Theorie am Realexperiment – elektrische Schaltkreise verstehen mit der AR-Applikation PUMA:Spannungslabor

Augmented Reality (AR) ist eine Technologie, die in der Lehre immer beliebter wird. Die Möglichkeit, reale Experimente mit einem theoretischen Modell oder einer Darstellung zu überlagern, ist für die Physik nützlich, da sich so eine Verbindung zwischen Modell und Realität herstellen lässt. Die App PUMA:Spannungslabor ermöglicht diese Verbindung für einfache elektrische Schaltungen. Dazu gehören Visualisierungen für die elektrischen Grundgrössen Spannung (über eine Höhenmodell-Analogie), Strom (über bewegte Elektronen) und elektrischer Widerstand (über eine Analogie nach dem Drude-Modell). Die Visualisierungen sind sowohl in einem AR-Modus in Kombination mit realen Experimenten als auch als reine Computersimulation verfügbar. 

Die App wurde in Zusammenarbeit mit Physiklehrkräften entwickelt und im Rahmen einer Schülerlaborstudie auf ihre Wirksamkeit getestet. Die empirischen Ergebnisse zeigten keinen signifikanten Unterschied in der Entwicklung des konzeptuellen Wissens zwischen der Verwendung der App als AR, als Simulation oder mit einem Informationsgrafik-Ansatz. Es wurde jedoch festgestellt, dass die Verwendung der AR-App für die Datenerfassung die Zeit, die die Studierenden für die Bearbeitung ihrer Aufgaben benötigten, deutlich reduzierte. Ausserdem verringerte die Verwendung der AR-App zur Darstellung theoretischer Modelle die kognitive Belastung der Studierenden. Diese Ergebnisse geben Hinweise für eine zielgruppengerechte Gestaltung und Umsetzung von AR-Apps im Schulunterricht. 

Der Aufwand und Nutzen des Einsatzes dieser Augmented-Reality-Anwendung wird derzeit in einer Interventionsstudie in der Unterrichtspraxis untersucht. Daher kann im Rahmen dieses Vortrags über erste Erfahrungen aus der laufenden Pilot-Feldstudie berichtet und diese mit Ergebnissen der Laborstudie in Beziehung gesetzt werden.

Referent: Dr. Christoph Stolzenberger, Universität Würzburg