Embedded Systems Challenge: Making embedded systems a fun competition (Integrierte Lehrveranstaltung)

Ziele/Motive/Ausgangslage

Die Ausgangslage des Projekts war eine mittelmäßig evaluierte Lehrveranstaltung im dritten Semester des Bachelor-Studiengangs der Mechatronik am MCI mit dem Titel Embedded Systems. Die Evaluierung der Studierenden in der Berufsbegleitung und Vollzeit-Form für diese Lehrveranstaltung lag im Schnitt bei einem Wert von 2.37 nach der österreichischen Notenskala. Da eine mittelmäßige Evaluierung nicht dem Grundsatz der exzellenten Lehre am MCI entspricht, mussten neue Maßnahmen getroffen werden, um die Lehrveranstaltung hinsichtlich essentieller Gesichtspunkte (Lehrmethodik, Lernergebnis, Prüfungsform) zu verändern, zu verbessern und letztendlich auch den Lernerfolg der Studierenden bestmöglich zu unterstützen. Aufsetzend auf Gesprächen mit den Studierenden und den in den Evaluierungen der Lehrveranstaltung vorgebrachten Punkten, wurden mehrere Kritikpunkte erarbeitet. Die Lehrveranstaltung wurde auf Basis dieser Kritikpunkte, sowie auf Basis der Kernpunkte des Konzeptes exzellenter Lehre re-designt und umgesetzt. Am MCI versteht man unter exzellenter Lehre und Lerndesign die punktgenaue und ausgewogene Abstimmung von Didaktik und Prüfungsform auf die jeweiligen Lehrziele und Inhalte.

Kurzzusammenfassung des Projekts in deutscher Sprache

Ausgehend von einer mittelmäßigen Evaluierung der Lehrveranstaltung „Embedded Systems“ wurden Maßnahmen bezüglich der Didaktik, Methodik, Prüfungsform und auch der verwendeten Instrumente getroffen. Diese Maßnahmen führten weg von einer theoretischen, inhaltsorientierten, klassischen Vorlesung hin zu einer interaktiven, praxisorientierten Lehrveranstaltung mit den Studierenden im Fokus. Durch einen Mix aus Vorlesung, Einzel- und Gruppenarbeiten und einem abschließenden Projekt konnten die Herausforderungen der Heterogenität der Studierendengruppe gemeistert werden. Durch praxisnahe Beispiele und Bereitstellung von ausleihbarer Hardware für die Projektarbeiten konnten den Studierenden verbesserte Rahmenbedingungen geboten werden. Ein weiterer wesentlicher Beitrag war der Gamification-Aspekt der „Embedded Systems Challenge“, dem Wettbewerb am Ende der Lehrveranstaltung, mit dem einerseits die Motivation, andererseits der Lernerfolg der Studierenden massiv gesteigert werden.

Kurzzusammenfassung des Projekts in englischer Sprache

Based on a mediocre evaluation of the course “Embedded Systems”, the course have been re-designed with regard to didactics, methodology, assessment and the instruments used. The re-design of the course led to a shift from a theoretical, content-oriented, classical lecture to an interactive, practice-oriented and more student-focused course. A mix of lecture, individual work, group work and a final project help to master the challenges of the heterogeneous composition of the student group. The students also benefit from significantly improved conditions through practical examples and the provision of hardware that can be borrowed for the final projects. Furthermore, the gamification aspect of the “Embedded Systems Challenge”, a competition at the end of the course, massively increases the motivation and the learning success of the students.

Nähere Beschreibung des Projekts

Das Projekt „Embedded Systems Challenge: Making embedded systems a fun competition“ hat das Ziel, exzellente Lehre in Embedded Systems zu ermöglichen.

Am MCI versteht man unter exzellenter Lehre und Lerndesign die punktgenaue und ausgewogene Abstimmung von Didaktik und Prüfungsform auf die jeweiligen Lehrziele und Inhalte.

Die Nutzung von Erkenntnissen aus studentischen Evaluationen und das inhaltliche Monitoring der zu vermittelnden Inhalte können die Abstimmung der drei genannten Kernelemente exzellenter Lehre erleichtern.

 

Für das Re-Design der Lehrveranstaltung Embedded Systems wurden die nachstehenden Kritikpunkte aus Evaluierungen und Feedbackgesprächen als Basis herangezogen und den drei Kernelementen exzellenter Lehre (Lehrziel, Didaktik, Prüfungsform) zugeordnet, um Veränderungen im Design vorzunehmen. Kritikpunkte waren:

o Die fehlenden Berücksichtigung des heterogenen Vorwissens der Studierenden.

o Der Lehrveranstaltungstyp (Vorlesung).

o Der Wunsch der Studierenden sich aktiver einbringen zu können.

o Eine stärkere Verzahnung mit praktisch relevanten Beispielen.

 

Restrukturierung des Lehrveranstaltungsdesigns

o Didaktik

Der Kritikpunkt der ‚fehlenden Berücksichtigung von unterschiedlichem Vorwissen bei Studierenden‘ sowie die Kritik zum ‚Lehrveranstaltungstyp‘ wurde über das Kernelement ‚Didaktik‘ in der Umstrukturierung des Designs der Lehrveranstaltung berücksichtigt. Für diese Entscheidung waren folgende Faktoren auschlaggebend:

In technischen Studiengängen besteht die Gefahr, dass die Lehre in grundlegenden Vorlesungen auf ein stark heterogenes Wissensniveau aufsetzen muss. Diese Heterogenität basiert auf der oftmals unterschiedlichen Vorbildung von Studierenden (Lehre mit Studienberechtigungsprüfung, AHS Abschluss, HTL Abschluss, internationale Abschlüsse.) bzw. den damit einhergehenden unterschiedlichen Ausbildungsniveaus im Sinne der Curricula. Zudem werden Inhalte in Grundlagenfächern von Studierenden subjektiv oft als ‚langweilig‘ und ‚trocken‘ empfunden. Dies kann stellenweise zu verminderter persönlicher Motivation von Seiten der Studierenden führen, und kann sich auf den Lernerfolg einzelner Studierender in der Lehrveranstaltung auswirken. Dies bedeutete, dass der bis dahin geltende klassische Vorlesungsansatz einem moderneren integrativen Ansatz weichen musste.

Hierbei wurden Projekte mit kurzen Vorlesungselementen, Einzel- und Gruppenübungen, bin hin zu individuellen Betreuungsgesprächen kombiniert. Der Grundgedanke hierbei war, allen Studierenden eine Möglichkeit zu geben, sich auf Basis ihres Wissensstandes aktiv in die Projekte einzubringen. Studierende mit hohem theoretischem Vorwissen etwa, können sich aktiv an den Diskussionen in den Vorlesungen beteiligen, Studierenden mit weniger Vorwissen können in Gruppenübungen von anderen lernen und sich einbringen oder in Einzelübungen an Schwachpunkten arbeiten. Der Lektor kann in kurzen Einzelgesprächen diejenigen im Lernprozess unterstützen, die Fragen haben oder Feedback brauchen.

 

o Prüfungsform

Der Wunsch der Studierenden sich aktiver in die Lehrveranstaltung einbringen zu können, sowie die Kritik der ‚stärkeren Verzahnung mit praktischen Beispielen‘ wurde über das Kernelement ‚Prüfungsform‘ in der Umstrukturierung des Designs der Lehrveranstaltung berücksichtigt. Für diese Entscheidung waren folgende Faktoren auschlaggebend:

Um die Motivation bei den Studierenden zu stärken und das unterschiedliche Vorwissen zu berücksichtigen, wird den Studierenden die Möglichkeit geboten an von ihnen gewählten Projekten zu arbeiten, bzw. diese vorzuschlagen.

Zusätzlich zu diesen Projekten gibt es noch Gruppen- und Einzelarbeiten, welche vor dem eigenen Projekt durchgeführt werden müssen. Diese können bei Studierenden mit Vorwissen meist selbst erarbeitet werden. Dadurch können diese mit dem Projekt früher beginnen und im Projekt ihr Wissen stärker vertiefen. Studierende mit geringerem oder keinem Vorwissen können durch diesen Ansatz während der Lehrveranstaltung besser unterstützt werden und haben dadurch einen höheren Lernerfolg als üblich, was sie wiederum besser auf das folgende, wenn auch etwas kleinere Projekt als bei den übrigen Studierenden, vorbereitet.

Um die Motivation der Studierenden weiter zu erhöhen, werden die in der Lehrveranstaltung entwickelten Projekte Teil eines Wettbewerbs, der ES-Challenge, sein, ähnlich einem Coding Contest / Hackathon. Dabei stellt die ES-Challenge einen Anreiz für die Studierenden dar, da sie als Wettbewerb ausgeführt wird, in dem die Studierenden sowohl Teilnehmer als auch Jury sind. Studierende realisieren in kleinen Projektgruppen eigene, meist selbst gewählte Projekte und stellen diese am Ende der Lehrveranstaltung in Form eines Pitch-Videos vor. Einige dieser eigereichten Videos sind über den u.a. weiterführenden Link einzusehen. Zusätzlich zum Pitch-Video können die Studierenden auch allen anderen Projektgruppen Fragen zu ihren Projekten stellen. Somit findet auch ein Wissensaustausch zwischen den Projektgruppen statt.

Abschließend findet eine anonyme Wahl zum Siegerprojekt statt. Hierbei geht es nicht nur um einen symbolischen Sieg der ES-Challenge, sondern tatsächlich auch um Preise. Im Jahr 2020 wurden Preise im Gesamtwert von knapp 500 € ausgeschüttet. Die Preise wurde so gestaltet, dass sie die Studierenden in weiteren ES Projekten unterstützen.

An dieser Stelle darf auch gesagt werden, dass ein Projekt im Speziellen das Interesse eines Tiroler Handschuhhersteller geweckt hat und in den nächsten Monaten über eine Verwertung der Projekterkenntnisse in Produkten des Handschuhherstellers gesprochen werden soll.

Charakterisierung der Neuheit im Hinblick auf Methodik, Didaktik, Instrumente, Zielgruppe:

Vergleicht man die nun neu umgesetzte Lehrveranstaltung mit der alten, ist nur die Zielgruppe dieselbe geblieben. Methodik, Didaktik und die verwendeten Instrumente haben sich grundlegend verändert.

Vor einer klassischen Vorlesung wurde sowohl die Didaktik als auch die Methodik zu einem wesentlich interaktiveren, inkludierenden, studentenzentrierten und dadurch wesentlich besseren Konzept hin entwickelt.

Die Bereitstellung von Hardware, welche auch vom Lektor ausgeliehen werden konnte, hat die Flexibilität aller Studierenden erhöht, was sich wiederum auf den Lernerfolg positiv ausgewirkt hat.

 

Zielerreichung:

Im Februar 2020 wurden die Evaluierungen der Lehrveranstaltung durchgeführt mit einem überdurchschnittlich guten Ergebnis von 1,62 in der Kategorie Gesamtbeurteilung der Lehrveranstaltung. Dies stellt eine starke Verbesserung der Lehrveranstaltung dar, trotz der schweren stark unterschiedlichen Vorbildung der Studierenden. Speziell das positive Feedback der Studierenden bestätigen die getroffenen Maßnahmen.

Mehrwert

Durch die wesentlich bessere Ausrichtung und Gestaltung der Lehrveranstaltung war zwar der Aufwand auf Seite des Lektors etwas größer, jedoch wurde der Praxisbezug, der Spaß am Lernen, dadurch auch der Lernerfolg und die Motivation bei den Studierenden, wesentlich verbessert.  Das kommt den Studierenden zu Gute, aber auch Lektorinnen und Lektoren, welche in späteren Vorlesungen auf motivierte und wesentlich besser ausgebildete Studierende zurückgreifen können. Idealerweise werden durch das Projekt auch die Zahl der Studienabbrüche minimiert, was wiederum der Hochschule hilft.
Auf Seiten der Industrie bzw. dem Gewerbe konnte auch ein Mehrwert generiert werden. Die Pitch-Videos, welche Teil der „Embedded Systems Challenge“ sind, wurden an ausgewählte Partner-Unternehmen (Infineon, Siemens, Leonhard Lang, etc.) des MCIs weitergeleitet, welche sich wiederum um einige Studierende bemüht haben. Meist wurde eine Form der Zusammenarbeit angeboten über Bachelorarbeiten, Praktika oder sogar Vollzeit- bzw. Teilzeitjobs. Selbstverständlich profitieren hier nicht nur die Unternehmen, sondern auch die Studierenden, da Ihnen der Kontakt zu potentiellen Unternehmen enorm erleichtert wird. Es wurde also eine klassische Win-Win-Situation, in der alle beteiligten Seiten profitieren, geschaffen.

Übertragbarkeit/Nachhaltigkeit

Das didaktische Konzept ist auch auf andere Lehrveranstaltungen übertragbar. Die "Embedded Systems Challenge" wird auch in den kommenden Semestern im beschriebenen Format abgehalten werden.

Akzeptanz

Feedback von Studierenden:

Zahlreiche positive (anonyme) Studierendenevaluierungen belegen die erfolgreiche Umsetzung des Projekts, wie die folgenden Beispielen zeigen können:

„sehr interessante Lehrveranstaltung, Lektor vermittelt Inhalte sehr gut und ist sehr engagiert Projekte sind sehr motivierend“

„Die selbstständige Projektumsetzung. Vorher wurden die theoretischen Grundlagen ausreichend gelehrt, um das Projekt bearbeiten zu können. Es wird vom Vortragenden bei den jeweiligen Themenbereichen immer nachgefragt, ob das Vorgetragene auch verstanden wurde, wenn nicht auch noch ein zweites Mal erklärt.“

„Lektor ist sehr kompetent, immer freundlich und zuvorkommend. Kann fast alle Fragen beantworten. Erklärungen sind klar und verständlich“

„Guter Lektor großes Wissen und einfach toll sich anzuhören denn es wird verständlich erklärt.“

„Toller Unterricht, der für mich sehr Praxisnahe gestaltet war. Das Projekt, welches ja selber gewählt werden konnte, war spannend, wenn auch Aufwendiger wie gedacht.“

„Die Praxisrelevanz, dass man alles wirklich gleich probieren kann. Ich möchte mich auf dieser Stelle beim Bernhard bedanken, weil Dank ihm, ist diese LV eine der besten in meinem bisherigen Studium.“

„Ein eigenes Projekt zu entwerfen war sehr spannend und lehrreich.“

„Aufbau der Lehrveranstaltung war sehr gut Theorie<->Praxis“

„Sehr toll organisiert. Obwohl es eine Fülle an Inhalten war, sind alle extrem gut vermittelt worden und sicherlich bei vielen hängen geblieben. Absolut klasse, erst den Theorieteil und dann einen derart intensiven praktischen Teil zu haben.“

„Sehr viel eigenständiges Arbeiten (Assignments + Projekt); Assignments bereiteten einen super auf das Projekt vor; fachlich kompetenter Lektor, der bei gröberen Problemen schnell und unkompliziert helfen und unterstützen konnte“

„Das ist das Fach was am Interessantesten war und in dem ich am Meisten gelernt habe.“

„Freies Arbeiten - freies Denken. Endlich mal so wie ich mir das vorgestellt habe. Bin immer gern hingegangen.“

„Projekt hat mir sehr gut gefallen. Somit wird das Gelernte gleich in die Praxis umgesetzt und die Inhalte werden besser verstanden“

„Eigenständiges Arbeiten während der Vorlesung. Auf Fragen wurde sehr gut eingegangen.“

Aufwand

Auf Seiten des Lektors ist der Aufwand ein wenig gestiegen. Die Abwicklung der ES Challenge und die einmalige Erarbeitung von interaktiven Lehrinhalten konnte in ca. zwei Wochen abgewickelt werden.

Positionierung des Lehrangebots

Bachelor Mechatronik (Fokus Elektronik und Medizintechnik) am MCI, 3. Semester

Das Beispiel wurde für den Ars Docendi Staatspreis für exzellente Lehre 2020 nominiert.
Ars Docendi
2020
Kategorie: Qualitätsverbesserung von Lehre und Studierbarkeit
Ansprechperson
Bernhard Hollaus, MSc.
Management Center Innsbruck, Department Mechatronik
0512/2070/3934
Nominierte Person(en)
Bernhard Hollaus, MSc.
Management Center Innsbruck, Department Mechatronik
Themenfelder
  • Didaktische Methode
  • Rund ums Evaluieren der Lehre
  • Rund ums Prüfen
Fachbereiche
  • Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften, Technik/Ingenieurwissenschaften
  • Medizin und Gesundheitswissenschaften