Eintauchen in die Welt des Wissens

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1 Eintauchen in die Welt des Wissens

2 2 Cyber-Classroom Neue Fragen zu stellen, neue Möglichkeiten zu+ erschließen, alte Probleme aus einem neuen Blickwinkel zu betrachten, erfordert kreative Vorstellungskraft und kennzeichnet echte Fortschritte. Albert Einstein, Bild: alberteinsteinquotes.info

3 INHALTSVERZEICHNIS VORWORT DIE 3D-LERNUMGEBUNG CYBER-CLASSROOM SCHWERPUNKT MINT-FÄCHER TIEFENWAHRNEHMUNG, WIE FUNKTIONIERT DAS? WAS SIND DIE VORTEILE? HARDWARE TECHNOLOGIE MEHRWERT VIRTUAL REALITY BEST PRACTICE 3D-UNTERRICHT MODULÜBERSICHT OPEN SOCIAL INNOVATION (OSI) NETZWERK BILDUNGSSPONSORING AUSBLICK DANK LINKS AUSSCHREIBUNG Cyber-Classroom 3

4 VORWORT Deutsche verfügen im internationalen Vergleich nicht über genügend Kompetenz im Umgang mit neuen Technologien. So lautet ein Ergebnis der Delphi-Studie 2030, an der sich 550 Experten aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft beteiligten. Die Studie beschäftigt sich mit der Frage: Wie wird Information und Kommunikation in den nächsten 20 Jahren aussehen? Das Fazit aus der Delphi-Studie: Die Kluft zwischen Gesellschaftsgruppen, die am digitalen Leben teilhaben und denen, die hiervon nicht profitieren, gelte es zu überwinden. Darum müssten Kinder und Jugendliche frühzeitig an das Internet und die neuen Medien in Schulen und Kindergärten herangeführt werden. Zudem sollte ein neugeschaffenes Unterrichtsfach Medienkunde das Bewusstsein der Schüler im Umgang mit digitalen Medien schärfen. Nicht erst die Delphi-Studie zeigte auf, dass sich Deutschland für eine neue Informations- und Bildungsgesellschaft rüsten muss. Bereits nach der Ernüchterung durch die PISA- Studie im Jahr 2001, als deutsche Schüler im europäischen Vergleich in allen drei Kompetenzfeldern (Lesen, Mathematik und Naturwissenschaften) nur Plätze im hinteren Drittel belegten, rückte die Bildungslandschaft in den Fokus der Gesellschaft. Seitdem wurden seitens EU sowie Bund und Länder viele Mittel für eine innovative Bildungsentwicklung zur Verfügung gestellt. Doch laut Andreas Schleicher, OECD-Bildungsforscher und oberster PISA-Koordinator, hat das Schulsystem weiterhin Defizite: Die Schüler bekämen alle einen Einheitsunterricht, bei dem nicht nur schwache, sondern auch Spitzenschüler aus dem Raster fallen. Eigenes Sammeln, Analysieren und Experimentieren sei besser als vorgefertigtes Wissen zu lernen. Im Jahr 2007 erteilte der Förderverein Science und Technologie e.v. des Science House im Europa-Park in Rust Visenso den Auftrag, eine interaktive Virtual Reality-Installation für Kinder und Jugendliche als besondere Attraktion ihrer Ausstellung zu konzipieren und zu installieren. Motiviert durch diese erfolgreiche Zusammenarbeit verstärkte Visenso das Engagement im Edutainment- und Bildungsbereich. Es folgten weitere Projekte, z.b. für die Ars Electronica in Linz, das Zentrum für Kunst und Medientechnologie (ZKM) in Karlsruhe sowie andere Museen und Science Center. Visenso definierte einen neuen Geschäftsbereich: Immersive Teaching. Die bisher nur in der Forschung und Industrie eingesetzte Virtual Reality Software wurde zur Lehr- und Lernmethode Cyber-Classroom für Schulen, Hochschulen und die betriebliche Aus- und Weiterbildung weiterentwickelt. Sie dient nun als technologische Plattform für die Einbindung von 3D-Lernmodulen in den Unterricht. In einer Bildungsinitiative mit beispiellosem Engagement von Partnern aus Wirtschaft, Industrie und Stiftungen sowie innovativen Schülern, Lehrern und Schulleitern ist es gemeinsam gelungen, zukunftsorientierte Lehre in die Tat umzusetzen. Martin Zimmermann CEO VISENSO GmbH 4 Cyber-Classroom

5 Cyber-Classroom 5

6 DIE 3D-LERNUMGEBUNG CYBERCLASSROOM Unsichtbares sichtbar und erlebbar machen Räumliches Vorstellungsvermögen ist nicht bei allen Schülern gleich gut ausgeprägt. Die klassischen Unterrichtsmaterialien arbeiten durchweg mit zwei Dimensionen (Bücher, Filme, PC-Software), so dass es nicht immer einfach ist, Themen wie magnetische Felder, Ebenengleichungen oder Atommodelle entsprechend zu vermitteln. Mithilfe der in Forschung und Industrie weit verbreiteten Virtual Reality Technologie hat Visenso den Cyber- Classroom für die schulische und berufliche Aus- und Weiterbildung entwickelt. Die neuartige Lernumgebung soll den Frontalunterricht sinnvoll ergänzen. Die Wissensvermittlung im Cyber-Classroom hilft den Schülern und Schülerinnen beim Verständnis dreidimensionaler Sachverhalte und gibt neue Anreize sich mit den Lehrstoffen zu befassen. Komplexe Themen werden mit Hilfe von interaktiven 3D-Echtzeit-Modulen immersiv erlebbar und begreifbar gemacht. Der Cyber-Classroom besteht aus einer speziell von Ingenieuren, Mathematikern, Naturwissenschaftlern und Didaktikexperten entwickelten Software. Die Grundvariante der Hardware-Komponenten beinhaltet einen Grafik-PC, das Interaktionsgerät VRiiD (auf Basis des Wii-Controllers) und eine den Rahmenbedingungen angepasste wählbare Displaytechnologie, z.b. das mobile Interactive Center mit integriertem 3D-Stereo TV Gerät. Für die verschiedenen Themenbereiche erstellt ein Team aus engagierten Schülern, (Fach-) Lehrern, Usability Ingenieuren und Programmierern spezielle dreidimensionale Lernmodule und bindet sie in den Cyber-Classroom ein. Alle Module werden je nach Bedarf und in einem stetigen Austausch mit Didaktik-Experten weiterentwickelt, um den Lernstoff optimal für die neue Technologie aufzubereiten. Dies geschieht in einem offenen und sozialen Innovationsprozess, der eine optimale Qualitätsprüfung und Zertifizierung gewährleisten soll. Sowohl vor der gesamten Klasse als auch in kleinen Arbeitsgruppen können die virtuellen Experimente mit nachhaltigem Lernerfolg im Unterricht eingesetzt werden. Die Schüler erkunden den Unterrichtsstoff dabei selbstständig, intuitiv und interaktiv. Neben dem einfacheren Verständnis für komplexe Sachverhalte, trägt der Cyber-Classroom so zu einer spürbaren Motivationssteigerung bei den Schülern bei. Die intuitive Bedienung der Technik ist ihnen zumeist aus dem Game-Bereich bekannt. Der natürliche Drang Neues auszuprobieren, wird dabei effektiv genutzt und erhöht die Aufmerksamkeit. Auf diese Weise bietet der Cyber- Classroom wichtige Aspekte: Lehrkräfte können ihren Unterricht interessanter und effizienter gestalten. Komplexe Themen werden verständlicher vermittelt. Die Schule ist auf dem aktuellen Stand der Technik und hat einen klaren Wettbewerbsvorteil. Schüler stärken ihre Medienkompetenz und werden auf technischen Anforderungen, die sie im späteren Berufsleben erwarten können, vorbereitet. 6 Cyber-Classroom

7 SCHWERPUNKT MINT-FÄCHER 3D + Sage In der Schule gibt es eine ganze Reihe von Themen, die von einer drei-dimensionalen Darstellung deutlich profitieren: Wie funktioniert z.b. das Ohr? Wie arbeitet ein Herz? Wie sehen magnetische Felder aus? Oder elektrische? Wie ist eine menschliche Zelle aufgebaut? Wie sieht die Helix der DNA aus? Wo schneidet eine Gerade im Raum eine Ebene? All diese Fragen lassen sich erheblich leichter beantworten, wenn man die Strukturen tatsächlich dreidimensional wahrnehmen kann. Hinzukommt, dass in der virtuellen Welt eine Betrachtung der Vorgänge möglich ist, die in der Realität oft ausgeschlossen ist. Wie der (normalerweise unsichtbare) Schall auf das Trommelfell trifft, die Bewegung über Hammer, Amboss und Steigbügel von dort aus in die Schnecke transportiert wird, wo sie letztlich in Nervenimpulsen resultiert, die direkt ins Hörzentrum geleitet werden, lässt sich nur am Computer interaktiv darstellen. In 3D findet die Information den direkten Weg in das Gehirn der Schüler. Speziell in den naturwissenschaftlichtechnischen Fächern (NwT), bzw. den sogenannten MINT-Fächern (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik) bietet der Cyber-Classroom eine Fülle an Themen, die ideal in einem 3D-Lernmodul durch die Schüler erarbeitet werden können. Mediathek / Google Sketch-Up Lehrer und Schüler können eigene Ideen in den Cyber-Classroom integrieren. Zusätzlich zu den existierenden Cyber-Classroom Lernmodulen können selbst erstellte 3D-Modelle in die Anwendung geladen und dort interaktiv erlebt werden. (z.b. über das Einlesen von DAE, OBJ oder VRML) Diese Vorgehensweise eignet sich insbesonders für Informatik- oder (CAD-) Technik-Arbeitsgruppen. Der hohe Motivationsanreiz, der durch das Selbst erfinden entsteht, kann dazu beitragen zukünfigen Fachkräfte und Ingenieure in diesem Berufsfeld hervorzubringen. Sage es mir, und ich vergesse es. Zeige es mir, und ich erinnere mich. Lass es mich tun, und ich behalte es. Konfuzius v. Chr. Cyber-Classroom 7

8 3D TIEFENWAHRNEHMUNG - WIE FUNKTIONIERT DAS? Der 3D-StereoEffekt Quelle: American Optometric Association Mit dem Stereoskop aus Großvaters Zeiten fi ng es an und mit dem Kinokassenknüller Avatar Aufbruch nach Pandora hat es eine Art High-Tech- Wiedergeburt erfahren: Das räumliche 3D-Seherlebnis. Doch welche Voraussetzungen lassen uns beim Betrachten von Bildern oder Kinofilmen mitten drin statt nur dabei sein? Welche Technik hilft unseren Augen dabei auf die Sprünge? Unsere Welt ist dreidimensional. Das bedeutet für uns als Mensch, dass die Welt, die wir sehen, nicht nur Breite und Höhe hat, sondern auch über Tiefe verfügt. Dementsprechend hat sich auch unser visuelles System so entwickelt, dass wir nicht nur in der Lage sind, nach oben und unten sowie nach rechts und links zu blicken, sondern auch die räumliche Entfernung zu Gegenständen zu erkennen. Da dies insbesondere beim Greifen von Dingen wichtig ist (Stichwort: Hand-Auge- Koordination), hat sich das System so entwickelt, dass es im lokalen Umfeld, in der Regel innerhalb von wenigen Metern, am besten funktioniert. Die Tatsache, dass wir Menschen (und die meisten Tiere) zwei Augen haben, hängt unmittelbar damit zusammen: Die beiden Bilder, die die Augen liefern, unterscheiden sich aufgrund der unterschiedlichen Perspektive in vielen Details. Diese Details nutzt das Gehirn, um aus zweidimensionalen Bildinformationen die dritte Dimension zu errechnen. Die Fähigkeit zur Stereoskopie Das 3D-Sehen, bzw. die binokulare Tiefenwahrnehmung benötigt beide Augen in Zusammenarbeit als Team. Diese Art von Wahrnehmung wird auch Stereoskopisches Sehen genannt: Zwei Augen, zwei verschiedene Ansichten eines Körpers, die im Gehirn zu einem dreidimensionalen Bild verschmelzen. Babies haben nicht die angeborene Fähigkeit für binokulares Sehen, erlangen aber die rudimentäre, binokulare Tiefenwahrnehmung mit ca. 6 Monaten. Im Alter zwischen 5 und 6 Jahren hat sich ihre stereoskopische Wahrnehmung meist voll entwickelt. Bei 3D-Simulationssystemen werden Bilder aus zwei leicht unterschiedlichen Blickwinkeln gezeigt. Der Benutzer trägt eine Brille mit Filtern, mit der die Bilder jeweils an das rechte bzw. linke Auge weitergegeben werden. Das Gehirn fügt beide Bilder zu einem zusammen und verleiht dem Bild räumliche Tiefe. Es gibt verschiedene Filtermöglichkeiten, z. B. kontinuierliche und Polarisationsfi lterbrillen, Anaglyphenbrillen oder Shutterbrillen. 8 Cyber-Classroom

9 WAS SIND DIE VORTEILE? Forschungsprojekt Learning in Future Education Professor Dr. Anne Bamford, Leiterin der international Research Agency und Director of Education, London, leitete eine Gruppe von Forschern und stellte umfassende Untersuchungen an, wie der Einsatz stereoskopischer 3D-Inhalte sich auf das Lernverhalten von Schülern auswirkt. Ein europaweites Pilotprojekt zeigt, wie sich das Lernverhalten der Schüler verbessern kann, wenn im Unterricht 3D-Inhalte eingesetzt werden. Die Studie wurde in 7 Ländern in Europa durchgeführt. Der Schwerpunkt lag auf Schülern im Alter zwischen 10 und 13 Jahren mit naturwissenschaftlichem Unterricht. An dem Forschungsprojekt nahmen 740 Schüler, 47 Lehrer und 15 Schulen in Frankreich, Deutschland, Italien, den Niederlanden, Türkei, England und Schweden teil. Die Studie zeigt, dass 3D-Inhalte im Unterricht einen großen Einfl uss auf die Leistung der Klasse hat. Es wurden Schüler, die dem herkömmlichen 2D Unterricht beiwohnten, mit einer 3D Projektklasse verglichen. Dabei standen die Aspekte Verständnis, Merkfähigkeit sowie allgemeines Unterrichtsverhalten im Fokus. Im Verlauf der Studie konnten u. a. folgende wichtige Ergebnisse festgestellt werden: Sowohl die Konzentration und Mitarbeit im Unterricht als auch die Testergebnisse der betreffenden Schüler haben sich deutlich gesteigert. In den 3D-Klassen verbesserten sich z. B. die Testergebnisse der einzelnen Schüler zwischen Eingangs- und Ausgangstest um durchschnittlich 17 Prozent, in den 2D-Klassen hingegen nur um 8 Prozent. Die Lehrer gaben an, dass das Verständnis in den 3D-Gruppen tiefer ausgeprägt war. Lehrer und Schüler schlugen kreative Wege vor, um 3D erfolgreich in den Lehrplan einzubinden. Die Lehrer waren der Ansicht, dass 3D-Animation es ihnen ermöglicht, Themen in kürzerer Zeit als mit herkömmlichen Lehrmethoden zu vermitteln. In den 3D-Klassen gab es einen echten Wow -Effekt. Die Schüler sind viel zu interessiert, als dass sie den Unterricht stören würden. Sie sind bei der Sache und machen keinen Unsinn. Ich würde das gerne weiterhin auch bei zukünftigen Themen einsetzen. Zitat eines Lehrers, LiFE1 Studie 2011 An dieser Studie war ein Kooperationspartner von Visenso für die Aktiv- Stereo Projektion, die NEC Display Solutions Europe GmbH, beteiligt. Quelle: The 3D in Education White Paper, by Professor Dr. Anne Bamford (2011) Cyber-Classroom 9

10 D Für uns ist der Raum der dritte Lehrer, daher ist die bedarfsgerechte Planung und+ Einrichtung von Klassenräumen enorm wichtig für erzielbare Lernerfolge. Prof. Dr. Ing. Thomas Müller, VS Vereinigte Spezialmöbelfabriken HARDWARE TECHNOLOGIE EINE ÜBERSICHT DER MÖGLICHKEITEN Großbild-Systeme Den 3D-fähigen Großbild-Systemen (vom 3D-Kino bis hin zum 3D-Fernseher) ist gemein, dass sie beide Bilder auf der selben Bildfl äche darstellen und die eigentliche Trennung am Auge (meist in Form einer 3D-Brille) stattfindet. Die beiden Haupttechniken sind die Shutterbrille und die Polfilterbrille. Bei der Shutterbrille werden die Bilder abwechselnd dargestellt. Die Brille besitzt einen Mechanismus, mit dem passend dazu jeweils ein Brillenglas geschlossen (englisch: to shut) wird, so dass jedes Auge nur das für sich bestimmte Bild sehen kann. Bei der Polfi ltertechnik ist die Bildfläche in der Lage das Bild für jedes Auge mit einer unterschiedlichen Polarisierung auszugeben. Innerhalb der Brille sorgen entsprechend abgestimmte Polfi ltergläser dafür, dass nur eines der Bilder beim jeweiligen Auge ankommt. Das mobile Cyber-Classroom Interactive Center Die Lernmodule werden über ein 3D-Stereo-TV-Gerät visualisiert. Alle Komponenten sind in einem mobilen Medienwagen des Schulmöbel- Experten VS Möbel aus Tauberbischofsheim eingebaut. Die Lehrer und Schüler bedienen, bzw. interagieren im Cyber-Classroom mittels Polfi lter- 3D-Brillen und dem Interaktionsgerät VRiiD auf Basis des Wii-Controllers. Das Standard Komplett-Paket besteht aus folgenden Komponenten: 3D-Stereo TV-Gerät 55 VRiiD auf Basis Wii-Controller Klassensatz 3D-Stereobrillen vorinstallierte Grafik-Workstation Cyber-Classroom Virtual Reality (VR-) Softwareanwendung inklusive aktueller Modulversionen Aktiv Stereo-Projektion mit Shutterbrillen In Zusammenarbeit mit der NEC Display Solutions GmbH bietet Visenso die DLP Link 3D-Projektionslösung an. In allen 3D-Starter-Kits für 3Dfähige NEC-Projektoren sind Grundinformationen sowie ein Erklärfilm des Cyber-CLassroom enthalten. Das Standard Komplett-Paket besteht aus folgenden Komponenten: 3D ready Stereo Projektor Wii-Controller, 3D-Emitter Klassensatz 3D-Stereobrillen vorinstallierte Grafik-Workstation Cyber-Classroom Virtual Reality (VR-) Softwareanwendung inklusive aktueller Modulversionen 10 Cyber-Classroom

11 Augennahes System: Multimediabrille Cinemizer Unmittelbar vor jedem Auge wird ein kleines Display positioniert, so dass keine Filter- oder Shuttertechnik nötig ist. Der cinemizer OLED der Carl Zeiss AG fungiert als mobiles 3D-fähiges Head Mounted Display (HMD). Die Lernmodule des Cyber-Classrooms können per drahtloser Übertragung vom Laptop des Lehrers für jeden einzelnen Schüler bzw. Anwender visualisiert werden. Zusätzlich bietet der Cinemizer die Möglichkeit als Einzelplatzlösung individuell den 3D-Lernstoff zu wiederholen, um den Wissenserwerb zu vertiefen. Das Standard Komplett-Paket besteht aus folgenden Komponenten: 30 Cinemizer Multimedia-Brillen inklusive Aufbewahrungsbox Video- und Audio-Übertragungseinheit vorinstallierter Grafik-Laptop Cyber-Classroom Virtual Reality (VR-) Softwareanwendung inklusive aktueller Modulversionen High-End System: 1:1 Immersionswand Powerwall Die ca. 3,50 x 2,20 Meter große Profi- Immersionsfläche wird über ein Trackingsystem bedient und ermöglicht ein Eintauchen in die Lernmodule mit sehr hohem Immersionsgrad im Maßstab 1:1. Diese Installation eignet sich sehr gut für eine intensive Teamarbeit. Das Komplett-Paket besteht aus folgenden Komponenten: Rückprojektionsanlage ca. 3,50 x 2,20 Meter 3D-Positions-Tracking Klassensatz 3D-Stereobrillen vorinstallierte Grafik-Workstation Cyber-Classroom Virtual Reality (VR-) Softwareanwendung inklusive aktueller Modulversionen Visenso liefert die komplette Cyber- Classroom-Lösung entsprechend den individuellen Anforderungen der jeweiligen Bildungseinrichtung. Je nach Rahmenbedingungen und Finanzierungsmöglichkeiten findet sich die optimale Einsatzlösung. Cyber-Classroom 11

12 MEHRWERT VIIRTUAL REALITY IMMERSION UND INTERAKTION IN ECHTZEIT Das besondere an der Cyber-Classroom-Methode ist das Eintauchen der Schüler und Schülerinnen in die 3D-Stereo-Lernwelt. Dies ermöglicht eine neue Art des Lernerlebnisses eine Virtual User Experience die Benutzererfahrung in einer dreidimensionalen Virtuellen Realtität. Diese Virtuelle Realität ist eine mit Hilfe von Computertechnologie generierte Umgebung. Sie vermittelt über ihre Schnittstellen vielfältige Reize an möglichst alle Sinne des Nutzers. Die Schüler und Lehrer fühlen sich so durch die Tiefenwahrnehmung in die 3D-Lernwelt des Cyber-Classrooms eingebettet und durch die interaktive Bedienung darin integriert. Der oder die Anwender können sich in der Virtuellen Realität intuitiv bewegen, sie können Objekte explorieren und verändern. Es können Eindrücke dreidimensional erlebt werden, die in der Wirklichkeit nicht greifbar sind, etwa weil bestimmte Vorgänge zu schnell ablaufen oder gänzlich unsichtbar sind, wie z.b. Luftströmungen oder Magnetfelder. Die Virtual Reality ist die Kerntechnologie, auf der die Lehr- und Lernmethode Cyber-Classroom aufsetzt. Ähnliche Begriffe wie Virtuelle Hochschule aus dem Bereich der Online- Lernplattformen, Virtuelle Welten aus dem Bereich Gaming und Second Life D oder Virtualisierung aus dem Bereich der IT sind Themen und abgeleitete Wortkreationen, die mit der Virtuellen Realität in 3D nicht gleichbedeutend sind. 12 Cyber-Classroom Die Kennzeichen der echten Virtuellen Realität Die Indikatoren sind ein möglichst hoher Immersionsgrad, reale Interaktionsmöglichkeiten und ein geringer Zeitbetrag zur Berechnung und Visualisierung der Objekte und Szenen. Durch die Kombination dieser drei Eigenschaften entsteht Virtuelle Realität. Im Einzelnen bedeuten sie folgendes: Immersion: Immersion bezeichnet im Bereich der Virtuellen Realität den Zustand des Eintauchens oder des Eingebettet-Seins in eine Materie. Durch den Film Avatar Aufbruch nach Pandora kann jeder seit 2009 die Immersion auch im Kino unter der Bezeichnung real 3D erfahren. Interaktion: Der Dialog zwischen Mensch(en) und Maschine in der Virtuellen Realität ist die Interaktion. Die Anwender können einzeln oder im Team auch kollaborativ über Orte und Grenzen hinweg mit den visualisierten 3D-Daten über ein Tracking- System in Echtzeit interagieren. Echtzeit: Die relativ großen Datenmengen der in 3D darzustellenden Prozesse werden durch moderne Grafikkarten-Technik in wenigen Bruchteilen einer Sekunden berechnet und visualisiert. Dies ermöglicht den Anwendern ein Live-Erlebnis ihrer Interaktionen.

13 + Jede unserer Erkenntnis beginnt mit den nen. Sin- Leonardo da Vinci + Das Schwierige leicht behandelt zu sehen, gibt uns das Anschauen des Unmöglichen. Johann Wolfgang von Goethe Cyber-Classroom 13

14 BEST PRACTICE Lehren und Lernen im Cyber-Classroom Seit 3D den Weg in die Klassenzimmer gefunden hat, verwenden Lehrer die Technik auf verschiedene Arten: Ergänzend zum Frontalunterricht werden die interaktiven 3D-Simulationen für das Vermitteln von Grundlagen z.b. in der Mathematik oder Physik, aber auch für komplexere Simulationen in der Chemie verwendet. Dies kann am Interactive Center in kleinen Teams von 5 bis 6 Schülern stattfinden in denen die Gruppe dann selbstständig die Lernziele des 3D- Lernmoduls erarbeitet. Parallel können die anderen Schüler in weiteren Gruppen an (Tablet-) PCs Erklärungen und Filme im Internet recherchieren oder sich mittels klassischer Lehrbücher und Medien den Stoff aneignen. Es entsteht eine starke Gruppendynanik, denn durch die Abwechslung der Lernmedien entwickelt sich ein Spannungsbogen und ein hoher Aufmerksamkeitsgrad. Zum Schluss der Stunde kann beispielsweise jede Gruppe ihr erlangtes Wissen mit den jeweils unterschiedlichen Medien vorstellen. Der Kreativität des Lehrers oder der Schüler sind wenig Grenzen gesetzt. Jede Klasse entscheidet für sich, wie, wo und wann sie den Cyber-Classroom und seine Komponenten, wie 3D-TV Gerät oder den Cinemizer, in den Schulunterricht integriert. Je nach Leistungsvermögen kann wiederholt oder zu Hause nachgearbeitet werden. Computer Cracks können zudem eigene Cyber-Classroom-Module selbst entwickeln. Der Lernspaß zählt, und es gilt diesen zielorientiert zu nutzen. LEHRERFEEDBACK Wir arbeiten nach wie vor noch mit Tafelbildern, an denen wir die Theorie erarbeiten. Anschließend stellen wir die Formel in einem dreidimensionalen Modell im Cyber-Classroom dar. Prof. Dr. Franz-Josef Schneider, Fakultät Vermessung, Informatik und Mathematik, Hochschule für Technik Stuttgart Wir können eigene Themen in die Module einbringen. So wurde beispielsweise schon ein kleiner Film über die im Labor durchgeführte Verbrennung von Eisenwolle in das Modul eingestellt. Im virtuellen Chemieraum wird dieser Versuch nun von der visuellen Ebene in die Molekül- und Theorieebene verlegt. Andreas Roy-Werner, Chemielehrer, und stellvertretender Rektor der Elsa- Brändström-Realschule Essen Ein großer Vorteil liegt in der einfachen und intuitiven Bedienung, so dass die Schüler sich zum Beispiel die chemische Bindung oder die Abläufe in einem Galvanischen Element in 3D anschauen und Lerninhalte selbstständig erarbeiten können. Studiendirektor Norbert Dressler, Fachbereichsleiter Kopernikusschule, Europaschule des Landes Hessen SCHÜLERFEEDBACK Ich fi nde den Cyber-Classroom im Vergleich zu anderen Lernmedien besser, weil man sich viele Dinge besser vorstellen kann und es Spaß macht. Schüler an der Kinderuni 2012, Hochschule Furtwangen University Schließlich habe ich eine Wii-Konsole zu Hause und kenne mich damit aus. Leon Florysiak, Schüler an der Elsa-Brändström-Realschule Essen Der Vorteil am Cyber-Classroom liegt eindeutig darin, dass man als Schüler selbst interagieren und die einzelnen Schritte beliebig oft wiederholen kann, wodurch der Lerneffekt und die Effi zienz für mich sichtlich gesteigert wurden. Florian Stockburger, Cyber-Classroom Mentor und Abiturient am Thomas- Strittmatter-Gymnasium St. Georgen 14 Cyber-Classroom

15 Mit der Entwicklung und dem Einsatz des Cyber-Classroom reagieren wir nicht nur defensiv auf das Medienverhalten unserer SchülerInnen. Schule muss diese Wirklichkeit aktiv mitgestalten und innovative Technik im Sinne ganzheitlicher Bildung integrieren Ralf Heinrich, Schulleiter Thomas-Strittmatter- Gymnasium St. Georgen 3D-UNTERRICHT Eine Pilotschule über ihre Erfahrungen Das Thomas-Strittmatter-Gymnasium setzt den Cyber-Classroom von Beginn an am effektivsten in den Fächern Biologie, Physik, Chemie und NwT sowie in Kunst für den Unterricht der Schulklassen 5 bis 12 ein. Der Ablauf einer Unterrichtseinheit hängt dabei von der Altersstufe und dem Einsatzzweck des Cyber-Classroom ab. In der Unterstufe wird der Cyber- Classroom vor allem zur Präsentation eingesetzt. Dies geschieht in den Klassen 5 und 6 meist durch den Lehrer z. B. beim Thema Magnetismus im Fach Naturphänomene. Vor allem die neue Technik ist hier für die Schüler ein nicht zu vernachlässigender Anreiz sich mit den Inhalten auseinander zu setzen. Ab Klasse 7 kann es Sinn machen, dass Schüler den Cyber-Classroom auch für eigene Präsentationen nutzen, beispielsweise in Biologie zum Thema Blutkreislauf. Beginnend mit der Klasse 8 wird die 3D-Technik verstärkt im Rahmen von Gruppenarbeiten eingesetzt. Nach einer Einführung in das Thema, z. B. Das Ohr in NwT, erarbeiten die Schüler in Gruppen an verschiedenen Stationen die Fähigkeiten und Funktionen des Sinnesorgans. Der Cyber- Classroom, ergänzt durch Arbeitsaufträge, ist hierbei eine der zentralen Stationen. Generell wird er auch zur Wiederholung und Vertiefung eingesetzt. Insbesondere in der Kursstufe sind die Einsatzmöglichkeiten breit gefächert. Die Inhalte z.b. der Physik-Module eignen sich hierfür sehr gut. Die Bewegung geladener Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern wird so in Gruppen an verschiedenen Stationen von den Schülern erarbeitet. Dabei stehen grundlegende Zusammenhänge, die durch den Lehrer, durch eigene Recherchen und natürlich auch mit dem Schulbuch vermittelt werden, am Anfang. In einer weiteren Phase wird durch reale Experimente und im Cyber-Classroom die Thematik vertieft und die Zusammenhänge werden sichtbar gemacht. Das entsprechende Modul wird dabei in mehrere Abschnitte aufgeteilt. Arbeitsblätter helfen den Schülern die Beobachtungen und Zusammenhänge zu strukturieren. So wird insgesamt eine naturwissenschaftliche Arbeitsweise aufgezeigt und eingeübt. Unsichtbares wird im Cyber-Classroom sichtbar und hilft so den Schülern die realen Experimente nachzuvollziehen. Am Ende einer solchen Unterrichtssequenz kann ein Schülervortrag stehen oder, ganz klassisch, eine Lernerfolgskontrolle. Alexander Mosbacher, Dr. Jörg Zimmermann, Lehrer am Thomas-Strittmatter- Gymnasium St. Georgen Cyber-Classroom 15

16 + Man kann einen Mensch nichts lehren, man kann ihm nur helfen, es in sich selbst zu entdecken. Galileo Galilei 16 Cyber-Classroom

17 MODULÜBERSICHT AUSWAHL VON 3D-SIMULATIONEN FÜR ALLGEMEINBILDENDE UND BERUFLICHE SCHULEN Die ersten 3D-Lernmodule entstanden durch Themenvorschläge für die Lehrpläne der Sekundarstufe I und II. Die (Fach-) Lehrer und Schüler unterschiedlicher Pilotschulen haben gemeinsam mit den Kooperationspartnern aus dem Forschungs- und Hochschulumfeld sowie den zertifizierten Cyber- Classroom-Laboren die Module didaktisch aufbereitet. Nachfolgend eine Auswahl von Lernmodulen mit Kurzbeschreibung und Lernziel: Biologie Blutkreislauf durch den menschlichen Körper Das Modul zeigt ein 3D-Menschmodell mit Blutbahnen und ausgewählten Organen (Herz, Lunge, Verdauungstrakt). Der Fluss des Blutes vom Herzen bis zum Muskel wird visualisiert und die einzelnen Stationen schematisch dargestellt. Lernziel: Das Herz pumpt das Blut durch den Körper. Die Lunge tauscht Sauerstoff und Kohlendioxid. Der Verdauungstrakt zerkleinert Stärkemoleküle zu Glucosemolekülen. Im Muskel wird aus Sauerstoff und Glucose Energie erzeugt, wodurch Kohlenstoffdioxid frei wird. Bei hoher Belastung entsteht Lactat im Muskel. Chemie Teilchenmodell Anhand einer 3D-Simulation wird die Entstehung des Teilchenmodells und seine Anwendungen vorgestellt. Das Modul zeigt mehrere Versuche zum Teilchenmodell. Das Teilchenmodell betrachtet die Stoffe als unvorstellbar kleine Teilchen, welche kugelförmig sind. Daneben können verschiedene Einwirkungen auf das Teilchenmodell getestet werden. Lernziel: Der Aufbau vom Teilchenmodell und von Stoffgemischen wird ersichtlich. Man lernt wie sich Aggregatzustände, Temperatur, Diffusion, Druck, Wärmeübertragung sowie die Brownsche Molekularbewegung auf Teilchenmodelle auswirken. Mathematik Geraden und Ebenen im Raum Das Modul ermöglicht es, Punkte, Geraden und Ebenen im dreidimensionalen Raum zu erfahren. Die Objekte können interaktiv verschoben, hinzugefügt und entfernt werden. Die Schüler erhalten Informationen über den Abstand, den Schnittpunkt oder der Schnittgeraden der Objekte. Lernziel: Die Schüler lernen, welche Darstellungsformen es für das gleiche Objekt gibt auch die Schüler, die mitunter Schwierigkeiten mit der räumlichen Vorstellung haben. Eine vollständige Kurvendiskussion ist möglich. Physik Elektrische Felder Das Modul beginnt mit einem kurzen Anwendungsbeispiel des Plattenkondensators anhand eines Fahrradrücklichts. Anschließend wird das elektrische Feld zweier geladener Platten visualisiert, wobei Abstand, Radius und Ladung verändert werden können. Dabei werden unterschiedliche Aspekte des elektrischen Feldes wie Feldstärke, Richtungsvektor, Feldlinien und Äquipotenzialflächen aufgezeigt. Dazu können interaktiv ein Messpunkt, Startpunkte für Feldlinien und der Isowert der Äquipotenzialfläche verändert werden. Abschließend besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Kombinationen aus geladenen Platten und Punkten frei zu untersuchen. Lernziel: Zwischen und außerhalb geladener Platten taucht man in den Verlauf der Feldstärke ein. Dabei hilft die Darstellung des Feldes mittels Feldlinie und des Potentials im elektrischen Feld (Äquipotenzialflächen). Durch den Einfluss der Geometrie auf das elektrische Feld werden Zusammenhänge räumlich verständlich. Kunst Michelangelos David Das Modul erklärt die Besonderheiten und Eigenschaften der David-Statue von Michelangelo und zeigt ein 3D- Modell der Davidstatue, das frei im Raum bewegt und somit von allen Seiten und Perspektiven betrachtet werden kann. Die Schülerinnen und Schüler werden hierbei auf den Aufbau der Figur, die bildhauerische Herausforderung der Statue und die perspektivische Veränderung aufmerksam gemacht. Lernziele: Die Schüler lernen, dass Michelangelo seine David-Statue den Gegebenheiten anpasste. Er modellierte die Figur so, dass sie aus der Betrachter-Perspektive realistisch wirkt. Die komplette aktuelle Modulübersicht erhalten Sie unter: faecher.html Viele weitere 3D-Lernmodule befinden sich in der Entwicklung und werden sukzessive nach erfolgreicher Testphase in den Cyber-Classroom als Upgrade eingebracht. Cyber-Classroom 17

18 18 Cyber-Classroom + Anders als bei Abbildungen wird das Werk begehbar und so in seiner ganzen Plastizität erfahrbar. Die räumliche Anordnung von Architektur bleibt nicht abstrakt, sondern wird erlebbar. Rüdiger Brix, Lehrer für Kunst und Geschichte am Thomas-Strittmatter-Gymnasium St. Georgen

19 Cyber-Classroom 19

20 3 OPEN SOCIAL INNOVATION (OSI) ENGAGEMENT FÜR BESSERES LERNEN Im Hinblick auf die Modernisierung des Schulsystems soll Bildung neue Wege gehen, am digitalen Puls der Zeit sein und dabei nachhaltig Wissen vermitteln. Visenso hat sich deshalb in diesem Bereich für einen neuen, offenen Produktentwicklungsprozess der Cyber- Classroom-Lernmodule entschieden. Visenso besitzt das technologische Know-How durch sein erfahrenes Entwickler-Team bestehend aus Mathematikern, Physikern, Informatikern, Interface und User Experience Designern, 3D-Artists und Medientechnikern. Seit über 10 Jahren beschäftigt sich Visenso mit der Technik der Virtuellen und erweiterten Realität. Schüler lehren Lehrer Die Experten für die Lehr- und Lerninhalte, die Lernziel-Definitionen und die didaktische Ausarbeitung sind die Schüler, die am besten wissen, wo Verbesserungen des Verständisses durch 3D wünschenswert sind. Die (Fach-) Lehrer, die Schulleiter, (Lehramts-) Studenten und Hochschulprofessoren stehen mit Rat und Tat zur Seite. Sie erarbeiten Handreichungen für eine optimale Unterrichtsintegration der 3D-Technik. Mit allen gemeinsam werden die 3D-Lernmodule erfunden, konzipiert, modelliert, mit den relevanten Interaktionen belegt und benutzerfreundlich aufbereitet sowie aktualisiert. Studenten forschen mit Professoren In die Produktentwicklung werden ebenso geeignete Studiengänge an den Hochschulen, die als C3-Lab zertifiziert sind, integriert. Ein je nach Thema zusammengesetzter didaktischer Beirat beurteilt die neuen 3D-Lernmodule. Nach erfolgreicher Pilotphase und gemeinsamer Qualitätsprüfung werden die neuen 3D-Lernmodule den Schulen im Cyber-Classroom zur Verfügung gestellt. In einer stetigen Kooperation und Abstimmung mit den Beteiligten entsteht so ein Prozess der offenen Innovation, den wir Open Social Innovation (OSI) nennen. Das Ziel der Kooperation ist die Erkenntnisvertiefung von immersiven Lerntechnologien am Beispiel des Cyber-Classroom in den Bereichen Konzeption, Bedienbarkeit durch Interfacegestaltung, Hard- und Softwareschnittstellenentwicklung sowie deren Erweiterung. Die Forschungszusammenarbeit ist pragmatisch, nachhaltig und visionär. Es wird eine fortsetzende angewandte Forschung mit Ziel der Entwicklung neuer Inhalte, Lern- und Lehrstrategien und Technologien eingesetzt. Ursula Drees, Professorin für Mediengestaltung, Event Media Hochschule der Medien Stuttgart Da ich sehr begeistert vom Cyber- Classroom bin, werde ich auch nächstes Semester an einem weiteren Projekt mit Visenso zusammenarbeiten. Die Idee den Schülern etwas auf eine innovative und auch intuitive Art und Weise näherzubringen, fi nde ich sehr interessant und ich hätte mich selber in meiner eigenen Schulzeit um so etwas gerissen. Olga Hottmann, Studentin Product Engeneering/Wirtschaftsingenieurwesen, Hochschule Furtwangen 20 Cyber-Classroom

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