VR-Labore für die Ausbildung in der Gebäudesystemtechnik
An der HTW Dresden werden im Studiengang Gebäudesystemtechnik VR-Lernanwendungen als effizientes Lern- und Praktikumsangebot eingesetzt. Seit 2021 sind die interaktiven virtuellen Anlagen auch in das Curriculum integriert.
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Eckdaten
Kann Lösungsansätze für folgende Problemstellungen der Lehre bieten:
- Hohe Komplexität der Lerninhalte
- Geringe Lernmotivation
- Passivität der Studierenden
- Geringer Transfer in die Praxis
Eignet sich für folgende Virtualisierungsgrade:
- Integration
Nutzt folgende Medieneigenschaften zur Unterstützung des Lernprozesses:
An der HTW Dresden wurden im Rahmen des Studiengangs Gebäudesystemtechnik mehrere interaktive Virtual Reality (VR)-Laborversuche für Heizungstechnik-Lernmodule erstellt und seit 2021 in das Curriculum integriert. Kern dieser Versuche sind virtuelle Anlagen, bei denen einzelne Komponenten nicht nur als 3D-Modelle vorhanden sind, sondern auch Simulationen der zugrunde liegenden physikalischen Prozesse ermöglicht werden. Durch Interaktionsmöglichkeiten können die Lernenden die Anlagenkomponenten bedienen, in Betrieb nehmen oder umkonfigurieren. Dabei sind alle relevanten Interaktionen möglich, die auch in realen Versuchsanlagen verfügbar sind. Die von den Studierenden vorgenommenen entstandenen Veränderungen des Systemverhältnisses lassen sich dank der detaillierten Simulation durch mathematische Modelle in Echtzeit beobachten. Interaktionen, die in einem realen Lernszenario nur mit hohem Aufwand realisierbar wären - z.B. das Ersetzen von Komponenten -, sind in der VR-Umgebung einfach durchführbar. Anlagenbedingungen wie Temperatur, Druck und Massestrom können optisch dargestellt werden. Dadurch können die Lernenden einen besseren Überblick über die Prozesse erhalten.
Die Arbeit in der VR-Umgebung ermöglicht zudem einen besseren und einfachen Zugang zu Unterlagen wie Gerätehandbüchern und in Echtzeit angepasste Diagramme. Für das Erlernen oder die Wiederholung der Theorie werden VR-Räume konzipiert, in denen die Studierenden in der Selbststudienzeit mit Hilfe multimodaler Werkzeuge und interaktiver Modelle ihr Wissen erweitern. Darüber hinaus wurden untersuchte geeignete Ansätze zur Verbesserung der Lernmotivation und des Nutzungskomforts in die Lernumgebung integriert. Dazu zählen Gamification-Elemente wie Highscores oder Quiz und grafische Effekte zur Reduzierung der Simulationssickness.
Die Nutzung von VR zur Unterstützung des Lernprozesses ermöglicht es, komplexe technische Inhalte anschaulich und interaktiv zu vermitteln. Die Integration von VR in den Lehrplan motiviert die Studierenden nicht nur, sondern verbessert auch ihre Fähigkeit, theoretisches Wissen praktisch anzuwenden. Die Technologie ermöglicht das Durchspielen verschiedener Szenarien ohne die Risiken und Kosten realer Anlagen, was sie zu einem wertvollen Werkzeug für die Ausbildung macht. Der praktische Einsatz der Lernumgebung zeigt positive Ergebnisse und verdeutlicht das Potential der Virtual Reality in der Ausbildung.
Medieneigenschaften zur Unterstützung des Lernprozesses
Die Lernenden interagieren in der VR-Umgebung durch die Handcontroller der VR-Brillen. Interaktionsmöglichkeiten existieren auf einer höheren Abstraktionsebene mittels eines virtuellen Handpanels oder realitätsnah durch die Umsetzung realer Bedienkonzepte. Die Studierenden können alle relevanten Interaktionen ausführen, die auch an realen Versuchsanlagen möglich sind.
Auf Basis des aktiven Feedbacks der Lernenden oder durch Prüfungsmechanismen werden Wissenslücken erfasst, woraufhin den Lernenden angepasste Inhalte empfohlen werden. Diese adaptiven Lerninhalte sind ein wesentlicher Bestandteil der bereitgestellten VR-Laborumgebungen, die für das Erlernen oder die Wiederholung der Theorie konzipiert wurden und es den Studierenden ermöglichen, in der Selbststudienzeit mit Hilfe multimodaler Werkzeuge und interaktiver Modelle ihr Wissen zu erweitern.
Bisher befindet sich in der Regel nur ein einzelner Lernender in der VR-Umgebung. Eine geplante funktionale Erweiterung für Multiplayer soll es jedoch zukünftig ermöglichen, dass auch mehrere Lernende gemeinsam an einem VR-Versuch arbeiten können.
Die Lernenden haben eine hohe Autonomie innerhalb der Lernumgebung. Sie können selbst definieren, welche Lernziele sie verfolgen möchten. Dazu können sie Lernmodule aus einem Katalog auswählen und zu individuellen Lerneinheiten zusammenfassen. In den VR-Lernversuchen sind zahlreiche Informationen an Komponenten hinterlegt, die von den Lernenden aktiv abgerufen werden können. Dies gewährleistet die Verfügbarkeit von Daten, ohne die Lernenden mit zusätzlichen Informationen zu überfordern.
Lösungsansätze für Problemstellungen der Lehre
Für die folgenden Problemstellungen kann das Praxisbeispiel Lösungsansätze bieten:
- Hohe Komplexität der Lerninhalte:
Für den Bereich der Gebäudesystemtechnik bietet VR umfassende Möglichkeiten zur Darstellung von Informationen und zur Beobachtung von Systemveränderungen bei Anpassungen. Dies macht es möglich, komplexe Inhalte anschaulich und interaktiv zu vermitteln.
- Geringe Lernmotivation:
Wie sich gezeigt hat, lässt sich durch die Integration von Gamification-Elementen wie Highscores und Quizzes die Lernmotivation signifikant steigern.
- Passivität der Studierenden:
Der Einsatz von Virtual Reality (VR) fördert die Neugier und Kreativität der Studierenden durch umfangreiche Interaktionsmöglichkeiten. Indem Lernende aktiv Fehler in Systemen innerhalb vorgegebener Zeitfenster identifizieren müssen, werden sie zu aktiver Teilnahme angeregt.
- Geringer Transfer in die Praxis:
Die Nutzung realitätsnaher Modelle und Bedienkonzepte sowie die Flexibilität im Aufbau der Versuchsanlagen ermöglichen es Studierenden, Anlagen anzupassen und verschiedene Arbeitsprozesse unter variierenden Bedingungen zu üben. Dies fördert den Praxistransfer und das Verständnis für reale Arbeitsabläufe.
Virtualisierungsgrad
Der Virtualisierungsgrad beschreibt das Verhältnis von analogen und digitalen Elementen in einem Lehr-/Lernszenario. Das Praxisbeispiel unterstützt die folgenden Virtualisierungsgrade:
- Integration
Ressourcen
Soft- und Hardware
- VR-Brillen
- PC
- Unity
- Blender
Weitere Informationen zum Praxisbeispiel
- Kurzer Video-Einblick in das VR-Lab der Gebäudesystemtechnik an der HTW Dresden
- Webseite des VR-Labors der Gebäudesystemtechnik an der HTW Dresden
Kontakt
Sie möchten mehr über das Praxisbeispiel erfahren? Hier können Sie Kontakt zu den Autorinnen und Autoren aufnehmen:
Prof. Dr. Heiko Werdin
HTW Dresden
Gebäudesystemtechnik
Friedrich-List-Platz 1
01069 Dresden
heiko.werdin@htw-dresden.de
Dr.-Ing. Linh Tuan Mai
HTW Dresden
Gebäudesystemtechnik
Friedrich-List-Platz 1
01069 Dresden
linhtuan.mai@htw-dresden.de
Dipl.-Inf. (FH) Evelyn Fedorow
HTW Dresden
Gebäudesystemtechnik
Friedrich-List-Platz 1
01069 Dresden
evelyn.fedorow@htw-dresden.de