INGMEDIA

Entwicklung und Evaluation interaktiver, multimedialer Lernsoftware für technische und physikalische Praktika in Ingenieur-Studiengängen

Fachgebiet(e): Ingenieurwissenschaften, Naturwissenschaften, Informatik,

Abstract:
Projektziel ist die Weiterentwicklung der Lernform "Praktikum" zu einer produktiveren und in höherem Maße als bisher, selbstbestimmten Lernumwelt. Durch interaktive, multimediale Softwaremodule soll attraktiveres und effizienteres Lernen in den für die Ingenieurausbildung eminent wichtigen Laborpraktika stattfinden.

1. Modulbeschreibung der Praktika:

1.1 Interaktive Lernsoftware zur Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung von Präsenzpraktika im Grundstudium

Fur die umfangreichen Grundpraktika "Physik", "elektronische Bauelemente" und "Handhabungstechnik logistischer Systeme" mit insgesamt 23 Mess- und Versuchsplätzen soll den Studierenden mit Hilfe multimedialer, interaktiver Tutorien eine eigenständige Vorbereitung auf die Praktikumsversuche ermöglicht werden. Durch kontextsensitive Übungen soll eine Verbesserung des Verständnisses erreicht und durch anschaulich dargestellte, komplexe Beispiele praktischer technischer Anwendungen ein Motivationsschub in Gang gesetzt werden. Das Tutorensystem wird durch seine interaktiven Möglichkeiten den explorativen, kreativen Umgang mit den gestellten Aufgaben fordern und die selbständige Durchfuhrung der realen Experimente sowie die Auswertung und Nachbereitung der realen Messungen erleichtern.
In diesem Teilprojekt wird derzeit durch die FH-Aachen der physikalische Versuch "Kundtsche Staubfiguren" umgesetzt. Exemplarisch wurde anhand dieses Versuchs ein generelles didaktisches Konzept erarbeitet (s. unten).

1.2 Telematiklabore

Im Teilprojekt Telematiklabore sollen für die Kernfächer der Ingenieurausbildung die technischen und didaktischen Voraussetzungen dafür umgesetzt werden, daß die Vermessung realer Bauelemente und elektronischer bzw. physikalischer Vorgange, sowie die Aufnahme und Auswertung der Messdaten von beliebigen PCs aus über das Internet zu beliebigen Zeiten von allen dazu autorisierten TeilnehmerInnen ausgeführt werden kann. Dabei streben wir eine realistische Darstellung der Benutzeroberflächen an. Die erbrachten prüfungsrelevanten Praktikumsleistungen werden online testiert. Darüber hinaus soll die Lernsoftware die Einarbeitung in die zu lösenden Praktikumsaufgaben unterstützen und sowohl die Modellierung, als auch die anschauliche Darstellung des realen Systems ermöglichen.
Im Teilprojekt Telematik arbeiten wir am Standort Aachen momentan an einer Umsetzung des Versuchs Transistortechnik, am Standort Ulm an der Praktikumseinheit "Dehnungsmeßstreifen". Der Standort Hagen arbeitet derzeit an der Analyse programmierbarer, integrierter Schaltungen wie FPGAs oder Mikrocontrolern mit Hilfe von z.B. Bitmap-Generatoren und Logikanalysatoren.

1.3 Virtuelles Technologiepraktikum Mikrofertigung

Ziel dieses Teilprojektes ist es, mit Hilfe multimedialer Techniken modernste Mikrofertigungsprozesse an "virtuellen Fertigungsmaschinen" zu simulieren. Durch Gestaltung der Bedienoberflächen in enger Anlehnung an reale Fertigungsmaschinen können die Studierenden in Verbindung mit entsprechend aufbereiteten Lernsequenzen die Bedienung der Maschinen trainieren und so die Optimierung der Prozessparameter erlernen, ohne dass tatsächlich ein zeitaufwendiger Fertigungsprozess durchgeführt werden muss. Das Konzept des virtuellen Technologiepraktikums fügt sich in die didaktischen Konzepte von projektorientiertem Lernen und "student centered learning" ein.
Als Demonstrationsprozess dient die Herstellung eines mikrotechnischen Drucksensors. Am FH-Standort Zweibrücken stehen alle Anlagen real zur Verfügung, so dass die Kombination von virtueller Kursvorbereitung, mit parallel dazu erarbeiteten theoretischen Grundlagen und kompakten realen Laborkursen von den Studierenden genutzt werden kann. Die Standorte Aachen und Zweibrücken arbeiten derzeit an der Umsetzung virtueller Fertigungsmaschinen wie Waferoxidation, Ätzprozeß und Maskaligner. Gegenwärtig werden Testsimulationen parallel mit Labview (Nat. Instruments) und Director (Macromedia) erstellt. Zwischenziel ist dabei die Ermittelung der optimalen Software zur Gestaltung der Maschinenoberfläche.

2. Entscheidung für eine Lernplattform

INGMEDIA hat sich für die open-source Lernplattform ILIAS entschieden, die von der Universität Köln entwickelt wird. Die Plattform unterstützt alle diejenigen Funktionen, die eine multimediale, interaktive Lernsoftware den Studierenden bieten sollte: Persönlicher Schreibtisch, Kommunikationselemente, persönliche Lernerfolgskontrolle u.m.. Die Lehrenden können ihre Lerninhalte in systemeigener Autorenumgebung gestalten. ILIAS verfügt ferner über eine Administrationsumgebung, ein Metadatensystem und Gruppensysteme. Durch den open-source-Charakter der Lernplattform ist die notwendige Adaption an projektspezifische Anforderungen möglich und wird von den Kölner Entwicklern unterstützt.

2.1 Software-Hardwaremäßige Umsetzung der Lernplattform

Das Projekt ILIAS (http://ilias.uni-koeln.de) stellt eine unter der OpenSource Lizenz stehende Lernumgebung dar. Technisch setzt sie eine LAMP-Umgebung (Linux/Apache/MySQL/PHP) voraus. Das heißt, das grundlegende Betriebsystem ist Linux. Daten werden in einer MySQL-Datenbank abgelegt. Über den Webserver Apache werden diese Daten im Internet präsentiert, wobei dann das eigentliche, komplett in PHP realisierte, ILIAS-System die Daten aus der Datenbank ausliest und entsprechend bestimmter Vorgaben aufbereitet. Die Lernumgebung sollte auf allen Hardwareplattformen, welche die geforderte Softwareumgebung bereitstellen können, lauffähig sein. Zu sagen ist aber, dass aufgrund der geforderten Bereitstellung von multimedialen Inhalten und der Verwaltung einer Vielzahl von Benutzern und Daten ein aktuelles, skalierbares Seversystem anzuraten ist.

3. Didaktisches Konzept

Exemplarisch, anhand des physikalischen Grundlagenversuchs "Kundtsche Staubfiguren", wurde am Standort Aachen ein didaktisches Konzept entwickelt, das fachdidaktische und lernpsychologische Erkenntnisse so integriert, daß Lernen in einem konstruktiven Prozeß stattfindet. Dabei entsteht Konzeptverständnis durch aktive Wissensaneignung auf der Basis individueller Lernstrategien und Vorerfahrungen der Studierenden. Unser konzeptueller Ansatz versucht den dynamischen Aspekt des Lernens herauszuarbeiten und zu betonen, was eine Berücksichtigung individueller Lernpräferenzen bzw. Strategien unabdingbar macht.
In das didaktische Konzept der softwaremäßigen Umsetzung der Praktikumsinhalte wurden außerdem Befunde über besondere Lerninteressen von Frauen in Ingenieurstudiengängen bzw. Naturwissenschaften integriert. So werden z.B. zu den verschiedenen Lerninhalten bedeutungsvolle Anwendungskontexte erarbeitet, von denen Frauen im Besonderen profitieren sollen.
Projektbegleitend erfolgt die didaktische Begutachtung der Vermittelungsinhalte und des Screendesigns sowie die Beratung über die und die Mitarbeit an der Verbesserung der einzelnen Konzepte und Bausteine.

3.1 Oberflächengestaltung (Sreen-Design)

Anhand der exemplarischen Umsetzung der Praktikumseinheit "Kundtsche Staubfiguren" und der daran angelegten Konzeptentwicklung, wurde durch die FH-Aachen eine einheitliche graphische Oberflächendarstellung erarbeitet. Alle umgesetzten Praktikumseinheiten werden sich in einem kongruenten "INGMEDIA corporate Design" präsentieren.

4. Weitere Aktivitäten

Um ein modulares Softwarekonzept überhaupt realisieren zu können, mußten zuerst gemeinsame Elemente verschiedener Praktika ermittelt werden. Am Standort Lemgo wurden als typische und wiederkehrende Bestandteile von Laborpraktika z.B. folgende Module herausgearbeitet: Informationen an die Studierenden über relevante Sicherheitsvorschriften, das Bedienungs-Know-how von Meßgeräten (Digitalmeter etc.), Aufbereitung der Meßdaten mittels Software wie Excel. Durch die Standardisierung wiederkehrender Praktikumsinhalte benötigten wir außerdem eine einheitliche Terminologie zur Benennung unterschiedlicher Strukturen bzw. Phasen von Praktikumseinheiten.
Ferner wurde die einheitliche Darstellung von Formeln bzw. Notationen erarbeitet. Ebenso wurde ein technisches Glossar zusammengestellt.
Zur Darstellung des Projekts in der Öffentlichkeit, wurde durch die FH-Aachen eine Website erstellt, die über konkrete Projektinhalte, Verbundpartner und weitere projektspezifische Inhalte informiert: Besuchen Sie uns im Internet unter www.ingmedia.de .
Im Bereich Evaluation wurde zur Ableitung konkreter Systemanforderungen für die zu erstellende Software eine Erhebung der Hardwareausstattung der Studierenden durchgeführt. Um Vergleichsdaten für die Auswirkungen der multimedialen Lernsoftware zu gewinnen, wurde mit der Evaluation konkreter Praktikumseinheiten in bestehender Form begonnen.