^{Dieses Projekt wurde im Rahmen von „fuels – Future Learning Spaces“ in 2023 umgesetzt.}

Idee des virtuellen Lernraums war es, einen real existieren Versuch im physikalischen Grundpraktikum des Fachbereichs Physik an der TU Darmstadt in Virtual Reality (VR) umzusetzen und in seiner Gänze simulieren und kollaborativ durchführen zu können.

Zur Realisierung wurde die VR-Software DREAM eingesetzt. Die digitalen Assets für den Versuchsaufbau wurden mit der 3D-Grafiksoftware Blender erstellt und in der Unity-Engine modifiziert.

Bemerkenswert ist, dass der Entwicklungsprozess ohne den Einsatz von Programmiersprachen auskam. Blender ermöglicht die Erstellung von 3D-Objekten und Szenen, während Unity – die Plattform hinter der DREAM-App – das Laden von AssetBundles zur Laufzeit unterstützt, jedoch aus Sicherheitsgründen keine Skripte zulässt. Die Software verhält sich ähnlich einem Content Management System (CMS) für VR Content. Somit ist es möglich, ohne Programmierkenntnisse VR-Lernräume zu gestalten.

Als thematischer Schwerpunkt dieses Lernraums wurde das physikalische Grundpraktikum gewählt. Im Rahmen dieses Praktikums werden von verschiedenen Schwerpunkten der Physik Experimente zur Verfügung gestellt, die Studierende durchführen können. Diese Schwerpunkte umfassen die Elektrizitätslehre, Kernphysik, Mechanik, Optik und Wärmelehre.

Der Lernraum fokussiert sich auf den Versuch „E6“ – den sogenannten Induktionsversuch – aus der Elektrizitätslehre. Der Versuch beschäftigt sich mit Phänomenen, die durch ruhende oder bewegte elektrische Ladungen und die daraus resultierenden elektrischen und magnetischen Felder verursacht werden. Ziel des Induktionsversuchs ist es, die Ursache und Wirkung magnetischer Felder zu studieren. Es werden unterschiedliche Arten des Magnetismus – darunter Dia-, Para- und Ferromagnetismus – sowie das Magnetfeld einer langen Spule untersucht. Ein besonderer Fokus liegt auf dem Durchflutungsgesetz, der Induktion und der Lenzschen Regel. Diese Konzepte bilden die Grundlage für das Verständnis der allgemeinen Eigenschaften von Magnetfeldern.

Im Gegensatz zu vielen anderen Experimenten erfordert der Induktionsversuch nicht nur den Einsatz technischer Geräte, sondern auch den aktiven Umgang mit physischen Objekten. Ein Beispiel dafür ist die Interaktion eines Eisen- oder Messingkerns mit einer Spule. Durch diese physische Manipulation kann das Magnetfeld verändert werden, was den Studierenden ein praktisches Verständnis der theoretischen Konzepte ermöglicht.

Ein weiterer zentraler Bestandteil des Versuchs ist die Erklärung und Untersuchung der Maxwell-Gleichungen. Diese Integralgleichungen sind für viele Studierende im ersten und zweiten Semester aufgrund fehlender mathematischer Vorkenntnisse besonders herausfordernd.

Für diese Kombination bietet der VR-Lernraum einen experimentellen und pragmatischen Zugang zu den grundlegenden Gleichungen. Durch einfache, reale Aufbauten sollen die Studierenden in die Lage versetzt werden das Verhalten der Gleichungen zu verstehen und zu erlernen.

Die VR-Umsetzung des Lernraums bietet also die Möglichkeit, komplexe physikalische Konzepte interaktiv und praxisorientiert zu vermitteln. Insbesondere der Induktionsversuch im Bereich der Elektrizitätslehre stellt ein ideales Beispiel dafür dar, wie virtuelle Lernräume traditionelle Praktika ergänzen und vertiefen können. Durch die Kombination aus theoretischen Inhalten und praktischen Experimenten in einer immersiven digitalen Umgebung wird das Verständnis der Studierenden nachhaltig gefördert.

Der Lernraum ist im Rahmen der Masterthesis von Thilo Petri erstellt und evaluiert worden.

#Size —> Spaces
#Tag —> at home
#Technologie —> VR
#Didactic —> collaboration, simulation
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AG Serious Game TU Darmstadt – Dr.-Ing. (habil.) Stefan Göbel
Markus Weber / Projektleitung fuels – E-Learning Arbeitsgruppe – TU Darmstadt