Das Hauptziel des Vorhabens ist die Entwicklung von VR-Applikationen zur Nutzung im bestehenden Schülerlabor „Energiewende macht Schule“. Dieses verfolgt das Ziel, die junge Generation in eine umfangreiche und kritische Auseinandersetzung mit den Anforderungen und Bedingungen zum Gelingen der Energiewende zu bringen und den Klimaschutz nachhaltig zu stärken. Moderne Lernmethoden, wie interaktive VR-Anwendungen, steigern die Attraktivität der Schülerlabore und erzielen durch von den Schüler*innen selbst erarbeitete Inhalte nachhaltigen Lernerfolg. Hierdurch soll das Bewusstsein für Energiethemen sowie das Interesse zur Ergreifung eines späteren Berufes im Kontext der Energiewende geweckt werden.
Die wissenschaftliche Begleitung der entwickelten VR-Modellformate mit anschließender Evaluation in den Schülerlaboren bietet die Möglichkeit, die Ergebnisse zu bewerten und daraus Empfehlungen zur Übertragbarkeit auf weitere nachhaltige Themenfelder abzuleiten. Damit erhalten Entscheidungsträger von Bildungseinrichtungen sachkundige und unabhängige Entscheidungshilfen und Anleitungen zur geeigneten Implementierung von VR-Anwendungen im eigenen Bildungsprogramm.
Das Projekt besteht aus vier Arbeitspaketen:
AP1 Ist-Analyse, Erstellung eines Lastenheftes und Vorkonzeptionierung:
AP 2 Detaillierte Konzeption der ausgewählten VR-Applikationen:
AP 3 Grafisches Design und Implementierung der fachlichen Inhalte der VR-Applikationen sowie Erstellung von Lehr- und Lernmaterialien:
AP 4 Test, Evaluation und iterative Weiterentwicklung der VR-Applikationen sowie Ergebnistransfer:
In AP 1 wurden zwei vorläufige Konzepte zum Thema „Energiesparen“ und „Auslegung und Installation einer Photovoltaik (PV)-Anlage“ am Beispiel eines Einfamilienhauses entwickelt. Gegenstand von AP 2 ist die weitere Detaillierung des gemeinsam mit dem Auftragnehmer Weltenmacher erarbeiteten Anwendungskonzeptes. In zwei gemeinsamen Treffen wurden die Rahmenbedingungen für die Entwicklung sowie die Konzeption der Spielemechanik erarbeitet. Basierend auf dem fertigen Konzept begann ab November 2021 die Programmierung der Anwendung in AP 3. Hierfür wurden in enger Absprache zwischen der HSD und der Firma Weltenmacher die in AP 2 entwickelten Konzepte grafisch umgesetzt und mit fachlichen Inhalten gefüllt. Durch einen sehr regen Austausch mit dem Auftragnehmer konnten die in der Vorhabenbeschreibung formulierten und geplanten Spezifikationen vollumfänglich in der Anwendung umgesetzt werden. Die entwickelte Anwendung besteht aus zwei getrennt spielbaren Levels. In Level 1 werden energetische Optimierungs- und Sanierungsmöglichkeiten in einem Einfamilienhaus ausfindig gemacht und entsprechend Geräte mit hohem Energieverbrauch ausgetauscht sowie Sanierungen vorgenommen. Dies geschieht im Rahmen eines zeitlichen begrenzten und mit Gamification-Elementen ausgestatteten Spiels, das nur im Zusammenspiel zwischen einer in der VR-Umgebung agierenden Person und einer weiteren Person, die wichtige Instruktionen gibt, erfolgreich abgeschlossen werden kann. Zum Abschluss des Spiels erfährt das Team in Form einer leicht verständlichen Ergebnisdarstellung, ob die durchgeführten Handlungen zu einer Verbesserung oder sogar Verschlechterung der Klimasituation führen.
In Level 2 wird eine Photovoltaikanlage aufgebaut zur Versorgung eines Einfamilienhauses, das bereits mit energieeffizienten Haushaltsgeräten und innovativer Wärmeversorgung durch eine elektrisch betriebene Inverter-Wärmepumpe ausgestattet ist. Hierzu werden ebenfalls in Teamarbeit die benötigten Bauteile sowie die Auslegung der PV-Anlage anhand des ermittelten durchschnittlichen jährlichen Stromverbrauchs des Hauses bestimmt.
Zusätzlich wurden in AP 3 die notwendigen Lehr- und Lernmaterialien seitens der HSD erstellt, welche den didaktischen Rahmen zur VR-Anwendung bilden und den Lernerfolg sicherstellen. Ein besonderer Fokus lag hier auf der Aktivierung der Schülerinnen und Schüler durch eine interaktive Kooperation zwischen dem/der Spieler*in in der VR-Umgebung (mit VR-Brille und Joysticks) und einem/einer zweiten Spieler*in am Handbuch. In AP 4 erfolgte eine Test- und Evaluationsphase. Die Anwendung wurde sowohl in den Schülerlaboren des ZIES (Zielgruppe der Anwendung: Schüler*innen), als auch in weiteren Nutzergruppen (angehende Lehrer*innen, fachkundiges Personal des ZIES) ausgiebig getestet. Hierfür wurde in Zusammenarbeit mit dem Fachbereich Sozialwissenschaften der HSD ein Fragebogen entwickelt, der sowohl den Lernerfolg im Hinblick auf die zu vermittelnden Fachkenntnisse als auch das Zusammenspiel der spielenden Personen berücksichtigt und die Erfahrungen während der Durchführung der Anwendung abfragt. Die Ergebnisse der Evaluation flossen im Rahmen einer Nachbeauftragung direkt in die Anwendung ein und sorgten für eine wichtige qualitative Verbesserung im Hinblick auf die Logik und Wissensvermittlung des Spiels VR4energy.
Mit Fertigstellung einer spielbaren Version der Anwendung wurde schon vor Projektende mit der Verbreitung der Anwendung begonnen. Hierzu wurden nach eingehender Recherche Firmen und Bildungseinrichtungen kontaktiert, welche im Bereich Virtual Reality (VR)-Nutzung in der Nachhaltigkeitsbildung tätig sind. Ein potentieller Partner für eine engere Zusammenarbeit könnte die Züricher Hochschule für angewandte Wissenschaften (ZHAW) sein. Die ZHAW hat im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte die VR-Anwendung namens Virtual Energy Hero (https://www.zhaw.ch/de/engineering/institute-zentren/ine/nachhaltige-energiesysteme/virtual-reality/) entwickelt, welche ebenfalls die Themen Energie & Nachhaltigkeit behandelt. In mehreren digitalen Treffen zwischen HSD und ZHAW wurden Erfahrungen ausgetauscht und konstruktives Feedback zur VR-Anwendung des jeweiligen Partners gegeben. Aktuell ist die Beantragung eines kooperativen Projektes angedacht.
Weiterhin hat die Hochschule Düsseldorf (HSD) einen Lehrerworkshop für angehende Lehrer über das zdi-Netzwerk durchgeführt. Hierbei wurde sowohl das allgemeine didaktische Konzept der Schülerlabore des Zentrum für Innovative Energiesysteme (ZIES ), als auch die im Zuge des Projektes VR4energy entwickelte Anwendung vorgestellt. Interessierten Personen wurde die Anwendung bei der 50-Jahres-Feier der Hochschule Düsseldorf im Mai 2022 im Rahmen von Laborführungen am ZIES demonstriert. Auch in Zukunft wird die Anwendung bei passenden Informationsveranstaltungen mit Beteiligung des ZIES gezeigt. Ein digitaler Workshop mit bestehenden Netzwerken rund um das Thema Schülerlabore ist für August/September 2022 geplant.
Die VR-Anwendung wird zudem auf der Homepage des Schülerlabors (https://www.hs-duesseldorf.de/schuelerlabore/news) beworben und sowohl das Spiel als auch die damit zusammenhängenden Lehrmaterialien können auf Anfrage von Dritten genutzt bzw. auf der genannten Homepage heruntergeladen werden.
Obwohl es zu Beginn des Projektes zu Verzögerungen im Beauftragungsprozess kam, konnte im weiteren Verlauf ein stimmiges und zielführendes Anwendungskonzept für die Erstellung der Virtual Reality (VR)-Applikationen erarbeitet werden. Alle Projektziele konnten trotz der Verzögerung erreicht werden. Die in Arbeitspaket 2 entwickelten Konzepte wurden in Arbeitspaket 3 in enger Zusammenarbeit zwischen der Hochschule Düsseldorf (HSD) und dem Auftragnehmer der Fa. Weltenmacher erfolgreich umgesetzt. Hierbei hat sich ein regelmäßiger und stetiger Austausch zwischen der HSD und dem Auftragnehmer, vor allem in der Programmierungsphase der Anwendung, als äußerst effektiv und zielführend erwiesen. Durch Ausgabe von Beta-Versionen auch schon im frühen Stadium der Programmierung konnten alle Wünsche der HSD berücksichtigt und umgesetzt werden. Die fertige Anwendung erfüllt sowohl in didaktischer als auch in fachlicher Hinsicht die im Antrag ausgeführten Eigenschaften und wird bereits erfolgreich in den Schülerlaboren des ZIES Zentrum für Innovative Energiesysteme eingesetzt.