Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem aktuellen Stand und dem Potential von Augmented/Virtual Reality (kurz AR/VR) im Bereich der Lehre von Fächern der Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik (kurz MINT-Fächer). Es wird ein Überblick über den technologischen Hintergrund, aktuellen technologischen Stand und den Einsatzbereichen von AR/VR Technik gegeben. Eine Marktanalyse mittels Portfoliomatrix gibt einen Überblick über aktuelle Hard- und Software am Markt.
Die Vorstellung zweier Pilotprojekte verschafft eine Übersicht über die aktuelle Anwendung der Technik im Bereich Lehre von MINT-Fächern. Hierbei werden mitunter Einsatzmöglichkeiten in den hochschuleigenen Laboren und ein selbstkonzipiertes Beispiel für AR in der Ausbildung betrachtet. Auch die Grenzen der Technologien werden in Betracht gezogen, um ein Urteil über die Einsatzmöglichkeiten von AR/VR in der MINT-Lehre zu ermöglichen.
Die AR-Technik ergänzt, wie der Name "augmented", sinngemäß „erweitert“, schon sagt, die reale Welt um bestimmte Informationen, Bilder oder auch ganze Simulationen von Produktionsanlagen im Raum. Dies erfolgt durch Kombination aus Hardware, meist eine spezielle Brille, Smartphones, Tablets oder Kamerasystemen mit Projektoren, sowie spezieller Software, die die Auswertung und Bildverarbeitung abdeckt. Im Gegensatz zu AR, dessen Funktion eine Veränderung der wirklichen Realität ist, ist die Funktion der VR-Brille, dem Nutzer eine gänzlich neue, simulierte Realität zu schaffen. Dies kann mit einer Mischung aus Computerspiel und räumlicher Simulation verglichen werden. Die Hardware ist bei den meisten Brillen ein Smartphone, welches grundsätzlich eine niedrigere grafische Leistung als aktuelle Tower-PCs hat.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Aktueller Stand von Augmented/ Virtual Reality Technologien
2.1 Technologischer Hintergrund und Abgrenzung
2.2 Technologischer Stand und Einsatzbereiche aktuell
2.3 Marktanalyse Augmented/ Virtual Reality Gadgets und Software
3 Einsatz von Augmented/ Virtual Reality in der Lehre
3.1 Pilotprojekte
3.1.1 Praxiseinsatz von VR bei Audi
3.1.2 Praxiseinsatz von AR durch das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung
3.2 Forschung und Förderung
4 Möglichkeiten
4.1 Einsatzmöglichkeiten in Laboren der Hochschule Hof
4.2 Selbstkonzipiertes Trainingsbeispiel „Drehen einer Welle“
4.2.1 Brille im „Info Modus“ (Azubi betrachtet Maschine, ohne aktiv daran zu arbeiten)
4.2.2 Brille im „Prüfmodus“
4.2.3 Brille im „Arbeitsmodus“ (Maschine dreht sich)
4.3 Augmented/ Virtual Reality Unterweisungen
5 Grenzen von Augmented/ Virtual Reality in der Lehre
5.1 Ungeeignete Bereiche und Risiken
6 Fazit
Zielsetzung & Themen
Die Studienarbeit analysiert den aktuellen Stand und das Potential von Augmented und Virtual Reality (AR/VR) als Instrumente zur Digitalisierung der Lehre in MINT-Fächern an der Hochschule Hof, mit dem Ziel, Einsatzmöglichkeiten zu evaluieren und Grenzen der Technologie aufzuzeigen.
- Technologischer Hintergrund und aktueller Marktüberblick von AR/VR
- Analyse existierender Pilotprojekte in Industrie und Forschung
- Konzeptionelle Entwicklung eines AR-Trainingsbeispiels für die mechanische Ausbildung
- Bewertung der Einsatzmöglichkeiten in hochschuleigenen Laboren
- Identifikation gesundheitlicher und praktischer Risiken sowie Grenzen der Anwendung
Auszug aus dem Buch
4.2 Selbstkonzipiertes Trainingsbeispiel „Drehen einer Welle“
Ausbilder, Lehrer oder Professoren stehen oft vor der Herausforderung, einer großen Menge an Schülern, Auszubildenden oder Studierenden den Umgang mit einer konventionellen Drehmaschine näher zu bringen, haben aber nur eine begrenzte Anzahl an Maschinen und Zeit zur Verfügung. Dies hat zur Folge, dass Auszubildende zwischen den Arbeitsintervallen oft untätig zusehen müssen oder andere Arbeiten benötigen, bis diese an der Reihe sind. Gleichzeitig wäre es von Vorteil, einen Überblick über die bereits vorhandenen Kenntnisse der Lehrlinge gewinnen zu können um den Betreuungsaufwand individuell einteilen zu können. Manche Azubis benötigen aufgrund vorangegangener Ausbildung weniger Einarbeitungszeit als Kollegen. Durch den Einsatz von AR-Technologie können die Auszubildenden Wartezeiten zwischen den Maschineneinheiten sinnvoll überbrücken, Leerlauf in der Ausbildung wird vermieden. Dies bringt auch Vorteile für den Ausbilder mit sich, der die Effektivität seiner Lehrweise während des Unterrichts aufrechterhalten kann. Fehler, die durch eine Monotonie ständig gleichbleibender Erklärungen auftreten, werden vermieden. Hier werden die Einsatzmöglichkeiten von AR deutlich sichtbar, sowohl in den Laboren der Universitäten, als auch den Ausbildungshallen und Lehrwerkstätten der Unternehmen und Schulen. Durch den Einsatz von AR können grundlegende Fähigkeiten in einem spielerisch angehauchten Rahmen erlernt werden, ohne dabei Ressourcen zu belegen. Dies wird am Beispiel des Drehens einer Welle unterstützt durch AR-Technologie deutlich. Ein exemplarisches Trainingsprogramm könnte sich wie folgt gestalten:
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Vorstellung des Themas Digitalisierung der Lehre an der Hochschule Hof und Definition der Zielsetzung dieser Arbeit.
2 Aktueller Stand von Augmented/ Virtual Reality Technologien: Erläuterung des technologischen Hintergrunds, der Abgrenzung zwischen AR und VR sowie eine Marktanalyse der verfügbaren Hardware.
3 Einsatz von Augmented/ Virtual Reality in der Lehre: Betrachtung praktischer Pilotprojekte bei Audi und dem Fraunhofer-Institut sowie Übersicht über aktuelle Forschungsbemühungen.
4 Möglichkeiten: Detaillierte Analyse von Einsatzszenarien in Hochschullaboren und Präsentation eines selbstkonzipierten AR-Trainings für die Drehmaschinenausbildung.
5 Grenzen von Augmented/ Virtual Reality in der Lehre: Kritische Auseinandersetzung mit Risiken, gesundheitlichen Aspekten und den Anwendungsbeschränkungen der Technologien.
6 Fazit: Zusammenfassende Bewertung der Potenziale und Empfehlung für die Umsetzung an der Hochschule Hof.
Schlüsselwörter
Augmented Reality, Virtual Reality, MINT-Lehre, Digitalisierung der Lehre, Industrie 4.0, Hochschullabore, AR-Training, VR-Baukasten, Technische Ausbildung, Maschinennutzung, Lernunterstützung, Technologische Grenzen, Digitale Transformation, Praxisnähe, Simulation.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Studienarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht den Einsatz und das Potential von Augmented Reality und Virtual Reality zur Unterstützung der Lehre in mathematischen, informatischen, naturwissenschaftlichen und technischen Fächern.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die Arbeit deckt technologische Grundlagen, Marktübersichten für AR/VR-Hardware, konkrete Anwendungsbeispiele in der Industrie und Lehre sowie die Herausforderungen und Grenzen dieser Technologien ab.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage der Arbeit?
Das Ziel ist es, einen Überblick über die aktuelle AR/VR-Technik zu geben, Einsatzmöglichkeiten in der MINT-Lehre zu analysieren und eine fundierte Einschätzung über zukünftige Entwicklungsmöglichkeiten abzugeben.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer Literaturanalyse, einer Marktanalyse mittels Portfoliomatrix sowie der Auswertung von Pilotprojekten und der Entwicklung eines eigenen AR-Trainingsmodells.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in technologische Grundlagen, die Analyse von Pilotprojekten (Audi, Fraunhofer), Möglichkeiten der Integration in Hochschullabore sowie die detaillierte Vorstellung eines Trainingsbeispiels zum Drehen einer Welle.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird primär durch Begriffe wie Augmented Reality, Virtual Reality, MINT-Lehre, Digitalisierung, Industrie 4.0 und technische Ausbildung charakterisiert.
Wie unterscheidet sich der Einsatz von AR und VR laut der Autorin?
AR eignet sich nach der Arbeit besonders für den Praxiseinsatz bei ausgelernten Kräften zur Unterstützung laufender Prozesse, während VR primär als Werkzeug für reine Lehr- und Lernzwecke in einer sicheren, virtuellen Umgebung fungiert.
Welche Empfehlung gibt die Arbeit für die Hochschule Hof?
Die Autorin empfiehlt eine bereichsunabhängige Umsetzung mittels Plattformlösungen im Softwarebereich in Kombination mit günstigen mobilen Headsets, um eine kosteneffiziente und flexible Lösung anzubieten.
- Arbeit zitieren
- Ramona Scharnagl (Autor:in), 2019, Augmented und Virtual Reality in der Lehre von MINT-Fächern. Stand und Potential am Beispiel von zwei Pilotprojekten, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/506265
