Förderung von Konzeptverständnis durch Augmented Reality Experimente zum Thema Elektromagnetismus – CESAR

Typ

Verbundprojekt (Lead: ETH Zürich)

Finanzierung

Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG
Projektnummer 471917560
Laufzeit: Oktober 2023 bis September 2026

 

Mitarbeiterinnen / Mitarbeiter

Kurzbeschreibung

Ein grundlegendes Ziel naturwissenschaftlichen Unterrichts ist der Aufbau abstrakter wissenschaftlicher Konzepte. Geführte forschungsbasierte Lernaktivitäten sowie das Lernen mit multiplen externen Repräsentationen (MER) können die Schüler*innen dabei fördern. Augmented Reality (AR) ermöglicht die räumliche und zeitliche Integration von MER während des Experimentierens und reduziert damit die kognitive Gesamtbelastung der Lernenden. Am Beispiel des Elektromagnetismus und der Lorentz-Kraft nutzen wir das Potenzial von AR, um sukzessive eine optimierte Lernumgebung zu schaffen, die MER und angeleitetes Experimentieren kombiniert. In vier Studien wird untersucht, welche AR-induzierten externalen Repräsentationen am besten geeignet sind, das Lernen zu unterstützen, und wie sie mit dem Grad der Anleitung während des Experimentierens interagieren. Studie 1 untersucht, welche MER das Konzeptwissen und die Repräsentationskompetenz beim Experimentieren mit hoher Anleitung am besten unterstützen. Dabei steht die Richtung der Lorentz-Kraft im Mittelpunkt. In zwei weiteren Studien wird in Schülerexperimenten der Betrag der Lorentzkraft adressiert: In Studie 2.1 wird die Art der MER variiert, und in Studie 2.2 wird untersucht, wie die Kombinationen der AR-induzierten Repräsentationen, die sich als am besten erwiesen haben, mit dem Ausmaß der experimentellen Anleitung interagieren. In Studie 3 werden die Erkenntnisse aus den ersten drei Laborstudien auf den Schulunterricht übertragen, um die beste Kombination von Bedingungen in einer Feldstudie zu testen. Um Einblicke in die kognitiven Prozesse der Schüler*innen zu erhalten, die für das erfolgreiche Lernen mit MER während des Experimentierens verantwortlich sind, werden die Augenbewegungen der Schüler*innen während des Experimentierens aufgezeichnet und analysiert. Es wird erwartet, dass diese Studienreihe wichtige Erkenntnisse darüber liefert, wie die sich noch entwickelnde AR-Technologie genutzt werden kann, um optimierte Lernumgebungen im naturwissenschaftlichen Unterricht zu schaffen.