Integrative Förderung in der Mathematik mittels Virtual Reality
Im Rahmen einer Masterthesis zum Thema «Integrative Förderung in der Mathematik mittels Virtual Reality» sind mehrere sogenannte virtuelle Lernumgebungen in virtueller Realität für das System «HTC Vive» entschanden. Diese stützen sich auf Aufgabenstellungen aus dem «mathbuch IF» und somit auf dem Lehrplan 21 ab und können zur gezielten Förderung von Lernenden mit besonderem Förderbedarf an der Oberstufe eingesetzt werden. Alle Lernumgebungen sind in einer Anwendung vereint (siehe Links ganz unten). Der Inhalt und die jeweilige Vernetzung mit dem Lehrplan 21 wird in der Folge kurz beschrieben.
Hauptmenü
Das Hauptmenü dient als Ausgangspunkt für sämtliche Lernumgebungen und ermöglicht es, diese zu starten. An der Wand hängen vier Bilderrahmen, die für die verschiedenen Lernumgebungen stehen. Verdiente Errungenschaften (Gamification-Elemente) werden innerhalb der Bilderrahmen angezeigt (in 3D, wie auch die Objekte, welche den Inhalt der Lernumgebungen symbolisieren) und spornen die Lernenden zum Lösen der Aufgaben an.
Virtuelle Lernumgebung 1:
Einführung in die virtuelle Realität (VR)
Es liegt keine Vernetzung zum Lehrplan 21 vor.
Die virtuelle Lernumgebung 1 dient zur Einführung in die virtuelle Realität. Die virtuelle Realität kann ein erstes Mal erlebt werden und die grundlegenden Bedienungskonzepte für die übrigen Lernumgebungen werden erlernt. Verschiedene geometrischen Körper – unter anderem drei rote, elastische Bälle für den Spassfaktor – müssen von ihrer ursprünglichen Position an der Decke wegbewegt und in einen Einkaufswagen gelegt werden. Zum Lösen der Aufgabe wird der korrekte Umgang mit dem Teleporter sowie Interaktionen mit Schiebereglern, Gegenständen und Schaltflächen erlernt.
Virtuelle Lernumgebung 2:
Grundfläche • Höhe
Vernetzung der Lerneinheit mit dem Lehrplan 21:
| Kompetenzbereich | «Form und Raum» |
| Handlungs-/Themenaspekt | «Mathematisieren und darstellen» |
| Kompetenz | «Die Schülerinnen und Schüler können sich Figuren und Körper in verschiedenen Lagen vorstellen, Veränderungen darstellen und beschreiben (Kopfgeometrie)» (MA.2.C.3). |
| Lernumgebung im mathbuch IF | mathbuch 2, LU 19, IF-B-19-02: «Volumen vergleichen», SB Aufgabe 4, S. 178 |
Ziel der virtuellen Lernumgebung 2 ist es, den Lernenden den Zusammenhang von der Grundfläche, der Höhe und dem Volumen eines geometrischen Körpers zu veranschaulichen und für sie die Zusammenhänge dreidimensional erlebbar zu machen. Fünf verschiedene geometrische Körper müssen zuerst auf ihre Grundfläche gestellt und anschliessend durch gezieltes Verändern der Grundfläche und der Höhe ein vorgegebenes Volumen erzielt werden.
Virtuelle Lernumgebung 3:
So klein! – So gross!
(Hohlmasse und Längen)
Vernetzung der Lerneinheit mit dem Lehrplan 21:
| Kompetenzbereich | «Grössen, Funktionen, Daten und Zufall» |
| Handlungs-/Themenaspekt | «Mathematisieren und darstellen» |
| Kompetenz | «Die Schülerinnen und Schüler können Grössen schätzen, messen, umwandeln, runden und mit ihnen rechnen.» (MA.3.A.2) |
| Lernumgebung im mathbuch IF | mathbuch 1, LU 4, S. 41f, IF-A-04-02: «Sich Grössen vorstellen» sowie IF-A-04-03 bis IF-A-04-07 |
Die virtuelle Lernumgebung 3 ermöglicht den Lernenden handelndes Lernen mit Grössen (realisiert sind Aufgaben zu Hohlmassen und Längen). Aus der Stellentafel (ein dreidimensionales Regal) müssen die verschiedenen Grössen (bei den Längen z.B.: 1 km, 1 m, 1 mm etc.) entnommen werden (ja, Grössen können angefasst werden!) und einem passenden Objekt aus dem Alltag zugeordnet werden. Beim Start der Lernumgebung werden alle Gegenstände gleich gross dargestellt. Erst wenn die Lösung angefordert wird, nehmen sie ihre richtige Grösse (z.B. ein Kubikmeter gefüllt mit Wasser) an und werden erlebbar.
Die Gegenstände für die Hohlmasse sind aus dem «mathbuch IF» übernommen worden. Einzig der Messbecher ist ausgetauscht worden durch einen Milchbeutel. In absteigender Reihenfolge des Rauminhalts sind die Gegenstände: ein Kubikmeter Wasser, Aquarium, Wasserkessel, Milchbeutel, (kleine) Tasse, Spritze, Tintenpatrone.
Die Szene zu den Längen ist sehr ähnlich umgesetzt wie die zu den Hohlmassen. Die an das «mathbuch IF» angelehnten Gegenstände (sortiert nach abnehmender Länge) sind: 2½ Runden auf einer Rundbahn im Stadion, Länge eines Fussballfelds, Breite des Raums, in dem die Aufgabe gelöst wird, Spannweite eines Kindes, Länge einer Kassette, Breite eines Fingers, Breite eines Bleistiftspitzes. Längen, die über einen Kilometer hinausgehen, wurden weggelassen, da sich diese auch mittels Virtual Reality kaum mehr fassbar darstellen lassen. Wird die Lösung angefordert, werden die Wände des Raums transparent und der Fussballplatz sowie die Rundbahn werden im Stadion ausserhalb des Raumes sichtbar und zu einem einprägenden Erlebnis für die Lernenden.
Trailer
Hier geht’s zu den virtuellen Lernumgebungen
| Anwendung (zip, 174 MB) | Integrative Förderung Mathematik VR V1.0.1 (zip) |
| Systemvoraussetzungen |
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| Anleitung, Rechte und Regeln | |
| Lösungen zur virtuellen Lernumgebung 2 | Excel |
Andreas Hebeisen
Berner Fachhochschule
Studiengang MSc Wirtschaftsinformatik
25.05.2018