Mixed Reality trifft Laborpraktikum: Vom ersten Umgang mit Messgeräten zur sicheren Anwendung
Im Elektrotechnik-Laborpraktikum fehlen oft Routinen im Umgang mit Messgeräten. Das Mixed Reality Labor PEARL ermöglicht eine ortsunabhängige Vorbereitung mit virtuellen Oszilloskopen, Multimetern und geführten Übungen.
© Universität Paderborn (Fotograf: Besim Mazhiqi)
Eckdaten
Kann Lösungsansätze für folgende Problemstellungen der Lehre bieten:
- Hohe Komplexität der Lerninhalte
- Heterogenes Vorwissen
- Begrenzte Möglichkeiten zum individualisierten Lernen
- Geringer Transfer in die Praxis
Eignet sich für folgende Virtualisierungsgrade:
- Virtualisierung
Nutzt folgende Medieneigenschaften zur Unterstützung des Lernprozesses:
Das Paderborn Elektrotechnik AR Laborpraktikum (PEARL) ist ein Mixed-Reality-basiertes Lernangebot zur Vorbereitung auf Laborpraktika in der Elektrotechnik. Das Praxisbeispiel greift eine in der Lehre häufig beobachtete Ausgangslage auf: Studierende beginnen Experimente oftmals ohne ausreichende Routine im Umgang mit Messgeräten. Diese Unsicherheit äußert sich nicht nur in fehlender Handlungssicherheit, sondern geht vielfach mit erhöhter Ängstlichkeit und Überforderung einher. In der Folge wird ein erheblicher Teil der Präsenzzeit durch Geräteeinführungen und grundlegende Bedienfragen gebunden, während experimentelles Arbeiten, Fehlersuche und Auswertung in den Hintergrund treten.
PEARL setzt hier an, indem der Einstieg in die Gerätebedienung gezielt vor das eigentliche Praktikum verlagert wird. Studierende üben den Umgang mit zentralen Laborgeräten wie Oszilloskop, Vielfachmessgerät und Funktionsgenerator in einer virtuellen Umgebung und machen sich mit typischen Arbeitsabläufen vertraut. Schrittweise Tutorials strukturieren diese Abläufe, während integrierte Tests eine unmittelbare Rückmeldung zum eigenen Verständnis ermöglichen. Die Anwendung ist orts- und zeitunabhängig über mobile Endgeräte oder Mixed-Reality-Headsets nutzbar und kommt ohne den Zugriff auf ein physisches Labor aus.
Begleitende Evaluationen zeigen, dass PEARL sowohl kognitive als auch affektive Lernaspekte wirksam unterstützt. Insbesondere lässt sich eine deutliche Reduktion von Ängstlichkeit und wahrgenommener Überforderung vor den Praktika beobachten. Studierende fühlen sich besser vorbereitet, berichten von einem gesteigerten experimentellen Selbstkonzept und zeigen ein erhöhtes Interesse an den Laborversuchen. Parallel dazu weisen die Ergebnisse auf messbare kognitive Lernzuwächse hin, unter anderem im sicheren und zielgerichteten Umgang mit dem Oszilloskop.
Medieneigenschaften zur Unterstützung des Lernprozesses
PEARL basiert auf aktiver Interaktion mit virtuellen Laborgeräten. Studierende bedienen konkrete Funktionen an Messgeräten und folgen strukturierten Handlungsschritten. Lernprozesse entstehen nicht durch Beobachtung, sondern durch eigenes Handeln mit unmittelbarer Rückmeldung.
Eine automatische inhaltliche Anpassung auf Basis von Leistungsdaten ist perspektivisch vorgesehen, wird derzeit jedoch noch nicht vollständig umgesetzt.
PEARL ist primär für die asynchrone individuelle Vorbereitung konzipiert. Ergänzend werden kollaborative Szenarien erprobt, in denen mehrere Studierende gemeinsam an virtuellen Laboraufbauten arbeiten. Diese erweitern das Anwendungsspektrum um synchrone Lernphasen, stehen jedoch nicht im Vordergrund des aktuellen Einsatzes.
Die Anwendung ermöglicht eine individuelle Auswahl von Geräten und Level, angefangen bei Erklärung spezifischer Funktionen des Oszilloskops über verschiedene Tutorials und einem Quiz für die Selbstüberprüfung. Die Nutzung von PEARL erfolgt somit vollständig selbstgesteuert. Studierende entscheiden eigenständig, welche Geräte sie bearbeiten, wie oft Inhalte wiederholt werden und wann Tests zur Selbstüberprüfung eingesetzt werden. Lernen ist damit zeitlich, räumlich und inhaltlich flexibel gestaltbar.
Lösungsansätze für Problemstellungen der Lehre
Für die folgenden Problemstellungen kann das Praxisbeispiel Lösungsansätze bieten:
- Hohe Komplexität der Lerninhalte:
Elektrotechnische Laborpraktika erfordern einen gleichzeitigen Umgang mit Geräten, Messaufgaben und fachlichen Konzepten. PEARL reduziert diese Komplexität, indem Bedienhandlungen und Abläufe vorab schrittweise eingeübt werden. Dadurch können sich Studierende im Präsenzlabor stärker auf experimentelle Fragestellungen und Auswertung konzentrieren.
- Heterogenes Vorwissen:
Die App ermöglicht es, dass Studierende mit unterschiedlichem Vorwissen individuell in den Lernprozess einsteigen. Durch die differenzierten, schrittweisen Lernmodule und die Möglichkeit, bestimmte Lerninhalte mehrfach zu wiederholen, können Studierende ihr Verständnis entsprechend ihrem eigenen Niveau vertiefen. Diese Flexibilität ermöglicht eine Anpassung an heterogene Lerngruppen.
- Begrenzte Möglichkeiten zum individualisierten Lernen:
Begrenzte Laborzeiten und Geräteverfügbarkeit erschweren individuelles Lernen. Durch die virtuelle Vorbereitung mit PEARL können grundlegende Kompetenzen unabhängig vom Laborraum aufgebaut werden, wodurch die vorhandene Präsenzzeit effizienter genutzt wird.
- Geringer Transfer in die Praxis:
Der Übergang von theoretischem Wissen zur praktischen Anwendung stellt für viele Studierende eine Hürde dar. PEARL orientiert sich an realen Geräten und typischen Laborabläufen, sodass erworbene Kenntnisse unmittelbar auf das Präsenzpraktikum übertragbar sind. Dies erleichtert den Einstieg in reale Experimente und reduziert Unsicherheiten.
Virtualisierungsgrad
Der Virtualisierungsgrad beschreibt das Verhältnis von analogen und digitalen Elementen in einem Lehr-/Lernszenario. Das Praxisbeispiel unterstützt die folgenden Virtualisierungsgrade:
- Virtualisierung
Ressourcen
Soft- und Hardware
- Für mobile AR-App: Mobiles Endergät (Smartphone oder Tablet) der Studierenden mit Android oder iOS
- Für MR-App: Meta Quest 3, Pico oder Apple Vision Pro
Open Educational Resources
Weitere Informationen zum Praxisbeispiel
Kontakt
Sie möchten mehr über das Praxisbeispiel erfahren? Hier können Sie Kontakt zu den Autorinnen und Autoren aufnehmen:
Dr.-Ing. Mesut Alptekin
Universität Paderborn
EIM-E / Technikdidaktik
Warburgerstr. 100
33098 Paderborn
mesut.alptekin@uni-paderborn.de
Prof. Dr.-Ing. Katrin Temmen
Universität Paderborn
EIM-E / Technikdidaktik
Warburgerstr. 100
33098 Paderborn
katrin.temmen@uni-paderborn.de