Virtuelle- und erweiterte Realität in der Ingenieursausbildung

Konzept

Ziele

Zielsetzung und Zielgruppe

Ziel dieses Projekts ist es eine Serie von Lehrbüchern auf MR-Basis zu erstellen. Dazu werden bestehende Lehrinhalte der Curricula im Bereich Bergbau und Rohstoffe in Form eines MR-basierten Lehrbuchs organisiert, um dadurch eine gesamtheitliches Lernerlebnis zu schaffen. Das Lernziel ist, dass die Studierenden profundes und detailliertes Verständnis der komplexen Bergbaukonzepte erhalten. Zum Beispiel kann „Strebbau“ nicht einfach mit traditionellen 2D-Materialien erklärt und verstanden werden, wohingegen dies mit MR relativ einfach gelingt. MR kann darüber hinaus sogar mehr Informationen transportieren und die Aufnahmekapazität der Studierenden besser ausnutzen, als dies mit traditionellen Methoden und physischer Präsenz im Betrieb gelingt. Die innovative und interaktive Lernerfahrung reicht so weit, dass sogar von den Studierenden selbst konzipierte MR-Bergbauprojekte oder „flipped classroom“ integriert werden. Das Format der IT-basierten Lehrbücher stellt sicher, dass gut etablierte pädagogische Konzepte in der Bergbauausbildung bestehen bleiben, aber zusätzlich die MR-Komponenten in vernünftiger und neuer didaktischer Art und Weise integriert werden. Das pädagogische Konzept wird auf die konkreten Lehrinhalte der einzelnen Themen spezifisch abgestimmt. Zudem werden sowohl die Perspektiven der Lehrenden sowie der Studierenden in dieses digitale Konzept integriert, um ein ganzheitliches Setup aufstellen zu können. Die zu integrierenden Grundvoraussetzungen beinhalten zum Beispiel das Lehrformat und die Klassengröße, den zu erzielenden akademischen Abschluss und das Vorwissen, motivierende Element (zB Gameification und Edutainement), sowie den Zeitbedarf.

 

Als Zielgruppen können ein Typus von Lernenden, sowie zwei weitere Gruppen an Nutznießern identifiziert werden. Das Konzept richtet sich klar an Studierende im Masterprogramm „Bergbau“. Diese profitieren von qualitativ hochwertiger und digitaler Ausbildung in einem wichtigen technischen und wirtschaftlichen Sektor, die ihnen in weiterer Folge eine aussichtsreiche Karriere ermöglicht. Die Nutznießer sind zum einen die Lehrenden. Durch die Anwendung dieser komplett neuen Technologie wird das Lehr- und Lernerlebnis grundlegend geändert. Mit virtuellen Lehrmethoden haben die Lehrenden nun die Möglichkeit komplizierte Phänomene zu erläutern, die andernfalls nicht so einfach zu transportieren sind. Dadurch wird auch die gemeinsame Lehrer-Student und Student-Student Interaktion gestärkt und besser ausgenutzt. Die zweiten Nutznießer sind die zukünftigen Arbeitgeber. Diese profitieren von den hochqualifizierten und ausgezeichneten Absolventen.

Kurzzusammenfassung (dt.)

Mixed Reality Handbook for Higher Mining Education (MiReBooks) erstellt eine Serie von interaktiven Handbüchern, basierend auf virtueller und erweiterter Realität (=“mixed reality“ MR). Diese sollen die Standardnachschlagewerke der Zukunft im Bereich Bergbauausbildung sein. Dabei werden viele der derzeitigen Herausforderungen der Bergbauausbildung innovativ durch die Kombination von klassischen, papiergebundenen Lehrmaterialien und MR, sowie deren Integration in pädagogisch und didaktisch sinnvolle Unterlagen zum integrierten Gebrauch im Klassenzimmer, gelöst.

Kurzzusammenfassung (engl.)

Mixed Reality Handbook for Higher Mining Education (MiReBooks) produces a series of Virtual&Augmented Reality based (=Mixed Reality MR) interactive mining handbooks as a new digital standard for higher mining education across Europe. Many current challenges in mining education will be met in an innovative new way, by combining classical paper based teaching materials with MR materials and their transformation into pedagogically and didactically coherent MR handbooks for integrative classroom use.

Nähere Beschreibung

Hintergrund

Mixed Reality Handbook for Higher Mining Education (MiReBooks), ist ein neues digitales Lehr- und Lernkonzept basierend auf digitalen Technologien. Es besteht aus traditionellen Medien (Büchern), die mit virtuellen und erweiterten Realitäten kombiniert werden. Als Vorbild dient dabei das sogenannte „Magic Book“, das klassische Bücher mit erweiterter Realität kombiniert. Dies geschieht zum Beispiel durch Verlinkung zu digitalen Inhalten im Buch selbst (zB durch QR-Codes). Dieses Projekt erstellt ein modernes Bergbauausbildungsbuch mit einer durchdachten Linie (story board), das für die Nutzung im Klassenzimmer verwendet werden wird

Die Idee MR in existierende Bergbauausbildung zu integrieren entstammt den Herausforderungen, mit welchen sich die Lehrenden in den letzten Jahren konfrontiert sahen. In diesem Zusammenhange müssen zuallererst die oft sehr komplexen Konzepte hervorgehoben werden, die den Studierenden im Rahmen der Lehrveranstaltungen erklärt werden sollen. Diese komplexen dreidimensionalen Problemstellungen und Prinzipien können momentan nur in 2D erklärt werden, was zu Problemen beim Verständnis führt. Echte 3D-Erfahrungen sind daher ein ganz wesentlicher Faktor bei der Wissensvermittlung. Bislang konnte dieser essentielle Erfahrungsgewinn nur durch aufwändige Exkursionen zu Bergbaubetrieben erreicht werden. Die Durchführung diese Exkursionen ist allerdings an den guten Willen und die Kapazität der besuchten Betriebe gebunden und auf Grund der generellen Natur von Bergbau auch relativ gefährlich. Gerade größeren Gruppen von über 10 Studierenden wird auf Grund der sicherheitlichen Bedenken oft auch der Zugang zu den Betrieben verweigert. Zudem erhöht die, oft entlegene, Lage dieser Betriebe die Komplexität und den Aufwand der Organisation einer Exkursion. Auf Grund des beschränkten Platzangebots unter Tage ist es zudem auch für die Lehrenden extrem schwierig, die Gruppe richtig zu betreuen und die Exkursion so zu gestalten, dass jeder gleichermaßen dem Gesagten folgen kann. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Art und Weise wie Studierende heutzutage generell mit Informationen umgehen und diese konsumieren. Diese ändert sich immer mehr von analogen Medien zur rein digitalen Welt.

Virtuelle und erweiterte Realität stellen zwei wesentliche Faktoren dar, um die genannten Beschränkungen zu umgehen. Richtig programmiert können sie alles sein, was wir uns von ihnen wünschen und alle Rollen einnehmen, die wir ihnen zuweisen. Gerade in der Ausbildung bieten sie ein sehr weites Spektrum an Einsatzgebieten. MR kann die Studierenden sehr einfach in die genannten Hochrisikogebiete mitnehmen, ohne dabei das Klassenzimmer zu verlassen. Dabei können sie sogar mehr und bessere Erfahrungen sammeln und reichere Informationen erfassen, als wären sie tatsächlich im Feld gewesen. Dadurch erhalten Studierende „echten“ Kontakt mit der komplexen Welt der Rohstoffproduktion und entwickeln ein besseres Verständnis für Bergbau, trotz des reduzierten Aufwandes.

Dank dieser Eigenschaften von MR wird die nächste Generation von Bergbauingenieurinnen und –ingenieuren virtuelle Touren durch Bergbaubetriebe in ganz Europa machen können. Dadurch erhalten sie detaillierten Zugang zu hoch komplexen Prozessen und Maschinen. Zum Teil sogar detaillierter als in Realität. Die Studierenden profitieren dadurch doppelt: das detailliertes Verständnis der Arbeitswelt und der Prozesse, sowie die Fähigkeit mit Technologien der Zukunft im Bergbausektor zu arbeiten. Darüber hinaus kann dieses Werkzeug auch auf Messen zur Anwerbung von zukünftigen Studierenden, oder anderen Informationsveranstaltungen genutzt werden und damit die Attraktivität von Bergbau als Studienrichtung erhöhen. Als zusätzliches Anwendungsfeld kann die Technologie auch Museen oder andere öffentlichen Einrichtungen zur Verfügung gestellt werden, um Bergbau realistisch wiederzugeben und dadurch die soziale Akzeptanz des Sektors in der Bevölkerung zu erhöhen.

Dieses Projekt fügt der bestehenden Ausbildung im Bereich Bergbau in Europa eine weitere Dimension hinzu. Momentan ist zwar jede Menge digitales Material verfügbar. Dieses wird aber nicht als didaktisch und pädagogisch integriertes Werkzeug genutzt und erfüllt daher auch nicht den Zweck.

 

Internationalität in der Umsetzung

Die Umsetzung dieses Konzepts kann nicht von einer Institution oder Lehrperson alleine getragen werden. Auf Grund der Internationalität der Rohstoffindustrie werden internationale Partner aus Lehre, Forschung und Industrie in die Entwicklung und Gestaltung eingebunden und ganz wesentlich zur Gestaltung und Umsetzung des Konzepts beitragen. Diese internationale Erfahrung der Lehrenden und auch die Diversität der Fallbeispiele soll ganz wesentlich an die Studierenden übertragen werden. Es wird damit aber auch eine Basis geschafften sich mit anderen Lehr-, Lern-, und Arbeitskulturen auseinanderzusetzen. Die Attraktivität der einzelnen Beiträge soll auch ein motivierender Faktor zur persönlichen, realen Mobilität der Studierenden und der Lehrenden sein – kann doch die MR-Umgebung gewisse persönliche und reale Erfahrung nicht ganz ersetzen.

Die Inhalte dieser MR-Lehrbücher basieren auf den schon bestehenden Curricula im Bereich Bergbau und Rohstoffgewinnung. Das Buch kann demzufolge als eigenständiges Curriculum – oder Leitfaden für ein idealisiertes Curriculum – dienen, aber auch auszugsweise als Lehrbehelf für einzelne Themengebiete oder spezifische Lehrinhalte herangezogen werden.

Der Umgang mit diesen innovativen Lehrmaterialien muss auch von den Lehrenden erst gelernt und im Sinne des Konzepts umgesetzt werden. Daher ist ein dementsprechendes Modul im Rahmen der bestehenden Didaktikausbildung an den beteiligten Hochschulen vorgesehen.

Positionierung des Lehrangebots

Master und internationale Studiengänge auf Masterniveau

Das Beispiel wurde für den Ars Docendi Staatspreis für exzellente Lehre 2018 nominiert.