AR-Cubes

In dem Projekt AR-Cubes werden Augmented Reality (AR) Anwendungen im inhaltsbezogenen Bereich Raum und Form der Primarstufe nach lehr-lern-theoretischen Designprinzipien entwickelt und erforscht. Mit Hilfe von AR-Smartglasses können virtuelle Würfelgebäude auf realen Bauplänen visualisiert werden. Im Gegensatz zu analogen (Holz-)Würfeln erlauben transparente virtuelle Würfel die gleichzeitige Darstellung und Verarbeitung von räumlich-integrierten Repräsentationen des Würfelbaus und des zugehörigen Bauplans. Im Rahmen des Projektes wird untersucht, inwiefern durch das Vermeiden des Split-Attention-Effektes lernirrelevante kognitive Belastung reduziert, und Lernergebnisse verbessert werden können. 

Zudem können Würfelgebäude aus virtuellen und analogen Würfeln kombiniert werden, um z.B. virtuell dargestellte Würfelgebäude nachzubauen bzw. selbstständig zu kontrollieren. In AR können weiterhin verschiedene Arten von visuellem und auditivem Feedback zu Würfelgebäuden realisiert und verglichen werden. 

Derzeit wurden durch die Darstellung virtueller (transparenter) Würfel in AR verschiedene Anwendungsszenarien entwickelt: 

• Die Darstellung von Würfelgebäuden aus virtuellen Würfeln, die in Türmen und Ebenen auf- und abgebaut werden können, um mit Lernenden Strategien zur Würfelbestimmung zu erarbeiten. 

Eine Tablet-App, bei der mit einem Stift oder der Tastatur Zahlen in die Felder eines Bauplans eingetragen werden können. Anschließend wird das entsprechende Würfelgebäude in AR über dem Tablet dargestellt. Die Verknüpfung zwischen dem Schreiben einer Zahl und der automatisch dargestellten kardinalen Anzahl an Würfeln kann das Verständnis für Zahlen und Mengen visuell unterstützen. 

• Die Kombination von Würfelgebäuden aus virtuellen Würfeln und analogen Holzwürfeln, um gebaute Würfelgebäude zu vergleichen oder zu überprüfen.  

• Virtuelle Aufgaben zu Würfelgebäuden, die in AR gelöst werden können und auf die verschiedenen Arten von auditivem und visuellem Feedback in AR erfolgen. 

Das Projekt wurde in Kooperation der folgenden Lehrstühle entwickelt:

Universität des Saarlandes

Fakultät für Empirische Humanwissenschaften und Wirtschaftswissenschaften

• • Fachrichtung Bildungswissenschaften

Fakultät Mathematik und Informatik

• • Didaktik der Primarstufe – Schwerpunkt Mathematik

Deutsches Forschungszentrum für künstliche Intelligenz (DFKI) in Kaiserslautern

• • Forschungsbereich Eingebettete Intelligenz

Aktuelle Vorträge und Publikationen

• Müller, L. M.; Boudier, J.; Altmeyer, K.; Malone, S.; Javaheri, H.; Platz, M. (2023, angenommen). “Noch ein bunter Würfel dazu, weil ich eine Eins dazu geschrieben habe!” Zahlen schreiben mit einer Augmented Reality App. (Posterbeitrag) Beiträge zum Mathematikunterricht 2023. WTM-Verlag.

• Javaheri, H.; Lehmann, J.; Altmeyer, K.; Müller, L. M. ; Brünken, R. & Lukowicz, P. (2023). Design of Augmented Reality based Environment to Promote Spatial Imagination for Mathematics Education in Elementary School, UbiComp/ISWC '22: The 2022 ACM International Joint Conference on Pervasive and Ubiquitous Computing. 10.1145/3544793.3560380

• Altmeyer, K.; Müller, L. M.; Javaheri, H.; Platz, M.; Lukowicz, P. & Brünken, R. (07.10.22). Evaluation of an AR-based learning environment on cube buildings to promote the use of spatial skills. (Präsentation) International Symposium on Augmented and Virtual Reality in Mathematics Education, Universität Siegen.