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mexle2020:mexlefirst [2024/12/13 03:22] – mexleadminmexle2020:mexlefirst [2025/04/08 23:12] (aktuell) – mexleadmin
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-\\ \\ \\ \\ \\ +{{drawio>mexle2020:MEXLEfirstPrjSkizze.svg}}
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 ===== Projekt ===== ===== Projekt =====
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 Die Multimodale Experimentier- und Lernumgebung {{https://wiki.mexle.org/mexle2020/start|MEXLE}} soll durch ein "Lab-in-a-Box" den Kenntnissaufbau in der Elektrotechnik und Elektronik im 1. und 2. Semester unterstützen. Durch modulare und leicht verständliche Hardware, einer benutzerfreundlichen Messumgebung für zuhause und den Aufbau einer interaktiven Austauschplattform (Wiki) mit Schreibzugriff für Studierende, wird eine innovative Lernumgebung geschaffen. Diese soll individuelle Lernpfade je nach Vorkenntnissen und Herangehensweisen der Studierenden ermöglichen. Die Multimodale Experimentier- und Lernumgebung {{https://wiki.mexle.org/mexle2020/start|MEXLE}} soll durch ein "Lab-in-a-Box" den Kenntnissaufbau in der Elektrotechnik und Elektronik im 1. und 2. Semester unterstützen. Durch modulare und leicht verständliche Hardware, einer benutzerfreundlichen Messumgebung für zuhause und den Aufbau einer interaktiven Austauschplattform (Wiki) mit Schreibzugriff für Studierende, wird eine innovative Lernumgebung geschaffen. Diese soll individuelle Lernpfade je nach Vorkenntnissen und Herangehensweisen der Studierenden ermöglichen.
  
-Ein zentraler Aspekt dieses Vorhabens ist die enge Zusammenarbeit mit einer studentischen Beratergruppe, um Themen, Strategien, Beispiele und Materialien gemeinsam zu erarbeiten und zu bewerten. Dieser partizipative Ansatz trägt zur Lerner-Zentrierung gemäß den Vorgaben des Bologna-Prozesses bei und fördert zudem eine lebendige Auseinandersetzung der Studierenden mit den Lehrinhalten. Zudem wird durch die Anwendung des "LENA-Modells" und der "3H-Methode" (Head-Heart-Hand) ein nachhaltiges Lernen angestrebt, das Wissen nicht nur vermittelt, sondern auch erlebbar macht.+Ein zentraler Aspekt dieses Vorhabens ist die enge Zusammenarbeit mit einer studentischen Beratergruppe, um Themen, Strategien, Beispiele und Materialien gemeinsam zu erarbeiten und zu bewerten. Dieser partizipative Ansatz trägt zur Lerner-Zentrierung gemäß den Vorgaben des Bologna-Prozesses bei und fördert zudem eine lebendige Auseinandersetzung der Studierenden mit den Lehrinhalten. 
  
 Mit MEXLE wird eine Lernumgebung geschaffen, die es Studierenden ermöglicht, elektrotechnische Grundlagen praxisnah zu erforschen und zu vertiefen. Das Projekt will mit Interaktivität, Partizipation und Nachhaltigkeit die Hochschullehre der Zukunft aktiv mitgestalten und die Lernprozesse der Studierenden optimal unterstützen.  Mit MEXLE wird eine Lernumgebung geschaffen, die es Studierenden ermöglicht, elektrotechnische Grundlagen praxisnah zu erforschen und zu vertiefen. Das Projekt will mit Interaktivität, Partizipation und Nachhaltigkeit die Hochschullehre der Zukunft aktiv mitgestalten und die Lernprozesse der Studierenden optimal unterstützen. 
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   - **<fs x-large>I</fs>nteraktives Lernprojekt**: Eine eng eingebundene studentische Beratergruppe berücksichtigt die Bedürfnisse und Perspektiven der Studierenden systematisch. Der partizipative Ansatz trägt zur Lerner-Zentrierung bei und fördert die aktive Auseinandersetzung der Studierenden mit den Lehrinhalten.   - **<fs x-large>I</fs>nteraktives Lernprojekt**: Eine eng eingebundene studentische Beratergruppe berücksichtigt die Bedürfnisse und Perspektiven der Studierenden systematisch. Der partizipative Ansatz trägt zur Lerner-Zentrierung bei und fördert die aktive Auseinandersetzung der Studierenden mit den Lehrinhalten.
   - **<fs x-large>R</fs>esponsive und <fs x-large>S</fs>ituative Wissensvermittlung**: Die Web-App analysiert automatisch die aufgebaute Schaltung durch Spannungsmessung und Bilderkennung. Sie gibt Tipps zu Fehlern und ermöglicht einen Vergleich mit der Simulation. Dies soll den Theorie-Praxis-Transfer verbessern.   - **<fs x-large>R</fs>esponsive und <fs x-large>S</fs>ituative Wissensvermittlung**: Die Web-App analysiert automatisch die aufgebaute Schaltung durch Spannungsmessung und Bilderkennung. Sie gibt Tipps zu Fehlern und ermöglicht einen Vergleich mit der Simulation. Dies soll den Theorie-Praxis-Transfer verbessern.
-  - **<fs x-large>T</fs>ransformatives Lernen durch ganzheitliche Methoden**: Durch den Einsatz des "LENA-Modells" [ARN18] und der "3H-Methode" (Head-Heart-Hand) [BRU10, GRU18] soll ein nachhaltiges Lernen gefördert werden, welches Wissen erlebbar vermittelt.+  - **<fs x-large>T</fs>ransformatives Lernen durch ganzheitliche Methoden**: Durch den Einsatz des "LENA-Modells" und der "3H-Methode" (Head-Heart-Hand) soll ein nachhaltiges Lernen gefördert werden, welches Wissen erlebbar vermittelt.
 MEXLEfirst nutzt Open-Source-Simulationstools, sowie bereits bestehende Vorarbeiten und Prototypen des Lab-in-a-Box. Externe Berater begleiten das Projekt.  MEXLEfirst nutzt Open-Source-Simulationstools, sowie bereits bestehende Vorarbeiten und Prototypen des Lab-in-a-Box. Externe Berater begleiten das Projekt. 
  
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 ===== Zeitplan ===== ===== Zeitplan =====
  
-Das Projekt MEXLEfirst ist auf 24 Monate ausgelegt und umfasst in vier Arbeitsphasen, die systematisch aufeinander aufbauen. Im Folgenden wird der Ablauf nur grob skizziert.+Das Projekt MEXLEfirst ist auf 24 Monate ausgelegt und umfasst vier Arbeitsphasen, die systematisch aufeinander aufbauen. Im Folgenden wird der Ablauf nur grob skizziert.
  
 <fs x-large>Phase 1: Initialisierung</fs> \\ <fs x-large>Phase 1: Initialisierung</fs> \\
-Im Sommersemester 2025 stehen Strukturaufbau des Projekts und die erste Version der Komponenten im Vordergrund. +Im Sommersemester 2025 stehen der Strukturaufbau des Projekts und die erste Version der Komponenten im Vordergrund. 
  
-Das vorhandene MEXLE Lab-in-a-Box wird für den Einsatz im Grundstudium angepasst. Dabei sollen vorhandene Modulträger übernommen, aber auch neue Module mit QR Code entwickelt werden. +Das vorhandene MEXLE Lab-in-a-Box wird für den Einsatz im Grundstudium angepasst. 
  
-Für die interaktive Rückmeldung soll ein Server aufgesetzt und mit der Software-Entwicklung dafür begonnen werden, z.B. eine erste Implementierung der Bildanalyse und der Learning Analytics.+Für die interaktive Rückmeldung soll ein Server aufgesetzt und mit Software-Entwicklung begonnen werden, z.B. erste Implementierung der Bildanalyse und Learning Analytics.
  
-Für den Einsatz der Hardware in Phase 2 werden Lern-Nuggets umgesetzt, idealerweise mit Feedback-Kanal. Die Umsetzung der Web-App V1.0 wird begonnen, um diese in einer der Übungen in Phase 2 zu testen.+Für den Einsatz der Hardware in Phase 2 werden erste Lern-Nuggets umgesetzt, idealerweise mit Feedback-Kanal. 
  
 <fs x-large>Phase 2: Lernexperiment 1 und Upgrade</fs> \\ <fs x-large>Phase 2: Lernexperiment 1 und Upgrade</fs> \\
-In Wintersemester 2025/26 erfolgt der erste Einsatz der MEXLE Lab-in-a-Box und der Lern-Nuggets im Rahmen der Erstsemester-Lehrveranstaltung.  +Im Wintersemester 2025/26 erfolgt der erste Einsatz der MEXLE Lab-in-a-Box und der Lern-Nuggets im Rahmen der Erstsemester-Lehrveranstaltung. 
-Didaktische Fragestellungen sind:  +
-  * Inwiefern trägt die Lernumgebung zu einem Verständnis der elektrotechnischen Grundlagen bei?  +
-  * Wie entwickeln sich Motivation und Lernfreude der Studierenden?  +
-  * Welche Optimierungspotenziale ergeben sich aus Sicht der Lernenden?+
  
-Daraus ergibt sich eine kontinuierliche Weiterentwicklung der Lern-Nuggets und des MEXLE Lab-in-a-Box-Systems: Basierend auf Erkenntnisse der Lernexperimente und Rückmeldungen der Beratergruppen wird die Hardware funktional erweitert und die Web-App in V2.0 überarbeitet. z.B. soll dabei das User Interface und die Learning Analytics optimiert werden. +Dabei sollen verschiedene didaktische Fragestellungen evaluiert werden. 
 + 
 +Durch den Einsatz ergibt sich eine kontinuierliche Weiterentwicklung der Lern-Nuggets und des MEXLE Lab-in-a-Box-Systems: Die Hardware wird funktional erweitert und die Web-App in V2.0 überarbeitet. 
  
 <fs x-large>Phase 3: Lernexperiment 2 und finale Versionen</fs> \\ <fs x-large>Phase 3: Lernexperiment 2 und finale Versionen</fs> \\
  
-In der dritten Projektphase wird ein zweites A/B-Lernexperiment mit [AP06 - AP08] durchgeführt [AP09]. Dabei wird der Einsatz von Storytelling-Ansätzen als Erweiterung der Lern-Nuggets im Vergleich zur Kontrollgruppe ohne MEXLE Lab-in-a-Box unter Einsatz quantitativer und qualitativer Methoden untersucht. +In der dritten Projektphase wird eine zweite Evaluation durchgeführt. Dabei wird der Einsatz von Storytelling-Ansätzen als Erweiterung der Lern-Nuggets im Vergleich zur Kontrollgruppe ohne MEXLE Lab-in-a-Box unter Einsatz quantitativer und qualitativer Methoden untersucht.
-Parallel dazu werden die finalen Versionen des MEXLE Lab-in-a-Box V3.0 [AP10] und der Web-App V3.0 [AP11] entwickelt. Die Anbindung einer Online-Simulationsumgebung (z.B. CircuitJS) in die Web-App wird dabei finalisiert und diese als Open Source sowie OER veröffentlicht. Dazu erhöht die Hardware V3.0 Bedienbarkeit und Robustheit.+
  
 +Parallel dazu werden die finalen Versionen des MEXLE Lab-in-a-Box V3.0 und der Web-App V3.0 entwickelt. 
  
 <fs x-large>Phase 4: Verfestigung und Transfer</fs> \\ <fs x-large>Phase 4: Verfestigung und Transfer</fs> \\
  
- +Abschließend stehen Transfer und Verstetigung der Projektergebnisse an. So entwickeln Studierende, nun eigenständig Elektronik-Komponenten für die Lern-Nuggets.  
-Eine Umfrage unter Abbrechern in Elektrotechnik ((M Götz, C Mendel, (2024), {{https://izi.br.de/deutsch/publikation/Das_war_einfach_sauschwer.html|"‘Das war einfach sauschwer‘ - Das Studium der E-Technik“}}, Studien zum Image des Studiums der Elektrotechnik, Band 3, IZI. )) liefert verschiedene Abbruchgründe, wie keine Sinnhaftigkeit, Wunsch nach freiwilligen Selbsttests, zu wenig moderne Lehrmethoden, kein Spaß, zu praxisfern. \\ +Darüber hinaus wird ein Mentoring-Programm konzipiert, bei dem fortgeschrittene Studierende jüngere Kommilitonen beim Einstieg in die Technik unterstützen.
-Die Studierendenzahlen in diesem Fach zeigen eine stetig steigende Schwundquote ((VDI e.V. und Institut der Deutschen Wirtschaft e.V., (2024), {{https://www.vdi.de/ueber-uns/presse/publikationen/details/vdi-iw-ingenieurmonitor-3quartal-2023|“VDI-/IW-Ingenieurmonitor 3. Quartal 2023”}})). Dieses Verhältnis von Abgängern zu Studienanfängern hat sich über die letzten 25 Jahre fast verdoppelt. +
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-Im konkreten Umfeld der Hochschule Heilbronn zählt Elektrotechnik zu den Fächern, die Studienabbrüche begründen.  +
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-Hohe Schwundquote und geringe Anfängerzahlen drängen zu innovativen Lösungen – jenseits des Frontalunterrichts und der Präsenzlabore – um ausreichend Ingenieure auszubilden. +
  
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 ===== Didaktik ===== ===== Didaktik =====
  
 +Die didaktische Gestaltung des Projekts zielt darauf ab, Studierenden durch praxisnahe und interaktive Lernansätze den Einstieg in die Elektrotechnik zu erleichtern. 
 +Dazu sollen Konzepte wie das "LENA-Modell" und die "3H-Methode" (Head-Heart-Hand), genutzt werden, um das Lernen ganzheitlich zu fördern.
 +Die Arbeitspakete der Didaktik decken nicht nur Lernelemente und die Anwendung des Lab-in-a-Box ab, sondern auch die kritische Auseinandersetzung mit der Wirkung im Lernprozess.
  
 +Maßnahmen:
 +  * Entwicklung modularer Lern-Nuggets mit Storytelling-Elementen.
 +  * Integration studentischer Beratergruppen zur bedarfsgerechten Entwicklung.
 +  * Gestaltung von Lernpfaden zur individuellen Förderung.
 +  * Integration einer studentischen Beratergruppe zur bedarfsgerechten Materialentwicklung.
 +  * Einsatz moderner pädagogischer Ansätze für nachhaltiges Lernen, z.b. Gamification.
 +  * wiederholte Evaluation der Projektstände (z.B. Durchführung von A/B-Tests mit Studierenden)
 +  * Verfestigung der Umsetzung, z.B. durch Storytelling-Wettbewerb im Studium Generale, Hackathons, Projektwochen mit Partnerschulen 
  
 +Ziele:
 +  * Steigerung der Lernmotivation und des Lernerfolgs.
 +  * Förderung des selbstgesteuerten und nachhaltigen Lernens.
 +  * Veröffentlichung der didaktischen Projektergebnisse.
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 ===== Elektronik und embedded Software ===== ===== Elektronik und embedded Software =====
  
 +Die technische Komponente des Projekts umfasst die Entwicklung einer Hardware-Lösung (Lab-in-a-Box) sowie die zugehörige Embedded-Software, um elektrotechnische Grundlagen praxisnah zu vermitteln. 
 +
 +Maßnahmen:
 +  * Anpassung und Weiterentwicklung bestehender Hardware-Prototypen.
 +  * Entwicklung neuer Module und Hardware-Komponenten mit eingebetteter Software.
 +  * Integration einer Open-Source-Simulationsumgebung (z.B. [[https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html|CircuitJS]] or SPICE) zur Auswertung der Aufbauten auf dem Server.
 +  * Entwicklung der physischen Schnittstelle zwischen Lab-in-a-Box und Server.
 +  * Weiterentwicklung der Hardware bzgl. Bedienbarkeit und Robustheit.
 +
 +Ziele:
 +  * Entwicklung eines stabilen, benutzerfreundlichen Hardware-Systems.
 +  * Veröffentlichung der Elektronik und Software als Open-Source.
 +  * Veröffentlichung der Projektergebnisse seitens des Aufbaus.
  
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-{{drawio>mexle2020:MEXLEfirstBild_Elektronik.svg}}+{{youtube>IUM0t82Cyv8?size=960x540&autoplay=1&rel=0}}
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 ===== interaktive Serverlösung ===== ===== interaktive Serverlösung =====
  
 +Die interaktive Serverlösung unterstützt die Lehrinhalte durch eine webbasierte Austauschplattform (Web-App), die kollaboratives Lernen ermöglicht.
 +Die Software soll eine benutzerfreundliche Messumgebung für zuhause ermöglichen.
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 +Maßnahmen:
 +  * Entwicklung einer Web-App mit interaktiver Funktionalität eines Wissensspeichers (z.B. Wiki mit Feedback-Kanal).
 +  * Integration einer Bildanalyse und automatisierter Fehlertests.
 +  * Nutzung von Learning Analytics zur Unterstützung individueller Lernprozesse.
 +  * Datenaufnahme der Lab-in-a-Box Ströme und Spannungen (idealerweise nur über eine Webseite, ohne App).
 +  * Optimierung des User Interface für mobile Geräte (Benutzerverwaltung, Zugriffsrechte, ggf. Projekt und Kursmanagement, Datenvisualisierung und Gamification)
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 +Ziele:
 +  * Bereitstellung einer kollaborativen, interaktiven Lernumgebung.
 +  * Veröffentlichung als Open-Source.
  
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-===== x =====+===== Projektstruktur =====
  
 +  * Für das Projekt MEXLEfirst zwischen April 2025 und März 2027 ein **Projektteam von etwa drei Mitarbeitern** und weiteren studentischen Hilfskräften Elektronik, Software und Didaktik zum Projekt entwickeln. 
 +  * Zusätzlich unterstützt ein **externer Projektbeirat** mit rund 12..16 Mitgliedern aus Industrie, Bildungseinrichtungen und Organisationen das Projekt. 
 +  * Eine **interne studentische Beratergruppe** arbeitet eng mit dem Team zusammen und bietet fortlaufend Feedback aus Studierendenperspektive, um das Projekt kontinuierlich zu verbessern.
  
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 +{{drawio>mexle2020:MEXLEfirstBild_Projektstruktur.svg}}
 +{{drawio>mexle2020:MEXLEfirstBild_Projektzeitplan2.svg}}
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-{{drawio>mexle2020:MEXLEfirstBild_Projektstruktur.svg}}+<WRAP> 
 +{{drawio>mexle2020:MEXLEfirstBild_Kooperationen.svg}} 
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-===== Projektstruktur =====+===== Kooperationen =====
  
-  * Für das Projekt MEXLEfirst zwischen April 2025 und März 2027 ein **Projektteam von etwa drei Mitarbeitern** und weiteren studentischen Hilfskräften Elektronik, Software und Didaktik zum Projekt entwickeln.  +Bereits vor dem Beginn des Projekts wurde der Kontakt zu Wissensakteuren der Region gesucht. Diese Kooperationen umfassen Hochschulen, Bildungseinrichtungen sowie Unternehmen aus der Industrie. 
-  * Zusätzlich unterstützt ein **externer Projektbeirat** mit rund 12..16 Mitgliedern aus Industrie, Bildungseinrichtungen und Organisationen das Projekt.  +  * Durch die Interaktion mit wissenschaftliche Einrichtungen (z.B. die Abteilung Technikdidaktik der PH Ludwigsburg) soll die pädagogische Erfahrung bei der Evaluation eingebunden werden. 
-  * Eine **interne studentische Beratergruppe** arbeitet eng mit dem Team zusammen und bietet fortlaufend Feedback aus Studierendenperspektive, um das Projekt kontinuierlich zu verbessern.+  * Die Einbindung von Schulen und Bildungseinrichtungen (z.B. Wilhelm Maybach Schule oder Christian Schmidt Schule) sollen mögliche zukünftige Einsatzgebiete bewerten helfen. 
 +  * Der Austausch mit verschiedenen, ortsansässigen Firmen mit Elektrotechnik-Bezug soll die den Praxisbezug der Lehrmaterialien erhöhen. 
 +  * Mit dem Science-Center Experimenta ist angedacht über Schülerlabore und Makerspace Kontakt zur Öffentlichkeit aufzubauen. 
 +  * Die Kooperation mit weiteren Professoren soll der Transferpotenzial der Projekterkenntnisse in andere Lehrkontexte identifizieren.
  
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 +===== Veröffentlichungen =====
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 +| April 2025 | [[https://www.hs-heilbronn.de/de/fachtagdigitalelehre2025|Fachtag digitale Lehre (HS Heilbronn)]] | {{https://wiki.mexle.org/_export/revealjs/mexle2020/fachtag_digitale_lehre_hhn_2025#/|Präsentation}} |
 +| April 2025 | [[https://confcats-siteplex.s3.us-east-1.amazonaws.com/educon25/EDUCON_2025_Program_V13_7ef180d32d.pdf#page=45|EduCon London]] | {{mexle2020:mexlefirst_paper_preprint_v20.pdf|MEXLEfirst PRE-PRINT}} |
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