Anschaulich präsentieren und erklären

Ausgestattet mit einem mobilen Augmented-Reality-System können CeBIT-Besucher am Modell eines Flugzeugflügels lernen, warum Flugzeuge fliegen können. Erklärungen zu unsichtbaren naturwissenschaftlichen Phänomenen und Zusatzinformationen werden eingeblendet. Mit dem CONNECT-System können sowohl Produktneuheiten auf Messen als auch Exponate in Museen ausgestattet werden. CONNECT ist vom 9. bis 15. März in Halle 9, Stand B 36 zu sehen.

»In dem von der EU mit 4,7 Mio Euro unterstützten Forschungsprojekt CONNECT vernetzen wir die Lernorte Schule und Museum,« erklärt Michael Wittkämper, Projektleiter am Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT. »Wir untersuchen unter welchen Bedingungen die Technologie der Erweiterten Realität, auch Augmented-Reality (AR) genannt, Lernprozesse sowohl in der Schule als auch im Museum unterstützen kann. Die entwickelte Technik kann aber auch in anderen Bereichen genutzt werden, etwa auf Messen, um Produkte zu erläutern, oder in der beruflichen Aus- und Weiterbildung.« Für vier Museen in vier Ländern entwickeln die Forscher unterschiedliche Ausstellungsstücke, statten sie mit einem AR-System aus, erarbeiten Lernszenarien und führen mehrere Testläufe mit ausgewählten Schulklassen vor Ort aus.

Und so funktioniert das CONNECT-System in der Praxis: Im Science Center At-Bristol in England, steht eine 8. Schulklasse mit ihrem Physiklehrer vor dem Tragflächenmodell. Wie ist es möglich, dass der neue A 380 mit seinen über 550 Tonnen Gewicht abheben kann? Eine Schülerin hat das mobile kabellose AR-System angelegt. Dazu gehört ein Rucksack mit Laptop und Akkus zur Energieversorgung. An den Rechner angeschlossen ist ein Headset mit semitransparenter Spezialbrille, eingebauten Kameras, integriertem Mikrophon und Lautsprecher. Durch die Brille sieht sie nicht nur den Flügel, der von einem großen Ventilator angeblasen wird, sondern auch die Strömungslinien der Luft als rote Linien. Dreidimensionale Bilder, Grafiken, Texte und Filme, die im Raum zu schweben scheinen, helfen ihr, die sonst unsichtbaren physikalischen Prozesse zu verstehen. Mit einer drahtlosen Maus klickt sie Zusatzinformationen an. Sobald sie den realen Flügel etwas kippt, verändert sich auch der Verlauf der Luftströmung. Das Mädchen versucht herauszufinden, bei welchem Winkel der Auftrieb optimal ist. Auch die in der Schule verbliebenen Mitschüler werden eingebunden. Über das Internet eingeloggt, erleben sie die Experimente per Live-Video-Stream durch die Augen der Schülerin vor Ort mit. Per Funkverbindungen können sie Fragen stellen und so interaktiv teilnehmen.

»Die Schüler sind fasziniert von der Technologie und können es kaum fassen, dass sie die Strömungslinien im Raum sehen, zum Greifen echt,« erklärt Kay Hoeksema von der Universität Duisburg-Essen, pädagogischer Partner von CONNECT. Der Wissenschaftler arbeitet auch als Lehrer und testet den Einsatz der innovativen Exponate im Schulunterricht. »Die Video-Streams werden aufgezeichnet und ich kann sie zu einem späteren Zeitpunkt in den Unterricht einbauen. Formelles Lernen in der Schule und informelles Lernen im Museum lässt sich auf diese Weise kombinieren. In der Schule kann ich so über die üblichen physikalischen Experimente hinaus eine Vielzahl von Versuchen durchführen und die Schüler direkt daran beteiligen.«

Über ein Content-System kann der Lehrer den Lernstoff vorher passgenau auf das Vorwissen der Schüler zuschneiden. Er loggt sich in die CONNECT-Plattform ein und spielt über das Webinterface Bilder, Texte, Filme und Audiodateien ein. Er kann dabei auf hinterlegte Module zurückgreifen und von Kollegen gespeicherte Unterrichtseinheiten nutzen. Um die neuartigen pädagogischen Konzepte umsetzen zu können, entwickeln die Forscher am FIT die Prototypen der tragbaren drahtlose Augmented-Reality-Systeme weiter. Damit sich die Besucher frei um das Ausstellungsstück bewegen können, müssen die Wissenschaftler die Positionen der Betrachter im Raum präzise bestimmen können. Sensoren auf dem Flügel übermitteln dem Rechner, der neben dem Modell steht, in welchem Winkel der Flügel positioniert ist. Die exakte Blickrichtung des Betrachters registriert eine Kamera und liefert die Informationen an den Laptop im Rucksack, damit sich eingespielte Bilder bei Bewegungen zeitgleich anpassen. »Wir modifizieren die Software für die visuelle Darstellung, die wir entwickelt haben, entsprechend den speziellen Anforderungen jedes unserer vier Exponate«, erklärt Wittkämper.

Die vier Ausstellungsstücke in England, Schweden, Finnland und Griechenland sollen Ende des Jahres über die CONNECT-Plattform für virtuelle Besuche bereit stehen. So können sich die Schüler von Bristol aus zum Beispiel virtuell auf eine Lernreise nach Finnland begeben. Auf der CeBIT in Hannover können die Besucher mit dem Exponat experimentieren und mit den Wissenschaftlern die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten des CONNECT-Systems diskutieren. An dem Projekt sind Partner in Deutschland, England, Finnland, Griechenland, Schweden, Israel und USA beteiligt.