Low Carbon Buildings and Communities

Ziele

„Low Carbon Buildings and Communities“ (LCBC) ist eine Master-Lehrveranstaltung (LV), die darauf abzielt, die Prinzipien der Gestaltung nachhaltiger Gebäude und Gemeinschaften einem möglichst breiten Publikum vorzustellen. Die LV ist an der Schnittstelle zu Bauingenieurwesen, Architektur, Sozial- und Klimawissenschaft, Energiepolitik und Baubiologie angesiedelt und nimmt damit eine interdisziplinäre Schlüsselrolle im Ingenieurwesen ein. Nach Abschluss der LV verfügen die Studierenden über ein vertieftes Verständnis der Auswirkungen, die Klima, Menschen, Gebäudetechnik und Gebäudegestaltung auf Energieverbrauch, CO2-Emissionen, Luftverschmutzung, Biodiversität, Ressourcenverbrauch und Bauabfälle in der bebauten Umwelt haben.

Die LV wird an Studierendengruppen mit unterschiedlichen akademischen, kulturellen und sprachlichen Hintergründen vermittelt. Um die Lernergebnisse der Studierenden in diesem heterogenen Kontext zu maximieren, bieten wir ein flexibles, studierendenzentriertes Lehr- und Lernkonzept an. Unsere Methoden bauen auf konstruktivistischen pädagogischen Theorien auf, in denen wir praktischen Unterricht und selbstgesteuertes Lernen als Mittel zum Erwerb neuer Fähigkeiten und zur Beherrschung des Themas fördern.

Es ist unser Ziel, gut ausgebildete Absolvent/innen zu entwickeln, die einfallsreich und in der Lage sind, komplexe Herausforderungen auf wissenschaftlich rationale, gut strukturierte und ganzheitliche Weise anzugehen. Weiterhin wollen wir ein Gleichgewicht zwischen der Entwicklung von technischen Kernkompetenzen (z. B. Fähigkeiten zur Analyse der Gebäudeleistung und zum Verfassen wissenschaftlicher Berichte, die mit den Anforderungen des Arbeitsmarktes und den Forschungskompetenzen nach dem Studium vereinbar sind) und der Förderung der Fähigkeit zu kreativem und systemischem Denken in Bezug auf komplexe Probleme in der gebauten Umwelt, schaffen.

Lehrmethoden

Das Thema CO2-arme oder Null-Emissions-Gebäude (ZEBs) und Gemeinden sowie die Verwendung von Werkzeugen zur Bewertung der Nachhaltigkeit in der gebauten Umwelt werden in der Regel auf traditionelle didaktische Weise gelehrt, wobei die Studierenden direkte Anweisungen erhalten, während sie relativ wenig Peer-to-Peer-Interaktion oder unterstützende Hilfestellung erfahren. Es überrascht nicht, dass pädagogische Theorien, einschließlich spezifischer Studien, die sich auf die Lehre von CO2-armem Design und Simulationen sowie den Einsatz von Software in der Hochschulbildung konzentrieren, hervorgehoben haben, dass solche Ansätze zu außergewöhnlich schlechten Lernergebnissen geführt haben (Beausoleil-Morrison und Hopfe, 2016; Hopfe et al., 2017). Dies bedeutet, dass es dringend notwendig ist, neue und innovative Lehrmethoden zu entwickeln, die die Studierenden besser einbinden und gleichzeitig zu solideren Lernergebnissen führen (McLeod und Hopfe, 2021). Unsere methodische Herangehensweise basiert auf der konstruktivistischen Theorie, die davon ausgeht, dass Lernen dann am stärksten ausgeprägt ist, wenn die Lernenden aktiv in einen Prozess der Bedeutungs- und Wissenskonstruktion eingebunden sind. Wir sind davon überzeugt, dass das Lernen durch die Einbeziehung von erlebnispädagogischen Methoden verbessert und lebendiger gestaltet werden kann, wobei das Lernen ein iterativer Prozess ist, der durch die Reflexion über das Tun stattfindet (Kolb, 2015). Daher haben wir (über mehrere Jahre hinweg) einen innovativen Lernzyklus entwickelt, um CO2-armes Design auf eine erfahrungsorientierte und reflektierende Weise zu lehren.

In diesem Zusammenhang kann der Erfahrungsprozess durch vier Lernmodi beschrieben werden, die im Folgenden kurz erläutert werden:

1. Aktives Experimentieren (AE) beinhaltet die Anwendung der Theorie, Methoden und Werkzeuge in Workshops. Dies ermöglicht es den Studierenden, Daten und Gebäude zu erforschen, um die theoretischen Studien zu vertiefen. Dabei geht es um den Planungsprozess und auch um die Feststellung, was die Studierenden vor der LV gelernt haben. Es ist auch eine Gelegenheit für die Studierenden, sich gegenseitig kennen zu lernen und ihre unterschiedlichen Stärken und Schwächen zu erkennen.

2. Konkrete Erfahrung (CE) bedeutet, dass man lernt, Daten zu prüfen und Probleme bei Messungen und Modellierung von Gebäuden zu diagnostizieren. Dies kann durch direktes Feedback und durch die Untersuchung von Daten und Simulationsergebnissen und die „Autopsie“ eines realen Gebäudes, in einer Gruppenumgebung geschehen. Ziel ist es, ein gewisses Maß an Skepsis gegenüber Daten und Instrumenten zu bewirken und eine genauere Prüfung von realen Gebäuden und modellgestützten Vorhersagen zu fördern.

3. Die reflektierende Beobachtung (RO) umfasst die Selbstdiagnose sowie die Überprüfung und Verknüpfung von Erfahrung und Theorie. Durch diese Aktivitäten stärken die Studierenden ihr Verständnis für CO2-arme Gebäude, Leistungsbewertung, Bauphysik und Simulation. Die Studierende müssen ihre Arbeit überprüfen und die Erfahrungen reflektieren, indem sie Berechnungen und Analysetechniken anwenden, um ihre Vorhersagen mit denen ihrer Kommiliton/innen und den Erkenntnissen aus der Literatur zu vergleichen.

4. Die abstrakte Konzeptualisierung (AC) zielt darauf ab, Schlussfolgerungen aus der Erfahrung zu ziehen, so dass der Lernzyklus abgeschlossen ist und das Wissen in ein neues Projekt oder eine neue Lernerfahrung einfließen kann. Es umfasst das Studium der Datenverarbeitung und der grafischen Darstellung, der Messdaten und der Simulation durch Vorlesungen, zugewiesene Lektüre und Gruppendiskussionen. Ziel ist es, dass die Studierenden die theoretischen Implikationen der von ihnen gewählten Methoden und Werkzeuge oder alternativen Methoden verstehen und die mit ihren Analysen verbundenen Unsicherheiten einschätzen können, um ihre Ergebnisse vollständig in den Kontext zu stellen.

Lernmethoden

Bei der Vermittlung der LV setzen wir eine große Vielfalt an Lehrmethoden, Medien und Lernmaterialien ein. Die Forschung zeigt, dass der Einsatz verschiedener Lehrmethoden und Medien sowie der häufige Wechsel des Lernmodus ein besseres Verständnis und bessere Lernergebnisse fördern kann (NTL, 2018). Ein effektiver Blended-Learning-Ansatz erfordert ein Gleichgewicht zwischen synchronen (zeitlich koordinierten) und asynchronen (zeitunabhängigen) Aktivitäten. Aus diesem Grund haben wir eine Kursstruktur entworfen, die es beiden Aktivitäten ermöglicht, sich gegenseitig synergetisch zu unterstützen.

Das synchrone Lernen findet in Echtzeit statt, und hier bieten wir eine Kombination aus persönlichen Vorlesungen, Workshops und Besichtigungen vor Ort an, um den Studierenden die Möglichkeit zu geben, mit den Lehrkräften und externen Mitarbeitenden (bei Besichtigungen vor Ort) direkt zu interagieren. Wir setzen in diesen synchronen Sitzungen Blended-Learning-Methoden ein. Dazu gehören kurze Quizze mit dem Online-Tool Feedbackr und auch praktische Übungen, die oft Peer-to-Peer-Lernen beinhalten (z. B. Gruppenarbeiten, bei denen ein Gebäude physisch und thermografisch vermessen wird, oder Brainstorming-Ansätze zur Ableitung einer Methodik zur Lösung komplexerer Probleme). Diese Ansätze unterstützen und testen das individuelle Lernen und fördern gleichzeitig den Erwerb wichtiger übertragbarer Fähigkeiten (z. B. die Zusammenarbeit in einem Planungsteam), die für Diplomingenieure und Architekten unerlässlich sind.

Asynchrones Lernen beschreibt ein Lernen, das zu verschiedenen Zeiten und an verschiedenen Orten stattfindet. Mit diesem Ansatz können die Studierenden von jedem Ort aus in ihrem eigenen Tempo lernen. Wir nutzen asynchrones Lernen in dieser LV auf zwei verschiedene Arten, erstens durch "flipped learning" und zweitens bei den praktischen Aufgaben. Durch die Bereitstellung von Vorlesungsmaterial (einschließlich Videos und Handouts) und ergänzenden Ressourcen (z. B. Leselisten und Weblinks) für die Studierenden vor den Präsenzsitzungen ermutigen wir die Studierenden, sich vorab über das Thema zu informieren, wodurch mehr Zeit für besser fundierte Diskussionen, Reflexion und Fragen (d. h. aktives Lernen) während der synchronen Sitzung bleibt. Wir stellen sicher, dass die Software den Studierenden über einen längeren Zeitraum zur Verfügung steht (über das Computerlabor des Instituts), damit sie in ihrem eigenen Tempo und Zeitplan arbeiten können. Wir unterstützen diesen Prozess, indem wir einen Zeitplan mit bestimmten Zeitfenstern bereitstellen, in denen ein Universitätsassistent zur Verfügung steht, um ihnen bei technischen Fragen und/oder Softwareproblemen zu helfen. Darüber hinaus stellen wir für Studierende, die nicht in der Region wohnen und während der Ferienzeit ins Ausland zurückkehren, Softwarelizenzen aus, die es ermöglichen, während der Ferienzeit aus der Ferne zu arbeiten.

Ausgangslage und Motive

Die Lehrveranstaltung ist eingebettet in den Studiengang Bauingenieurwesen und gehört zu den Wahllehrveranstaltungen im WM3 Hochbau. Die Verbindungen zu Lehrveranstaltungen wie Bauphysik, Bauschadensanalyse, Energiemonitoring, Konstruktionsdetails usw. sowie architektonischer Entwurf und Stadtplanung sind durchgängig gegeben. Die Verbindung von Theorie, Forschung und Berufspraxis mit der Lehre ist eines unserer Hauptmotive bei der Durchführung der Lehrveranstaltung. Wir verwenden viele Beispiele aus der Praxis, um verschiedene Ansätze zur Gestaltung von Mustergebäuden und Standards für CO2-armes Design während der gesamten Lehrveranstaltung zu veranschaulichen und gegenüberzustellen. Wir stützen uns auf unsere umfangreichen internationalen Forschungs-, Beratungs- und Praxiserfahrungen sowie auf die unserer Studierenden, um verschiedene nationale und internationale Ansätze für CO2-arme Gebäude und Gemeinden zu vergleichen und gegenüberzustellen. Im Mittelpunkt des Kurses steht die Besichtigung eines beispielhaften lokalen Schulgebäudes, das nach den höchsten Standards zweier verschiedener fortschrittlicher Nachhaltigkeitsstandards (dem österreichischen Klimaaktiv-Standard und dem internationalen Passivhaus-Standard) konzipiert wurde (Workshop 2). Auch die Werkzeuge und Software, die wir in Workshop 1 und 3 vorstellen (Climate Consultant, designPH, PHPP und Sketchup), sind hochmoderne nachhaltige Planungswerkzeuge, die weltweit in der frühen Phase der Planung von Passivhäusern und Null-Emissions-Gebäuden (ZEBs) eingesetzt werden.

Wir erörtern auch nationale, europäische und internationale Normen und Vorschriften und bringen diesen Regelungskontext in Einklang mit neuen Ideen der akademischen Forschung. Auf diese Weise zeigen wir, wie sich diese Normen im Zusammenhang mit Nachhaltigkeitskriterien und Bewertungen der Gebäudeleistung im Lichte neuer Erkenntnisse in Zukunft wahrscheinlich verändern und weiterentwickeln werden.

Ergebnisse

Der Inhalt dieser LV befasst sich mit dem Thema Nachhaltigkeit in der gebauten Umwelt, und dieses Thema ist sehr aktuell und spricht Studierende mit unterschiedlichem Hintergrund an (einschließlich Architektur, Stadtplanung, Bauingenieurwesen, Maschinenbau und Umweltwissenschaften - um nur einige zu nennen). Da wir wissen, dass Studierende mit so unterschiedlichem Hintergrund an dieser LV teilnehmen, haben wir sichergestellt, dass der Inhalt und die Struktur des Materials sorgfältig so geplant sind, dass die Studierenden mit weniger technischem Hintergrund nicht überfordert werden. Wir behandeln die Grundlagen der Bauphysik und der Gebäudetechnik auf konzeptionelle Weise, bevor wir mathematische Gleichungen einführen, die zur Berechnung von Energieflüssen und -bilanzen erforderlich sind. Daher bieten wir auch viele visuelle und konzeptionelle Erklärungen, bevor wir uns mit numerischen Beispielen befassen. LCBC ist daher ein zugänglicher Masterstudiengang zur Nachhaltigkeit in der gebauten Umwelt, der den Studierenden die Kernkompetenzen und die Fähigkeit zum kritischen Denken vermittelt, die sie benötigen, um eine der großen Herausforderungen der Gesellschaft sinnvoll zu bewältigen.