Kombiniertes Face-to-Face und Distance-Learning Konzept für die Lehrveranst. „FEM–Lineare Festigkeitsanalysen“ und „Festigkeitslehre in der Mechatronik“ an der Universität Innsbruck mit digitaler Einbindung v. Studierenden am dislozierten Standort Lienz

Umgesetztes Projekt

Ziele

Die Lehrveranstaltung 844112 FEM – Lineare Festigkeitsanalysen (VO) richtet sich gleichzeitig an Studierende im Bachelorstudium Mechatronik sowie an Studierende im Masterstudium Bauingenieurwissenschaften. Die Vorlesung wird im Rahmen des gemeinsamen Bachelorstudiums Mechatronik der Leopold-Franzens-Universität Innsbruck und der UMIT – Private Universität für Gesundheitswissenschaften, Medizinische Informatik und Technik am Standort Innsbruck gehalten und kann nach Lienz live übertragen werden (Ermöglichung einer digitalen Einbindung von Studierenden der Fachrichtung Mechatronik am dislozieren Standort Lienz).

Die Veranstaltung war ursprünglich nur für Studierende der Bauingenieurwissenschaften konzipiert, wurde aber in den vergangenen Jahren zunehmend auf die oben angesprochene inhomogene Zusammensetzung der anwesenden Studierenden angepasst.

Das Ziel dieses mittlerweile weit fortgeschrittenen Projekts ist die Entwicklung eines Streaming-geeigneten Präsentationsansatzes zur Vermittlung der Inhalte der Lehrveranstaltung FEM – Lineare Festigkeitsanalysen für Studierende im Hörsaal in Innsbruck und am dislozierten Standort Lienz.

Der gleiche Ansatz – Kombiniertes Face-to-Face und Distance-Learning Konzept – soll bereits im Sommersemester 2017 auch für die Lehrveranstaltung 844122 Festigkeitslehre in der Mechatronik (VO) angewendet werden.

Kurzzusammenfassung

In diesem Projekt wird eine Präsentationsstrategie für die Inhalte von Lehrveranstaltungen aus dem Bereich Festigkeitslehre erarbeitet und umgesetzt, welche darauf zugeschnitten ist, zusätzliche Studierende, die nicht im Hörsaal sind, über eine Videokonferenz oder Streaming einzubinden. Die Unterlagen sollen es Studierenden unterschiedlicher Fachrichtungen mit unterschiedlichem Vorwissen ermöglichen, der Vorlesung möglichst optimal zu folgen. Die Strategie basiert auf teilweise vorausgefüllten Präsentationsfolien. Diese stehen den Studierenden vor der Veranstaltung in digitaler Form zum Download zur Verfügung. In der Veranstaltung wird der vollständige Inhalt der Folien dann gemeinsam mit den Studierenden erarbeitet und mit Hilfe eines Tablet-PCs dokumentiert. Rahmen unterschiedlicher Farben für auszufüllende Bereiche und Wiederholungen erleichtern den Gebrauch der Unterlagen. Spezielle Elemente wie Service-Folien wiederholen benötigtes Vorwissen und bringen die Studierenden auf einen einheitlichen Stand. Kurz- und Wiederholungsfragen, letztere immer am Ende eines Abschnittes, regen zur Mitarbeit und Nachbereitung an und sollen eine Überprüfung des Lernfortschritts ermöglichen. Das Konzept ist momentan an der Universität Innsbruck im Probebetrieb. Obwohl die speziellen Elemente noch Ausbaupotential haben sind die aktuellen Rückmeldungen von Seiten der Studierenden überaus positiv. Die Erfahrungen vom Standpunkt der Lehrperson sind ebenfalls sehr positiv.

Nähere Beschreibung

Veranstaltungen aus dem Umfeld der Festigkeitslehre wurden traditionell gerne mit Hilfe eines klassischen Tafelvortrages, ergänzt durch einzelne Folien und Vorlesungsunterlagen im Buch-Stil abgehalten. Dieses Format ist erfahrungsgemäß sehr gut dafür geeignet, die nötigen Zusammenhänge in einer logischen Kette schlüssig aufzubauen und zu erläutern. Das Verfahren hat aber den Nachteil, dass das Tafelbild sich oft nicht in der wünschenswerten Qualität digitalisieren lässt und es deshalb im Zuge von Videoübertragungen durch einen alternativen Ansatz ersetzt werden sollte.

Als Alternative wird hier im Folgenden ein verbesserter, Streaming-geeigneter Ansatz vorgestellt. Die Methode beruht im wesentlichen auf dem Einsatz eines Tablet-PCs in Kombination mit teilausgefüllten Vorlesungsunterlagen. Diese Unterlagen können vorab von den Studierenden im pdf Format über die vom Zentralen Informatikdienst (ZID) bereit gestellte OLAT Lernplattform heruntergeladen werden. Im Rahmen der Lehrveranstaltung werden diese Unterlagen dann gemeinsam mit dem Vortragenden vervollständigt. Die Erstellung des Lückenskripts (entspricht der Version für die Studierenden) erfolgt dadurch, dass Teile aus der vollausgefüllten Vorlage (entspricht der Version für die Lehrperson) herausgelöscht werden. Dies bedeutet, dass die später erzeugten Lücken bereits bei der Konzeption der vollausgefüllten Folien berücksichtigt werden müssen. Im Idealfall sind die Lückentextfolien der Studierenden nicht vollkommen leer, sondern enthalten bereits einige vorausgefüllte Informationen die einerseits einen Zusammenhang zu vorhergehenden Folien herstellen und die andererseits auch den noch auszufüllenden Inhalt motivieren. Ein Beispiel für die Gestaltung einer Lücke ist die Reduktion einer wichtigen Skizze auf eine Rohskizze oder die Umwandlung eines Ablaufdiagramms in ein leeres bzw. teilbeschriftetes Diagramm. Die wichtigen Punkte können dann per Hand vervollständigt werden. Alternativ könnte der fehlende Teil z.B. einem grundlegenden Ansatz entsprechen, der gemeinsam mit den Studierenden erarbeitet wird, während die folgenden oft langatmigen Rechnungen in der Vorlage bereits ausgefüllt vorliegen. Als weiteres Beispiel kann in einer Lücke auch ein schwieriger Herleitungs- oder Rechenschritt besprochen werden. Die Lücke kann aber auch zur Auflockerung genutzt werden, um einen längeren Vortrag kurz zu unterbrechen und so die Konzentration der Studierenden wieder zu erhöhen.

Im Folgenden soll nun noch auf ein paar besondere Gestaltungselemente des Lückenskripts eingegangen werden. Das erste wichtige Element sind Rahmen in den Farben blau und grau. Die Rahmenfarbe blau ist mit auszufüllenden/zu vervollständigenden Bereichen assoziiert. Die Studierenden und auch die Lehrperson sehen sofort an welcher Stelle gearbeitet werden muss. Der Rahmen strukturiert auch das Bild der am Ende ausgefüllten Folie indem ihre Größe den Umfang des zu erwartenden Inhalts reflektiert und trägt somit dazu bei, dass die erzeugten Unterlagen für eine spätere Verwendung beim Lernen/Wiederholen gut geeignet sind. Der Gegenspieler der blauen Rahmen ist der graue Rahmen. Er ist mit vorausgefüllten Bereichen verknüpft. Er dient zur Hervorhebung von wichtigen Zwischen- und Endergebnissen und wird auch für Wiederholungen verwendet. Die Wiederholung von Zwischenergebnissen auf späteren Folien ist hierbei besonders wichtig, um eine zusammenhängende Herleitung von Gedankengängen über mehrere Folien zu ermöglichen.

Ein weiteres Element des Gestaltungskonzepts sind die sogenannten Service-Folien, gekennzeichnet durch das Stichwort Service in einer ellipsenförmigen Umrandung. Diese Folien wiederholen notwendiges Wissen aus anderen Veranstaltungen, unter anderem mit dem Ziel möglichst alle Studierenden auf den gleichen Stand bezüglich ihres Vorwissens zu bringen.

Ein weiteres wiederkehrendes Element in den Vorlesungsunterlagen sind Wiederholungsfolien zu Beginn einer Vorlesungsstunde. Diese dienen zur Auffrischung des bisher Gelernten und stellen den Zusammenhang zwischen den einzelnen Vorlesungen her.

In den Vorlesungsunterlagen finden sich auch eingestreute Übungsboxen mit kurzen, einfachen Aufgaben, um die Studierenden zur Mitarbeit/zum Nachdenken in der Veranstaltung zu motivieren. Auf Anregung der Studierenden aus dem Vorjahr wurden zusätzliche Kurz- und Wiederholungsfragenblöcke am Ende der Vorlesungsabschnitte eingeführt. Die Kurzfragen sind – wie die Übungsboxen – zur direkten Diskussion mit den anwesenden bzw. über Videokonferenz zugeschalteten Studierenden gedacht. Längere Aufgaben dienen der Vertiefung/Anwendung des Gelernten und können von den Studierenden auch zur Lernfortschrittskontrolle oder zur Vorbereitung auf die abschließende mündliche Prüfung genutzt werden.

Gespräche mit Studierenden ergaben, dass das Lückentextkonzept äußerst positiv aufgenommen wird (Probebetrieb ohne Übertragung). Die digitale Darstellungsform erlaubt es, Rechenergebnisse, komplexere Skizzen oder Aufnahmen von Experimenten/Versuchen einfach in den Fluss der Veranstaltung zu integrieren. Insbesondere wurden Teile der am Arbeitsbereich bestehenden Versuchssammlung für die Festigkeitslehre als Fotoserien digitalisiert.

Das Lückentextkonzept ermöglicht ein schrittweises Entwickeln von Gedankengängen/Skizzen wie an einer traditionellen Tafel. Auch umfangreiche Rechnungen lassen sich kurz darstellen indem nur wichtige Schritte in den Lücken gemeinsam mit den Studierenden erarbeitet werden und die aufwändigen Zwischenrechnungen (oftmals mit geringem Nutzen für das Verständnis) vorausgefüllt sind.

Ein Nachteil des Konzepts hingegen ist der limitierte Platz pro Folie. Herleitungen/Rechnungen müssen immer in kleine, handliche Teilschritte zerlegt und über mehrere Folien verteilt werden. Dadurch könnten die Studierenden leicht den Überblick über den meist doch komplexen Gesamtzusammenhang verlieren. Um dieser Gefahr entgegenzuwirken, empfiehlt es sich geeignete (z.B. themenübergreifende) Vertiefungsfragen zu integrieren und auch durch eine andersartige Konzeption der zur Vorlesung gehörenden Übungen den Blick für die Lösung der Gesamtaufgabe zu schulen.

Als Verbesserungsmöglichkeiten für die Zukunft sind neben dem Ausbau bestehender Elemente auch neue Elemente angedacht, so zum Beispiel die Ausblick/Querverweis-Boxen. Diese sollen als zusätzliche Verknüpfung zu anderen Lehrveranstaltungen, weiterführenden Lehrveranstaltungen oder Forschungsaktivitäten etc. dienen.

Positionierung des Lehrangebots

LV 844112 Bachelorstudium Mechatronik (5. Semester) und Masterstudium Bauingenieurwissenschaften (Vertiefungsstufe 1) LV 844122 Bachelorstudium Mechatronik (2. Semester)

Weiterführende Information


Das Beispiel wurde für den Ars Docendi Staatspreis für exzellente Lehre 2017 nominiert.