Erfolgreiche Lehre wird zunehmend durch digitale Angebote, besonders Videos und live Online-Vorlesungen unterstützt. Während bei Videos ein wissenschaftlich fundierter Konsens über lernförderliches Design besteht, wurden die Ergebnisse bisher kaum auf Online-Vorlesungen übertragen.

Gerade im MINT-Bereich kann der gezielte Einsatz effektiv gestalteter Videos helfen, Schwierigkeiten beim Lernen zu überbrücken (Dunleavy et al., 2022). Allerding spielt die Qualität der Produktion und die Beachtung lernförderlicher Multimedia-Prinzipien dabei eine Rolle. Häufig fällt dabei der Aufwand für die Dozierenden zu hoch aus, um diese Prinzipien umzusetzen.

Mithilfe freier Software aus dem (Gamer-)Streaming Bereich ist es Lehrenden hingegen möglich, lernförderliche Gestaltungsprinzipien einfach und mit eigenen Mitteln umzusetzen. An Stelle des klassischen Folienvortrags werden die Inhalte live eingeblendet. Die Dozierenden können direkt mit den Inhalten interagieren und sind sozial und emotional präsent. Dieses Abwechslungsreiche und persönliche Format einer Online-Veranstaltung sorgt für mehr Aufmerksamkeit und Engagement.

Die Attraktivität und Qualität der Live-Online Lehre kann dadurch zunehmen, die Zufriedenheit und der Lernerfolg der Studierenden kann steigen. Gleichzeitig sparen sich die Dozierenden viel Zeit bei der Erstellung von Videos, da aufwändiges schneiden und editieren entfällt. Darüber hinaus sind sie nicht auf teuere Ausrüstung oder die Unterstützung anderer angewiesen. Die Studierenden profitieren dabei zusätzlich auf sozialer und emotionaler Ebene.

In diesem Workshop werden zunächst die verschiedenen lernförderlichen Gestaltungsprinzipien mit Hilfe von Beispielen erläutert. Die Teilnehmenden werden ein Beispiel aus ihrer eigenen Veranstaltung entsprechend umgestalten. Anschließend werden sie dazu angeleitet, die Software OBS einzusetzen, um damit ihre neu gestaltetes Material in eine Online-Veranstaltungen oder in ein Lehrvideo einzubauen (eigene Laptops mit Beispielmaterial einer Veranstaltung zum Umgestalten, einer Webcam und mit einer vorinstallierten Version von OBS werden benötigt).

Dunleavy, Spencer, u. a. „Increased Learning in a College Physics Course with Timely Use of Short Multimedia Summaries“. Physical Review Physics Education Research, Bd. 18, Nr. 1, Januar 2022, S. 010110. DOI.org (Crossref), https://doi.org/10.1103/PhysRevPhysEducRes.18.010110.

Ausgehend von der Unzufriedenheit mit den visuellen Darstellungsmöglichkeiten von Systemen wie Moodle oder Mahara entstanden selbstgepflegte Webseiten auf Basis des Wordpress-Systems für die Lehrveranstaltungen "Digitale Bildbearbeitung" sowie "Prozedurales & objektorientiertes Programmieren".

Die Webseiten basieren auf dem neuartigen Konzept der Wissensvereinzelung des Vorlesungsstoffs und der rechnergestützten Wissensrekombination auf mannigfaltige Weisen zu Wissenslinien. So kann der Vorlesungsstoff neben der üblichen kapitelorientierten Darstellung auch in beliebigen anderen Rekombinationsarten angezeigt werden, wie etwa der automatischen Erstellung von Übungsbögen mit einem bestimmten zeitlichen Umfang, einer Liste noch nicht verstandener Wissenselemente (durch Integration eines Lernmanagement-Systems) oder einer Aufzählung aller Fotografen, die eine bestimmte Bearbeitungstechnik verwenden. Dabei erfolgt die Wissensdarstellung responsiv und kann mittels einer Vielzahl von Endgeräten (Desktop, Tablet, Smartphone) abgerufen und bearbeitet werden.

Das System ist mehrbenutzerfähig, so dass mehrere Dozenten ihre Beiträge im selben System einpflegen können; Mehr noch: Auch Studierende können Beiträge zur Lehrveranstaltungswebseite beisteuern. Beim FWPF Digitale Bildbearbeitung erfolgen die Leistungsabgaben der Studierenden direkt im System und erweitern damit den Wissensfundus Jahr für Jahr – was an immer herausragenderen Leistungen ablesbar ist.

Für die Programmieren-Lehrveranstaltungen wurden zur Unterstützung der Übungen aktivierende, interaktive Feedbacktools erfolgreich getestet: Auf Basis von H5P- und anderen Komponenten sind Übungsaufgabentexte um Quizze, Lückentexte, Wort-Ziehen-, Hotspot-, Spoiler- und sogar live-programming-Elemente ergänzt und alle Wissenselemente in eine Lernfortschrittskontrolle integriert.

Die Einzelmaßnahmen wurden zu Lehr- und Lernkonzepten weiterentwickelt, die nun in den genannten Lehrveranstaltungen regelmäßig erfolgreich eingesetzt werden. Bei diesen Lehr- und Lernkonzepten handelt es sich um

1. Kollaboratives Lernen: Studierende und Professor arbeiten an einem gemeinsamen Wissens­pool
2. Kompetitives Lernen: Studierende bewerten sich wettbewerblich gegenseitig
3. Responsives Lernen: Lernen mit einer unmittelbaren Lernerfolgskontrolle

Der Beitrag wird als Workshop durchgeführt, der neben einer Einführung die Teilnehmer auch dahin führt, dass sie das Verfahren selbst ausprobieren und eigene Wordpress- sowie H5P-Beiträge anlegen. Abschließend werden Tipps&Tricks zum Einsatz in eigenen Lehrveranstaltungen weitergegeben.

Laborpraktika in Technik und Naturwissenschaft beinhalten häufig akribische und detaillierte Theorie- und Versuchsbeschreibungen. Diese werden im Labor meist anhand vordefinierter Einstellungen exakt abgearbeitet. Auch die Ergebnisdokumentation erfolgt vielfach anhand von vorgefertigten Tabellen und Diagrammen, die mit erwartbaren Messergebnissen gefüllt werden. Dies hat seinen Wert beim Einüben von Routinen und Kennenlernen von Abläufen.

Praktika können – geschickt gestaltet – sogar noch viel mehr, u. a.:

1. konzeptionelle Fähigkeiten fördern (Versuchsplanung, Vorabüberlegung von "Stolperfallen"),
2. Forschung einüben (Thesenerstellung, Parameterauswahl),
3. eigenständiges Planen und Handeln einüben (viele Freiheitsgrade in vorab definiertem Rahmen),
4. praxisorientierte Lösungssuche vermitteln (reale Aufgaben der Forschung und Entwicklung) und
5. Alltagsbezug herstellen und damit stark motivieren (z.B. Untersuchung der eigenen individuellen Umwelt durch Feldversuche).

Dies wird anhand von zwei unterschiedlichen Praktikumskonzepten veranschaulicht:

1. einem Chemiepraktikum im 1. Semester bei lokalen Partnern mit realen Proben (Wasseranalytik in Kläranlage Augsburg, Brennstoffanalytik bei ASG Analytik-Service AG) und
2. einem Umweltanalytikpraktikum im 7. Semester, Wahlpflichtmodul Angewandte Umwelttechnik mit Schnelltests und low-cost-Feldmessgeräten (Gewässerbeprobung und Raumluftuntersuchung),

wo jeweils durch geeignetes Begleitmaterial und Vorabbesprechungen Aufgabenstellung, Proben- & Versuchsplanung, Durchführung der Probenahmen und Messungen sowie Auswertung und Diskussion eigenständig ohne vor-Ort-Betreuung erfolgen.

Damit werden Praktika dem von M. D. Sacher & A. B. Bauer entwickelten Konzept der Kompetenzförderung im Laborpraktikum gerecht. (M. D. Sacher & A. B. Bauer: Kompetenzförderung im Laborpraktikum, in C. Terkowsky et al. (Hg), Labore in der Hochschullehre, wbv Media GmbH & Co. KG, Bielefeld, 2020.)

Im Workshop werden zunächst Erfahrungen mit bisherigen naturwissenschaftlich-technischen Praktika ausgetauscht. Auf Basis von Beispielformulierungen nach Feisel und Rosa werden angestrebte Kompetenzziele erarbeitet. (L. D. Feisel, & A. J. Rosa, Journal of Engineering Education 2005, 94 (1), 121–130. doi:10.1002/j.2168–9830.2005.tb00833.x.) Anschließend erfolgt die Vorstellung der o. g. Praktikumskonzepte. Diese werden bzgl. Kompetenzorientierung, Organisation und Umsetzung sowie Vor- und Nachteile im Vergleich zu „klassischen Praktika“ analysiert. Abschließend erfolgt eine Kleingruppenarbeit zur Entwicklung eigener Konzepte.

Inhalt des Workshops ist das interdisziplinäre Lehren und Lernen im Hinblick auf eine zentrale gesamtgesellschaftliche Herausforderung, dem verantwortlichen Umgang mit Ressourcen. Gerade Themen der Nachhaltigkeit lassen sich nur durch eine mehrperspektivische Herangehensweise sinnvoll bearbeiten.

Der Beitrag basiert auf den Erfahrungen aus einem Drittmittelprojekt, das den Aufbau innovativer Lern- und Arbeitsstrukturen für interdisziplinäre Zusammenarbeit zum Ziel hat. An dem Projekt beteiligt waren Lehrende und Studierende aus fünf Fachrichtungen: aus dem MINT-, dem künstlerisch-gestalterischen und dem sozialwissenschaftlichen Bereich. Das Lehrenden-Team hat gemeinsam mit einer Hochschuldidaktikerin ein Lehr-Lernangebot entwickelt und umgesetzt. Fokus war die umfassende Kompetenzförderung im Hinblick auf die Bearbeitung gesellschaftlich relevanter Fragestellungen in interdisziplinären Teams. Dabei hat sich gezeigt, wie vielfältig die Perspektiven auf das Thema und die Zusammenarbeit sind, wie unterschiedlich die fachspezifische Sprache ist und wie sehr sich Denk- und Arbeitsweisen der Disziplinen zum Teil unterscheiden.

Damit interdisziplinäres Lehren und Lernen trotz großer Heterogenität gelingen kann, spielen die persönliche und die sozial-kommunikative Ebene eine entscheidende Rolle – sowohl auf Seiten der Lehrenden als auch der Studierenden: Es erfordert Mut, Geduld und Offenheit, sich auf das ‚Fremde‘ einzulassen sowie eine Haltung, die von gegenseitigem Respekt geprägt ist und die Gleichwertigkeit und Kompetenz der jeweils anderen Disziplin (an-)erkennt. Gleichzeitig ist es elementar, eine gemeinsame Sprache zu finden, damit Verständigung über Disziplingrenzen hinweg möglich ist.

In dem Beitrag werden die Erfahrungen aus dem Lehr-Lernangebot mit Fokus auf die erforderlichen Kompetenzen für interdisziplinäre Zusammenarbeit präsentiert und mit den Teilnehmenden diskutiert. Leitend ist die Frage ‚Welche Themen erfordern eine interdisziplinäre Zusammenarbeit in der Lehre und wie kann diese gelingen?‘. Dazu werden mögliche Szenarien in Kleingruppen entwickelt.

Was, wenn man in seiner Lehr-Laufbahn vieles aufgeschnappt hat und nach und nach in seiner Lehre unterbringt?

Wenn man dabei von allen diesen Tools und Methoden begeistert ist und dies gerne mit andern teilen möchte? Wenn zudem die eigene Lehre (fast) alle Schwerpunkte abdeckt? Dann hüpft man wohl am besten in einem Pecha-Kucha-Vortrag, am besten in einem Science Slam Stil, durch die Themen und hofft, damit ein Appetitanreger für andere zu sein!

Angesiedelt in der Studieneingangsphase, zur Förderung Studierender mit Einstiegsschwierigkeiten (= Ziel des MINT-Kollegs), mit Eingangsquizz, Inverted Classroom mit Lehrvideos für zu Hause und Peer Instruction vor Ort, Diskussionen, Feedbacks und betreutes Aufgabenrechnen – es buntes Menü aus mehreren Gängen in Reimen serviert!

In dem Vortrag geben wir einen Einblick in das an der htw saar entwickelte Future Skills Modell und zeigen anhand eines Praxisbeispiels auf, wie die Förderung von Future Skills in einem quantitativen Modul gelingen kann.

Was sind Future Skills? Im Rahmen des Vortrags betrachten wir Future Skills als fachübergreifende Kompetenzen, Fähigkeiten und Fertigkeiten, die Menschen befähigen, Herausforderungen in der aktuellen und künftigen (digitalen) Arbeitswelt und im Alltag zu begegnen. In dem an der htw saar entwickelten Future Skills Modell wurden insgesamt 17 Future Skills identifiziert.

Wie können Future Skills in die bereits bestehende Lehre integriert werden? Der Fokus des Vortrags liegt darin dem Plenum ein Lehr-Lernkonzept vorzustellen, das zeigt, wie Future Skills integrativ und eng verzahnt mit fachlichen Inhalten gefördert werden können. Die Struktur des Konzepts baut auf einem Wechsel zwischen asynchronen und synchronen Lernphasen auf, wie man es z.B. aus dem Konzept des Lernteam Coachings kennt (LTC nach Fleischmann et al., 2006). In den Selbstlernphasen bearbeiten Studierenden im LTC-Format fachliche Aufgaben und absolvieren interaktive Lernvideos zu verschiedenen Future Skills. In den anschließenden synchronen (hybriden) Lernphasen werden die Future Skills und die fachlichen Inhalte gemeinsam durch Übungen, Reflexionsphasen und Diskussionen vertieft. Beispielsweise erstellten und diskutieren die Studierenden anschließend an die Selbstlernphasen zu den Themen Lernstrategien und Integralrechnung eine individuelle Mind-Map zur Integralrechnung.

Was werden Sie nach dem Vortrag mitnehmen können? Sie als Teilnehmende werden einen Einblick bekommen, wie Lehre gemäß des Lehr-Lernkonzepts des LTCs strukturiert werden kann. Sie werden den aktuellen Entwurf des Future Skills Modells der htw saar verstehen und Beispiele für Methoden und Übungen kennen, mithilfe derer Future Skills und fachliche Inhalte trainiert und in das Gesamtkonzept integriert werden können. Es werden Anregungen gegeben, wie der Lernerfolg evaluiert werden kann.

Eine kompetenzorientierte Lehrkräftebildung erfordert, dass Bildungswissenschaften, Fachdidaktik und Fachwissenschaft synergetisch ineinandergreifen. In den naturwissenschaftlichen Lehramtsfächern agieren jedoch nicht selten Fachdidaktik und Fachwissenschaft entkoppelt voneinander. Dabei übernehmen die Fachwissenschaften insbesondere die Vermittlung fachspezifischer Kompetenzen, ohne den späteren Beruf der Studierenden und die dabei notwendigen Kompetenzen zu berücksichtigen. Dies kann dadurch befördert werden, dass Lehramtsstudierende die Minderheit neben den Fachstudierenden in den Lehrveranstaltungen einnehmen.

Wir widmen uns in unserem Beitrag den Fragen, wie Fachdidaktik und Fachwissenschaft kooperativ den Kompetenzaufbau der Lehramtsstudierenden leisten können und welche Vorteile dies für die jeweilige Disziplin und vor allem für die Studierenden bietet. Als Prototyp dient dazu das Modul "Anwendungen der Physik und ihre Didaktik", welches sich in eine fachwissenschaftliche und eine fachdidaktische Lehrveranstaltung mit einer gemeinsamen Prüfungsleistung aufteilt. Im Vortrag stellen wir unsere Erfahrungen mit dem synergetischen Redesign des Moduls vor. Schwerpunkte des Lehr-Lern-Konzepts sind unter anderem der reflektierte Umgang mit fachwissenschaftlicher Primärliteratur als Grundlage der Unterrichtskonzeption und die Gewährung authentischer, anwendungsorientierter Einblicke in aktuelle Forschungsvorhaben, um forschendes Handeln ebenso im Unterricht abzubilden. Dies wird durch eine Befragung zur Selbstwirksamkeit der Studierenden unterstützt, welche die Aufbereitung von physikalischer Forschung für den Unterricht adressiert.

Die großen Herausforderungen unserer Zeit, allen voran das Erreichen von Nachhaltigkeit, erfordern neuartige Lösungsansätze, die Problemstellungen multiperspektivisch und systemisch adressieren. Entsprechend notwendig sind dabei neue Lehr-Lernkonzepte, welche erforderliche Fähigkeiten gezielt in den Studierenden fördern.

Aufseiten der Lehrenden erfordert dies ein Umdenken insbesondere im MINT-Bereich, in unserem Fall in der Informatik, da der klassische Fächerkanon meist das Erlernen von werkzeugorientierten, technischen Problemlösungsansätzen in den Vordergrund stellt. Technik wird dadurch zum Selbstzweck und entzieht sich einer ganzheitlichen Wesensbetrachtung – und wird hinsichtlich Nachhaltigkeit mehr Teil des Problems als Teil der Lösung.

Als Beitrag der Bildung für nachhaltige Entwicklung bricht die Lehr-Lernveranstaltung Nachhaltigkeit & KI dieses klassische Schema der MINT-Ausbildung auf, führt zu einer kritischen Reflexion über die Technik an sich und adressiert das Potenzial technischer Innovation für eine nachhaltige Gesellschaft. Dabei fokussieren wir zum einen das Potenzial von künstlicher Intelligenz als wichtigem Baustein für das Erreichen nachhaltiger Entwicklungsziele (KI für Nachhaltigkeit). Zum anderen diskutieren wir den zunehmenden Ressourcenverbrauch, der durch die Kommunikations- und Informationstechnik verursacht wird, und entwickeln Kriterien, um die Qualität von Anwendungen künstlicher Intelligenz hinsichtlich ausgewählter Nachhaltigkeitsindikatoren zu untersuchen und zu bewerten (Nachhaltigkeit von KI).

Eingebettet werden die Themenschwerpunkte Nachhaltigkeit und KI in grundlegende Inhalte zum Nachhaltigkeitsbegriff sowie zu Werkzeugen des systemischen Denkens. So lernen die Studierenden, Probleme mit Hinblick auf soziale, ökonomische und ökologische Nachhaltigkeitsaspekte zu bewerten sowie über monokausale Erklärungsmuster hinaus zu denken.

Insgesamt eröffnen sich den Studierenden dadurch aktive Perspektiven auf den eigenen Handlungsspielraum zur Gestaltung der globalen Gesellschaft. Diese erproben sie beispielhaft anhand von selbstgewählten Problemstellungen mit Nachhaltigkeitsbezug, die sie in Kleingruppen mittels erlernter Techniken aus dem Bereich des Maschinellen Lernens lösen und prototypisch umsetzen.

So entstanden im ersten Durchlauf der Veranstaltung intelligente Lösungen, die ein breites Spektrum nachhaltiger Anwendungsbereiche adressieren, u. a. Müllbeseitigung, Vogelpopulationskontrolle, barrierefreie Videokommunikation für Hörgeschädigte oder die effiziente Nutzung von Lebensmitteln.

Folgt man Empfehlungen des Wissenschaftsrates, ist die Ausgestaltung der Lehre unter Einsatz digitaler Medien stärker an selbst- und eigenverantwortlichen Lernformaten auszurichten und die Lehrenden an Hochschulen vollziehen einen Rollenwechsel von der Wissensvermittlung zur Lernbegleitung.

Im Modul 'Algorithmen und Datenstrukturen' der Bachelor-Informatikstudiengänge an der Hochschule Osnabrück wird dieser Rollenwechsel durch eine Kombination des Inverted Classroom Modelles mit der Scrum-Methodik vollzogen. Hierbei sind die Studierenden angehalten, sich die fachlichen Inhalte des Moduls auf der elektronischen Lernplattform mithilfe von Videoaufzeichnungen, digitalem Skript und interaktiven Übungseinheiten selbstständig zu erarbeiten. Die durch den Wegfall der klassischen Vorlesung in Präsenz freigewordene Zeit wird zur Beantwortung von Fragen, Diskussionen, Hörsaal-Quizze zur Selbstreflexion oder der Aufarbeitung des erlernten Stoffes umgenutzt. Die Studierenden sind dabei in Bezug auf die Inhalte der Veranstaltungen federführend und gestalten sich ihre individuellen Lernprozesse.

Theorie und Praxisteile der Veranstaltungen werden analog zur Scrum-Methodik in sog. 'Sprints' von zwei bis drei Wochen Dauer bearbeitet. Hierzu arbeiten die Studierenden selbstständig in Gruppen von drei bis vier Personen. Die Aufgaben sind in den Kontext einer eigens für das Modul entwickelten virtuellen Betriebssystemumgebung 'HSOS' eingebettet, die es ermöglicht, das in der Theorie erlernte Wissen in einem praxisorientierten Kontext anzuwenden und bauen inhaltlich aufeinander auf. Das entsprechende Softwareprojekt wird den Studierenden hierzu in Form eines GitLab-Repositories zur Verfügung gestellt. Die Verwendung von Git mit einem zugehörigem Code-Repository und integrierten Test-Routinen entspricht einer realitätsnahen Vorgehensweise, wie sie in der Softwareentwicklung zurzeit allgemein gängige Praxis ist.

Um den wirkungsvollen Einsatz solcher Sprints erlebbar zu machen, werden wir im Rahmen des Beitrages diese Sprint-Zyklen in kompakter Form mit allen Phasen von der Planung bis zur Retrospektive durchlaufen und die dabei gemachten Erfahrungen diskutieren.

Ob in Politik, Wirtschaft, besonders in Marketing und Werbung: Kaum ein Begriff wird in Deutschland aktuell so inflationär und universell eingesetzt wie Nachhaltigkeit. Auch im Bildungssektor wird darüber häufig diskutiert. Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) steht für den zentralen Ansatz, Menschen zu innovativem, in die Zukunft gerichtetem Denken und Handeln zu befähigen. Beim Ausbau ebendieser digitalen und nachhaltigen Zukunft nehmen Fächer wie Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik (kurz MINT) eine immer wichtigere Rolle ein. Vor diesem Hintergrund wird an der Technischen Hochschule Nürnberg (THN) der interdisziplinäre Studiengang M. Sc. Nachhaltige Transformation geplant (Entwicklung durch MINT+ (Stifterverband und Daimler Fonds) gefördert). Das Curriculum implementiert inhaltlich und didaktisch die Kernaspekte von BNE. Schon bei dessen Entwicklung sind Studierende maßgeblich beteiligt. Exemplarisch für diesen partizipativen Prozess ist die Ausarbeitung eines Pilotmoduls Energiesysteme in der Transformation. Ein Team aus vier TH-Professor*innen (unterschiedlicher Fakultäten), einer TH-Didaktik-Expertin, einer selbstständigen Unternehmens- und Nachhaltigkeitsberaterin, einem Mitarbeiter eines nachhaltigen Energieanbieters, einer wissenschaftlichen Mitarbeiterin und insgesamt acht Studierenden gestaltet das Modul inhaltlich und didaktisch interdisziplinär und innovativ. Den Studierenden kommt eine Schlüsselrolle, vor allem bei der Entwicklung und Einbindung digitaler Tools, zu: Sie recherchieren bereits existierende (Youtube-)Videos und Podcasts zu den verschiedenen Subthemen; schlagen Tools für die Präsenz- (wie Murmelgruppen) und die hybride Lehre (in Moodle) vor; diskutieren und entscheiden mit über geeignete, kompetenzorientierte Prüfungsformen. Die Studierenden werden im SoSe 2023 das Seminar begleiten und evaluieren. Vertreter*innen des Teams berichten in einem 60-minütigen Workshop über ihre Erfahrungen bei der Modulentwicklung, der Durchführung und der Auswertung der Evaluation. Im Anschluss an den Impulsvortrag folgt eine Diskussionsrunde. Diese soll auch dazu dienen, das Publikum mit Lösungsansätzen zu möglichen Herausforderungen bei der eigenen Konzeption neuer Lehrformate zu unterstützen. Die aus der Erfahrung des Entwicklungsteams abgeleiteten Handlungsempfehlungen setzen Impulse für die Zukunft der MINT-Lehre, der nachhaltigen Hochschulbildung und vor allem für erfolgreiche interdisziplinäre Kollaborationen.

Um den Übergang Schule/Hochschule in den MINT-Fächern in Anbetracht der
sehr heterogenen Physik-Kenntnisse zu unterstützen,
entwickeln bundesweit 14 Hochschulen seit 2016 gemeinsam einen
Online-Brückenkurs Physik (OBKP). Der Kurs kann unter
www.brückenkurs-physik.de
kostenlos ohne Anmeldung genutzt werden und wird seit 2020 nach Begutachtung
durch TU9 empfohlen.
Der Kurs enthält Eingangstests mit Feedback in Form von
Bearbeitungs-Empfehlungen, Abschlusstests zu jedem Thema, Lektions-Texte und
-Videos, Experiment-Videos, interaktive Elemente mit GeoGebra und Sammlungen von
interaktiven Übungsaufgaben zu den Kapiteln Grundlagen, Mechanik,
Elektromagnetismus, Optik, Wärmelehre und Wellen. Zu einzelnen Seiten gibt
es "Basiswissen" für Nutzende mit wenig Grundkenntnissen. Die im Rahmen der
vertraglich geregelten Kooperation erarbeiteten Inhalte werden unter der
freien Lizenz CC BY-SA veröffentlicht.
Gegenüber der öffentlichen Version besteht Bedarf an inhaltlicher und
technischer Weiterentwicklung:
Das Material ist sehr umfangreich. Seit 2021 bietet der von der cosh-Gruppe
(ein Kooperationsteam zwischen Schule und Hochschule in Baden-Württemberg)
verabschiedete Mindestanforderungskatalog Physik in der Version 3.0 einen
Rahmen für eine Beschränkung der Inhalte.
Das Editieren des Kurses ist aufwändig und Teile der Technik sind veraltet.
Der Kurs eignet sich weniger für eine mobile Ansicht.
Das Einbinden des Kurses in Lernmanagementsysteme per SCORM ist nur bedingt
möglich.
Im Rahmen eines Transfer-Antrages mit der Hochschule Biberach wird eine
"cosh-Version" des Online-Brückenkurses erarbeitet. Dabei wird eine neue
Technik eingesetzt, die am KIT speziell für Online-Kurse entwickelt wird
und dem oben genannten technischen Weiterentwicklungsbedarf genügen soll.
In dem Beitrag soll nach einer Einführung der erreichte Stand bei der
inhaltlichen und technischen Überarbeitung vorgestellt werden. Inhaltlich
erfolgte zunächst die Beschränkung der Inhalte auf den cosh-Katalog,
weitere Überarbeitungen sind vorgesehen. In dem anschließenden Gespräch
sollen die Teilnehmenden die Gelegenheit bekommen, an den eigenen Geräten
(Laptop, Tablet oder Mobiltelefon) vergleichend mit der öffentlichen und der
neu entwickelten Version zu arbeiten. Abschließend sollen Hinweise zu den
Kursvarianten und Ideen für neue Zusammenarbeiten gesammelt werden.

Im Rahmen der Digitalisierung und während der Corona-Pandemie sind zahlreiche Online-Kurse insbesondere in den Grundlagenbereichen Mathematik und Physik entstanden. Der übliche Aufbau solcher Angebote ist eine komplexe Kursstruktur mit Lektionen und darin enthaltenen Übungen. Ähnlich verhält es sich bei den aktuellen Lernmanagementsystemen im Hochschulbereich. Wer gezielt und schnell auf einzelne Items wie z.B. Tutorials oder Übungsaufgaben zugreifen möchte, braucht dafür Zeit und viele Klicks. Das stellt im heutigen Studienalltag oft eine Hemmschwelle bei der Anwendung solcher digitalen Angebote dar. Aus diesem Grund entstand die Idee, ein browserbasiertes und optisch ansprechendes Lehr-/Lernportal für Grundlagenfächer im MINT-Bereich zu entwickeln, das als Basis ausschließlich einzelne kleine Lernbausteine wie z.B. Tutorials, Aufgaben oder Visual Apps enthält und mit einer komfortablen Suchfunktion ausgestattet ist, über die sehr schnell Items zu einem bestimmten Thema gefunden, angezeigt und bearbeitet werden können. Ein weiteres zentrales Element sind „Mikrokurse“, d.h. kleine Lehr-/Lerneinheiten, die von Studierenden und Lehrenden erstellt werden können und jeweils eine beliebige Kombination von einigen wenigen Items zu einem bestimmten Thema enthalten. Die Entwicklung erfolgt in einer Kooperation der Hochschule Reutlingen mit der Tübinger Firma „Let’s make sense“, immer mit dem Ziel, die Zugangs- und Nutzungsschwellen so niedrig wie möglich zu halten. Die Plattform ist für alle Geräteformen wie PCs, Notebooks, Tablets und Smartphones verfügbar. Nutzer*innen können ihre Lerninhalte und Mikrokurse personalisieren, teilen und Fortschritte nachverfolgen. Mit der integrierten Grundlagenwerkstatt erhalten Studierende die Möglichkeit, in Vergessenheit geratene Grundkonzepte aufzufrischen und Prozeduren durch automatisch generierte Aufgaben beliebig oft zu üben. Aufgabenspezifische Tipps erleichtern die Lösungsfindung. Das neue Portal kann sowohl von Studierenden als auch Lehrenden inner- und außerhalb der Hochschule Reutlingen genutzt werden. Es ist als Werkzeug für die Anwendung im Unterricht oder zu Hause gedacht, und kann auf Grund seiner Feingranularität flexibel in allen Lehr-/Lernszenarien eingesetzt werden. Die Inhalte werden unter der Open-Content Lizenz „CC BY-SA“ veröffentlicht.

Die akademische Ausbildung in höherer Mathematik ist Grundbestandteil aller MINT-Studiengänge, jedoch auch gleichzeitig eine häufige Ursache für die hohen Studienabbrüche und ‑wechsel in der Studieneingangsphase dieser Fächer (Heublein 2017). Grund hierfür ist eine mangelhafte Passung zwischen den Anforderungen im Studium und den individuellen mathematischen Vorkenntnissen. Besonders schwerwiegend wirkt sich dabei lückenhaftes Schulvorwissen aus der Sekundarstufe I aus, da Hochschulen auf derartige Defizite kaum angemessen reagieren können (Kürten 2000). Dabei sind nicht nur Schüler*innen aus den unterschiedlichen Bildungsnsystemen Deutschlands betroffen, sondern ebenso zunehmend diversere Zugänge an die Hochschulen durch sich ausdiffernzierende Lebenswege und -planungen.

Das Projekt „Adaptives Lernen in der Studieneingangsphase (ALiSe)“ adressiert dieses strukturelle Einbettungsproblem der MINT-Hochschullehre ins allgemeine Bildungssystem, indem ein digitales Selbstlern- und Unterstützungsangebot vorgelagert und begleitend zu den ersten Studiensemestern bereitstellt wird.

In diesem Kurzvortrag stellen wir Konzeption und Umsetzung unserer Lernumgebung vor, welche im Übergang Schule-Hochschule die Studierfähigkeit und somit auch den Studienerfolg verbessern soll.

Das Emergency Remote Teaching während der Covid-19-Pandemie hat den Bedarf an sorgfältig ausgearbeiteten digitalen Selbstlern- und Lernunterstützungsmaterialien verdeutlicht, die die klassischen Lernmaterialien und Lehrformen in der Mathematik-Grundlagenausbildung im ingenieurwissenschaftlichen Bachelor-Studium sinnvoll ergänzen. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, hat die Hochschule Magdeburg-Stendal kürzlich ein digitales Selbstlernzentrum für Mathematik eingerichtet. Während die erste Version auf digitalen Übungsaufgaben basierte, die mit dem kommerziellen Moodle-Plugin WIRIS implementiert wurden, wird aktuell ein didaktisch verbessertes und deutlich umfangreicheres Angebot auf der Grundlage von Moodle-Quizzes mit STACK-Fragen entwickelt. Zu diesem Zweck wurde eine große Anzahl bereits in STACK implementierter Übungsaufgaben in der deutschen STACK-Community gesammelt, sorgfältig kategorisiert und teilweise überarbeitet, einschließlich der Entfernung von doppelten Aufgaben und der Ergänzung von anfänglich fehlenden Detaillösungen auf der Feedback-Ebene. Eine weitergehende Implementierung detaillierter Feedback-Bäume ist als Teil zukünftiger Arbeiten geplant.
Mit dem Sommersemester 2022 wurde mit einer systematischen Integration der entwickelten digitalen Aufgaben in die curricularen Lehrveranstaltungen Mathematik 1 bis 3 der Fachrichtung Bauingenieurwesen begonnen. Diese beinhaltet das Angebot wöchentlicher Übungsbeispiele sowie monatlich auf freiwilliger Basis stattfindender E-Assessments zum Erwerb von Zusatzpunkten für die Modulabschluss-Prüfungen. Durch einen Learning Analytics-Ansatz, basierend auf einer systematischen Erhebung der Nutzungsstatistiken unterschiedlicher digitaler Lernmaterialien und einzelner Testergebnisse innerhalb des Lernmanagement-Systems Moodle in Verbindung mit umfangreichen kursbegleitenden Studierendenbefragungen, können vertiefte Aussagen über vorherrschende Lernstrategien, Material-Präferenzen im Selbststudium sowie grundlegende Motivationen und Einstellungen in Bezug auf mathematische Studieninhalte abgeleitet werden. Die Verknüpfung aller gesammelten Daten liefert empirische Belege dafür, dass auch ohne Berücksichtigung der Zusatzpunkte die Nutzung von digitalen Übungsaufgaben einen messbaren positiven Effekt auf den mathematischen Kompetenzerwerb und Kompetenzausbau innerhalb der untersuchten Lehrveranstaltungen hat. Die Einbeziehung der Befragungsergebnisse in die statistische Analyse ermöglicht darüber hinaus einen Zugang zur weiteren tiefergehenden Untersuchung der Wechselbeziehungen zwischen individuellen Vorkenntnissen, Lernmotivation und Lernerfolg in der Mathematik-Grundlagenausbildung.

Studienkollegs haben die Aufgabe Studierende mit ausländischer Hochschulzugangsberechtigung, das nicht unmittelbar für ein Studium in Deutschland berechtigt, auf bestimmte Studiengänge sprachlich und fachlich vorzubereiten. Nach Abschluss der sogenannten Eignungsfeststellungsprüfung ist das Studium in Deutschland möglich. Für eine spezifische Vorbereitung auf unterschiedliche fachliche Bereiche werden verschiedene Kurse angeboten; der T-Kurs bereitet auf ein technisches oder mathematisch/naturwissenschaftliches Studium vor. Das vom DAAD geförderte und geleitete Verbundprojekt VORsprung entwickelt einen virtuellen T-Kurs, den Schulabsolventen in ihrem Heimatland durchführen können. Er besteht aus einer Moodle-basierten Lernumgebung, spezifischen Tutorierungs– und Mentorierungskonzepten und behandelt die Fächer Mathematik, Physik, Chemie und Informatik. Er schließt mit der Feststellungsprüfung der Universität Mainz ab. Neben der durch die Prüfung (und die tatsächlich bestehenden Voraussetzungen für ein erfolgreiches Studium an einer deutschen Universität) definierten Kompetenzen am Ende des Kurses ist für die Entwicklung der Kursmaterialien eine Einschätzung der fachlichen und sprachlichen Eingangskompetenzen notwendig. Dafür wurde von den Autoren ein Assessment Test entwickelt, der neben der Aufgabe einer Kompetenzmessung auch ein Instrument für die Auswahl der Teilnehmer darstellt; bei einem zu geringen Kompetenzniveau ist die Teilnahme an dem Kurs nicht zielführend und daher ausgeschlossen. Da sich Mathematik als wesentliche Hürde auch für die technischen und naturwissenschaftlichen Fächer herausgestellt hat, konzentriert sich der Test auf mathematische Inhalte und auf mathematische Methoden. Im Gegensatz zu anderen existierenden Einstufungstests geht es bei dem hier vorgestellten Test nicht primär um die Feststellung eines inhaltlichen Stands. Im Vordergrund stehen dagegen mathematische Kompetenzen wie Abstraktionsvermögen, Visualisierung, Beweisführung und entsprechende Argumentation sowie auch sorgfältiges Rechnen. Eine Schwierigkeit bei der Testgestaltung war, trotz Betrachtung verschiedener mathematischer Bereiche, die Kompetenzmessung möglichst unabhängig vom tatsächlichen Vorwissen durchzuführen und stattdessen mehr die oben genannten Kompetenzen zu berücksichtigen.

Wie gelingt es, eine komplexe, biotechnologische Laborübung perfekt auszuführen, allen gefährlichen Situationen auszuweichen, sich in einer unbekannten Umgebung zurecht und die effizienteste Reihenfolge der einzelnen Schritte herauszufinden?

In unserem virtuellen Labor lernen Studierende, wie sie mit den Reagenzien umgehen und die Geräte bedienen müssen. Und das können sie trainieren, sooft sie wollen. Außerdem gibt es an vielen Stellen Hinweise und Unterstützung. Und schließlich – nach zahlreichen Wiederholungen - gelingt den Studierenden der Versuch perfekt, auch im echten Labor, welches als Vorlage gedient hat. So stellen wir uns den Einsatz von Virtual-Reality-Lernumgebungen (VRLEs) in der Lehre im Idealfall vor. Wir zeigen Ihnen heute, wie wir diese konkrete Biotechnologie-Laborübung “Mozzarella-Versuch“ didaktisch und technisch implementiert und evaluiert haben, wie das Labor aussieht und welche Funktionen zur Verfügung stehen. Allerdings ist bekanntlich nicht alles Gold was glänzt. Auch die neue Technik hat ihre Tücken. Wie kann individuelles Lernen im eigenen Tempo mit einem Präsenz-Praktikum unter einen Hut gebracht werden? Wie kann man messen, ob es sich nun mit VR besser lernt als ohne, und was heißt überhaupt „besser“? Wir beschreiben, wo uns im Projekt „Interaktive Lehre in virtuellen MINT-Laboren" (MINT-VR-Labs) an der Berliner Hochschule für Technik (BHT) Herausforderungen begegnet sind und welche Erfahrungen wir mit dem Einsatz in der Lehre und der Erforschung der Wirkung der virtuellen Lernumgebung gemacht haben.

Ein wesentliches Element des Erfolgs der Hochschulen für Angewandte Wissenschaften ist unzweifelhaft der hohe Praxisbezug in Kombination mit kleinen Lerngruppen. Klassischerweise wird dieser Praxisbezug im Rahmen von Laborpraktika vermittelt.

Die technische Entwicklung der letzten Jahre hat dazu geführt, dass ein Großteil der typischen Laborausstattung eines Elektrotechnik-Labors inzwischen als portable Geräte verfügbar sind. Ein solches Gerät ist das "Analog Discovery 2" der Firma Digilent. Es vereint Oszilloskop, Funktionsgenerator, bipolares Labornetzteil und Digital-Ein-/Ausgänge im Hosentaschenformat. Das Gerät besitzt keinen eigenen Bildschirm oder Bedienelemente, sondern wird über USB am PC betrieben. Damit können die Bedienung und die Anzeige des Geräts über Beamer leicht im Hörsaal allen live zugänglich gemacht werden. Aufgrund der Vielseitigkeit des Geräts ist der Einsatz in einer großen Zahl (elektro-)technischer Veranstaltungen von Schaltungstechnik über Regelungstechnik bis Informatik möglich.

In meinen Lehrveranstaltungen zu den Grundlagen der Elektrotechnik sowie Messtechnik setze ich dieses Gerät bereits seit einigen Jahren erfolgreich ein. Das Konzept besteht aus der live-Demonstration von realem Schaltungsverhalten in Kombination mit interaktiven Clicker-Fragen. In Evaluationen wird mir regelmäßig bescheinigt, dass diese Veranstaltungen einen hohen Praxisbezug haben, was ich unter Beachtung ihres Grundlagencharakters durchaus für bemerkenswert halte.

Didaktisch wirkt der Einsatz eines solchen Geräts auf mehrfache Weise: Neue Themen können durch alltagsrelevante Praxisbeispiele motiviert und vertieft werden (z.B. das aus dem Alltag bekannte Verhalten von Handy-Akkus am Beispiel "reale Quellen", s.u.). Rechnerisch aufwändige Verfahren wie die komplexe Wechselstromrechnung können messtechnisch unmittelbar erlebbar gemacht werden (z.B. die Veränderung der Teilspannungen am Serienschwingkreis bei Frequenzänderung). Der Methodenwechsel durch die Vorführungen wirkt aktivierend. Die interaktiven Clicker-Fragen beziehen alle Studierenden aktiv ein, auch peer instruction kann genutzt werden.

Im Vortrag wird ein Experimentier-Aufbau zu realen Quellen auf Basis des Analog Discovery mit zugehörigen Clicker-Fragen vorgestellt. Selbstverständlich können in der anschließenden Diskussion weitere Versuche vorgeführt und vom Publikum ausprobiert werden.

Digitale Labore eröffnen für Studierende die Möglichkeit eines permanenten Zugriffes auf Lehrinfrastrukturen und praktische Lehrerfahrungen. Auf der anderen Seite werden Lehrende von webbasierten Installationen auf reale Laborhardware und von administrativen Tätigkeiten, wie der Ausgabe und Wartung von Equipment befreit. Gleichwohl beschränken sich die Vorteile eines solchen, in der Regel mit viel Aufwand umgesetzten digitalen Lernszenarios auf einen kleinen Personenkreis, da die Installationen sich auf eine spezifische Lehrveranstaltung und die damit verbundenen Studierenden zugeschnitten sind.
Das Vorhaben CrossLab untersucht Konzepte, die eine Öffnung von digitalen Laboren über Fakultäts- und Hochschulgrenzen hinaus ermöglichen. Die avisierte Einbettung eines webbasierten Labors in verschiedene Lehrveranstaltungen nutzt in erster Linie Synergien und vermeidet Redundanzen, führt aber auch zu einem intensiveren Austausch zwischen den Lehrenden der unterschiedlichen Einrichtungen.
Eine Umsetzung erfordert aber Lösungsansätze auf organisatorischer, technischer und konzeptioneller Ebene. Die Herausforderungen reichen dabei von der Koordination von Zugriffsrechten für Studierende anderer Universitäten, über die Adaption der Materialien und der eigentlichen Aufgabestellungen entsprechend den didaktischen Anforderungen eines individuellen Lehrenden bis hin zur Umsetzung von wechselnden Unterstützungsformaten bei den Remote-Zugriffen. Der Vortrag stellt die dafür im Projekt CrossLab erarbeiteten Ansätze vor und erläutert anhand von Anwendungsfällen, die bei den beteiligten Hochschulen erprobt wurden, die praktischen Stolpersteine. Dabei werden sowohl digitale Anwendungen aus der Informatik, Robotik als auch der naturwissenschaftlichen Ausbildung vorgestellt.
In der Diskussion mit dem Auditorium wird erörtert, inwieweit die Konzepte auf weitere Lehr-Lern-Szenarien übertragbar sind und welche bislang nicht berücksichtigten Herausforderungen dabei zu meistern wären.

Mit sorgfältig strukturierten Arbeitsblättern, die Studierenden anhand konkreter Problemstellungen helfen, schwierige Konzepte im MINT-Bereich zu verstehen, lässt sich der Lernerfolg nachweisbar steigern. Dies trifft besonders dann zu, wenn die Materialien bekannte Verständnisschwierigkeiten berücksichtigen und von den Studierenden in Kleingruppen mit Unterstützung durch eine Lehrperson bearbeitet werden können.

Derartige Materialien wurden in den 1990er-Jahren an der University of Washington für Grundlagenvorlesungen der Physik entwickelt, an verschiedenen amerikanischen Universitäten eingesetzt und getestet, und unter dem Namen Tutorials in Introductory Physics veröffentlicht. Nach diesem Vorbild entwickeln wir an der TU Hamburg ähnliche Arbeitsblätter für Grundlagenfächer im ingenieurwissenschaftlichen Studium. Die Tutorien zur Elektrotechnik (zu Gleich- und Wechselstromsystemen) sowie die Tutorien zur Technischen Mechanik (zur Statik, Elastostatik und Kinetik) sind bereits erschienen und weitere Themen sind in Arbeit.

In diesem Workshop erhalten die Teilnehmenden Gelegenheit, Ausschnitte aus einzelnen Tutorials aus der Lernendenperspektive kennenzulernen, indem sie diese in Kleingruppen bearbeiten. Darüber hinaus werden wesentliche Aspekte der Arbeitsblätter diskutiert, ihre Entwicklung skizziert und empirische Ergebnisse über ihre Wirksamkeit kurz vorgestellt.

Fragen der Teilnehmenden zum sinnvollen Einsatz der Materialien sollen gesammelt und in dem anschließenden Beitrag „Forschungsbasierte Lernmaterialien für Konzeptverständnis 2: Tutorials in der Lehre einsetzen (Erfahrungsberichte und Podiumsdiskussion)“ diskutiert werden.

Kollaboration ist eine Schlüsselkompetenz im digitalen Wandel. Soweit, so klar. Doch was innerhalb eines (physischen oder virtuellen) Ortes oder mittels einer Software noch gut funktioniert – nämlich die zielgerichtete Kollaboration unterschiedlicher Teilnehmender – gestaltet sich sehr anspruchsvoll wenn ein Mix an Plattformen, Techniken und Methoden gleichzeitig benötigt wird um eine Aufgabenstellung effizient zu lösen. Dies kann in der modernen Berufswelt z.B. durch virtuelle Vernetzung lokaler Teams mit unterschiedlichen Aufgaben, z.B. in Entwicklung und Prototypenbau, der Fall sein. In den CoWorkingSpaces der TH Nürnberg können solche Arbeitsformen erprobt und im Lehrkontext eingesetzt werden. Ein Makerspace und ein Projektarbeitsraum sind – in unmittelbarer räumlicher Nähe gelegen – so ausgestattet und integriert, dass verschiedenste Szenarien der On- und Offline-Zusammenarbeit darstellbar sind.

Im Workshop sollen dazu anhand eines konkreten Lehrkonzepts Szenarien weiterentwickelt werden, die Möglichkeiten der Räume sinnvoll zu nutzen.

Der Workshop gliedert sich dazu in die Phasen

- Vorstellung der Kollaborationsmöglichkeiten/Räumlichkeiten (10 min)

- Kollegiale Beratung als Methode zur Weiterentwicklung eines projektorientierten Masterseminars im Maschinenbau (45 min // Fallgeber Prof Dr. Alexander Monz, Moderation Frau Julia Haubner)

- Erfahrungsaustausch und Vernetzung (5 min)

Max. 10 Teilnehmende, Durchführung in den entsprechenden Räumlichkeiten an der THN.

Im Zuge des Ausbaus der digitalen Hochschulbildung werden Lernmaterialien zunehmend in Form von Audio- und Videoaufzeichnungen zur Verfügung gestellt. Ohne weitere Aufbereitung der Materialien, wird dabei eine noch sehr oberflächliche Lernerfahrung, nach Vorbild des analogen Vorlesungsbetriebs, generiert. Hier setzt HAnS, das intelligente Hochschul-Assistenz-System an. Im Zuge des Verbundprojektes, wird eine Learning-Experience-Plattform entwickelt, in der Lernmaterialien bestehend aus Audio-/Videoaufzeichnungen unter Verwendung künstlicher Intelligenz aufbereitet und durchsuchbar gemacht werden. Dazu werden Vorlesungsvideos mittels automatischer Spracherkennung transkribiert und automatisch in thematische Einheiten unterteilt. Im weiteren Verlauf wird darauf aufbauend ein KI-Tutor entwickelt. Mit Bezug auf die Inhalte der Lernmaterialien werden automatisiert Übungsaufgaben und Lernzielkontrollen nach vorgegebenen Mustern generiert. Durch individualisiertes Feedback werden Studierende beim Kompetenzerwerb gezielt unterstützt. Um einen ganzheitlichen Ansatz zu verfolgen, wird die technische Entwicklung didaktisch begleitet und in mehreren Evaluationszyklen überprüft und adaptiert. Eine Qualitative Evaluation stellt dabei insbesondere sicher, dass die Perspektive der Nutzer*innen von Anfang an mit einbezogen wird. Hierfür werden u.a. Online-Gruppendiskussionen mit Studierenden und Lehrenden geführt, aber auch konkrete Lernpraktiken der Studierenden in sog. ethnografischen Fallstudien untersucht. Im Rahmen der quantitativen Evaluation werden v.a. Auswirkungen auf Nutzer*innen mithilfe fortlaufender Längsschnitterhebungen erforscht. Die Datengrundlage wird durch die beteiligten Hochschulen des Verbundprojekts im Projektverlauf erheblich ausgebaut. Dabei liegt der Fokus auch speziell auf Beiträgen aus der MINT-Fächergruppe.

Wir stellen uns einen freien Beitrag vor, bei dem wir zunächst kurz das Gesamtvorhaben und skizzenhaft den Evaluationsprozess vorstellen. Anschließend findet eine interaktive Präsentation des aktuellen Systemstands, am Beispiel einer Vorlesung aus der Fakultät Informatik statt. Dabei wird die übliche Nutzung durch Studierende vorgeführt, wobei das Plenum beispielsweise durch Suchvorschläge interaktiv teilnehmen kann. Außerdem sind wir an einem Austausch zu Erfahrungen mit digitaler Lehre im Allgemeinen, aber auch an Fragen und Anregungen zu den aktuellen Funktionen unseres Systems und möglichen weiteren Funktionen interessiert.

Eine essentielle Gelingensbedingung für den Studienerfolg von MINT-Studierenden in Lehrveranstaltungen der Hochschulmathematik ist das sich Einfinden in eine kontinuierliche aktive Mitarbeit und die Annahme der Angebote zum regelmäßigen Üben und Feedback. In der Verantwortung der Lehrenden liegt daher die Gestaltung eines Lernszenarios, das nicht nur der Heterogenität der Studierenden (z.B. in Bezug auf Vorwissen, Leistungsstärke, soziale Interaktionsformen) adäquat begegnet, sondern auch diese Kontinuität in der Mitarbeit fördert, indem ein positiver Einfluss auf die Motivation und die Leistungsbereitschaft der Studierenden erwirkt wird. Nach der Selbstbestimmungstheorie von Ryan und Deci gelingt letzteres umso besser, je stärker die drei psychologischen Grundbedürfnisse nach Kompetenzempfinden, Autonomieempfinden und sozialer Eingebundenheit der Studierenden befriedigt werden können. Gezielt eingesetztes Gamification ist dafür ein sinnvoller Baustein.

In einer Mathematikveranstaltung für Studienanfänger:innen der Naturwissenschaften im Wintersemester 2022/2023 wurde ein Lernszenario mit Gamification-Einsatz über Moodle umgesetzt. Ein austariertes Zusammenspiel verschiedener Gamification-Elemente sollte bei den Studierenden sowohl eine Motivationssteigerung erreichen als auch ihre eigenständige Lernsteuerungskompetenz (weiter)entwickeln. Neben der reinen Leistung wurde auch die kontinuierliche Beschäftigung mit dem Lernmaterial durch virtuelle Güter belohnt. Die Studierenden konnten erworbene virtuelle Belohnungen dann selbstbestimmt und zeitlich flexibel gegen Spielräume in der Gestaltung ihrer Mitarbeit in der Lehrveranstaltung eintauschen, z.B. für Fristverlängerungen bei Hausaufgaben oder für zusätzliche Versuche bei digitalen Übungstests. Dadurch konnten sie ihre Studienleistung optimieren und somit einen größeren Bonus für die Abschlussprüfung erreichen.

Das eingesetzte Gamification-Konzept und seine bisher erfolgte Weiterentwicklung nach dem Prinzip des Design-Based Research werden im Workshop vorgestellt. Mit den Teilnehmenden sollen sein Beitrag zur Selbstwirksamkeit und seine Auswirkungen auf das Studierverhalten diskutiert werden. Dabei werden die Teilnehmenden in der Studierendenrolle durch Ausprobieren Erfahrungen mit den Gamification-Elementen und ihrem Zusammenspiel im inhaltlichen Kontext selbst sammeln können (eigenes Notebook erforderlich). Die Beurteilungen und Einschätzungen der Workshop-Teilnehmenden zur Wirkung werden den Ergebnissen der qualitativen und quantitativen Veranstaltungsevaluation gegenübergestellt.

Alle Hochschulen verwalten eine große Menge an Daten von ihren Studierenden. Wo sind sie immatrikuliert? Haben sie ihren Semesterbeitrag bezahlt? usw. Aber am meisten geredet wird innerhalb der Hochschule über die Daten der Prüfungsverwaltung: Angemeldet? Bestanden? Welche Note ist es denn?

In einer Zeit, in der durch den verstärken Rechnereinsatz über Themen wie Learning Analytics (LA) und Educational Data Mining (EDM) diskutiert wird, stellt(e) sich die Frage: lassen sich diese Daten nicht nur zum Verwalten, sondern auch anders nutzen? Zum Beispiel zur Unterstützung der einzelnen Studierenden oder ganzer Kohorten. Aber auch zur Weiterentwicklung von Studiengängen und Curricula, um die Attraktivität für Studienanfängerinnen und -anfängern und Unternehmen zu erhöhen?

Der Beitrag beruht auf den fast 10jährigen Erfahrungen im Rahmen von drei Förderprojekten des Freistaats Bayern (BestMINT, MINTer Aktiv, BayernMINT). Das Ziel der Projekte war die Erhöhung der Absolventenquote im Bereich der MINT-Studiengänge durch die unterschiedlichsten Maßnahmen der jeweils beteiligten Hochschulen und Universitäten. Für die Fakultäten Ingenieurwissenschaften und Informatik der Hochschule Hof wurden, u.a. auf Basis einer entwickelten MINT-Datenbank und ihren Auswertungen, zahlreiche Maßnahmen abgeleitet, durchgeführt und evaluiert. Durch diese gewonnenen Erkenntnisse und ein Transferprojekt mit dem VDMA wurde im letzten Wintersemester ein neues, modulares Studiengangkonzept im Bereich der Ingenieurwissenschaften eingeführt.

Der Vortrag / Workshop soll zeigen, welche praktischen Ideen und Möglichkeiten es geben kann, aus den verwaltungstechnischen Datenmengen und mit Hilfe zusätzlich erhobener Daten einzelner Lehrveranstaltungen, Erkenntnisse zu gewinnen und daraus Maßnahmen für die verschiedenen Zielgruppen (Stakeholder) der Hochschule abzuleiten. Und das alles unter den Aspekten einer Wahrung des Datenschutzes. Aber auch wie über eine Kooperation mit anderen Hochschulen weitere Potentiale erschlossen werden können.

Neben der reinen Vorstellung von Ergebnissen soll durch aktivierende Methoden eine Diskussion angestoßen und ein Erfahrungsaustausch zwischen den Teilnehmerinnen und Teilnehmern erreicht werden.

Requirements Engineering beschäftigt sich mit der Ermittlung, Dokumentation, Prüfung und Verwaltung von Anforderungen – im MINT-Kontext typischerweise Anforderungen an technische Systeme oder an Prozesse. Die Lehre im Requirements Engineering (RE) sollte erfahrungsgemäß auf zwei Säulen beruhen: ein solides methodisches Fundament und praktische Erfahrung bei der Umsetzung. Der Beitrag beschreibt das Lehrkonzept eines Master-Moduls zum RE für Ingenieur:innen und die dabei eingesetzten Lehr- und Prüfungsformen, um die beiden Säulen zu vermitteln und zu prüfen. Das Modul wird in dieser Form seit vielen Jahren angeboten. Daher werden auch viele Erfahrungen berichtet, die zur Bestätigung oder Weiterentwicklung des Lehrkonzepts geführt haben.

Wesentliche Bausteine des Lehrkonzepts sind Just-In-Time-Teaching (JiTT), Mini-Praktika in Kleingruppen und ein großes Projekt in Teams. Grundlage für das JiTT ist ein Lehrbuch von Praktikern aus dem RE. Zu einzelnen Abschnitten des Buchs sind wöchentlich kleine Aufgaben in Moodle zu bearbeiten, für die bei brauchbarer Beantwortung Bonuspunkte erworben werden können. Die Präsenzphase behandelt zuerst offenen Frage, Diskussionspunkte und Verständnisschwierigkeiten der Studierenden. Anschließend werden in Mini-Praktika die im JiTT vermittelten Inhalten und Methoden in Kleingruppen geübt und vertieft. In einem großen Projekt in der zweiten Semesterhälfte erarbeiten die Studierenden in Teams von 5-8 Personen eine Anforderungsspezifikation für eine gemeinsam definierte Problemstellung. Außerdem beschreiben, begründen und reflektieren/bewerten sie in einem wissenschaftlichen Bericht ihre Vorgehensweise und Ergebnisse im Projekt. Beide Dokumente sind Prüfungsleistungen und gehen in die Prüfungsnote ein, die durch die im JiTT erworbenen Bonuspunkte noch verbessert werden kann. In der Projektphase werden die Mini-Praktika durch Coaching-Termine mit den Teams ersetzt.

Als Beispiel für eine "digital erweiterte Projektlehre" mit Gamification-Aspekten möchten wir unser Projektseminar Elektrotechnik/Informationstechnik an der Otto-von-Guericke-Universität in Magdeburg vorstellen, das umgangssprachlich als LEGO-Praktikum bekannt ist. Studierende sollen das Programmieren in MATLAB lernen und bekommen dazu als Vehikel einen LEGO-Mindstorms-Kasten mit programmierbaren Motoren und Sensoren. In kleinen Gruppen konzipieren, entwickeln, bauen und programmieren die Studierenden dann innerhalb von zwei Wochen einen Roboter oder eine Maschine, der oder die irgendeine mehr oder weniger sinnvolle Aufgabe erledigt. Die Zielstellung ist dabei von den Studierenden selbst gewählt, was in jedem Jahr eine besondere Spannung und Herausforderung für die betreuenden Lehrpersonen bewirkt, gleichzeitig aber für eine hohe Motivation und Identifikation der Studierenden mit ihren Projekten sorgt. Da die Studierenden im hybriden Format sowohl von Zuhause als auch innerhalb der Universität arbeiten, erfolgt der der gruppenübergreifende Austausch über die sozialen Medien (z.B. Instagram) und macht die studentischen Ergebnisse damit auch für einen größeren Kreis sichtbar. Als außerfachliche Kompetenzen werden im Seminar auch Zeit- und Projektmanagement entwickelt. Agiles Arbeiten findet dabei im LEGO-Praktikum ganz automatisch statt, weil natürlich immer irgend etwas nicht funktioniert und die Studierenden sich kreative Workarounds und alternative Möglichkeiten überlegen müssen. Genau das macht das ingenieurwissenschaftliche Problemlösen ja aber aus. Die Studierenden üben außerdem in Kick-Off-, Zwischen- und Abschlusspräsentationen das Darstellen und Verteidigen der eigenen Ergebnisse vor einer größeren Gruppe. Die Abschlusspräsentationen wurden dabei auch als Twitch-Stream im Internet übertragen. Abschließend entwickeln die Studierenden auch erste Kompetenzen im wissenschaftlichen Schreiben, weil sie die zentralen Ergebnisse ihres Projekts als kurze 4-seitige Paper festhalten, die über das Open-Journal-System der OVGU veröffentlicht werden.

Weitere Informationen zum Durchgang 2022: https://www.eit.ovgu.de/Presse+_+Medien/Praktische+und+k%C3%BCnstlerische+Erfindungen+im+LEGO_Praktikum+2022-p-3152.html

Die Informationen zum Durchgang 2023 werden in Kürze ebenso unter https://www.eit.ovgu.de/ veröffentlicht.

Seit dem Sommersemester 2022 wird an der Universität Bonn das Modul „eLearning-Praktikum“ als Wahlpflichtveranstaltung für Mathematiklehramtsstudierende in höheren Semestern angeboten. Im Sommersemester 2022 haben die Teilnehmenden des eLearning-Praktikums unter Betreuung der Autorin interaktive Videos (insbesondere Lightboard-Videos), digitale Aufgaben und Lernmodule konzipiert und erstellt, welche seit dem Wintersemester 2022/23 im Erstsemester-Pflichtmodul „Grundzüge der Mathematik I“ für die Selbststudienphase eines Inverted Classroom Formats eingesetzt werden – ganz nach dem Motto „Lehre von Studierenden für Studierende“. In der Evaluation wurden Videos von Studierenden sehr positiv bewertet. Doch können Lehramtsstudierende nicht auch bei der Durchführung von Präsenzveranstaltungen mitwirken, beispielsweise durch die Erstellung und Moderation von Peer Instruction Aufgaben? Neben Erfahrungen aus dem eLearning-Praktikum und der Durchführung des Inverted Classroom sollen auch Ideen diskutiert werden, wie Studierende im Rahmen von Praktikumsmodulen stärker in die Präsenzlehre eingebunden werden können.

Mit sorgfältig strukturierten Arbeitsblättern, die Studierenden anhand konkreter Problemstellungen helfen, schwierige Konzepte im MINT-Bereich zu verstehen, lässt sich der Lernerfolg nachweisbar steigern. Dies trifft besonders dann zu, wenn die Materialien bekannte Verständnisschwierigkeiten berücksichtigen und von den Studierenden in Kleingruppen mit Unterstützung durch eine Lehrperson bearbeitet werden können.

Derartige Materialien wurden in den 1990er-Jahren an der University of Washington für Grundlagenvorlesungen der Physik entwickelt, an verschiedenen amerikanischen Universitäten eingesetzt und getestet und unter dem Namen Tutorials in Introductory Physics veröffentlicht. Nach diesem Vorbild entwickeln wir an der TU Hamburg ähnliche Materialien für Grundlagenfächer im Ingenieurwissenschaftlichen Studium. Die Tutorien zur Elektrotechnik (zu Gleich- und Wechselstromsystemen) sowie die Tutorien zur Technischen Mechanik (zur Statik, Elastostatik und Kinetik) sind bereits erschienen und weitere Themen sind in Arbeit.

Der vorausgehende Beitrag „Forschungsbasierte Lernmaterialien für Konzeptverständnis 1: Tutorials kennenlernen (Workshop)“ bietet den Teilnehmenden die Gelegenheit, sich anhand von Beispielen mit den Materialien vertraut zu machen.

Im gegenwärtigen Beitrag berichten Lehrende über den Einsatz derTutorials in den Fächern Physik, Elektrotechnik und Mechanik an deutschen Hochschulen und Universitäten. Zudem werden Forschungsergebnisse über die Wirksamkeit der Materialien kurz vorgestellt. Im Anschluss daran werden in einer Podiumsdiskussion Bedingungen für einen erfolgreichen Einsatz der Materialien diskutiert und Fragen aus dem Publikum (auch aus dem vorangegangenen Workshop) beantwortet.