Evidenzbasierte Entscheidungsunterstützung zur Pandemiebewältigung durch digitale Prozessmodellierung und Simulation in synchronen und asynchronen eLearning-Formaten

Nähere Beschreibung des Projekts

Lehrveranstaltungsstruktur

Die 15 vollständig digital umgesetzten Einheiten der Lehrveranstaltung verteilen sich gleichmäßig auf die beiden titeltragenden Themengebiete, wobei die ersten sieben Einheiten zur Prozessmodellierung die Grundlage bilden, die nach einer Einheit zur Präsentation der Semesterchallenge in sieben Einheiten zur Simulation vertieft werden. Dabei gliedern sich die jeweiligen sieben Einheiten der Themenblöcke in eine Einführung, vier inhaltliche Einheiten, eine Einheit zum vertiefenden Forschungseinblick und eine Reflexionseinheit. Der mit 5 ECTS vorgegebene Arbeitsaufwand verteilt sich gleichmäßig über ein Semester, indem die Einheiten einmal wöchentlich abgehalten werden und Studierende für jede absolvierte Aufgabenstellung Punkte sammeln, womit weder eine Zwischen- noch Abschlussprüfung vorgesehen ist.

Lehr- und Lernmaterialien

Neu entwickelte digitale Materialen umfassen Musterlösungen für Prozessmodelle vielfältiger Abläufe in Lieferketten, Produktions- und Dienstleitungsunternehmen in der international standardisierten Modellierungssprache „Business Process Model and Notation 2.0“. Neu programmiert wurden diskrete Ereignis-Simulationsmodelle u.a. für die Dimensionierung von Test- und Impfstraßenkapazitäten sowie die Krankenhausauslastung bzw. auf Agenten- und System Dynamics basierte Modelle zur Pandemiesimulation. Diese wurden allesamt mit intuitiv bedienbaren Animations- und Kennzahlencockpits ausgestattet, um den Studierenden evidenzbasierte Strategieevaluierungen in unterschiedlichen Szenarien auf Basis multidimensionaler Zielsetzungen zu ermöglichen.

Neu zusammengestellte Tutorials, Installationsanleitungen, Präsentationen und Vorträge leiten Studierende auf traditionelle Weise an und werden dabei von neu aufgezeichneten Videovorträgen und Screencasts ergänzt, die den Lernprozess noch näher an der Lebensrealität der Studierenden ausrichten (mit YouTube Tutorials sozialisiert). Damit wird unnötiger sowie destruktiver Stress („Ich muss mich beeilen, sonst komme ich nicht mit“) von Live-demos vermieden. In den Screencasts werden die Lösung von Beispielen bzw. relevanten Teilproblemen daraus durch Aufzeichnung des Bildschirmes, verbalen Kommentaren und Erklärungen sowie Interpretationen der Lösung vorgezeigt. Dadurch können Studierende das Erklärvideo beliebig oft stoppen bzw. erneut ausführen, womit der Lernprozess individualisiert wird und Fragen wie „Wo muss ich noch einmal genau klicken?“, „Wie lautete die genaue Java-Code-Zeile?“ und „Was ist bei der Ausführung der Modelle zu beachten?“ genau dann beantwortet werden, wenn die Studierenden dafür am wissbegierigsten sind.

Neu formulierte Aufgabenstellungen beinhalten zahlreiche digitale Übungsbeispiele und Fallstudien in verschiedenen Schwierigkeitsgraden mit Prozessbeschreibungen, Modellierungstipps und Lernfragen sowie Praxis- und Literaturreflexionsaufgaben. Darüber hinaus werden noch zahlreiche weitere bildungstechnologische Maßnahmen wie Online-Umfragen, Mindmaps, Breakout Groups, Lektionen, Quiz und Online-Selbsttests mit Multiple Choice Fragen zur Aktivierung der Studierenden in der Online-Lehre eingesetzt.

Die Inhalte und Methoden der Lehrveranstaltung können Studierende basierend auf einem vom Lehrveranstaltungsleiter selbst verfassten 112-seitigen Skriptum mit detaillierten theoretischen Vertiefungen und praktischen Anwendungen sowie zahlreichen Grafiken, Tipps und Best-Practice Beispielen strukturiert nachlesen. Abgerundet werden die Lehr- und Lernmaterialien der Lehrveranstaltung durch aufwändige wissenschaftliche Simulationsmodelle, Forschungspräsentationen, Videos von Forschungsvorträgen und Forschungsartikeln (u.a. von Popper, Klimek, Kogler, Asgary und Sargent), die einen aktuellen Einblick in Forschungstätigkeiten geben sowie weitere Einsatzmöglichkeiten der gelernten Kompetenzen aufzeigen.

Lehrmethoden

Die eingesetzten Lehrmethoden ermöglichen es, die Lehrveranstaltung studierendenzentriert an den heterogenen Lebensrealitäten der berufstätigen Studierenden mit ihren unterschiedlichen Bildungsbiographien auszurichten und hierbei ein resilientes Fernlehrekonzept vorzustellen, das sich bei der Bewältigung der mit Covid-19 verbundenen Herausforderungen für die Hochschullehre durch umfassende Digitalisierung bewährte. Als zentrales Element dient den Studierenden ein klar strukturierter Moodle-Kurs als digitaler Ankerpunkt und schafft die nötige Übersicht, um administrative und organisatorische Informationen, den eigenen Lernfortschritt, die Kurs- und Abgabetermine, Unterlagen, Links und vielfältig zum Einsatz kommende mediendidaktische Elemente (u.a. Screencasts, Quiz, Tutorials, Videos, Simulationsmodelle) jederzeit zu überblicken. Darüber hinaus erfolgt die gesamte Kommunikation mit und zwischen den Studierenden digital und online über Videokonferenz-, Feedback- und Umfragetools, Chats, Audionachrichten, Foren, Blogs, Wikis und eMails.

Jede der 15 Lehrveranstaltungseinheiten bestehend aus drei Teilen: Selbstlerneinheiten, in denen sich die Studierenden in wöchentlichen eLearnining Modulen auf die neuen Inhalte vorbereiten, sowie 90-Minuten synchrone und 90-Minuten asynchrone Fernlehre. Um eine ausgewogene Gewichtung von selbstverantworteter Lernautonomie und Lernprozesssteuerung zu erreichen, findet die gemeinsam abgehaltene synchrone Fernlehre wöchentlich stets zur selben Zeit statt, wohingegen die asynchronen Bestandteile jeweils selbstständig innerhalb von einer Woche zu absolvieren sind. Alle auf die 15 Einheiten vorbereitenden eLearning Module sind bereits zu Beginn der Lehrveranstaltung freigeschaltet, um Studierenden, je nach unterschiedlichem Vorwissen aus den Bereichen Informatik, Statistik, Operations-Research und Betriebswirtschaft sowie individuellem Interesse und den Lebensrealitäten entsprechenden zeitlichen Ressourcen eine ideale Vorbereitung zu ermöglichen. Vorbereitungsaufgaben beinhalten neben Theoriereflexionen und Lernkontrollfragen zu ausgewählten Kapiteln von Skripten, Lehrbüchern und wissenschaftlichen Artikeln insbesondere Aufzeichnungen von Videovorträgen und Screencasts sowie unbegrenzt wiederholbare Online-Selbsttests im Multiple Choice Format.

Diese gezielte Vorbereitung ermöglicht es, in den synchronen Einheiten auf die Interaktion mit den Studierenden zu fokussieren, indem über digitale Programme für Videokonferenzen (u.a. Zoom, Gather.Town) und Online-Zusammenarbeit (u.a. Breakout Groups, Online-Whiteboards, digitale Tafel, Chats) offene Fragen der Studierenden beantwortet, Lehrinhalte reflektiert und deren praktische Anwendungsmöglichkeiten diskutiert werden. Zur Einholung von Feedback, Aktivierung und interaktiven Mitgestaltung der synchronen Einheiten haben sich Online-Umfragetools (TEDME, Kahoot, Mentimeter) bewährt. Zudem bleibt genug Zeit, damit die Studierenden in live stattfindenden Online-Präsentationen (Bildschirm virtuell teilen, Prezi) ihre in den asynchronen Einheiten ausgearbeiteten Prozess- bzw. Simulationsmodelle vorstellen und hierfür Feedback und Verbesserungsvorschläge sowohl von ihren Peers (z.B. in Breakout Groups) als auch vom Lehrveranstaltungsleiter erhalten. Hierbei werden u.a. verschiedene Parametrisierungen der selbst programmierten Simulationsmodelle zur Ausbreitung ansteckender Krankheiten, Krankenhausauslastung bzw. Impf- und Teststraßenkapazitäten in Szenarien verglichen, um anhand der Modelloutputs, Animations- bzw. Kennzahlenansicht Bewältigungsstrategien für unterschiedliche multidimensionale Zielsetzungen abzuleiten, anzupassen oder zu optimieren. Dieser integrierte Ansatz ermöglicht es, synergetisch vorhandene Fähigkeiten und Kenntnisse der heterogenen Studierendengruppen zu verknüpfen, womit sich diese entscheidende Schlüsselkompetenzen zur kollaborativen Problemlösung, Kommunikation, Digitalisierung sowie Generierung von neuem Wissen und direkter Umsetzung in die wirtschaftliche Praxis – allesamt mit höchster berufspraktischer Relevanz – aneignen.

Die asynchronen Einheiten ermöglichen die praxisnahe Anwendung der erworbenen Kompetenzen und theoriegeleiteten Vorbereitung auf konkrete Prozessmodellierungs- bzw. Simulationsaufgaben. Die zeitliche und örtliche Flexibilität dieser Lehrmethode motiviert Studierende, durch aktives Erarbeiten, proaktive Mitgestaltung und ein stärkeres Ausmaß an Eigenverantwortung ihre Selbstwirksamkeit zu erleben. Konkret gilt es, individuell oder in Kleingruppen im ersten Teil Prozessmodelle mittels BPMN-Tools (z.B. Bee-Up) und im zweiten Teil Simulationen mit komplexer Software zum Multi-Method-Modelling (z.B. AnyLogic) zu entwickeln. Hierbei werden die Studierenden individuell, je nach Unterstützungsbedarf, durch Prozessbeschreibungen, Modellierungstipps, Screencasts und Tutorials angeleitet, um Anfänger*innen nicht zu überfordern. Zudem dienen knifflige Reflexionsfragen und Zusatzbeispiele in unterschiedlichen Schwierigkeitsstufen dazu, Expert*innen entsprechend zu fordern und zur individuellen Vertiefung zu animieren.

Besonderheiten im Rahmen der ansonsten einheitlichen Struktur des vorgestellten Lehrkonzeptes bilden die erste Einführungseinheit sowie die achte Einheit, in der die Semesterchallenge präsentiert wird. Der Ablauf der Lehrveranstaltung startet mit der Initiierung des für das Lernen notwendigen sozialen Prozesses in Form eines Kennenlernens. Dieses umfasst einerseits praxisnahe Übungen zur Selbstreflexion („Wer bin ich und was kann ich?“) und zum Erwartungsmanagement („Wohin möchte ich mich weiterentwickeln und was kann die Lehrveranstaltung dazu beitragen?“) aus der Psychologie und Team-Buildingmethoden zur Vorbereitung auf die Projektarbeit aus dem Managementcoaching. Andererseits lernen die Studierenden den organisatorischen und inhaltlichen Lehrveranstaltungsablauf kennen, der anhand aktueller, wissenschaftlicher Forschungsfragen und konkreter wirtschaftlicher Herausforderungen aufgezeigt wird, wobei basierend auf den Lernzielen der angestrebte Kompetenzerwerb und die Benotungskriterien transparent dargelegt werden. Zusätzlich werden die digitalen Kommunikationskanäle und der hilfreiche Moodle-Kurs im Detail vorgestellt, ausprobiert und offene Fragen geklärt. Dieser Einstieg zeigt die wertvolle Heterogenität unterschiedlicher Vorerfahrungen der Studierenden sowie die Anwendbarkeit der im Kurs kultivierten Kompetenzen im wirtschaftlichen und wissenschaftlichen (Berufs-) Leben.

Die Semesterchallenge ist als Gruppenprojekt für drei Personen konzipiert, die gemeinsam an einer realen Problemstellung aus deren aktueller beruflicher Praxis arbeiten. Hierbei können die Gruppen aus drei verschiedenen Schwierigkeitsniveaus wählen, um einen realen Prozess mittels der im Kurs erlernten Methoden zu analysieren (einfach), modellieren (mittel) sowie entweder durch Weiterentwicklung (sanft), Optimierung (sprunghaft) oder Reengineering (radikal) zu verbessern (schwer). Damit werden besonders ehrgeizige Studierende, die gerne viel Anstrengung in ein komplexes Thema stecken, gefordert und zeitlich eingeschränktere Studierende – bzw. jene mit weniger Vorwissen – nicht überfordert. Beispiele für Semesterchallenges aus den vergangenen Jahren aus dem beruflichen Umfeld der Studierenden sind etwa Prozessabläufe in Krankenhäusern, Laboren oder dem Covid-19 Contact Tracing sowie Prozesse aus pharmazeutischen Produktionen, Lieferketten und dem Qualitätsmanagement. Die Studierendengruppen verschriftlichen Erkenntnisse in digitalen „Handouts“, welche im Rahmen einer Abschlusspräsentation vorstellt und gegen kritische Fragen von den anderen Studierendenteams verteidigt werden. Die jeweiligen Peer- und Lehrenden-Feedbacks zu jeder Präsentation stützen sich auf einen übersichtlichen Bewertungsbogen, der sowohl die Substanz des Inhaltes (Aufbau, Sachwissen, Quellenauswahl) als auch die Qualität der Vermittlung (Medieneinsatz, Kreativität, Ausdrucksvermögen) miteinbezieht.

Nachhaltigkeit

Das vorgestellte Lehrprojekt ist auf einen langfristigen Einsatz ausgelegt und wird aktuell bereits das dritte Jahr in Folge angewandt. Ein wesentliches Erfolgsrezept dabei ist die inkrementelle, auf systematischer Analyse des konstruktiven Feedbacks von Studierenden, Kolleg*innen, Didaktik- und eLearning-Expert*innen basierende, kontinuierliche Weiterentwicklung der Lehrveranstaltung und durch diesen Rückhalt immer konsequenteren Ausrichtung auf Digitalisierung, Forschung und moderne Vermittlungsmethoden. Zudem bieten regelmäßige (Auslands-) Hospitationen, Weiterbildungen und Coachings sowie die wissenschaftliche Tätigkeit als Postdoc wertvolle, sprudelnde Inspirationsquellen, um entsprechend der forschungsgeleiteten Lehre stetig neuste Erkenntnisse – zuletzt etwa zu den Integrationsmöglichkeiten von Simulation und künstlicher Intelligenz – zu vermitteln. Das Lehrprojekt selbst ist aus unzähligen Vor-Aktivitäten, beginnend bei eigenen, vielfältigen Lehrerfahrungen aus Informatik-HTL, Betriebswirtschaftsstudium sowie Doktorat an einer Life-Science Universität über umfangreiche didaktische Fortbildungen bis hin zur Anwendung der nun vermittelten Methoden und Kompetenzen in zahlreichen universitären Forschungsprojekten und der erfolgreichen Entwicklung anderer Lehrveranstaltungen, entstanden. Direkt aufbauende Nachfolgeprojekte zu diesem Themengebiet umfassen die Publikation eines verfassten Lehrbuches und die Entwicklung eines virtuellen Kurses als Open Education Ressource.

Dissemination/Transfer

Die Lehrveranstaltung „Prozessmodellierung und Simulation“ kann in der vorgestellten Form in vielfältigen Studiengängen an Life-Science-, Technischen-, Medizinischen- und Wirtschaftlichen Hochschulen unterrichtet werden. Der Mehrwert des innovativen Lehrkonzepts entfaltet sich insbesondere für berufsbegleitende Studierende, nebenberuflich Lehrende und (internationale) Fernhochschulen sowie überall dort, wo Diversität und Inklusion vorangetrieben werden, da Studierende mit Handicaps in ihrer gewohnten Umgebung und technischen Ausstattung barrierefrei an der Lehrveranstaltung teilnehmen können.

Das Lehrkonzept bietet sich als Vorlage für die Übertragung auf Lehrveranstaltungen und Lehrsituationen an, die Lernende individuell, innovativ und technisch modern basierend auf den Chancen und Stärken der einzelnen Teilkonzepte ansprechen wollen. Dies beinhaltet u.a. jene, die ebenso eine Ausrichtung auf das digitale Kompetenzmodell (Grundlagen und Zugang, Umgang mit Informationen und Daten, Kommunikation und Zusammenarbeit, Kreation digitaler Inhalte, Sicherheit, Problemlösen und Weiterlernen) unter Implementierung aller kognitiver Prozessdimensionen (Wissen, Verständnis, Anwendung, Analyse, Bewertung und Erschaffung) der von Krathwohl überarbeiteten Taxonomie von Bloom anstreben. Zudem eignet es sich für lernendenzentrierte Lehrveranstaltungen und Lehrsituationen, die Lernenden flexibles Lernen, digitale Lehrmaterialien und Erfahrungslernen auf Basis innovativer Hochschuldidaktik und forschungsgeleiteter Lehre zur Kultivierung zentraler handlungs- und wertorientierter Kompetenzen für die erfolgreiche Bewältigung der globalen Herausforderungen und Erreichung der Sustainable Development Goals bieten wollen. Diese didaktische und methodische Vorlage soll zukünftig sowohl in ihrer Gesamtheit als auch in einzelnen Auszügen in vielfältigsten Bildungssettings eingesetzt werden, um einen „shift from teaching to learning“, quervernetztes Denken sowie Metakognition zu forcieren.

Institutionelle Unterstützung

Das Lehrkonzept wurde als „Best Practice eLearning Projekt“ an der FH Campus Wien von Beginn an konsequent dafür ausgelegt, auf andere Lehrveranstaltungen und Lehrsituationen (z.B. Mitarbeitenden-Fortbildungen, Stakeholder-Workshops) übertragen werden zu können. Dafür wurde im Rahmen eines einjährigen Projektes unter Leitung des Lehrveranstaltungsleiters zusammen mit Didaktik- und eLearning-Expert*innen aus dem Teaching Support Center und einem technischen Videoproduktionsteam in einem mehrstufigen Prozess eine Informationsplattform im Intranet der FH Campus Wien gestaltet. Der Prozess war dabei an einem vom Lehrveranstaltungsleiter entwickelten detaillierten Projektplan ausgerichtet, der neben Plan-, Implementierungs- und Testphasen u.a. auch die Entwicklung von Skriptum, Moodle-Kurs, Prozess- und Simulationsmodellen sowie die Produktion von Videovorträgen, Screencasts und eines Videointerviews zur Lehrveranstaltungsvorstellung, das vom Produktionsteam mit mehreren Kameras in einer Greenbox aufgenommen und professionell bearbeitet wurde, enthielt. Die umfangreichen multimedialen Beschreibungen des Intranet-Portals sollen zukünftig dazu dienen, andere Lehrende und Mitarbeitende für die Neugestaltung und Weiterentwicklung von Lehrveranstaltungen und Lehrsituationen zu motivieren sowie diese, basierend auf der erstellen Vorlage, bei der direkten Übertragung und Anwendung des Lehrkonzeptes, der didaktischen Methoden und digitalen Lehrmaterialien zu unterstützten.