Integration von Virtual Reality (VR) in die Schule

Bei Virtual Reality (VR) trägt die Person eine sichtdeckende Brille und in jeder Hand einen Controller, mit dem sich die virtuelle Welt beeinflussen lässt. Das bedeutet, man kann dort hinsehen, wo man möchte, und steckt mittendrin im virtuellen Geschehen. Außerdem kann man über die Controller mit Gegenständen dieser virtuellen Welt interagieren – je nachdem, wie viel das Software-Programm zulässt.

Beispielsweise kann man den Mars, also eine computergenerierte Simulation des Mars, besuchen, auf der Oberfläche herumlaufen und die Marssiedlung der Zukunft auch von der Erde aus bestaunen. Damit ließe sich der Aufenthalt auf dem Mars generell simulieren, so zum Beispiel die Aufgaben eines Marsianers, der ein Problem lösen muss: Aufgaben für eine nicht allzu ferne Zukunft, die bereits heute trainiert werden kann – und das an der Josef-Durler-Schule im Penthouse.

Ursprünglich kommt VR aus der Gaming-Industrie. So verwundert es nicht, dass in diesem Sektor die fortschrittlichsten Produkte entstanden sind.

Auf ein deutlich geringeres Budget können Software-Schmieden zurückgreifen, die VR-Programme für den Bildungsbereich anbieten. Dabei sind die Möglichkeiten enorm:

• Man könnte beispielsweise Molekülketten zu neuartigen und nachhaltigen Polymeren zusammenbauen und die Eigenschaften des simulierten Kunststoffs gleich testen.
• Man könnte in ein simuliertes antikes Rom reisen und dort mit der Latein sprechenden Bevölkerung interagieren.
• Man könnte dreidimensionale Funktionsgleichungen tatsächlich in 3D sehen und modifizieren.
• Man könnte die neuronale Struktur eines Gehirns untersuchen und zuschauen, was beim Lernen in einem menschlichen Gehirn passiert.

Genau das ist die Aufgabe des VR-Labors an der Josef-Durler-Schule, nämlich herauszufinden, welche bereits existierenden Applikationen für das Lernen, für den Bildungsbereich, für die Schule sinnvoll sind, die das Verständnis komplizierter Sachverhalte durch dreidimensionale Visualisierung, Immersion und Interaktivität mit der Simulation erleichtern.

Den Auftrag erteilte das Kultusministerium Baden-Württemberg zunächst dem Landesinstitut für Schulentwicklung (LS). Da Herr Dr. Hassemer und die Josef-Durler-Studios bereits in diesem Bereich gearbeitet hatten – siehe hierzu das Video „JDS // JDVR - Virtual Reality an der Schule“ auf dem  YouTube-Kanal der Josef-Durler-Schule Rastatt – kam der Auftrag an die JDSR. Dass die VR-Technologie Potenziale für das Verständnis und das Lernen bietet, die mit herkömmlichen Mitteln nicht zu erreichen sind, haben die JDStudios schon früh erkannt, als sie im Januar 2018 einen Ausflug in den VR Playspace Karlsruhe machten.

Mit Blick auf die bisherige Forschung und die Praxis zu VR in der Bildung lässt sich sagen, dass VR insbesondere in folgenden Fällen sinnvoll ist:

• Wenn eine vollständige Fokussierung ohne externe Ablenkung nötig ist: Der User taucht in die virtuelle Welt ein und konzentriert sich voll auf die dort stattfindenden Szenarien (nicht so bei Mixed Reality (MR), bei der ja gerade die Interaktion mit der realen Welt stattfinden soll), wodurch ein immersives Gefühl erzeugt werden soll. Der User wird zum Augenzeugen des Gezeigten und interagiert mit diesem.
  
• Wenn eine individuelle Steuerung gewünscht wird, da der User sein Sichtfeld beziehungsweise seine Umgebung selbst kontrolliert. Dieser Punkt ist von zentraler Bedeutung für eine schüleraktivierende Didaktik mithilfe von Medien und die individuelle Förderung.
  

Mit Blick auf die Anwendungsbereiche lässt sich feststellen, dass VR insbesondere dann sinnvoll ist, wenn der jeweilige Lerninhalt

• unzugänglich ist (zum Beispiel der molekulare Mikrokosmos, das Weltall, das Innere eines Motors / einer Industrieanlage, eine antike Stadt, eine mögliche Zukunft),
• nur schwer begehbar ist (zum Beispiel eine Unterwasserhöhle, ein Flugzeugtank),
  
• nur schwer erreichbar ist  (zum Beispiel ein entferntes Reiseziel auf einem anderen Kontinent, ein Offshore-Windpark, die Internationale Raumstation),
  
• mit einem erhöhten, nicht zumutbaren Sicherheitsrisiko verbunden ist (zum Beispiel Experimente mit brennbaren oder radioaktiven Materialien, Anwendungen in Medizin und Pflege, Begehung einer Brückenbaustelle) oder
  
• allgemein mit schulischen Mitteln nur selten zu realisieren ist (zum Beispiel Besuch im CERN, Reisen ins Ausland, etwa ein Besuch im Weißen Haus oder in einer Textilfabrik in Fernost).
  

Mit Blick auf die Kompetenzförderung lässt sich sagen, dass VR insbesondere dann sinnvoll ist, wenn die zu fördernden Kompetenzen

• nicht mit den an einer Schule üblicherweise vorhandenen Möglichkeiten trainiert werden können,
  
• in der späteren beruflichen Realität erfolgreich zur Anwendung gebracht werden können: VR bietet hier einen sicheren Raum, in dem Handlungsabläufe selbstverantwortlich trainiert und internalisiert werden und reale (sicherheitstechnische, gesundheitliche, finanzielle etc.) Risiken minimiert werden können,
  
• nur und/oder besser mithilfe einer Simulation geschult werden können.

Im ersten Schritt sollen die aktuell gängigen VR-Systeme auf dem Mark gesichtet und hinsichtlich ihrer Einsetzbarkeit im Unterricht bewertet werden. Der Fokus liegt dabei zum einen auf dem Cardboard-System von Google, bei dem günstige VR-Brillen mit den Smartphones der Lernenden bestückt werden. Zum anderen wird eine Testung der Stand-alone-Systeme von Oculus, Google Daydream (hier mit der Lenovo Mirage Solo) und HTC Vive Focus erfolgen.

Neben der Passform und der Handhabbarkeit der Brille für die Schülerinnen und Schüler soll dabei auch die Bedienung der Software (Inbetriebnahme, Installation von Apps, Verfügbarkeit von Apps etc.) bewertet werden.

Des Weiteren werden neben der Testung der VR-Brillen eine Testung und Bewertung unterschiedlicher 360°-Kameras in Bezug auf ihre Qualität und Eignung für den Einsatz in der Schule erfolgen.

Die Motivation ist einer der entscheidenden Faktoren, wenn es um gelingende Bildung und um erfolgreiches Lernen geht.

Sind die Schülerinnen und Schüler motiviert und haben sie Lust auf den Unterricht und das Thema, dann tauchen viele der leider immer häufiger auftretenden Probleme beim schulischen Lernen nicht mehr oder in deutlich geringerem Maße auf. Erfahrungen aus der Praxis zeigen: Wenn die Schülerinnen und Schüler motiviert sind, verringern sich die Fehlzeiten, die Unterrichtsstörungen gehen zurück und die Lernenden sind in größerem Maße dazu bereit, Anstrengungen im Unterricht auf sich zu nehmen, um die gesetzten Ziele zu erreichen.

Inwieweit kann der Einsatz von VR-Brillen die Motivation über die oben beschriebene anfängliche Begeisterung hinaus dauerhaft erhöhen? Wird auch beim dritten, vierten und fünften Einsatz der VR-Brillen im Unterricht noch eine gesteigerte Motivation feststellbar sein?

Der dritte Schwerpunkt der Erprobung zielt darauf, Orte erfahrbar zu machen, die aufgrund der Entfernung oder anderer Hindernisse im Schulalltag nicht besucht werden können. So sollen zum Beispiel historisch bedeutsame Orte des ehemaligen Konzentrationslagers Neckarelz für unsere Schülerinnen und Schüler zugänglich gemacht werden, die der Öffentlichkeit normalerweise verschlossen bleiben. Neben den Räumlichkeiten des damaligen KZs, ist geplant, auch die Bergwerksstollen durch die VR-Brillen erfahrbar zu machen, die die KZ-Häftlinge früher für den Flugzeugmotorenbau in den Hang treiben mussten.

Als Differenzierungsmöglichkeit können weiterführende Informationen innerhalb der VR-Tour auf unterschiedlichen Niveaus und in unterschiedlichen Darbietungsformen angeboten werden, sodass die Lehrkräfte und gegebenenfalls die Lernenden selbst eine inhaltliche Differenzierung je nach Leistungsniveau beim Betrachten der VR-Tour vornehmen können.

In technischer Hinsicht werden hierbei auch verschiedene VR-Authoring-Systeme getestet und bewertet. Dabei geht es neben der Verfügbarkeit auf den unterschiedlichen VR-Brillen auch um die Handhabbarkeit dieser Authoring-Systeme für Lehrkräfte und auch für Schülerinnen und Schüler, die damit eigene VR-Touren erstellen sollen.

Der letzte Schwerpunkt der Erprobung wird die Erstellung eigener VR-Inhalte durch die Schülerinnen und Schüler selbst sein.

Zunächst steht dabei der Erwerb der notwendigen Kenntnisse zur Erstellung eigener VR Inhalte mittels 360°-Kameras und VR-Authoring-Software im Vordergrund.

Um selbst VR-Touren erstellen zu können, müssen sich die Lernenden darüber hinaus intensiv mit der Thematik der zu erstellenden VR-Tour auseinandersetzen, die Inhalte recherchieren, die Fotoaufnahmen vornehmen und in einem letzten Schritt alle Inhalte als interaktive Tour zusammenstellen.

Ganz bewusst wird bei der Erprobung auf spezielle Lern-Apps für die VR-Brillen verzichtet, da es aktuell nur wenige wirklich brauchbare Apps für den Bildungsbereich gibt. Die meisten verfügbaren Apps sind darüber hinaus aufgrund der englischen Sprachführung oder der Komplexität der Inhalte für den Einsatzzweck an einem SBBZ Lernen ungeeignet.

Das Projekt wird vom digitalen Referat (DANE – Délégation au Numérique Educatif) in Toulouse aus koordiniert und als innovatives Pilotprojekt vom französischen Bildungsministerium mitfinanziert. Weitere Partner in Frankreich sind Canopé (eine Art Medienzentrum) und die Universitäten von Toulouse und Bordeaux.

Die pädagogischen Szenarien werden von Stephanie Wössner, Englisch- und Französischlehrerin und medienpädagogische Referentin am Landesmedienzentrum in Stuttgart, ausgearbeitet und parallel zur Durchführung in Frankreich im Schuljahr 2018/2019 mit einer 10. Klasse des Schickhardt-Gymnasiums in Stuttgart umgesetzt. Eventuell werden ab dem Schuljahr 2019/2020 noch weitere Schulen aus Baden-Württemberg am Projekt teilnehmen.

Das Pilotprojekt geht davon aus, dass handlungs- und problemorientierte Projektarbeit in der virtuellen Realität nicht nur die Motivation der Schülerinnen und Schüler steigert, sondern dass Sprechkompetenz und Hör-Seh-Vermögen durch den spielerisch anmutenden Charakter einer virtuellen Welt einfacher trainiert werden können, nicht zuletzt, weil man in der virtuellen Welt Dinge ausprobieren kann, ohne Angst vor dem Scheitern haben zu müssen.

Zudem bieten verschiedene VR- und VR-nahe Anwendungen die Möglichkeit, sich kommunikativ und kreativ mit bestimmten Themen auseinanderzusetzen, beispielsweise mit Literatur, Sprache oder Geschichte. Dies kann auch in Zusammenarbeit mit Schülerinnen und Schülern aus einem anderen Land geschehen, wobei die englische Sprache die Kommunikationssprache ist. Im vorliegenden Fall handelt es sich um einen deutsch-französischen Kontext.

Virtual Reality wird im Rahmen dieses Projekts gemäß den Äußerungen des Wissenschaftlers Philippe Fuchs aus Frankreich sehr weitläufig definiert. So sind für Fuchs die Immersion in eine virtuelle Welt und die Interaktion mit dieser ausschlaggebend. Ob eine VR-Brille verwendet wird oder was für eine, ist hier zweitrangig, denn man kann auch am Bildschirm in eine virtuelle Welt eintauchen und mit ihr interagieren, wie dies unter anderem beim Computerspiel Minecraft der Fall ist. 

Den didaktischen Überlegungen liegen das SAMR-Modell (SAMR = Substitution, Augmentation, Modification, Redefinition) und das 4-K-Modell (4K = Kommunikation, Kollaboration, Kreativität und kritisches Denken) des Lernens zugrunde:

• Die zur Verfügung stehende Technologie erlaubt es Lehrkräften, ihren Unterricht an pädagogischen Zielen orientiert radikal neu zu gestalten.
• Die Lernenden können in diesem Projekt kommunizieren, zusammenarbeiten, kreativ sein und ihr kritisches Denken schulen.
• Durch das digitale Erleben, die Immersion und den deutsch-französischen Kontext wird die Fremdsprache zudem viel natürlicher eingesetzt und intensiver erlebt, als dies in einer künstlichen Klassenzimmer-Situation der Fall wäre. Denn um mit den Partnern aus dem anderen Land kommunizieren zu können, muss Englisch gesprochen werden. Die Interaktion in einer virtuellen Welt transportiert sie an einen anderen Ort des Lernens.

Neben dem sprachlichen Aspekt werden „nebenbei“ auch noch weitere Kompetenzen trainiert:

• die interkulturelle Kompetenz,
• die Medienkompetenz allgemein sowie
• die Persönlichkeitsbildung, da die Lernenden aus beiden Ländern ihre nationale Identität in der Reflexion des „Anderen“ kritisch betrachten und gegebenenfalls neu justieren müssen und so im Laufe der Zeit zu europäischen Bürgerinnen und Bürger werden.

Am Projekt beteiligt sind in Frankreich mehrere Schulen aus dem (beruflichen) Sekundarbereich, die mit Schulen aus Baden-Württemberg zusammenarbeiten sollen. Auf französischer Seite wird das Projekt wissenschaftlich durch eine Doktorandin begleitet.

In Frankreich werden bei der Projektarbeit pro Klasse zwölf Samsung GearVR mit Smartphones und vier Samsung Gear 360°-Kameras eingesetzt.

Welche Geräte in Deutschland zur Verfügung stehen werden, ist momentan noch nicht entschieden, jedoch werden vermutlich Oculus Go und einige Kameras angeschafft.

Der Bildungsplan im Fach Englisch verlangt unter anderem, dass das Fach möglichst kommunikativ unterrichtet wird und dass die Schülerinnen und Schüler lernen, sich auf Englisch mit Personen aus anderen Ländern über lebensnahe und auch abstraktere Themen auszutauschen.

Außerdem wird Demokratiebildung ebenso groß geschrieben wie die Personalisierung des Lernens. Auch Medienkompetenz und Berufsorientierung spielen eine wichtige Rolle.

All diese Kompetenzen können in einem Projekt wie APLIM trainiert werden, denn zur Demokratiebildung gehört die Auseinandersetzung mit Menschen aus anderen Ländern ebenso dazu wie die Reflexion der eigenen Identität in einem geeinten Europa. Medienkompetenz wird durch die aktiv-gestalterische Umsetzung der Unterrichtsmodule erreicht, während die Berufsorientierung sich thematisch in mindestens einem der Module wiederfinden wird.

Geplant sind diverse Unterrichtsmodule, in denen literarisch und kulturell orientierte Fragestellungen als Ausgangspunkt dienen.

Die Lernenden sollen dabei selbst so handlungs- und problemorientiert wie möglich arbeiten und zum Beispiel als Endprodukt gemeinsam ein multimediales dreidimensionales Museum zu bestimmten Themen entwerfen, eine Schul- oder Stadtführung in 3D entwickeln oder aber auch gemeinsam eine 3D-Welt erschaffen, in der sie ihr Wissen teilen können.

Die virtuellen Welten werden aller Voraussicht nach vor allem mit CoSpaces und Holobuilder entworfen und im Anschluss mit den anderen Projektteilnehmern geteilt. Dabei soll auf jeden Fall die mündliche Kommunikation im Vordergrund stehen, jedoch werden durch Recherche und Vorbereitung der Arbeitsphase natürlich auch Lesen und Schreiben geübt, in Teilen sogar die Mediation, weil bestimmte Sachverhalte in einem interkulturellen Setting Erklärungen benötigen.

Die so erstellten Arbeitsergebnisse können im Anschluss von den anderen Projektteilnehmenden genutzt werden, um ihr Hör-/Sehverstehen zu trainieren.

Ein weiterer Schwerpunkt soll darauf liegen, dass sich gemischte Schülergruppen aus beiden Ländern mittels einer App wie vTime verabreden und gemeinsam über vorgegebene Themen unterhalten, die den Sprachniveaus des gemeinsamen europäischen Referenzrahmens für Sprachen entsprechen. Diese Konversationen können entweder aufgezeichnet oder im Nachhinein aufgearbeitet werden.

Das interdisziplinäre Projekt „Breaking Bad Behaviour“ der Universität Würzburg erprobt den Einsatz eines voll-immersiven virtuellen Klassenzimmers, um Klassenführungskompetenzen in der Lehrerbildung zu fördern.

Das Seminar Freiburg plant, dieses Projekt in die zweite Phase der Lehrerausbildung zu überführen. Damit könnte das Seminar Freiburg als erstes Seminar überhaupt die Erprobung der Einsatzmöglichkeiten eines voll-immersiven Trainingsmoduls zum Einüben von Verhaltensroutinen im Rahmen des Classroom-Managements anbieten.

Konkret bedeutet das, dass Lehramtsanwärterinnen und Lehramtsanwärter in einer virtuellen Simulation, mithilfe einer VR-Brille, mitten im Klassenzimmer stehen und Maßnahmen und Methoden der Klassenführung nicht nur lernen und diskutieren, sondern tatsächlich ausprobieren und einüben können.

Damit erhofft sich das Seminar Freiburg, Klassenführungskompetenzen von (angehenden) Lehrerinnen und Lehrern zu steigern sowie die praxis- und theorieorientierte Entwicklung, Durchführung sowie Evaluation einer innovativen pädagogischen Praxis, in der das voll-immersive virtuelle Klassenzimmer gewinnbringend eingesetzt wird.

Viele Museen haben bereits damit begonnen, ihre Exponate digital als 3D-Scan zu sichern und stellen diese vereinzelt zur Verfügung. Führend in diesem Bereich ist das Museum der Universität Tübingen (MUT), welches Verfahren entwickelt, die exemplarisch für alle Museen in Baden-Württemberg, Deutschland und auch Europa sind.

Eine Besonderheit der Vorgehensweise der Universität Tübingen ist das Einbinden eines Objekts in seine Sinnzusammenhänge, also in seine Ausstellungs- und Fundorte, die ebenfalls digital zur Verfügung gestellt werden.

Das Seminar Freiburg plant, hier den nächsten Schritt zu gehen und eine pädagogische Vernetzung zwischen digitalen und realen Objekten in Schule und Unterricht zu ermöglichen. In dem zu erarbeitenden pädagogischen Gesamtkonzept wird auch der Aspekt der haptischen VR für blinde Menschen integriert.