Eine Frau schaut durch eine in einen großen schwarzen Helm eingebettete Schutzbrille. Waldgeräusche kommen aus verschiedenen Ecken des Raumes: Ein Vogel zwitschert hier, eine Brise flüstert dort. Sie bewegt sich langsam durch den Raum. An der Wand wird ein flacher digitaler Wald projiziert, damit die Betrachter eine ungefähre Vorstellung von ihrer Umgebung bekommen, aber für sie ist dieser Student kein kleiner, beengter Raum in einem Universitätslabor mehr. Dank dieses schwarzen Helms geht sie durch den Wald.
In einer Minute gibt sie einen Joystick, der aussieht und vibriert wie eine Kettensäge, und sie wird gebeten, einen Baum zu fällen. Als sie die Aufgabe erledigt hat, spürt sie den gleichen Widerstand, den sie empfinden könnte, wenn sie einen echten Baum fällen würde. Wenn sie diesen Wald verlässt und wieder in die "reale" Welt zurückkehrt, sinkt ihr Papierverbrauch um 20 Prozent und sie zeigt eine messbare Präferenz für Recyclingpapierprodukte. Diese Effekte werden in den nächsten Wochen anhalten und die Forscher gehen davon aus, dass es sich um eine ziemlich dauerhafte Verschiebung handeln wird. Im Vergleich dazu werden Schüler, die sich ein Video über Entwaldung ansehen oder einen Artikel zu diesem Thema lesen, an diesem Tag ein verstärktes Bewusstsein für Papierverschwendung zeigen - aber bis Ende der Woche kehren sie zu ihrem Ausgangsverhalten zurück.
Die Baumschnittstudie ist eine von vielen, die die Stanford University in den letzten Jahren in ihrem Virtual Human Interaction Lab durchgeführt hat, um herauszufinden, inwieweit eine simulierte Erfahrung das Verhalten beeinflussen kann. Und es ist Teil einer wachsenden Zahl von Forschungen, die darauf hindeuten, dass virtuelle Erfahrungen einen starken Katalysator für ansonsten apathische Gruppen darstellen, die sich mit Themen befassen und Maßnahmen ergreifen, einschließlich des Klimawandels. Dies ist wichtig, da sich herausgestellt hat, dass die in der Natur verbrachte Zeit der menschlichen Gesundheit durchaus zuträglich ist, ob Menschen den Gefallen zurückzahlen oder nicht, hängt in der Regel von der Art der Naturerlebnisse ab, die sie in ihrer Jugend gemacht haben. In einer Studie aus dem Jahr 2009, die in der Zeitschrift PLoS ONE veröffentlicht wurde, stellten Forscher der Universität von Pretoria in Südafrika fest, dass Menschen, die Zeit mit Wandern und Rucksacktouren verbracht hatten, ein Jahrzehnt oder später eher bereit waren, Umweltschutzbemühungen zu unterstützen verbrachte Zeit mit Fischen, da Kinder eigentlich weniger geneigt waren, irgendetwas zu tun, um die Umwelt zu unterstützen. Eine frühere (2006) Studie über die Beziehung zwischen Naturerfahrungen und Umweltschutz ergab, dass diejenigen, die ihre Jugend in "wilder" Natur verbracht hatten, definiert als Wandern oder Spielen im Wald, eher Umweltschützer als Erwachsene waren, als solche, die dies taten der "domestizierten" Natur ausgesetzt waren - definiert als Besuche in Parks, Pflücken von Blumen, Pflanzen von Samen oder Pflegen von Gärten -, waren dies nicht. Angesichts der Unwahrscheinlichkeit, dass jedes Kind ein "wildes" Naturerlebnis hat, sind Forscher auf der Suche nach anderen Wegen, um umweltbewusstes Verhalten zu fördern.
Ein Screenshot der Virtual-Reality-Umgebung, die in der Baumschnittstudie an der Stanford University verwendet wurde. (Bild: Virtual Human Interaction Lab / Stanford University) Die jüngste Arbeit mit virtueller Realität baut auf ungefähr einem halben Jahrhundert Verhaltensstudien auf, die zeigen, dass die Bereitschaft des Menschen, sein Verhalten zu ändern, direkt mit unserem Gefühl der Kontrolle korreliert.
Der Klimawandel ist, wie viele große Umweltprobleme, ein Problem, auf das sich nur wenige Menschen direkt einwirken lassen - zum Guten oder Schlechten. Wie die Forscher Sun Joo (Grace) Ahn und Jeremy Bailenson in einem bevorstehenden Artikel in der Fachzeitschrift Computers and Human Behaviour beschrieben haben, können einzelne Maßnahmen im Mikromaßstab, wie das Versäumnis, Papier zu recyceln oder bestimmte Richtlinien zu unterstützen, im Laufe der Zeit zu negativen Umwelteinflüssen beitragen Folgen wie die Entwaldung, die sich über viele Jahre auf die Klimaentwicklung auswirken. Aber die langen Zeiträume und der enorme Umfang schaffen eine gefährliche Trennung. Während 97 Prozent der von Experten begutachteten wissenschaftlichen Untersuchungen darauf hinweisen, dass Aktivitäten des Menschen in erster Linie zum Klimawandel beitragen, sieht nur die Hälfte der Amerikaner den Zusammenhang.
Befürworter der virtuellen Realität sind der Meinung, dass dies dazu beitragen könnte, die Auswirkungen des Klimawandels in den Griff zu bekommen und die Menschen zu befähigen, etwas dagegen zu unternehmen. "Wenn Einzelpersonen das Gefühl haben, dass ihr Verhalten sich direkt auf das Wohlbefinden der Umwelt auswirkt, sind sie mit größerer Wahrscheinlichkeit besorgt und kümmern sich aktiv um die Umwelt", schrieben Ahn und Bailenson.
Bailenson, ein Kognitionspsychologe und Gründungsdirektor von Stanfords Virtual Human Interaction Lab, sieht in der virtuellen Realität einen besonderen Wert im Zusammenhang mit dem Klimawandel, da er eine Kombination aus realer Erfahrung und grenzenlosen Möglichkeiten ermöglicht: Das Gehirn behandelt die virtuelle Erfahrung als real, aber in der Realität Gleichzeitig weiß, dass in der Simulation alles möglich ist.
"Man kann viszeral unterschiedliche Zukünfte erleben und Erfahrungen aus erster Hand über die Konsequenzen menschlichen Verhaltens sammeln", sagte Bailenson.
Lehrer Tech
Forscher, die sowohl an der virtuellen als auch an der erweiterten Realität arbeiten, in denen mobile Apps auf Smartphones oder Tablets Informationen über die Realität legen, experimentieren zunehmend mit diesen Technologien als Lernwerkzeug. Mehrere Universitäten, darunter Stanford, Harvard und MIT, erproben die Verwendung dieser erweiterten und virtuellen Realität an Mittel- und Hochschulen. Und Museen, die mehr Flexibilität genießen und außerhalb der Lehrplananforderungen und Testergebnisse tätig sind, haben die Idee von ganzem Herzen angenommen. Wissenschaftsmuseen und Zoos an beiden Küsten nutzen die Technologie in Exponaten und setzen Augmented-Reality-Apps ein, die Besucher auf ihren Handys oder in musealen Mobilgeräten verwenden können, um mehr über das zu erfahren, was sie sehen.
„Um komplizierte Themen wie den Klimawandel zu verstehen, muss die Perspektive dahingehend geändert werden, wie Sie das Problem sehen möchten“, sagte Amy Kamarainen, Co-Direktorin der Harvard-Projekte EcoMOBILE und EcoMUVE. „Wir versuchen dies zu erreichen, indem wir Kinder in Umgebungen eintauchen, die Elemente aufweisen, die denen von realen Systemen ähneln, die jedoch etwas vereinfacht sind, um Kinder dort zu treffen, wo sie sich befinden. Wir stecken sie in komplexe Welten, geben ihnen aber die Werkzeuge, um auspacken zu können, was gerade passiert. "
EcoMUVE, eine virtuelle Desktop-Umgebung mit mehreren Benutzern und einem simulierten Teichökosystem, wurde von der Harvard University entwickelt, um den Studenten grundlegende biologische Prozesse wie Photosynthese und Zersetzung sowie Systeme beizubringen, die über komplexe Umweltprobleme nachdenken. Das Harvard-Team startete kürzlich EcoMOBILE, eine entsprechende Augmented-Reality-App, mit der die Schüler die EcoMUVE-Erfahrung mitnehmen, Daten vor Ort sammeln und "sehen" können, was unter der Oberfläche vor sich geht und was in einem Ökosystem in der Vergangenheit passiert ist . EcoMUVE wurde ursprünglich in Schulen in Massachusetts und New York getestet, steht jetzt aber für alle Schulen zum Herunterladen zur Verfügung und wird in den USA und auch in anderen Ländern, einschließlich Indien und Mexiko, verwendet. EcoMOBIL wird derzeit an Schulen in Massachusetts und New York getestet.
Eine Handvoll High Schools in Massachusetts haben auch eine vom MIT entwickelte Augmented-Reality-App namens Time Lapse 2100 getestet, in der Benutzer verschiedene Richtlinien festlegen müssen, die sich auf die Umgebung auswirken, und ihnen dann zeigen, was passieren würde, wenn diese Richtlinien erlassen würden. In diesem Herbst testen die Schulen in der Bay Area Stanfords Coral Reef, ein Virtual-Reality-Spiel, bei dem die Teilnehmer zu einem Stück Koralle in einem von der Versauerung des Ozeans betroffenen Riff werden. Alle drei Universitäten arbeiten auch mit Museen und naturwissenschaftlichen Lernzentren zusammen, um ihre Technologie in Lernerfahrungen umzusetzen.
"Die Idee der erweiterten Realität hat mich anfangs nicht begeistert", sagte die Kognitionswissenschaftlerin Tina Grotzer, Professorin an der Harvard Graduate School of Education und Co-Principal Investigator für die Projekte EcoMUVE und EcoMobile. Grotzer war selbst mehrere Jahre als Lehrerin tätig, bevor sie nach Harvard ging, um zu erforschen, wie Kinder lernen, insbesondere wie sie Naturwissenschaften lernen. Grotzer sagte, es sei das Potenzial der Technologie, umweltwissenschaftliche Lektionen nach Hause zu bringen, was sie überzeugte. "Mit der Physik können Sie ein Experiment durchführen, und Kinder können sofort sehen, wovon Sie sprechen. Mit der Umweltwissenschaft haben wir versucht, ein Zersetzungsexperiment durchzuführen, aber Sie haben das Experiment vorbereitet und dann 12 Wochen später passiert etwas. Bis dahin." die Kinder haben das Interesse völlig verloren. "
Das liegt daran, dass es für Kinder schwierig ist, etwas zu erfassen, das sie nicht sofort sehen können, erklärte Grotzer. Augmented Reality ermöglicht es Lehrern, diese Vision oder das, was Gelehrte als Aufmerksamkeitsrahmen bezeichnen, zu erweitern und das Unsichtbare greifbarer zu machen. Zum Beispiel bringen Lehrer Kinder zu einem nahe gelegenen Teich und zeigen ihnen mit EcoMOBILE, wie die Stadt vor 60 Jahren dort Müll deponierte und fast den heutigen unberührten Naturteich füllte. Die App zeigt ihnen, wie Pflanzen rund um den Teich Sonnenlicht in Energie umwandeln und welche mikroskopischen Auswirkungen das Leben unter der Wasseroberfläche hat. Außerdem werden sie durch die reale Sammlung von Wasserproben geführt, die sie bei der Analyse unterstützen.
"Ich habe diese Exkursionen mitgemacht und gesehen, wie die Technologie sie tatsächlich mehr in die Umgebung eintaucht, als sie abzulenken", sagte Grotzer. Die Schüler verwenden Smartphones, um Fotos und Notizen zu machen und zu dokumentieren, was sie sehen: die Klarheit des Teichwassers, das Wetter, Beschreibungen ihrer Proben, verschiedene Arten von Insekten und Vögeln. Und sie können auch in ihrem eigenen Tempo lernen. „Wenn ein Schüler auf einer regulären Exkursion eine Frage hätte, müsste er diesen Moment, der die Frage anspornte, verlassen und den Lehrer fragen“, sagte Grotzer. „Der Lehrer würde die Bedürfnisse von 30 Kindern unterstützen. Auf diese Weise können sie die Antwort selbst finden und im Moment bleiben, sich mit dem beschäftigen, was sie suchen. "
In Stanfords Korallenriff verkörpern Schüler ein großes Stück lila Koralle vor der Küste Italiens in der Nähe von Ischia. Im Verlauf einer 14-minütigen Lektion werden sie durch die Erfahrung einer Koralle in einem Gewässer geführt, das von einer Versauerung des Ozeans betroffen ist. Zunächst ist der umgebende Ozean mit einer Fülle von Meereslebewesen gefüllt. Wellen rund um das Riff werden durch Bodenvibrationen und Meeresgeräusche simuliert. Ein Labortechniker berührt den Teilnehmer regelmäßig mit einem Stab in synchronisierten Bewegungen, um mit dem übereinzustimmen, was er als ein Fischernetz ans Riff schlägt. Dann setzt die Versauerung ein. Das Leben im Meer beginnt überall abzusterben. Das Riff beginnt seine Farbe zu verlieren, genau wie das Stück Koralle, das der Teilnehmer verkörpert hat.
Bailenson und sein Team haben die Simulation mit College-Studenten getestet und gezeigt, dass sich Studenten mehr darum kümmern, was mit Korallenriffen passiert. Das Team verfolgte diese Teilnehmer über Wochen hinweg und verglich sie mit einer Gruppe, die sich lediglich ein Video über die Auswirkungen der Ozeanversauerung auf Korallenriffe angesehen hatte. Dabei stellte man fest, dass die durch die Virtual-Reality-Erfahrung hervorgerufene Änderung der Einstellung länger anhielt als jede durch das Video hervorgerufene Veränderung.
Smartphones für alle
Ob Schulen sich für eine Augmented-Reality-Tablet-App entscheiden, die die Schüler auf dem Schulhof herumführt und beispielsweise auf den biologischen Prozess im Komposthaufen hinweist, oder eine landschaftsbasierte Smartphone-App (wie EcoMOBILE oder Time Lapse 2100) für die Verwendung auf einem Eine Exkursion oder eine Desktop-Erfahrung (wie EcoMUVE), die im Computerraum der Schule verwendet werden kann, stellen sie vor eine steile Lasche für Hardware und Software. Hardware für Virtual-Reality-Simulationen ist für die meisten Schulen nach wie vor unerschwinglich, obwohl die Kosten sinken: Virtuelle Headsets wie das Oculus Rift kosten die Verbraucher jetzt 350 US-Dollar. Eine Schule könnte möglicherweise ein paar Headsets für ein Virtual-Reality-Spiel für mehrere Benutzer erwerben, das vier Schüler gleichzeitig spielen könnten, während sich der Rest der Klasse mit einer Augmented-Reality-Komponente auf Desktops in der Nähe befasst.
Trotz zunehmender Auswahlmöglichkeiten und sinkender Preise stehen Schulen, die diese Technologien im Unterricht einsetzen möchten, vor einer Reihe von Herausforderungen.
Wenn virtuelle und erweiterte Realität messbare Auswirkungen darauf haben sollen, wie zukünftige Generationen den Klimawandel verstehen und mit ihm umgehen, ist der Zugang über alle sozioökonomischen Klassen hinweg von entscheidender Bedeutung. Kamarainen sagte, dass in einigen Schulbezirken mit höherem Einkommen die Schüler ihre eigenen Geräte benutzen könnten.
In vielen Schulbezirken des Landes besitzt die Mehrheit der Schüler jedoch kein Smartphone. Das Mobilfunkunternehmen Kajeet hat begonnen, dieses Problem zu lösen, indem es Datenpakete für Schulen anbietet, die WLAN mit schulgesteuerter Filterung ermöglichen, damit die Kinder die von der Schule bereitgestellten Tablets nur für schulbezogene Arbeiten mit nach Hause nehmen können.
In den Schulen, in denen Kamarainen arbeitet, stellt Harvard Schülern Smartphones für Exkursionen zur Verfügung und bezahlt Kajeets WiFi und Datendienst (zwei bis drei Cent pro Megabyte pro Gerät). Die Harvard-Apps funktionieren sowohl auf Smartphones als auch auf Tablets. Es ist daher möglich, dass sich Tausende von US-Schulen, die in den letzten zwei Jahren Tablets gekauft oder erhalten haben, bei Kajeet anmelden, um diese Apps auf dem Campus und außerhalb des Campus nutzen zu können . Branchenanalysten schätzen, dass US-Schulen bis Ende 2014 weitere 3, 5 Millionen Tablets kaufen werden, und mehrere Unternehmen, darunter Intel, AT & T, Fox und Qualcomm, haben gemeinnützige Initiativen gestartet, um Tablets in Schulen zu verteilen.
Das Büro des Direktors
Auch wenn es Unternehmen wie Kajeet gelingt, Hardware für Schulen erschwinglicher zu machen, ist es für Entwickler von virtuellen und erweiterten Realitäten noch ein langer Weg, bis ihre Programme in der Bildung weit verbreitet sind. Zu den logistischen Herausforderungen gehören die Sicherstellung der Finanzierung für Pilotversuche, die Budgetierung der Mittel für den Kauf neuer Technologien, die Schulung des Personals und die Gewinnung von Buy-ins von Eltern, Lehrern und Administratoren.
"Es gibt immer wieder Zusammenstöße zwischen der Realität in einem Klassenzimmer und dem, was Forscher in einem Klassenzimmer gerne sehen würden", sagte Paul Olson, ein Outreach - Spezialist der Games Learning Society (GLS) an der Universität von Wisconsin in Madison, der seit mehr als drei Jahrzehnten die siebte Klasse unterrichtet. Er sagte, dass ein Großteil seiner Zeit in diesen Tagen damit verbracht wird, Forschern zu erklären, wie das Leben "in den Schützengräben" ist, und Lehrer zu ermutigen, mit GLS-Spielen zu experimentieren, um diejenigen Schüler zu motivieren, die "wirklich nicht auf eine Vorlesung oder ein Kapitel in antworten" ein Buch, aber alles über etwas programmieren. "
Hier können Museen, in denen diese Technologien zum Einsatz kommen, Lücken schließen. "Ein Museum hat die Freiheit, sich den strengen Richtlinien und Anforderungen zu entziehen, denen die Schulen unterworfen sind", sagte Dan Wempa, Vizepräsident für auswärtige Angelegenheiten der New Yorker Hall of Science in Queens, in der täglich rund 1.200 Schüler auf Exkursionen sind während des Schuljahres. Die neueste Ausstellung Connected Worlds des Museums, die mit Beiträgen von Kamarainen erstellt wurde, wird die Besucher in eine digitale, interaktive Welt eintauchen lassen, die zeigt, wie sich ihre Aktionen auf die Umwelt auswirken. In einem Teil der Ausstellung versorgen die Besucher die Umwelt mit Wasser und eine Pflanze gedeiht. In einem anderen Fall fügen sie zu viel hinzu und verursachen Überschwemmungen. Zusammengenommen zeigt die Ausstellung den Schülern, wie ihre individuellen und gemeinschaftlichen Handlungen das Leben von Pflanzen und Tieren, sauberes Wasser und frische Luft beeinträchtigen oder unterstützen.
"Die Schüler wissen, dass Wasser wichtig ist, aber sie sagen: 'Ich habe nicht gewusst, dass es wichtig ist, und ich habe nicht gewusst, dass das, was ich hier mache, jemanden auf der anderen Seite betrifft", sagte Wempa.
Der PTA
"Ich bin nicht daran interessiert, dass meine Kinder in diese Art von Technologie eintauchen", sagte Megy Karydes, Marketingberaterin und Mutter von zwei Kindern (7 und 9 Jahre) in Chicago. "Wir begrenzen die Elektronik-Exposition unserer Kinder sehr, weil ich nicht möchte, dass sie süchtig werden. Andererseits ist mir klar, dass sie wissen müssen, was in der Welt vor sich geht. Ich balanciere das aus, aber wenn ich mich irren müsste." zur vorsicht, ich würde lieber wandern gehen, als sie auf einen bildschirm starren zu lassen. "
Karydes Sorgen sind bei den Eltern weit verbreitet. "Eltern neigen dazu, diese Spiele auf zwei Arten zu betrachten", sagte Eric Klopfer, Leiter des Scheller-Lehrerbildungsprogramms des MIT, der Time Lapse 2100 entwickelt und seit 2009 den Einsatz von Augmented Reality im Bildungswesen erforscht. "Großartig. Mein Kind ist draußen, aber er hat immer noch das Telefon in der Hand." Und das andere ist, dass das mobile Gerät und das Spiel ihr Kind tatsächlich nach draußen bringen. "
Kamarainen und Grotzer haben auch die Sorge der Eltern gehört, dass die Technologie das Naturerlebnis der Kinder unterbricht, und sie haben hart daran gearbeitet, Spiele zu entwickeln, die ihrer Meinung nach die Beziehung zur Natur ergänzen, anstatt sie zu beeinträchtigen.
An dem EcoMOBILE-Pilotprojekt nahmen bisher rund 1.000 Studenten teil, und Kamarainen sagte, dass sie konsequent darüber sprechen, wie das Stück „Augmented Reality“ ihnen dabei hilft, Dinge zu sehen, die in ihren Gemeinden vor sich gehen, auf die sie zuvor noch nie geachtet hatten. "Sie sagen, dies hilft ihnen, die Augen über die Umgebung zu öffnen", sagte Kamarainen. "Sie sind sich dessen bewusster und sie widmen der natürlichen Welt mehr Aufmerksamkeit."
Letztendlich sagen Befürworter, dass diese Spiele nicht nur das Verhältnis der Schüler zur Natur ergänzen und verbessern, sondern ihnen auch beibringen, systematisch zu denken und ihre eigenen Rollen bei der Schädigung oder Verbesserung ihrer Welt zu sehen.
"Die jüngeren Kinder sagen: 'Ich kann eine Welt erschaffen!'", Sagte Wempa, "und die älteren Kinder sagen: 'Ich mag das, weil ich das Gefühl hatte, die Kontrolle zu haben, und als Kind habe ich nie die Kontrolle von irgendetwas. ' Das überträgt sich. Sie verstehen, dass Handlungen Konsequenzen haben und sich auf die Ergebnisse auswirken können. "
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