Digitalisierung Didaktisch Denken
Das Projekt Digitalisierung Didaktisch Denken D3 verbindet die Entwicklung komplexer digitaler Lehr-Lerninhalte mit zentralen Unterstützungsstrukturen digitaler Lehre an der Hochschule Esslingen. Zentralidee des Projektes ist es, die zu fördernde Digitalisierung der Lehre konsequent in eine didaktisch fundierte Lehrveranstaltungsentwicklung einzulagern und in den Kontext der Qualität der Lehre zu stellen. Dabei werden in zwei Handlungsfeldern die individuelle und selbstgesteuerte Wissensaneignung in den Grundlagenfächern sowie komplexe Problemlösefähigkeiten und forschendes Lernen in den anwendungsbezogenen Fächern der ingenieurwissenschaftlichen Studiengänge gefördert. Hierzu werden ausgewählte Module didaktisch erneuert und um digitale Lehr-Lernelemente angereichert. Die Entwicklung wird ausgesteuert durch einen definierten Begleitprozess, didaktische sowie medientechnische Unterstützung und durch eine Begleitforschung, die auf der Basis der empirischen Bildungsforschung die Wirksamkeit der Maßnahmen untersucht und deren Ergebnisse in das laufende Projekt einspeist.
Auf einen Blick
Ausführliche Beschreibung
In sechs Teilprojekten wurden – gebündelt in zwei Handlungsfeldern – innovative, digital gestützte Lehr-Lern-Szenarien entwickelt, erprobt und in den Regelbetrieb überführt.
Handlungsfeld 1 stärkt selbstreguliertes Lernen im mathematisch-naturwissenschaftlichen Grundstudium: TP1 „Digitales Mathematikwissen“ und TP2 „Digitalisierte Übungsaufgaben mit individualisiertem, überwiegend formativen Feedback“. Handlungsfeld 2 adressiert problem- und forschungsorientiertes Lernen in der Laborarbeit: TP3 „Digitaler Zwilling in Bioprozessen“, TP4 „Digitale Zwillinge mechatronischer Systeme“ sowie TP5/TP6 „Virtuelle, ferngesteuerte Labore“ für Mikroalgen bzw. Umweltanalytik. Vertiefende Einblicke in Ziele, Umsetzung und Ergebnisse bieten die sechs Kurzvideos im Transferkiosk unter „projektbezogenes Material“.
Über den Projekthorizont hinaus hat D³ die hochschulweite Lehrentwicklung sichtbar gestärkt: Digitale Formate wurden als regulärer Bestandteil von Lehre und Curriculum weiterentwickelt, und es entstanden tragfähige Kooperationslinien zwischen Fakultäten, zentraler Lehrunterstützung (Referat Lehre und Weiterbildung) und IT-Services. Eigenentwicklungen wie matlas (Mathematik-Wissenslandkarte) und SimLive (Modellierung digitaler Zwillinge) sowie die Fernzugriffsinfrastruktur erweitern das digitale Portfolio substanziell. Rückmeldungen von Studierenden verweisen auf einen wahrgenommenen Lernzuwachs und eine hohe Zufriedenheit mit erweiterten, zeit- und ortsunabhängigen Lerngelegenheiten sowie authentischen, anwendungsnahen Problemstellungen.
Ein zentrales Ergebnis ist das mehrdimensionale Transferkonzept: Neben der curriculären Implementierung wurden im Referat Lehre und Weiterbildung „Transferkarten“ als kuratierte Sammlung bewährter Lehrmethoden aufgebaut und um die im Projekt erprobten Szenarien ergänzt. Prozessbegleitendes Coaching etablierte sich als Ansatz, der Lehrende in Design-, Erprobungs- und Reflexionsschleifen begleitet und damit Qualitätsentwicklung, Transparenz und Skalierbarkeit der Innovationen unterstützt. Flankiert wurde dies durch verbindliche Austausch- und Steuerungsformate (u. a. Steuerungskreis, Semester-Kick-offs, bilaterale Coachings, offene Netzwerktreffen).
Learnings auf Projektebene: Personelle Engpässe – insbesondere in IT-nahen Rollen – erfordern arbeitsmarktnah zugeschnittene, flexibel handhabbare Stellenprofile sowie bei Bedarf die Bündelung von Teilzeitstellen. Ein iteratives Vorgehen mit frühen Praxistests und kontinuierlichen Feedbackschleifen erhöht Passung und Akzeptanz digitaler Elemente. Die systematische Beteiligung von Studierenden (Evaluation, Hiwi-Tätigkeiten, Abschlussarbeiten) verbessert Nutzbarkeit und Weiterentwicklung. Für Tool-Einführungen sind eine frühzeitige Einbindung des Rechenzentrums, klare Verantwortlichkeiten an Schnittstellen sowie – insbesondere bei Datenzugriffen – passgenaue hochschulinterne Lösungen für den sicheren Betrieb entscheidend.
Für die Verstetigung gilt: Digitale Lehr-Lern-Arrangements sollten konsequent in Studiengang- und Modulrevisionen verankert werden (inkl. Prüfungsordnung und Modulbeschreibungen) und durch regelmäßige Berichte in Fakultätsgremien sowie hochschulweite Austauschformate dauerhaft sichtbar bleiben.
Kontakt
Vibrometer-basierte Justierung digitaler Zwillinge
In der Projektfortsetzung wurde die Anforderung aufgenommen, das Schwingungsverhalten physischer Versuche zu erfassen, um die digitalen Zwillinge justieren zu können. Für eine schnelle und unkomplizierte Messung von Schwingungen in verschiedenen experimentellen Setups wurde ein Laservibrometer beschafft.
Maßnahme anzeigenFertigung Versuchsaufbau-Komponenten mit 3D-Druck
Durch 3D-Druck konnten spezifische Komponenten bedarfsgerecht konstruiert und gefertigt werden, wodurch sich zeitintensive Entwicklungszyklen (Recherche, Beschaffung, Prüfung, Anpassung) deutlich verkürzten. Ein weiterer Vorteil des 3D-Drucks liegt darin, dass Anpassungen auf Basis bestehender Konstruktionsdaten schnell eingearbeitet oder defekte Teile bei Bedarf schnell ersetzt werden konnten.
Maßnahme anzeigenDigitaler Zwilling durch Minimum Viable Product
In Anlehnung an agile Methoden wurde ausgehend von einem ersten lauffähigen Prototyp (MVP) des digitalen Zwillings schrittweise eine zunehmende Anzahl von Funktionen implementiert. Dadurch konnte der digitale Zwilling frühzeitig mit Studierenden getestet, evaluiert und optimiert werden. So wurde eine langwierige Entwicklung ohne zwischenzeitliches Feedback von Studierenden vermieden.
Maßnahme anzeigenDigitale Mathematik-, Statistik- u. Physikaufgaben
Die Aufgaben sind durch Moodle und STACK umgesetzt und bieten zufallsbedingte Varianten, Feedback und automatische Auswertung. Dadurch können Studierende im Selbststudium unterstützt werden, also selbstän-dig eine Vielzahl von Übungsaufgaben bearbeiten und ihre Fertigkeiten und Kenntnisse prüfen. Zudem kön-nen Dozierende Online-Tests gestalten, um den Lernstand der Studierenden effizient zu prüfen.
Maßnahme anzeigenAufbau & Etablierung didaktischer Supportstruktur
Die Maßnahme zielte darauf ab, eine hochschulweite didaktische Supportstruktur aufzubauen, um die zuvor stark technikorientierte Perspektive der digitalen Lehre um fundierte didaktische Begleitung zu ergänzen und Lehrende systematisch zu qualifizieren. Der iterative Entwicklungsprozess integrierte vielfältige Zugangs- und Austauschformate – darunter Hospitationen, Coachings, Sprechstunden, Workshops, didaktische Hochschulveranstaltungen, Kurzvideos der Teilprojekte und Gremienarbeit – und ermöglichte eine Such- und Erprobungsphase mit kontinuierlichem Feedback aus der Lehrpraxis. Als besonders wirksam erwiesen sich die Formate Hospitation und Coaching, und die entwickelten Herangehensweisen, Kommunikationswege und Zugänge wurden nachhaltig in das Angebot des Referats Lehre und Weiterbildung überführt.
Maßnahme anzeigenErweiterung der Evaluation mit Fachexperten
Die Rahmenbedingungen für eine empirische Evaluation sind in der Praxis nicht immer gegeben, gerade in kleinen Studiengängen oder Wahlpflichtfächern, die nur im jährlichen Turnus angeboten werden, können nicht immer Best-Practice-Ansätze verfolgt werden. Um den damit verbundenen Nachteilen entgegenzuwirken, wurden zusätzlich Prototypen-Tests mit Fachexperten aus dem Kollegium durchgeführt.
Maßnahme anzeigenErwartungsabfrage zur Planung dig. Lehreinheiten
Zu Beginn der Entwicklungsphase konnten keine statistisch relevanten Erhebungen durchgeführt werden, da die digitalen Aufbauten erst entwickelt wurden. In Gesprächen wurde das Evaluationspotenzial ermittelt. Ziel: praxisnahe Erkenntnisse zu Aufbau, Integration in Vorlesungen und Teamarbeit unter Studierenden. Es entstanden bedarfsgerechte Erwartungsabfragen zur Entwicklung digitaler Lerneinheiten.
Maßnahme anzeigenUmstrukturierung der Software-Architektur
"Durch die Umstrukturierung der Software-Architektur und den Wechsel der Programmiersprache von Matlab® auf den Open-Source-Code Python konnte eine Verringerung des Programmieraufwandes sowie eine Verbesserung der grafischen Oberfläche und der Bedienbarkeit erzielt werden."
Maßnahme anzeigenImplementierung des Matlab-Web-App-Servers
In der Konzeptionsphase wurde die Anforderung aufgenommen, den digitalen Zwilling auch im Browser verfügbar zu machen, um eine bessere Integration in Moodle, der Lernplattform der Hochschule, zu ermöglichen. Der Matlab-Web-App-Server bietet die Möglichkeit, Matlab-Apps, die ansonsten nur als eigenständige Installation verfügbar sind, im Browser auszuführen.
Maßnahme anzeigenEntwicklung digitaler Mathematik-Atlas „matlas“
Mit matlas können Studierende alle wichtigen Themen der Mathematik im Grundstudium über eine digitale Wissenslandkarte interaktiv erkunden und sich Wissen ergänzend zu Vorlesungen selbstständig aneignen. Über einen zentralen Einstiegspunkt ist matlas hochschulweit zugänglich. Über Lerneinheiten sind sämtliche multimediale Lernmaterialien, wie z.B. Lehrvideos und Foliensätze, zugänglich.
Maßnahme anzeigenErweiterung Versuchstand und Algenkulturen
Durch die Erweiterung des Versuchsstandes um einen zweiten Photobioreaktor konnte zum einen ein redundantes System aufgebaut werden und zum anderen eine didaktisch verbesserte Einteilung der studentischen Versuchsgruppen (auch mit neuen Algenstämmen) erzielt werden.
Maßnahme anzeigenTransferkarten als ein Instrument zur Verankerung
Die Maßnahme „Transferkarten“ diente der systematischen Verankerung und Verstetigung digitaler Innovationen sowie der hochschulweiten Vernetzung von Lehrenden. Ziel war es, die im Projektverlauf entwickelten oder identifizierten digitalen Tools, didaktischen Konzepte und Lehr-Lernszenarien in ein prägnantes, leicht zugängliches Format zu überführen. In Kooperation mit dem Referat Lehre und Weiterbildung wurden didaktische Kriterien erarbeitet, die eine einfache, zielgerichtete und transparente Darstellung dieser Inhalte ermöglichen. Die Transferkarten machen digitale Lehr-Lernszenarien und Tools sichtbar, indem sie deren didaktische Zielsetzungen, Einsatzszenarien, Rahmenbedingungen, weiterführende Materialien und Links sowie zentrale Hinweise und Kontaktinformationen der beteiligten Lehrenden bündeln. Um die Transferkarten als dauerhaftes Instrument an der Hochschule zu etablieren und die im D³-Projekt entstandenen Inhalte langfristig nutzbar zu machen, wurden weitere Lehrende aktiv e
Maßnahme anzeigen
Vibrometer-basierte Justierung digitaler Zwillinge
In der Projektfortsetzung wurde die Anforderung aufgenommen, das Schwingungsverhalten physischer Versuche zu erfassen, um die digitalen Zwillinge justieren zu können. Für eine schnelle und unkomplizierte Messung von Schwingungen in verschiedenen experimentellen Setups wurde ein Laservibrometer beschafft.
Maßnahme anzeigenFertigung Versuchsaufbau-Komponenten mit 3D-Druck
Durch 3D-Druck konnten spezifische Komponenten bedarfsgerecht konstruiert und gefertigt werden, wodurch sich zeitintensive Entwicklungszyklen (Recherche, Beschaffung, Prüfung, Anpassung) deutlich verkürzten. Ein weiterer Vorteil des 3D-Drucks liegt darin, dass Anpassungen auf Basis bestehender Konstruktionsdaten schnell eingearbeitet oder defekte Teile bei Bedarf schnell ersetzt werden konnten.
Maßnahme anzeigenDigitaler Zwilling durch Minimum Viable Product
In Anlehnung an agile Methoden wurde ausgehend von einem ersten lauffähigen Prototyp (MVP) des digitalen Zwillings schrittweise eine zunehmende Anzahl von Funktionen implementiert. Dadurch konnte der digitale Zwilling frühzeitig mit Studierenden getestet, evaluiert und optimiert werden. So wurde eine langwierige Entwicklung ohne zwischenzeitliches Feedback von Studierenden vermieden.
Maßnahme anzeigenDigitale Mathematik-, Statistik- u. Physikaufgaben
Die Aufgaben sind durch Moodle und STACK umgesetzt und bieten zufallsbedingte Varianten, Feedback und automatische Auswertung. Dadurch können Studierende im Selbststudium unterstützt werden, also selbstän-dig eine Vielzahl von Übungsaufgaben bearbeiten und ihre Fertigkeiten und Kenntnisse prüfen. Zudem kön-nen Dozierende Online-Tests gestalten, um den Lernstand der Studierenden effizient zu prüfen.
Maßnahme anzeigenAufbau & Etablierung didaktischer Supportstruktur
Die Maßnahme zielte darauf ab, eine hochschulweite didaktische Supportstruktur aufzubauen, um die zuvor stark technikorientierte Perspektive der digitalen Lehre um fundierte didaktische Begleitung zu ergänzen und Lehrende systematisch zu qualifizieren. Der iterative Entwicklungsprozess integrierte vielfältige Zugangs- und Austauschformate – darunter Hospitationen, Coachings, Sprechstunden, Workshops, didaktische Hochschulveranstaltungen, Kurzvideos der Teilprojekte und Gremienarbeit – und ermöglichte eine Such- und Erprobungsphase mit kontinuierlichem Feedback aus der Lehrpraxis. Als besonders wirksam erwiesen sich die Formate Hospitation und Coaching, und die entwickelten Herangehensweisen, Kommunikationswege und Zugänge wurden nachhaltig in das Angebot des Referats Lehre und Weiterbildung überführt.
Maßnahme anzeigenErweiterung der Evaluation mit Fachexperten
Die Rahmenbedingungen für eine empirische Evaluation sind in der Praxis nicht immer gegeben, gerade in kleinen Studiengängen oder Wahlpflichtfächern, die nur im jährlichen Turnus angeboten werden, können nicht immer Best-Practice-Ansätze verfolgt werden. Um den damit verbundenen Nachteilen entgegenzuwirken, wurden zusätzlich Prototypen-Tests mit Fachexperten aus dem Kollegium durchgeführt.
Maßnahme anzeigenErwartungsabfrage zur Planung dig. Lehreinheiten
Zu Beginn der Entwicklungsphase konnten keine statistisch relevanten Erhebungen durchgeführt werden, da die digitalen Aufbauten erst entwickelt wurden. In Gesprächen wurde das Evaluationspotenzial ermittelt. Ziel: praxisnahe Erkenntnisse zu Aufbau, Integration in Vorlesungen und Teamarbeit unter Studierenden. Es entstanden bedarfsgerechte Erwartungsabfragen zur Entwicklung digitaler Lerneinheiten.
Maßnahme anzeigenUmstrukturierung der Software-Architektur
"Durch die Umstrukturierung der Software-Architektur und den Wechsel der Programmiersprache von Matlab® auf den Open-Source-Code Python konnte eine Verringerung des Programmieraufwandes sowie eine Verbesserung der grafischen Oberfläche und der Bedienbarkeit erzielt werden."
Maßnahme anzeigenImplementierung des Matlab-Web-App-Servers
In der Konzeptionsphase wurde die Anforderung aufgenommen, den digitalen Zwilling auch im Browser verfügbar zu machen, um eine bessere Integration in Moodle, der Lernplattform der Hochschule, zu ermöglichen. Der Matlab-Web-App-Server bietet die Möglichkeit, Matlab-Apps, die ansonsten nur als eigenständige Installation verfügbar sind, im Browser auszuführen.
Maßnahme anzeigenEntwicklung digitaler Mathematik-Atlas „matlas“
Mit matlas können Studierende alle wichtigen Themen der Mathematik im Grundstudium über eine digitale Wissenslandkarte interaktiv erkunden und sich Wissen ergänzend zu Vorlesungen selbstständig aneignen. Über einen zentralen Einstiegspunkt ist matlas hochschulweit zugänglich. Über Lerneinheiten sind sämtliche multimediale Lernmaterialien, wie z.B. Lehrvideos und Foliensätze, zugänglich.
Maßnahme anzeigenErweiterung Versuchstand und Algenkulturen
Durch die Erweiterung des Versuchsstandes um einen zweiten Photobioreaktor konnte zum einen ein redundantes System aufgebaut werden und zum anderen eine didaktisch verbesserte Einteilung der studentischen Versuchsgruppen (auch mit neuen Algenstämmen) erzielt werden.
Maßnahme anzeigenTransferkarten als ein Instrument zur Verankerung
Die Maßnahme „Transferkarten“ diente der systematischen Verankerung und Verstetigung digitaler Innovationen sowie der hochschulweiten Vernetzung von Lehrenden. Ziel war es, die im Projektverlauf entwickelten oder identifizierten digitalen Tools, didaktischen Konzepte und Lehr-Lernszenarien in ein prägnantes, leicht zugängliches Format zu überführen. In Kooperation mit dem Referat Lehre und Weiterbildung wurden didaktische Kriterien erarbeitet, die eine einfache, zielgerichtete und transparente Darstellung dieser Inhalte ermöglichen. Die Transferkarten machen digitale Lehr-Lernszenarien und Tools sichtbar, indem sie deren didaktische Zielsetzungen, Einsatzszenarien, Rahmenbedingungen, weiterführende Materialien und Links sowie zentrale Hinweise und Kontaktinformationen der beteiligten Lehrenden bündeln. Um die Transferkarten als dauerhaftes Instrument an der Hochschule zu etablieren und die im D³-Projekt entstandenen Inhalte langfristig nutzbar zu machen, wurden weitere Lehrende aktiv e
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Mechanik mit nichtlinearen finiten Elementen - Digitale Lehr- und Lernmethoden
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