AR/VR-Lehre

In diesem Projekt wird ein hochschuldidaktisches Konzept für die Integration von augmentierter (AR) und virtueller (VR) Realität in Lehrveranstaltungen am Beispiel der technischen Studiengänge an der DHBW Stuttgart entwickelt, eingesetzt und evaluiert, um

• komplexe und verborgene Prozesse für Studierende sichtbar und begreifbar zu machen,
• Lerninhalte der bestehenden Lehrveranstaltungen digital zu erweitern,
• digitale Medien aus dem Erfahrungsbereich der Studierenden einzusetzen,
• die Medienkompetenz der Dozentinnen, Dozenten und Studierenden zu fördern,
• den Studierenden das Lernen am 3D-Modell aufbauend auf die Lehrveranstaltung zu ermöglichen,
• die interdisziplinäre Kompetenz der Studierenden zu stärken.

Ein zentraler Bestandteil des Ingenieurstudiums ist die Auseinandersetzung mit der Funktionsweise und der Konstruktion von Maschinen und ihren Bauteilen. Diese werden immer komplexer und sind oft während des Betriebs nicht einsehbar. Somit ist es für die Studierenden schwierig zu verstehen, welche Prozesse in den Maschinen ablaufen.

In diesem Projekt werden eigene Lernmodule mit Lerninhalten und vorhandenen oder konstruierten 3D-Modellen in der Autorenumgebung der SAL/SVL-Lernanwendung erstellt. Diese bieten die Möglichkeit, die Prozesse in Maschinen(bauteilen) mittels AR und VR für die Studierenden sichtbar und "anfassbar" zu machen. Die AR und VR soll die bestehenden Lehrveranstaltungen mit den vorgesehenen Lehr- und Lerninhalten sinnvoll erweitern und den Dozentinnen und Dozenten die Vermittlung erleichtern.

Projektlaufzeit: seit Januar 2019

AR/VR-Lehre ist das zweite Teilprojekt des Projektes INT US - interdisciplinary united study.

• Informationen zum Projekt INT US

Im Rahmen des Projekts AR/VR-Lehre wurde eine Online-Befragung der Studierenden des Maschinenbaus zur Mediennutzung und Medienkompetenz durchgeführt. Mit Hilfe der Umfrage sollen Erkenntnisse über das Mediennutzerverhalten und den Digitalisierungsgrad im Kontext des Lernens gewonnen werden. Ziel der Befragung ist die Erhebung relevanter und nutzbarer Daten, über die Einstellungen der Studierenden zu Medien, zur Mediennutzung und zur Digitalisierung.

Die folgende Broschüre beinhaltet die wichtigsten Ergebnisse der durchgeführten Umfrage:

• Zusammenfassung der Erhebung

Im Winter 2020/21 hat die ehemalige Studierende Anna-Judica Stölzel des Studienganges Maschinenbau Produktionstechnik die Studienarbeit zum Thema „Konzeption und Umsetzung eines technischen Anwendungsszenarios einer externen Anleitung mit der Mixed-Reality-Brille HoloLens2“ geschrieben. Es wurde ein Anleitungskonzept für einen servopneumatischen Antriebszylinder als Bauteil einer Widerstandspunktschweißzange mit der Microsoft Hololens2 erstellt und umgesetzt sowie evaluiert. Widerstandspunktschweißzangen werden im Automobilbau von Roboterarmen für das Zusammenfügen von Fahrzeugbauteilen verwendet. Das folgende Video zeigt Ausschnitte sowohl aus der Einrichtung der Anleitung als auch aus der Nutzung dieser zur Instandhaltung eines servopneumatischen Antriebszylinders.

• Zum Video "Lernszenario mit Mixed-Reality-Brille HoloLens2"

Die DHBW-weite Arbeitsgruppe „VR und AR“ des an der DHBW Stuttgart angesiedelten Zentrums für Interdisziplinäre Lehre und Forschung (INDIS) traf sich Ende Juni in der SocialVR-Welt Mozilla Hubs, um dort ihr drittes Meeting zu den Themen Ethik und Hygiene bei virtueller (VR) und augmentierter Realität (AR) abzuhalten. Die Arbeitsgruppe gründete sich im November 2020 unter der Leitung von Judit Klein-Wiele und Prof. Dr.-Ing. Harald Mandel von der DHBW Stuttgart sowie Jürgen Bluhm und Prof. Dr. Andrea Honal von der DHBW Mannheim und ist seit Kurzem nun Bestandteil des INDIS.

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Im Zuge einer Studienarbeit haben zwei Studierende der Studienrichtung Fahrzeug-System-Engineering des Studiengangs Maschinenbau an der DHBW Stuttgart das CAD-Modell eines Verbrennungsmotors für die virtuelle Umgebung aufbereitet.

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Der Forschungstag der DHBW fand in diesem Jahr unter dem Motto „Vernetzung von Forschung und Lehre“ statt. Am 30. Januar 2020 erwartete die Teilnehmenden in Mosbach ein abwechslungsreiches Programm. Auch die DHBW Stuttgart beteiligte sich mit einem Workshop sowie einem Impulsvortrag und einem Poster.

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Auf dem Machine@Hand Anwendertag im Fraunhofer Forum in Berlin am 25.10.2019 konnten zwei Studierende des Studiengangs Maschinenbau in die Welt des Virtuelle Realität (VR) und Augmentierte Realität (AR) eintauchen. Mit der von der Fraunhofer IGD entwickelten Software Machine@Hand können 3D-Modelle von Maschinenbauteilen und -gruppen in einer VR-Umgebung dargestellt, animiert und erklärt werden.

Im Zuge ihrer Studienarbeit „Visualisierung einer technischen Baugruppe in eine VR-Umgebung“ durften Jonas Fritz und Henri Gerstadt zusammen mit ihrer Erstbetreuerin Judit Klein-Wiele einen Tag nach Berlin reisen. Dort haben sie mit Anwenderinnen und Anwendern der Software Machine@Hand über Einsatzmöglichkeiten, aber auch Probleme diskutiert. Der Austausch fand in kleinen Gruppen unter den Teilnehmenden, aber auch mit den Entwicklern des Tools, statt. Sowohl Vertreterinnen und Vertreter der Industrie, aber auch Expertinnen und Experten und Lehrende von Hochschulen waren vor Ort und zeigten Entwicklungsmöglichkeiten und Wünsche für die Optimierung auf.

In weiteren Slots der Veranstaltung konnte sowohl VR, als auch AR ausprobiert werden. An verschiedenen Stationen wurden die Funktionen von Machine@Hand spielerisch an virtuellen Modellen getestet. Zielgruppen des Tools sind zum einen die Lehrenden, die mit der Software Lernmodule erstellen und in Lehrveranstaltungen verwenden können und zum anderen die Lernenden (z.B. Auszubildende und Studierende), welche mit den Lernmodulen innerhalb und außerhalb von Lehrveranstaltungen lernen können.

Nach einer spannenden Veranstaltung sind Jonas Fritz und Henri Gerstadt durch die tollen Einblicke und den Austausch mit den Anwenderinnen und Anwendern gut auf ihre Studienarbeit vorbereitetet.

Mitte Mai wurde für das Projekt AR/VR-Lehre eine Umfrage zur Mediennutzung und Medienkompetenz bei den Maschinenbau-Studierenden durchgeführt, um Erkenntnisse über das Mediennutzerverhalten und den Digitalisierungsgrad im Kontext des Lernens zu gewinnen. Ziel der Befragung war es, relevante und nutzbare Daten zur Einstellungen zu Medien, zur Mediennutzung und zur Digitalisierung zu erheben und anschließend zu analysieren.

Zu Teilaspekten dieser Umfrage hielt Judit Klein-Wiele während der 14. Ingenieurpädagogischen Regionaltagung „Technische Bildung im Kontext von Digitalisierung/Automatisierung – Tendenzen, Möglichkeiten, Perspektiven“ am Institut für Technik und Bildung der Universität Bremen einen Vortrag. Dieser stand unter dem Titel „Die Digitalisierung der Arbeit als Stressfaktor in der Ingenieurausbildung“. Zum einen wurde der Digitalisierungsgrad der Lernorte Unternehmen und Hochschule verglichen und zum anderen ermittelt, ob die Studierenden die Digitalisierung als Stressfaktor ansehen.

Ergebnisse sowie eine Zusammenfassung der oben genannten Umfrage und zum gehaltenen Vortrag werden in Kürze hier auf der Projektwebsite veröffentlicht.

Im Rahmen des Projektes AR/VR-Lehre werden mehrere Studienarbeiten zur Erstellung oder zur Konvertierung von 3D-Modellen für durch virtuelle und augmentierte Realität (AR/VR) unterstützte Lernanwendungen im Studiengang Maschinenbau ausgeschrieben.

Die erste Studienarbeit für AR/VR-Lehre wurde in Kooperation mit Herrn Prof. Dr.-Ing. Michael Sternberg zum Thema „Parameterstudien zur Auslegung der Geometrie von spieleinstellbaren Schneckenradsätzen“ durchgeführt. Zielsetzung der Studierenden war es, Parameterstudien in Excel durchzuführen und darauf aufbauend CAD-Modelle zu erstellen. Im Anschluss wurde ein CAD-Modell ausgewählt und so aufbereitet, dass daraus ein Lernmodul für die Lernanwendung entwickelt werden kann.

Zudem wurde für das Projekt die notwendige technische Ausstattung angeschafft, mit der die Studierenden schon während ihrer Studienarbeit einen Einblick in die späteren Anwendungsmöglichkeiten ihres 3D-Models erhalten könnten.

Auch für die nächste Ausschreibungsrunde der Studienarbeiten im Herbst sind weitere Themen im Projekt AR/VR-Lehre vorgesehen.

Das Teilprojekt „AR/VR-Lehre“, für das Judit Klein-Wiele von der DHBW Stuttgart ein Junior-Fellowship des Stifterverbands erhalten hat, wurde beim ersten Fellowtreffen in Stuttgart vorgestellt. Es fand mit Unterstützung der Baden-Württemberg Stiftung in deren Räumlichkeiten statt. Im Rahmen des Fellowship-Programms "Innovationen in der Hochschullehre" werden jedes Jahr zwei Treffen der Fellows sowie eine Lehr-/Lernkonferenz veranstaltet. Alle neuen Fellows des Jahres 2018 erhielten im Rahmen eines Vortreffens ihre Urkunde in Form eines Schildes und tauschten sich u. a. zu den geplanten Veranstaltungen aus.

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Der Stifterverband und die DATEV-Stiftung Zukunft fördern mit Fellowships für Innovationen in der Hochschullehre die Entwicklung und Erprobung neuartiger Lehr- und Prüfungsformate an Hochschulen. Ein Fellowship geht dieses Jahr an Judit Klein-Wiele, wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Fakultät Technik der DHBW Stuttgart.

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