Universität Paderborn richtet virtuelles Labor für Studierende ein
Laborpraktika sind essenzieller Bestandteil naturwissenschaftlicher Studiengänge. Durch verschiedene Experimente lernen die Studierenden, wie chemische Prozesse ablaufen und Substanzen miteinander reagieren. Gerade zu Beginn zeigt sich allerdings, dass Studienanfänger*innen mit unterschiedlichen praktischen Erfahrungen aus der Schule an die Universität kommen. Um dieser Diskrepanz Rechnung zu tragen, wurde an der Universität Paderborn mit „VirtuChemLab“ ein virtuelles Chemielabor eingerichtet. Damit ist es nicht nur möglich, grundlegende Vorgänge der laborpraktischen Arbeit zu erlernen, sondern auch orts- und zeitunabhängig Versuche durchzuführen. Möglich wird das durch den Einsatz von Virtual Reality (VR).
Den Gasbrenner mit der VR-Brille einschalten
„Das virtuelle Labor wird mittels einer VR-Brille betreten. Über Controller, die die Handbewegungen erkennen, kann mit der Umgebung interagiert werden. Die Studierenden können mit diesen speziellen Geräten also alle Objekte im Labor bedienen, wodurch die virtuelle Umgebung als besonders real empfunden wird. So ist es beispielsweise möglich, Stoffportionen abzuwiegen oder den Gasbrenner einzuschalten“, erklärt Jan-Luca Hansel, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Fachgruppe „Theorie verteilter Systeme“, die das Projekt nach dem Ende der Fachgruppe „Algorithmen und Komplexität“ des Heinz Nixdorf Instituts, die das Projekt ursprünglich geleitet hat, weiterführt.
Das „VirtuChemLab“ wurde unter Betreuung durch die Fachgruppe von einem Team aus 15 Studierenden aufgebaut. Das im vergangenen Jahr begonnene Vorhaben wird aus Fördermitteln der Universität in Höhe von rund 957.000 Euro finanziert und wurde durch Mitwirkung der Bereiche Chemie, Chemiedidaktik, Informatik, dem Zentrum für Informations- und Medientechnologien, der Fakultät für Kulturwissenschaften und den Medienwissenschaften der Universität Paderborn ins Leben gerufen. Die grundlegende Idee von „VR@UPB“ ist es, einen virtuellen Campus zu erstellen, bei dem sich Lehrende und Studierende einbringen können. Die entwickelten Umgebungen werden durch die Fachdidaktik Chemie wissenschaftlich evaluiert und zusammen mit Studierenden der Bachelor- und Lehramtsstudiengänge erprobt.
Chemische Reaktionen sehen und messen
Ein beispielhafter Anwendungsfall für das virtuelle Labor ist das Messen der Temperaturveränderung beim Lösen von Natriumhydroxid in Wasser. Hansel: „Für diesen Versuch nehmen Studierende die notwendigen Geräte und Materialien aus den Schränken des virtuellen Labors, stellen sie auf die virtuelle Laborzeile und bereiten deren Einsatz vor. Die Chemikalien werden dann virtuell so bearbeitet, dass die einsetzende chemische Reaktion für die Studierenden sicht- und messbar ist.“
Im Multiplayer-Modus können mehrere Teilnehmer*innen gleichzeitig im virtuellen Labor arbeiten und dabei von Lehrenden unterstützt werden. Über die in der VR-Brille verbauten Mikrofone und Kopfhörer ist ein kommunikativer Austausch zwischen den Anwesenden möglich. Für Besprechungen steht zusätzlich ein virtueller Seminarraum zur Verfügung, in dem Präsentationen oder Dokumente geteilt werden können.
Im „VirtuChemLab“ können Anwender*innen auch ohne vorherige Programmier- oder Softwarekenntnisse neue Versuchsaufbauten hinzufügen. Künftig soll es außerdem einen Mechanismus geben, mit dem das VR-System auf die Handlungen der Studierenden im Labor in Form von Feedback oder Hilfestellungen interaktiv eingehen kann.
