Differences
This shows you the differences between two versions of the page.
| Both sides previous revision Previous revision Next revision | Previous revision | ||
| mexle2020:mexlefirst [2024/12/13 00:22] – mexleadmin | mexle2020:mexlefirst [2026/03/03 01:00] (current) – mexleadmin | ||
|---|---|---|---|
| Line 3: | Line 3: | ||
| <WRAP group> | <WRAP group> | ||
| <WRAP half column> | <WRAP half column> | ||
| - | ===== Über das Projekt MEXLEfirst | + | ===== Kurzübersicht |
| - | Das Projekt MEXLEfirst hat das Ziel, eine praxisorientierte und interaktive Lernumgebung für Studierende der Elektrotechnik im ersten Studienjahr zu schaffen. | + | Das Projekt MEXLEfirst hat das Ziel, eine praxisorientierte und interaktive Lernumgebung für Studierende der Elektrotechnik im ersten Studienjahr zu schaffen. |
| - | Das Projekt wird gefördert durch [[https:// | + | Das Projekt |
| MEXLEfirst bietet mit der **Lab-in-a-Box**-Lernumgebung, | MEXLEfirst bietet mit der **Lab-in-a-Box**-Lernumgebung, | ||
| Line 20: | Line 20: | ||
| \\ \\ \\ | \\ \\ \\ | ||
| {{drawio> | {{drawio> | ||
| + | {{drawio> | ||
| </ | </ | ||
| <WRAP group> | <WRAP group> | ||
| + | <WRAP half column> | ||
| + | {{drawio> | ||
| + | </ | ||
| + | ===== Projekt ===== | ||
| + | |||
| + | Die Multimodale Experimentier- und Lernumgebung {{https:// | ||
| + | |||
| + | Ein zentraler Aspekt dieses Vorhabens ist die enge Zusammenarbeit mit einer studentischen Beratergruppe, | ||
| + | |||
| + | Mit MEXLE wird eine Lernumgebung geschaffen, die es Studierenden ermöglicht, | ||
| + | |||
| + | </ | ||
| + | |||
| + | |||
| + | <WRAP group> | ||
| + | <WRAP half column> | ||
| + | ===== Ausgangssituation der Studierenden ===== | ||
| + | |||
| + | „Elektrotechnik ist schwierig!“ – ist die Ausgangslage vieler Studienanfänger. | ||
| + | |||
| + | Eine Umfrage unter Abbrechern in Elektrotechnik ((M Götz, C Mendel, (2024), {{https:// | ||
| + | Die Studierendenzahlen in diesem Fach zeigen eine stetig steigende Schwundquote ((VDI e.V. und Institut der Deutschen Wirtschaft e.V., (2024), {{https:// | ||
| + | |||
| + | Im konkreten Umfeld der Hochschule Heilbronn zählt Elektrotechnik zu den Fächern, die Studienabbrüche begründen. | ||
| + | |||
| + | Hohe Schwundquote und geringe Anfängerzahlen drängen zu innovativen Lösungen – jenseits des Frontalunterrichts und der Präsenzlabore – um ausreichend Ingenieure auszubilden. | ||
| + | |||
| + | |||
| + | </ | ||
| <WRAP half column> | <WRAP half column> | ||
| \\ \\ \\ | \\ \\ \\ | ||
| - | {{drawio> | + | {{drawio> |
| + | </ | ||
| + | |||
| + | |||
| + | <WRAP group> | ||
| + | <WRAP half column> | ||
| + | \\ \\ \\ \\ \\ | ||
| + | {{drawio> | ||
| </ | </ | ||
| - | ===== Projektstruktur | + | ===== Konzept |
| - | * Für das Projekt MEXLEfirst | + | Das Projekt MEXLEfirst |
| - | * Zusätzlich unterstützt ein **externer Projektbeirat** | + | |
| - | * Eine **interne studentische Beratergruppe** arbeitet eng mit dem Team zusammen und bietet fortlaufend Feedback aus Studierendenperspektive, um das Projekt kontinuierlich zu verbessern. | + | |
| + | * Intuitive Hardware (Lab-in-a-Box) | ||
| + | * Nutzerorientierter Lernassistent mit interaktiver Austauschplattform (Web-App mit Wiki) | ||
| + | Diese werden auf folgende Weise in die Lehre eingebunden: | ||
| + | - **<fs x-large> | ||
| + | - **<fs x-large> | ||
| + | - **<fs x-large> | ||
| + | - **<fs x-large> | ||
| + | MEXLEfirst nutzt Open-Source-Simulationstools, | ||
| + | </ | ||
| + | |||
| + | <WRAP group> | ||
| + | <WRAP half column> | ||
| + | ===== Zeitplan ===== | ||
| + | |||
| + | Das Projekt MEXLEfirst ist auf 24 Monate ausgelegt und umfasst vier Arbeitsphasen, | ||
| + | |||
| + | <fs x-large> | ||
| + | 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. | ||
| + | |||
| + | 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 erste Lern-Nuggets umgesetzt, idealerweise mit Feedback-Kanal. | ||
| + | |||
| + | <fs x-large> | ||
| + | Im Wintersemester 2025/26 erfolgt der erste Einsatz der MEXLE Lab-in-a-Box und der Lern-Nuggets im Rahmen der Erstsemester-Lehrveranstaltung. | ||
| + | |||
| + | 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: | ||
| + | |||
| + | <fs x-large> | ||
| + | |||
| + | 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 und der Web-App V3.0 entwickelt. | ||
| + | |||
| + | <fs x-large> | ||
| + | |||
| + | Abschließend stehen Transfer und Verstetigung der Projektergebnisse an. So entwickeln Studierende, | ||
| + | Darüber hinaus wird ein Mentoring-Programm konzipiert, bei dem fortgeschrittene Studierende jüngere Kommilitonen beim Einstieg in die Technik unterstützen. | ||
| + | |||
| + | </ | ||
| + | <WRAP half column> | ||
| + | \\ \\ \\ | ||
| + | {{drawio> | ||
| </ | </ | ||
| Line 40: | Line 122: | ||
| <WRAP group> | <WRAP group> | ||
| <WRAP half column> | <WRAP half column> | ||
| - | ===== Über das Projekt MEXLEfirst | + | \\ \\ \\ |
| + | {{drawio> | ||
| + | </ | ||
| + | ===== Didaktik | ||
| - | Das Projekt MEXLEfirst hat das Ziel, eine praxisorientierte | + | Die didaktische Gestaltung des Projekts zielt darauf ab, Studierenden durch praxisnahe |
| - | Das Projekt wird gefördert durch [[https:// | + | Dazu sollen Konzepte wie das "LENA-Modell" |
| + | Die Arbeitspakete | ||
| - | MEXLEfirst bietet mit der **Lab-in-a-Box**-Lernumgebung, | + | Maßnahmen: |
| - | * **modulare Hardware**, | + | |
| - | * eine **benutzerfreundliche Web-App mit Austauschplattform** und | + | |
| - | * **interaktive Lernprojekte** | + | |
| - | soll Wissen lebendig vermittelt werden. | + | * Integration einer studentischen Beratergruppe zur bedarfsgerechten Materialentwicklung. |
| + | | ||
| + | * 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 | ||
| - | Ein partizipative Ansatz soll ermöglichen, den Lernprozess aktiv mitzugestalten. | + | Ziele: |
| + | * Steigerung der Lernmotivation und des Lernerfolgs. | ||
| + | * Förderung des selbstgesteuerten und nachhaltigen Lernens. | ||
| + | * Veröffentlichung der didaktischen Projektergebnisse. | ||
| + | </ | ||
| + | |||
| + | |||
| + | <WRAP group> | ||
| + | <WRAP half column> | ||
| + | ===== 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:// | ||
| + | * 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. | ||
| </ | </ | ||
| <WRAP half column> | <WRAP half column> | ||
| \\ \\ \\ | \\ \\ \\ | ||
| - | {{drawio>mexle2020: | + | {{youtube>IUM0t82Cyv8? |
| </ | </ | ||
| Line 63: | Line 175: | ||
| <WRAP half column> | <WRAP half column> | ||
| \\ \\ \\ | \\ \\ \\ | ||
| - | {{drawio> | + | {{drawio> |
| </ | </ | ||
| + | ===== 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. | ||
| + | |||
| + | 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, | ||
| + | |||
| + | Ziele: | ||
| + | * Bereitstellung einer kollaborativen, | ||
| + | * Veröffentlichung als Open-Source. | ||
| + | |||
| + | </ | ||
| + | |||
| + | |||
| + | <WRAP group> | ||
| + | <WRAP half column> | ||
| ===== Projektstruktur ===== | ===== Projektstruktur ===== | ||
| - | * Für das Projekt MEXLEfirst zwischen April 2025 und Märze | + | * 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. | * 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, | * Eine **interne studentische Beratergruppe** arbeitet eng mit dem Team zusammen und bietet fortlaufend Feedback aus Studierendenperspektive, | ||
| + | </ | ||
| + | <WRAP half column> | ||
| + | \\ \\ \\ | ||
| + | {{drawio> | ||
| + | {{drawio> | ||
| + | </ | ||
| + | |||
| + | |||
| + | <WRAP group> | ||
| + | <WRAP half column> | ||
| + | \\ \\ \\ | ||
| + | < | ||
| + | {{drawio> | ||
| + | </ | ||
| + | </ | ||
| + | ===== Kooperationen ===== | ||
| + | |||
| + | Bereits vor dem Beginn des Projekts wurde der Kontakt zu Wissensakteuren der Region gesucht. Diese Kooperationen umfassen Hochschulen, | ||
| + | * Durch die Interaktion mit wissenschaftliche Einrichtungen (z.B. die Abteilung Technikdidaktik der PH Ludwigsburg) soll die pädagogische Erfahrung bei der Evaluation eingebunden werden. | ||
| + | * 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, | ||
| + | * 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. | ||
| + | |||
| + | </ | ||
| + | |||
| + | <WRAP group> | ||
| + | <WRAP half column> | ||
| + | ===== Aktueller Stand ===== | ||
| + | |||
| + | ==== 29.11.2024 – Erstes (inoffizielles) Treffen des Projektbeirats ==== | ||
| + | |||
| + | * Vorstellung des Vorhabens | ||
| + | * Überblick über Vorarbeiten und Erkenntnisse aus vorherigen Projekten | ||
| + | |||
| + | ==== 01.04.2025 – Start des Projekts ==== | ||
| + | |||
| + | * Aufbau des Team aus Experten der Didaktik, Elektronik und Server-Softwareentwicklung | ||
| + | * Unterstützung durch Studierende (Projekt-, Labor- und Abschlussarbeiten) | ||
| + | |||
| + | ==== 25.11.2025 – Erste Tests mit dem überarbeiteten Alt-System ==== | ||
| + | |||
| + | * AB-Vergleich zweier studentischer Gruppen mit je 16 Studierenden (mit/ohne MEXLE System) | ||
| + | * Ersatz der fehlenden Hardware durch ein Handheld-Oszilloskop/ | ||
| + | * Planung mit Unterstützung der PH Ludwigsburg | ||
| + | * Publikation ausstehend | ||
| + | |||
| + | |||
| + | </ | ||
| + | <WRAP half column> | ||
| + | |||
| + | </ | ||
| + | |||
| + | <WRAP group> | ||
| + | <WRAP half column> | ||
| + | |||
| + | ==== 29.11.2025 – Zweites Treffen des Projektbeirats ==== | ||
| + | |||
| + | * **Präsentation des aktuellen Stands:** | ||
| + | * **Mechanisches Grundkonzept: | ||
| + | * **Technische Varianten (Konzeptphase): | ||
| + | * (1) Einfaches „passives“ System ohne Modulerkennung und ohne Kommunikations-Master | ||
| + | * (2) Einfaches System mit Kommunikations-Master, | ||
| + | * (3) Intelligentes System mit automatischer Modulidentifikation, | ||
| + | * **Didaktische Konzeption: | ||
| + | * **Beispiel-Use-Case: | ||
| + | * **Diskussion / Impulse aus dem Beirat:** | ||
| + | * MEXLEfirst soll auch ein möglichst selbstständiges Arbeiten ermöglichen (insbesondere für die berufliche Ausbildung). | ||
| + | * Maßnahmen zur Förderung der Zusammenarbeit der Lernenden sind ausdrücklich erwünscht. | ||
| + | * Die Einbindung physischer Messgeräte (z.B. Multimeter/ | ||
| + | |||
| + | |||
| + | </ | ||
| + | <WRAP half column> | ||
| + | \\ \\ \\ | ||
| + | {{drawio> | ||
| + | |||
| + | </ | ||
| + | |||
| + | <WRAP group> | ||
| + | <WRAP half column> | ||
| + | ==== 01.02.2026 – Erstes Mockup der Hardware ==== | ||
| + | |||
| + | * **Systemübersicht (intelligentes System) aus Nutzersicht: | ||
| + | * Kompakter Koffer (Größe etwa **DIN A4** / „Schuhkarton“-Format) | ||
| + | * Orthogonales Gitter aus **6×9 elektrotechnischen Knoten** | ||
| + | * Aufbau von Schaltungen mit über **20 Mikrocontroller-, | ||
| + | * Aufbau von Schaltungen mit über **150 Passivkomponenten** (Widerstände, | ||
| + | * **Gleichzeitige Messung aller Knoten:** | ||
| + | * **216 Ströme** im Bereich **+1,5 A … −1,5 A** (Auflösung **1 mA**) | ||
| + | * **54 Spannungen** im Bereich **+12 V … −12 V** (Auflösung **1 mV**) | ||
| + | * Frequenzbereich bis **200 kHz** | ||
| + | * Kontinuierliche **Analyse der aufgebauten Schaltung** | ||
| + | * **Systemübersicht aus Sicht der Nachhaltigkeit: | ||
| + | * Hoch-modularer Aufbau aus günstigen Platinen (**< 20 €**) für bessere Reparierbarkeit | ||
| + | * 3D-gedruckte Oberfläche ermöglicht individuelle Anpassung und selbstständige Erneuerung | ||
| + | * Eigen Bestellung neuer Platinen zur Reparatur vorgesehen | ||
| + | * **Open Source** ist in Planung | ||
| + | * **Inbetriebnahme ausgewählter Einzelplatinen: | ||
| + | * Spannungsversorgung über **USB-C Power Delivery (PD)** | ||
| + | * **WLAN-Anbindung** an den Server (aktuell über integrierten **ESP32**) | ||
| + | * Datenaufbereitung durch mehrere **ARM Cortex-M33** Mikrocontroller | ||
| + | * Konditionierung und Erfassung der Messwerte durch **Analog-Frontend** und **36 Analog-Digital-Wandler** | ||
| + | |||
| + | </ | ||
| + | <WRAP half column> | ||
| + | \\ \\ \\ | ||
| + | |||
| + | {{drawio> | ||
| + | |||
| + | </ | ||
| + | |||
| + | <WRAP group> | ||
| + | <WRAP half column> | ||
| + | \\ \\ \\ | ||
| + | < | ||
| + | \\ \\ \\ | ||
| + | |||
| + | </ | ||
| + | </ | ||
| + | ===== Veröffentlichungen ===== | ||
| + | {{tablelayout? | ||
| + | ^ Datum ^ Titel ^ Konferenz | ||
| + | | April 2025 | MEXLEfirst Kurzforstellung (Pecha Kucha) | ||
| + | | April 2025 | WIP: MEXLEfirst - a Vision for an Inclusive and Impactful Education for the Introduction to Electrical Engineering | ||
| + | | März 2026 | Programmable impedance Modules as Components for inquiry-based Lab-in-a-Box Experiments in introductory Electrical Engineering | ||
| + | | März 2026 | Building Blocks for MEXLEfirst: vision-based Circuit Analysis and smart Measurement Tools for Electrical Engineering Learning | ||
| + | | April 2026 | Take-Home Labs and Modular Kits in Electronics Education: A Systematic Scoping Review | ||
| </ | </ | ||