Computergestütztes Lernen in den Ingenieurwissenschaften

Projekt:

Simulation und Modellbildung im ingenieurwissenschaftlichen Fernstudium

Stand der Forschung / eigene Vorarbeiten

Sowohl in der Aus- und Weiterbildung als auch in der beruflichen Praxis von Ingenieuren spielen Simulations- und Modellbildungswerkzeuge eine wichtige Rolle. Im vorliegenden Projekt gilt das Hauptaugenmerk solchen Programmen, die der Untersuchung komplexer Systeme dienen und bei denen eher abstrakte Darstellungen der Systemstruktur vorherrschen (Schaltpläne, Netzwerke etc.). Deren Bedeutung ist vor allem unter zwei Aspekten zu sehen (vgl. Harms, Tergan, Walser & Wedekind, 1993):

Sie dienen zum einen der Erschließung (Analyse) komplexer Systeme. Hierbei werden einzelne Einflußfaktoren im Modell gezielt variiert, um die Wirkung der einzelnen Systemkomponenten und das Zusammenwirken verschiedener Komponenten zu untersuchen. Zum anderen sind Simulationswerkzeuge von Bedeutung für die Entwicklung (Synthese) komplexer Systeme. Hierbei wird zunächst ein - eventuell vereinfachtes - System (z. B. Regelkreis, elektronische Schaltung) "virtuell" aufgebaut und mittels Simulation ausgetestet, um dann - gegebenenfalls in einem iterativen Prozeß - Fehlverhalten bzw. unerwünschte Effekte zu beheben.

Inwieweit Simulations- und Modellbildungssysteme Teile herkömmlicher Praktika ersetzen können (eine Frage, die für ingenieurwissenschaftliche Fernstudiengänge von besonderer Bedeutung ist), ist davon abhängig, welche Lehr-/Lernziele den Praktika zugrunde liegen. Im Gegensatz zu den Naturwissenschaften liegen hierzu für den ingenieurwissenschaftlichen Bereich nur wenige Angaben vor (z. B. Walkington, Pemberton & Eastwell, 1994).

 

Zielsetzung

Ziel des Projekts ist es, zu untersuchen, welchen Beitrag Simulations- und Modellbildungswerkzeuge zur Effektivierung und möglicherweise Verkürzung der Laborphasen eines ingenieurwissenschaftlichen Fernstudiums leisten können.

 

Arbeitsprogramm

In einem ersten Schritt ist zu klären, welchen Lehr-/ Lernzielen Praktika insgesamt und speziell die einzelnen Experimente dienen. Ausgehend von den wenigen vorliegenden Analysen und von entsprechenden Untersuchungen im naturwissenschaftlichen Bereich (z. B. Kirschner, Meester, Middelbeek & Hermans, 1993), sowie von allgemeinen Feststellungen über Kompetenzen, die ein ingenieurwissenschaftliches Studium vermitteln soll (z. B. Hernaut, 1988), und einer geplanten Befragung von Fachleuten aus ingenieurwissenschaftlichen Fachrichtungen soll eine Analyse der Praktika und der intendierten Lehr-/Lernziele erfolgen. Darauf aufbauend ist in einem zweiten Schritt zu untersuchen, welche Möglichkeiten bzw. Einschränkungen beim Einsatz von Simulations- und Modellbildungswerkzeugen bestehen.

Zur Beantwortung der Frage, welche Teile der Praktika durch Einsatz von Simulationssoftware ersetzt bzw. modifiziert werden können, sind die einschlägigen Programme zu sichten und gegebenenfalls zu adaptieren; evtl. muß für einige Themenbereiche auch neue Software entwickelt werden. Zur überprüfung dieser Fragestellung sollen zwei Gruppen von Studierenden gebildet werden: Eine Gruppe führt die Praktika in traditioneller Weise durch, bei der anderen Gruppe sollen Teile der Praktika durch Simulations- und Modellbildungsprogramme ersetzt werden. Der Lernerfolg beider Gruppen wird miteinander verglichen, damit Stärken und Defizite beider Methoden sichtbar werden. Aufgrund der Ergebnisse dieser Untersuchung können Vorschläge für die zukünftige Gestaltung der Praktika gemacht werden. Eventuell können Teile der Praktika, die unbedingt in der herkömmlichen Form durchgeführt werden müssen, durch den Einsatz der genannten Softwarewerkzeuge zumindest so vorbereitet werden, daß sich die tatsächlich notwendigen Laborzeiten durch das vorherige Training verkürzen lassen.

An der Technischen Universität Dresden, Fakultät für Maschinenwesen, wird seit dem Sommersemester 94 ein Projekt "Universitäres Technisches Fernstudium/Studiengang Maschinenbau" als grundständiges Studium angeboten. Das vorliegende Projekt wird im Zusammenhang einer mit der Technischen Universität Dresden vereinbarten Kooperation durchgeführt.

 

Literatur

Harms, U., Tergan, S.-O., Walser, W. & Wedekind, J. (1993). Computersimulationen zur Unterstützung von Laborphasen. Berichte der Arbeitsstelle Weiterbildung und interaktive Medien, Nr. 2, Tübingen: DIFF.

Hernaut, K. (1988). Aus- und Weiterbildung von Ingenieuren aus der Sicht der industriellen Praxis. SEFI-Konferenz, 4.2-1 - 4.2-6.

Kirschner, P., Meester, M., Middelbeek, E., & Hermans, H. (1993). Learning objectives for science practicals at traditional and distance universities. Distance Education, 14, 260-282.

Walkington, J., Pemberton, P., & Eastwell, J. (1994). Practical work in engineering: A challenge for distance education. Distance Education, 15, 160-171.

 

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Abteilung Wissenschaftliche Weiterbildung

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