilenstein in der Entwicklung mobiler Bildungsressourcen im Hochschulbereich dar. Als solcher motiviert er für die Entwicklung weiterer Anwendungen und Programme in bislang in der Digitalisierung vernachlässigten Themenbereichen“, sagt FH-Prof. Ing. Dr. Gerd Christian Krizek, der die Stellvertretende Leitung des Teaching & Learning Centers an der Fachhochschule Technikum Wien inne hat.

Vektoren sind ein durchaus komplexes Thema. Mittels des Einsatzes von AR werden sie im vorliegenden Projekt einfacher begreifbar. Aufgrund dieser didaktischen und methodisch überzeugenden Leistung zeichnet die Jury des eLearning Journals die Fachhochschule Technikum Wien mit dem eLearning AWARD 2020 in der Kategorie „Hochschule“ aus.


Vorgaben & Besonderheiten

Vorgaben:
Vektorrechnung soll per AR mittels Smartphone-App für Studierende und Schüler begreifbar gemacht werden und so das insbesondere in naturwissenschaftlichen Studiengängen notwendige abstrakte Denken fördern.

Besonderheiten:
Auf AR fußende App-Anwendungen sind im deutschen Hochschulwesen bislang gering verbreitet. Zu Unrecht, bringen sie doch didaktischen Mehrwert mit sich, wie das vorliegende Projekt anschaulich aufzeigt.


Projektverantwortliche

Fachhochschule Technikum Wien

Prof. Dr. Gerd Christian Krizek
Stellvertretende Leitung FHTW

Fachhochschule Technikum Wien (FHTW)
Höchstädtplatz 6
A-1200 Wien

krizek@technikum-wien.at
www.technikum-wien.at