Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik von Digitalen Bibliotheken und WEBLogs bis zur Simulationssprache PyKinema

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1 Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik von Digitalen Bibliotheken und WEBLogs bis zur Simulationssprache PyKinema November 2014, Universität Siegen Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik 1 von 17

2 Motivation Was beinhalten Digitale Bibliotheken? Wie können Digitale Bibliotheken die Lehre unterstützen? Wie ist die Rechtslage zur Nutzung der Inhalte? Welche Alternativen zu Digitalen Bibliotheken gibt es? Was leistet Educational Software für die Lehre? Dies wird am Beispiel des Lehrgebiets Mechanismen diskutiert. Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik 2 von 17

3 Inhalt 1. Problemstellung 2. Die virtuelle Bibliothek K-MODDL 3. Die virtuelle Bibliothek DGM-LIB 4. Eine Alternative: das WEBLOG-System KINEM.A 5. Vergleich der Lösungen 6. Exkurs: Die Achsschenkel-Lenkung 7. Educational Software 8. Ausblick Perspektiven für die Ingenieurpädagogik Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik 3 von 17

4 1. Problemstellung - die wichtigsten technischen Errungenschaften unserer Zivilisation sind jünger als 150 Jahre (Automobil, Flugzeug, Raumfahrt, Computer, Internet, Roboter) - mit dieser technisch-industriellen Revolution ist eine geradezu explosive Zunahme technisch-wissenschaftlicher Erkenntnisse verbunden - dies drückt sich insbesondere in der Anzahl der Veröffentlichungen, Lehrbücher, Modelle, Medien etc. aus, die in diesem Zeitraum erschaffen wurden - aber es entsteht ein neues Problem: wissenschaftliche Inhalte können auch vergessen werden. Damit gehen viele gute Ansätze, Lehrbücher, Lehrmodelle usw. für ímmer verloren - die Politik reagierte in den letzten 20 Jahren auf diese Herausforderung durch die Gründung spezieller Förderprogramme (z.b. als Teil des EU Forschungsrahmenprogramms cultural heritage ) Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik 4 von 17

5 1. Problemstellung Publikationsflut - zum Beginn der 20. Jahrhunderts existierten ca wissenschaftliche Zeitschriften - einhundert Jahre später war ihre Anzahl auf das 15-fache angestiegen - es wird vermutet, dass die Anzahl der wissenschaftlichen Veröffentlichungen zwischen 2006 und 2010 etwa der Zahl aller vorher veröffentlichten wissenschaftlichen Arbeiten entspricht - im Jahr 2013 sollen etwa 7 Millionen Wissenschaftler in mehr als Fachzeitschriften über 1,4 Millionen Fachaufsätze veröffentlicht haben (Quellen: de.statista.com, wiki.infowiss.net) Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik 5 von 17

6 1. Problemstellung Verlust von wissenschaftlichen Inhalten wissenschaftliche Inhalte verschwinden bzw. sind kaum mehr zugreifbar, wenn z.b. - Bücher nicht mehr neu aufgelegt werden - Lehrmodelle in lokale Archive aufgenommen werden - politische Umwälzungen etablierte Veröffentlichungs-Mechanismen unterbinden - Sprachräume den Zugriff nur für Insider ermöglichen - Veröffentlichungen in Konferenz-Proceedings erscheinen, die nicht langfristig zugreifbar sind Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik 6 von 17

7 1. Problemstellung Abhilfe - Wissenschaftliche Veröffentlichungen, urheberrechtsfreie Lehrbücher etc. sammeln und einer breiten Öffentlichkeit zugänglich machen - Lehrmodelle als Videos, Animationen und 3D-Modelle bereitstellen - Bibliographien erstellen, Werkverzeichnisse anfertigen - Beteiligung einer breiten Öffentlichkeit, Förderung durch eine Interessengemeinschaft - Strukturierung der Wissensinhalte, Sammlung von Metadaten Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik 7 von 17

8 2. Die virtuelle Bibliothek K-MODDL K-MODDL: Kinematics Models for Design Digital Library Ein Projekt der Cornell-Universität unter Beteiligung der Universität Karlsruhe (KITE) und weiteren Partnern Inhalte: Bilder (physikalischer Modelle) Videos (Modelle in Aktion) Urheberrechtsfreie Bücher Tutorials Quelle: Zusätzliche Angebote: Neudruck historischer Bücher im Bereich Kinematik Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik 8 von 17

9 2. Die virtuelle Bibliothek K-MODDL basiert auf älteren Sammlungen - Reuleaux Collection of Kinematic Mechanisms, Cornell University - Clark Collection of Mechanical Movements, Museum of Science, Boston - Redtenbacher Collection of Kinematic Mechanisms, University of Karlsruhe - Illinois Gear Collection, Cornell University - Reuleaux Collection, Bauman Moscow State Technical University - Schröder Collection, Foundation for Science and Technology, Florence, Italy Lizenzierung: Frei für privaten Studien und Forschung. Alle anderen Nutzungsarten müssen beim Copyright Services Office der Cornell Universität angefragt werden. Evtl. werden Nutzungsentgelte erhoben. Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik 9 von 17

10 3. Die virtuelle Bibliothek DGM-lib DGM-lib: Digitale Mechanismen und Getriebebibliothek Ein Projekt der TU Illmenau und der RWTH-Aachen mit weiteren Partnern Inhalte: Biographien - Thesauri Bilder (physikalischer Modelle) Videos (Modelle in Aktion) Urheberrechtsfreie Bücher Mechanismenbeschreibungen Quelle: Zusätzliche Angebote: Lehrveranstaltungen (Video- Aufzeichnungen) Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik 10 von 17

11 3. Die virtuelle Bibliothek DGM-lib Lizenz/Nutzungsbedingungen: sehr komplex und weniger klar als bei K-MODDL. Zitat: Die über diese Website angebotenen Inhalte sind urheberrechtlich geschützt. Ihre Nutzung unterliegt den geltenden Urheberrechten. (DGM-lib-Webseite) Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik 11 von 17

12 4. Eine Alternative: das WEBLog-System KINEM.A Ein Projekt der Professur Maschinenbau-Informatik der Bergischen Universität Wuppertal Inhalte: -Bilder (physikalischer Modelle) -Videos (Modelle in Aktion) -Mechanismenbeschreibungen (Skizzen und Abmessungen) -3D-CAD- und Simulationsmodelle in den wichtigen modernen CAD- Systemen CATIA V5, MODGET, SAM etc. -Programm-Codes zur Mechanismen-Simulation -Kommentare und Diskussion von Benutzern Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik 12 von 17

13 4. WEBLog-System KINEM.A Lizenz/Nutzungsbedingungen: Inhalte werden von Benutzern (bislang Studierende) frei zur Verfügung gestellt. Die Urheberrechte verbleiben bei den Autoren. Diskussion und Kommentare zu den Beiträgen sind möglich und gewünscht. Diese erhöhen die Qualität der Beiträge. Statt historischer Dokumente und Modelle: Bilder und Videos aktueller Kunststoffmodelle sowie von virtuellen Modellen, die mit wichtigen Simulationsprogrammen erstellt wurden (CATIA, SAM, MODGET etc.) Der Zugang war zunächst frei: jeder Interessent konnte sich an dem WEBLog frei anmelden. Dies führte jedoch zu einer nicht mehr kontrollierbaren Flut von SPAM- Attacken. Der Zugang konnte in der Folge nur noch innerhalb der Arbeitsgruppe erfolgen Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik 13 von 17

14 5. Vergleich der Lösungen Bilder Videos CAD- Modelle Tutorials Video- Aufzeichnung (Lehrver- Anstaltung) Kommentare und externe Beiträge Bücher und Biographien DGM-lib ja ja nein nein ja nein ja K-MODDL ja ja nein ja nein nein ja KINEM.A ja ja ja nein nein ja nein Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik 14 von 17

15 6. Exkurs: wer war der Erfinder der Achsschenkel-Lenkung? K-MODDL: kein Eintrag für A-Steering bzw. für Rudolph Ackermann. DGM-lib: suche nach A-Steering liefert 10 Treffer, suche nach Ackermann liefert den Eintrag: Übersetzer des Hauptwerkes von Betancourt und Lanz. Die Wikipedia jedoch kennt den wirklichen Erfinder der Achsschenkel-Lenkung: Georg Lankensperger. Quelle: Wikipedia Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik 15 von 17

16 7. Was leistet Educational Software für die Lehre? Die DGM-lib enthält ein Verzeichnis mit getriebetechnischer Spezialsoftware. Diese Software-Tools wurden von Firmen und Hochschulinstituten entwickelt. Zumeist handelt es sich um proprietäre Software, teilweise um Freeware; zumeist mit aufwändig gestalteten graphischen Benutzerschnittstellen. Solche Software kann effektiv zur Ausbildung im Bereich der Konstruktion eingesetzt werden. Die Zielsetzung: Analyse und Synthese von Mechanismen. Zur Ausbildung im Bereich Computational Methods eignet sich die vom Autor dieses Beitrags entwickelte Software PyKinema. Mit dieser Software gelingt es, alle Schritte bei der Entwicklung von Berechnungsmethoden zu unterstützen. Die Studierenden können beispielsweise die von Ihnen ermittelten mathematischen Gleichungen zur Beschreibung von Mechanismen durch die Software überprüfen lassen. Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik 16 von 17

17 8. Ausblick Perspektiven für die Ingenieurpädagogik Alle Lösungen stellen umfangreiche Materialien bereit, die auch für die berufliche und studentische Ausbildung genutzt werden könnten. Die Rechtslage ist aber noch unklar. Die Nutzung für die Ausbildung bleibt durch die Nutzungsbedingunen weitgehend ausgeschlossen. Beiträge, Kommentare und Diskussionen externer Wissenschaftler bzw. Interessenten sind bei K-MODDL und DGM-lib nicht vorgesehen. Entscheidender Punkt bei allen Lösungen: die Webseiten bilden nur Sammlungen von Medien bzw. Inhalten. Strukturen werden durch Schlagworte und allgemeine Suchkriterien errichtet (Datum, Mechanismenstruktur, Dokumenttyp etc). Es fehlt eine umfassende semantische Strukturierung. Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik 17 von 17

18 Maschinebau-Informatik Fachbereich D Maschinenbau Bergische Universität Wuppertal woyand@uni-wuppertal.de Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Computerunterstütztes Lehren und Lernen im Fach Getriebelehre/Kinematik 18 von 17