Die Grundidee des Verbundprojekts

Open MINT Labs (OML)

Idee & Prinzip

Idee & Prinzip

Die Grundidee des Verbundprojekts Open MINT Labs (OML) umfasst das Ziel der Erstellung, des Einsatzes, der Evaluation und der Erforschung zur Nutzung virtueller Grundlagen- und Fortgeschrittenenlabore in der Hochschullehre, die auf Basis moderner, innovativer plattformübergreifender Webtechnologien entwickelt werden.

Die virtuellen Labore werden an den drei Verbundhochschulen Hochschule Kaiserslautern, Koblenz und Trier für die Ausbildung in laborintensiven MINT-Disziplinen der Fachgebiete Physik, Biologie/Chemie sowie Ingenieurwissenschaften eingesetzt und leisten einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der Qualität der Lehre in natur- und ingenieurwissenschaftlichen Studiengängen an den Hochschulen des Verbundprojekts – insbesondere in den für den Studienerfolg entscheidenden ersten Semestern nach Studienbeginn.

Hauptziel des OML-Projekts ist die Ergänzung der Präsenzlehre in den natur- und ingenieurwissenschaftlichen Grundlagenfächern der Verbundhochschulen um innovative E-Learning-Kurse, sogenannte virtuelle Labore. Hierbei erarbeiten die Projektmitarbeitenden gemeinsam mit Dozentinnen und Dozenten Blended-Learning-Lab-Konzepte, in denen die klassischen Säulen der Lehre in diesen Disziplinen – Vorlesung, Übung und Praktikum – mit Online-Selbstlernphasen der Studierenden verzahnt werden.

Die virtuellen Labore dienen zurzeit vor allem der eigenständigen Vorbereitung der Studierenden auf die Durchführung von ‘realen’ Laborversuchen, insbesondere anhand von interaktiven Online-Simulationen und -Animationen der Laborszenarien.

Die Sicherstellung der Qualität der virtuellen Labore ist durch verschiedene Maßnahmen innerhalb des OML-Projekts gewährleistet. Insbesondere die regelmäßige formative Evaluation durch das Zentrum für Qualitätssicherung und -entwicklung in Mainz als Kooperationspartner trägt anhand der zeitnahen Rückmeldungen der Lehrenden und vor allem der Studierenden zu einer ständigen Optimierung der virtuellen Labore im Hinblick auf (Medien-)Didaktik, Studierendenzuschnitt und Usability bei.

Im Rahmen des OML-Projekts arbeiten die Verbundhochschulen eng bei der Erstellung und Umsetzung der virtuellen Labore zusammen, sodass viele Synergien zwischen den drei Hochschulen entstehen. Das Projekt Open MINT Labs ist in seiner Art deutschlandweit einzigartig, insbesondere hinsichtlich der Struktur, des konkreten praktischen Anwendungsbezugs sowie der Menge und fachlichen Breite der entwickelten virtuellen Labore.

Vorteile

Für Studierende

Als wesentliche Vorteile für Studierende hinsichtlich der Nutzung virtueller Labore haben sich, auch auf Grundlage der regelmäßigen formativen Erhebungen, folgende herausgebildet:

  • Ort- und zeitunabhängige Durchführung der virtuellen Labore
  • Bessere Vereinbarkeit von Studium, Familie und Beruf
  • Erhöhung der Selbstlernkompetenz
  • Effektivere Vorbereitung auf Präsenzlabore
  • Durchführung besonders zeit-, kostenintensiver oder gefährlicher Versuche
  • Beliebig häufiges Wiederholen der Versuche unter gleichen Experimentierbedingungen
  • An das individuelle Tempo angepasstes Lernen – selbstgesteuertes Lernen

Für Hochschulen

  • Höhere Attraktivität von (berufsbegleitenden) Studiengängen durch bessere Vereinbarkeit von Studium, Familie
  • Beliebige Anzahl Studierender innerhalb der virtuellen Labore und damit verbundene infrastrukturelle Flexibilität
  • Durchführung zeit-,kostenintensiver oder gefährlicher Versuche
  • Unbeschränkte Wiederholbarkeit der Versuche mit gleichbleibender Qualität,
  • Unabhängigkeit von apparativer oder personeller Ausstattung der Labore

Zudem stellen virtuelle Labore grundsätzlich eine Erweiterung und Optimierung des Lehr-Lernangebots dar und dienen der Steigerung der Attraktivität von MINT-Studiengängen. So werden die virtuellen Labore immer in Zusammenarbeit mit den jeweils zuständigen Dozentinnen und Dozenten entwicket und auf deren Inhalte und Anforderungen abgestimmt.

Für Unternehmen

Open MINT Labs ist ein Verbundprojekt, das vom Charakter her bereits auf eine starke Kooperation der beteiligten Verbundhochschulen ausgerichtet ist. Darüber hinaus wird eine enge Verknüpfung mit regionalen Unternehmen angestrebt, um Studierenden einen Einblick in ihr zukünftiges Arbeitsumfeld bieten und ihre Motivation zur Durchführung der virtuellen Labore steigern zu können. Somit ergeben sich folgende Kernvorteile sowohl für Studierende als auch für Unternehmen:

  • Verknüpfung von Theorie und Praxis bereits während des Studiums, sowohl für Präsenz- als auch berufsbegleitend Studierende
  • Kennenlernen potenzieller Arbeitgeber
  • Plattform zur Vorstellung des eigenen Unternehmens
  • Gezielte Qualifikation zukünftiger Mitarbeitender durch fachliche Einbindung in die virtuellen Labore
  • Stärkung regionaler Netzwerke

An den drei Verbundhochschulen wird das Vorgehen bei der Unternehmensakquise durch einen fachlich-regionalen Ansatz und eine abgestimmte Kommunikation koordiniert, um eine doppelte Kontaktaufnahme von Firmen zu vermeiden. Sowohl neue Unternehmen als auch Firmen, die bereits mit den Hochschulen kooperieren, werden so erfolgreich für die Zusammenarbeit mit dem OML-Projekt gewonnen. Für weitere Fragen stehen die Vernetzer der jeweiligen Verbundhochschule gerne zur Verfügung.

Für Schulen

Durch die Anbindung des Verbundprojekts an (regionale) Schulen soll zum einen eine naturwissenschaftliche Denkweise der Schülerinnen und Schüler begünstigt und zum anderen ihr Interesse an MINT-Studienfächern gefördert werden. Entsprechend unterstützt das Projekt die curriculare Vernetzung des Lernens mit virtuellen Laboren in der Sekundarstufe II mit virtuellen Laboren im Hochschulbereich. Zusammenfassend stehen folgende Punkte im Fokus:

  • Didaktische Anpassung der virtuellen Labore auf Schulniveau
  • Interesse an MINT-Studiengängen durch erste Laborerfahrungen von Schülerinnen und Schülern wecken

Für weitere Informationen und Fragen wenden Sie sich bitte an

Zudem erfolgt eine mediendidaktische Beratung und Anbindung des Projekts an Schulen durch die Professoren Dr. Alexander Kauertz sowie Dr. Björn Risch der Universität Koblenz-Landau.

Erfahrungsberichte

Das Projekt Open MINT Labs ist in seiner Art deutschlandweit einzigartig, insbesondere hinsichtlich seiner Struktur sowie der Menge und fachlichen Breite der entwickelten virtuellen Labore. Nicht umsonst bewerten befragte Studierende die virtuellen Labore mit einer Durchschnitts(schul)note von 2,0 (Sommersemester 2014/Wintersemester 2014/2015). Zudem würden die Befragten die virtuellen Labore anderen Studierenden weiterempfehlen.

Neue Technologien verändern rasant unsere Lebensumwelt. Sie verändern die Art und Weise wie Studierende untereinander und wie Lehrende mit Studierenden kommunizieren. Sie haben damit auch Einfluss darauf, wie heutzutage gelehrt und gelernt wird. Das Projekt Open MINT Labs integriert die neuen Technologien in ein modernes Lehr- und Lern-Konzept.

Prof. Norbert Kuhn,
Präsident der Hochschule Trier

Dank Open MINT Labs gelingt es, Lehr- und Lerninhalte in einem Format zu präsentieren, welche die Begeisterung für Naturwissenschaft und Technik weckt sowie darüber hinaus zu einer aktiven Beschäftigung mit dem fachlichen Gegenstand herausfordert. Unser Ziel ist erreicht, wenn die Studierenden dabei ihre eigene Kompetenz erleben.

Dr. rer. nat. Tobias Roth,
Fachgebietskoordinator Physik im BMBF-Verbundprojekt OML

Die Möglichkeiten zur Einbindung industrieller Erfahrungen in die praktische Ausbildung von Studierenden und die Neugier, wie der Einsatz neuer Medien das Lernen täglich verändert, gibt mir den Anreiz, in diesem Projekt mitzuwirken.

Dipl.-Ing. (FH) Ulla Hein,
Mitarbeiterin Physiklabore, Umwelt-Campus Birkenfeld

Besonders für unsere Studierenden in den berufsbegleitenden Bachelorstudiengängen sind die OML-Labore zur Vorbereitung auf das Physiklabor sehr wertvoll. Die OML- Onlinekurse bieten, dank der interaktiven Elemente, eine abwechslungsreiche Ergänzung zu den gedruckten Skripten in den Selbstlernphasen und ermöglichen einen Zugang zum Versuch schon vor dem eigentlichen Labortermin.

Prof. Dr. rer. nat. Uwe Krönert,
Hochschule Kaiserslautern

Die Vorbereitung mit den virtuellen Laboren unterstützt und ergänzt die theoretischen und praktischen Kenntnisse. Durch anschauliche Online-Materialien gehen die realen Laborversuche einfacher von der Hand und im Testat fühlt man sich sicherer.

Maximilian Mayerhofer, Student WI EN,
Hochschule Kaiserslautern

Das korrekte und sichere Anwenden verschiedener Analyse-Methoden ist entscheidend für unser Labor. Besonders die Videos zur Bedienung der Geräte kamen bei unseren Studierenden sehr gut an. Dies hat die selbständige Arbeit verbessert und den Betreuungsaufwand reduziert.

Dr. rer. nat. Anette Beata Britz, Assistentin im Fachbereich Informatik und Mikrosystemtechnik,
Hochschule Kaiserslautern

Durch passende Videos sind Studierende besser auf die Labore vorbereitet. Dies verkürzt die Einarbeitungszeit und lässt mehr Raum für praktische Versuche.

Prof. Dr.-Ing. habil. Ralph Lucke,
Werkstofftechnik Glas und Keramik

Zeit- und ortsunabhängige E-Learning-Module ermöglichen Studierenden eine hohe Flexibilität und erleichtern den Lehrenden die Kursorganisation.

Prof. Dr. Helmut Bollenbacher,
Elektrotechnik und Informationstechnik

Durch Beispiele aus der Praxis können wir Studierende auf unser Unternehmen aufmerksam machen und gezielt AbsolventInnen ansprechen.

Bausteine

Die Entwicklung der virtuellen Labore erfolgt anhand eines dreistufigen Prozesses aus Aufgabenanalyse, didaktischer Analyse und Implementierung. Die Verfügbarkeit eines gleichermaßen flexiblen wie in erfolgskritischen Punkten eng definierten Styleguides sorgt dabei für eine hohe interne Konsistenz der virtuellen Labore einerseits sowie für die konsequente Einhaltung visueller und technischer Standards andererseits.

Neben klassischen Formaten wie Text und Bild, die auch in papierbasierten Laborskripten zur Laborvorbereitung eingesetzt werden, setzen die virtuellen Labore des OML-Projekts vor allem auf interaktive Versuchssimulationen und videografische Aufzeichnungen. Versuchssimulationen erlauben es den Studierenden, Laborversuche vor dem eigentlichen Laborpraktikum kennenlernen und durchführen zu können. Gegenüber der realen Versuchsdurchführung sind Fehler hier reversibel. Versuche können beliebig oft wiederholt werden, wobei durch eine entsprechende Parametrisierung der Versuchsvariablen wechselnde Konstellationen und Versuchsausgänge möglich sind, die es den Studierenden erlauben,

Abläufe im virtuellen Umfeld einzuüben und dadurch die praktische Tätigkeit im Labor später effektiver und effizienter für den Aufbau von Handlungskompetenzen nutzen zu können. Videoaufzeichnungen laborpraktischer Tätigkeiten können diese eindeutiger und anschaulicher zeigen, als dies mit einfachen Text-Bild-Kombinationen wie in klassischen Laborskripten möglich wäre und so zum Aufbau von prozeduralem Wissen beitragen.

Für jedes virtuelle Labor ergibt sich darauf aufbauend ein didaktisches und visuelles Grundgerüst aus fünf Bausteinen, das sich flexibel und an den Wünschen der jeweiligen Dozentin bzw. des Dozenten orientiert mit Lerninhalten füllen lässt. Zudem können die Studierenden dieser in der vorgegebenen Reihenfolge, aber auch individuell frei wählbar bearbeiten. Aus dem modularen Charakter resultiert die Möglichkeit zur Öffnung des Projekts für weitere Hochschulen und regionale Schulen, die durch die technischen Rahmenbedingungen gewährleistet ist.

Orientierung

Die anfängliche Orientierung führt in das Thema des virtuellen Labors ein und dient vor allem der Motivation, indem beispielsweise ein konkreter Bezug zur späteren Berufspraxis oder der Alltagswelt der Studierenden hergestellt wird.

Zudem bietet dieser Baustein den Studierenden einen Leitfaden, welche Lernvoraussetzungen zu beachten sind und welche Lernergebnisse erreicht werden sollen.

Grundlagen

Mit Hilfe des Bausteins Grundlagen sollen die Studierenden in die Lage versetzt werden, die dem Versuch zugrunde liegende Theorie zu lernen bzw. zu wiederholen und ihr Wissen zu überprüfen. Dazu werden relevante

Grundlagentexte, Formeln und Berechnungsanleitungen zur Verfügung gestellt. Anhand eines Tests können die Studierenden den Stand ihres Grundlagenwissens hinsichtlich des vorliegenden Versuchs einschätzen.

Experiment

Der Baustein Experiment beinhaltet neben einer vorgegebenen Versuchsanleitung auch das Herzstück des virtuellen Labors, den virtuellen Versuch. Dieser steht den Studierenden zumeist in Form einer Simulation oder Animation des realen Laborversuchs zur Verfügung, damit die Versuchsvorgänge und die Erhebung von Messdaten zur Vorbereitung auf die ‚reale‘ 

Durchführung eigenständig geübt werden können. Auch hier kann eine Überprüfung des eigenen Lernstandes anhand eines Selbsttests mit entsprechendem Feedback eingebaut werden.

Anwendung

Im Baustein Anwendung haben die Studierenden die Möglichkeit, Übungs- und Transferaufgaben zu bearbeiten. Vor allem aber wird hier der Bezug des Labors zur zukünftigen Berufspraxis der Studierenden durch authentische Anwendungsbeispiele aus regionalen Unternehmen deutlich gemacht.

Durch die Verknüpfung von Lerninhalten mit Anwendungsfeldern gewinnen

Studierende zudem einen Einblick in ihr späteres Berufsfeld und erhalten die Möglichkeit, sich optimal darauf vorzubereiten. Die von Studierenden der Natur- und Ingenieurwissenschaften häufig gestellte Frage nach der Relevanz der Lerninhalte im Hinblick auf das zukünftige Berufsfeld kann durch die Einbeziehung von unternehmerischen Anwendungen überzeugend beantwortet werden.

Reflexion

Der letzte Baustein eines virtuellen Labors ist die Reflexion, bei der es im Kern um die Ergebnissicherung des Gelernten durch die Studierenden anhand von Reflexionsfragen und Selbstevaluationen sowie „Take-Home-Messages“ geht. Zudem werden an dieser Stelle weiterführende Informationen zum Versuchsthema durch Links und Literaturhinweise zur Verfügung gestellt.

Demnach ermöglichen die virtuellen Labore des OML-Projekts den Studierenden einerseits, dass sich ihr Lernprozess über das Aneignen, Wiederholen und Überprüfen von Grundlagenwissen erstreckt. Weiterhin wenden die Studierenden das Gelernte in der Online-Versuchsdurchführung konkret an. Auch der Transfer auf andere Anwendungsfelder und die Reflexion des Inhalts werden den Studierenden innerhalb der virtuellen Labore ermöglicht.

Fachgebiete

Hochschulübergreifend arbeiten Projektmitarbeitende in fachspezifischen Arbeitsgruppen zu den Fachgebieten Physik, Chemie/Biologie und Ingenieurwissenschaften zusammen. Sie entwickeln gemeinsam mit Dozentinnen und Dozenten Blended-Learning-Lab-Konzepte, in denen die klassischen Säulen der Lehre in  

diesen Disziplinen – Vorlesung, Übung und Praktikum – mit Online-Selbstlernphasen der Studierenden verzahnt werden. Die jeweiligen thematischen Fokussierungen spiegeln sich in den bereits erstellten virtuellen Laboren wider.

Physik

Vom Fachgebiet Physik werden mit den virtuellen Laboren zwei Kernziele verfolgt: Einerseits erhalten die Studierenden der MINT-Disziplinen zu zentralen physikalischen Themen ein fundiertes Grundlagenwissen. Andererseits findet durch die eingeforderte aktive Auseinandersetzung mit den Lerninhalten eine „Wissensveredelung“ hin zur Ausprägung von wichtigen Kompetenzen statt.
Um letzteres noch intensiver zu fördern, wird in der zweiten Projektphase – im Einklang mit dem Blended-Learning-Lab-Konzept von OML und innovativen Lernformaten – Wert auf die studentische Fähigkeit zum Wissenstransfer gelegt. Hierbei spielen authentische Anwendungsbeispiele aus Forschung oder Industrie eine entscheidende Rolle, um die Relevanz des Gelernten am praktischen Fall zu demonstrierten.

Erfahrungsgemäß motiviert diese Form des Lernens viele Studierende und ermöglicht einen problemorientieren, niederschwelligen Zugang zur oft abstrakten Theorie.

Wesentliche Themengebiete: Mechanik, Strömungs-, Wärmelehre, Optik, Elektrostatik/-dynamik, Moderne Physik, Numerik

Biologie/Chemie

Im Fachgebiet Chemie/Biologie sind die Studiengänge, die chemische und biologische Methoden in der Lehre einsetzen, an den Verbundhochschulen sehr unterschiedlich ausgerichtet, sodass auch die Anforderungen an die entsprechenden Labore stark differieren. Einige Grundlagenversuche werden aber dennoch in den unterschiedlichen Studiengängen der Verbundhochschulen gleichermaßen eingesetzt.

Gemeinsamkeiten bei den Themen der Lehrveranstaltungen sind besonders bei den Chemielaboren der Ingenieurwissenschaften zu finden.

Sehr unterschiedlich ist dagegen die thematische Ausrichtung der Schwerpunkte im Bereich Chemie bei Studiengängen wie Applied Pharmacy bis hin zu Lebensmitteltechnik.

Wesentliche Themengebiete: allgemeine und anorganische Chemie, analytische Chemie, Arzneiformenlehre, Grundlagen zu Verhalten/Arbeiten im Labor, Zellbiologie

Ingenieurwissenschaften

Das Fachgebiet der Ingenieurwissenschaften setzt sich aus den Bereichen Maschinenbau, Elektro- und Informationstechnik sowie Bauingenieurwesen zusammen.

Es umfasst somit alle wichtigen fachspezifischen Themen, die in Form von Grundlagenlaboren in den Ingenieurwissenschaften betrachtet werden.

Technische Umsetzung

Die technische Realisation der virtuellen Labore erfolgt mittels aktueller und zukunftssicherer Webstandards wie HTML5/CSS3 und JavaScript und auf Basis des durch den Virtuellen Campus Rheinland-Pfalz (VCRP) bereitgestellten Learning-Management-Systems OpenOLAT. Die konsequente Vermeidung proprietärer Technologien erlaubt die plattformunabhängige Nutzung der virtuellen Labore auf allen gängigen Endgeräteklassen (Smartphone, Tablet, PC), bietet so ein hohes Maß an Kompatibilität und verbessert die Zugänglichkeit in unterschiedlichen Anwendungsszenarien.

Die dafür zuständigen Mitarbeitenden der Medienproduktion verfügen über ein breites Know-How und hohe Problemlösungskompetenz. Sie stehen ebenso den Dozentinnen und Dozenten bei allen technischen Fragen zur Seite.