MaÃnahme 1 - IMA,ZLW & IfU - RWTH Aachen University
MaÃnahme 1 - IMA,ZLW & IfU - RWTH Aachen University
MaÃnahme 1 - IMA,ZLW & IfU - RWTH Aachen University
Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.
YUMPU macht aus Druck-PDFs automatisch weboptimierte ePaper, die Google liebt.
Ingenieurwissenschaftliche Ausbildung -<br />
ein Streifzug durch Herausforderungen,<br />
Methoden und Modellprojekte<br />
Prof. Dr. rer. nat. Sabina Jeschke<br />
<strong>IMA</strong>/<strong>ZLW</strong> & <strong>IfU</strong> der <strong>RWTH</strong> <strong>Aachen</strong><br />
VDI Ausschuss<br />
Aus- und Weiterbildung<br />
Ingenieurwissenschaften<br />
Düsseldorf, März 2012<br />
www.ima-zlw-ifu.rwth-aachen.de
Gliederung<br />
I. Struktur des <strong>IMA</strong>/<strong>ZLW</strong> & <strong>IfU</strong><br />
II. Akademische Ausbildung in Zeiten von Bologna<br />
1. Anforderungen an die Ingenieurausbildung<br />
2. Digital Natives<br />
3. Ein Streifzug durch „neue“ Lehr- und Lernansätze<br />
III. Ingenieurwissenschaftliche Schwerpunkte<br />
1. Kompetenz- und Dienstleistungszentrum für das Lehren und Lernen in<br />
den Ingenieurwissenschaft - TeachING-LearnING.EU<br />
2. Exzellentes Lehren und Lernen in den Ingenieurwissenschaften - ELLI<br />
IV. Vision für die Universität
Institutscluster <strong>IMA</strong>/<strong>ZLW</strong> & <strong>IfU</strong><br />
PD Dr. phil.<br />
Ingrid Isenhardt<br />
Prof. Dr. rer. nat.<br />
Sabina Jeschke<br />
Direktorin<br />
Dr. rer. nat.<br />
Frank Hees<br />
Administrati<br />
on<br />
1. Stellvertr.<br />
Direktorin<br />
Prof. Dr.-Ing. em.<br />
Klaus Henning<br />
Senior Advisor<br />
2. Stellvertr.<br />
Direktor<br />
IT und<br />
Medientechnik<br />
<strong>IMA</strong><br />
Lehrstuhl für<br />
Informationsmanageme<br />
nt<br />
im Maschinenbau<br />
<strong>ZLW</strong><br />
Zentrum für<br />
Lern- und<br />
Wissensmanagement<br />
<strong>IfU</strong><br />
An-Institut für<br />
Unternehmenskyberneti<br />
k<br />
Public<br />
Relations<br />
Dr.-Ing.<br />
Daniel<br />
Schilberg<br />
Geschäftsführer<br />
Verkehr<br />
und<br />
Mobilität<br />
Max<br />
Klingende<br />
r<br />
Produktio<br />
nstechnik<br />
Tobias<br />
Meisen<br />
e-Health<br />
Marie-<br />
Thérèse<br />
Schneider<br />
s<br />
Innovation<br />
s-<br />
und<br />
Zukunftsforschung<br />
Sven<br />
Trantow<br />
Dr. phil.<br />
Anja<br />
Richert<br />
Geschäftsführerin<br />
Knowledg<br />
e<br />
Engineeri<br />
ng<br />
Ingo<br />
Leisten<br />
Didaktik<br />
der MINT-<br />
Wissenschaft<br />
en<br />
Ursula<br />
Bach<br />
Karriereforschung<br />
Esther<br />
Borowski<br />
Dr.-Ing.<br />
Dipl.-Kfm.<br />
Eckart Hauck<br />
Geschäftsführer<br />
Wirtschaft<br />
s-<br />
und<br />
Sozialkyberneti<br />
k<br />
Eckart<br />
Hauck<br />
(komm.)<br />
Technisch<br />
e<br />
Kyberneti<br />
k<br />
Philipp<br />
Wolters
Forschungslinien<br />
Agile turbulenztaugliche Prozesse für wissens- und technikintensive Organisationen<br />
"Next Generation" Lehr- und Lernkonzepte für Hochschule & Wirtschaft<br />
Kognitive IT-gestützte Prozesse für heterogene und kooperative Systeme<br />
Zielgruppenadaptive mentale Nutzermodelle für Innovations- & Technikentwicklungsprozesse<br />
Semantische Netze und Ontologien für komplexe Wertschöpfungsketten & virtuelle Umgebungen
Eckdaten des Clusters<br />
Interdisziplinäre Teams arbeiten gemeinsam in Projekten<br />
Insgesamt ca. 200 Mitarbeiter/innen<br />
ca. 50 Wissenschaftler/innen<br />
50% aus Ingenieur- und Naturwissenschaften<br />
50% aus Geistes- & Wirtschaftswissenschaften<br />
50 % Frauen, 50 % Männer<br />
ca. 15 Personen in Technik und Service<br />
ca. 135 studentische Mitarbeiter/innen<br />
ca. 85 % aus Drittmitteln finanziert<br />
ca. 6 Mio € Jahresumsatz (brutto ohne Dritte)
Gesamtbilanz 2010 des Institutsclusters<br />
BMWI<br />
7%<br />
(7%)<br />
Stiftungen<br />
2 %<br />
(0%)<br />
MIWFT<br />
3,5 %<br />
(0%)<br />
EU<br />
3,5 %<br />
(36%) DFG<br />
9,5 %<br />
(6%)<br />
Gesamteinnahmevolume<br />
n<br />
2010: ca. 6 Mio. €<br />
AiF: Arbeitsgemeinschaft industrieller<br />
Forschungsvereinigungen<br />
BMBF<br />
36%<br />
(24%)<br />
Haushaltsmittel<br />
27% (17%)<br />
BMBF: Bundesministerium für Bildung<br />
und Forschung<br />
BMWI: Bundesministerium für<br />
Wirtschaft und Technologie<br />
Stiftungen: Mercator Stiftung<br />
EU: Mittel der europäischen Union<br />
AIF<br />
1,5 %<br />
(2 %)<br />
Industrie<br />
4%<br />
(4%)<br />
Studiengebühre<br />
n<br />
5% (3%)<br />
<strong>RWTH</strong><br />
Sondermittel<br />
1% (1%)<br />
MIWFT: Ministerium für Innovation,<br />
Wissenschaft, Forschung und<br />
Technologie<br />
DFG: Deutsche Forschungsgemeinschaft<br />
Industrie: Direktaufträge aus der<br />
Industrie<br />
www.ima-zlw-ifu.rwth-aachen.de
Gliederung<br />
I. Struktur des <strong>IMA</strong>/<strong>ZLW</strong> & <strong>IfU</strong><br />
II. Akademische Ausbildung in Zeiten von Bologna<br />
1. Anforderungen an die Ingenieurausbildung<br />
2. Digital Natives<br />
3. Ein Streifzug durch „neue“ Lehr- und Lernansätze<br />
III. Ingenieurwissenschaftliche Schwerpunkte<br />
1. Kompetenz- und Dienstleistungszentrum für das Lehren und Lernen in<br />
den Ingenieurwissenschaft - TeachING-LearnING.EU<br />
2. Exzellentes Lehren und Lernen in den Ingenieurwissenschaften - ELLI<br />
IV. Vision für die Universität
Herausforderungen<br />
Herausforderungen<br />
Kompetenzanforderungen<br />
• Globalisierung der Produktion<br />
• Steigende Diversifizierung von<br />
Produkten<br />
• Verkürzung der Innovationszeiten<br />
• Steigende Komplexität technischer<br />
Systeme<br />
• Neue Wachstumsmärkte<br />
• Umweltbelastung und<br />
Ressourcenschonung<br />
• Demografischer Wandel der<br />
europäischen Gesellschaft<br />
• Fachliche Kompetenzen<br />
• Kreatives Denken in komplexen,<br />
interdisziplinären Zusammenhängen<br />
• Adäquate Kommunikation<br />
ingenieurwissenschaftlicher<br />
Fragestellungen<br />
• Verantwortliches Handeln in<br />
internationalen und interkulturellen<br />
Kontexten<br />
• Umgang mit Diversity
Ingenieurinnen und Ingenieure von morgen sind „digital natives“<br />
9<br />
multi-tasking-fähig<br />
Lernen<br />
Medien<br />
springen zwischen Themen<br />
„scannen“ statt lesen<br />
reaktionsschnell<br />
nicht-linear vorgehend<br />
eher bildorientiert<br />
vernetzt<br />
Virtuelle<br />
Vernetzung<br />
gemeinschaftlich handelnd<br />
durch spielen lernend<br />
sofortiges Feedback gewöhnt<br />
fantasiebetont<br />
... und verfügen über meta-kognitive Fähigkeiten<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Innovative Lehr- und Lernkonzepte<br />
10<br />
• Konsequenzen: Lehre und Lernen für „digital natives“<br />
• Vernetztes Lernen<br />
• Kooperatives Lernen<br />
• Aktives Lernen<br />
• Selbstorganisation<br />
• Agile Problemlösungsstrategien<br />
• Wissen teilen nicht verstecken<br />
• Problemorientiertes, projektbasiertes Lernen<br />
• umfasst (nach Anleitungsphase) selbstgesteuertes und<br />
weitgehend selbst-organisiertes Lernen mit Fokus auf:<br />
• Teamarbeit, Interdisziplinarität und<br />
• Kommunikation.<br />
• eLearning – Blended Learning – Web 2.0<br />
• Mix von Präsenz- und Online-Elementen, abhängig von Lehr- bzw.<br />
Lernzielen und entsprechend den Bedürfnissen der Beteiligten<br />
entsprechenden effektiven anzubieten<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Kombination: Blended Learning und Web 2.0 als Lern-/Lehrkonzept<br />
11<br />
Selbstorganisiert<br />
Fremdorganisiert<br />
Mitte der 90er Jahre 2000<br />
Kompetenzentwicklung mit Blended Learning und Web 2.0 (Social Software)<br />
• Integration von formellem und informellem Lernen mit Projektlernen, E-<br />
Learning und Wissensmanagement<br />
• Kommunikation mit Web 1.0 und Web 2.0 (Blogs und Wikis)<br />
Qualifizierung mit Blended Learning<br />
• Integration von selbstorganisiertem Lernen mit E-Learning und Lernen<br />
in Seminaren ode Workshops<br />
• Kommunikation mit Web 1.0 (Foren, Chats…)<br />
Wissensvermittlung mit Web-Based Trainings (WBT)<br />
• Online-Lernprogramme<br />
• aktuell<br />
• Online-Kommunikation mit Web 1.0 (Foren, Chats…)<br />
Wissensvermittlung mit Computer-Based Trainings (CBT)<br />
• Offline-Lernprogramme<br />
• sehr hohe Grafikanimation<br />
• starr<br />
• keine Online-Kommunikation<br />
2005 2008<br />
Quelle: Kuhlmann, A.; Sauter, W.: Innovative Lernsysteme,: Springer. 2008.<br />
Zeit<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Content-zentriert versus Community-zentriert<br />
12<br />
■ Content-zentriert:<br />
Die Inhalte stehen im Mittelpunkt des<br />
Systemdesigns,<br />
kommunikative und kooperative<br />
Szenarien werden (gar nicht oder) um<br />
die Inhalte herum entwickelt.<br />
■ Community-zentriert:<br />
Abläufe, Kommunikation und<br />
Kooperation zwischen den Akteuren<br />
steht im Mittelpunkt des<br />
Systemdesigns,<br />
die Inhalte werden in diese<br />
„Kooperationsinfrastruktur“<br />
eingebettet.<br />
„klassischer Ansatz“,<br />
Grundlage der meisten gängigen<br />
eLearning-Plattformen<br />
„Lernräume der Zukunft“,<br />
CSCW bzw. CSCL-Ansatz,<br />
aktuelles Forschungsgebiet<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Einsatz von Virtuellen Laboren und Remote-Experimenten:<br />
13<br />
in theoretischen Disziplinen:<br />
• Mathematik<br />
• Theoretische Physik<br />
• Theoretische Chemie<br />
• Theoretische Gebiete der<br />
Ingenieurwissenschaften<br />
• Experimenteller Zugang zu<br />
abstrakten Objekten<br />
• Erfahrbarkeit abstrakter<br />
Konzepte<br />
• Trial-and-Error-Zugang zu<br />
neuen Erkenntnissen<br />
in experimentellen Disziplinen:<br />
• Experimentalphysik<br />
• Experimentelle Chemie<br />
• Experimentelle Gebiete der<br />
Ingenieurwissenschaften<br />
• Steigerung der Versuchskapazität<br />
• Verfügbarkeit zusätzl.<br />
Experimente<br />
• Sicherheitsaspekte<br />
• Effekt in „Reinform“ beobachtbar<br />
• „Hands-on“ Erfahrung<br />
• Permanenter Zugang (24/7)<br />
• Unabhängig von<br />
Equipmentbesitz<br />
• Räumliche Unabhängigkeit<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Forschungsschwerpunkt „Kooperative Virtuelle Welten“<br />
14<br />
BW-eLabs (Collaborative Working Environment for Virtual and Remote Nano-Experiments)<br />
• Ausgangssituation:<br />
• Nanowissenschaften und -technologien: „Winzigkeit“ der untersuchten Objekte<br />
• enormer Aufwand bei der Durchführung von Experimenten, mit den entsprechenden Kosten<br />
(z.B.: Reinräume, Geräte für Mikrowellensynthese, Geräte für Analyse, Elektronenmikroskope)<br />
• Ergebnis: Forschung beschränkt auf kleine scientific community<br />
• Nanowissenschaften und Nanotechnologien:<br />
Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts<br />
• Ziel:<br />
• Steigerung der Zugangsmöglichkeiten zu (nanonahem)<br />
exp. Equipment für breite Nutzergruppe<br />
• Vernetzung und Integration verfügbarer virtueller<br />
und remote-kontrollierbarer Labore und Forschungsinformationen<br />
in einem kooperativen Wissensraum<br />
• Integration digitaler Holographie<br />
• gleichzeitig: stärkere Vernetzung theoretischer und experimenteller Ansätze<br />
• Kooperationspartner: Univ. Stuttgart, FIZ Karlsruhe, Univ. Freiburg, HdM Stuttgart<br />
• Im Rahmen des Erweiterungsprojekts NetLabs: <strong>RWTH</strong> <strong>Aachen</strong>, TU Berlin<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Einbettung in 3D-Engine - Akzeptanz und Usability<br />
15<br />
• Dreidimensionale Darstellung (auf der Basis von<br />
Wonderland, SUN, open source engine)<br />
• Verwendung realitätsnaher Metaphern ermöglicht<br />
besonders intuitive Nutzung von<br />
Softwareanwendungen<br />
• Komplexitätsreduktion, ohne Einschränkung der<br />
Nutzungsmöglichkeiten<br />
• Entwicklung und Erprobung neuer Techniken der<br />
Informationsvisualisierung<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Einsatz von Planspielen in der Lehre<br />
16<br />
Planspiel: konstruierte Situation, in der sich eine/mehrere<br />
Person(en) in/an einem diskreten Modell nach vorgegebenen<br />
Regeln verhalten, wobei das gezeigte Verhalten systematisch<br />
festgehalten und nach einem explizierbaren Kalkül bewertet<br />
werden kann. (Geilhardt/Mühlbradt 1995)<br />
Ziele von Planspielen (in der Hochschule)<br />
Planspiele erlauben…<br />
• …Erlerntes in einer praxisnahen und<br />
komplexen Situation anzuwenden<br />
• …Studierenden, Entscheidungen zu treffen<br />
• sich der Konsequenzen des eigenen Handelns<br />
bewusst zu werden<br />
• …vernetztes und ganzheitliches Denken zu<br />
fördern<br />
• …den Umgang mit komplexen Problemen zu<br />
trainieren<br />
• …Entscheidungen risikolos auszuprobieren<br />
Beispiele<br />
• Planspiel Börse<br />
• KOE-Labor (<strong>IMA</strong> & <strong>IfU</strong>)<br />
• MARGA Planspiel (ESMT)<br />
• Q-Key und Micro-Key (Institut für<br />
Unternehmenskybernetik)<br />
• MyFirstBusiness (TU Berlin)<br />
• Konflikte um Wasser (TU Darmstadt)<br />
• EXIST-priME-Cup (80 EXIT-Hochschulen)<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Informatik im Maschinenbau I<br />
Vorlesung<br />
• ca. 1500 Studenten aus Maschinenbau<br />
und Wirtschaftsingenieurwesen<br />
• Inhalte<br />
• Objektorientierte Programmierung<br />
• Software Engineering:<br />
• Anforderungsanalyse<br />
• Entwurf<br />
• Testing<br />
• …<br />
Projektaufgabe<br />
• Angeschlossenes Programmierlabor<br />
• Methode<br />
• Problembasiertes Lernen<br />
• „Hands-on“ programmieren<br />
• Robotik als Motivations- und Transportmittel<br />
17<br />
• Evaluationsergebnisse<br />
Dozentennote: 1,9<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Projektaufgabe – Teil 2: LEGO Mindstorms NXT<br />
18<br />
Inhalt<br />
• Programmierung eines 3-Achsrobots:<br />
Identifikation und Aufnahme mehrerer<br />
Objekte<br />
• Gestaffelte Aufgabenstellung:<br />
• Gate 0: Teachbox<br />
Implementierung einer manuellen<br />
Steuerung<br />
• Gate 1: Sensorwerte visualisieren;<br />
„Scannen“ der Umgebung und<br />
• Final Gate: Lösen der Gesamtaufgabe<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Info I – Maßnahmen zur weiteren Verbesserung<br />
19<br />
• Integration von interaktiven Inhalten<br />
• Einführung von Audience Response System<br />
(Klickern)<br />
• Bietet Stuenten Möglichkeit der direkten<br />
Einflußname durch Studenten trotz großer<br />
Hörerzahl<br />
• Erhöhte Aufmerksamkeit, verbesserter<br />
Lerneffekt<br />
• Weiteres Robotikangebot für<br />
engagierte Studenten:<br />
Festo Logistics Competition<br />
• Wettbewerb im Rahmen des<br />
Robocups<br />
• Lösen von Logistikaufgabe im<br />
Kontext Production<br />
• Bereitstellung von Roboterteam<br />
und Spielflächen/Labor<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Informatik im Maschinenbau II<br />
20<br />
Blockseminar Inhalte:<br />
• Einführung in Eigenschaften industrieller Roboter<br />
• Grundlagen<br />
• Trajektorieplanung<br />
• Programmierung mit RAPID<br />
• Lösen einer Handhabungsaufgabe in Simulator und am realen Roboter<br />
• Verwendete Hardware:<br />
• ABB IRB 120<br />
• Schunk WSG Parallelgreifer<br />
• Simulationsumgebung Robotstudio<br />
Neue Übungsaufgabe für die „Informatik II im Maschinenbau“ –<br />
Im typischen trial-and-error mode der Ingenieure<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Was ist das RoboScope?<br />
21<br />
Interdisziplinäres<br />
Robotik<br />
Schülerlabor<br />
Showroom<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
SchülerLabs <strong>RWTH</strong> - <strong>RWTH</strong> Education Labs<br />
22<br />
• SchülerLabs <strong>RWTH</strong>:<br />
Förderung durch:<br />
• Dachmarke für eine Anzahl von Schülerlaboren an der <strong>RWTH</strong><br />
• Darunter: RoboScope (Jeschke), InfoSphere (Schröder)<br />
• Geplant: Schwerpunkt eTechnik (Ascheid), weitere Anfragen<br />
• Koordination durch <strong>ZLW</strong><br />
• Standort: Technologiezentrum am Europaplatz (vorläufig)<br />
• Neubau eines Gebäudes auf dem Campus-Gelände, das alle Labore integriert<br />
• Fließender Übergangs von der Grundschule bis ins reale Berufsleben<br />
Rocoscope<br />
SchülerLabs<br />
<strong>RWTH</strong><br />
SLI<br />
• Roboscope:<br />
• Aufbau eines interdisziplinären Robotik-<br />
Schülerlabors (<strong>ZLW</strong>)<br />
• Integration von Lehrerausbildung<br />
• Kursangebote (aufsteigende Komplexität):<br />
1. Einsteiger- und Schnupperkurse<br />
2. AGs, Summer-/Winterschools, Feriencamps<br />
3. Integration in reale Forschungsumgebungen<br />
4. Teilnahme an Robotik-Wettbewerben<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Modulares Raumkonzept<br />
23<br />
• Demostraße<br />
• Experimentierarena<br />
• Microteaching Raum (Interaktives Klassenzimmer)<br />
• Wettkampfarena<br />
Lounge-Learning<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Rückblick – Was bisher geschah<br />
24<br />
Aufbau der Infrastruktur<br />
• LEGO Education Center (LEGO Mindstorms)<br />
• Interaktiver Klassenraum, Wettkampfarena<br />
• Spielzeugexponate für die Demostraße<br />
• Moto Man-Industrieroboter<br />
Didaktische Konzeption und Umsetzung der Schnupperkurse<br />
• Vermittlung von grundlegenden physikalischen und<br />
informationstechnischen Aspekten<br />
• Sensibilisierung für die Bedeutung von überfachlichen<br />
Kompetenzen<br />
• Zentrales Lernwerkzeug: LEGO Mindstorms<br />
Beteiligung an verschiedenen <strong>RWTH</strong> Angeboten<br />
(Girl´s Day, TANDEM Kids, <strong>RWTH</strong> Ferienfreizeit, etc.)<br />
und Durchführung von 15 Einzelkursen<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
DLR School Lab <strong>RWTH</strong> <strong>Aachen</strong><br />
25<br />
• Kooperation des Deutschen Zentrums für<br />
Luft- und Raumfahrt (DLR) und der <strong>RWTH</strong><br />
<strong>Aachen</strong> <strong>University</strong><br />
• DLR_School_Lab <strong>RWTH</strong> <strong>Aachen</strong> wird durch<br />
das Institutscluster <strong>IMA</strong>/<strong>ZLW</strong> & <strong>IfU</strong> der <strong>RWTH</strong><br />
<strong>Aachen</strong> <strong>University</strong> betrieben<br />
• DLR unterstützt durch finanzielle<br />
Zuwendungen<br />
• DLR_School_Lab <strong>RWTH</strong> <strong>Aachen</strong> wird unter<br />
der Dachmarke <strong>RWTH</strong> <strong>Aachen</strong> Education Labs<br />
– eingegliedert<br />
• Zuerst werden sechs Experimente konzipiert<br />
und umgesetzt. Dabei decken vier Versuche<br />
die einzelnen Schwerpunktbereiche des DLR<br />
ab, während zwei weitere jeweils spezielle<br />
Grundlagen-Themen der Automatisierung<br />
und Robotik behandeln.<br />
DLR School Lab<br />
RATH <strong>Aachen</strong><br />
…<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Themen des DLR_School_Lab <strong>RWTH</strong> <strong>Aachen</strong><br />
26<br />
Innerhalb des Schwerpunktes „Automatisierung und Robotik“ werden in den<br />
Anwendungsbereichen „Luft- und Raumfahrt“ und „Energie und Verkehr“ die<br />
verschiedenen ingenieurwissenschaftliche Disziplinen adressiert.<br />
Automatisierung und Robotik<br />
Luft- und Raumfahrt<br />
Konstruktionstechnik<br />
Informationstechnik<br />
Elektrotechnik<br />
Regelungstechnik<br />
Energie und<br />
Verkehr<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Luftfahrt - Autonome Flugdrohnen<br />
27<br />
Wie Technik in die Luft geht<br />
Hardware: Quadrokopter „AR Drone“<br />
Experiment 1 – Konstruktionstechnik<br />
• Diskussion der Flugdynamik eines Quadrokopters<br />
• Variation der Motor Laufrichtung /-geschwindigkeiten<br />
• Variation des Schwerpunktes<br />
Experiment 2 – Informationstechnik<br />
• Abfliegen eines Pfades<br />
• Analyse von in QR-Codes codierten Richtungsanweisungen<br />
Experiment 3 – Elektrotechnik<br />
• Ansteuerung eines Servomotors über Pulsweitenmodulation<br />
(PWM)<br />
Experiment 4 – Regelungstechnik<br />
• Einstellen der Regelparameter eines PID Reglers zur<br />
Positionshaltung<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Raumfahrt (I) - Mars-Rover<br />
28<br />
Schlaue Rover erkunden ferne Welten<br />
Hardware: LEGO Mindstorm NXT<br />
Experiment 1 – Konstruktionstechnik<br />
• Konstruktion eines geländegängigen Mars-Rovers<br />
Experiment 2 – Informationstechnik<br />
• Navigation entlang eines Pfades / innerhalb eines Tunnel-<br />
Labyrinthes<br />
• Überwindung verschiedener Hindernisse<br />
• Sammeln von Proben<br />
• Kommunikation mit Basiscamp über Bluetooth<br />
Experiment 3 – Elektrotechnik<br />
• Analyse der gesammelten Proben (Magnetismus / Farbe)<br />
Experiment 4 – Regelungstechnik<br />
• Einstellen der Regelparameter eines PID Reglers zur<br />
Linienverfolgung<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Energie - Unkonventionell angetriebene Roboter<br />
29<br />
Woher kommt die Energie von Morgen ?<br />
Hardware: LEGO Education Energie-Set<br />
Experiment 1 – Konstruktionstechnik<br />
• Konstruktion eines autonomen, solargetriebenen Fahrzeuges<br />
• Konstruktion eines adjustierbaren Windrades / Solar-Panels<br />
• Konstruktion eines solargetriebenen Ameisen-Roboters<br />
Experiment 2 – Informationstechnik<br />
• Ausrichtung des Solarpanels/Windrades in Richtung des maximalen<br />
Energie-Umsatzes<br />
Experiment 3 – Elektrotechnik<br />
• Analyse der durch einen Generator gewonnen Energie<br />
Experiment 4 – Regelungstechnik<br />
• Einstellung eines Bang-Bang-Reglers zum Überlastschutz von<br />
Windrädern<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Verkehr (I) - Autonome Fahrzeuge (I)<br />
30<br />
Die Zukunft des Straßenverkehrs<br />
Hardware: Autonome Modellfahrzeuge<br />
Experiment 1 – Konstruktionstechnik<br />
• Analyse der Restriktionen einer Achsschenkellenkung hinsichtlich<br />
der Bahnplanung eines autonomen Fahrzeuges<br />
Experiment 2 – Informationstechnik<br />
• Extraktion von Fahrbahnmarkierungen aus Kamerabildern<br />
Experiment 3 – Elektrotechnik<br />
• Ansteuerung eines einfachen Servomotors über<br />
Pulsweitenmodulation (PWM)<br />
Experiment 4 – Regelungstechnik<br />
• Einstellen der Regelparameter eines PID Reglers zur<br />
Trajektorienverfolgung<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Zusammenfassung<br />
31<br />
Vertikale wie horizontale Lernpfade ermöglichen maximalen<br />
Freiheitsgrad bei der Gestaltung der Kursinhalte<br />
Konstruktionstechnik<br />
Informationstechnik<br />
Elektrotechnik<br />
Regelungstechnik<br />
Experimentalprogramm bestehend aus 4 Kursen á ~1,5h<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Gliederung<br />
32<br />
I. Struktur des <strong>IMA</strong>/<strong>ZLW</strong> & <strong>IfU</strong><br />
II. Akademische Ausbildung in Zeiten von Bologna<br />
1. Anforderungen an die Ingenieurausbildung<br />
2. Digital Natives<br />
3. Ein Streifzug durch „neue“ Lehr- und Lernansätze<br />
III. Ingenieurwissenschaftliche Schwerpunkte<br />
1. Kompetenz- und Dienstleistungszentrum für das Lehren und Lernen in<br />
den Ingenieurwissenschaft - TeachING-LearnING.EU<br />
2. Exzellentes Lehren und Lernen in den Ingenieurwissenschaften - ELLI<br />
IV. Vision für die Universität<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Ingenieurausbildung und Bologna<br />
33<br />
• TeachING.LearnING.EU Sieger bei den Ingenieurzentren<br />
bei der Ausschreibung „Bologna - Zukunft der Lehre“<br />
der Stiftung Mercator und Volkswagenstiftung<br />
Förderung durch:<br />
• Ziel:<br />
• Aufbau eines nationalen Lehr-/Lehrzentrums für die<br />
akademische Ausbildung von Ingenieuren<br />
• Hintergrund: Bologna-Prozess<br />
• Partner:<br />
• <strong>RWTH</strong> <strong>Aachen</strong><br />
• Universität Bochum<br />
• TU Dortmund<br />
• Projektleiter:<br />
• <strong>RWTH</strong> <strong>Aachen</strong>: Prof. Dr. rer. nat. Sabina Jeschke<br />
• Ruhr-Universität Bochum: Prof. Dr.-Ing. Marcus Petermann<br />
• TU Dortmund: Prof. Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Forschungsfelder<br />
34<br />
Empirie &<br />
Umgebungsparameter<br />
Curriculumentwicklung<br />
Lehr- und<br />
Lernkonzepte<br />
Kompetenzorientiertes<br />
Prüfen<br />
Lehrexperimente<br />
Große<br />
Hörerzahl<br />
Best Practice<br />
Monitoring<br />
Zusammenarbeit<br />
CoP<br />
und<br />
Advisory<br />
Board<br />
Assessment<br />
Studieneingangsphase<br />
…<br />
TopING<br />
Shift from<br />
Teaching to<br />
Learning:<br />
Problembased<br />
Learning,<br />
Forschendes<br />
Lernen<br />
Kompetenzorientiert<br />
Lernprozessintegriert<br />
Learning<br />
Outcomes<br />
prüfen<br />
Hochschuldidaktische<br />
Begleitund<br />
Wirkungsforschung<br />
Anforderungsgerechte<br />
Lehr-Lern-<br />
Konzepte<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Dienstleistungsfelder<br />
35<br />
Hochschuldidaktische<br />
Weiterbildung<br />
Coaching und<br />
Beratung<br />
Flexible<br />
Fonds<br />
Promotionsphase<br />
Handlungsempfehlungen<br />
Seminare,<br />
Workshops<br />
Fachübergreifend,<br />
zielgruppenorientiert<br />
Separate<br />
Projekt-<br />
Ausschreibungen<br />
Forschen,<br />
Lehren,<br />
Führen<br />
Bologna-<br />
Empfehlungen<br />
zur Gestaltung<br />
von Studium<br />
und Lehre<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Strategische Instrumente<br />
36<br />
www.teachINGlearnING.EU<br />
OpenBologna<br />
Advisory Board &<br />
Comm. of Practice<br />
„Klassische“<br />
Online-Services<br />
Neue<br />
Online-Services<br />
Studentische<br />
Lead User =<br />
Vordenker im<br />
Innovationsprozess<br />
Internationale<br />
Kompetenz im<br />
Review Board<br />
Dynamik<br />
in der CoP<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Netzwerk<br />
37<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Gliederung<br />
38<br />
I. Struktur des <strong>IMA</strong>/<strong>ZLW</strong> & <strong>IfU</strong><br />
II. Akademische Ausbildung in Zeiten von Bologna<br />
1. Anforderungen an die Ingenieurausbildung<br />
2. Digital Natives<br />
3. Ein Streifzug durch „neue“ Lehr- und Lernansätze<br />
III. Ingenieurwissenschaftliche Schwerpunkte<br />
1. Kompetenz- und Dienstleistungszentrum für das Lehren und Lernen in<br />
den Ingenieurwissenschaft - TeachING-LearnING.EU<br />
2. Exzellentes Lehren und Lernen in den Ingenieurwissenschaften - ELLI<br />
IV. Vision für die Universität<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Exzellentes Lehren und Lernen in den Ingenieurwissenschaften<br />
39<br />
• Projekt „ELLI – Exzellentes Lehren und Lernen in den Ingenieurwissenschaften“<br />
im gemeinsamen Programm des Bundes und der Länder für bessere Studienbedingungen und<br />
mehr Qualität in der Lehre<br />
• Kooperationspartner: Ausführende Stellen:<br />
Zentrum für Lernund<br />
Wissensmanagement<br />
Stabstelle Interne Fortbildung<br />
und Beratung<br />
• Vision:<br />
• Kooperative Maßnahmen mit Schulen<br />
• Big Picture ingenierwissenschaftlichen Arbeitens durch Virtuelle Lernwelten<br />
• Stärkere Identifikation mit dem Ingenieurstudium und -beruf ermöglichen<br />
• Erhöhung des Betreuungsschlüssels in den Ingwissenschaften zur Studierendenzentrierung<br />
• Beratung zur internationalen Mobilität<br />
• Professionelle Handlungskompetenz der BA-Studenten erhöhen<br />
• Zugang zum ing.wiss.-Studium für Minderheiten im Bereich der Ing.wiss. erleichtern<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
ELLI – Exzellentes Lehren und Lernen in den Ing.wiss.<br />
40<br />
1 Virtuelle<br />
Lernwelten<br />
2 Mobilität<br />
Internationalisierung<br />
3 Student<br />
Lifecycle<br />
4 Professionelle<br />
Handlungskompetenz<br />
1.1 Remote<br />
Labs/<br />
Virtuelle Labore<br />
2.1 Outgoing<br />
3.1 Schule -<br />
Universität<br />
4. 1 Kreativität/<br />
Interdisziplinarität<br />
1.2 E-Learning-<br />
Lösung<br />
2.2 Incoming<br />
3.2 Studieneingangsphase<br />
3.3 Studium –<br />
Dissertation<br />
4.2 Diversity<br />
3.4 Barrierefreiheit<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Virtuelle Lernwelten<br />
41<br />
1.1 Ressourcen für Experimente:<br />
Remote Labs und virtuelle Labore<br />
• Maßnahme 1: Voruntersuchung zu<br />
Laboren in der ingenieurwissenschaftlichen<br />
Ausbildung<br />
• Maßnahme 2: Einführung und Ausbau von<br />
Remote Labs und virtuellem Laboren<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Virtuelle Lernwelten<br />
42<br />
1.2 Verbreitung und Nutzung<br />
hochwertiger E-Learning Lösungen<br />
• Maßnahme 1: Experten-Empfehlungssystem für<br />
E-Learning Materialien<br />
• Maßnahme 2: Mobile Anwendungen zur<br />
Förderung von Kollaboration und<br />
Selbstorganisation<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Mobilitätsförderung und Internationalisierung<br />
43<br />
2.1 Outgoing –<br />
Studierende aus Deutschland im Ausland<br />
• Maßnahme 1+3: Programm zur Förderung<br />
von Auslandsaufenthalten und deren<br />
curricularer Einbindung<br />
• Maßnahme 2 : Interaktive<br />
Mobilitätslandkarte (internationales<br />
Netzwerk der drei Hochschulen)<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Mobilitätsförderung und Internationalisierung<br />
44<br />
2.2 Incoming –<br />
Ausländische Studierende aus Industrienationen<br />
• Maßnahme 1: Studienangebote für<br />
ausländische Studierende aus<br />
Industrienationen<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Student Lifecycle<br />
45<br />
3.1 Übergang<br />
Schule - Universität<br />
• Maßnahme 1: Erweiterung des Schüler-<br />
Projektworkshops und Integration in den<br />
Lehrplan der Oberstufen<br />
• Maßnahme 2+3: Erweiterung des Schüler-<br />
Labors Roboscope um Oberstufenkurse<br />
und um Kurse für Kids mit Handicaps<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Student Lifecycle<br />
46<br />
3.2 Gestaltung der<br />
Studieneingangsphase<br />
• Maßnahme 1: Career-Blockveranstaltung<br />
nach dem 1. Semester<br />
(Fallbeispiele aus Industrie und Wirtschaft<br />
in Projektaufgaben)<br />
• Maßnahme 2: StartINGs meet Alumni<br />
(Patenschaften zwischen Studienbeginnern<br />
und Alumni)<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Student Lifecycle<br />
47<br />
3.3 Übergang<br />
Studium zur Dissertation<br />
• Maßnahme 1: Beratungsseminar „How<br />
to become a Dr.-Ing“<br />
• Maßnahme 2: Training „Bewerben um<br />
Promotionsstellen“<br />
• Maßnahme 3: Coaching-Paket „BuildING-<br />
Competences. Schlüsselqualifikationen<br />
für promovierenden Ings“<br />
• Maßnahme 4: Persönlichkeitsentwicklung<br />
und Führungskompetenz<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Student Lifecycle<br />
48<br />
3.4 Barrierefreiheit als<br />
Querschnittausgabe der Hochschule<br />
• Maßnahme 1: Ingenieurwissenschaftliche<br />
Fachsprachkurse für ausländische Studierende<br />
• Maßnahme 2: Integration von Studierenden mit<br />
beruflicher Vorqualifikation<br />
• Maßnahme 3: Unterstützung für Studierende mit<br />
Handicaps<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Professionelle Handlungskompetenz im Ingenieurstudium<br />
49<br />
4.1 Kreativität und<br />
Interdisziplinarität<br />
• Maßnahme 1: Kreativitätsförderliche Lehre<br />
• Maßnahme 2: Interdisziplinärer Dialog<br />
• Maßnahme 3: Forschungswerkstätten zur<br />
Unterstützung forschenden Lernens<br />
• Maßnahme 4: Ingenieure ohne Grenzen<br />
Challenge (Übertragung des internationalen<br />
Konzepts auf Seminare der 3 Standorte)<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Professionelle Handlungskompetenz im Ingenieurstudium<br />
50<br />
4.2 Diversity als<br />
Bestandteil des Ingenieurstudiums<br />
• Maßnahme 1: Interkultureller Workshop -<br />
interkultureller Kompetenzentwicklung<br />
• Maßnahme 2: Diversitykompetenz<br />
• Maßnahme 3: Lead Student Workshop<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Gliederung<br />
51<br />
I. Struktur des <strong>IMA</strong>/<strong>ZLW</strong> & <strong>IfU</strong><br />
II. Akademische Ausbildung in Zeiten von Bologna<br />
1. Anforderungen an die Ingenieurausbildung<br />
2. Digital Natives<br />
3. Ein Streifzug durch „neue“ Lehr- und Lernansätze<br />
III. Ingenieurwissenschaftliche Schwerpunkte<br />
1. Kompetenz- und Dienstleistungszentrum für das Lehren und Lernen in<br />
den Ingenieurwissenschaft - TeachING-LearnING.EU<br />
2. Exzellentes Lehren und Lernen in den Ingenieurwissenschaften - ELLI<br />
IV. Vision für die Universität<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Vision - „Augmented <strong>University</strong>“<br />
52<br />
Möglichkeiten und Potentiale<br />
• Unterstützung des Präsenzunterrichts<br />
durch neue<br />
Kommunikationsformen<br />
• Individuelle Bildungswege<br />
• Virtuelle bzw. virtuell<br />
unterstützte Teilzeitstudiengänge<br />
und Weiterbildungsangebote<br />
• Komplexe Lernumgebungen<br />
• Experimentieren, interagieren,<br />
kooperieren…<br />
CampusM der Deutschen Maklerakademie<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
MITx – Onlinekurse mit Zertifizierung<br />
53<br />
• Interaktive Online-Lernplattform<br />
• Breites Portfolio an freien Onlinekursen<br />
• Vorlesungsmitschnitte, Übungen + Ergebnisse, Skripte online<br />
• Individuelles Lernen und Prüfen<br />
• Vielfältige Kommunikationstools<br />
• Virtuelle Labore<br />
• Basiert auf Open-Source & skalierbarer Software-Infrastruktur, um sie kontinuierlich<br />
zu verbessern und für andere Institutionen verfügbar zu machen<br />
• Beitrag zur Demokratisierung des Wissens<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
High-End Online Kurse für alle!<br />
54<br />
• Qualitativ hochwertige Lehre: online frei verfügbar, kostenlos<br />
• Beispiel Artificial Intelligence, Sebastian Thrun, Stanford <strong>University</strong>:<br />
• 2 Vorlesungen á 75 min pro Woche<br />
• Jede Vorlesung in 15 minütigen Videoeinheiten verfügbar<br />
• Digitale Hausaufgaben, Quizzes und Prüfungen (mid-term + end of term)<br />
• Automatische Auswertung<br />
• Vergleichsmöglichkeit zu Teilnehmern aus Stanford<br />
• Über 10.000 Teilnehmer nach 3 Tagen<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Massive Open Online Course (MOOC)<br />
55<br />
• Frei zugängliche Online-Kurse<br />
• Große Teilnehmerzahlen<br />
• Wöchentliche Aufgaben<br />
• E-Learning anstatt nur „E-Reading“<br />
• Individuelles, nicht-lineares Lernen<br />
• Fördert Lebenslanges Lernen<br />
• Teilnehmer recherchieren und produzieren • Digitale Tools nur als Support<br />
Inhalte selbst<br />
• Reale Menschen arbeiten gemeinsam an<br />
• Inhalte über das Internet verteilt<br />
realen Problemstellungen<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Eindrücke aus dem Holodeck<br />
56<br />
Was ist „das Holodeck „?<br />
• Schnittstelle um einen Menschen in einen virtuellen<br />
Raum zu projizieren<br />
• 3 zentrale Komponenten:<br />
• Visualisierung (Cyberhelm)<br />
• Navigation (Omnidirektionales Laufband aus<br />
Rollen)<br />
• Interaktion (Datenhandschuh)<br />
• Sensoren überwachen Position und Blickrichtung des<br />
Menschen<br />
Anwendungsszenarien für die Lehre: Atomkraftwerk, Marslandschaft, Produktionsstätten…<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Das Virtual Theatre am <strong>IMA</strong><br />
57<br />
• Visualisierung<br />
• Navigation<br />
• Interaktion<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Eindrücke...<br />
58<br />
Wie ein Institut seiner nicht-rheinischen Chefin<br />
das Konzept von Karneval erklärt…<br />
März 2012<br />
S. Jeschke
Herzlichen Dank für<br />
Ihre Aufmerksamkeit!<br />
Prof. Dr. rer. nat. Sabina Jeschke<br />
<strong>IMA</strong>/<strong>ZLW</strong> & <strong>IfU</strong> der <strong>RWTH</strong> <strong>Aachen</strong><br />
VDI Ausschuss Aus- und Weiterbildung<br />
Ingenieurwissenschaften<br />
Düsseldorf, März 2012<br />
www.ima-zlw-ifu.rwth-aachen.de
Prof. Dr. rer. nat. Sabina Jeschke<br />
1968 Geboren in Kungälv/Schweden<br />
1991 Geburt Sohn Björn-Marcel<br />
1991 – 1997 Studium der Physik, Mathematik und Informatik, TU Berlin<br />
1994 NASA Ames Research Center, Moffett Field, CA/USA<br />
10/1994 Aufnahme in die Studienstiftung des Deutschen Volkes<br />
1997 Diplom Physik<br />
1997 – 2000 Wiss. Mitarbeiterin, TU Berlin, Institut für Mathematik<br />
2000 – 2001 Lecturer, Georgia Institute of Technology, GA/USA<br />
2001 – 2004 Projektleitungen, TU Berlin, Institut für Mathematik<br />
04/2004 Promotion zur Dr.rer.nat., TU Berlin, im Gebiet der Informatik<br />
ab 2004 Aufbau & Leitung des Multimedia-Zentrums der TU Berlin<br />
2005 – 2007 Juniorprofessorin „Neue Medien in Mathematik & Naturwissenschaften“ &<br />
Direktorin Medienzentrum MuLF, TU Berlin<br />
2007 – 2009 Univ.-Professorin, Institut für IT Service Technologien (IITS) &<br />
Direktorin des Rechenzentrums (RUS), Fakultät Elektrotechnik, Universität Stuttgart<br />
seit 06/2009 Univ.-Professorin, Lehrstuhl Informationsmanagement im Maschinenbau <strong>IMA</strong><br />
& Zentrum für Lern- und Wissensmanagement <strong>ZLW</strong><br />
& An-Institut für Unternehmenskybernetik <strong>IfU</strong> der <strong>RWTH</strong> <strong>Aachen</strong><br />
seit 06/2009 Prodekanin der Fakultät für Maschinenbau der <strong>RWTH</strong> <strong>Aachen</strong>
Change language