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Entwickelt, produziert und getestet von Studierenden in den Science Labs

Virtual Reality

Der Strömungskanal auf der Ökologischen Rheinstation wird im Rahmen der 2. Förderphase der Zukunftsstrategie Lehrer*innenbildung verwendet. Zur Zeit finden 3 miteinander koordinierte Competence Labs Lehrveranstaltungen statt, in denen die Erfahrungen mit dem Strömungskanal aus der 1. Förderphase ausgewertet werden:

  1. Ein Seminar „Entwickeln mit Game Engines“ im VR Lab des Regionalen Rechenzentrums der Universität zu Köln (RRZK), in dem Lehramtsstudierende zusammen mit  Studierenden des Fach-Studiengangs Wirtschaftsinformatik eine Computersimulation der Strömungsverhältnisse im Rhein in der Nähe der Ökologischen Rheinstation, und des Strömungskanals, anfertigen.
  2. Ein Seminar im Medienlabor der Physikdidaktik, in dem Lehramtsstudierende verschiedener Fächer im Dialog mit den Studierenden im RRZK Schulbezogene Arbeits- und Informationsmaterialien für Schüler*innen und Lehrer*innen erstellen
  3. Ein Design Thinking Seminar, in dem Studierende des Mercator-Instituts für Deutsch als Zweitsprache (DaZ) zusammen mit Lehramtsstudierenden Interviews mit Schüler*innen zu ihren Vorstellungen von den Strömungsverhältnissen im Rhein und ihrem Einfluss auf die Tierwelt erfassen und die Prototypen aus den Seminaren 1 und 2 in der Schulpraxis testen werden.

Während des Wertftaufenthaltes der Ökologischen Rheinstation wird durch den Umbau der ehemaligen Werkstatt ein neuer Raum entstehen - das „Holodeck“ - in dem der Strömungskanal Seite an Seite mit der Simulation „Virtual Rhine Riverbed“ aufgestellt und im direkt Bezug aufeinander genutzt werden soll.

 

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Abbildung: Eine gemischte Gruppe aus Studierenden des Lehramtes Physik und Studierenden der Wirtschaftsinformatik erklären ihre erste Vorstellung zum Aufbau der Strömungssimulation, die auf den Erfahrungen mit dem Strömungskanal in der 1. Förderphase aufbaut. Links im Bild Dr. Paul Benölken vom VR Lab des Regionalen Rechenzentrums RRZK. Zweiter von Links Diplombiologe Maik Schössow von den Competence Labs der Zukunftsstrategie Lehrer*innenbildung.

Von der Joachim Herz Stiftung  in Hamburg haben wir auf Grundlage der Erfolge der Zukunftsstrategie Lehrerbildung und des bereits jetzt sichtbaren Projekterfolges in der 2. Förderphase eine Förderzusage in Höhe von 12.5000 € Sachmittel und 2.500€ WHK-Mittel für ein weiterführendes Projekt erhalten. Hierbei werden durch professionelle Computergrafiker hochwertige Computermodelle sogenannte Assets, von Tieren, Pflanzen und Bodenobjekten gefertigt, mit denen das Ergebnis der Studierenden aus den Competence Labs Lehrveranstaltungen konkurrenzfähig zu modernen Computerspielen erscheinen. Damit sollen die von Studierenden in den Competence Labs gefertigten Simulationen ihren Weg auf die Spielkonsolen der Jugendlichen finden und dort als Lernspiel (Serious Game) eingesetzt werden. Dies ist, vor allem hinsichtlich der Verbreitungsmöglichkeiten, ein erheblicher Mehrwert und Zugewinn für das Gesamtprojekt. Wir stehen darüber hinaus mit der Joachim Herz Stiftung im Gespräch, ob die bekannte Plattform „Leifi Physik“ als Verbreitungsplattform für die Entwicklungen aus den Competence Labs eingesetzt werden kann.

Verwendung des Windkanals auf der ökologischen Rheinstation und im MINT Maker Space

Eng verwandt mit der Umströmung von Körpern im Wasser ist die Umströmung von Körpern in Luft. Der Unterschied: Wasser sieht man, kann man fühlen und greifen, und Kinder haben ein unbewusstes Verständnis davon dass Wasser einen trägt - sei es statisch durch Schwimmen im Wasser, oder dynamisch durch „surfen“ über der Wasseroberfläche. 

Ganz anders sieht es mit Luft aus. Dass ein 100 Tonnen schweres Verkehrsflugzeug trotz seines hohen Gewichtes in der Luft fliegen kann ist intuitiv nicht verständlich. Dass das Flugzeug dabeinin jeder Sekunde 500 Tonnen Luft nach unten drückt und damit dynamischen Aufrieb erzeugt sieht man ihm im Gegensatz zum Wasserskifahrer oder Surfer auf der Welle nicht an. Dies erzeugt Unsicherheit, Unverständnis und letzten Endes damit Angst vor dem Fliegen. 

Auf der Ökologischen Rheinstation werden deshalb der Windkanal und der Strömungskanal im engen Zusammenspiel miteinander eingesetzt. In wissenschaftlichen Settings untersuchen wir, wie sich durch das Zusammenspiel ein vertieftes Verständnis von Auftrieb und Widerstand in unterschiedlichen Medien erarbeiten lässt.

Diese Kompetenzen sind nicht nur für das Verständnis von Transportmitteln wie Flugzeuge, Schiffe und Autos notwendig - kurzum alles was sich durch Luft oder Wasser bewegt - sondern auch für die Entwicklungen von Anlagen der regenerativen Energiewandlung wie Windkraftanlagen, Pumpspeicherkraftwerke oder Gezeitenkraftwerke. Deswegen setzten wir einen zweiten Windkanal, der ohnehin als Backup notwendig ist, fortwährend im „MINT Makerspace“ der 2. Förderphase ein. Schüler*innen entwickeln hier am Computer eigene Bauteile für leichtere, leisere und effiziente Windkraftanlagen, Autos, Wasserfahrzeuge und Flugzeuge die im Windkanal oder Strömungskanal erprobt werden.

Veröffentlichung: Genz, F. & Vieyra, R.E. (2016). Evaluating the use of Flight Simulators. MPTL selected papers (20th International Conference on Multimedia in Physics Teaching and Learning) http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:19-epub-28963-4 , ISBN: 978-2-914771-95-5

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Instruktionsvideo zu einer Gruppenarbeit für bis zu 24 Schüler*innen. Eine Projektarbeit von Bianca Hilger, Dominik Krach, Leon Ostermann und Josefine Urban im Seminar "Neue Medien im Naturwissenschaftlichen Unterricht"

Masterarbeit (2018): "Physik im Kontext: Das Leben der Tiere im Fluss." Lehramt Gymnasium und Gesamtschule, Fach Physik