Förderung der Raumvorstellung mit Augmented Reality

Ziel des Projektes ist die Evaluation der Auswirkungen von Trainingsmaßnahmen mittels Construct3D auf die Raumvorstellungsleistungen von Schülerinnen und Schülern an Wiener Schulen.

Dieses von FWF geförderte Projekt ist eine interdisziplinäre Kooperation zwischen dem Institut für Softwaretechnik und Interaktive Systeme der TU Wien und dem Institut für Psychologie der Universität Wien. Innerhalb des transdisziplinären Teams aus PsychologInnen, InformatikerInnen und PädagogInnen werden neue Ansätze zur Trainierbarkeit von Raumvorstellungs- und Geometriefähigkeiten untersucht.

Einleitung

Bisherige Untersuchungen mit Schülern lassen die Hypothese zu, dass das Arbeiten mit Construct3D eine Verbesserung der Raumvorstellung ermöglicht und einen maximalen Lerntransfer auf andere räumliche Problemstellungen erlaubt. Mittels Construct3D können virtuelle Objekte erstellt, von verschiedenen Seiten betrachtet und auch dynamisch verändert werden. Durch diese unmittelbare Arbeit mit nahezu greifbaren virtuellen Objekten im dreidimensionalen Raum, können mittels Construct3D räumliche Probleme und Beziehungen der Objekte zueinander schneller erfasst werden. Im Gegensatz zu physischen Objekten, die häufig zur Förderung der Raumvorstellung eingesetzt werden, sind die virtuellen Objekte in Construct3D beliebig transformierbar, und alle Manipulationen können jederzeit rückgängig gemacht werden. Darüber hinaus ist anzunehmen, dass durch den Einsatz des ganzen Körpers beim Betrachten und Konstruieren der geometrischen Objekte ein direkteres Verhältnis zu diesen entsteht.

Die direkte Anschauung und interaktive Veränderung komplexer räumlicher Konstruktionen und Zusammenhänge erlaubt ganz neue Vorgangsweisen bei der Vermittlung geometrischer Inhalte. Durch ein solches Training sollte im Vergleich zu „klassischem“ Schulunterricht etwa in Darstellender Geometrie eine wesentliche Verbesserung des räumlichen Denkens erzielt werden.

Im Rahmen des Projekts werden also Bedingungen, die einen effizienten und motivierenden Geometrieunterricht ermöglichen, identifiziert. Verschiedene Trainingsmodule mit Construct3D werden entwickelt und hinsichtlich ihrer Möglichkeiten zur Förderung des Raumvorstellungsvermögens sowie in Bezug auf die Identifikation von Bedingungen für einen erfolgreichen Geometrieunterricht evaluiert. Ein Schwerpunkt liegt dabei auch auf der Berücksichtigung geschlechtsspezifischer Unterschiede und der Entwicklung geschlechtssensibler Maßnahmen.

Studie

Ziel der Studie (April 2005 – Juni 2005) ist die Untersuchung der Auswirkungen eines Trainings mit Construct3D auf verschiedene Komponenten der Raumvorstellung und weiteren psychologisch relevanten Aspekten.

Im Rahmen der Studie wollen wir verschiedene Fragen beantworten und Aspekte untersuchen. Dazu zählen unter anderen:

Kann die Raumvorstellung durch das Training mit Construct3D gefördert werden und welche Aspekte der Raumvorstellung werden dabei besonders trainiert.
Darüber hinaus ist anzunehmen, dass die Verwendung von Construct3D sich auf die Strategien auswirken sollte, die bei Raumvorstellungsaufgaben eingesetzt werden. Vor allem der Einsatz visualisierender Strategien sollte mit Construct3D trainiert werden können.
Auch geschlechtsspezifische Trainingseffekte sind von besonderem Interesse. Kommt es beispielsweise gerade bei Frauen durch das Training mit Construct3D zum verstärkten Einsatz holistischer Strategien?
Wie kann ein solches Training zur Genderfairness im Geometrieunterricht beitragen? Wie können dadurch v. a. auch Mädchen motiviert werden?
Wie kann ein solches System zukünftig im den Ausbildungsbereich genutzt und eingesetzt werden? Welche Vorteile bringt das Training mit Construct3D für den Geometrieunterricht?

Stichprobe und Studiendesign

An der Studie werden Schülerinnen und Schülern der 11. oder auch 12. Schulstufe (AHS und BHS) teilnehmen, wobei auf ein ausgewogenes Verhältnis an männlichen und weiblichen TeilnehmerInnen geachtet werden soll. Wichtig ist, dass alle, bis auf die Kontrollgruppe, Unterricht in Darstellender Geometrie haben, da die Trainings Geometrieaufgaben beinhalten. Die SchülerInnen werden in fünf Gruppen aufgeteilt, und werden in einem Vor- und einem Nachtest eine „Batterie“ unterschiedlicher Raumvorstellungstests sowie weitere Fragebogen bearbeiten. Zwischen den beiden Testungen werden die Gruppen an unterschiedlichen Maßnahmen teilnehmen, wobei jede Gruppe aus jeweils ca. 50 SchülerInnen besteht.
Um ein möglichst großes Spektum an unterschieldichen Komponenten der Raumvostellungsfähigkeit abzudecken, werden sechs verschiedene Tests vorgegeben. Diese Testbatterie setzt sich aus standardisierten, in internationalen Studien häufig eingesetzten und bewährten Tests zusammen. Zusätzlich dazu werden noch weitere relevante psychologischer Variablen erhoben werden.

Mögliche Erweiterungen des Projekts

Eine mögliche Erweiterung des FWF-Projektes befasst sich vor allem mit der Möglichkeit der Realisierung der Vorteile von Construct3D in tatsächlichen schulischen Kontexten. Neue Perspektiven in der Weiterentwicklung von Construct3D sowie Gespräche mit den daran teilnehmenden Geometrielehrern werfen neue Fragen auf, die insbesonders in Hinblick auf den Einsatz von Construct3D im schulischen Geometrieunterricht sehr bedeutsam sind.

Der wichtigste Aspekt ist die praktische Umsetzbarkeit: Für die Nutzung der Augmented Reality-Version von Construct3D wäre eine für Schulen in absehbarer Zukunft nicht finanzierbare technische Ausrüstung nötig. Daher solte eine Bildschirm-Version des Programms entwickelt werden. Die Dreidimensionalität, die den Hauptvorteil von Construct3D gegenüber existierenden Computerprogrammen darstellt, würde insofern erhalten bleiben, als mittels relativ kostengünstiger „Datenhandschuhe“ eine Bedienung im dreidimensionalen Raum möglich ist. Zudem hätte eine derartige Variante gegenüber der derzeit bestehenden den Vorteil, dass die Anzahl der gleichzeitig mit dem Programm arbeitenden Schüler nicht begrenzt wäre.

Weitere Informationen zu Construct3D sind auf der Construct3D Webpage zu finden.

Kontaktpersonen: Hannes Kaufmann (Construct3D), Judith Glück (psychologische Leitung), Andreas Dünser (Psychologe), Karin Steinbügl (Psychologin)

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