Fachhochschule Joanneum GmbH
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Videobasiertes Flipped-Classroom Konzept - für die Integrierten Lehrveranstaltungen „Digitale Systeme“, „Microcontroller Architectures and Programming“ als auch „Digital Electronics“.

Ziele/Motive/Ausgangslage

Als die Vorlesungen des Sommersemesters 2020 pandemiebedingt von den Hörsälen in die Online-Räume wechselten, brachte dies nicht nur unzählige veränderte Abläufe und technische Herausforderungen mit sich, sondern es stellte auch viele didaktische Konzepte schlagartig auf den Kopf. Abgesehen von den mangelnden Kenntnissen der von vielen bisher ungenutzten Tools und Anwendungen, dem Fehlen von visuellem Feedback und dem veränderten Verhalten der Teilnehmerinnen und Teilnehmer in der digitalen Sphäre, fehlte vor allem eines, nämlich die Zeit, sich auf diese Veränderungen anzupassen. Der alleinige Wechsel des Mediums an sich, führt nämlich noch nicht zu einer Modernisierung des Unterrichts, sondern lässt dessen Qualität viel eher erheblich leiden. Erst die komplette Umstellung eines didaktischen Konzepts auf die veränderten Gegebenheiten, kann die Vorteile der digitalen Welt nutzen und dessen Nachteile kaschieren. Im Sommersemester 2020 wurde die entsprechende Lehrveranstaltung von mir erstmals durchgeführt. Für die grundsätzliche Vorbereitung der Inhalte und Abläufe wurde die online Lehrplattform der WU Wien [1] genutzt. Basierend auf das Curriculum wurde der Lehrveranstaltungskontext definiert, die Learning Outcomes festgelegt, die Inhalte ausgearbeitet und Methoden zur Wissensüberprüfung fixiert. Der ursprüngliche Ansatz, den Theorieteil als Frontalunterricht an der Tafel zu gestalten, wurde durch die COVID-19 Pandemie verunmöglicht. Anstelle der Tafel im Präsenzunterricht, wurden Microsoft PowerPoint-Folien für den Online-Unterricht notwendig. Die Folien und deren Grafiken dienten als Grundgerüst für den Lehrinhalt und wurden mit entsprechenden Leerräumen für Ergänzungen versehen. Diese Leerräume wurden während der frontal unterrichteten Online-Sessions mittels eines Wacom Grafiktabletts handschriftlich ergänzt. Zur Auflockerung und zur allgemeinen Lernüberprüfung wurden während der Theorievorlesungen anonyme Quiz via Kahoot [2] durchgeführt. Auch die Praxisteile der Übungen mussten zur Gänze durch möglichst äquivalente Simulationen ersetzt und vorab getestet werden. Dem Übungsteil ging eine benotete Wissensüber-prüfung via Moodle Quiz voraus [3]. Moodle diente überdies als zentraler Anlaufpunkt für den Datenaustausch und der Kommunikation mit den Studierenden. Um die Interaktion der Studierenden im Übungsteil zu erhalten, wurden in Microsoft Teams Gruppen zu jeweils drei Personen angelegt. Während den Übungen konnte man sich als Vortragender, ähnlich dem Präsenzunterricht, von „Tisch zu Tisch“ bzw. von „Gruppe zu Gruppe“ bewegen. Aufgrund des kleineren Rahmens konnte dann mit merkbar entspannteren Studierenden interagiert werden. Die Einteilung in Kleingruppen erhöhte somit auch online die Partizipation der Teilnehmer/innen. Nichtsdestotrotz waren die Interaktionen bei den Vorlesungsteilen überschaubar und der Online-Frontalunterricht hatte teilweise den Charakter eines stumpfsinnig in einen Computer gesprochenen Monologs.

Kurzzusammenfassung des Projekts in deutscher Sprache

Jede klassische Vorlesung ist stets ein Spagat zwischen Überforderung und Unterforderung der Teilnehmer/innen und ist wohl im Idealfall so ausgelegt, dass der Großteil dem Unterricht folgen kann. Eine Grundlagenvorlesung, die für denjenigen Hörer/in konzipiert ist, dem die Thematik noch fremd ist, wird eine entsprechend niedrigere Informationsdichte besitzen als ein Vortrag, der zur Wiederholung vor einer Klausur dient. Eine Aufzeichnung einer solch langatmigen Vorlesung ist nur von geringem späterem Nutzen für den Lernenden. Eine videobasierte Lehre mittels Flipped-Classroom Konzept stellt den traditionellen Frontalunterricht so zu sagen auf den Kopf. Anstatt im Hörsaal wird die Theorie im Selbststudium gelernt. Dies geschieht nicht ausschließlich mittels schriftlichen Lernunterlagen, sondern unter anderem anhand von prägnanten Videos. Diese Crash-Kurs-Videos sind von einer hohen Informationsdichte geprägt, da die Teilnehmer/innen durch Pausieren und Rückspulen den Informationsfluss individuell regulieren können. Die im Hörsaal oder im Online-Raum stattfindenden Live-Veranstaltungen können nun für Diskussionen, Fragerunden, Wiederholungen und Ergänzungen genutzt werden, was der Studierendenzentriertheit enorm förderlich ist. Ist die Videolehre erst einmal vorbereitet kann der/die Vortragende mehr Zeit für die inkrementelle Verbesserung und Optimierung der Lehrveranstaltung aufbringen und dadurch Inhalte, Fragenpools und praktische Übungsteile umfangreich und aktuell halten.

Kurzzusammenfassung des Projekts in englischer Sprache

Every classical lecture is a balancing act between overwhelming and underwhelming the participants and is probably ideally designed so that the majority can follow the lessons. A basic lecture designed for the listener who is still unfamiliar with the subject matter will have a correspondingly lower information density than a lecture that serves as a review shortly before an exam. A recording of such a lengthy lecture is of little later use to the learner. Video-based teaching using the flipped classroom concept turns traditional frontal teaching on its head, so to speak. Instead of in the lecture hall, theory is learned through self-study. However, this is not done exclusively by means of written learning materials, but also by means of concise videos, among other things. These crash course videos are characterized by a high information density, as participants can regulate the flow of information individually by pausing and rewinding. Live events taking place in the lecture hall or online room can now be used for discussions, Q&A sessions, repetitions and supplements, which is enormously beneficial to student-centeredness. Once video teaching is prepared, the lecturer can spend more time on incremental improvement and optimization of the course, thus keeping content, question pools and practical exercise sections comprehensive and up-to-date

Nähere Beschreibung des Projekts

Bereits vor meiner Lehrtätigkeit an der FH JOANNEUM sammelte ich Erfahrungen mit neuen Lehr- und Lernmethoden als Alternative zum klassischen Frontalunterricht. Dazu zählen unter anderen Flipped-Classroom-Konzepte, wie jene von Salman Khan [4] und dessen Khan Academy [5] oder die Videos des YouTube Kanals CrashCourse [6] der Brüder John und Hank Green. Aufgrund der bis dahin gesammelten theoretischen als auch praktischen Erfahrungen war klar, dass sich nur ein gänzlich veränderter Unterrichtsansatz im Umfeld des Distance-Learnings bewähren kann. Es war daher Ziel, nicht nur die Nachteile des Online-Unterrichts zu kaschieren, sondern ein System zu finden, welches die gegebenen Umstände in einen Vorteil wandelt und welches auch nach dem Ende der Pandemie noch anwendbar ist. Detailplanung und Konzeptgrundsätze: Für die Vorlesung Digitale Systeme sind laut Curriculum vier Semesterwochenstunden, das entspricht 60 Einheiten à 45 Minuten, vorgesehen. Diese 45 Stunden unterteilen sich in 21 Theoriestunden (14 Sessions zu zwei Einheiten) und 24 Übungsstunden (8 Sessions zu vier Einheiten). Die durch die Pandemie vorgegebenen Rahmenbedingungen erlaubten die Planung des Übungsteils als Präsenzveranstaltungen, was den Praxisbezug für die Studierenden wesentlich verbesserte. Für das neue Konzept wurden folgende Grundsätze definiert: • Alle Theorieteile sollen als Video verfügbar sein und selbstständig und so oft wie gewünscht von den Studierenden angesehen werden können. Dabei sollen die Videos stets vorab konsumiert werden und unter keinen Umständen während der Live-Session „ausgestrahlt“ werden. • Der Inhaltliche Umfang der Lehrveranstaltung soll nicht gekürzt werden. • Die Informationsdichte der Videos soll wesentlich höher sein als jene in den Präsenzveranstaltungen. Durch die Entfernung jeglicher Entschleunigung wie Denkpausen, Tafelbilderstellung, Fragen ans Auditorium, etc., sollen ähnlich einem CrashCourse-Video viele Informationen in kurzer Zeit vermittelt werden. • Die 14 Theorieveranstaltungen sollen nach wie vor als Live-Session stattfinden. Dabei sollen Fragen der Studierenden beantwortet werden, anonyme Wissensüberprüfungen stattfinden und Organisatorisches besprochen werden. o Die Wissensüberprüfungen sollen den Studierenden nicht nur den eigenen Lernfortschritt rückmelden, sondern auch den Lehrenden darüber informieren, welche Themen und Konzepte von ihm noch unzureichend vermittelt wurden. o Die Live-Sessions sollten außerdem, soweit möglich, nie an zwei aneinander folgenden Tagen stattfinden, damit genügend Zeit für den Konsum des nächsten Videomaterials bleibt. • Durch die Summe der Zeit aller Live-Sessions und Videolaufzeiten darf kein zeitlicher Mehraufwand für den Studierenden entstehen. o Live-Sessions sollen daher nach Erledigung aller offenen Punkte mit dem Verweis auf die nächsten Videos bewusst früher beendet werden. o Trotzdem soll der/die Lehrende den Studierenden, die vollen 21 Stunden im Hörsaal bzw. im MS-Teams-Raum für Fragen zur Verfügung stehen, auch wenn in dieser Zeit nicht aktiv vorgetragen wird. • Benotete Wissensüberprüfungen vor den Übungseinheiten sollen zusätzlich dazu animieren, dem Verlauf der Lehrinhalte zu folgen. • Die praktischen Übungsteile sollen direkt mit den Theorieteilen in Verbindung stehen, diese wiederholen, festigen und ergänzen. Gegebenenfalls sollen für praktische Tätigkeiten gesonderte Tutorial-Videos erstellt werden. • Die Beurteilung der Übungsbeispiele soll anhand einer vorgefertigten Checkliste als gegenseitige Beurteilung durch die Studierenden selbst erfolgen. o Diese definierte Überprüfung eliminiert die Notwendigkeit von fachlicher Expertise durch den Beurteiler, da diese von Studierendem zu Studierendem sehr unterschiedlich ausgeprägt sein kann. o Infolgedessen sollen die Studierenden lediglich überprüfen, ob und welche Aufgaben erledigt wurden, wie detailliert diese dokumentiert wurden und anhand der Fragestellungen der Checkliste zum Reflektieren ihrer eigenen Arbeitsweise angeregt werden. o Der/Die Lehrende soll die Beurteilungen überprüfen und gegebenenfalls durch seine Einschätzung ergänzen. • Letztendlich sollen die Studierenden in einer schriftlichen Abschlussprüfung ihr erlerntes Wissen und ihre Kenntnisse demonstrieren. Erstellung der Screencast-Videos: Aufbauend auf die existierenden Folien des Vorjahres wurden diese animiert und daraus zeitlich komprimierte Screencast-Videos für den Frontalunterricht erstellt. Der anfängliche Versuch, das Gesprochene zuvor als Text zu entwerfen, wurde nach dem ersten Video aus Zeitmangel wieder verworfen. Alle weiteren Lehrveranstaltungen wurden mittels der Software Screencast-O-Matic [7] frei und synchron zu den Folien eingesprochen. Auf eine aufwendige Videobearbeitung konnte aufgrund der inkludierten Rückspulfunktion verzichtet werden, was den Arbeitsablauf signifikant vereinfachte. Ergebnisse und Ausblick In Summe konnten 21 Stunden Präsenzunterricht in knapp sieben Stunden Videomaterial gepackt werden. Dies entspricht 30min Video pro zwei Theorie-Einheiten. Für die Live-Sessions mit der gesamten Gruppe wurden weitere sieben Stunden in Anspruch genommen. Somit war es den Studierenden möglich, die Videos zweimal in voller Länge anzusehen, ohne den Rahmen von 21 Stunden zu überschreiten. In den Live-Sessions fand signifikant mehr Interaktion mit den Studierenden als im Vorjahr statt. Es wurde mehr gefragt, die Situationen erschienen weniger angespannt, die Studierenden machten bereitwillig an den anonymen und unbenoteten Quiz mit und es wurde auch öfter auf Fehler des Vortragenden aufmerksam gemacht als sonst üblich. Durch eine Modifikation des Videotitels konnte sehr einfach auf gefundene Fehler in den Screencasts hingewiesen werden und die Videobeschreibung durch entsprechende Erläuterung ergänzt werden. Die Videos wurden inklusive eines Errata-Dokuments auch als permanenter Download zur Verfügung gestellt. Die Screencast-Aufzeichnungen können nun in den kommenden Jahren wieder- und weiterverwendet werden. Die dadurch reduzierte Vorbereitungszeit ermöglicht es, die Fragen der Wissensüberprüfungen zu erweitern, einzelne Videos neu zu vertonen, auszutauschen oder zu ergänzen. In Summe sollte so auch wesentlich mehr Zeit zur Betreuung der Studierenden zur Verfügung stehen. Rückmeldungen der Studierenden: Nach dem ersten Prüfungstermin wurden die Studierenden dazu animiert, möglichst zahlreich an den Lehrveranstaltungsevaluierungen teilzunehmen, um ein ausgewogenes Feedback zur Lehrtätigkeit zu erhalten. Um den Standard-Evaluierungsfragebogen zu ergänzen, wurde eine zusätzliche anonyme Evaluierung via Moodle durchgeführt, in welcher „Flipped-Classroom spezifische“ Fragen gestellt werden konnten. Der Rücklauf bei beiden Evaluierungen war mit 15 von 26 Studierenden höher als die bisherigen Beteiligungen. 

Fazit: Durch die Auswahl geeigneter Methoden und Werkzeuge konnte gezeigt werden, dass die gleichen Lehrinhalte auch über digitale Medien in gleicher Zeit und in mindestens gleicher Qualität, aber mit deutlich höherer Motivation und Partizipation vermittelt werden können. Die fortschreitende Digitalisierung der Gesellschaft und die Konkurrenz der verschiedenen Bildungseinrichtungen um die Studierenden machen es unumgänglich, moderne Bildungskonzepte zu erarbeiten und umzusetzen. Dieser Wandel erfordert die notwendige Auseinandersetzung mit den Medien, den Werkzeugen und auch den gesellschaftlichen Veränderungen, mit welchen die Studierenden konfrontiert sind. Letztlich bedeutet dies, dass gut abgestimmte Unterrichtskonzepte erstellt und umgesetzt werden können, die sowohl rein digital oder in einer Mischform aus digitalem und realem Raum zu einer höheren Bildungsqualität beitragen können.

Mehrwert

Das videobasierte Flipped-Classroom Konzept ist von vielfältigen Vorteilen geprägt: Mehrwert für die Studierenden: Zuerst ermöglichen die Videos einen individuell variierbaren Informationsfluss, da sie von den/die Lernenden jederzeit abgespielt, pausiert und rückgespult werden können. Da die Videos eine drei bis vier Mal höhere Informationsdichte besitzen als die damit ersetzten Präsenzveranstaltungen, ist die "Wiederansehbarkeit" wesentlich höher als die schlichte Aufzeichnung einer Live-Veranstaltung. Dies macht die Videos auch Ideal zum Wiederholen der Inhalte, z.B. vor einer Prüfung. Sind die Videos erst einmal vorbereitet, ergeben sich auch für den Vortragenden erhebliche Erleichterungen: Bei einem klassischen Frontalunterricht ist es üblich, von Jahr zu Jahr, jeder neuen Studienkohorte größtenteils dieselben Inhalte zu vermitteln. Diese ständige und zeitintensive Tätigkeit kann mit den Lehrvideos zu großen Teilen entfallen und auch die Vorbereitungszeiten können entsprechend kürzer gehalten werden. Die Zeit in den Live-Sessions im Hörsaal oder Online, kann nun Studierendenzentrierter genutzt werden. Einerseits können Wiederholungen zur Überprüfung des Lernfortschrittes abgehalten werden (z.B. via online Quiz oder Fragebögen), es kann über die Lehrinhalte diskutiert werden und detailliert auf die Fragen der Studierenden eingegangen werden. Weiters bleibt mehr Zeit, um ein zeitnahes und konstruktives Feedback zu den Laborabgaben der Studierenden bereitstellen zu können. Fehler in den Videos können annotiert werden und einzelne Teile gegebenenfalls ausgetauscht oder neu eingesprochen werden. Auch Einleitungen zu Laborübungen, Bedienung der Laborgeräte und Tutorials für Softwarepakete können per Video abgedeckt werden. Die Videobibliothek kann stets durch neue und auch optionale Inhalte ergänzt werden. Letztendlich ist das Konzept nicht nur im Kontext einer Online-, sondern auch für die Präsenzlehre anwendbar.

Übertragbarkeit/Nachhaltigkeit

Wie bereits oben erwähnt ist die Nachhaltigkeit eines der entscheidenden Vorteile der videobasierten Lehre und eignet sich ins besonders dann, wenn über mehrere Jahre ein und dieselbe Lehrveranstaltung abgehalten werden soll. Wird darauf geachtet, dass in den Videos keine Jahrgangspezifischen oder organisatorischen Informationen enthalten sind, können diese über mehrere Jahre hinweg verwendet werden, ins besonders wenn es sich um theoretische Grundlagen handelt. Vorlesungsteile die den aktuellen Stand der Technik/Wissenschaft enthalten, müssen gegebenenfalls aktualisiert und neu eingesprochen oder zumindest ergänzt werden. In Verbindung mit Fragenpools für online Quiz, Prüfungen und Wiederholungen als auch passenden Übungsteilen kann mit dieser Methode eine Lehrveranstaltung auf lange Sicht aufgebaut und stets inkrementell verbessert werden. Meiner Meinung nach ist die videobasierte Lehre sowohl für theoretische als auch für praxisorientierte Lehre im naturwissenschaftlichen und technischen Bereich (MINT Fächer) problemlos anwendbar. Es ist zusätzlich auch vorstellbar, dass viele Aspekte der Methode auch in anderen Themenbereichen sehr gut Verwendung finden können.

Aufwand

Der Aufwand für die Erstellung der Videos kann, je nach gewünschtem Detailgrad, recht aufwendig ausfallen. Durch setzen von entsprechenden Rahmenbedingungen ist es allerdings möglich, diesen auf ein Minimum zu reduzieren. Im einfachsten Fall kann eine schlichte Präsentation z.B. via MS Powerpoint erstellt werden und dazu die entsprechende Audioinformation aufgezeichnet werden. Dies entspricht dem sogenannten Screencast Format. Im Idealfall unterstützt das Aufnahmeprogram folgende Funktionen: Pausieren der Aufnahme, Rücksetzen der Aufnahme auf einen bestimmten Zeitpunkt und das Überschreiben der Aufnahme ab diesem Zeitpunkt. Durch diese Funktionen ist es möglich, ohne Nachverarbeitung mittels eines Videoschnittprogramms, den Screencast Abschnittsweise oder Folienweise einzusprechen und dabei einen möglichst hohen Redefluss aufrechtzuerhalten. Dies erhöht wiederum die Informationsdichte und die damit verbundene „Wiederansehbarkeit“ der Aufzeichnung. Zur Erinnerung, der Informationsfluss kann ja von jedem Betrachter individuell variiert werden, da die Videos nicht ausgestrahlt, sondern im Selbststudium betrachtet werden. Sind für eine Lehrveranstaltung bereits Folien vorhanden, ist lediglich noch das Einsprechen derer notwendig, was unter den oben genannten Voraussetzungen, einen vielfach geringeren Aufwand bedeutet als das Erstellen der Folien an sich. Etwas aufwendiger gestaltet sich die Screencast Aufzeichnung dann, wenn parallel zum Gesprochenen noch Animationen dargestellt werden sollen. Selbst einfache Animationen in Powerpoint können ein Thema entscheiden leichter verständlich machen, müssen aber zum richtigen Zeitpunkt ausgelöst werden, was entsprechend mehr Koordination beim Aufzeichnen erfordert. Im besten Fall sind die Lehrvideos völlig unabhängig von einem Design- und Animationsteam entworfen und animiert, so wie es z.B. bei den Crash Course Videos beim YouTube Kanal [6] der Gebrüder John und Hank Green der Fall ist. Für eine Vorlesungsgestaltung durch eine Einzelperson ist dieses Format allerdings utopisch.

Positionierung des Lehrangebots

Lehrveranstaltung "Digitale Systeme" im 2.Semester des Bachelorstudiums "Elektronik und Computerengineering" des Sommersemester 2021 mit 29 Teilnehmer/innen. Lehrveranstaltung "Microcontroller Architectures and Programming " im 1.Semester des Masterstudiums "Electronics und Computerengineering“ des Wintersemesters 2021/22 mit 19 Teilnehmer/innen. Lehrveranstaltung "Digital Electronics" im 1.Semester des Masterstudiums "System Test Engineer" des Wintersemesters 2021/22 mit 17 Teilnehmer/innen.

Links zu der/den Projektmitarbeiter/innen
Das Beispiel wurde für den Ars Docendi Staatspreis für exzellente Lehre 2022 nominiert.
Ars Docendi
2022
Kategorie: Lehre und Digitale Transformation
Hochschullehrpreis 2021
Kategorie:
Link zum Hochschulpreis
Ansprechperson
Patrick Lampl
Institut Elektronik Engineering
0664804536355
Nominierte Person(en)
Patrick Lampl
Institut Elektronik Engineering
Themenfelder
  • Neue Medien
  • Didaktische Methode
Fachbereiche
  • Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften, Technik/Ingenieurwissenschaften