Im 4h Physikkurs der Kursstufe II des Jahrgangs 2017 haben sich acht Schülerinnen und Schüler zwischen dem schriftlichen und dem mündlichen Abitur mit dem Thema „Virtual Reality“ beschäftigt. Konkret ging es um die Frage, ob die 3D Technik bereits jetzt schon sinnvoll im Klassenzimmer zum Lernen eingesetzt werden kann. Die Schülerinnen und Schüler arbeiteten dazu über drei Wochen hinweg eigenständig in Zweierteams und konnten sich für Ihre Projektarbeit eigene Schwerpunkte setzen.

• Gruppe 1: Ausflüge ohne Schulbus - von der Raumstation ISS zum Great Barrier Reef

• Gruppe 2: Referate im Unterricht mit Virtual Reality – eigene 3D Filme erstellen

• Gruppe 3: Mit Google Street View auf virtuelle Weltreise - Apps zur Aufnahme von 3D Räumen

Gruppe 1: Ausflüge ohne Schulbus - von der Raumstation ISS zum Great Barrier Reef

Die Schüler Benjamin Hug und Lorenz Scheuble beschäftigen sich mit der Frage, ob es möglich ist mit schulischen Mitteln eine ganze Klasse mit VR-Brillen auszustatten und damit vom Lehrer gesteuerte Exkursionen durchzuführen.

1 a) VR-Brillen für den Unterricht
Die erste Herausforderung war elektronische 3D Brillen zu finden, die sich eine Schule im Klassensatz überhaupt leisten kann. Kompakte Modelle aus dem Elektronikmarkt wie z. B. die „HTC Vive VR-Brille“ liegen im Preisbereich von 900€. Die Schüler entdeckten schließlich die Möglichkeit das eigene Smartphone als 3D Display zu nutzen und mit einer speziellen Einsteck-Brille für Smartphones zu kombinieren. VR-Brillen ohne aktives Display wie z. B. „Auvisio VR“ sind bereits ab 10€ erhältlich. Noch günstiger geht es mit Bausätzen aus Karton, die mit allen Teilen für 2€ im Internet erhältlich sind. Der Vorteil der Bausätze ist, dass Schüler diese selbst herstellen und im Anschluss auch für eigene Spiele, Videos und Exkursionen für 2€ behalten dürfen. Der von den beiden Abiturienten gewählte Bausatz beinhaltete neben einer einfachen Optik auch einen magnetischen Schalter, mit dem im 3D Raum z. B. Gegenstände wie geschlossene Türen oder Schubladen angeklickt werden können. 

1 b) VR-Apps für den Unterricht
Als Virtual Reality App für den Unterricht wählten die Kursstufenschüler Benjamin und Lorenz „Google Expedition“.  Lehrerinnen und Lehrer müssen sich in der App als „Guide“ anmelden und können beliebige fertige Exkursionen herunterladen. Die Schüler müssen die App ebenfalls auf ihrem Smartphone installieren und verbinden sich über das WLAN der Schule als „Entdecker“ ohne Anmeldung direkt mit dem Lehrer. Der Lehrer als „Guide“ führt die Schüler z. B. durch die Räume des Louvre in Paris, kann Dinge im 3D Raum wie das Bild der „Mona-Lisa“ hervorheben und sieht auf seinem Tablet genau, ob die Schülerinnen und Schüler auf das gewünschte Bild schauen. Die App „Google Expedition“ bietet für den Lehrer zu allen Exkursionen Erklärungstexte und Fragen an die Schüler auf unterschiedlichem Niveau.

Die Klasse 8a hat innerhalb von einer Stunde einen virtuellen Ausflug zur Raumstation ISS (Thema für den Physik-Unterricht), zur Chinesischen Mauer (Thema für den Geschichts-Unterricht) und ins Great Barrier Reef (Thema für den Biologie-Unterricht) gemacht. Begleitet wurden die Exkursionen durch Erklärungen zum jeweiligen 3D Raum durch die beiden Abiturienten. Dabei wurden auch Fragen zur Schwerelosigkeit, zu den Abständen der Wachtürme oder zu tropischen Fischen diskutiert. Im Anschluss an die drei kurzen Exkursionen haben die Abiturienten Benjamin und Lorenz einen Fragebogen an die Klasse 8a verteilt um zu schauen, was die Schüler von der neuen Unterrichtsmethode halten. Den Schülerinnen und Schülern hat am besten gefallen, dass Sie selbst die Räume erkunden konnten und der Unterricht sehr anschaulich war.

1 c) Technische Herausforderungen
Es gab beim Projekt aber auch technische Probleme: Das WLAN im Klassenzimmer und die Internetverbindung der Schule waren bei 30 Smartphones und dem Download der datenintensiven 3D Räume ziemlich überlastet. Bei vier Schülern funktionierte die 3D Brille nicht, da ihr Smartphone kein Gyroskop-Sensor zur Ermittlung der Lage des Gerätes im Raum beinhaltete. Leider gibt es momentan in der App vor allem für den naturwissenschaftlichen Unterricht noch wenige Szenarien, bei denen Schüler abgestimmt auf den Bildungsplan in Baden-Württemberg wirklich etwas Neues lernen können. Aber dies ist eine Frage der Zeit.

1 d) Fazit
Zusammenfassend kann man sagen, dass die Kombination von Karton-Brillen mit schülereigenen Smartphones und der App „Google Expedition“ in einem Klassezimmer mit WLAN sehr gut funktioniert.

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Projekt 2: Referate im Unterricht mit Virtual Reality – eigene 3D Filme erstellen

Die Abiturienten Florian Schwehr und Florin Kluthe beschäftigen sich mit der Frage, ob es möglich ist eigene 3D Filme zu erstellen um damit z. B. ein Referat oder eine GFS im Klassenzimmer anschaulicher zu gestalten.

2 a) Geeignete Apps und Programme
Wichtig war den Schülern, dass zur Aufnahme der realen Räume keine spezielle und teure 3D Kamera, sondern das eigene Smartphone verwendet werden kann. Gute Smartphones bieten in der vorinstallierten Kamera-App einen 360-Grad-Modus zur Aufnahme von 3D Räume. Alternativ können die 3D Bilder auch in Google Streetview erstellt und als Bild exportiert werden. Zur Erstellung eines 3D Filmes aus einzelnen 3D Bildern testeten die Abiturienten verschiedene Programme wie z. B. „VR-Suite“ oder „Magix Video Deluxe Premium“. Neben der Bedienung der Software wurde auch die Art der Ausgabe des 3D-Films zum Einsatz im Unterricht bewertet. Die Schüler entschieden sich schließlich für das Programm „Video Deluxe Premium“, da dies von der Bedienung her sehr intuitiv ist und mit 70€ im Preisbereich der Schule für die Installation im Computerraum liegt. Als Fallbeispiel gestalteten die Kursstufenschüler Florian und Florin eine virtuelle Führung durch das Friedrich-Gymnasium Freiburg. Der fertige 3D Film wurde bei YouTube in 4K Qualität hochgeladen und kann mit oder ohne 3D Brille betrachtet werden. Zum Anschauen des Films mit einem Computer tippt man mit der Maus in den Film und verändert so die Position im Raum. Zum Anschauen des Films mit Smartphone oder Tablet ohne VR-Brille bewegt man das mobile Endgerät beliebig im Raum.

2 b) Technische Herausforderungen
Die VR-Apps zur Aufnahme des Raumes mit dem Smartphone müssen aus 36 zweidimensionalen Einzelbildern eines Raumes ein einzelnes 3D Bild erstellen (Stitching). Dieser Prozess arbeitet noch nicht zuverläsig, was man an Verzerrungen und Sprüngen im 3D-Raum bemerkt. Der Nachteil der 3D YouTube Filme zum Einsatz im Klassenzimmer ist die große Datenmenge eines Films. Mit dem momentanen technischen Stand der Schule (keine Internetverbindung über Glasfaserkabel) ist es nicht möglich 30 Schüler gleichzeitig durch die virtuellen Filmräume gleiten zu lassen. 

2 c) Fazit
Zusammenfassend kann man sagen, dass die Erstellung von 3D-Filmen mit schülereigenen Smartphones und dem kostenpflichtigen Programm „Magix Video Deluxe Premium“ sehr einfach funktioniert und ein Referat sehr anschaulich machen kann.

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Projekt 3: Mit Google Street View auf virtuelle Weltreise - Apps zur Aufnahme von 3D Räumen

Die Schülerin Antonia Volk und der Schüler Paul Wiesenthal erforschten, welche App am besten geeignet ist um Räume ohne spezielle 3D Kamera aufzunehmen und diese Bilder im Anschluss möglichst einfach in den Unterricht zu integrieren.

3 a) Wahl einer geeigneten Smartphone App
Gute Smartphones beinhalten eine vorinstallierte Kamera-App zur Aufnahme eines 3D-Raumes. Aber auch mit einfacheren Smartphones können 3D Bilder mit Apps fotographiert werden, die sich allerdings in der Qualität sehr unterscheiden. Einige Apps wie z. B. „Google Cardboard Camera“ nehmen keinen vollständigen 3D Raum  auf (Boden und Decke fehlen). Andere Apps lieferten ungenaue Ergebnisse, was vor allem am rechenintensiven Stitching-Prozess direkt auf dem Smartphone liegen könnte. Bessere Ergebnisse lieferten internetbasierte Apps bei denen die Einzelbilder auf bestimmte Server zum Stitching hochgeladen werden können.

3 b) VR-App für das Klassenzimmer
Als beste App zur Aufnahme und Vorführung von 3D Bildern im Unterricht bewerteten die beiden Abiturienten Google Street View. Bei realen Exkursionen können hier auch mit einfachen Smartphones (Gyroskop-Sensor erforderlich) 3D Bilder erstellt und unter Beachtung der Persönlichkeits- und Datenschutzrechte veröffentlicht werden. Google Street View beinhaltet bereits zahlreiche 3D Rundgänge von Sehenswürdigkeiten auf der ganzen Welt, die jederzeit im Unterricht mit oder ohne VR-Brillen angeschaut werden können. 

3 c) Führung durch den Botanischen Garten Freiburg
Als Fallbeispiel erstellen die beiden Schüler in Google Street View 3D Bilder des Botanischen Gartens in Freiburg. 

Link zum Rundgang bei Google StreetView

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