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Laborpraktika digital Mit dem „Buddy“ im Labor

Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Das Thema Digitalisierung ist in Zeiten von Homeoffice und Corona aktueller denn je. Auch die Lehre an den Universitäten fand im Coronajahr 2020 größtenteils digital statt. Doch Laborpraktika digitalisieren? Das kann nicht funktionieren – oder? An der Uni Jena ist ein vom DAAD gefördertes Pilotprojekt gestartet.

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Abb. 1: Prof. Dr. Thomas Pertsch bietet für den internationalen Masterstudiengang Photonics auch „digitale Laborarbeit“ an.
Abb. 1: Prof. Dr. Thomas Pertsch bietet für den internationalen Masterstudiengang Photonics auch „digitale Laborarbeit“ an.
(Bild: www.annaschroll.de)

LP: Ein wichtiger Bestandteil naturwissenschaftlicher Studiengänge sind die Praktika im Labor. Herr Prof. Pertsch, Sie bieten für den internationalen Masterstudiengang Photonics „digitale Laborarbeit“ an. Geht das?

Prof. Dr. Thomas Pertsch: Die Praktika und forschungspraktischen Module sind das Herzstück unseres Masterstudiengangs. Bei uns ausgebildete Photonik-Studierende haben im Studium extrem viel Praxiserfahrung im Labor, um dabei eigene Forschungsfragestellungen mit zunehmender Selbständigkeit zu bearbeiten. Die Studierenden können z. B. einen Laser justieren, verschiedenste optische und elektronische Messtechniken in sinnvoller Weise miteinander kombinieren und natürlich komplexe Experimentalaufbauten selber planen und umsetzen. Diese Erfahrung zeichnet unsere Absolventen aus. Den Erwerb dieser Fähigkeiten zumindest teilweise ins Digitale zu verlagern, stellt eine der größten Herausforderungen in der akademischen Lehre dar. Wir wollen jedoch verschiedene Lösungs­ansätze ausprobieren und werden dabei durch den DAAD im Rahmen des Förderprojektes digiPHOTON unterstützt.

LP: Welche Ansätze sind dies?

Prof. Pertsch: Einerseits könnte es möglich sein, wesentliche Anteile der Praktika in virtuelle Räume zu übertragen. Dabei kommen Technologien und Interaktionsschemata der virtuellen und augmentierten Realität zum Einsatz. So wird es möglich sein, Labore und Experimentalaufbauten virtuell zu betreten und darin etablierte Trainingsmodule zu absolvieren, ohne dass dafür echte Präsenz erforderlich ist.

Eine zweite Möglichkeit ist eine Art Buddy-Programm, wobei ein Praktikumsversuch von mehreren Studierenden gemeinsam durchgeführt wird. Während mindestens ein Studierender dem Praktikum digital in Ton und Bild zugeschaltet ist, ist sein „Buddy“ direkt im Labor präsent, teilt digital seine Sichtperspektive und führt in klassisch-analoger Manier und Abstimmung mit den Digitalstudierenden die notwendigen Arbeitsschritte durch.

Zu guter Letzt sollen aber auch der direkte Versand von Experimentier-Hardware an die Studierenden und damit die lokale Bereitstellung von analogen Experimentierkits, die durch Komponenten der augmentierten Realität z. B. per App ergänzt werden, eine wichtige Rolle spielen. Insgesamt können so Mess-, Datenauswertungs- und Simulationsaufgaben digital und damit zumindest teilweise standortunabhängig bearbeitet werden.

LP: Welche fachlichen Inhalte werden wie vermittelt?

Prof. Pertsch: Beispielsweise vermittelt unser Optikpraktikum des ersten Master-Semesters den Studierenden in insgesamt acht Praxis­versuchen wichtige Grundlagen der optischen Messtechnik und Datenauswertung, grundlegende experimentelle Fähigkeiten zu Aufbau und Justage experimenteller Aufbauten sowie natürlich die physikalische Interpretation und Aufbereitung der Messergebnisse. Konkret lernen die Studierenden beispielsweise die Funktions- und Bedienweise von Michelson- oder Fabry-Perot- Interferometern, der optischen Pinzette und des Lasergyroskops, aber auch den Neodym:YAG- und den Helium:Neon-Laser kennen. Ich will Ihnen ein Beispiel geben: wir arbeiten derzeit daran, unsere Michelson-Interferometer mit Piezo-Motoren, entsprechender Steuerelektronik sowie mit zusätzlicher, kameragesteuerter Sichtkontrolle zu versehen, so dass diese aus der Ferne per App steuerbar sind.

LP: Wie gewährleisten Sie, dass alle Studierenden die gleichen Zugangsmöglichkeiten erhalten?

Prof. Pertsch: Wir digitalisieren nicht um der Digitalisierung willen – eine Verbesserung der Chancen- und Bildungsgerechtigkeit ist unser erklärtes Ziel. Unser Digitalisierungsansatz erfolgt daher auf Modul­ebene: jeder Studierende soll grundsätzlich die Möglichkeit haben, sich innerhalb jedes Moduls zwischen dem Digital- und dem klassischen Angebot zu entscheiden. Die so gewährleistete Durchlässigkeit digi­taler und analoger Lehrformate erlaubt es dem Studierenden, das für ihn aktuell passende Lehrangebot auszuwählen, welches alle Abstufungen zwischen durchgängig Online-durchgeführtem und vollständigem Präsenzstudium mit gemischten digitalen und analogen Inhalten umfassen kann. So kann die Zugangsschwelle nicht nur für ausländische Studierende, sondern auch für Personen mit körperlichen, familiären oder beruflichen Einschränkungen gesenkt werden.

LP: Und wie erfolgen Prüfungen?

Prof. Pertsch: Zunächst einmal haben wir an der Universität Jena bereits im vergangenen Pandemiesemester zahlreiche Erfahrungen mit digitalen Prüfungen in verschiedensten Fachdisziplinen sammeln können. Hier gibt es ganz unterschiedliche Ansätze, die teilweise auch innerhalb des Studiengangs von Modul zu Modul und je nach Präferenz der Dozenten stark variieren. Diese Erfahrungen zeigen jedoch ganz klar: faire und gut designte Prüfungsformate als aussagekräftige Leistungsnachweise sind sowohl analog als auch digital möglich. Dies bestätigen uns auch die Studierenden. In unserem Masterstudiengang Photonics wollen wir jedoch noch einen Schritt weiter gehen und untersuchen, inwieweit durch das Projekt ein wesentlicher Paradigmenwechsel bei der Leistungsbewertung der Studierenden erfolgen kann. Wir wollen testweise E-Assessment- basierte Learning-Analytics-Methoden zum Einsatz bringen.

LP: Mit welcher Intention?

Prof. Pertsch: Durch kontinuierliche Lernerfolgskontrollen innerhalb einer Lernplattform werden die Lernfortschritte der Studierenden standardisiert und unter Beachtung datenschutzrechtlicher Grundsätze quantitativ erfasst. Neben kontinuierlichem Feedback für die Studierenden erlaubt dieser Ansatz, die bisher meist praktizierte Abschlussprüfungs-basierte Kompetenzbewertung um die kontinuierliche Bewertung des Lernerfolgs der Studierenden zu ergänzen. Von den damit verbundenen kontinuierlichen Motivationsimpulsen für die Studierenden wird auch ein kontinuierlicherer Lernverlauf als bei bisherigen Prüfungsformen zum Semesterende erwartet. Durch den Einsatz von kontinuierlichem Learning Analytics wird so ein Umfeld geschaffen, in dem sich die Studierenden durch intrinsische Motiva­tion den Lerninhalt erschließen.

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