Keywords: Hybrid Online Labs, virtuelle und Remote-Labs, GOLDi-labs.net, Ingenieursausbildung, Informatik, webbasierte Bildungsangebote, TU Ilmenau

GOLDi (Grid of Online Lab Devices Ilmenau) steht für ein Netzwerkkonzept (eine Remote-Lab Cloud), mit dem eine universelle, flexible und robuste Nutzung einer Remote-Lab Infrastruktur realisiert wird. Die hybriden Online-Labs ermöglichen zum einen Remote-Experimente an realen elektromechanischen Hardwaremodellen (physikalische Systeme) sowie an Simulationen dieser physikalischen Systeme in virtuellen Experimenten. Die verwendete Online-Lab Infrastruktur basiert auf einer sogenannten Gridstruktur, die auf der einen Seite verschiedene webbasierte Steuereinheiten (z.B. Mikrocontroller, programmierbare Logikschaltkreise, FSM-Interpreter) und auf der anderen Seite die einzelnen physikalischen Systeme zu webbasierten Experimenten konfiguriert. Andererseits erlaubt die Verwaltung mehrerer Online-Labs an verschiedenen Standorten weltweit einen Austausch von Experimenten unter den beteiligten Partnereinrichtungen. Gegenwärtig sind neben dem Remote-Lab in Ilmenau noch 9 weitere an Partner-Universitäten in Georgien, Armenien und der Ukraine über die zentrale GOLDi-Webseite (GOLDi-labs.net) zugänglich und buchbar. Alle Labs basieren auf der GOLDi Architektur.

Die aktuellen Einsatzszenarien von GOLDi-labs.net konzentrieren sich derzeit auf Studierende in den Ingenieurwissenschaften. Dies sind Präsenzstudierende, Fernstudenten, Studenten in Sommerkursen der beteiligten internationalen Einrichtungen sowie auch auf Studierende in deutschsprachigen Studiengängen an Partnerhochschulen (z. B. Brasov, Moskau, St. Petersburg). An der TU Ilmenau ist das Online-Lab in alle Phasen der Ingenieursausbildung (Vorlesungen, Seminare, Praktika, Projektarbeiten) für alle Studierende integriert, um ein tieferes Verständnis der fachlichen Inhalte und Zusammenhänge zu fördern sowie die Kompetenzentwicklung in den Bereichen Kreativität und Problemlösungsvermögen zu unterstützen.

Die Studierenden haben die Möglichkeit, Steuerungsalgorithmen mit verschiedenen Entwurfstechniken zu entwickeln, diese an den realen elektromechanischen Modellen im Online-Labor zu testen und das Experiment via Internet zu beobachten (z. B. Modelle eines Fahrstuhls, eines Hochregallagers, einer Fertigungszelle). Ergänzend stehen rein virtuelle Experimentierumgebungen, „Living Pictures“ in Form von interaktiven HTML5/JavaScript-Applikationen sowie Tools für verschiedene Schritte im Entwurfsprozess digitaler Systeme zur Verfügung.

Zunehmend erfolgt an der TU Ilmenau ein Zuschnitt von Lehrformaten und didaktischen Szenarien auf individuelle Bedürfnisse der Studierenden, die sich aus Ihrer Heterogenität hinsichtlich der Vorkenntnisse, individueller Lernstile und organisatorischer Rahmenbedingungen ergeben. Die einzelnen Materialien und Experimente werden von den Studierenden in unterschiedlichen Phasen des Lernprozesses genutzt- für Demonstrationszwecke im Rahmen des (ggf. betreuten) Selbststudiums genauso wie zur Vorbereitung von Experimenten und Praktika. Besondere Vorteile sind die Möglichkeit der Arbeit mit realen Modellen ohne Notwendigkeit einer Vor-Ort-Anwesenheit in Ilmenau und die permanente Verfügung an 7 Tagen pro Woche bis zu 24 Stunden am Tag. Goldi-labs.net eignet sich deshalb in besonderem Maße zur Unterstützung eigenständiger und selbstorganisierter Lernprozesse der Studierenden.
Der Einsatz von GOLDi-labs.net ist in einer Reihe didaktischer Szenarien denkbar (und auch schon erprobt): In Vorlesungen und Seminaren lassen sich fachliche Inhalte und Zusammenhänge anschaulich demonstrieren. POL- und POB-Szenarien lassen sich genauso unterstützen wie die Lehrmethoden JiTT (Just in Time Teaching) und „Flipped Classroom“. Ermöglicht wird eine zeitgemäße Qualität in der akademischen Lehre - auch wenn diese mit begrenzten Ressourcen für eine große Anzahl an Studierenden angeboten werden soll.

Aktuell wurde mit der Entwicklung eines geeigneten FmS (Ferngesteuerten modularen Systemroboter) begonnen, der als neues Modell in GOLDi-labs.net integriert wird. Konzeptionell baut dieser auf dem „Autonomen Miniaturtransporter“ (AMT) auf. Die AMT sind Ergebnisse der Projektarbeiten von Bachelor-Studierenden der BASIC-Modellgruppen, die diese in Projektgruppen während der ersten beiden Semester entwerfen, herstellen, testen, dokumentieren und präsentieren. Diese Projektaufgaben vereinen konstruktive Aufgaben, elektrotechnische Grundlagen in der Sensorsignalverarbeitung sowie Informatikmethoden und Softwareentwurf für den Entwurf einer programmierbaren Steuerung. Das Konzept des FmS im GOLDi-labs.net ermöglicht die Erweiterung des Spektrum möglicher Praktikums- und Projektaufgaben sowie die Nutzung durch alle Ingenieurstudierenden der TU Ilmenau.

Im Rahmen zweier EU-Programme im Rahmen von „Tempus“ wurde die Entwicklung von GOLDi-labs.net unterstützt:

(ICo-op-Industrial Cooperation und Creative Engineering Education based on Remote Engineering and Virtual Instrumentation“, FKZ: 530278-TEMPUS-1-2012-1-DE-TEMPUS-JPHES“www-ICo-op.eu; DesIRE – Developement of Embedded System Courses with implementation of Innovative Virtual approaches for Integration of Research , Education and Production in UA, GE, AM“, FKZ: 544091-TEMPUS-1-2013-1-BE-TEMPUS-JPCR, http://tempus-desire.thomasmore.be).

Das Projekt „Basic Engineering School – Neue Lehr- und Lernformen in der Ingenieurausbildung – insbesondere in der Studieneingangsphase“ ist ein Projekt an der TU Ilmenau im BMBF-Programm für bessere Studienbedingungen und mehr Qualität in der Lehre (FKZ: 01PL11102, www.tu-ilmenau.de/basic).

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