Ausbildung für produktionstechnisch orientierte Fachgebiete am Beispiel der Koordinatenmesstechnik

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1 Ausbildung für produktionstechnisch orientierte Fachgebiete am Beispiel der Koordinatenmesstechnik Der Technischen Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg zur Erlangung des Grades D O K T O R - I N G E N I E U R vorgelegt von Michael Marxer Erlangen 2012

2 Als Dissertation genehmigt von der Technischen Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg Tag der Einreichung: 1. Juli 2011 Tag der Promotion: 30. Januar 2012 Dekanin: Berichterstatter: Prof. Dr.-Ing. habil. Marion Merklein Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult. Albert Weckenmann Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Gerhard Linß

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5 Kurzzusammenfassung Praktisches Arbeiten hat in produktionstechnisch orientierten Ausbildungen einen hohen Stellenwert. Die für die Ausbildung in den einzelnen Bereichen erforderliche, meist komplexe und teure Infrastruktur und die dazu erforderlichen Betreuungspersonen sind nur an einzelnen Kompetenzzentren verfügbar. Es wird eine Methodik zur Entwicklung von Unterrichtseinheiten beschrieben, in denen für Ausbildungszwecke auf reale, komplexe Geräte über das Internet zugegriffen werden kann. Diese Methodik berücksichtigt sowohl technische wie auch didaktische Aspekte. In einer exemplarischen Umsetzung wird der Vergleich zwischen Unterrichtseinheiten mit Präsenzpraktikum und Fernpraktikum durchgeführt. Abstract (Title: Training for production-oriented fields using coordinate measurement techniques as an example) Practical work is a top priority in production-oriented courses of study and training. However, the complex, expensive equipment and facilities and appropriate teaching and supervisory staff needed for training in individual areas are only available at individual competence centres. A method for the development of training units is described that enables access to real, complex devices over the internet for education purpose. The method considers both technical and didactic aspects. In an exemplary implementation, a comparison is made between training units with a presence-based workshop and those with a remote access workshop.

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7 Danksagung Diese Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Produktionsmesstechnik, Werkstoffe und Optik (PWO) an der Interstaatlichen Hochschule für Technik, NTB. Mein Dank gilt Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult. Albert Weckenmann für die wohlwollende Unterstützung sowie für die Übernahme des Hauptreferats. Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Gerhard Linß danke ich für die Übernahme des Korreferats. Mein besonderer Dank gilt Prof. Dr.-Ing. Claus P. Keferstein und Prof. Dr. Carlo Bach für die Förderung und die Unterstützung bei der Durchführung dieser Arbeit und die vielen konstruktiven Gespräche. Meinen Freunden und Kollegen danke ich für ihre Hilfsbereitschaft in vielen anregenden Diskussionen. Ein ganz besonders liebevoller Dank gilt meiner Frau Sabine und meinen Kindern Anna, Julius und Lina, ohne deren Unterstützung diese Arbeit nicht hätte entstehen können. Nendeln, im März 2012 Michael Marxer

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9 Inhaltsverzeichnis i 1 Einführung und Problemstellung 1 2 Stand der Technik und Stand des Wissens Didaktische Grundlagen Lernen und Lerntheorien Wissen und kognitive Dimensionen Lernziele und Lernzielstufen Bedeutung der praktischen Arbeit in der Ausbildung Anforderungen an Ausbildungen Allgemeine Bildungsanliegen Konkrete Bildungsanliegen Didaktische Anforderungen Technische Anforderungen Organisatorische Anforderungen Lernformen an Hochschulen Kontaktveranstaltungen Selbststudium Fernunterricht Blended-Learning Praktikumsformen - Stand der Technik Praktika an realen Geräten in Präsenzunterricht Praktika an virtuellen Geräten Praktika an realen Geräten über eine virtuelle Schnittstelle Fazit Formen der Ausbildung in der Koordinatenmesstechnik Bedeutung der Ausbildung in der Koordinatenmesstechnik Stand der Ausbildung in der Koordinatenmesstechnik Defizite bestehender Ausbildungen Schlussfolgerungen und Ziele der Arbeit Methodik zur Entwicklung einer Ausbildung mit Fernpraktikum Vorgehensmodell Übersicht Analyse und Planung Klärung der Randbedingungen Definition der Lernziele Identifizierung der Lernereigenschaften Auswahl und Vorbereitung der Lerninhalte Planung Lehr-/Lernmethode und Medien Definition der Systemfunktionen... 38

10 ii Inhaltsverzeichnis 3.4 Entwicklung und Produktion Konzept Detaillierung Realisierung Formative Evaluation Summative Evaluation Analyse und Planung der Unterrichtseinheit Klärung der Randbedingungen Didaktische Randbedingungen Technische Randbedingungen Definition der Lernziele Identifizierung der Eigenschaften der Lernenden Auswahl und Vorbereitung der Lerninhalte Planung der Lehr- und Lernmethoden Definition der Systemfunktionen Ausarbeitung und prototypische Umsetzung Entwicklung der Lehr-/Lernmodule Lernziele Basiswissen Einführung in die Gerätetechnik Erarbeitung von Theorie Einführung in die Gerätebedienung Praktikum Prüfung Implementierung technische Realisierung Konzept der Gerätesteuerung und Kommunikation Detaillierung der Gerätesteuerung und Kommunikation Realisierung der Gerätesteuerung und Kommunikation Bewertung der neuen Ausbildung mit Fernpraktika Ablauf Vergleichbarkeit der Lerngruppen Voraussetzungen und Kriterien Soziodemografische Angaben Lernerfolg nicht-praktikumsrelevante Prüfungsfragen Fazit Erfolg der Wissensvermittlung Lernerfolg (praktikumsrelevante Prüfungsfragen) Fazit... 95

11 Inhaltsverzeichnis iii 6.4 Beurteilung der Ausbildung aus Sicht der Zielgruppe Gesamtbeurteilung Fachliche Gesichtspunkte Methodisch-didaktische Gesichtspunkte Kommunikative Gesichtspunkte Fazit Wirtschaftliche Aspekte Szenarien Randbedingungen Variante 1: Durchführungsform mit Eigeninvestition Variante 2: Präsenzpraktikum mit Partnerinstitution Variante 3: Fernpraktikum mit Partnerinstitution Kostenvergleich Fazit Verallgemeinerung der Resultate Zusammenfassung Zusammenfassung der vorliegenden Arbeit Ausblick Literaturverzeichnis Anhang Fragebogen summative Evaluation Auswertung der Fragebögen Lebenslauf

12 IV Abkürzungsverzeichnis Abkürzung Erläuterung AUKOM Ausbildung Koordinatenmesstechnik ANOVA Analysis of variance BGBl Bundesgesetzblatt CCD Charge Coupled Device CMTrain Training for Coordinate Metrology (Verein mit dem Ziel, den Ausbildungsstand in der Koordinatenmesstechnik durch herstellerunabhängige, einheitliche Schulungen zu fördern) CPU Central Processing Unit CT Computertomografie ECTS European Credit Transfer System EUKOM Europäisches Ausbildungskonzept für die Koordinatenmesstechnik F&DL Forschung und Dienstleistungen KFH Konferenz der Fachhochschulen der Schweiz KMG Koordinatenmessgerät KMT Koordinatenmesstechnik LearNet Lernen und Experimentieren im Internet METROeLEARN European elearning for Manufacturing Metrology MMB Institut für Medien- und Kompetenzforschung PDCA Plan-Do-Check-Act (Deming Kreis) p-wert Signifikanzwert: Kennzahl zwischen Null und Eins zur Beurteilung der Ergebnisse statistischer Tests SD Empirische Standardabweichung SID Systematisches Instruktionsdesign SPS Speicherprogrammierbare Steuerung TCP Transmission Control Protocol VNC Virtual Network Computing VPN Virtual Private Network VVL Verbund Virtuelles Labor

13 Einführung und Problemstellung 1 1 Einführung und Problemstellung Wissen ist heute von zentraler und strategischer Bedeutung in der Gesellschaft, denn nur mit gut ausgebildeten Mitarbeitern ist der Unternehmenserfolg möglich. Dies hat weitreichende Konsequenzen auf nahezu alle Ausbildungsgänge von der Berufslehre bis zur Hochschulausbildung. Allen ist gemeinsam, dass sie sowohl grundlagenorientiert, didaktisch gut aufbereitet als auch technologisch aktuell, effizient und praxisgerecht sein sollen. Der Zugang zu Wissen ist heute in vielfältiger Weise gegeben und kann in unterschiedlichsten Lernformen erarbeitet bzw. vermittelt werden. Man unterscheidet Lernformen mit Präsenzunterricht, bei denen der Tutor direkten und persönlichen Kontakt zu den Lernenden hat und Fernunterricht, bei dem Tutor und Lernende örtlich getrennt sind. Mischformen von verschiedenen Lernformen, sogenannte Blended-Learning Ansätze erfahren eine stark wachsende Bedeutung in der Ausbildung [WECKENMANN 2009] und zeigen hohe Akzeptanz in der Lehre und Industrie [MARXER 2010]. Um den Praxisbezug der Ausbildung fördern zu können, liegt es nahe, Teile davon in Form von Präsenz-Praktika an modernen Maschinen und Geräten sowie mit didaktisch und fachlich geschultem Personal durchzuführen. Besonders in produktionstechnisch orientierten Fachgebieten mit komplexen und teuren Einrichtungen und in Funktionsräumen, die spezielle Umgebungsbedingungen (Temperatur, Feuchte, Schwingungen etc.) garantieren, ist dies aber nur eingeschränkt möglich. Um den Lernenden trotz Komplexität und hohen Kosten den nötigen Praxisbezug zu ermöglichen, wurden in der Vergangenheit verschiedene Alternativen genutzt. Eine Variante ist es, in einer Region mit mehreren, gleichartige Ausbildung anbietenden Bildungseinrichtungen, die Präsenz-Praktika an einem Ort zu konzentrieren, an dem sowohl moderne Technik als auch geschultes Personal zur Verfügung stehen. Dies erfordert die Mobilität der Lernenden und verursacht Zusatzkosten und einen höheren Zeitaufwand. Eine weitere Möglichkeit stellt die Simulation von Einrichtungen dar. Besonders die Entwicklung aber auch die Pflege einer praxisgerechten Simulationsumgebung komplexer Einrichtungen ist jedoch mit sehr großem Aufwand verbunden. Um den Anforderungen nach praxisgerechter und effizienter Ausbildung in der Fertigungsmesstechnik, einem Teilgebiet der Produktionstechnik, mit komplexen Messeinrichtungen gerecht zu werden, besteht ein neuer Ansatz darin, ein Blended- Learning Konzept einzusetzen, in dem für die Erarbeitung von Praxiserfahrung moderne, real existierende Messgeräte integriert werden, auf die über das Internet zugegriffen wird. Der Lernende soll dabei den Eindruck haben, direkt vor dem Messgerät zu stehen und dieses zu bedienen. Dabei wird er von einem Tutor betreut, der

14 2 Einführung und Problemstellung sich tatsächlich beim Messgerät aufhält, also vom Lernenden örtlich getrennt ist und trotzdem über das Internet direkt mit ihm in Kontakt steht. Mit diesem Konzept ist es möglich, ein Praktikum durchzuführen, unabhängig davon, wo die Messeinrichtung steht. Sie kann sich im selben Gebäude wie die Lernenden befinden aber vielleicht nicht oder nur schlecht zugänglich sein. Dies ist z.b. bei Reinräumen oder klimatisierten Messräumen der Fall. Sie kann sich aber auch in einem weit entfernten aber gut ausgerüsteten Kompetenzzentrum zur Verfügung stehen. Ein weiterer Vorteil dieses Konzepts für Kompetenzzentren ist eine bessere Auslastung der Einrichtungen und Tutoren. Gerade bei komplexer Gerätetechnik ist der häufige, möglichst tägliche Umgang mit den Maschinen durch den Tutor für eine qualitativ hochwertige, praxisbezogene und effiziente Ausbildung wichtig. Zur Umsetzung dieser Idee soll ein didaktisches Konzept auf Basis eines Blended- Learning Ansatzes für einen gesamten Kurs gewählt werden. Dieser enthält Theorievermittlung, Übungen und Praktika, die aufeinander abgestimmt sind und wahlweise in Präsenz- oder Fernstudium über das Internet durchgeführt werden können. Ferner müssen technische Lösungen gefunden werden, um beim Lernenden in Praktika über das Internet den Eindruck zu erwecken, vor Ort zu sein. Es geht also nicht nur um die Verlagerung der Benutzerschnittstelle der Messgeräte über das Internet an einen anderen Ort, sondern um einen online-fähigen, mehrkanaligen, bidirektionalen Informationstransfer. Auch Sicherheitsaspekte sind im didaktisch-technischen Konzept zu berücksichtigen. Zu Beginn der Arbeit bestanden keine Erfahrungen, bzgl. der technischen und didaktischen Ausgestaltung als auch bzgl. Akzeptanz und Erfolg eines derartigen Konzepts. Um die Kriterien Lernerfolg, Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz beurteilen zu können, wurde das Konzept am Beispiel der Koordinatenmesstechnik umgesetzt und evaluiert. In der Koordinatenmesstechnik handelt es sich um hochkomplexe, empfindliche, oft in klimatisierten Räumen betriebene Messgeräte. Die Umsetzung und Evaluation erfolgte im Rahmen von Hochschulkursen, die einen hohen Anspruch an didaktischer und technologischer Ausgestaltung der Ausbildung haben. Die Frage der Akzeptanz und des Erfolgs sollte in einer vergleichenden Untersuchung beantwortet werden. Dazu wurde das Konzept derart gestaltet, dass bei sonst gleichen Randbedingungen das Praktikum wahlweise vor Ort oder über das Internet durchgeführt werden konnte. Die Entwicklung des Konzepts wurde von einer formativen Evaluation zur Optimierung des Konzepts begleitet. Anschließend wurden die Kurse alternierend mit vor Ort Praktikum und mit Praktikum über das Internet durchgeführt. Die einzelnen Gruppen bzw. alle Beteiligten der Kurse, Tutoren und Lernende, wurden einer summativen Evaluation unterzogen. Daraus ergab sich eine realistische Vergleichsmöglichkeit des neuen Konzepts mit bekannten Lernformen.

15 Einführung und Problemstellung 3 Die Arbeit gliedert sich in die Beschreibung des neu entwickelten Lernarrangements mit den Phasen Analyse und Planung, Entwicklung und Produktion und Evaluation und in die Beschreibung der Umsetzung und der Evaluationsergebnisse. In Abschnitt 2 werden der Stand der Technik im Bereich des Fernlernens und die Eigenschaften wichtiger, heute genutzter Ausbildungsformen analysiert. Hierbei wird der Fokus auf Ausbildungsformen mit Blended-Learning und Fernpraktika gelegt. Basierend auf dieser Analyse werden Defizite bestehender Ausbildungsformen herausgearbeitet, woraus sich die Ziele der Arbeit ableiten. Die Methodik zur Entwicklung des Lernarrangements wird in Abschnitt 3 beschrieben. Diese Methodik soll als verallgemeinerbare Grundlage zur Entwicklung weiterer Projekte ähnlicher Art auch auf anderen Fachgebieten dienen. Die Analyse und Planung des Lernarrangements werden in Abschnitt 4 unter Berücksichtigung der didaktischen und technischen Randbedingungen beschrieben. Aufbauend auf der Festlegung der Lernziele und der Lernereigenschaften werden die Auswahl, die Vorbereitung und die Planung der Lerninhalte beschrieben. Abschließend werden die zur Umsetzung des Lernarrangements nötigen Systemfunktionen dokumentiert, welche die Basis für die technische Implementierung des Fernpraktikums darstellen. In Abschnitt 5 werden die Ausarbeitung der didaktischen und der technischen Inhalte von der Konzeptphase bis zur Realisierungsphase der prototypischen Umsetzung in der Koordinatenmesstechnik geschildert und die Resultate der formativen Evaluation vorgestellt. Abschnitt 6 beinhaltet die Resultate der summativen Evaluation und den Vergleich der beiden Lernformen - Präsenzpraktikum und Fernpraktikum. Basierend auf diesen Resultaten wird dargelegt, ob sich die in Abschnitt 3 vorgestellte Methodik zur Entwicklung von Lernarrangements mit Fernpraktika eignet und verallgemeinern lässt. In Abschnitt 7 sind die wesentlichen Resultate der Arbeit zusammengefasst. Es wird ein Ausblick auf künftigen Forschungsbedarf aus der Sicht dieser Arbeit gegeben.

16 4 Einführung und Problemstellung

17 Stand der Technik und Stand des Wissens 5 2 Stand der Technik und Stand des Wissens In diesem Abschnitt werden mit der Darstellung wichtiger Lerntheorien die didaktischen Grundlagen für die vorliegende Arbeit geschaffen, wichtige Begriffe aus dem Bereich des Lernens geklärt und deren Bedeutung für die vorliegende Arbeit herausgearbeitet. Die Besonderheiten des Lernens im produktionstechnisch orientierten Fachgebiet und der Stellenwert der praktischen Arbeit für den Lernerfolg werden dargestellt. Vor diesem Hintergrund werden wichtige neue Lernformen betrachtet, die heute an Hochschulen zum Einsatz kommen. Der Fokus liegt dabei auf elearning, Blended- Learning und Fernlernen, welche in den letzten Jahren auch in der KMT Anwendung fanden. Der Stand der Technik in der Telekooperation und die heutigen Einsatzgebiete dieser Technologien bei der Ausbildung vervollständigen das Bild modernen Lernformen. Es wird untersucht, welchen Stellenwert Fernpraktika in der Ausbildung bisher einnehmen und welche Defizite sich daraus ergeben. Basierend auf dieser Ausgangssituation werden die Ziele der Arbeit abgeleitet. 2.1 Didaktische Grundlagen Lernen und Lerntheorien Lernprozesse können auf der Basis unterschiedlicher Lerntheorien beschrieben werden. Die für diese Arbeit wichtig sind der Behaviorismus, Kognitivismus und Konstruktivismus, die im Folgenden angeführt sind. Der Ansatz des Behaviorismus basiert darauf, dass Lernerfolg durch Rückmeldung zum gelernten Stoff in kurzer Zeitspanne nach dem Lernen erzielt wird. Diese Rückmeldung soll beim Erreichen gewünschter Ergebnisse in Form von positiven oder bei unerwünschten Ergebnissen in Form von negativen oder keinen Konsequenzen erfolgen. Verständniskontrollen sollen dabei schnell und unmittelbar durchgeführt werden, damit eine unmittelbare Korrektur oder eine Bestätigung möglich ist. Typische Vertreter dieses Ansatzes sind Drill-and-Practice-Übungen. Diese werden häufig eingesetzt, um Faktenwissen zu erwerben. Eine typische Methode aus diesem Bereich ist die Lernkartei, um z.b. Vokabeln oder historische Daten zu lernen. Hierbei erhält der Studierende mit Hilfe des Lernmaterials direkt Rückmeldung über die erreichten Lernziele. Der Ansatz des Behaviorismus zeichnet sich dadurch aus, dass sich Lernziele und Randbedingungen klar definieren lassen, z.b. welche Handlung, in welcher Zeit, mit wie vielen Fehlern absolviert wurde. Um Faktenwissen zu trainieren, sollen Teile des Lernarrangements in dieser Arbeit auf der Theorie des Behaviorismus basieren. Diese Teile des Lernarrangements

18 6 Stand der Technik und Stand des Wissens können sowohl als Übungen im Präsenzunterricht als auch in der Selbstlernphase eingebaut werden. Im Ansatz des Kognitivismus wird Lernen als Prozess verstanden, in dem sich der Studierende aktiv und dynamisch mit neuem Wissen auseinander setzt und dieses in Bezug zu bereits vorhandenen Wissensstrukturen bringt. In diesem Ansatz wird der Studierende als Individuum verstanden, das im Gegensatz zu der Anschauung im Behaviorismus nicht ausschließlich passiv Informationen aufnimmt, sondern selbständig Informationen erarbeitet und verarbeitet [REINMANN-ROTHMEIER 2003]. In diesem Modell werden kognitive Prozesse (Wahrnehmen, Erinnern, Vorstellen, Vermuten, Erwarten, Planen, Problemlösen, Informationsverarbeitung) in den Vordergrund gerückt. Der Studierende beschäftigt sich auf der Grundlage der ihm zur Verfügung stehenden Kenntnisse und Fähigkeiten mit dem Lernmaterial. Dazu wählt er selbständig die geeigneten Methoden zur Bearbeitung des Lernmaterials. Lernen heißt hier Verständnis zu gewinnen, Probleme zu lösen und Zusammenhänge zu erkennen. Damit wird die Kompetenz zur Beurteilung von Sachverhalten gefördert. Um dies zu trainieren, spielt die aktive Auseinandersetzung der Studierenden mit realitätsnahen Problemen eine wichtige Rolle. Diese Auseinandersetzung soll sowohl in der Bearbeitung von Übungsaufgaben, der Diskussion von Sachverhalten in Gruppen, der Lösung von Problemstellungen und insbesondere in der praktischen Anwendung des Gelernten in der Praktikumsphase erfolgen. Besonders in dieser kann auf die individuellen Bedürfnisse der Studierenden eingegangen werden. Im Ansatz des Konstruktivismus erfährt der Studierende Wissenszuwachs in einem Prozess, in dem er sich in einem sozialen Umfeld befindet und aktiv auf komplexe Situationen reagiert. Er beschäftigt sich aktiv im Lernarrangement und ist in dieses eingebettet. Der Tutor arbeitet als Coach und gibt Hilfestellung bei der Beschäftigung mit dem Lernarrangement. Durch die Bewältigung dieser Situationen konstruiert der Studierende Wissen in Kooperation mit dem Tutor. Eine wichtige Voraussetzung dafür, dass diese Art des konstruktivistisch angelegten Lernens effizient verläuft, ist das Vorhandensein einer soliden Wissensbasis beim Studierenden, bestehend aus Lernkompetenz und fachlichem Basiswissen. Der Konstruktivismus ist eine Form des situationsbasierten Lernens und eine geeignete Form, um auf individuelle Bedürfnisse der Studierenden einzugehen. Das situationsbasierte Lernen soll in der Bearbeitung von Übungsaufgaben und der Durchführung von Messaufgaben in enger Zusammenarbeit bzw. unter Anleitung eines Tutors erfolgen. Hierbei spielt die praktische Anwendung der Grundlagen in realitätsnahen Aufgabenstellungen eine wichtige Rolle. Die Studierenden sind in ein soziales Netz von Gruppenmitgliedern, Klassenkameraden und Tutoren eingebunden, in dem es

19 Stand der Technik und Stand des Wissens 7 gilt, seinen eigenen Standpunkt zu den Sachverhalten zu vertreten und gemeinsame Lösungsansätze zur Bewältigung der Aufgaben zu generieren. Schlussfolgerung Die angeführten drei Lernparadigmen decken nach heutigem Stand des Wissens das moderne Verständnis des Lehrens und des Lernens ab [DUBS 2009]. Eine eingehendere Betrachtung der drei Lernparadigmen zeigt, dass sich die Ansätze bis zu einem gewissen Grad abgrenzen lassen, jedoch eine didaktisch einseitige Anwendung dieser Ansätze vermieden werden sollte. Vielmehr sollte, gestützt auf die genannten Lerntheorien, eine geeignete Kombination der Lernformen gewählt werden, um einen effektiven und effizienten Lernerfolg sicher zu stellen. Erst nach der Schaffung einer Wissensbasis mit behavioristischen und kognitivistischen Lernszenarien können sinnvollerweise konstruktivistisch angelegte Lernszenarien eingesetzt werden, damit Studierende auch komplexere Zusammenhänge erkennen können. Ein Ansatz, Verbindungen zwischen den drei Lernparadigmen zu schaffen, wird in der Handlungstheorie beschrieben [GASSER 2000]. Hier wird die Ansicht vertreten, dass Lernen ein komplexer Prozess ist, der immer als eine Form des menschlichen Handelns verstanden werden kann: Lernen ist Handeln [GASSER 2000]. Basierend auf den dargestellten Lerntheorien und der damit verbundenen Eigenschaften wird die folgende Definition des Begriffs Lernen, welche eine Kombination aus Teilen der angeführten Lerntheorien impliziert, für diese Arbeit als besonders geeignet beurteilt [REUSSER 1994]: Lernen ist ein aktiver, konstruktiver, kumulativer und zielorientierter Prozess, der in Lerngemeinschaften und in bestimmten Kontexten abläuft und metakognitiv gesteuert wird. Diese Definition des Begriffs Lernen soll Basis für diese Arbeit sein. Die Studierenden sollen aktiviert werden, sich selbständig mit dem Thema auseinanderzusetzen und werden dazu durch den Tutor angeleitet und durch den Lernprozess geführt. Geeignete Aufgabenstellungen unterstützen die Studierenden darin, aktiv zu werden. Das Lernarrangement wird so strukturiert, dass Lerninhalte aufeinander aufbauend, in unterschiedlichen Zusammenhängen erklärt und verwendet werden. Die Lernziele werden in dieser Art schrittweise erreicht. Bei dem zu entwickelnden Lernarrangement wird darauf geachtet, dass der Prozess lernzielorientiert abläuft. Dies beginnt mit der Definition der Lernziele, der Festlegung der erwarteten Kompetenzen und wird überprüft mit dem individuellen Absolvieren einer Verständnisprüfung am Ende des Kurses. Die Studierenden arbeiten während der Phasen des Wissenserwerbs in Kleingruppen und lösen realitätsnahe Messaufgaben an einem realen Gerät. Im ge-

20 8 Stand der Technik und Stand des Wissens samten Prozess steht ein Tutor zur Verfügung, der die Studierenden im Vorgehen der Erarbeitung anleitet und sie als Diskussionspartner bei der Bearbeitung der Praxisaufgaben am Messgerät unterstützt Wissen und kognitive Dimensionen Die Grundlage für die Gestaltung von Lernszenarien bildet die Unterteilung von Wissen in unterschiedliche Wissensarten. Auf diese greifen die Studierenden zur Lösung von Aufgaben zurück. Die Unterscheidung dieser Wissensarten bildet anschließend die Grundlage zur Festlegung der Lernzielstufen, welche in den unterschiedenen Wissensarten erreicht werden sollen. Es existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Klassifikationssysteme, nach denen Wissen klassifiziert wird. Diese Arbeit stützt sich auf die Unterteilung von Wissen in die folgenden Wissensarten [GAS- SER 2000]: Deklaratives Wissen (Faktenwissen) beinhaltet Wissen über Sachverhalte, Fakten, Konzepte, Zusammenhänge. Darunter wird die Kenntnis der Begrifflichkeiten bis zur Kenntnis spezifischer Details verstanden. Prozedurales Wissen beinhaltet Wissen über Strategien, Vorgehensweisen und Regeln. Hier werden Zusammenhänge zwischen den einzelnen Elementen des deklarativen Wissens verstanden. Zu diesem Wissensbereich gehören Prinzipien und Verallgemeinerungen. Episodisches Wissen (Verfahrensorientiertes Wissen) wird durch Erfahrung aufgebaut. Wissen wird in einer Form gewonnen, in der dieses verallgemeinert und auf andere Bereiche übertragen werden kann. Sensomotorisches Wissen wird erlangt durch die Betrachtung des Systems von Handelndem und der Umwelt, in der Handelnde durch Rückkopplungsmechanismen einen Wissenserwerb erhalten Lernziele und Lernzielstufen Kategorien von Lernzielen Lernziele können in die folgenden drei Kategorien eingeteilt werden [BLOOM 1984]: Kognitive Lernziele: Lernziele, in denen Ziele bzgl. Fakten, Konzepten, Regeln, Abläufen und Prinzipien definiert werden. Affektive Lernziele: Lernziele, in denen Interessen, Einstellungen und Werte definiert werden. Psychomotorische Lernziele: Lernziele, in denen manuelle Fertigkeiten und Bewegungsabläufe definiert werden wie z.b. handwerkliche oder sportliche Fähigkeiten.

21 Stand der Technik und Stand des Wissens 9 In jeder der Lernzielkategorien können die Studierenden sechs Lernziel-Niveaus erreichen. Für den kognitiven Bereich können diese in Stufen von Erinnern bis Erzeugen eingeteilt werden [Bloom 1984]. Diese Einteilung soll Grundlage für diese Arbeit sein. Die Fähigkeiten der Studierenden bei Erreichen der Lernziel-Niveaus werden in der Folge zusammengefasst. Stufe 1 - Erinnern: Lernende haben Kenntnisse konkreter Einzelheiten wie Begriffe, Definitionen, Fakten, Daten, Regeln, Gesetzmäßigkeiten, Theorien, Merkmalen, Kriterien und Abläufen. Diese Fakten können abgerufen und wiedergegeben werden. Stufe 2 - Verstehen: Lernende können Sachverhalte mit eigenen Worten erklären oder zusammenfassen. Sie können Beispiele anführen, Zusammenhänge verstehen und Aufgabenstellungen interpretieren. Stufe 3 - Anwenden: Lernende können das Gelernte in neue Situationen übertragen und anwenden. Sie können das Gelernte abstrahieren und allgemeine Sätze auf Sonderfälle übertragen. Stufe 4 - Analysieren: Lernende können ein Problem in einzelne Teile zerlegen und so die Struktur des Problems verstehen. Sie können Widersprüche aufdecken, Zusammenhänge erkennen und Folgerungen ableiten. Lernende können zwischen Fakten und Interpretationen unterscheiden und sind in der Lage, Sachverhalte in ihre Struktur zu zerlegen. Stufe 5 - Bewerten: Lernende können aus mehreren Elementen eine neue Struktur aufbauen oder eine neue Bedeutung erschaffen. Sie können neue Lösungswege vorschlagen oder begründete Hypothesen entwerfen und Elemente zu einem Komplex zusammenfügen. Stufe 6 - Erzeugen: Lernende können den Wert von Ideen und Materialien beurteilen und Alternativen gegeneinander abwägen. Sie können Entschlüsse fassen, diese begründen und bewusst Wissen zu anderen transferieren, z.b. durch Arbeitspläne. Die Definition der sechs Lernzielstufen ist für die affektiven und die psychomotorischen Lernziele unpräzise. Für das Lernen eines technischen Sachverhalts soll das Hauptaugenmerk auf die kognitiven Ziele gerichtet werden [LEFRANÇOIS 2006]. In der Folge werden deshalb ausschließlich diese Lernziele betrachtet Bedeutung der praktischen Arbeit in der Ausbildung Durch entdeckendes Lernen, das bei der Auseinandersetzung mit praktischen Fragestellungen ermöglicht wird, kann eine besonders gute Verarbeitung des Wissens erreicht werden [STEINER 2006]. Der Grund dafür liegt darin, dass diese Lernform den Übergang von extrinsischer Motivation (Lob, Noten) zu intrinsischer Motivation (Faszination, Begeisterung) besonders fördert [GASSER 2000].

22 10 Stand der Technik und Stand des Wissens Entdeckendes Lernen zeichnet sich u.a. dadurch aus, dass die Studierenden eigene Ideen umsetzen und testen können, dass Fehler gemacht werden dürfen und Alternativen ausprobiert werden können. Ein guter Wissenstransfer wird durch praktische Arbeiten unter möglichst wirklichkeitsnahen Randbedingungen mit realen Geräten sehr gefördert [CANFORA 2004]. Für Techniker und Ingenieure ist es neben der theoretischen Grundausbildung besonders wichtig, ein intuitives Gefühl für die unberechenbare Komplexität der realen Welt zu bekommen. Ein überaus wichtiger Aspekt bei der Erarbeitung dieses Wissens ist die praktische Arbeit. Mit einer solchen Vorgehensweise wird eine gesunde Urteilsfähigkeit eines Studierenden gefördert und ein Gefühl für Tauglichkeit und Angemessenheit entwickelt [FERGUSON 1993]. In Praktika soll den Studierenden Gelegenheit geboten werden, die erarbeiteten theoretischen Kenntnisse in praxisnaher Umgebung anzuwenden, diese auszuprobieren, sich über Vorgehensweisen auszutauschen und zu diskutieren. Dabei soll das praxisorientierte Verständnis des Unterrichtsgegenstands geschärft und Gelegenheit zur Erörterung fachspezifischer Fragestellungen geboten werden. Diese Art des selbständigen Lernens und Agierens unterstützt das Verständnis der Sachverhalte und fördert somit ein nachhaltiges Lernerlebnis. Dies trägt dazu bei, dem Ziel im Lernprozess näherzukommen, die Urteilsfähigkeit (Lernzielstufe Bewerten ) der Studierenden heranzubilden. Um entdeckendes Lernen anregen zu können, müssen einige didaktische Voraussetzungen erfüllt sein: die Aufgabenstellungen müssen sorgfältig ausgewählt werden, damit die Einsicht in das Fachgebiet erlangt werden kann, eine Wiederholung der Lerninhalte soll in unterschiedlichen Abstraktionsniveaus erfolgen, um die Nachhaltigkeit des Wissens zu fördern, das Lehrerverhalten muss sich vom lehrerdominanten Frontalunterricht unterscheiden, er soll vermehrt die Rolle eines Coachs einnehmen, die Studierenden sind auf Lernhilfen angewiesen und benötigen prozess- und problemorientierte Unterstützung und weniger ergebnisorientierte Unterstützung. Der Ingenieur kann erst schöpferisch und einfallsreich sein, wenn er die Techniken, die er zur Anwendung bringen will, bereits beherrscht und die grundlegenden Zusammenhänge kennt. Diese Erkenntnis fand ihren Niederschlag auch in neuen Ingenieurausbildungen mit wesentlichen praktischen Unterrichtsteilen, wie Praktika im Umgang mit Maschinen und Geräten.

23 Stand der Technik und Stand des Wissens 11 Der große Erfolg solcher Ausbildungen hinsichtlich Wachstums von Studierendenzahlen und deren Chancen auf dem Arbeitsmarkt zeigen die Wichtigkeit dieser Komponente in der Ausbildung deutlich [FERGUSON 1993]. Der praktischen Erfahrung wird eine sehr hohe Bedeutung beigemessen, was auch in folgender Literaturstelle zum Ausdruck kommt: Was Ingenieure anwenden, wenn sie etwas entwerfen, ist nicht die Wissenschaft, obwohl ein wesentlicher Teil ihres Wissens aus den Naturwissenschaften stammt. Sie wenden ein Wissen an, das auf experimentellen Erkenntnissen und empirischen Erfahrungen, auf Beobachtungen von Materialien und Systemen beruht [FERGUSON 1993]. Dieses so erarbeitete Wissen ist Grundlage zur Generierung neuer Ideen, die in aller Regel durch Kombination und Vernetzung von bereits bestehenden Kenntnissen und vorhandenen Erfahrungen generiert werden. Das Erkennen neuer Ansätze gelingt dabei umso besser, je grösser der Anteil der praktischen Erfahrung ist, mit der die Theorie ergänzt werden kann. Diese Erkenntnisse sollen die Grundlage dieser Arbeit sein, in dem das Hauptaugenmerk auf eine realitätsnahe Vermittlung von Wissen gelegt wird, welches in praxisgerechtem Umfeld auf realen Geräte umgesetzt, vertieft und erweitert werden kann. Die Industrie verlangt verstärkt nach Hochschulabgängern, die ein breites, praxisnahes Paket an Wissen mitbringen. Insbesondere in der produzierenden Industrie wächst der Bedarf nach qualifizierten Mitarbeitern, die neben einer theoretischen Grundausbildung auch praktische Erfahrung (wie z.b. in der Messtechnik) mitbringen [KOPPEL 2007]. 2.2 Anforderungen an Ausbildungen Der technische Fortschritt erfordert eine kontinuierliche Aktualisierung und Anpassung von Weiterbildungsinhalten und -formen. Die Erwartungshaltung der unterschiedlichen Interessengruppen an Weiterbildungen ist vielschichtig. Die Kenntnis der Anforderungen der Weiterbildungsteilnehmer, der Tutoren und der beteiligten Institutionen ist eine Grundvoraussetzung für eine zielorientierte Entwicklung und Realisierung eines Lernarrangements. Die Erarbeitung von Erfahrungswissen an möglichst praxisnahen Aufgaben unter Einbezug von realen Geräten spielt dabei in den Ingenieurwissenschaften eine besonders wichtige Rolle [HAMZA 2003]. Bei Ausbildungen im Umfeld produktionstechnisch orientierter Sparten hat der hohe Stellenwert dieser Komponente, der Einbezug realer Geräte, deshalb entscheidende Auswirkungen auf die Gestaltung einer Ausbildung.

24 12 Stand der Technik und Stand des Wissens Allgemeine Bildungsanliegen Es lassen sich drei allgemeingültige, auf der Unterrichtsform Praktika basierende Bildungsanliegen formulieren. Umsetzung von Theorie in die Praxis Das Praktikum soll: das Erinnern von Fakten und Prinzipien unterstützen und das Interesse am Fach wecken, dabei unterstützen, die theoretischen Kenntnisse in die Praxis umzusetzen, indem praxisnahe Aufgabenstellungen persönlich bearbeitet werden, es ermöglichen, Zusammenhänge und Rückschlüsse aus der praktischen Erfahrung und Beobachtung auf die Theorie zu ziehen, es ermöglichen, Erfahrungen über reale Praxisprobleme und Randbedingungen und ihre Auswirkungen auf andere Fachgebiete zu erkennen. Labortypische Aufgaben Die Studierenden sollen: erfahren und üben, was es an Vorbereitungs-, Durchführungs- und Nachbearbeitungsaufwand bedeutet, reale Aufgabenstellungen in der Praxis umzusetzen, lernen, wie Geräte initialisiert und bedient werden, sowie Untersuchungsobjekte vorbereitet werden, lernen, welche Parameter für die Versuchsdurchführung relevant sind, wie Versuche durchgeführt, beobachtet, dokumentiert und ausgewertet werden, Praxiskenntnisse zur Interpretation von Versuchsergebnissen erwerben und lernen, mit Messunsicherheiten umzugehen. Systematisches Vorgehen Die Studierenden sollen: mit der Vorbereitung der Aufgabe lernen, die relevanten Informationen zu beschaffen und auszuwerten, motiviert werden, eigene Lösungswege zur Bearbeitung von Aufgabenstellungen zu entwickeln, lernen, ihre Vorgehensweise zu vertreten und Argumente zur Begründung der Interpretation ihrer Versuchsergebnisse zu finden, lernen, die erworbenen Kenntnisse abstrahieren zu können und auf andere Situationen zu übertragen.

25 Stand der Technik und Stand des Wissens Konkrete Bildungsanliegen Die allgemeinen Anforderungen an die Praktikumseinheit geben einen Anhaltspunkt zur weiteren Ausarbeitung der spezifischen Anforderungen an produktionstechnisch orientierte Sparten. Bei der Auslegung der Ausbildung sind folgende Gesichtspunkte als grundlegende Anforderungen zu berücksichtigen. Der Unterricht soll: praxisorientierte Lernmaterialien und Aufgaben zur Verfügung stellen, das Erarbeiten von Erfahrungswissen in realem Umfeld ermöglichen, eine lernerzentrierte, zeitnahe Betreuung durch den Tutor ermöglichen, die Berücksichtigung individueller Bedürfnisse der Studierenden ermöglichen, Rückmeldungen zum Lernfortschritt ermöglichen, in bestehende Weiterbildungsangebote integriert werden können Didaktische Anforderungen Eine Grundvoraussetzung bei der Gestaltung von erfolgreichen Lernangeboten ist es, diese didaktisch und inhaltlich gut aufzubereiten. Unter didaktischen Gesichtspunkten sind Lernangebote so zu gestalten, dass die Lerninhalte auf unterschiedliche Art und Weise erarbeitet werden können. Damit ist es erforderlich, auf Anforderungen unterschiedlicher Lerntypen: auditive Lerntypen, optisch/visuelle Lerntypen, haptische oder rein intellektuelle Lerntypen Rücksicht zu nehmen. Inhaltlich essentiell für eine Ausbildung in produktionstechnisch orientierten Sparten ist es, die Auswahl der zu bearbeitenden Lerninhalte und Aufgabenstellungen auf aktuelle wissenschaftliche bzw. berufsrelevante, praktische Anforderungen der Studierenden auszulegen. Um diese Voraussetzungen zu erfüllen, sind folgende Gesichtspunkte zu berücksichtigen: das Praktikum soll motivierend für die Studierenden sein und das Interesse am Fachgebiet fördern, das Lernangebot soll den Anforderungen eines informierenden Unterrichts entsprechen,

26 14 Stand der Technik und Stand des Wissens die Studierenden sollen über die Lernziele und die Struktur der Unterrichtseinheit informiert sein und die an sie gestellten Anforderungen kennen, es soll überprüft werden können, ob das theoretische Grundwissen bei den Praktikumsteilnehmern bereits vor Praktikumsbeginn vorhanden ist, die Aufgabenstellungen im Praktikum sollen dem Niveau der Studierenden angepasst sein, die Studierenden sollen im Praktikum selbständig und aktiv agieren können und eigene Ideen und Lösungsansätze einbringen können, die Praktikumsveranstaltung soll so gestaltet sein, dass der Tutor die Rolle eines Coachs einnehmen kann, der Tutor soll die Möglichkeit haben, die Studierenden individuell und umfassend zu unterstützen und die Kontinuität des Lernens sicherzustellen, der Tutor soll durch unterstützende Medien und Werkzeuge in die Lage versetzt werden, die Sichtweise der Studierenden zu erkennen und durch dessen Führung einen aktiven Lernprozess zu ermöglichen, der bei den Studierenden die Motivation unterstützt und das Engagement fördert Technische Anforderungen Um dem stetigen industriellen Fortschritt Rechnung zu tragen, sollte die Gerätetechnik, die in den Praktika genutzt wird, dem neuesten Stand der Technik entsprechen. Dabei ist es für die Akzeptanz eines Systems wichtig, den Lernenden und den Tutoren einen komplikationsfreien und stabil funktionierenden Zugang zum System zu ermöglichen. Der Tutor soll zu jeder Zeit uneingeschränkte Kontrolle über das Gerät haben. Die Studierenden sollen im Praktikum ein möglichst praxisnahes Erlebnis haben. Praxisprobleme bei der Arbeit mit dem Gerät sollen auftreten können, diese sollen aber nicht zur Unterbrechung oder sogar Abbruch des Praktikums führen. Die Rückmeldungen des Gerätes sollen möglichst in Echtzeit erfolgen können. Beim Einsatz elektronischer Medien ist auf eine ununterbrochene technische Verfügbarkeit und auf eindeutige Navigationsmöglichkeit zu achten. Die Spezifikationen des in die Ausbildung zu integrierenden Gerätes, sind hinsichtlich seiner hard- und softwareseitigen Anforderungen zu analysieren. Die für die Bearbeitung der Aufgabenstellungen notwendigen Kenntnisse zur Gerätesteuerung sind zu definieren und den Studierenden zur Erarbeitung zur Verfügung zu stellen.

27 Stand der Technik und Stand des Wissens 15 Hardwareseitig sind der verfügbare Speicherplatz, Rechnerkapazitäten, die Internetverbindung und nötige Gerätekomponenten wie Kommunikationshilfsmittel zu spezifizieren Organisatorische Anforderungen Es ist festzulegen, welche der Unterrichtseinheit vorgelagerten und nachgelagerten Tätigkeiten nötig sind, wie z.b. das Vorbereiten eines Messgerätes und die Vorbereitung von Material und Hilfsmitteln. Es muss sichergestellt werden, dass die benötigte Infrastruktur wie Räume, Geräte, Mobiliar, Rechner und Kommunikationsmittel sowie die dazu nötigen Datenleitungen in ausreichendem Maß verfügbar sind. Zeitliche Verfügbarkeiten der Institutionen 1 und 2 im Kontext zu den übrigen Lehr- und Forschungsaufgaben sind zu prüfen. 2.3 Lernformen an Hochschulen Unterrichtsformen an Hochschulen werden unterschieden in Kontaktveranstaltungen und Selbststudium. Selbststudium wird nach der Betreuungsform unterteilt in geleitetes/begleitetes Selbststudium, individuelles Selbststudium und freies Selbststudium Kontaktveranstaltungen Die am weitesten verbreiteten Lehr- und Lernform an Hochschulen ist die Kontaktveranstaltung, welche die Präsenz der Lernenden an einem Ort mit dem Tutor erfordert. Zu dieser Lernform zählen z.b. Vorlesungen, Übungen, Seminare und Praktika. In dieser Form des Unterrichts steuert der Tutor die Veranstaltung. Unter Praktika wird in vorliegender Arbeit eine Lehrveranstaltung verstanden, in der Studierende in kleinen Gruppen Experimente und Übungen durchführen. Praktika werden in aller Regel in Kontaktveranstaltungen durchgeführt. Dies ist dort möglich, wo die benötigte Infrastruktur sowie fachlich und didaktisch geschulte Tutoren vorhanden sind Selbststudium Als Selbststudium wird diejenige Art von Unterricht verstanden, in der sich Studierende selbst organisieren. Dazu erarbeiten sie sich einzeln oder gemeinsam Wissen. Es wird zwischen begleiteter und unbegleiteter Selbstlernzeit unterschieden. In der begleiteten Selbstlernzeit steht bei Bedarf ein Tutor beratend zur Verfügung, in der unbegleiteten Selbstlernzeit sind die Studierenden auf sich gestellt [LANDWEHR 2008].

28 16 Stand der Technik und Stand des Wissens Im individuellen Selbststudium erarbeiten sich Studierende Wissen ohne Begleitung. Ein so strukturierter Lernabschnitt, welcher einer Unterrichtseinheit zugeordnet ist, kann z.b. zur Vorbereitung auf ein Praktikum oder zur Vorbereitung auf eine Klausur genutzt werden. Als freies Selbststudium wird diejenige Zeit verstanden, in der sich Studierende in Interessensgebiete vertiefen, die keinen direkten Zusammenhang zu den Lernzielen des Curriculums haben Fernunterricht Neben klassischen Kontaktveranstaltungen existieren weitere Lehr- und Lernmethoden. Hier spielt der Fernunterricht eine bedeutende Rolle. Unter dem Begriff Fernunterricht ist die Vermittlung von Kenntnissen zusammengefasst, bei dem Tutoren und Studierende ausschließlich oder überwiegend räumlich getrennt sind und Lehrende den Lernerfolg überwachen [FERN-USG 2000]. Klassische Methoden des Fernunterrichts, die ihre Anfänge bereits in den 1950er Jahren nahmen, bestehen aus der selbständigen Bearbeitung von Lernmaterial durch die Studierenden. Das Lernmaterial steht hier z.b. in Form von Lernheften zur Verfügung. Während der Bearbeitungszeit stehen Tutoren zur Verfügung, mit denen die Studierenden bei Bedarf Kontakt aufnehmen können. Nach der Bearbeitung des Lernheftes werden Prüfungsfragen gelöst, die zur Korrektur an Experten eingesendet werden. Anschließend erfolgt eine Rückmeldung von den Experten an die Teilnehmer, z.b. in Form einer Note. Es wird davon ausgegangen, dass Fernlernen an deutschen Hochschulen im Zuge der Veränderung der Bildungsausgaben eine wesentliche Rolle spielen wird. Prognosen weisen darauf hin, dass Universitäten durch die Schaffung neuer, flexibler Studienmöglichkeiten mit Teleteaching gute Möglichkeiten haben, ihre Stellung im Wettbewerb zwischen den Hochschulen zu verbessern [LEHNER 2000]. Klassischer Fernunterricht zeichnet sich durch ein zeitlich und örtlich unabhängiges bzw. flexibles Lernen aus, durch das Lernende insbesondere in der beruflichen Fortbildung die Möglichkeit haben, unterschiedliche Interessen wie Familie, Freizeit und Arbeitszeit in Einklang zu bringen. In dieser Form des Unterrichts ist die Integration von Praktika nicht möglich Blended-Learning Die klassischen Unterrichtsmethoden von Kontaktveranstaltungen, wie auch der Fernunterricht, werden heute zunehmend durch Lernformen erweitert, in denen moderne Informations- und Kommunikationstechnologien genutzt werden. Lehr- und Lernmethoden unter Nutzung computerunterstützter, synchroner Methoden (Video-

29 Stand der Technik und Stand des Wissens 17 und Audiokonferenzen, Applikationsteilung, Chat) und asynchroner Kommunikationsdienste (Internetdienste, , Foren) ergänzen die klassischen Methoden. Blended-Learning als Mischform unterschiedlicher Lernformen wird heute als zukunftsträchtigstes Lernarrangement [MMB-INSTITUT 2009] betrachtet. In dieser Form des Unterrichts kann durch einen geeigneten Methodenmix unterschiedlicher Lernformen die jeweils optimale Lern-Methode, bezogen auf das zu erreichende Lernziel und unter Berücksichtigung der Voraussetzungen der Zielgruppe, gewählt werden. Hierbei ist es wichtig, ein über alle Lernmethoden umfassendes Curriculum zu haben. In solchen Blended-Learning-Szenarien haben Studierende über Internetportale Zugang zu Lernmaterialien wie z.b. Multimediakursen, Videos, Simulationen, Experimentier-Software, Animationen und Vorlesungsunterlagen in digitaler Form. Daneben können Studierende und Tutoren diese Portale für organisatorische Aspekte des Studiums nutzen. Die Teilnehmer an solchen Szenarien können ausgestattet sein mit Video- und Audioübertragungsmöglichkeiten über Webcams und Mikrofone, was es ermöglicht, die Kommunikationsmöglichkeiten der Plattformen zu nutzen, um untereinander oder mit Tutoren beispielsweise via , Foren und Chat in Kontakt zu bleiben. Eine statistische Erhebung des Fachverbandes Forum DistancE-Learning weist für Deutschland im Bereich des Fernunterrichts für das Jahr 2008 über Teilnehmer aus. Dies entspricht einem Zuwachs der Teilnehmerzahl um 4,6% innerhalb eines Jahres. Dieselbe Auswertung weist für Hochschulen eine Steigerung der Fernstudierendenzahlen im selben Zeitraum um über 18 Prozent aus [KURZ 2010]. 2.4 Praktikumsformen - Stand der Technik In der Ausstattung von Laboreinrichtungen an Hochschulen bestehen große Unterschiede. Die Möglichkeiten, moderne Geräte für Praktika zu beschaffen, professionell zu bedienen und zu unterhalten, werden vor dem Hintergrund kleiner werdender finanzieller Mittel, die für die Ausbildung zur Verfügung stehen, immer geringer. Damit steigt die Nachfrage nach Alternativen zu klassischen Praktika in Präsenzunterricht. In diesen wird mit unterschiedlichen Ansätzen versucht, den Studierenden mit weniger finanziellem Aufwand einen in der Ausbildung dringend erforderlichen Praxisbezug durch die Durchführung von Praktika zu bieten. Um den Studierenden diesen Praxisbezug zu ermöglichen, werden auch Alternativen zu Praktika gesucht, in denen die Studierenden passive Teilnehmer werden. Diese Alternativen sind z.b. das reine Beobachten der Arbeit eines Experten über Video-Konferenz-Technologie oder Ersatzformen realer Praktika in Form von Videofilmen oder Animationen [ECHE- VERRÍA-VILLAGÓMEZ 2006]. Das Sammeln eigener Erfahrung ist für den Erkenntnisgewinn der Studierenden ausschlaggebend. An dieser Stelle soll deshalb ausschließ-

30 18 Stand der Technik und Stand des Wissens lich auf die Art von Praktika eingegangen werden, in denen die Studierenden eine aktive Rolle ausfüllen. Neben den klassischen Formen der Praktikumsdurchführung direkt an Geräten, hat sich die Möglichkeit herausgebildet, auf entfernt stehende Infrastruktur über das Internet zuzugreifen. Daraus haben sich neue Formen der Praktikumsdurchführung ergeben. Typische Vertreter dieser Formen sollen im Folgenden dargestellt werden: Praktika an realen Geräten in Präsenzunterricht, Praktika an virtuellen Geräten, Praktika an realen Geräten über eine virtuelle Schnittstelle Praktika an realen Geräten in Präsenzunterricht Praktika an realen Geräten in Präsenzunterricht können durchgeführt werden, wenn Geräte, Räumlichkeiten und Tutoren der Geräte an der eigenen Hochschule für eine Praktikumsdurchführung bereit stehen oder die Studierenden an einen Ort mit den Geräten und entsprechend geschulten Gerätebedienern gebracht werden können. Beispiele klassischer Praktikumsdurchführungen sind Praktika einfacher Versuchsaufbauten aus dem Bereich der Grundlagenausbildung, wie z.b. der Ermittlung von Kennlinien eines elektrischen Bauteils, bis hin zu Arbeiten an komplexen Laborgeräten, wie z.b. der Bearbeitung von Messaufgaben mit Koordinatenmessgeräten (KMG) (Bild 1). Praktika in Präsenzunterricht werden in der Regel in Kleingruppen durchgeführt. Arbeiten mehrere Praktikumsgruppen in einem Raum, kann der Lärmpegel beträchtlich werden und andere Praktikumsgruppen oder Mitarbeiter stören, die an anderen Geräten arbeiten. In dieser Art der Praktikumsdurchführung haben die Studierenden in der Regel selber die Möglichkeit, in Kleingruppen und unter Anleitung die Gerätebedienung zu übernehmen. Dabei können sie eigene Erfahrungen im Umgang mit der genutzten Infrastruktur sammeln. Die soziale Komponente wird zum Austausch von Wissen und Erfahrungen unter den Schulungsteilnehmern und in der Diskussion in den Gruppen gefördert. An den zu bearbeitenden Aufgabenstellungen erwerben die Studierenden Erkenntnisse aus der Praxis und lernen die Grenzen der eingesetzten Methoden und Geräte kennen. In dieser Form der Praktika werden alle Sinne der Studierenden angesprochen. Für den Tutor ergibt sich in dieser Praktikumsform die Möglichkeit, das Wissen der Schulungsteilnehmer zu überprüfen. Es wurde bereits im Vorfeld dieser Arbeit von den Tutoren die Erfahrung gemacht, dass die Vorbereitung der Studierenden eine

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