PROTeach-Net

KURZFASSUNG

PRO-TEACH-NET ist ein e-learning Projekt, das ein internetbasiertes Lehrangebot für eine gemeinsame Studienfachrichtung von fünf Partneruniversitäten im Bereich der Produktentwicklung im Maschinenbau aufgebaut hat. Hierbei wurden bestehende Lehrinhalte im Kontext der Produktentwicklung neu aufbereitet und in multimedialer Form über das Internet bereitgestellt. Ziel von Pro-Teach-Net war die Generierung eines universitätsübergreifenden Ausbildungsnetzwerkes für den Fächerkomplex der Produktentwicklung im Maschinenbau. 

Das Netzwerk ist modular und damit flexibel aufgebaut worden, um die Veränderungen der Inhalte, Werkzeuge und Methoden beherrschen zu können. Für die jeweiligen Teilgebiete stehen WBT-Bausteine zur Verfügung, die sowohl individuell als auch durch Arbeitsgruppen über das Internet genutzt werden können. Es wurden insbesondere Kooperationsformen in verteilter und teamorientierter Umgebung (concurrent engineering, cooperative learning) ermöglicht. Um den Lernenden reale Bedingungen innerhalb von standortübergreifenden Kooperationsprojekten zu vermitteln, wurden Übungen über netzbasierte Kommunikationswege realisiert. Ein Beispiel hierfür ist die verteilte Bearbeitung von  Konstruktionsaufgaben in virtuellen Teams, die sich aus Studenten von unterschiedlichen Standorten zusammensetzten. Eine Vielzahl von neuen Technologien und Interaktionswegen wurde hierbei in den multimedialen Lehrbetrieb eingebunden.

Die Lernumgebung versteht sich als Ergänzung zum "konventionellen" Lehrbetrieb, der um kooperative Lehrformen mit neuen Lernzielen erweitert wurde. 

Das Portal des Projektes stellt einerseits das weit ausgefächerte Wissen der Produktentwicklung in gebündelter Form zur Verfügung, andererseits werden Foren und Datenaustauschmechanismen bereitgestellt, die das kooperative, projektorientierte Lernen in Arbeitsgruppen an unterschiedlichen Orten ermöglichen.

Ausgangssituation für das Vorhaben

Die Produktentwicklung ist ein zunehmend interdisziplinäres, projektorientiertes Arbeitsumfeld, in dem nebst fachlicher Kompetenz die Kommunikationsfähigkeit immer stärker in Anspruch genommen wird. Dabei befinden sich die Ingenieure des Öfteren nicht am gleichen Standort, häufig in unterschiedlichen Unternehmen. Absprachen erfolgen über Telefon und zunehmend über internetbasierte Kommunikationstools.

Für die Vorbereitung auf diese Arbeitsform, die zum Alltag für die meisten Ingenieure geworden ist, wird in der Ausbildung wenig geboten, es besteht Nachholbedarf. Folgende Gründe hinterlegen die Bedeutung der Simulation der Arbeit in virtuellen Teams:

• Die klassische Ausbildung bietet Aspekte der lokalen Teamarbeit und schafft die Basis für Teamfähigkeit. Virtuelle Teamarbeit erfordert darüber hinaus präzisere Kommunikation und streng projektorientiertes Vorgehen. 
• Die effiziente Nutzung internetbasierter Kommunikationswerkzeuge wird nicht vermittelt. Die nicht zweckmäßige Auswahl von Kommunikations-Tools kann in virtuellen Teams zu großen Motivationsproblemen führen.
• Die Teamzusammensetzung ist in der klassischen Ausbildung sehr homogen. Im Berufsalltag stammen die Kommunikationspartner aus unterschiedlichen Arbeitsgebieten; Kompetenz und Erfahrung sind meistens nicht auf gleichem Niveau.    

Das Projekt Pro-Teach-Net (PTN) begegnete dieser Problematik mit der Entwicklung einer internetbasierten Arbeitsumgebung für die standortübergreifende Zusammenarbeit von virtuellen Studentengruppen. Auf diese Weise ließen sich moderne Arbeitsmethoden im Bereich der Produktentwicklung simulieren. Die entwickelte Lösung bietet Computer-Supported-Cooperative-Work Funktionen, Dateiaustausch, Videokonferenz- und real-time Collaboration CAD-Tools an. Diese Funktionalitäten sind in einer kommerziellen e-learning Plattform integriert, um die Lehrfunktionalität in einem ganzheitlichen Ansatz abzubilden.

Aufgabenstellung und Ziele

Zentrales Ziel des Projektes war die Schaffung eines Ausbildungsnetzwerkes für das Fach Produktentwicklung, bestehend aus Konstruktionslehre, Konstruktionsmethodik, Maschinenelemente, technisches Zeichnen, CAx, virtuelle Produktentwicklung. Besonderes Anliegen war dabei, möglichst viele Bereiche und Facetten dieses Faches als multimediales, internetbasiertes Lernsystem aufzubauen, so dass Lehrinhalte nicht starr festgelegt sind, sondern flexibel auf Veränderungen in Gesellschaft und Industrie aufbereitet bzw. vermittelt werden können. Das Konzept sah eine modulare Struktur  für die Lehrinhalte vor, die es erlaubt, Inhalte auf eine unkomplizierte Art auszutauschen und auf den neuesten Stand zu bringen. Des Weiteren war eine Komponente notwendig, die dieses Wissen zu erlernbaren Einheiten in Form einer multimedialen Lernumgebung mit klar gegliederter Struktur verdichtet. Die Wissensvermittlung sollte durch handlungsorientiertes Lernen unterstützt werden. Sowohl dem einzelnen Studierenden als auch Arbeitsgruppen an unterschiedlichen Orten sollten die Möglichkeiten kooperativen Lernens in Form gemeinsamer, teamorientierter Aufgabenbearbeitung zur Produktentwicklung ermöglicht werden.    

Projektpartner

• Universität Bremen - Bremer Institut für Konstruktionstechnik (BIK)
• Technische Universität Ilmenau - Institut für Maschinenelemente und Konstruktion (IMK)
• Universität Magdeburg - Lehrstuhl für Maschinenbauinformatik (LMI)
• Universität Rostock - Institut für Konstruktionstechnik (IfK)
• Fachhochschule Gelsenkirchen - Abteilung Bocholt/ Fachbereich Maschinenbau.

Umsetzung

Die Umsetzung umfasste einerseits das Erstellen von multimedialen Inhalten für die einzelnen Lehrmodule und andererseits die Bereitstellung und Anpassung der technischen Infrastruktur.

Die Lehrinhalte bestehen aus folgenden Modulen:

• CAD-Grundkurs
• Grundlagen der Gestaltung
• Bauteilfestigkeit
• Maschinenelemente
• Konstruktionsmethodik (Planen und Konzipieren, Entwerfen und Ausarbeiten, Concurrent und Simultaneous Engineering, Qualitäts-, Kosten- und Umweltgerechte Konstruktion)
• Vertiefende CAx-Techniken (Schnittstellen und Integrationskonzepte, FEM, Simulation und Kinematik, EDM/PDM, Feature Based Design, Virtuelle Produktentwicklung, Virtual Reality, Digital Mock-Up, Rapid Prototyping)
• Industrielle Prduktentwicklungsprozesse.

Zudem wurden zwei Module mit Übungen und einem Projekt zur Virtuellen Produktentwicklung erstellt.

Der Schwerpunkt der Erstellung der Lehrinhalte lag in der multimedialen Aufbereitung der Lernmaterialien sowie in der Einbindung des verteilten Konstruierens in den Übungsbetrieb. Die Lehrmodule in Pro-Teach-Net wurden in einem webfähigen Dokumentformat aufbereitet und basieren auf zukunftssicheren Medienformaten (Kombination von reinem HTML-Code in Verbindung mit Flash als Animationswerkzeug und css (cascade style sheets) als Formatierungsgrundlage).

Die festgelegten Inhalte wurden für die Umsetzung in Form von Drehbüchern fixiert. Grundgedanke bei dieser ausführlichen Dokumentation war die Sicherung der Nachhaltigkeit der Lehrmaterialien. Die Drehbücher enthalten textliche oder skizzierte Beschreibungen zum Inhalt und zum Layout der einzelnen Lehrtextseiten sowie Angaben zu den Bearbeitern, zu Quellen und zu Dateien, die als Ausgangsmaterial dienen können. Die inhaltliche bzw. didaktische Substanz wurde in den Drehbüchern technologieneutral gespeichert. Sollte die technologische Entwicklung oder die Verbreitung einzelner Multimediaformate im Internet eine erneute Aufbereitung erfordern, können die Lehrmaterialien mit wenig Aufwand re-implementiert werden. Zur Konzeption von einzelnen Animationen wurde ähnlich vorgegangen. Die Struktur wurde mit Textbeschreibungen, Flussgraphen und unterstützenden Abbildungen dokumentiert.

Die technische Infrastruktur setzt sich aus mehreren Softwaretools zusammen: einer eLearning Plattform (WebCT), erweitert um ein Tool zum teamübergreifenden Dateiaustausch (Swiki), einem Konferenztool für CAD-Zusammenbauuntersuchungen (CoCreate OneSpace Collaboration) und einem Videokonferenz-Tool (Marratech).

Dabei ist WebCT der zentrale Dienst innerhalb des Projektes. WebCT ist ein auf e-Learning spezialisiertes Content Management System, das ausgeprägte Funktionalitäten zum Erstellen von Kursen und Lerntests, Kommunikationstools wie Whiteboard, Chat und kursinternes Email, sowie ein ausgereiftes Konzept für Benutzerrechte- und Kursverwaltung enthält. Die übrigen Tools sind über Links in WebCT erreichtbar.

Das CoCreate OneSpace Collaboration ist ein Tool für CAD-Zusammenbauuntersuchungen. Es ist hauptsächlich für Diskussionen (in diesem Projekt mit der zusätzlichen Unterstützung von Videokonferenz) von Bauteilen und –gruppen sowie zum Zusammenbauen und Überprüfen von Teilen gedacht. Die Teilnehmer einigen sich über Form und Ausmaße der Teile, die dann in gängigen CAD-Systemen erstellt werden. Das OneSpace Collaboration Tool wird zum Überprüfen des Zusammenbaus der Teile genutzt. Um den Vorgang des Zusammenbauens zu beschleunigen, können einzelne Änderungen an Form und Ausmaßen gleich während der Session von allen Teilnehmern durchgeführt werden, die Änderungen protokolliert und dann im eigenen CAD-System nachvollzogen werden.

Das Videokonferenztool Marratech ermöglicht das Durchführen von Videokonferenzen mit einer beliebigen Anzahl von Teilnehmern. Außer Bild und Ton können auch Chat und Whiteboard genutzt werden.

Schlussfolgerung

Das Projekt Pro-Teach-Net hat mehrere Institute aus mehreren Bundesländern in einem Ausbildungsnetzwerk zusammengeführt. Die inhaltliche Auseinandersetzung mit dem Lehrangebot anderer Institute war ein Schritt zur Bildung von neuen Verbundformen und Kooperationen in der Ingenieursausbildung. Durch den Einfluss des mehrfach gewachsenen Inhaltsspektrums und des damit verbundenen Erfahrungsschatzes wurde die Qualität der Lehre an allen Standorten gesteigert.

Daraus ergaben sich folgende wissenschaftlich-technischen Ergebnisse inhaltlicher und technischer Natur:

• Erstellung und Realisierung eines Gesamtkonzepts für ein Ausbildungsnetzwerk in gemeinsamer Arbeit aller an Pro-Teach-Net beteiligten Institutionen durch inhaltliche Aufbereitung des Lehrangebots und Erstellung von Ablaufpänen und Dokumentationen der multimedialen Umsetzung,
• Gestaltung eines neuen Vermittlungsprozesses im Zuge der technischen Umsetzung der Arbeitsumgebung für das verteilte Konstruieren in einem studentischen Produktentwicklungsprojekt,
• Erfahrungen in der Simulation von industriellen Arbeitsbedingungen,

sowie

• Gestaltung und Realisierung des informationstechnischen Konzeptes für eine Lernplattform im Verbund Pro-Teach-Net und
• Gestaltung eines informationstechnischen Umfeldes für praktische Übungen im Bereich des verteilten Konstruierens.

Die Lernenden haben die Möglichkeit, den Lehrstoff im Kontext der Produktentwicklung multimedial zu erkunden, unabhängig von zeitlichen und örtlichen Rahmenbedingungen. Sie können die in Pro-Teach-Net erstellten Lehrmodule zur Vor- und Nachbereitung von Vorlesungen und zur Prüfungszeit nutzen. Die Übungsmodule können aktiv zu den jeweiligen Präsenzübungen ergänzend und wiederholt bearbeitet werden. Durch die Ergänzung der klassischen Präsenzlehre mit Lernmodulen zum Selbststudium wird eine Lernkultur im Sinne des lebenslangen Lernens vorbereitet.

Die Lehrenden haben die Möglichkeit, aus einem breiten Spektrum von Lehrkapiteln, Übungsmaterialien und Animationen ein zielgerichtetes Lehrangebot zusammenstellen. Der Einsatz einer internetbasierten Lernplattform ändert Gewohnheiten bei der Gestaltung von Lehrinhalten. Die Lehrenden können die Inhalte dynamisch und flexibel an den aktuellen Bedürfnisse der Lernenden anpassen und die unterschiedlichen Fachrichtungen im spezifischen Kontext ansprechen. Die insbesondere in informationstechnischen Fächern problematische Trägheit der Lehrinhalte konnte überwunden werden. Durch Nutzung von Videos und Animationen konnten neue Maßstäbe in der Praxisorientierung erreicht werden.