Technische Universität Graz

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Weitere Beispiele der Hochschule

Grundlagen der Elektrotechnik – Lehr-/Lernerfolg durch Teamwork und vielschichtiges Feedback

Würdigung der Jury

Die Lehrveranstaltung Grundlagen der Elektrotechnik fungiert als begleitende Übung zur gleichnamigen Vorlesung. Die Übung dient der Verfestigung der Vorlesungsinhalte sowie der Vermittlung von Techniken und Instrumenten, um elektrische Netzwerke analysieren zu können. Das Lehrangebot aus Vorlesung und Übung ist ein Pflichtangebot im ersten Fachsemester und ist aktuell in drei sowie demnächst in vier Studiengängen verankert.
Das Gebiet der Grundlagen der Elektrotechnik ist aufgrund seiner hohen mathematischen Anforderungen für Studierende der Studieneingangsphase eine große Herausforderung. Viele von ihnen verlieren schnell die Motivation und in der Folge den fachlichen Anschluss, was in der Konsequenz eine hohe Studienabbruchquote zur Folge hat.
Der Überarbeitung des Lehrangebotes ist eine umfängliche Evaluation vorausgegangen, mit dem Ziel, die Schwierigkeiten und Problemstellungen auf Seiten der Studierenden zu identifizieren. Hierbei haben sich aufgrund der hohen Diversität der Studierenden große Unterschiede gezeigt. Sie betreffen die sprachlichen Kompetenzen, die Vorbildung und das Vorwissen, ferner unterschiedlich ausgeprägte Lernroutinen sowie zum Teil eine Überschätzung des eigenen Vorwissens bei gleichzeitiger Unterschätzung der Ansprüche des Lernstoffs.
Auf der Grundlage dieser Evaluationsergebnisse ist die Übung Grundlagen der Elektrotechnik mit dem Ziel neu konzipiert und umgesetzt worden, dass Studierende trotz unterschiedlicher Startbedingungen dank einer differenzierten Betreuung ein gemeinsames Kompetenzlevel erreichen, das den Anforderungen des Curriculums entspricht. Als Betreuerinnen und Betreuer fungieren in der Übung erfahrene Lehrende, die von Studienassistenten und -assistentinnen unterstützt werden. Hierbei handelt es sich um Studierende, die systematisch in das Lehren in Kleingruppen eingeführt werden. Alle Lehrenden erhalten regelmäßig ein Feedback durch die Studierenden der Veranstaltung. In der neu konzipierten Übung wird eine Vielfalt von Instrumenten genutzt, um den Vorlesungsstoff zu vertiefen und die notwendigen Techniken einzuüben: bereits vor Semesterbeginn Einrichtung einer Kommunikationsplattform für die angehenden Studierenden zur Unterstützung der gegenseitigen Vernetzung, zur Organisation der Zusammenarbeit und zur Förderung von Lerngemeinschaften, Einsatz von Fragen zur formativen Leistungsüberprüfung, so dass Studierende eine Resonanz zum eigenen Wissensstand erhalten, Hausaufgaben in Form von Übungsbeispielen, die in Teams erarbeitet werden, Beratung der Studierenden durch die Lehrenden in wöchentlichen Lernsessions, Self-Assessments für Studierende, Hilfestellungen für die Klausurvorbereitung, Förderung begabter Studierender durch besondere Angebote, Erstellung digitaler Materialien, die in – YouTube veröffentlicht – ein selbstgesteuertes Lernen ermöglichen, aber auch zur Studienvorbereitung geeignet sind.
Das Lehrprojekt ist beispielhaft und überzeugt in mehrfacher Hinsicht. Ihm liegt eine klare Analyse der Ausgangssituation zugrunde. Die Neuausrichtung der Lehrveranstaltung ist gut durchdacht und schlüssig konzipiert. Im Mittelpunkt steht nicht die Stoffvermittlung, sondern
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der Kompetenzerwerb der Studierenden (shift from teaching to learning). Eine Fülle flexibler Lehr- und Lernformen, welche die Diversität von Lernniveaus und Lerngeschwindigkeiten auffängt, ermöglicht es heterogenen Studierendengruppen ein gleiches Kompetenzniveau zu erreichen. Lehrende und Lernende tauschen sich miteinander aus und geben sich wechselseitig Feedback. Studierende höherer Semester erhalten die Möglichkeit, in Kleingruppen erste Lehrerfahrungen zu machen. Die Organisationsstruktur des Gesamtformates sichert seine Nachhaltigkeit. Was aber besonders ins Gewicht fällt: Die Evaluierung der Lehrveranstaltung belegt die hohe Zufriedenheit der Studierenden. Zudem zeigen die Statistiken, dass die Durchfallquote deutlich gesenkt werden konnte, die Studierenden-leistung seit der Neukonzeption der Übung also kontinuierlich gestiegen ist.

Univ.-Prof.ⁱⁿ Dr.ⁱⁿ Mechthild Dreyer
Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Ziele/Motive/Ausgangslage/Problemstellung

Ausgangslage:

Da elektrotechnische Phänomene die Schnittstelle zwischen der digitalen und analogen Welt bilden, ist das Fachgebiet der Elektrotechnik ein wichtiger Eckpfeiler praktisch jedes ingenieurwissenschaftlichen Studiums. Die Breite der Anwendung wie beispielsweise Sensorik, Automatisierungstechnik oder Energietechnik vereint die darunterliegende Theorie der Elektrotechnik. Ein Teilgebiet davon ist die elektrische Netzwerktheorie, welche eine einfache gemeinsame Abstraktionsebene darstellt, um elektrotechnische Systeme zu modellieren. Die Lehrveranstaltung „Grundlagen der Elektrotechnik“ (GET) - Übung ist dabei der Basiskurs, in welchem die Studierenden der unterschiedlichen Studienrichtungen die Anwendung der Netzwerktheorie erlernen, dabei die Theorie der Vorlesung vertiefen und diese auf praktische Beispiele anwenden. Die wichtigsten zu erlernenden Kompetenzen sind dabei das Berechnen von elektrischen Schaltungen sowie eine analytisch strukturierte Vorgehensweise zum Lösen von Beispielen der Elektrotechnik. Das Beherrschen und die intensive Festigung dieser grundlegenden Kompetenzen ist auch eine wesentliche Komponente für einen erfolgreichen weiteren Studienverlauf.

Dieses Gebiet und viele weitere Teilgebiete ingenieurwissenschaftlicher Studien bringen dabei teils hohe mathematische Anforderungen mit sich. Aufgrund dieser Tatsache verlieren viele Studierende schon sehr früh den fachlichen Anschluss und die Motivation. Deshalb soll mit entsprechenden organisatorischen Maßnahmen und didaktischen Hilfestellungen ein vorzeitiges Abbrechen des Studiums verhindert werden. Um geeignete Maßnahmen zu entwickeln, mussten zunächst die fundamentalen Herausforderungen, denen sich die einzelnen Studierenden zu stellen haben, evaluiert werden. Dafür wurden seit Projektbeginn über Evaluierungen und Umfragen notwendige Daten erhoben. Ein Auszug dieser findet sich auf der Projekt-Homepage [1].

Bei der Evaluierung der erforderlichen Bildungsmaßnahmen wird klar, dass sich die individuellen Schwierigkeiten und Problemstellungen der Studierenden stark unterscheiden. Daher ist die wohl größte Herausforderung für die Lehrenden, der Umgang mit der breiten Heterogenität der Studierenden. Dabei ist die steigende Vielfalt unter den Studierenden sicher eine äußerst erwünschte Entwicklung, die aus der Position der Lehrenden gefördert und unterstützt werden muss – nicht nur mit Blick auf soziale Gerechtigkeit und Chancengleichheit. Zusätzlich kann man hier eine Möglichkeit für neue Perspektiven auf das Fach, für eine höhere Qualifikation quer durch das Berufsfeld und natürlich auch für die persönlichen Entwicklungsmöglichkeiten der Studierenden sehen. Aus diesem Grund ist ein zentraler Punkt dieses Lehrprojekts der Umgang mit der zunehmenden studentischen Diversität.

Als besonders relevant haben sich aus dieser Perspektive die Unterschiede hinsichtlich Vorbildung und Vorwissen herausgestellt. Ein Blick auf die Entwicklung des Bildungshintergrundes von Studienanfänger*innen zeigt, dass es längst nicht mehr der Regelfall ist, dass diese im Vorfeld eine technische Schulausbildung aufweisen [1 - Abb. 1] und dementsprechendes Vorwissen mitbringen. Umfragen haben dabei gezeigt, dass einige Studierende ihre physikalischen und mathematischen Kenntnisse als unzureichend beschreiben würden [1 – Abb. 4]. Zudem darf auch der Anteil an Studienanfänger*innen, die bereits berufstätig waren, oder es zeitgleich zum Studium sind, nicht vernachlässigt werden. Liegt die Schulausbildung länger zurück und fehlt somit die Lernroutine, weist der Einstieg in die universitäre Ausbildung oft große Hürden auf. Außerdem hat die Erfahrung gezeigt, dass sich abgesehen von Vorwissen und Lernroutinen noch ganz andere Problemstellungen mit dem jeweiligen Bildungsverlauf verbinden lassen. So neigen gerade HTL-Absolvent*innen dazu, das Ausmaß und die Tiefe ihres fachspezifischen Vorwissens zu über- und den Anspruch des Lernstoffes zu unterschätzen. Diese Hybris kann sie schnell ins Hintertreffen geraten lassen. Gerade in Bezug auf die hohe Dropout-Rate muss auch erwähnt werden, dass Studierende ohne technischen Hintergrund sich oft zu wenig zutrauen und dadurch eher dazu neigen, aufzugeben. Dabei zeigt sich durchaus, dass fehlendes Vorwissen nicht unbedingt ein Nachteil sein muss. Man tendiert so eher dazu, Dinge sehr grundlegend auf einem universitären Niveau zu erarbeiten und zu begreifen.

Zu den genannten Differenzkategorien kommen dabei selbstverständlich noch die zahlreichen weiteren, die für die universitäre Lehre immer relevant sind. Die verschiedenen kulturellen und sprachlichen Hintergründe der Studierenden [1 – Abb. 2], etwaige Beeinträchtigungen und Lernpräferenzen müssen mit Blick aufs Individuum beachtet werden. Klarerweise müssen zu Beginn eines technischen Studiums auch Herausforderungen im sozialen Bereich bewältigt werden. Das Zusammenfinden mit gleichgesinnten Kolleg*innen und das Bilden von Lerngruppen wurde durch die COVID-19-Situation noch zusätzlich erschwert.

Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde mit Beginn dieses Projekts (Wintersemester 2017/2018) passende Strategien und Konzepte für eine gelingende Unterstützung erarbeitet und seitdem umgesetzt.

Motive:

Die Motive dieses Projekts leiten sich im Wesentlichen von der oben beschriebenen Ausgangslage ab. Dazu fließen die Anforderungen des Curriculums mit ein, die vorsehen, dass die Studierenden nach erfolgreichem Besuch dieser Lehrveranstaltung durch adäquate Vertiefung des Vorlesungsstoffes in der Lage sind, elektrische Netzwerke zu berechnen. Der Leitgedanke dieses Projekts ist es daher, in der Pflichtlehrveranstaltung GET Übung Rahmenbedingungen zu schaffen, sodass Studierende mit den unterschiedlichsten Arten an Vorbildung gleichsam das notwendige Maß an Betreuung erhalten, um auf ein gemeinsames Kompetenzlevel bezüglich der in den Curriculas verankerten Anforderungen zu kommen. Dabei wird ein starker Fokus auf die Homogenisierung des fachlichen Leistungsniveaus gelegt und über ein durchdachtes Feedbacksystem speziell auf jene Studierenden mit nicht technischer Vorbildung Rücksicht genommen. Aber auch besonders begabten Studierenden soll dieses Projekt Rechnung tragen. Während des Semesters sollen diese durch freiwillige Zusatzinhalte gefördert werden, damit auch sie stets etwas Neues in der LV lernen können und ihre Neugierde und Motivation erhalten bleibt. Zusätzlich sollen nach Beendigung der LV besonders engagierte Studierende in Form einer Studienassistent*innenstelle am Institut weiterführend gefördert werden. Das Engagement dieser bringt zusätzlich positive Effekte des Peer Assisted Learnings, und die Aussicht auf diese Stelle zusätzliche Motivation.

Um den Studieneinstieg zu vereinfachen, wird zudem der sozialen Komponente großer Wert beigemessen. Deshalb wird in dieser Lehrveranstaltung (LV) schon vor Semesterbeginn eine Kommunikationsplattform geschaffen, um es den angehenden Studierenden zu erleichtern, sich zu vernetzen und sich sowohl organisatorisch als auch fachlich gegenseitig zu unterstützen - was speziell seit der Aussetzung der Präsenzlehre an Notwendigkeit gewonnen hat. Diese Kommunikationsplattform dient auch dazu, während des Semesters den Austausch und das Teamwork unter den Studierenden zu fördern. Die Ergebnisse der letzten Jahre, die Gespräche mit den Studierenden und vor allem die Auswirkungen des erzwungenen Distanzbetriebs durch Corona haben gezeigt, welch wichtigen Beitrag die Interaktion zwischen Studierenden für ihren Studienerfolg hat. Gerade zu Beginn des Studiums wachsen Studierende anhand der gemeinsamen Bearbeitung komplexer Aufgabenstellungen zu stabilen Lerngemeinschaften zusammen, die meist über die gesamte Dauer des Studiums (und oft darüber hinaus) bestehen bleiben.

Ziele:

Am Ende dieser Lehrveranstaltung sollen Studierende in der Lage dazu sein, mit Hilfe eines analytischen Werkzeugkastens elektrische Netzwerke zu untersuchen und zu berechnen. Da die gelehrten Analysemethoden die Basis für nahezu alle aufbauenden Lehrveranstaltungen des Studiums sind, soll somit in dieser LV das Fundament für ein erfolgreiches Studium gelegt werden. Zusätzlich soll der Stoff der parallel laufenden Vorlesung vertieft und somit das elektrotechnische Grundverständnis ausgebaut werden.

Neben analytischen Methoden werden auch computergestützte Ansätze vorgestellt, um in den Studierenden Neugierde und Begeisterung für dieses Thema zu wecken. In der Auseinandersetzung mit diesen Themen werden auch überfachliche, insbesondere methodische und soziale Kompetenzen aufgebaut, die für das weitere ingenieurwissenschaftliche Studium wichtig sind. So werden Studierende ermutigt, Ergebnisse zu interpretieren und kritisch zu hinterfragen.

Als zusätzliches Ziel soll die Motivation von begabten und einschlägig vorgebildeten Studierenden hochgehalten werden. Dafür wird über die Programmiersprache Python eine computerunterstützte Möglichkeit von mathematischen Berechnungen und deren graphische Auswertung vorgestellt.

Zugleich sollen Studienassistent*innen ausgebildet und in der Lehre eingesetzt werden. Dabei profitieren die Studienassistent*innen im Zuge eines Begabtenförderungskonzeptes sowohl fachlich als auch persönlich in ihren Kompetenzen - wie z.B. deren Kommunikationsfähigkeiten und deren methodisch-didaktischen Fähigkeiten zur Unterstützung der Studierenden beim Wissenserwerb und Kompetenzaufbau.

Neben der fachlichen Komponente werden die Studierenden auch organisatorisch unterstützt und an eine bessere Selbstorganisation herangeführt. Dazu werden unter den Studierenden Lerngruppen gebildet. Diese Lerngruppen sollen nicht nur für die gegenständliche LV eine Hilfestellung und Unterstützung von und mit Kommiliton*innen darstellen, sondern als Basis für das weitere Studium als Ganzes bilden.

Auch in Zukunft soll diese LV in einem iterativen Prozess verbessert und angepasst werden. Dabei werden immer Studierende, Studienassistent*innen und Lehrende gleichermaßen mitwirken müssen. Mithilfe einer Reihe von Evaluations- und Qualitätssicherungsmaßnahmen (Feedback-Instrumenten, Monitoring der Studierenden-Leistungen, etc.) wurde ein kontinuierlicher Prozess der Anpassung und Verbesserung der LV implementiert. [1]

[1] www.tugraz.at/institute/igte/teaching/pfel/

Kurzzusammenfassung des Projekts

Im Zuge der Grundlagen der Elektrotechnik (GET) Übung wurden die Anforderungen an eine Lehrveranstaltung (LV) im ersten Semester systematisch analysiert und Konzepte in einem iterativen Prozess etabliert. Dabei werden in der Entwicklung alle Beteiligten mit eingebunden, um eine möglichst konstruktive und große Meinungsvielfalt zu generieren. Das vorliegende Projekt stellt somit ein Gesamtkonzept einer Erstsemester-LV dar.

Als größte Herausforderung zeigte sich die Heterogenität der unterschiedlichen Vorbildungsstände der Studienanfänger*innen. Durch eine intensive Feedbackkultur und ein differenziertes Lehrangebot, welches auf die verschiedenen Anforderungen ausgerichtet ist, wird sowohl auf Studierende mit nicht hinreichender Vorbildung, als auch auf die Förderung von begabten Studierenden und jenen mit facheinschlägiger Vorbildung Rücksicht genommen. Eine gut betreute Kommunikationsplattform in welcher Studierende anonymisiert auftreten, erleichtert und ermutigt Fragen zu stellen, aber auch konstruktive Kritik einzubringen.

Zusätzlich wurde auf die Studieneingangsphase Rücksicht genommen, dabei z.B.: die Bildung von gemeinsamen Lerngruppen forciert.

Ein weiterer Schwerpunkt dieses Projekts ist die Begabtenförderung. So betreuen in diesem Projekt vorwiegend Studienassistent*innen Studierende in Kleingruppen mit maximal 30 Teilnehmern*innen. Dabei wird großer Wert auf die didaktische Ausbildung und die fachliche sowie persönliche Entwicklung der Studienassistent*innen gelegt.

Kurzzusammenfassung des Projekts in englischer Sprache

In the course „Fundamentals of Electrical Engineering exercise“, the requirements on a first semester course were systematically analyzed and concepts were established in an iterative process. In the development of the course, all stakeholders are always involved in order to generate the most constructive and broadest possible range of opinions. The present project thus represents an overall concept of a first semester exercise.

The heterogeneity of the different educational backgrounds of the first-year students proved to be the greatest challenge. By means of an intensive feedback culture and a broad range of teaching materials geared to the different requirements. Additionally, a focus is given both to students with deficits in their previous education and to the promotion of gifted students and those with previous education relevant to the subject. In particular, an anonymous and well-supervised communication platform facilitates and encourages students to ask questions, but also to offer constructive criticism.

In addition, heed was also paid to the introductory phase of studies and the formation of joint learning groups was supported.

Another focus of this project is the promotion of gifted students also from higher semesters. Thus, in the course the students are mainly supervised by study assistants in small groups. Great importance is attached to the didactic training and the professional and personal development of the assistants.

Nähere Beschreibung des Projekts

Die Grundlagen der Elektrotechnik (GET) – Übung basiert auf der permanenten Weiterentwicklung eines universitären Kurses unter Einbeziehung aller Beteiligten am Lehr-/Lernprozess.

Inhaltlich definiert die parallel abgehaltene Vorlesung den Stoff. Ziele der Übung sind dabei die Festigung der Vorlesungsinhalte sowie das Erlernen von Techniken bzw. eines grundlegenden „Werkzeugkastens“ zur Analyse von elektrischen Netzwerken. Dabei wird der Stoff in 12 Einheiten gelehrt und durch 10 Hausübungsblätter vertieft. Zusätzlich wird der Wissensstand über zwei Teilklausuren abgeprüft.

Neben vielschichtigem Feedback(1), ist das Begabtenförderungskonzept(4) eine wichtige Säule. Zusätzlich zu den sozialen Herausforderungen der Studierenden, speziell während der Corona-Pandemie(3), und dem Digitalisierungsprozess(5) ist die große Heterogenität des Vorbildungsniveaus(2) die größte Herausforderung.

1)Wechselseitiges formatives Feedback

Neben einer vielschichtigen Feedbackstruktur an die Studierenden ist speziell die Rückmeldung an die Organisatoren für die Weiterentwicklung der Lehrveranstaltung (LV) von großer Bedeutung. Zusätzlich hilft es den jungen Lehrenden, Rückmeldungen vom Auditorium und erfahrenen Kolleg*innen zu bekommen, um ihre didaktischen Fähigkeiten auszubauen.

●Feedback an Studierende

Für die Kommunikation wird Discord verwendet, dies ermöglicht den Studierenden anonym beizutreten. Speziell im Vergleich zu Foren mit Klarnamen-Pflicht ist deutlich ersichtlich, dass hierdurch die Hemmschwelle sinkt, Fragen zu stellen und konstruktive Kritik anzuführen, was sich sehr positiv auf die Kommunikation zwischen Lehrenden und Studierenden auswirkt.

Nach Release des Vorbesprechungsvideos, bereits einen Monat vor LV-Beginn, können schon allgemeine Fragen gestellt werden. Dies hilft den Studierenden, sich zum Start des ersten Semesters besser zurechtzufinden und auf das Studium vorzubereiten.

In den 12 Kontakteinheiten der LV werden zu Beginn der Übung Fragen zur formativen Leistungsüberprüfung gestellt, damit die Studierenden Resonanz auf ihren Wissensstand bekommen. Daraufhin werden die Fragen auch in der Runde diskutiert. Anschließend werden Beispiele vorgerechnet, welche von den Studierenden teilweise schon zuhause vorbereitet wurden. Somit bekommen die Studierenden Anregungen für effizientere Lösungswege. Da die Einheiten meist von Studienassistent*innen abgehalten werden, sinkt zusätzlich die Hemmschwelle, mit den Vortragenden zu diskutieren und Fragen zu stellen. Dabei sind die Fragen nicht nur rein fachlicher Natur; oft können allgemeine Fragen zum Studium geklärt werden und Studierende können zusätzlich von Erfahrungsberichten der Studienassistent*innen profitieren.

Über sorgfältig gestellte Hausübungsbeispiele vertiefen die Studierenden ihr Wissen. Dabei ermöglichen angegebene Zwischenergebnisse die Selbstkontrolle während der Ausarbeitung. Dies bewirkt, dass falsche Ergebnisse früh auffallen und der Rechenweg vor der Abgabe nochmals überprüft werden kann. Da die Hausübung in Teams erarbeitet wird, ist die gemeinsame Diskussion darüber ein wichtiger Teil. Der Discord und die Lehrenden stehen immer zur Verfügung und helfen den Studierenden mit pointierten Antworten, welche allen sichtbar sind, bei der Erledigung der Hausübung. Um Motivationstiefs vorzubeugen, gibt es noch zusätzlich wöchentliche Lernsessions, in welchen Lehrende den Studierenden beratend zur Seite stehen. Neben der detaillierten Verbesserung werden in den Einheiten auch häufige Fehler der letzten Hausübung besprochen.

Zur Klausurvorbereitung stehen neben Fragestunden auch wieder der Discord und Lernsessions zur Verfügung, wobei auf die unterschiedlichen Anforderungen der Studierenden eingegangen werden kann.

●Feedback an Lehrende

Die Lehrenden, welche meist als Studienassistent*innen das erste Mal Lehrerfahrung sammeln, werden in den ersten Einheiten von erfahrenen Kolleg*innen begleitet, welche nach den Einheiten didaktische Tipps geben und die Studienassistent*innen so systematisch supervisieren und ausbilden. Über das Feedbacktool “feedbackr” haben die Studierenden auch immer die Möglichkeit, anonymes Feedback an die Vortragenden zu richten und kontinuierlich konstruktive Kritik anzubringen.

●Feedback an Organisation

Die Weiterentwicklung der LV baut auf der Meinung und den Einflüssen aller Beteiligten auf.

Es wird neben der persönlichen Diskussion mit Studierenden auf jede Anmerkung im Discord, auf Feedbackfragen während des Semesters und auf die Evaluierung am Ende des Semesters genau eingegangen. So kann schnell und effizient auf sich ändernde Bedingungen (z.B. Zentralmatura) eingegangen werden und die Übung zielgerichteter abgehalten werden.

Mit den Studienassistent*innen, welche den direkten Kontakt zu den Studierenden pflegen, werden alle Elemente der Übung in gemeinsamen Diskussionsrunden regelmäßig erörtert und innovative Ideen umgesetzt.

Auch Lehrende von aufbauenden LVs werden in den Entwicklungsprozess eingebunden, um möglichst gute Anschlussfähigkeit zu gewährleisten.

2)Rücksicht auf Heterogenität der Studierenden

Speziell in LVs der ersten Semester ist die Heterogenität der Studierenden ein unbedingt zu beachtender Faktor. Wie aus Umfragen (Kurs-Seite) ersichtlich ist, erlangten diese die Hochschulreife an mehr als 30 verschiedenen Bildungseinrichtungen. Speziell die mathematische und physikalische Vorbildung schwankt dadurch stark. Das Ziel ist also, den Studierenden differenzierte Lernangebote zu bieten, damit diese, angepasst an ihre individuellen Bedürfnisse, die angestrebten Lernergebnisse möglichst gut erreichen können.

Da die einzelnen Angebote und die vorgesehene Zielgruppen in der Vorbesprechung klar kommuniziert werden, behalten die Studierenden auch beim umfassenden Angebot den Überblick.

●Self assessment zur Sensibilisierung bezüglich der Vorbildung

Neben der konkreten Kommunikation von inhaltlichen Voraussetzungen und der Möglichkeit diese aufzufrischen, können die Studierenden für Zusatzpunkte kleine Mathe Onlinetests ablegen. Feedback dazu gibt es gleich nach der Abgabe. Somit sind die Studierenden motiviert, dieses Angebot zu nutzen und können zielgerichteter die Inhalte auffrischen.

In jeder Einheit wird der Wissensstand zum aktuellen Thema über "feedbackr" eruiert, wodurch die Studierenden ihren momentanen Wissensstand überprüfen und besser einordnen können.

●Auffrischen/Erlernen der theoretischen Hintergründe

Zum Auffrischen bzw. dem Erlernen der Inhalte der begleitenden Vorlesung stehen je nach Anforderungen kurze Foliensätze und Kurzvideos zur Verfügung. Diese wurden speziell für die LV erstellt und behandeln aufbauend die benötigte Theorie.

●Hilfestellungen zu den Hausübungen

Da manche Studierende erst zur Hausübung selbst Beispiele durchrechnen, sind diese für manche sehr fordernd. Dafür werden professionell produzierte Beispiel-Videos angeboten, in welchen ähnliche Beispiele durchgerechnet wurden. Dort wird das Vorgehen nochmals Schritt für Schritt erklärt und die Studierenden werden zur Lösung hingeführt. Zusätzlich wurde aus Mitteln des Vizerektorats ein Pilotversuch gestartet, betreute Lerngruppen für besonders herausfordernde Lehrveranstaltungen zu etablieren und dies wurde auch zur betreffenden Lehrveranstaltung umgesetzt.

●Hilfestellung bei der Klausurvorbereitung

Neben alten Klausuren werden auf der internen moodle-Plattform Beispiele mit unterschiedlichen Schwierigkeitsgraden angeboten, zu welchen die Endergebnisse mit angegeben sind. Es gibt zu jeder Klausur wieder gemeinsame Lernsessions, in welcher ein*e Studienassistent*in Hilfestellungen gibt. Zusätzlich gibt es noch dezidierte Fragestunden, in welchen erfahrene Lehrende weitere Fragen zur Klausur beantworten.

3)Reaktion auf soziale Herausforderungen

Das wichtigste Element eines jeden Universitätsstudiums ist der Diskurs speziell mit den Studienkolleg*innen. Deshalb ist es für die Organisation von Erstsemester LVs von zentraler Bedeutung, die Bildung von Lerngruppen zu fördern. Um den bestmöglichen gemeinsamen Erfolg zu erzielen, ist Diversität in den Gruppen sehr hilfreich, da so in der Diskussion die breiteste Meinungsvielfalt und Erfahrungshorizont herrscht.

In der GET-Übung wird über die frühe Vorbesprechung und den Discord den Studierenden schon bald die Möglichkeit gegeben, sich zu vernetzen. Die ersten beiden Einheiten wurden trotz Corona unter strengen hygienischen Bedingungen in Präsenz abgehalten, um so die Bildung von Lerngruppen und das Kennenlernen zu fördern.

Bei der Bildung der Teams appelliert die LV Leitung, sich heterogen bezüglich der vorher besuchten Schule zu mischen, damit sich effizient gegenseitig geholfen werden kann. Zusätzlich erfolgt ein Monitoring der Teams, damit bei etwaigen Studienabbrecher*innen manche Gruppen zusammengelegt bzw. Kolleg*innen getauscht werden können.

4)Begabtenförderungskonzept

Bachelorkurse mit hoher Teilnehmer*innenzahl bringen oft die Gefahr mit sich, begabte Studierende, bzw. Studierende mit einschlägiger Vorbildung, zu unterfordern. Durch die Unterforderung kann es passieren, dass diese den fachlichen Vorsprung verlieren und den Anschluss nicht mehr finden. Daher ist es wichtig, auch auf diese Gruppe Rücksicht zu nehmen, Interesse und Neugierde zu fördern und diese weiter zu motivieren.

●Begabungsförderung für Studierende der LV

Zusätzlich zum Pflichtinhalt werden schon früh weitere Werkzeuge zur Analyse von elektrischen Netzwerken vorgestellt. Dabei wird ein in der Industrie verwendetes kostenloses Simulationsprogramm präsentiert, mit welchem die Ergebnisse der Hausübungen überprüft werden können. Studierenden wird damit ermöglicht, spielerisch auch sehr komplexe Netzwerke zu simulieren. Für Interessierte wird eine kostenfreie Programmierumgebung für Python vorgestellt. Dabei wird die Verwendung von Python als Taschenrechner zur Lösung der Beispiele in einem Video erklärt und immer wieder in den Übungen kurz darauf eingegangen. Somit können Studierende schon sehr bald erste Schritte in einer neuen Programmierumgebung machen, um so in Zukunft effizient und automatisiert Beispiele lösen. Diese Inhalte werden nicht in Hausübungen oder Klausuren abgefragt.

Um den Ehrgeiz und die Motivation der Studierenden weiter zu fördern, wird schon zu Beginn des Semesters ein Preis für die besten Absolvent*innen der LV in Aussicht gestellt. Die Überreichung des Preises an die Studierenden findet am Institut statt. Dies bietet wiederum die Möglichkeit der Diskussion über die LV und die Situation der Studierenden im Allgemeinen. Weiters kann dort der Kontakt geknüpft werden und durch die Aussicht auf eine Anstellung als Studienassistent*in der/die Studierende weiter motiviert werden. Das Institut schafft so die Möglichkeit, exzellente Studierende schon früh zu fördern. Viele dieser Studierenden hatten zu Beginn des Studiums keine fachspezifischen Vorkenntnisse, konnten dies aber in der LV ausgleichen und haben dort hervorragende Leistungen erbracht.

●Begabungsförderung als Konzept für Studienassistent*innen

Geeigneten Studierenden wird am Institut eine Stelle als Studienassistent*in angeboten. Während des Semesters werden diese systematisch an das Lehren in Kleingruppen herangeführt und zeigen im Laufe der Anstellung einen enormen Zuwachs an fachlicher Kompetenz und sammeln erste Lehrerfahrungen.

Das Vertrauen in die Kompetenz der Studienassistent*innen schafft ein hohes Maß an Kreativität und bietet ihnen Möglichkeiten, sich auch in der Gestaltung der LV mit einzubringen. Neben der GET-Übung sind viele der Studienassistent*innen auch in anderen LVs am Institut tätig, erwerben so noch andere Kompetenzen und unterstützen weiter das Institut.

Auch unter den Studienassistent*innen wird Diversität hochgeschätzt, da die unterschiedlichen Einflüsse und Wahrnehmungen so noch intensiver in die LV einfließen können und das Klima im Team gefördert wird.

5)Digitalisierung

Da der Trend Richtung kurzer Lehrvideos geht und die Studierenden mit solch einem Format gut zurechtkommen, wurden für die Aufarbeitung der Theorie sowie zur Unterstützung bei der Erledigung der Hausübungen Videos angefertigt. Diesen wird große Bedeutung beigemessen, da sie zur Studienvorbereitung genutzt werden können, als Nachschlagewerk dienen und weltweit öffentlich über Youtube zugänglich sind.

Durch die Anschaffung von Grafiktablets für die Lehrenden wurde die LV in die Wohnzimmer verlagert.

Die Verwendung von "feedbackr" und die Erarbeitung der von den Studierenden vorbereiteten Beispiele ist ein gutes Beispiel dafür, wie durch die Orientierung an Modellen wie z.B. flipped classroom der Lernerfolg gesteigert werden kann.

Durch die automatisierte Erstellung der Hausübungen und Prüfungen können auf einfache Weise verschiedene Beispiele generiert werden. Dadurch wird ein stures Auswendig-Lernen von Beispielen verhindert und die Qualität hochgehalten.

Alle Materialien finden sich digital in eine moodle-Umgebung, was die papierlose Abhaltung der LV ermöglicht.

Nutzen und Mehrwert

Erleichterter Einstieg ins Studium und Drop-Out Prävention:

Das permanente und zielgerichtete Feedback in Hausübungen, Feedbackr-Umfragen oder auch im discord, ermöglicht es den Studierenden frühzeitig auf Defizite zu reagieren. Durch Angebote wie Lehrvideos, Zusatzbeispiele und zusätzlichen Mathematik-Einheiten wurde auf die Bedürfnisse aller Studierender mit unterschiedlicher Vorbildung eingegangen und so der Einstieg in ein forderndes ingenieurswissenschaftliches Studium wesentlich erleichtert. Man erkennt aus den Statistiken der letzten Jahre eine stetig steigende Studierendenleistung und im Umkehrschluss eine sinkende Durchfallsquote [1 – Abb. 5]. Die Studierbarkeit wurde somit wesentlich gesteigert und den Studierenden die Transition von Sekundarstufe zur Hochschule wesentlich erleichtert. Freiwillige Angebote wie das Erlernen der Programmiersprache Python oder Einheiten zur Schaltungssimulation motivieren auch lernstarke Studierende, dabei zu bleiben.

Stärkung der sozialen Struktur:

Am Anfang der Übungen wurden die Studierenden unterstützt und motiviert, heterogene Teams bezüglich deren Vorbildung zu bilden. Somit haben die Studierenden schon in den ersten Wochen Gefährten und Lerngruppen - oft für das weitere Studium - gefunden, was speziell in der Coronazeit von großer Wichtigkeit ist. Die Heterogenität bezüglich der Vorbildung ermöglicht Studierenden mit Verständnisschwierigkeiten, Fragen schon mit ihren Kolleg*innen zu klären. Zusätzlich steigern die Lerngruppen die soziale Interaktion der Studierenden, und nicht zuletzt aufgrund der hohen Heterogenität und Diversität, auch die soziale Kompetenz.

Qualitatives Lehrangebot:

Trotz der hohen Studierendenzahl von 475 im Wintersemester 20/21 kann durch die vielschichtige Betreuung die Qualität sehr hoch gehalten werden. Sowohl die Teilleistungen [1 – Abb. 5, Abb. 6] als auch die Selbsteinschätzung der Studierenden [1 – Abb. 9] zeigen, dass die fachlichen Kompetenzen in einem hohen Maße erlernt wurden. Das Lernziel, also die fachliche Grundkompetenz in den jeweiligen Modulgruppen der Curricula, wurde somit in einem für eine Erstsemester-LV hohen Grad erreicht.

Die Evaluierung zeigt die hohe Zufriedenheit mit dem Kurs, welche im Vergleich zum letzten Jahr nochmals gestiegen ist [1 – Abb. 8].

Schaffung einer niederschwelligen Diskussionskultur:

Durch die Ermöglichung einer anonymen Kommunikationsplattform und die intensive Betreuung werden die Studierenden ermutigt, jederzeit fachliche, aber auch organisatorische Fragen zu stellen. Diese werden dabei teilweise schon unter den Studierenden beantwortet, aber auch mit dem Lehrpersonal diskutiert. Die Pseudonymisierung der Studierenden trägt positiv zur Vertrauensbildung bei. Zusätzlich zeigt die konstruktive Dynamik des Discord-Servers, dass dies nicht zu unangemessenen Rückmeldungen führt.

Es wird somit schon im ersten Semester auf eine offene Diskussionskultur Wert gelegt und die Studierenden zu einer solchen ermutigt. Auch auf konstruktive Kritik der Studierenden kann so schon während des Semesters reagiert werden bzw. diese nachhaltig in die Weiterentwicklung der LV integriert werden.

Entlastung des Instituts:

Durch die frühe Integration von Studierenden als studentische Mitarbeiter*innen bzw. Studienassistent*innen im Lehrbetrieb wird auf nachhaltige Weise zukünftiges Lehrpersonal für weiterführende Labore und andere Übungen ausgebildet und so das Stammpersonal des Instituts entlastet. Darüber hinaus werden die positiven Effekte eines Peer-Assisted-Learnings genützt.

Studienassistenz als Konzept zur Begabungsförderung:

Jungen Studierenden wird als Studienassistent*innen schon sehr bald die Möglichkeit gegeben, Kompetenzen im Vortrag und der Wissensvermittlung zu entwickeln. Zusätzlich wird durch die neue Sichtweise der Stoff nochmals vertieft und fundamental gefestigt. Da dies unter Betreuung von erfahrenen Kolleg*innen geschieht, ist eine hohe Qualität auch für die Studierenden gewährleistet. Durch die Bindung der Studienassistent*innen an das Institut, lernen diese den akademischen Betrieb näher kennen, was für eine eventuell folgende akademische Karriere förderlich ist.

Weil exzellente Studierende unterschiedlicher Studienrichtungen als Studienassistent*innen tätig sind, ergab sich durch die Gemeinschaft bereits die Möglichkeit, effektive Lerngruppen in Master-LVs zu bilden. Zusätzlich führt das gute Klima unter den Studienassistent*innen auch zu außeruniversitären Freizeitaktivitäten.

Bemerkenswert ist auch der hohe Frauenanteil unter den Studienassistent*innen (~30%), verglichen mit jenem der involvierten Studiengänge (z.B.: ET ~13%).

Breite Meinungsvielfalt in der Lehrplanung:

Durch die Integration der Studienassistent*innen im jährlichen Planungsprozess der LV bekommt das Institut bzw. das Lehrpersonal einen besseren Einblick in die studentische Sichtweise auf die LV und das Studium im Allgemeinen. Dadurch kann auf sich ändernde Bedingungen bei den Studierenden rasch reagiert und auf deren Bedürfnisse besser eingegangen werden.

Youtube-Videos:

Die seit Oktober 2020 erstellten Videos erreichten bereits im ersten halben Jahr eine Wiedergabezeit von über 2200 Stunden. Eine durchschnittliche Anzahl an Views von über 600 bei den Theorie-Videos und über 1000 bei den Beispiel-Videos [1], bei ca. 500 Teilnehmer*innen zeigt die Intensität der Verwendung. Dabei sind auch zahlreiche Aufrufe von außerhalb Österreich dabei. Die Videos geben dabei den Lernenden die Möglichkeit, Stellen zu wiederholen oder langsamer abzuspielen, was speziell für Personen mit Deutsch als Zweitsprache ein großer Vorteil ist. Zusätzlich werden die Videos bereits an Schulen beworben wodurch sich ein gewisser Pull-Effekt für Studienanfänger*innen erwarten lassen kann.

[1] www.tugraz.at/institute/igte/teaching/pfel/

Nachhaltigkeit

Übertragbarkeit - Kommunikation/Feedbackkultur:

Eine Plattform, in welcher jederzeit fachliche Fragen, Lob und Kritik angebracht werden kann und wo in kurzer Zeit in kompetenter und verständnisvoller Art und Weise reagiert wird, sollte die Basis jeder LV sein, um die an Universitäten erwünschte Diskussionskultur zu fördern. Auch der Einblick in die Lehrplanung hilft Studierenden, manche als Schikane wahrgenommene Elemente zu verstehen und als positiv aufzufassen. (Siehe Discord #kritik-lob-und-tadel)

Transparenz in der Organisation, Struktur und Planung der LV veranlasst Studierende auch Elemente zu hinterfragen und konstruktive Kritik anzubringen. Diese Kritikfähigkeit macht die LV und die Lehrenden authentisch, und bindet die Studierenden in die Gestaltung der LV mit ein. Dieses Beispiel zeigt, dass man bereits zu Beginn des Studiums eine gute Gesprächsbasis schaffen kann, von der Lehrende und Studierende profitieren.

Übertragbarkeit – LV Struktur:

Die Struktur und Organisation der LV kann als Vorlage für beinahe jede Rechenübung in den ersten Semestern verwendet werden. Aufgrund der guten Resonanz wurden Elemente auch schon in anderen Übungen übernommen.

Da in dieser LV-Struktur sehr großer Wert auf die Rücksicht auf den Studieneinstieg gelegt wird, ist dieses Konzept für Übungen aus höheren Semestern dementsprechend zu adaptieren, damit die Studierenden weiter motiviert werden sollten, sich selbstständig externe Quellen zu suchen. Da in dieser LV grundlegende und allgemeine Themen behandelt werden, ist dieses Vorgehen hier in diesem Maße nicht notwendig.

Nachhaltigkeit - Lehrangebot:

Neben der fachlichen Grundkompetenz werden den Studierenden im Zuge der Einheiten systematische Ansätze für methodisch analytisches Denken vermittelt, bzw. gefördert, was eine der wichtigsten Kompetenzen für ingenieurwissenschaftliche Studien darstellt.

Da die LV das Basiswissen elektrotechnischer Fachbereiche lehrt, werden diese Kompetenzen von aufbauenden LVs angewandt und somit immer wieder abgerufen.

Die frei zugänglichen Lehrvideos können zur Studienvorbereitung, zum Erlernen des Stoffes während des Semesters, zur Prüfungsvorbereitung als auch später zum Auffrischen verwendet werden. Da die Thematik sehr grundlegend ist und schwerpunktmäßig allgemeingültige Methoden und Techniken zur Analyse elektrischer Netzwerke Behandlung finden, haben die Videos eine lange Gültigkeit. Die hohe Zahl an Aufrufen und Likes zeigen jetzt schon, dass die Resonanz äußerst positiv ist.

Nachhaltigkeit - Begabtenförderung-Programm Studienassistenz:

Durch die sehr frühzeitige Integration herausragender und motivierter Studentinnen und Studenten im Lehrteam und der systematischen Lehrausbildung, bietet sich sowohl für das Institut als auch die Fakultät die Möglichkeit, das permanente Lehrpersonal zu unterstützen und zu entlasten. Zusätzlich trägt die Erfahrung im direkten Kontakt mit den Studierenden im Hörsaal bzw. auch bei virtuellen Lehreinheiten sehr positiv zur weiteren persönlichen und fachlichen Weiterentwicklung der Studienassistent*innen bei.

Aufwand

Zeitlicher Aufwand:

Neben dem regulären Lehrbetrieb der 19 Gruppen, wurden für die Betreuung der unterschiedlichen Lerntypen im discord, in den Lernsessions, in zusätzlichen Simulationsübungen und Fragestunden wöchentlich über 10 Stunden aufgewendet. Der einmalige Aufwand für die Erstellung der Videos kann mit ca. 400 Stunden beziffert werden. Die zusätzlichen Stunden für die Lehrvideos und die umfassende Betreuung wurden mit freundlicher Unterstützung vom Studiendekan Elektrotechnik aus dem Fakultätsbudget genehmigt.

Kostenaufwand:

Für die digitale Transformation, welche die effiziente Online-Abhaltung, die digitale Korrektur sowie das Erstellen und Streamen von Lehrinhalten ermöglichte, wurde folgende Hardware angeschafft:

- 12 Grafiktablets

- 14 Headsets

- 3 Lavaliermikrofone mit Funkempfängern

- 1 Notebook

- 1 Kondensatormikrofon

Dafür entstanden Kosten in der Höhe von ca. 8000€, welche von einem Projektfond des Vizerektorats für Lehre, von Fakultätszuschüssen und von erwirtschafteten Drittmitteln des Instituts getragen wurden. Hiermit sei nochmal ein Dank an die unterstützenden Stellen gerichtet.

Positionierung des Lehrangebots

Die vorgestellte Lehrveranstaltung „Grundlagen der Elektrotechnik“ ist die begleitende Übung zur gleichnamigen Vorlesung und wird in folgenden Curricula im ersten Semester als Pflichtfach geführt:

- Bachelorstudium „Elektrotechnik“ und Bachelorstudium „Elektrotechnik-Toningenieur“ in der Modulgruppe „Elektrotechnische Grundlagen“

- Bachelorstudium „Biomedical-Engineering“ in der Modulgruppe „Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen“

- Bachelorstudium „Information and Computer Engineering“ in der Modulgruppe „Elektro- und Informationstechnik“

- Zusätzlich soll mit WS 21 das neue Studium „Digital Engineering“ angeboten werden, in welchem der Kurs ebenfalls im Curriculum Platz finden wird.

Zusätzlich zur Verankerung des Kurses in verschiedenen Curricula, bieten die in diesem Projekt erstellten Videos, welche auf Youtube veröffentlicht wurden, eine ideale Möglichkeit zum selbstgesteuerten Lernen und/oder zur Studienvorbereitung.

Links zum Projekt

Links zu der/den Projektmitarbeiter/innen

Links zu Social Media-Kanälen

Das Beispiel wurde für den Ars Docendi Staatspreis für exzellente Lehre 2021 nominiert.

Gewinner 2021

Kategorie: Qualitätsverbesserung von Lehre und Studierbarkeit

Ansprechperson

Paul Baumgartner

Institut für Grundlagen und Theorie der Elektrotechnik

paul.baumgartner@tugraz.at

+43 316 873 - 7759

Nominierte Person(en)

Paul Baumgartner