iVoltage | Thomas Sean Weatherby

iVoltage ist ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt zur Frage, welche Merkmale von Visualisierungen und Augmented Reality das Verständnis elektrischer Stromkreise unterstützen. Im Mittelpunkt stehen digitale Werkzeuge, die unsichtbare elektrische Größen wie Stromstärke, Spannung und Potenzial sichtbar machen. (Weatherby et al., 2020)

Forschungsproblem

Beim Lernen einfacher Gleichstromkreise müssen Lernende mehrere Darstellungen und Messwerte koordinieren. Gerade Spannung und elektrisches Potenzial bleiben häufig abstrakt, sodass Lernende Schwierigkeiten haben, lokale Messwerte mit dem gesamten Stromkreis zu verbinden.

Intervention/Werkzeug

Im Projekt wurden verschiedene digitale Repräsentationen entwickelt und verglichen: eine Tablet-Dashboard-Visualisierung realer Messdaten, eine Augmented-Reality-Darstellung im Kamerabild und eine interaktive Simulation, die Potenzial und Stromstärke über Farbe, Höhe und Pfeile sichtbar macht.

Simulation mit Potenzialdarstellung über Farbe.

Von links nach rechts: Messdaten in der realen Versuchsanordnung per Augmented Reality, dieselben Daten auf einem iPad-Dashboard und eine Simulation mit farbcodiertem Potenzial und Strompfeilen.

Studiendesign

Mehrere quasi-experimentelle und experimentelle Studien in physikalischen Praktika untersuchten Medienbedingungen und Sozialformen, darunter Augmented Reality, Tablet-Dashboards, Multimeter, Einzelarbeit und Partnerarbeit. Erfasst wurden Lernzuwachs, kognitive Belastung und affektive Indikatoren. (Kapp et al., 2020; Kapp et al., 2020; Weatherby et al., 2024)

Zentrale Ergebnisse

Ein zentrales Ergebnis ist, dass technisch aufwendigere Darstellungen nicht automatisch zu besseren Lernergebnissen führen. Gut gestaltete 2D-Darstellungen und Simulationen können ähnlich lernwirksam sein wie komplexere AR-Umgebungen, während AR besonders für die Verknüpfung realer Experimente mit digitalen Messdaten interessant bleibt.

Status

Abgeschlossener und fortgeführter Forschungsstrang zu digitalen Repräsentationen, kognitiver Belastung und Elektrizitätslehre.

Referenzen

2024

(Not) Learning Alone with Augmented Reality: Continuing Results From a Comparative Study in an Undergraduate Physics Laboratory Course

Thomas Sean Weatherby, Sebastian Kapp, Michael Thees, and 4 more authors

In The 15th Conference of the European Science Education Research Association (ESERA), 2024

BibTeX Link PDF

@inproceedings{weatherby2024not,
  title = {(Not) Learning Alone with Augmented Reality: Continuing Results From a Comparative Study in an Undergraduate Physics Laboratory Course},
  author = {Weatherby, Thomas Sean and Kapp, Sebastian and Thees, Michael and Beil, Fabian and Burde, Jan-Philipp and Wilhelm, Thomas and Kuhn, Jochen},
  booktitle = {The 15th Conference of the European Science Education Research Association (ESERA)},
  number = {Proceedings Book Series - I},
  pages = {344--355},
  year = {2024},
  url = {https://drive.google.com/file/d/1eLNC_QdNRA_kYL7ahWBE54TYgLqHMdpe/view},
}

2020

iVoltage-Einsatz einer Simulation im E-Lehre-Praktikum

Thomas Sean Weatherby, Thomas Wilhelm, Jan-Philipp Burde, and 4 more authors

PhyDid B-Didaktik der Physik-Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, 2020

BibTeX Link PDF

@article{weatherby2020ivoltage,
  title = {iVoltage-Einsatz einer Simulation im E-Lehre-Praktikum},
  author = {Weatherby, Thomas Sean and Wilhelm, Thomas and Burde, Jan-Philipp and Kapp, Sebastian and Thees, Michael and Beil, Fabian and Kuhn, Jochen},
  journal = {PhyDid B-Didaktik der Physik-Beitr{\"a}ge zur DPG-Fr{\"u}hjahrstagung},
  volume = {1},
  year = {2020},
  url = {https://www.fachportal-paedagogik.de/literatur/vollanzeige.html?FId=3412436},
}

The Effects of Augmented Reality: A Comparative Study in an Undergraduate Physics Laboratory Course.

Sebastian Kapp, Michael Thees, Fabian Beil, and 4 more authors

In CSEDU (2), 2020

DOI BibTeX Link PDF

@inproceedings{kapp2020effects,
  title = {The Effects of Augmented Reality: A Comparative Study in an Undergraduate Physics Laboratory Course.},
  author = {Kapp, Sebastian and Thees, Michael and Beil, Fabian and Weatherby, Thomas and Burde, Jan-Philipp and Wilhelm, Thomas and Kuhn, Jochen},
  booktitle = {CSEDU (2)},
  pages = {197--206},
  year = {2020},
  doi = {10.5220/0009793001970206},
  url = {https://www.scitepress.org/PublicationsDetail.aspx?ID=lcXNQhWYj6o=&t=1},
}

Using Augmented Reality in an Inquiry-Based Physics Laboratory Course

Sebastian Kapp, Michael Thees, Fabian Beil, and 4 more authors

In International Conference on Computer Supported Education, 2020

DOI BibTeX Link PDF

@inproceedings{kapp2020using,
  title = {Using Augmented Reality in an Inquiry-Based Physics Laboratory Course},
  author = {Kapp, Sebastian and Thees, Michael and Beil, Fabian and Weatherby, Thomas and Burde, Jan-Philipp and Wilhelm, Thomas and Kuhn, Jochen},
  booktitle = {International Conference on Computer Supported Education},
  pages = {177--198},
  year = {2020},
  organization = {Springer},
  doi = {10.1007/978-3-030-86439-2_10},
  url = {https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-86439-2_10},
}