Methodik zur kompetenzorientierten Gestaltung und Implementierung von virtuellen Lehr-Lern-Konzepten für Lernfabriken

Riemann, Thomas (2023)
Methodik zur kompetenzorientierten Gestaltung und Implementierung von virtuellen Lehr-Lern-Konzepten für Lernfabriken.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00024204
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/24204

Kurzbeschreibung (Abstract)

Lernfabriken haben sich in den vergangenen Jahren zum etablierten Werkzeug zur Vermittlung produktionsrelevanter Kompetenzen entwickelt. Dabei erhalten Teilnehmer:innen die Möglichkeit, vermitteltes Wissen über Konzepte und Methoden direkt in einer realitätsnahen Umgebung zu erproben. Obwohl das Konzept der Lernfabrik im Vergleich zu klassischen Lernarrangements diverse Potentiale (z. B. Realitätsnähe, praxisnahe Lernumgebung) bietet, ist es doch mit Limitationen (z. B. Abbildungsfähigkeit, Wandlungsfähigkeit, Mobilität) verbunden. Neue Technologien wie Virtual Reality können hierbei Abhilfe schaffen.

Es wird gezeigt, dass bisherige Gestaltungsansätze den Einsatz von Virtual Reality in Lernfabriken nicht fokussieren. Bestehende Gestaltungsansätze beschäftigen sich allenfalls am Rande mit derartigen Virtualisierungsaspekten. Eine gezielte Betrachtung der Technologie Virtual Reality findet somit nicht statt. Die vorliegende Forschungsarbeit hat zum Ziel, eine wissenschaftlich fundierte, erprobte und im praktischen Kontext anwendbare Methodik zur kompetenzorientierten Gestaltung und Implementierung von virtuellen Lehr-Lern-Konzepten für Lernfabriken zu entwickeln. Dazu werden bestehende Ansätze zur kompetenzorientierten Gestaltung von physischen Lernfabriken durch Betrachtungen im Hinblick auf die Eigenheiten der Technologie Virtual Reality weiterentwickelt.

Die in der vorliegenden Forschungsarbeit entwickelte Methodik teilt sich in insgesamt drei Methodikbausteine auf. Sie wird durch zwei flankierende Methodikbausteine zur Softwareentwicklung und Auswahl der allgemeinen Entwicklungsmethode ergänzt.

In Methodikbaustein I werden die Rahmenbedingungen für das Lehr-Lern-Konzept analysiert. Ausgehend vom organisationalen Umfeld, der Zielgruppe sowie den intendierten Kompetenzen werden die potenziellen Handlungsfelder für den Einsatz von Virtual Reality definiert. Hierbei werden Herausforderungen identifiziert und Zielsetzungen für den individuellen Anwendungsfall definiert. Abschließend werden technische, organisationale und didaktische Anforderungen abgeleitet, kategorisiert und priorisiert. In Methodikbaustein II wird zunächst ein geeignetes Virtual-Reality-System ausgewählt. Die anschließende Gestaltung des virtuellen Lehr-Lern-Szenarios erfolgte durch die kompetenzorientierte Ableitung geeigneter Szenarioalternativen und dazugehöriger -elemente. Für diese erfolgt im Anschluss eine Detailgestaltung, welche für jedes Szenarioelement geeignete Gestaltungselemente vorsieht und diese zu zielgruppenorientierten Gestaltungselementpaketen zusammenfasst. Methodikbaustein III beschreibt abschließend die Integration des entwickelten Lehr-Lern-Konzept. Hierzu finden neben Erprobungen im Hinblick auf die Nutzbarkeit und Eignung zur Kompetenzentwicklung auch die notwendigen Maßnahmen zur Implementierung statt. Die am Schluss durchgeführte Betrachtung zur Weiterentwicklung stellt die nachhaltige Integration sicher.

Die in dieser Forschungsarbeit entwickelte Methodik wurde in einem Anwendungsfall angewendet und durch Expert:innen bewertet. In diesem Zusammenhang wurde ein Vergleichsexperiment durchgeführt, bei dem ein virtuelles Lehr-Lern-Konzept als Ergebnis dieser Methodik mit einem bestehenden physischen Lehr-Lern-Konzept verglichen wurde. Die durchgeführte Kompetenzmessung konnte die Nutzbarkeit und Eignung zur Kompetenzentwicklung bestätigen. Die ergänzend durchgeführte Expert:innenbefragung konnte zudem die Erfüllung der an die Methodik gestellten Anforderungen nachweisen. Abschließend lässt sich feststellen, dass im Rahmen dieser Forschungsarbeit eine Methodik entwickelt wurde, welche die Gestaltung virtueller Lehr-Lern-Konzept für Lernfabriken ermöglicht. Dabei konnte auf bestehende Ansätze aufgebaut und diese im Hinblick auf den Virtual-Reality-Einsatz konsequent weiterentwickelt werden. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Lernfabrik-Forschung und gibt Lernfabrikentwickler:innen ein systematisches Vorgehen für die Gestaltung innovativer virtueller Lehr-Lern-Konzept an die Hand.

Typ des Eintrags:

Dissertation

Erschienen:

2023

Autor(en):

Riemann, Thomas

Art des Eintrags:

Erstveröffentlichung

Titel:

Methodik zur kompetenzorientierten Gestaltung und Implementierung von virtuellen Lehr-Lern-Konzepten für Lernfabriken

Sprache:

Deutsch

Referenten:

Metternich, Prof. Dr. Joachim ; Grell, Prof. Dr. Petra

Publikationsjahr:

2023

Ort:

Darmstadt

Kollation:

x, 217 Seiten

Datum der mündlichen Prüfung:

28 Juni 2023

DOI:

10.26083/tuprints-00024204

URL / URN:

https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/24204

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

In recent years, learning factories have become an established tool for teaching production-related skills. Participants are given the opportunity to try out the knowledge they have gained about concepts and methods directly in a realistic environment. Although the concept of the learning factory offers various potentials compared to classical learning arrangements (e.g., closeness to reality, practical learning environment), it is nevertheless associated with limitations (e.g., imageability, adaptability, mobility). New technologies such as virtual reality can provide a solution.

It is shown that existing design approaches do not focus on the use of virtual reality in learning factories. Existing design approaches deal at best marginally with such virtualization aspects. Thus, a targeted consideration of virtual reality technology does not take place. The present research work aims at developing a scientifically based, tested and in the practical context applicable methodology for the competency-oriented design and implementation of virtual teaching-learning concepts for learning factories. For this purpose, existing approaches for the competency-oriented design of physical learning factories are further developed through considerations with regard to the peculiarities of virtual reality technology.

The methodology developed in the present research work is divided into a total of three methodology modules. It is complemented by two flanking methodology modules for software development and selection of the general development method.

In methodology module I, the framework conditions for the teaching-learning concept are analyzed. Based on the organizational environment, the target group and the intended competencies, the potential fields of action for the use of virtual reality are defined. Challenges are identified and objectives for the individual use case are defined. Finally, technical, organizational and didactic requirements are derived, categorized and prioritized. In methodology module II, a suitable virtual reality system is first selected. The subsequent design of the virtual teaching-learning scenario is carried out through the competency-oriented derivation of suitable scenario alternatives and associated elements. For these, a detailed design is subsequently carried out, which provides suitable design elements for each scenario element and combines them into target group-oriented design element packages. Methodology module III describes the integration of the developed teaching-learning concept. In addition to testing the usability and suitability for the development of competencies, the necessary measures for implementation are also taken. The final consideration of further development ensures sustainable integration.

The methodology developed in this research work was applied in a use case and evaluated by experts. In this context, a comparative experiment was conducted in which a virtual teaching-learning concept as a result of an application of this methodology was compared with an existing physical teaching-learning concept. The conducted competency measurement confirmed the usability and suitability for competency development. In addition, the supplementary expert survey was able to prove the fulfillment of the requirements placed on the methodology. Finally, it can be stated that a methodology was developed within the framework of this research work, which enables the design of virtual teaching-learning concepts for learning factories. In doing so, it was possible to build on existing approaches and to consistently develop them further with regard to virtual reality application. The present work contributes to learning factory research and provides learning factory developers with a systematic procedure for the design of innovative virtual teaching-learning concepts.

Englisch

Freie Schlagworte:

Lernfabriken, Virtual Reality, Weiterbildung, Produktion, Digitalisierung

Status:

Verlagsversion

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-242040

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC):

600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau

Fachbereich(e)/-gebiet(e):

16 Fachbereich Maschinenbau
16 Fachbereich Maschinenbau > Institut für Produktionsmanagement und Werkzeugmaschinen (PTW)
16 Fachbereich Maschinenbau > Institut für Produktionsmanagement und Werkzeugmaschinen (PTW) > CiP Center für industrielle Produktivität

Hinterlegungsdatum: