VR-Labor

VR-Labor-Klassenzimmer – Das virtuelle Labor-Klassenzimmer zur Professionalisierung von Lehramtsstudierenden der Chemie

Motivation und Relevanz des Projekts

Der Umgang mit Unterrichtsstörungen hat im Fachbereich der Chemie besonders hohe Relevanz, da im Experimentalunterricht neben allgemeinen Unterrichtsstörungen (z.B. verbale Störung, mangelnder Lerneifer) auch fachspezifische Störungen wie Verstöße gegen die Sicherheitsregeln, Unfälle mit und ohne Verletzungen und/ oder Sachschäden sowie Notsituationen auftreten können. Solche fachspezifischen Unterrichtsstörungen können rechtliche Konsequenzen haben, ein Training in einer realen Simulation, um den Umgang mit solchen zu schulen, ist jedoch rechtlich und moralisch hoch problematisch. Dies zeigt die Wichtigkeit der Entwicklung eines Ausbildungselements auf, das dieses bisher ungelöste Dilemma auflösen kann.

Projektpotential

Das VR-Laborklassenzimmer (VR = virtuelle Realität) soll als ein entsprechendes Ausbildungselement für die Professionalisierung angehender Lehrkräfte Strategien und Handlungskompetenzen im Umgang mit Unterrichtsstörungen vermitteln. Hierbei bietet der virtuelle Raum immersive Lernsituationen, bei welchen Personen- oder Sachschäden verglichen mit einer realen Simulation nicht auftreten können. Auch ermöglicht es die Verknüpfung von deklarativem und prozeduralem Wissen ohne die Herausforderungen von personengebundenen Daten aus traditionellen Trainingsmethoden wie dem Videomaterial.

Umsetzung erster Ziele & erste Veröffentlichungen

Dem Projekt liegt das in der Hochschullehre bereits eingesetzte und evaluierte VR-Klassenzimmer zugrunde, welches um einen Fachraum mit haptischen Elementen für den Chemieunterricht erweitert und so die Möglichkeit zur Durchführung eines Schülerexperiments im VR-Raum am Gasbrenner geschaffen wurde.

Die Ergebnisse einer ersten Pilotstudie sowie die Darstellung des Projekts wurden in einer ersten Veröffentlichung im Rahmen der 20. Fachtagung Bildungstechnologien (DELFI) beschrieben.

Eine Poster-Veröffentlichung im Rahmen der 38. Fortbildungs- und Vortragstagung der Fachgruppe Chemieunterricht 2022 fasst das Projekt im entsprechenden Format zusammen.

Weitere Projekt- und Forschungsziele

Das VR-Laborklassenzimmer soll nun im Rahmen der Lehramtsausbildung seminarbegleitend im Rahmen der Schulpraktischen Übungen eingesetzt werden. Die erste Pilotstudie soll um eine belastbare Evaluierung zur Kompetenzentwicklung der Lehramtskandidat*innen erweitert werden.

Das Projekt wird von Christina Hildebrandt und Prof. Amitabh Banerji umgesetzt und wurde in Kooperation mit Axel Wiepke und Prof. Ulrike Lucke (Institut für Informatik und Computational Science/Lehrstuhl für Komplexe Multimediale Anwendungsarchitekturen) entwickelt.  

Eine erste Projektvorstellung mit Projektbericht erfolgte durch das Zentrum für Qualitätsentwicklung in Lehre und Studium (ZfQ) im Rahmen der Vorstellung innovativer Lehrprojekte im Jahr 2021.

Förderung des VR-Laborklassenzimmers im BMBF Programm „Kompetenzzentrum für digitales und digital gestütztes Unterrichten in Schule und Weiterbildung im MINT-Bereich“ ab 2023

Im Rahmen der BMBF Ausschreibung zu den digitalen MINT-Kompetenzzentren konnte auch ein Projekt für das VR-Laborklassenzimmer eingeworben werden. In Kooperation mit dem IPN Kiel (Didaktik der Chemie) sowie dem Lehrstuhl von Prof. Ulrike Lucke soll das VR-Laborklassenzimmer um Aspekte der Individualisierbarkeit erweitert werden, um auch die Planungskompetenz als einen weiteren Aspekt der Professionalisierung von Lehrkräften durch das Szenario abbilden zu können.

VR Laboratory Classroom – The Virtual Laboratory Classroom for the Professionalisation of Chemistry Student Teachers

Motivation and relevance of the project

Dealing with classroom disruptions is particularly relevant in the subject area of chemistry, as in addition to general classroom disruptions (e.g. verbal disruption, lack of eagerness to learn), subject-specific disruptions such as violations of safety rules, accidents with or without injuries and/or damage to property, and emergency situations can occur in experimental teaching. Such subject-specific classroom disruptions can have serious consequences (i.e. medical, legal), however training these real-life scenarios with the aim of learning the appropriate handling of such situations, is highly problematic considering the possible legal and moral consequences. This highlights the importance of developing a training element that can resolve this specific and not yet solved dilemma.

Project potential

As an appropriate training tool for the professionalisation of teacher trainees, the VR laboratory classroom (VR = virtual reality) is intended to convey strategies and decision-making skills in dealing with classroom disruptions. In this context, the virtual room offers immersive learning situations in which bodily harm or damage to property cannot occur compared to a real-life simulation. It also enables linkage of declarative and procedural knowledge without the challenges that come with the handling of personal data from traditional training methods such as video material.

Delivery of primary aims & first publications

The project is based on the „VR classroom“, which has already been used and evaluated in university teaching, and which has now been extended to include a subject-based room with haptic elements for chemistry lessons thus creating the possibility of carrying out a student experiment on a gas burner in the virtual reality.

The results of a first pilot study as well as the portrayal of the project were described in a first publication in line with the 20th Symposium on Educational Technologies (DELFI).

A poster publication in line with the 38th Advanced Training and Lecture Conference of the Fachgruppe Chemieunterricht 2022 summarises the project in an according form.

Further project and research goals

The VR laboratory classroom aims now to be used in the context of teacher training alongside with the seminar „practical exercises in schools for prospective teachers“. The first pilot study is to be extended to include a robust evaluation of the competence development of the teacher candidates.

The project is being implemented by Christina Hildebrandt and Prof. Amitabh Banerji and was developed in cooperation with Axel Wiepke and Prof. Ulrike Lucke (Institute of Computer Science and Computational Science/Chair of Complex Multimedia Application Architectures). 

An initial project presentation with a first project report was made by the Centre for Quality Development in Teaching and Learning (ZfQ) as part of the introduction of innovative teaching projects in 2021.

The VR laboratory classroom will be funded by the BMBF program „Kompetenzzentrum für digitales und digital gestütztes Unterrichten in Schule und Weiterbildung im MINT-Bereich“ in 2023

Within the BMBF program for digital STEM competence centers we could gain funding for the VR laboratory classroom project. Together with our partner IPN Kiel (Chemistry Education) and Prof. Ulrike Lucke it is envisaged to further develop the VR laboratory classroom to enhance the individuality of the teaching scenario. In this way, teacher trainees will be able to practice their planning competences, which is another important factor for teachers’ professional development.