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Virtuelle Lernwelten

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Im Handlungsfeld der virtuellen Lernwelten sind zwei unterschiedliche Ansatzpunkte gebündelt. Zum einen geht es darum, durch den Ausbau, die Einführung und die systematische Vernetzung virtueller und teleoperativ nutzbarer Labore die Möglichkeiten zum Experimentieren für Studierende als Element des selbstständigen Lernens zu erweitern. Dadurch öffnet sich für  Studierende der Ingenieurwissenschaften ein neuer Weg zu einer aktivierenden und lernendenzentrierten Ingenieurausbildung, der die praktische Anwendung des Ingenieurberufs bereits in den ersten Semestern erleben lässt.

 Zum anderen geht es um die Bestandsaufnahme von E-Learning Möglichkeiten für die Hochschullehre mit dem Ziel der Implementierung in die ingenieurwissenschaftliche Lehre. Diese Möglichkeiten sind so vielfältig geworden, dass es fast unmöglich erscheint, den Überblick über alle technischen und didaktischen Möglichkeiten zu behalten.  Durch die beteiligten Standorte sollen bereits vorhandene E-Learning Lösungen gesammelt, auf ihre Nutzbarkeit für die Ingenieurlehre hin überprüft und anschließend in ein Empfehlungssystem eingebunden werden. Auf diese Weise sollen sich Lehrende gezielt über die Möglichkeiten im Bereich des E-Learning informieren und entsprechende Lösungen in die eigene Lehre einbauen können.

 

Virtuelle Labore/Remote Labs

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Die ersten Schritte sind getan...

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Die deutschen Hochschulen stehen vor der Herausforderung, sich an die bevorstehenden Doppeljahrgänge anzupassen. Dabei geht es nicht nur darum, die Studienplatzkapazitäten auszuweiten, sondern auch Lerninhalte kritisch zu hinterfragen und kontinuierlich zu verbessern. Diese Problematik, eine Verbesserung der Lehre bei gleichzeitiger Vergrößerung der Kapazitäten, wird durch das Projekt ELLI adressiert. Ein Ansatzpunkt ist hier die Verbesserung der Lernerfahrung durch den Einsatz virtueller Labore:

Die Verfügbarkeit von Laboren für alle Studierenden in der anwendungsbezogenen Lehre ist mit zunehmender Studierendenanzahl immer schwieriger und kaum permanent zu gewährleisten. Weiterhin erhalten die wenigsten die Möglichkeit Erfahrungen in gefahrenbehafteten, schwer zugänglichen Umfeldern (bspw. AKW) oder umfangreich einzurichtenden Versuchsumgebungen sammeln zu können. Ein fehlender Zugang zu experimentellem Equipment kann bislang zu dem wohl größten Manko der ingenieurwissenschaftlichen Ausbildung der Hochschule gerechnet werden. Gelöst werden soll dieses Defizit durch die Generierung virtueller Lernwelten als didaktische Unterstützung sowie zur aktiven und erweiterten Vertiefung von Lerninhalten. Mit Hilfe von tele-operativen und simulierten Experimenten in unterschiedlichen Lernsituationen, beispielsweise in modernen Laboren können verschiedene Ressourcen eingespart werden. Dadurch ist es möglich freies Experimentieren für jede/n Studierende/n interaktiv, mobil und sicher zugänglich zu machen. Um die Realität in eine virtuelle Welt transferieren zu können, setzt das Projekt auf die Ausarbeitung und Perfektionierung von entfernt steuerbaren realen Versuchseinrichtungen und Simulationen. Ein natürlicher Zugang zu den Lehrinhalten wird priorisiert. Daher ist es Ziel, die Künstlichkeit virtueller Labore, wie sie bislang ihre Anwendung finden, durch den Einsatz moderner natürlicher Schnittstellen und der Bereitstellung realer Versuche zu überbrücken. Dazu wird im Rahmen des Projektes ELLI an einer tele-operativen vollautomatisierten Prüfzelle zur Charakterisierung von Materialien und an einem „Virtual theatre“ gearbeitet.

Tele-operative Prüfzelle

Durch den Einsatz von modernen, innovativen Prüfmaschinen, einem präzisen optischen Messsystem, einem vollautomatisierten Probenmagazin und einem flexiblen Roboter sowie die Implementierung eines Systems zur Steuerung und Durchführung der Experimente wird eine vollautomatisierte Versuchsanlage entwickelt, die eine bessere Zugänglichkeit und höhere Sicherheit im Vergleich zu einer konventionellen Versuchsanlage aufweist.

Virtual theatre

In diesem werden Animationen mit Hilfe eines Head-Mounted-Displays optimal visualisiert, navigatorische Bewegung durch einen omnidirektionalen Boden realistisch durchführbar und Handbewegungen durch einen Datenhandschuh in die virtuelle Welt übertragen.

Mit Hilfe dieses Systems soll Lehre am Beispiel der Realität greifbar und erfahrbar für die große Anzahl der Studierenden der technischen Hochschule Aachen gemacht werden.

Was ist eigentlich ein 'Virtual theatre' - umgangssprachlich auch 'Holodeck' genannt? Wir haben uns umgehört: Sehen Sie hier das Video.

 

Mobile Learning

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Mobile Endgeräte nehmen eine immer wichtigere Rolle im täglichen Leben von Studierenden ein. Die Zahl derer, die weder ein Handy noch einen MP3-Player besitzen, ist verschwindend gering. Seit einigen Jahren werden auch Smart-Phones und Tablet-PCs in diesem Bereich immer beliebter. Von unterwegs E-Mails abrufen, eine Überweisung tätigen oder auch nur die Tageszeitung online lesen sind nur einige Beispiele dafür, was mit den Geräten möglich ist. Der Markt dafür entwickelt sich im Bezug auf Hardware und Software mit einer unglaublichen Geschwindigkeit. Die zielgerichtete und didaktisch sinnvolle Nutzung mobiler Endgeräte in der Lehre an Hochschulen steckt dagegen noch in den Kinderschuhen.
 
Das Arbeitspaket ELLI-Mobile Learning ist ein Teilbereich der Arbeit zu virtuellen Lernwelten. Ziel der Arbeit in diesem Arbeitspaket ist es, die zielgerichtete Nutzung mobiler Endgeräte in der Lehre der Ingenieurwissenschaften zu ermöglichen. Die in der Ingenieurausbildung der beteiligten Standorte eingesetzten didaktischen Konzepte basieren auf aktivierenden Lehr-Lernmethoden, die Studierende zu selbstständigem individuellen und kollaborativen Lernen anhalten. Daher liegt der Fokus sowohl auf der Unterstützung von Selbststeuerung und Arbeitsorganisation der Studierenden als auch auf der Förderung kollaborativen Lernens und Arbeitens in Teams mit Hilfe mobiler Endgeräte. Dazu werden auf Basis des aktuellen State of the Art in diesem Bereich sukzessiv neue Anwendungen gemeinsam mit hochschuldidaktischen Experten, Lehrenden sowie Studierenden entwickelt und in der Lehre eingesetzt. Darüber hinaus werden auch bereits bestehende mobile Anwendungen identifiziert, auf ihre Nutzbarkeit in der Ingenieurausbildung hin geprüft und entsprechend angepasst. Auf der Basis von Nutzerstatistiken werden die Anwendungen kontinuierlich evaluiert. Zudem wird durch die Befragung von Lehrenden und Studierenden die Wirksamkeit für die Förderung von Kollaboration und Selbstorganisation in Lernprozessen ermittelt.
 
Durch die Arbeit im Rahmen von ELLI-Mobile Learning wird es möglich sein, die neuesten Entwicklungen im Bereich der mobilen Computer- und Kommunikationstechnologie schon früh für die Lehre in den Ingenieurwissenschaften an den beteiligten Hochschulen nutzbar zu machen. Im privaten Bereich sind die mobilen Endgeräte bereits fest verankert. Daher wollen wir mit den Vorteilen, die sie bieten, auch die Lehre bereichern.

 

Forschungsvorhaben „Nutzerintegrierte Medienentwicklung in der ingenieurwissenschaftlichen Lehre“

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Um eine nutzerintegrierte Medienentwicklung in der ingenieurwissenschaftlichen Lehre wissenschaftlich fundiert gestalten zu können, sind entsprechende Daten zur studiumsbezogenen Mediennutzung der Studierenden erforderlich. Daher führt ELLI in Zusammenarbeit mit dem Karlsruher Institut für Technologie im Wintersemester 2012/2013 sowie Sommersemester 2013 eine systematische Erhebung zu den Mediennutzungsgewohnheiten von Studierenden der Ingenieurwissenschaften durch.

Diese Erhebung zur studiumsbezogenen Mediennutzung wurde erstmals als Pilotprojekt am und durch das Karlsruher Institut für Technologie 2009 durchgeführt und hat sich mittlerweile durch die Beteiligung von 25 Hochschulen aus elf Ländern zu einem internationalen Forschungsprojekt entwickelt. Dadurch steht dem Verbundvorhaben ELLI neben einem bereits mehrfach erfolgreich eingesetzten Erhebungsinstrument ein großer Datensatz zur externen Validierung zu Verfügung.

Die Erhebung basiert auf verschiedener Theoriemodellen und betrachtet aus der Perspektive der Studierenden der Ingenieurwissenschaften das gesamte studiumsrelevante Medienensemble und deckt Verschiebungen in der Mediennutzung und latente Nutzungsstrukturen auf. Dadurch wird die Erhebung im Einzelnen folgende Ergebnisse liefern, welche für die gezielte Medienentwicklung in der ingenieurwissenschaftlichen Lehre Orientierung geben werden:

    • ·         Daten zur Nutzungshäufigkeit, Nutzungszufriedenheit und Nutzungsakzeptanz von ca. 50 universitären und externen studiumsrelevanten Mediendiensten.
    • ·         Befunde zu Veränderungen im studiumsbezogenen Mediennutzungsverhalten ab 2009 zur Abschätzung von Trends.
    • ·         Zusammenhänge mit möglichen Einflussfaktoren auf die Mediennutzung im Studium (Freizeitnutzung von Medien, Lernverhalten, soziodemografische Größen u.a.).
    • ·         Zusammenhänge der Mediennutzung mit der Qualität des Studiums im Allgemeinen.
    • ·         Eine studiumsbezogene Medientypologie und Mediennutzertypologie.
    • ·         Internationale Vergleichsdaten zur Mediennutzung im Studium.
    • ·         Daten zur Mediennutzung von Dozenten.

    Sehen Sie hier die ersten Ergebnisse. 

    Weitere Informationen zur Umfrage im Rahmen des Projektes ELLI erhalten Sie bei Kerstin Thöing.

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