Das Klassenzimmer der Zukunft – DFKI und TUK eröffnen neues Labor für digitale Lehr- und Lernmethoden

• Intelligente Sensorik bietet Einblick in Lernprozesse
• AR ermöglicht kollaboratives Arbeiten im Klassenzimmer
• Gemeinsame Forschung mit Japan
• Wissenschaftsminister Wolf besucht das neue Lernlabor

Sensortechnologien messen Lernerfolg

Im Living Lab werden verschiedene Technologien, beispielsweise Eye-Tracking, Sprach- und Gestenerkennung oder Augmented Reality eingesetzt und untersucht, wie diese in Lern- und Arbeitsszenarien sinnvoll angewendet werden können. Gewonnene Analysedaten dienen Bildungswissenschaftlern und Fachdidaktikern zur Diagnose von Lernzuständen und Lernfortschritten. So lässt sich zum Beispiel durch die Messung der Gesichtstemperatur mittels Infrarotkameras die Belastung von Lernenden feststellen. Die Kombination solcher Datenquellen mit intelligenten Algorithmen, wie Deep Learning-Verfahren, ermöglicht völlig neue Einblicke in individuelle und gruppendynamische Lernprozesse. Aus diesen lassen sich Handlungsempfehlungen für Lehrende ableiten. Außerdem erlauben die Analysedaten Rückschlüsse auf den kognitiven Zustand der Lernenden. Bei erhöhter Belastung oder Überanstrengung können dann beispielsweise individuelle Maßnahmen zur Erhöhung des Lernerfolges vorgeschlagen werden.
Zudem können im iQL-Lab Laborstudien, die zumeist als Einzelplatzstudien geplant werden, in einer realitäts- und anwendungsnahen Umgebung und gleichzeitig mit einer großen Gruppe durchgeführt werden. Das minimiert den Zeitaufwand und verringert äußere Einflüsse.

Prof. Dr. Andreas Dengel, Leiter des Forschungsbereichs Smarte Daten & Wissensdienste und DFKI-Standortleiter in Kaiserslautern: „Das iQL ist eine völlig neuartige instrumentierte Lernumgebung für partizipative und individuelle Lern- und Lehrerlebnisse. Aufbauend auf bereits etablierten Prototypen, sollen die eingesetzten Technologien die Faszination der Erschließung neuer Lernwelten aufzeigen. Durch die Kombination vielfältiger Interaktionsformen mit multimedialen Lernobjekten möchten wir die Nutzenpotenziale digitaler Medien im Bereich Aus- und Weiterbildung hervorheben, das Lernen vielfältiger und erlebnisorientierter gestalten und so die Neugierde am Inhalt stärken. Darüber hinaus wollen wir die Wirkung solcher digitaler Lernumgebungen im Hinblick auf psychische und kognitive Belastung oder Verbesserung des Wissensstandes untersuchen, auch im Vergleich mit traditionellen Medien.“

Prof. Dr. Jochen Kuhn, Leiter der AG Didaktik der Physik an der Technischen Universität Kaiserslautern: „Interaktive, sensorgestützte Experimente unter Realbedingungen erlauben beispielsweise Einblicke in individuelles Lernverhalten und den Lernerfolg der Schülerinnen und Schüler. Im neuen Labor werden wir unter anderem Smartglasses einsetzen, um mittels Augmented Reality relevante Zusatzinformationen zu naturwissenschaftlichen Experimenten in das Sichtfeld einzelner Lernenden einzublenden. So werden beispielsweise physikalische Messgrößen direkt in ein virtuelles Diagramm eingetragen, das ortsfest über dem realen Aufbau „schwebt“. Unsichtbare Größen wie Temperatur und Stromstärke oder auch Geschwindigkeit und Beschleunigung und deren Änderungen werden zum Beispiel mittels Farb- und Pfeildarstellungen direkt am jeweiligen Experimentierobjekt basierend auf realen Messgrößen in Echtzeit sichtbar gemacht.“

Naturwissenschaftliches Arbeiten wird effektiver

In dem neuen Labor können Lernende neben augmentierten Experimenten zudem mit virtuellen Objekten, wie 3D-Modellen und Diagrammen, interagieren und anschaulich Wissen erwerben. So können sich mehrere Schüler und Schülerinnen gleichzeitig mit einem Objekt beschäftigen. Derartige Teamarbeit verbessert das Vorstellungs- und Erinnerungsvermögen nachhaltig. Mit neuartigen Interaktionsmöglichkeiten können die Lernenden digitale „Lehrbücher“ intuitiv steuern, darin suchen oder sich mit Stiften, Spracheingabe oder Fingern Notizen zu den Lerninhalten machen. Ein Multi-Touch-Whiteboard bietet Lehrkräften darüber hinaus die Möglichkeit, digitale Informationen direkt mit einem, mehreren oder allen Schülerinnen und Schülern zu teilen. Es ist mit dem Arbeitsplatz der Lehrerin oder des Lehrers und denen der Klasse verbunden, sodass die Inhalte mit einer einfachen Geste zwischen allen Akteuren hin- und hergereicht werden können. Zum Einsatz kommt hierbei die im DFKI-Projekt „Display As A Service – DAAS“ entwickelte Technologie, die sich mittlerweile über das Spin-off Pxio etabliert hat.

Wissenschaftlicher Austausch mit Japan

Ein weiterer Schwerpunkt der Wissenschaftler im iQL ist die Analyse des Lernverhaltens von Probanden bei unterschiedlichen sprachlichen und kulturellen Hintergrund. Deshalb entwickeln sie im engen Austausch mit Kolleginnen und Kollegen aus Japan gemeinsame Lernexperimente, die im iQL wie auch in einem vergleichbaren Lernlabor an der dem DFKI partnerschaftlich verbundenen Osaka Prefecture University untersucht werden. Ziel ist es Gemeinsamkeiten und Unterschiede im Lernverhalten in Deutschland und Japan zu untersuchen.

Premiere bei der „Nacht, die Wissen schafft“

Bei der „Nacht, die Wissen schafft“, am 13. April in Kaiserslautern wurde das iQL-Lab erstmals der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Prof. Dr. Konrad Wolf, Minister für Wissenschaft, Weiterbildung und Kultur in Rheinland-Pfalz, überzeugte sich dabei von dem innovativen Ansatz: „Den Hochschulen kommt bei der Digitalisierung eine wichtige Funktion zu: Sie sind Vorreiter für technologische Innovationen, sie sind die Orte an denen geforscht und entwickelt wird und die den digitalen Wandel umsetzen. Digitale Bildung und der Erwerb digitaler Kompetenzen sind für uns in Rheinland-Pfalz von zentraler Bedeutung. Sie entscheiden über Berufs- und Lebenschancen. Digitales Lernen erlaubt es in Zeiten wachsender gesellschaftlicher Vielfalt und unternehmerischer Differenzierung, die Inhalte, Wege und Methoden auf die Bedürfnisse des Einzelnen zuzuschneiden. Das digitale Lehren und Lernen wird den Unterricht stark verändern und zukünftig eine ganz neue Lernwelt ermöglichen. Das iQL bietet hervorragende Bedingungen, um diese zu erfahren und zu erforschen.“

Das iQL auf der CeBIT 2018

Auf der CeBIT 2018 in Hannover zeigen die iQL-Wissenschaftler vom 11. bis 15. Juni 2018 auf dem Stand des DFKI (Halle 27, Stand F62), wie Eye-Tracker oder Augmented Reality in Lern- und Arbeitsszenarien verwendet werden können. Anhand verschiedener Demonstratoren aus dem Labor lassen sich dann die neusten Sensortechnologien selbst erleben und geben einen Einblick in die Zukunft des Lernens.