Moderne Gestaltung von Lehrveranstaltungen für dislozierte Studienstandorte durch interaktives Videostreaming in Verbindung mit praxisorientierte Laborübungen

Nähere Beschreibung des Projekts

Es werden im Rahmen der mit drei ECTS-AP ausgelegten LV „Elektronik“ vier Laborversuche durchgeführt. Jeder dieser vier Versuche ist wie folgt gegliedert:

*) Vorlesung:

Studierende erlernen die zugrundeliegende Thematik

(theoretische Wissensvermittlung, praktische Rechenbeispiele, Besprechung der Aufgabenstellung)

*) Vorbereitung:

Studierende bearbeiten eigenständig die Aufgabenstellung in Heimarbeit

(Berechnung, Simulation mit Softwaretools, Reflexion, Dokumentation)

*) Laborübung:

Studierende bauen die aus der Vorbereitung bekannten Schaltungen auf und führen Messungen durch

(Schaltungen aufbauen, Schaltungsdiagnose, Messungen durchführen, Teamarbeit)

*) Nacharbeit:

Studierende erstellen einen Abschlussbericht bestehend aus Vorbereitung und Laborprotokoll

(Ergebnispräsentation, Reflexion, Dokumentation)

Um den Studierenden eine möglichst freie Einteilung der Vorbereitung zu ermöglichen, wurde bei der Planung der Termine darauf geachtet, dass zwischen einem Vorlesungsteil und der dazugehörigen Laborübung mindestens zwei Wochen Zeitabstand liegen. Ebenso gilt für die nächste Vorlesung, dass diese frühestens eine Woche nach der vorherigen Laborübung stattfindet, sodass genügend Zeit für die Fertigstellung des Endberichtes zur Verfügung steht. Für die Abgabe des Endberichts sind ebenfalls mindestens zwei Wochen eingeplant, jedoch kommt es aufgrund der begrenzten Semesterlänge zu einer Überschneidung der Fertigstellung des vorherigen Berichts und der Anfertigung der neuen Vorbereitung. Da jedoch der Endbericht Größtenteils aus der Vorbereitung und den in der Laborübung beschriebenen Teilbereichen besteht, kann dieser in der Regel recht schnell erstellt werden, wodurch die Überschneidung der Zeitfenster kein Problem darstellt.

Die Themen der vier Teilgebiete lauten:

1) Operationsverstärker und aktive Filter

2) Komparatoren und Timer

3) Oszillatoren und Phasenregelschleifen (PLL)

4) Analog-Digital / Digital-Analog Umsetzer und Aliasing

Die Planung der vier Übungen unterliegt einer groben Überschlagsrechnung des Arbeitsumfangs für die Studierenden. Nachdem die LV ein Arbeitspensum von drei ECTS-AP aufweist und für einen ECTS-AP ein Arbeitsaufwand von 25h gerechnet wird, ist in Summe für ein Semester ein Sollstundenkontingent von 75h verfügbar. Pro Thema werden vier Unterrichtseinheiten (UE) Vorlesung, 15 UE eigenständige Vorbereitung, drei UE Labordurchführung sowie drei UE für die Fertigstellung des jeweiligen Endberichts abgeschätzt. Dies ergibt in Summe pro Teilgebiet 25 UE. Für die vier Laborübungen folgen daher 100 UE, was bei 45min pro UE wieder in einem Arbeitsumfang von 75h für das gesamte Semester resultiert.

Wie ist der zeitliche Aufbau der Vorlesung?

Zu Beginn jeder LV werden die Lernziele der jeweiligen Übung erläutert und die empfohlene übergeordnete Literatur mitgeteilt. In der Vorlesung wird anschließend gemeinsam mit den Studierenden die zu behandelnde Thematik der Laborübung auf einem Microsoft Surface-Tablet erarbeitet, wobei die editierten Folien den Studierenden nach der Vorlesung über die Onlineplattform „Moodle“ zur Verfügung gestellt werden. Für eine gemeinsame Bearbeitung der Lehrinhalte durch Referent und Studierende wurden die Präsentationsfolien „streamingfähig“ gestaltet. Dies bedeutet, dass sehr viel mit Lückentexten bzw. leeren Seiten mit kurzen Aufgabenstellungen gearbeitet wird, die direkt im Zuge der LV bearbeitet werden. Durch die Anbindung des Microsoft Surface-Tablets via Wireless-Display (WiDi) an die Streamingeinrichtung und den Beamer kann das Tablet frei im Raum bewegt werden. Jeder Studierende in Nordtirol hat so die Möglichkeit aktiv am Unterricht durch Ausarbeitung von Themen am Tablet mit einem Stylus teilzunehmen. In dieser LV umfasst dies vorwiegend die Berechnung von Schaltungen, welche die Studierende einzeln, aber auch in Gruppen den weiteren Zuhörer/inne/n live präsentieren und zur Diskussion stellen. Auch die Studierenden in Osttirol können durch die digitale Eingabemethode den vorgeschlagenen Erklärungen und Berechnungen folgen. In Osttirol befinden sich ein großer Fernseher mit den Lehrinhalten vom Tablet und ein Beamer, welcher das Live-Bild aus dem Seminarraum in Nordtirol überträgt (umschaltbar Vortragender <-> Studierende). So wird sichergestellt, dass auch die dislozierten Zuhörer/inne/n aktiv Fragen stellen können, da die Video- und Audioübertragung bidirektional, also von Nordtirol nach Osttirol und retour, wie bei einer Videokonferenz, funktioniert. Aktuell können die Studierenden in Osttirol noch nicht direkt die Präsentationsfolien mitentwickeln, jedoch bietet hier ein bereits vorhandener Visualizer einen guten Ersatz. Ein Visualizer ist wie ein Overheadprojektor, jedoch wird das Bild nicht an eine Wand projiziert, sondern mit einer Kamera aufgenommen und so digitalisiert. Ab dem WS 18/19 ist geplant, dass auch Studierende am dislozierten Studienstandort handschriftliche Berechnungen auf einem Blatt Papier unter Hilfenahme des Visualizers live entwickeln und die Studierenden in Nordtirol dem Entwicklungsprozess folgen und dahingehende Ergebnisse gemeinsam mit den Kollegen in Osttirol diskutieren können. Am Ende jeder Vorlesung wird der besprochene Inhalt nochmals kurz und bündig wiederholt bzw. zusammengefasst und die über Moodle ausgehändigte Aufgabenstellung für die dazugehörige Laborübung gemeinsam durchgegangen. So können etwaige Missverständnisse vorab bereinigt werden und einer Vorbereitung zur Laborübung steht nichts mehr im Weg. Fragen können durch die gemeinsame Erarbeitung der Lehrinhalte jederzeit gestellt werden, was in der Regel auch sehr viel in Anspruch genommen wird. Neben der Lehrveranstaltung stehen die Lehrenden auch per Mail für Fragen zur Verfügung, bzw. können auch Sprechzeiten für komplexere Fragen vereinbart werden. Für Studierende am dislozierten Studienstandort bieten verschiedene Konferenzsoftwaretools wie Skype, WebEx oder Polycom die Möglichkeit einer „persönlichen“ Sprechstunde mit dem LV-Leiter.

Wie ist die Laborübung organisiert?

Um eine individuelle Betreuung der Studierenden während der Labordurchführung sicherzustellen, wird zu Beginn der LV eine Gruppeneinteilung via Moodle durchgeführt. Hierbei stehen den Studierenden in Nordtirol vier Zeitslots mit je zwei Stunden zur Auswahl. In Osttirol ist aufgrund der geringen Teilnehmerzahl bislang nur ein Slot notwendig. In jedem dieser Zeitslots werden vor der Laborübung acht Zweiergruppen eingeteilt. Dem liegt auch die Anzahl von acht Laborversuchen im Mechatronik-Lehrlabor in Nordtirol zu Grunde. In der Laborübung bauen die Studierenden die in der Laborvorbereitung bereits simulierten Schaltungen real am Steckbrett auf und führen die entsprechenden Messungen durch. Wenn die Vorbereitung mit gutem Wissen und Gewissen durchgeführt wurde, ist die Zeit kein begrenzendes Limit, da die Laborübungen in der Regel gut in zwei Stunden durchführbar sind. Um für etwaige Fragen genügend Ansprechpartner zu haben, werden die bis zu 16 Studierenden pro Zeitslot von insgesamt drei Laborbetreuern (Dipl.-Ing. Jelena Ristic - Laborleitung, Luca Mayer - Studienassistent, ich – LV-Leitung) unterstützt. Nachdem in Osttirol dieses Semester nur vier Studierende an der LV teilgenommen haben, wurde die Laborbetreuung so koordiniert, dass eine Laborbetreuung (Prof. Schubert) für die Durchführung der Labore zur Verfügung stand. Die Aufgabenstellungen selbst sind größtenteils aufeinander aufbauend und stark anwendungsorientiert um den Spaß am Labor möglichst groß zu halten. So wird bei einer Laborübung ein Modellbau-Servomotor mit einer Pulsweitenmodulation angesteuert, die durch eine selbst entwickelte Schaltung erzeugt wird. Bei einer weiteren Laborübung wird ein analoges Signal zuvor digitalisiert, anschließend wieder in ein analoges Signal umgewandelt und über einen Lautsprecher ausgegeben. Es ist so möglich, eingekoppelte Frequenzen (Aliasing) hörbar abzubilden. Durch entsprechende Korrektur der Schaltung durch zwei zusätzliche Filter können genau diese Frequenzen unterdrückt werden, was auch in der Übung sehr gut ersichtlich / hörbar ist.

Wie sieht die Beurteilung der Lehrveranstaltung aus?

Das Prüfungskonzept und der Beurteilungsschlüssel werden den Studierenden zu Beginn der ersten LV erläutert und über „Moodle“ veröffentlicht, um hier größtmögliche Transparenz hinsichtlich des LV-Ziels zu gewährleisten. Die Benotung ergibt sich auf der einen Seite zu 75% aus den vier Laborberichten und auf der anderen Seite zu 25% aus der Mitarbeit bei der Labordurchführung. Somit hat auch eine positive und motivierte Teilnahme am Labor einen relativ starken Anteil bei der Benotung, um eine aktive Teilnahme am Labor zu fördern und das kompetenz- bzw. anwendungsorientierte Element der LV zu stärken. Wenn Studierende einen Termin versäumen, ist die Nachholung eines Termins am Ende des Semesters möglich.