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VR und Robotik

Digitales Lernen

Mit virtueller Realität und Robotik neue Welten kennenlernen.

Kurzbeschreibung VR und Robotik

Virtual Reality (VR) ist eine Technologie, die mittels spezieller Hardware wie VR-Brillen eine computergenerierte, interaktive 3D-Umgebung schafft, in die Nutzer/innen vollständig eintauchen können. Sie wird genutzt, um realistische Simulationen, immersive Erlebnisse oder Trainingsumgebungen zu schaffen, etwa in Bildung, Medizin, Gaming und Industrie. Durch ihre Fähigkeit, komplexe Szenarien erfahrbar zu machen, fördert VR praxisnahes Lernen, Kreativität und Innovation. Augmented Reality (AR) unterscheidet sich insofern von VR, dass es eine erweiterte Realität gibt, bei der digitale Inhalte in die echte Welt integriert werden. So wird die reale Welt durch digitale Inhalte (z.B. Bilder, Texte, Objekte, Erfahrungen) ergänzt, quasi in Echtzeit überlagert. So kann man hier das eigene Wohnzimmer sehen und dort ein Experiment durchführen.

Robotics bezieht sich auf die Entwicklung, den Einsatz und die Programmierung von Robotern, die physische Aufgaben autonom oder ferngesteuert ausführen können. Im Bildungsbereich wird Robotics genutzt, um technisches Verständnis, Problemlösungsfähigkeiten und kreative Denkansätze zu fördern.

Eine Auswahl digitaler Tools für VR:

360 Grad Videos: Eine einfache Form der virtuellen Realität. Es gibt viele Vorlagen auf YouTube, aber auch H5P Virtual Tour kann diese Inhalte interaktiv gestalten.

Beethoven Opus 360: Eine gemeinnützige Bildungsinitiative, in der klassische Musik auf Rap trifft und in einem Virtual Reality Rap Battle gelebt wird.

Entdeckung von Orten: Verschiedene VR-Anwendungen, die historische, räumliche, gesellschaftliche Orte besuchen lässt, z.B. Anne Frank Haus VR, Apollo 11, Neferati, Geogeek, Stellarium VR, EarthQuest usw.

Experimente: Plattformen wie Labster bieten virtuelle Labore an, in denen die Lernenden chemische oder biologische Experimente durchführen können, ohne teure Ausrüstung oder Materialien zu benötigen. VR ermöglicht es, komplexe Experimente sicher und interaktiv zu simulieren.

 Art steps: Eigene virtuelle Kunst Ausstellungen gestalten.

Eine Auswahl digitaler Tools für Robotik:

Lego Mindstorms-Kits werden verwendet, um Robotikprojekte zu gestalten, bei denen die Lernenden Roboter bauen und programmieren. Dies fördert das Verständnis für mathematische Konzepte, Programmierlogik und Problemlösungsstrategien.

Robotik-Wettbewerbe: In Schulen und außerschulischen Einrichtungen finden Robotik-Wettbewerbe wie z.B. VEX Robotics-Wettbewerbe, First Robotics Wettbewerbe oder World Robot Olympiad statt, bei denen die Lernenden Roboter für spezifische Aufgaben (wie das Lösen eines Parcours) bauen und programmieren. Diese Wettbewerbe fördern Teamarbeit, Kreativität und technisches Verständnis.

Programmieren mit Ozobot im Grundschulunterricht: Im Grundschulbereich wird Ozobot, ein kleiner programmierbarer Roboter, verwendet, um einfache Programmierprinzipien zu vermitteln. Die Lernenden können den Roboter durch Zeichnen von Linien und Farben steuern, was den Einstieg in die Programmierung erleichtert.

Wenn Sie im Internet Robotik-Sets eingeben, finden Sie für viele Altersstufen unterschiedliche Sets zum kaufen.

Methoden­­steckbrief

Zeitansatz

Es kann unterschiedliche Zeitansätze geben:

VR-Nutzung:

Kurze VR-Sessions (15-30 Minuten): Kurze Einführungen in VR-Welten, z.B. für Simulationen oder Experimente.

Längere Sessions (1-2 Stunden): Vertiefende VR-Erfahrungen, z.B. für komplexe Simulationen oder umfangreichere Projekte.

Robotik:

Einführungsprojekte (1-2 Stunden): Einfache Robotikprojekte, bei denen die Lernenden grundlegende Funktionen programmieren.

Komplexe Projekte (mehrere Tage): Umfangreichere Projekte, bei denen Roboter komplexe Aufgaben erfüllen müssen.

Gruppengröße

Es sind unterschiedliche Gruppengrößen möglich:

Einzelarbeit:

VR wird meist in Einzelarbeit genutzt, sodass Lernende eigene Erfahrungen in der virtuellen Realität machen können.

Kleingruppe:

2-4 Personen: In Gruppenarbeiten kann VR gemeinsam genutzt werden, insbesondere bei AR.

Kleingruppen sind zudem ideal für Robotikprojekte, da die Lernenden gemeinsam am Bau und an der Programmierung arbeiten können.

Vorbereitung

Es sind unterschiedliche Vorbereitungsaufgaben sinnvoll: 

VR-Mittlerer Aufwand:

VR-Inhalte müssen vorbereitet und die Hardware (VR-Headsets) organisiert werden. Je nach Thema sind fertige Inhalte verfügbar, aber es kann auch nötig sein, eigene Inhalte zu erstellen oder anzupassen.

Robotik-Mittlerer Aufwand:

Die Lernbegleitung muss Robotik-Sets vorbereiten und die Lernenden in die Programmierung einführen. Je nach Komplexität des Projekts kann die Vorbereitung mehr Zeit in Anspruch nehmen.

Durchführungs­schritte Virtuelle Realität

1. Schritt: Einführung in die Technologie

  • Die Lernbegleitung erklärt, wie VR funktioniert und welche Möglichkeiten sie bietet. Dabei wird erläutert, wie die Lernenden die VR-Headsets nutzen und sich in der virtuellen Umgebung bewegen können.
  • VR-Anwendungen wie first steps können helfen, Lernende in die VR-Welt einzuführen.

2. Schritt: Vorbereitung der Lernumgebung

Die VR-Inhalte werden ausgewählt und vorbereitet. Dies können fertige VR-Programme oder selbst erstellte VR-Lerninhalte (hoher Aufwand und Technikexpertise) sein.

3. Schritt: Nutzung der VR

Die Lernenden setzen die VR-Headsets auf und tauchen in die virtuellen Lernwelten ein. Sie führen die vorgegebenen Aufgaben aus, z.B. das Lösen eines mathematischen Problems oder das Erkunden eines historischen Schauplatzes.

4. Schritt: Reflexion und Diskussion

Nach der VR-Erfahrung wird der Lernprozess gemeinsam reflektiert und die Vorteile der virtuellen Realität für das Verständnis der Inhalte besprochen.

Durchführungs­schritte Robotik

1. Schritt: Einführung in die Robotik

  • Die Lernbegleitung erklärt die Grundlagen der Robotik, zeigt die verwendeten Bausätze und erläutert, wie die Roboter programmiert werden.
  • Hier können kleine Videoclips von Robotern vorher gezeigt werden, um die Lernenden zu motivieren.

2. Schritt: Gruppenbildung und Planung

Die Lernenden werden in kleine Teams eingeteilt und erhalten ihre Bausätze. Sie planen, welche Aufgaben ihr Roboter erfüllen soll (z.B. einen Parcours fahren, Objekte erkennen).

3. Schritt: Bauphase

Die Lernenden bauen ihren Roboter nach einer Anleitung oder nach eigenen Plänen zusammen. Dabei lernen sie, wie mechanische und elektronische Komponenten zusammenarbeiten.

4. Schritt: Programmierphase

Die Lernenden programmieren ihren Roboter, um die gewünschten Funktionen auszuführen. Dies geschieht oft über visuelle Programmiersprachen (z.B. Scratch) oder textbasierte Programmiersprachen (z.B. Python).

5. Schritt: Präsentation und Test

Die Roboter werden getestet, und die Lernenden präsentieren ihre Ergebnisse der Gruppe.

In der virtuellen Realität taucht man in neue Welten ein. Man kann mit allen Sinnen Lernerfahrungen machen, was das analoge Lernen simuliert und erweitert. Robotik hingegen ist experimentell und oft hoch interessant für Lernende.

Tipps zur Durchführung

Tipps zur Durchführung

Virtuelle Realität:

  • Schrittweise Einführung: Mit einfachen VR-Anwendungen beginnen, um die Lernenden mit der Technologie vertraut zu machen.
  • Interaktive Aufgaben: VR nutzen, um Lernende aktiv in die Erkundung und Lösung von Aufgaben einzubinden.

 Robotik:

  • Einfache Projekte zum Einstieg: Starten Sie mit einfachen Projekten, um die Lernenden an die Robotik und Programmierung heranzuführen.
  • Teamarbeit fördern: Achten Sie darauf, dass alle Teammitglieder aktiv am Projekt beteiligt sind, indem sie unterschiedliche Aufgaben übernehmen (z.B. Bau, Programmierung, Testen).
Stolperfallen
  • Technische Herausforderungen: Die Nutzung der Technologien erfordert eine funktionierende Technik und stabile Hardware und Software. Probleme mit der Technik können den Lernprozess behindern.
  • Kosten für die Ausrüstung: VR-Headsets und Software sind ebenso wie Robotik-Bausätze kostenintensiv, daher muss die Ausstattung gut geplant und effizient genutzt werden. Man ist oftmals auf bestehende VR-Anwendungen angewiesen. Diese sind aber beschränkt und im Bildungsbereich gibt es keine riesige Auswahl.
  • IT-Herausforderungen: der Programmierung oder beim Bau des Roboters können den Fortschritt verlangsamen.
  • Koordination der Gruppenarbeit: VR-Anwendungen sind schwieriger in Gruppenarbeit einzusetzen. Es können Tandems gebildet werden, ideal ist ein Bildschirm, der die VR-Welt überträgt, sodass andere zuschauen können. Da Robotikprojekte oft in Gruppen durchgeführt werden, muss die Zusammenarbeit gut organisiert sein.
Variationen und Anwendungsbeispiele

Virtual Reality (VR) bietet vielfältige Anwendungsoptionen für den Einsatz in Schule und Ausbildung. Sie kann Lernen immersiv, praxisnah und interaktiv gestalten und so die Vermittlung von Wissen und Fähigkeiten fördern:

  • Virtuelle Klassenräume: Lernende können sich in einer virtuellen Umgebung treffen, um Themen interaktiv zu bearbeiten.
  • Themenräume: Erstellung von virtuellen Umgebungen, die ein Thema erlebbar machen.
  • Experimente: Experimente in der virtuellen Welt ausprobieren.
  • Virtuelle Reisen: Erkundung historischer Orte, virtuelle Exkursionen.
  • Sprachtraining: Virtuelles, realistisches Sprachtraining.
  • Berufsausbildung: Technisches Training durch virtuelle Simulationen, Training an Geräten und Maschinen ohne Risiko (z.B. Gabelstablersimulator) oder auch Gefahrensituationen üben (z.B. Brandbekämpfung und Notfallversorgung).
  • Präsentationstraining: Virtuelle Bühnen, um Präsentationsfähigkeiten in einem sicheren Umfeld zu üben.
  • Lernspiele: Kombination von Lernen und Spiel, um die Motivation zu steigern, z.B. Escape Rooms.

Robotik findet in vielen Bereichen praktische Anwendung, da sie sich flexibel auf verschiedene Aufgaben und Anforderungen anpassen lässt:

  • Robotik-Kits in Schulen: Einsatz von Sets wie LEGO Mindstorms, Arduino, oder VEX Robotics, um Schüler/innen Programmierung, Elektronik und Mechanik nahezubringen.
  • Wettbewerbe: Teilnahme an Robotik-Wettbewerben wie der FIRST Robotics Competition oder World Robot Olympiad, um Problemlösung und Teamarbeit zu fördern.
  • Berufsausbildung: Simulationssoftware und praktische Roboter-Modelle für die Ausbildung in technischen Berufen.
  • Serviceroboter: Serviceroboter unterstützen Pflegekräfte bei Transportaufgaben oder Interaktion mit Patient/innen.

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