Augmentierte Physikexperimente in Echtzeit
30.03.2023Aus den Projekten: Der Fachbereich Didaktik der Physik widmet sich in einem WueDive-Pilotprojekt der Entwicklung und Erprobung von augmentierten Physik-Experimenten.
Das Experiment ist die zentrale Erkenntnisquelle der naturwissenschaftlichen Forschung und nimmt somit auch eine zentrale Rolle im Physikstudium ein.
Realexperimente aus den Bereichen Mechanik, Elektrizitätslehre sowie Atom- und Quantenmechanik werden in den Grundvorlesungen durch Dozierende oder im Grundlaborpraktikum von Studierenden eigens durchgeführt. Da so nicht nur fachliche Inhalte vermittelt, sondern diese auch selbsttätig überprüft werden können, fördert diese Art des explorativen Lernens die Motivation der Studierenden besonders. Für die Erklärung der experimentellen Versuche liegen naturwissenschaftliche Modelle vor, jedoch stellen gerade unsichtbare Phänomene, wie z.B. Magnetfelder, häufig eine Hürde für das Verständnis dar.
Unsichtbares sichtbar machen
Durch Augmented Reality (kurz: AR) ergeben sich neue Möglichkeiten in der Lehre, da nun ergänzend virtuelle dreidimensionale Darstellungen möglich sind. Diese Visualisierungen können animiert oder auf Grundlage von Echtzeitdaten aus dem Experiment berechnet werden.
Während der Projektzeit ist eine AR-Applikation zu sechs Grundexperimenten der Elektrizitätslehre entstanden und wird zurzeit in der Ausbildung von Lehramtsstudierenden in Lehr-Lern-Laboren evaluiert. Die App wird mittels eines Tablets (Android oder iPad) bedient und berechnet über eine Bluetooth-Verbindung zu den Messgeräten die Orientierung und Stärke der Magnetfelder im Physikexperiment. Anschließend werden computergenerierte und animierte, dreidimensionale Darstellungen der magnetischen Felder in Echtzeit über das Kamerabild des Realexperiments geblendet. So können Studierende die Entstehung sowie die räumliche Struktur des magnetischen Felds in Echtzeit nachvollziehen und sogar die Wirkung äußerer Einflüsse untersuchen.
Vielfältige naturwissenschaftliche Anwendungsbereiche
Das Konzept, unsichtbare Phänomene sichtbar zu machen und sie auf Echtzeitdaten im Experiment reagieren zu lassen, lässt sich auf weitere Grundexperimente der Physik und darüber hinaus anwenden. Insbesondere naturwissenschaftliche Fachrichtungen können hier profitieren.
Die entstandene AR-Applikation PUMA : Magnetlabor wird zur Zeit im Rahmen einer Promotionsstudie auf deren Wirkung getestet und steht frei im Google PlayStore und Apple Store für Smartphones und Tablets zur Verfügung.
Weitere Informationen finden Sie hier.
Text: Dr. Annika Kreikenbohm
