Medien zu diesem Beitrag

• Mit dem Experimentier-Koffer „Science Center To Go“ lassen sich wichtige Experimente durchzuführen und die dabei ablaufenden naturwissenschaftlichen Prozesse mithilfe von Augmented Reality sichtbar machen.© Fraunhofer FIT
  
• Mit dem Experimentier-Koffer „Science Center To Go“ lassen sich wichtige Experimente durchzuführen und die dabei ablaufenden naturwissenschaftlichen Prozesse mithilfe von Augmented Reality sichtbar machen.© Fraunhofer FIT
  
• Mit dem Experimentier-Koffer „Science Center To Go“ lassen sich wichtige Experimente durchzuführen und die dabei ablaufenden naturwissenschaftlichen Prozesse mithilfe von Augmented Reality sichtbar machen.© Fraunhofer FIT
  
• Mit dem Experimentier-Koffer „Science Center To Go“ lassen sich wichtige Experimente durchzuführen und die dabei ablaufenden naturwissenschaftlichen Prozesse mithilfe von Augmented Reality sichtbar machen.© Fraunhofer FIT
  
• Science Center To Go - Tangible Formulas© Science Center To Go
  

<>

Innovationsgrad

REDAKTION:

8

COMMUNITY:

0

Marktreife2010

Die Aussagen wissenschaftlicher Experimente lassen sich Schülern und Schülerinnen vor allem dann gut vermitteln, wenn sie nicht nur bei Versuchsaufbau und -Änderungen der Versuchsanordnungen mit Hand anlegen, sondern die Vorgänge während eines Versuchs mit möglichst vielen Sinnen erfassen können. Mit dem Experimentier-Koffer „Science Center To Go“ des Fraunhofer FIT werden Physik-und Chemielehrer künftig wichtige Experimente durchführen und die dabei ablaufenden naturwissenschaftlichen Prozesse mithilfe von Augmented Reality sichtbar machen können.

Seit über zehn Jahren gehört „To-Go“ zu denjenigen Begriffen, die aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken sind. Neben dem Kaffee To-Go, gibt es Literatur-To-Go, Versicherungen-To-Go oder auch Hochzeiten-To-Go. Und natürlich gibt es eine Vielzahl von Angeboten von „Wissen-To-Go“. Viele finden sich in den Apps unserer Smartphones wieder. Trotz dieser Entwicklungen arbeiten viele schulische Anschauungs- und Experimentiermaterialien nach einem eher statischen Prinzip. Sie sind so groß und ungelenk, dass Sie bestenfalls zwischen den Physik- oder Chemiesälen hin und her transportiert werden, kaum aber flexibel eingesetzt werden können. Die Konsequenz: Sie werden gekauft und (meist) genutzt oder sie werden schlicht nicht angeschafft, weil sie zu aufwendig und zu teuer sind. Ein ähnliches Bild zeichnet sich in Wissenschaftsparks: In der Regel werden hier spezielle Ausstellungsstücke gebaut, die etwa durch den Einsatz von Augmented Reality (AR) zwar ein hohes Potenzial an Vermittlung beziehungsweise Erklärungsleistung bieten. Andererseits zeichnen sich solche Exponante in der Regel auch durch eine hohe Unflexibilität aus.

Die Forscher am Fraunhofer FIT haben nun eine Art »Wissenschaftspark in der Westentasche« entwickelt. Mit dem EU-geförderten Projekt „Science Center To Go“ lassen sich einerseits die didaktischen Möglichkeiten von AR nutzen, während andererseits alle Versuchsgegenstände in einen handlichen Koffer gepackt werden können.

Das Grundprinzip des Science to Go ist dabei vergleichsweise einfach: Mit Hilfe einer Webcam werden die individuell veränderbaren Versuchsaufbauten gefilmt, während eine spezielle Software die wissenschaftlichen Zusatzinformationen wie etwa Strömungen oder Anziehungskräfte berechnet und visualisiert. Im Monitor-Bild wird dann beides „live“ übereinander gelegt. Ein wesentlicher Aspekt des Experimentier-Koffers ist der Verzicht auf spezielle Hardware, so dass die Experimente beziehungsweise die zugehörigen Augmented Reality-Ergänzungen auch außerhalb des Physiksaals an jedem PC genutzt werden können. Das Experimentieren und Lernen wird auf diese Weise deutlich erleichtert und effektiviert.

Auf dem diesjährigen GirlsDay gehörte der Experimentierkoffer zu den wegweisenden Exponaten, die von Mädchen im Beisein von Bundeskanzlerin Angela Merkel im Bundeskanzleramt erprobt werden konnten. Außerdem wird der Koffer derzeit in Klassen der Jahrgänge 4-12 an zahlreichen europäischen Schulen etwa in Finnland, Griechenland, Rumänien, Spanien, Schweden und Großbritannien getestet.

Aktuell enthält der Koffer fünf Exponate, mit denen der Bernoulli-Effekt, der Doppler-Effekt, dass Boltzmann-Experiment sowie Doppelkegel- beziehungsweise Doppelspalt-Experimente durchgeführt werden können. Beim Doppelkegel-Experiment beispielsweise können die Schüler und Schülerinnen Objekte über eine schiefe Ebene rollen lassen. Das dafür zur Verfügung stehende Exponat besteht aus zwei auseinanderlaufenden Schienen, die an einem Ende beweglich verbunden sind. Die beiden anderen Enden liegen auf kleinen Rampen. Die Jugendlichen können also sowohl den Öffnungswinkel als auch die Steigung der Schienen variieren. Als Rollkörper stehen drei unterschiedliche spitze kegelförmige Objekte und ein Zylinder zur Verfügung. Das auch für Erwachsene immer wieder Erstaunliche: je nach Wahl des Rollkörpers, Schienenstellung und Neigungswinkel kann es vorkommen, dass das Objekt entgegen der Steigung aufwärts zu rollen scheint. Der Zusammenhang dieser Parameter und deren Auswirkung auf die Rollrichtung lassen sich durch ein mathematisches Modell in einer Formel beschreiben. In der Liveübertragung des Experiments am Bildschirm oder der Beamerleinwand wird nun am oberen Bildrand zusätzlich die Berechnungsformel angezeigt. Die Werte werden dabei simultan zum Versuchsablauf aktualisiert. Unterschiedliche Farben, die mithilfe von AR in das laufende Experiment eingeblendet werden, zeigen den Lernenden zudem, wie die einzelnen Parameter der Formel mit den Einstellmöglicheiten des realen Modells korrespondieren. In der Konsequenz können Schüler und Schülerinnen die Formel im Wortsinn »begreifen«. Die dahinter stehende Mathematik verliert ihre Abstraktheit. Auf vergleichbare Weise werden beispielsweise bei der Durchführung des Bernoulli-Effekts die Antriebskräfte durch Augmented Reality „sichtbar“ gemacht.

Derzeit befindet sich das Science Center To Go noch in der Testphase, um die vorhandenen Experimentier-Sets zu erweitern und zu ergänzen. Fast alle Bestandteile des Koffers werden mithilfe des 3D-Druckverfahrens erzeugt, so dass Modifikationen und Erweiterungen problemlos möglich sind. Es ist davon auszugehen, dass der Experimentier-Koffer in naher Zukunft Produktreife erlangen wird, um dann in Serie produziert und europaweit angeboten werden zu können.