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1. 102 Cognitive Theory of Multimedia Learning 222202222220nennnesnenneenenen 105 Realit tsn he als Begr ndung f r den Einsatz von Simulationen 106 Simulationen als Ersatz f r reale Systeme 2uus222seennnseeennnsnennennennenenenn 108 3 4 3 Medientheoretische Perspektive eceesssssesnessessnensnennnnnennennnnnennnnenn 108 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 121 4 1 Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen s222220222220 Bene 123 4 1 1 CAD 3D K nstruktion assaesnseakalles 125 4 1 2 Simulationssoftware f r CAD CAM und CNC uesseeensseeennsseeeennnen 127 4 1 3 Simulationss ftWware FEMAessse ine 130 4 1 4 Simulationssoftware f r weitere Fertigungsverfahren 134 4 1 3 SIMUlAtLONSSOrtWare SPS ns nr 135 4 1 6 RObotersimulation zn Anis 137 4 1 7 EDA CAD Simulationssoftware f r den elektrotechnischen Bereich MEER ER RR E A A E ERROR REINE NEE E E A A E A ERBE E 138 4 1 8 Weitere relevante Simulationssoftware uesssssssssseesnnnsnnennennnnennennn 142 ALS ZuUsammentassune uns 146 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen uuessssesseseesennnnneneennnnennennn 147 5 1 Bedingungen f r das Lernen mit Computersimulationen 148 5 1 1 Unterrichtsbeispiele mit Simulation 220s2222200220sse nennen nennen 167 Unterrichtsbeisp
2. Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 153 Abbildung 32 FEM Darstellung Auswirkungen von Kr ften auf ein Bauteil Woyand 2004 S 194 Bei der Verwendung von Metaphern oder Modellen besteht jedoch immer die Gefahr von Missverst ndnissen da ihre Interpretation individuell verschieden sein kann Deshalb m ssen die Modelle auf denen die Simulation basiert f r die Lernenden transparent gemacht werden So muss beispielsweise die Farbcodierung bei der FEM Analyse erl utert werden Bereiche mit gr erer Spannung bzw h herer Temperatur werden beispielsweise rot dargestellt Bereiche mit niedrigerer Spannung bzw Temperatur blau Die Farben k nnten sonst von Sch lerinnen und Sch lern auch anders interpretiert werden Es muss gekl rt werden dass die Verformungen bertrieben dargestellt werden und um welchen Faktor die Darstellung gegen ber der Wirklichkeit erh ht ist Die Lernenden m ssen erkennen dass Modelle nur Hilfskonstruktionen sind die eine subjektive Interpretation des Entwicklers darstellen dass sie die Wirklichkeit nicht originalgetreu widerspiegeln sondern eine reduzierte und akzentuierte Darstellung sind G ltigkeitsbereich und Grenzen des Modells sollten verdeutlicht werden Vergleicht man bspw experimentelle Daten mit den Ergebnissen aus einer FEM Analyse so korrelieren die Daten oft nicht miteinander Das liegt meist an den Unterschieden zwischen dem FEM Modell und dem realen Werkst ck Um m
3. Grunds tzlich sollte die Verwendung von Medien immer auch Medienerziehung und bildung beinhalten Der sinnvolle und verantwortungsbewusste Umgang muss im jeweiligen Unterricht thematisiert werden er wird nicht nebenbei vermittelt Wie bereits in Kapitel 3 4 1 S 83 diskutiert ist f r den Unterricht mit Simulationen und anderen digitalen Medien mediendidaktische Kompetenz der Lehrerinnen und Lehrer von entscheidender Relevanz Dennoch gibt es kaum Weiterbildungsveranstaltungen und auch keine medienp dagogische Pflichtveranstaltung in der universit ren Ausbildung der Lehrer f r berufliche Schulen zumindest nicht in Berlin sodass die Aus und Weiterbildung in diesem Bereich vom Interesse und Antrieb der jeweiligen Lehrkraft abh ngt Die fehlenden Kompetenzen der Lehrkr fte in diesem Bereich stellen somit eine weitere Grenze f r die Verwendung von Simulationen im Unterricht dar Aus kognitionspsychologischer Sicht kann als gesichert erachtet werden dass Lernen immer kognitive Anstrengung erfordert dass Lernende sich mit dem Lerngegenstand geistig auseinandersetzen m ssen damit sie Wissen hinzugewinnen Der Hoffnung dass man Lernende mal ein bisschen am Rechner Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 165 spielen l sst und sie so mal nebenbei gewichtigen Lernstoff rezipieren muss somit eine Absage erteilt werden Andererseits muss aber darauf geachtet werden dass die kognitive Beanspruchung bzw Belastung Cogn
4. Wie bereits im vorigen Abschnitt er rtert bedienen Simulationen in den Berufsfeldern der Metall und Elektrotechnik unterschiedliche Zielebenen bzw Modellfunktionen vgl S 73 Die Bewertung einer Simulation h ngt von ihrer Funktion die sie im Unterricht einnimmt bzw der Kompetenz die erlangt resp dem Lernziel das mit ihrer Hilfe erreicht werden soll ab So wie jedes andere Medium liefert auch die Simulation ihren eigenen beschr nkten Anteil bei der Aneignung von Kenntnissen Die o g Modellfunktionen k nnen Lehrenden als Unterst tzung bei der Einsch tzung von Potenzial Aussagekraft und Grenzen der jeweiligen Simulationen dienen Zus tzlich m ssen sich Lehrende berlegen welche Informationen erg nzend beizutragen sind die durch die Simulation selbst nicht vermittelt werden So z B Bezeichnungen und Beziehungen bei gegenstandsnahen Pr sentationen pr gnante anschauliche Fallbeispiele bei abstrakten Pr sentationen Denn die Simulation ist ja nur ein Abbild ein Modell der Realit t und z T stark vereinfacht Gl ckel 2003 Diese Vereinfachung ist entweder aus didaktischen Gr nden notwendig um die Komplexit t zu reduzieren und damit einer berforderung der Lernenden vorzubeugen oder aber auch aus technischen Gr nden d h bspw Begrenzungen durch Rechnerkapazit t Arbeitsspeicher Rechnerleistung Grafikkarten etc Infolgedessen ist eine Erkl rung bzw Erg nzung erforderlich Neben diesen Erw gungen sollte
5. 1997 Entwicklung multimedialer Systeme Planung von Lern und Masseninformationssystemen Wiesbaden Dt Univ Verl Gabler Edition Wissenschaft Forum Produktionswirtschaftliche Forschung Jolie Susan Katzky Uwe Bredli Klaus Kappe Frank Krause Dirk 2011 Simulationen und simulierte Welten Lernen in immersiven Lernumgebungen In Martin Ebner und Sandra Sch n Hg Lehrbuch f r Lernen und Lehren mit Technologien Kaese J rgen Rund Wolfgang 2006 Metalltechnik Grundwissen PC Animationen Version 1 0 Braunschweig Westermann Karwowski Waldemar 2012 The Discipline Of Ergonomics And Human Factors In Gavriel Salvendy Hg Handbook of human factors and ergonomics 4 Aufl Hoboken NJ Wiley S 3 31 Kerres Michael 1999 Didaktische Konzeption multimedialer und telemedialer Lernumgebungen In HMD Praxis der Wirtschaftsinformatik 36 205 S 9 21 Kerres Michael 2000 Medienentscheidungen in der Unterrichtsplanung Zu Wirkungsargumenten und Begr ndungen des didaktischen Einsatzes digitaler Medien In Bildung und Erziehung 53 1 S 19 39 Kerres Michael 2001 Multimediale und telemediale Lernumgebungen Konzeption und Entwicklung 2 vollst ndig berarbeitete Aufl M nchen Oldenbourg Kerres Michael 2003 Wirkungen und Wirksamkeit neuer Medien in der Bildung In Reinhard Keil Slawik und Michael Kerres Hg Wirkungen und Wirksamkeit neuer Medien in der Bildung M nster New York
6. Anderl Reiner Binde Peter 2010 Simulationen mit NX Kinematik FEM und CFD und Datenmanagement mit zahlreichen Beispielen f r NX 7 5 auf CD die Daten aller im Buch enthaltenen Lernaufgaben 2 Aufl M nchen Hanser Apel Karl Otto 1973 Transformation der Philosophie Band I Sprachanalytik Semiotik Hermeneutik Frankfurt am Main Suhrkamp Suhrkamp Taschenbuch Wissenschaft 164 Armstrong Penny S 1992 Computer based simulations in learning environments A meta analysis of outcomes In Dissertation Abstracts International Vol 53 Jul 1 A S 100 Arnold Rolf Reinmann Gabi 2010 Digitale Lernwelten Ann herungen an die Zukunft Eine Diskussion In Kai Uwe Hugger und Markus Walber Hg Digitale Lernwelten Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften S 287 293 Artino Anthony R Durning Steven J 2012 Media will never influence learning but will simulation In Med Educ 46 7 S 630 632 Austermann Anton 1989 Medienp dagogik In Dieter Lenzen Hg P dagogische Grundbegriffe Band 2 Jugend bis Zeugnis Reinbek bei Hamburg Rowohlt Taschenbuch Verlag S 1035 1045 Banks Jerry Carson John S Nelson Barry L 1996 Discrete event system simulation 2 Aufl Upper Saddle River N J Prentice Hall Betrancourt Mireille 2005 The Animation and Interactivity Principles in Multimedia Learning In Richard E Mayer Hg The Cambridge handbook of Mansfeld 7 Literatur
7. Gie verfahren SolidCast Gie prozess Simulationssoftware Einsetzbar f r alle Werkstoffe und Gie verfahren FORGE2 3 Schmiedesimulationssoftware DeForm Simulation von Fertigungsprozessen in der Metallverarbeitung Umformung W rmebehandlung Bearbeitung z B Flie pressen Gesenkschmieden etc simufact forming vorher MSC Superforge und Superform Umformsimulationssoftware unabh ngig von Prozesstemperatur eingesetztem Aggregat oder Material ModGet Getriebeberechnungs simulations software f r Kurven Gelenkgetrieben und elektr Kurvenscheiben 4 1 5 Simulationssoftware SPS Die Abk rzung SPS steht f r Speicherprogrammierbare Steuerungen Mit Speicherprogrammierbaren Steuerungen k nnen Maschinen oder technische Anlagen gesteuert werden Wellenreuther und Zastrow 2007 Einige Programme wie beispielsweise CIROS Mechatronics von Festo Didactic oder WinSPS von MH Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 136 bieten passende Unterrichtsmaterialien zu ihrer Software an Die Programme k nnen in einigen Editionen mit realer Hardware SPS verwendet werden mit der simulierte Anlagen gesteuert werden k nnen oder mit einer internen simulierten SPS Die verschiedenen Softwareanwendungen werden von einigen Schulen schon seit l ngerer Zeit mit guten Erfolgen verwendet und schneiden deshalb bez glich ihrer Eignung f r die verschiedenen Bildungsg nge gut ab Tabelle 13 Weit
8. externalisieren und mit anderen zu teilen sondern sind auch gleichzeitig f r den Lehrenden eine Informationsquelle was die Lernenden verstanden haben Es muss eine Balance zwischen allzu vorgefertigten Arbeitsbl ttern und Flei arbeit die nicht im Zusammenhang mit dem zu Lernenden steht gefunden werden Auch f r Mitschriften ben tigen die Sch lerinnen und Sch ler die Unterst tzung der Lehrkraft Eine ad quate und ansprechende Unterst tzung beg nstigt die Aneignung von Fachkompetenzen Die Festigung neu erworbenen Wissens sowie seine Flexibilisierung und seine berf hrung in multiple Repr sentation ist Voraussetzung f r den Erwerb fachlich methodischer Kompetenzen Dar ber hinaus muss das neu angeeignete Wissen dekontextualisiert werden Das Wiederholen und ben ist hier noch einmal ein sehr wichtiger Aspekt F r ein breit gef chertes anwendungsorientiertes Wissen muss den Sch lerinnen und Sch lern verdeutlicht werden dass unterschiedliche L sungs Wege zielf hrend sein k nnen Sollen besonders Kompetenzen in der Aneignung expliziten Wissens gef rdert werden sollte den Empfehlungen Grafes 2008 gefolgt werden dass sich Phasen in denen Grundlagen erarbeitet werden mit Phasen abwechseln in denen die Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 164 Grundlagen auf die jeweilige Fragestellung angewendet werden Keinesfalls sollten als Erstes alle notwendigen Grundlagen erarbeitet werden um erst danach
9. 0 7961 890 0 Mansfeld 9 Anhang 231 TECHSOFT Datenverarbeitung GmbH Herr Philip Feilhaber Tel 43 0 732 37 89 00 0 e Solid Edge ST 3 Demo erh ltlich F Solid Edge Software f r 3D Konstruktion Simulation Daten Management und Dokumentation Zielgruppen e Maschinenbau e Anlagenbau e Werkzeug und Formenbau e Medizintechnik e Produkt Industriedesign e Elektronische Komponenten e M belindustrie e Metalltechnik e Konsumg ter Dialogsprache Deutsch Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Technische Dokumentation Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Erstinstallation n a Anzahl der Installationen n a Preis ab 3 308 20 EUR 2 780 EUR zzgl 19 MwSt in der Grundversion Ausbau m glich Sitz des Anbieters Deutschland Anbieter PBU CAD Systeme GmbH Herr Christian Forster Tel 49 8251 8191 0 info pbu cad de e SolidWorks Mechanische 3D Demo erh ltlich A Konstruktion SolidWorks Software f r 3D Konstruktion Simulation Daten Management und Dokumentation Zielgruppen Mansfeld 9 Anhang 232 e Maschinenbau e Anlagenbau e Werkzeug und Formenbau e Medizintechnik e Produkt Industriedesign e Elektronische Komponenten e M belindustrie e Metalltechnik e Konsumg ter Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo V
10. 4 eoriet a Projek sktuniesenen Berechnung akhire P G Komskt Mac e Z z3 El Andrereme tm tm Antwortzpakhum Ei Desian Bawerting Harmonische Arah re 8 Lineare Beulanalyse IE Masia j Bi Heeriadditen Joa Hiakrkam artenati i m nn nn mn nn m nn nm nn nn mn nam 7 a Veen IM Gomat Va A 1 7 Du Fu D mode H cormtart Des giie 1 ia Model Y d f a Read E G modem Tmesenes DesignLFe E Wi Setun ae u monde S TImeSeneslbesignlife 5 code Mii 13 1 L sung a po E s SH Timmai 1 Eyb Pa BB Dake 1 Sshschmechanische Analyse E Thermsch stetinn re Anus Satsch nmacansche salyee E Thermisch transiente Anahe E Torolagieonteisung G mnsine Sruktarmeckanik E Kompanentensysene etate DyrnikiL5 DYNA Bee B em ten Diere Verbindeng Anne Bereref gdeler 2 POLYFLEM Birusian Techsieche Daten Ei femtende nietes yore E Antworsoektum S inon 5 Doppellicken Tes die Komennente em sie ni bearbeitet apartari aigar Eo Heklungen zusblenden S Abbildung 4 Erm dungspr fung mit Ansys nCodeDesignlife Mattwich und Friederici 2011 S 8 Mansfeld 2 Disposition 38 Abbildung 5 Zylinderinnenstr mungsmodell eines Kfz Motors Ansys CFX IDAC 2013 Gussst cke k nnen mit Erstarrungssimulationen siehe auch Abbildung 12 S 44 bzgl des Erstarrungsverlaufs und der Ausbildung unzul ssiger Eigenspannungen und Verformungen simuliert werden Fritz und Schulze 2008 und zur Ermittlung
11. Abbildung 10 Oberfl che einer Robotersimulation RobotStudio ABB 2010 42 Abbildung 11 Simulation eines Getriebes Ruf Getriebetechnik 2012 43 Abbildung 12 Formf llung einer Gie traube mit sechs Bremsscheiben Magmasoft POTT ee ee 44 Abbildung 13 Visualisierung der Arbeitsschritte eines CNC Drehteils in unterschiedlicher F rbung VirtualGibbs WupperCAM 2013 uu 45 Abbildung 14 Berliner Modell nach Burkard und Weiss 2008 S 208 46 Abbildung 15 Theoretische Kontexte der konstruktivistischen Didaktik vgl Reich 200975 ION een anne 54 Abbildung 16 EMV Emissionsuntersuchungen f r T rsteuerger te Industriehansa Abbildung 17 Fehler aufgrund fehlenden Materials oder ung nstiger Gesenkform Bernhardt 2006 55 28 heana 75 Mansfeld 8 Verzeichnis der Tabellen und Abbildungen 227 Abbildung 18 berlappung durch fehlerhafte Form der vorherigen Arbeitsstufe n Bernhardt 200658 28 ee 75 Abbildung 19 Benutzeroberfl che eines EMV Simulationsprogramms mit Kfz Modell und Kabelbaum EMCStudio Emcos 2012 us222202sseneennnnernenne 76 Abbildung 20 Unterschiede in Temperaturverteilung Eigenspannungskonzertration und Verzug bei enger Plattenbelegung li bzw weiter Belegung re Sturm BELA DODA Se ee Eee 77 Abbildung 21 Microsoft Flugsimulator 1 05 f r den PC 1982 eessen 88 Abbildung 22 SubLOGIC flight simulator FS1 f r Apple II amp
12. Eine Lernumgebung basierend auf dem Lernen aus Fehlern f r zerspanende Berufe des Berufsfeldes Metalltechnik In Joseph Pangalos Georg Sp ttl S nke Knutzen und Falk Howe Hg Informatisierung von Arbeit Technik und Bildung Eine berufswissenschaftliche Bestandsaufnahme M nster Lit S 201 210 Siemon Jens 2006 Virtual Reality zum selbstgesteuerten Lernen in metalltechnischen Berufen In Lernen amp Lehren 21 84 S 167 171 Stachowiak Herbert op 1973 Allgemeine Modelltheorie Wien New York Springer Stachowiak Herbert Hg 1980 Modelle und Modelldenken im Unterricht Anwendungen d allg Modelltheorie auf d Unterrichtspraxis Bad Heilbrunn Obb Klinkhardt Steininger Peter Z lch Gert 2002 Integrierter Ausbildungsansatz zur Qualifizierung von Industriemechanikern mittels computerunterst tzter Simulation In Klaus Jenewein Peter Knauth und Gert Z lch Hg Kompetenzentwicklung in Unternehmensprozessen Beitr ge zur Konferenz der Arbeitsgemeinschaft Gewerblich Technische Wissenschaften und Ihre Didaktiken in der Gesellschaft f r Mansfeld 7 Literatur 200 Arbeitswissenschaft am 23 24 September 2002 in Karlsruhe Aachen Shaker S 131 136 Sung Joung Souk 2009 U Learning Model Design Based on Ubiquitous Environment In International Journal of Advanced Science and Technology 13 S 71 88 Szczurek Mario 1982 Meta analysis of Simulation Games Effectiveness for Cognitive Learnin
13. Fachkompetenzen zu vermitteln Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 157 Als Beispiel eine Skizze f r die Vermittlung von Gestaltungsregeln bei angehenden Maschinenbautechniker innen Der Beruf des Maschinenbautechnikers der Maschinenbautechnikerin beinhaltet u a in Zusammenarbeit mit Ingenieuren neue Produkte zu entwickeln Bei der Konstruktion von Werkst cken m ssen je nach Fertigungsverfahren unterschiedliche Gestaltungsregeln eingehalten werden So m ssen bspw im Bereich des Schmiedens Gestaltungsregeln zum schmiedegerechten Gestalten angewendet werden Dazu sollten die angehenden Technikerinnen und Techniker zun chst Kenntnisse ber die verschiedenen Schmiedeverfahren kennenlernen da nicht alle mit den g ngigen Verfahren Gesenkschmieden Stauchen Flie pressen Freiformschmieden Ringwalzen vertraut sind Hier k nnen mithilfe einer kurzen Animation die Verfahren besser verdeutlicht werden als mit einfachen Schnittdarstellungen Die Animation die auch mithilfe einer Simulation erstellt werden k nnte bernimmt hier eine Deskriptionsfunktion Ebenso sind Bilder aus Schmiedesimulationen s Abbildung 17 auf S 75 im Abschnitt 3 4 1 meist besser geeignet die Bedeutung der Regeln f r schmiedegerechtes Gestalten zu vermitteln als die hier meist verwandten Schnittdarstellungen Abbildung 33 Die Potenziale liegen hier demnach vor allem in der Verdeutlichung von Prozessen die ansonsten schwerer zu durchsch
14. Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatronik Dialogsprache Deutsch Englisch Technischer Support Im Preis enthalten Preis EAGLE Hobbyist 166 60 EUR EAGLE Light 73 78 EUR EAGLE Professional 1648 15 EUR 1 User 9888 90 EUR 30 User Sitz des Anbieters Deutschland CadSoft Computer GmbH Pleidolfweg 15 D 84568 Pleiskirchen Tel 49 0 8635 6989 10 vertrieb cadsoft de e EDWinXP Demo erh ltlich au PCB Layout Zielgruppen Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatronik Dialogsprache Englisch Preis auf Anfrage Sitz des Herstellers Schweden Visionics Europe Visionics Sweden HB Ga Norrtaljev 97 182 47 Enebyberg Sweden Tel 46 8 792 2620 visionics bredband net e EMC Adviser Au Systementwurf und EMV Analyse Zielgruppen Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatronik Dialogsprache Deutsch Englisch Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland Zuken GmbH European HQ Am Soeldnermoos 17 85399 Hallbergmoos Tel 49 89 607696 00 Contact CE zuken com e EMPIRE Demo erh ltlich i D EMV Simulation 3D Feldsimulator Zielgruppen Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatronik Mansfeld 9 Anhang 261 Dialogsprache Deutsch Englisch Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland IMST GmbH Carl Friedrich Gauss Str 2 47475 Kamp Lintfort Tel 49 2842 981 100 e HarnessExpert Au 3D Software St
15. Rey 2009 und andere Weidenmann 2002 merkt an dass bei dieser Darstellung Sinnesmodalit t n mlich Sehen und H ren und Codierung Lesen und Nacherz hlen miteinander vermengt werden Die bessere Behaltensleistung durch multimediale Anwendungen erkl rt Klimsa mit dem Bild berlegenheitseffekt von Paivio 1971 d h Bilder k nnen besser gemerkt werden als W rter Klimsa 2002 S 8 9 Die Dual Coding Theory Paivios geht davon aus dass es zwei kognitive Subsysteme gibt Eines das auf die Repr sentation und Verarbeitung von nonverbalen Objekten und Ereignissen d h bspw Bilder spezialisiert ist und das andere das auf den Umgang mit Sprache spezialisiert ist Paivio postuliert ebenso zwei unterschiedliche Typen von Repr sentationseinheiten Imagens f r mentale Bilder und Logogens f r verbale Entit ten Logogens sind in Form von Assoziationen und Hierarchien organisiert w hrend Imagens in Form von Teil Ganzes Beziehungen organisiert sind So werden Texte in erster Linie im verbalen System verarbeitet und abgelegt 3 Attp www similima com ppt cone experience pdf a W rter Begriffe die jeweils Teil eines anderen Wortes oder Begriffs Ganzen sind Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 100 gleichzeitig aber werden die bildhaften anschaulichen Teile des Textes visualisiert und im nonverbalen System abgelegt Abbildung 23 Umgekehrt werden Bilder in das nonverbale System integriert ihre ve
16. Tenberg 2001 Mansfeld 1 Einleitung 8 Insbesondere im metall und elektrotechnischen Bereich existieren nur sehr wenige Arbeiten Diese werden im zweiten Kapitel Disposition n her betrachtet Zusammenfassend ist zu sagen dass sich der schon 2001 von Tenberg bem ngelte Stand empirischer Daten zu Unterricht mit Neuen Medien im gewerblich technischen Bereich nicht wesentlich ver ndert hat Auch im allgemeinbildenden Bereich gibt es nur wenige Studien Diese werden unter 2 4 Analyse wissenschaftlicher Beitr ge ber Simulationen als Lehr und Lernmittel und im dritten Kapitel Lern Lehr und Uhnterrichtstheorie ausf hrlicher beleuchtet In dieser Arbeit soll untersucht werden welche Potenziale Simulationen im metall und elektrotechnischen Bereich f r den Berufsschulunterricht entfalten k nnen und wo die Grenzen liegen Das bedeutet dar ber hinaus dass Konzepte erstellt werden m ssen die Simulationen in einen didaktischen Kontext einbetten und es muss berlegt werden an welcher Stelle Simulationen zweckm ig eingesetzt werden k nnen Diese Arbeit soll einen Ansatz dazu liefern Simulationen sinnvoll in metall und elektrotechnischen Unterricht zu integrieren Mansfeld 2 Disposition 9 2 Disposition Im zweiten Kapitel werden zun chst die Fragestellungen und Hypothesen dargestellt und der Aufbau der Arbeit erl utert Im Anschluss werden die bisherigen Erkenntnisse ber Simulationen als Lehr und Lernmittel
17. bei BASF eingesetzt werden sollte Ziel war es die Akzeptanz von TOM Ma nahmen im Unternehmen zu steigern Er kommt zu dem Schluss dass auch affektive Lernziele mit Hilfe von Simulationen vermittelt werden k nnen Burgmer und Raimer 2004 f hrten eine Akzeptanz und Optimierungsstudie zu einem von ihnen konzipierten hypermedialen Informations und Lernsystem HILWA Prototyp zur Simulation flexibler Produktion durch valide Daten liegen allerdings bis jetzt nicht vor Siemon 2005 entwickelte einen Prototypen der Software VIRTOOL eine computerbasierte Lernumgebung unter Ausnutzung von VR und 3D Technologie die Lernprozesse an metallbearbeitenden Werkzeugmaschinen unterst tzen soll F r das Ziel Auszubildende zum selbstgesteuerten Lernen zu bef higen konnte gezeigt werden dass Simulationen in bestimmten Phasen des Lernprozesses Entscheidungsm glichkeiten er ffnen die f r die bis dahin bliche Ausbildung der metallzerspanenden Berufe nicht zur Verf gung standen Siemon 2006 S 170 Tauschek 2006 f hrte bei angehenden Prozessleitelektronikern eine quasi experimentelle und explorative Studie durch und wies nach dass computergest tzte Modellbildung und Simulation CMS dazu beitragen kann Handlungs und Probleml sekompetenz zu komplexem regelungstechnischen Systemverhalten zu f rdern Bl mel Jenewein und Schenk 2010 beleuchteten theoretisch welche M glichkeiten der Einsatz von VR in der beruflichen Bild
18. bernehmen soll So bernimmt die Simulation im obigen Beispiel f r Maschinenbautechniker innen S 157 eine Deskriptionsfunktion Nat rlich kann auch das Erlernen der Anwendung eines Simulationsprogrammes Ziel des Unterrichts sein wie bspw bei der Ausbildung zum Produktionstechnologen bzw zur Produktionstechnologin im LF 11 wo die Auszubildenden Produktionsprozesse simulieren sollen oder bei der Ausbildung zum Industriemechaniker bzw zur Industriemechanikerin im Lernfeld 8 Fertigen auf numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen wo die Auszubildenden CNC Programme durch grafische Programmierverfahren entwickeln und sie durch Simulationen berpr fen sollen Hier sollte darauf geachtet werden dass der Unterricht nicht wieder zu klassischem Frontalunterricht wird Insbesondere wenn Lehrende vorher selbst Fortbildungsveranstaltungen von Herstellern der Simulationsprogramme besucht haben besteht diese Gefahr Viele Weiterbildungsveranstaltungen der Herstellerfirmen von Simulationsprogrammen sind unter didaktischen Gesichtspunkten und daraus resultierend auch in ihrer Qualit t und Effektivit t als eher schlecht zu beurteilen Durch die Vorbildfunktion solcher Weiterbildungsveranstaltungen kann dies Auswirkungen auf Vermittlung dieser Programme im unterrichtlichen Zusammenhang haben H ufig werden sie in Form von Frontalunterricht durchgef hrt und Multiplikatoren orientieren sich bei ihren Veranstaltungen an der Struktur und den Lehrunterlage
19. drei Ans tze f r die Entstehung tr gen Wissens ermittelt Metaprozesserkl rungen Strukturdefiziterkl rungen und Situiertheitserkl rungen Metaprozesserkl rungen beruhen auf der Annahme dass das erforderliche Wissen zwar verf gbar ist aber kein Gebrauch davon gemacht wird Ursache hierf r sind unzul ngliche Metaprozesse wie bspw fehlende Kenntnisse zu Voraussetzungen bei der Anwendung Strukturdefiziterkl rungen konstatieren die M ngel im anzuwendenden Wissen selbst das bedeutet dass das Wissen nicht angewendet werden kann weil seine Struktur dies nicht zul sst Situiertheitserkl rungen gehen davon aus dass Wissen grunds tzlich situativ gebunden ist Den Ursprung sehen viele Autoren vgl Gerstenmaier und Mandl 1995 S 867 in der mangelnden Einbeziehung realistischer Bezugsrahmen Konstruktivistische Lernumgebungen bieten Informationen praxisbezogen holistisch und situiert d h in komplexen Kontexten und somit authentisch sodass sie z B auf Problemstellungen aus dem beruflichen Alltag der Lernenden bertragbar sind Holzinger 2001 Rey 2009 Gerstenmaier und Mandl 1995 Wichtige konstruktivistische Gestaltungsans tze f r Lernumgebungen sind beispielsweise e Cognitive Apprenticeship Collins et al 1989 wo die traditionelle Ausbildung von Lehrlingen als Vorbild f r die Gestaltung von Lernumgebungen dient Die Unterst tzung durch den Lehrenden nimmt im Laufe des Lernprozesses mit zunehmender Kompetenz der Lernenden
20. ihre Einbindung in einen Kontext und Anpassung an die individuellen F higkeiten der Lernenden macht erst die Lernf rderlichkeit aus Ein Vorteil den Simulationen in dieser Hinsicht haben nat rlich abh ngig von der jeweiligen Gestaltung der Simulation ist die inhaltliche Verzahnung mittels Texten Bildern oder Videos die dadurch die Einbettung und Vernetzung von Lerninhalten im Ged chtnis unterst tzen k nnen Kerres 1999 Motivation als Begr ndung f r den Einsatz von Simulationen Neben der Lernf rderlichkeit von Multimedia ist oft auch die F rderung der Motivation ein Argument f r den Einsatz digitaler Medien Dies begr ndet sich auf der Annahme dass das Lernen mit Simulationen Animationen und Bildern mehr Spa macht und mehr Anwendungsn he herstellt Simulationen tragen einen Aufforderungscharakter affordance oder Affordanz Kozma 1991 nach Winn Affordanz affordance Angebot ein von Gibson gepr gter Begriff den er von afford anbieten gew hren ableitet und selbst gepr gt hat Nach Gibson handelt es sich um eine Handlungsanregung aufgrund der Informationen ber funktionell relevante Eigenschaften von Dingen und Bestandteilen der Umwelt die ein bestimmtes Verhalten m glich machen Die Dinge sagen uns was wir mit ihnen tun sollen sie haben nach dem Gestaltpsychologen Koffka einen Forderungscharakter nach Lewin einen Aufforderungscharakter So ist z B ein Sessel eine Affordanz f r d
21. informations technologischer Systeme einge bt werden Euler 1992 S 26 Bei der Anwendungssimulation geben die Lernenden ihre Daten genau wie unter den realen Umst nden ein ihre Kompetenzen werden aber in an ihre F higkeiten angepasste bungs und Transferphasen gefestigt bzw werden falls notwendig Fehler berichtigt Beispiele hierf r sind Simulationen zur Programmierung CNC Maschinen oder Speicherprogrammierbaren Steuerungen Ott 2007 F r die Anwendungssimulation unterscheidet Euler zwei Formen die aufgabenorientierte und die darstellungsorientierte Die aufgabenorientierte Anwendungssimulation zeichnet sich dadurch aus dass sie auf einer realit tsnahen Anwendungsaufgabe basiert deren Bearbeitung vom Programm erfasst evtl erl utert erg nzt oder mit einer Erkl rung oder Hilfestellung versehen wird Euler sieht als Zielgruppe solcher Mansfeld 2 Disposition 30 Simulationen Lernende die Gelerntes ben m chten Die darstellungsorientierte Anwendungssimulation beruht auf dem Nachempfinden eines vorgegebenen Probleml sungsprozesses Die Simulation pr sentiert zun chst diesen Prozess im Anschluss sind die Lernenden angehalten ihn etappenweise nachzuvollziehen wobei ihnen das Programm Feedback gibt vgl Euler 1992 S 26 F r Mandl et al 1997 bezieht sich der Begriff Simulation auf unterschiedliche Programmtypen Simulationen als Substitute f r Experimente Modellbildungssysteme Planspiele und Simulationen zum
22. k nnte der Unterricht folgenderma en aussehen 1 Bedeutsame Aufgabe mit angemessenem Komplexit tsgrad als Ausgangspunkt Zun chst macht der die Lehrende die Lernenden mit dem Problem der oben skizzierten Aufgabe vertraut und fragt ob sie Erlebnisse mit oder Kenntnisse von einem vergleichbaren Sachverhalt bspw im betrieblichen Zusammenhang haben Die Sch lerinnen und Sch lern werden nach ihren Hypothesen zur L sung des geschilderten Problems befragt Sie sollen Vermutungen u ern wie das Problem gel st werden k nnte und welche Einflussfaktoren eine Rolle spielen Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 171 Sollten die erwarteten Annahmen die f r die L sung der Aufgabe notwendig sind nicht ge u ert werden sollte der die Lehrende evtl Probleme aufzeigen oder ge u erte Vermutungen problematisieren damit die Sch lerinnen und Sch ler die in der Aufgabe liegenden Probleme wahrnehmen 2 Verst ndigung ber Ziele und Vorgehensweisen Im Anschluss daran werden die Lernenden animiert Ziele f r die Bearbeitung des Problems festzulegen z B F r die L sung der Aufgabe sollen weitere Kenntnisse zu unterschiedlichen Greiferarten konfigurationen Greifer und Objektkennwerten etc erarbeitet und danach angewandt werden usw Die Zielvorstellungen m ssen so formuliert sein dass sie von den Lernenden verstanden werden und die zu erlangenden Kenntnisse bzw Fertigkeiten antizipiert werden k nnen Der
23. llig auf die gestellte Aufgabe konzentriert Andererseits k nnten auch die Animationen die Interaktivit t und die Option in seinem eigenen Tempo zu lernen Grund daf r sein Sacher 1998 So k nnten dar ber hinaus Simulationen Theorie und Praxis miteinander verbinden und zum Erwerb von Handlungskompetenzen beitragen Einige Forscher gehen sogar davon aus dass Simulationen reale Umgebungen f r bestimmte Bereiche ersetzen k nnen bspw CNC Simulationen das Programmieren an realen Werkzeugmaschinen Teilweise bildet sich dieser Wandel in den Curricula der Berufsschulen zu den einzelnen Berufen bereits ab So ist in den Rahmenlehrpl nen der KMK z B vorgesehen dass die Sch lerinnen und Sch ler CNC Programme entwickeln und sie durch Simulationen berpr fen sollen vgl z B die Rahmenlehrpl ne der Industrie und der Zerspanungsmechaniker innen LF 8 KMK 20043 2004b Werkzeugmechaniker innen LF 10 KMK 2004a Produktionstechnolog inn en LF 7 KMK 2008a Es stellt sich die Frage ob dies ausreichend ist oder ob Simulationen eine st rkere Ber cksichtigung finden sollten da Simulationen oft anschaulicher sind und auch neue Optionen bieten sich inter aktiv mit Lerninhalten auseinanderzusetzen Euler et al 2006 Bis jetzt gibt es nur wenige methodisch kontrollierte Studien zur Anwendung von Simulationen Schulmeister 2007 Zur Verwendung von Simulationen in der beruflichen Bildung gibt es kaum Erkenntnisse Euler et al 2006
24. r immer realistischere Darstellungen sollte bedacht werden dass in der Reduktion auch ein Potenzial der Simulation stecken kann Indem n mlich komplexe Zusammenh nge vereinfacht werden k nnen Einblicke und Erkenntnisse gewonnen werden die ohne die Vereinfachung sonst nicht so klar gewesen w ren Dar ber hinaus kann die gro e Realit tsn he der Simulation auch dazu f hren dass Risiken nicht ernst genommen werden da in der Simulation Fehler keine echten Konsequenzen bspw gro e Sch den haben sondern bei der Simulation maximal eine Fehlermeldung produzieren Es wird vermutet dass dieser Effekt f r den milit rischen Bereich genutzt wird Soldaten und Piloten ben mit Simulationen Kriegshandlungen und werden dadurch im Ernstfall unempfindlicher beim T ten da in der Simulation das T ten schon ge bt wird und dort keine Menschen sterben Diese Absicht wird allerdings von Milit rstrategen und den Herstellern dieser Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 150 Simulationen bestritten Angemessener ist die etwas differenziertere Sicht von Gieselmann 2002 der davon ausgeht dass besonders die Bedeutsamkeit die die realistische Gestaltung f r den Benutzer gewinnt einen Einfluss darauf hat ob die Bereitschaft zunimmt das Geschehen aus der Simulation auf reale Kampfhandlungen zu projizieren Die realistische Simulation der Waffensysteme f hrt dazu dass Gewalt durch die Betrachtung der rein technischen Faktoren a
25. und Wirtschaftsp dagogik 105 4 S 559 578 Gysbers Andre 2008 Lehrer Medien Kompetenz Eine empirische Untersuchung zur medienp dagogischen Kompetenz und Performanz nieders chsischer Lehrkr fte Berlin Vistas Habermas J rgen 1965 1974 Erkenntnis und Interesse Frankfurt am Main Suhrkamp Suhrkamp Taschenbuch Wissenschaft Hattie John 2009 Visible learning A synthesis of over 800 meta analyses relating to achievement London New York Routledge Hehenberger Peter 2011 Computerunterst tzte Fertigung Eine kompakte Einf hrung 1 Aufl Berlin u a Springer Berlin Hengesbach Klaus 2005 Lernfelder Metalltechnik Industriemechanik 1 Aufl Troisdorf Bildungsverlag Eins IDAC Integrated Design amp Analysis Consultants Ltd 2013a ANSYS CFX Online verf gbar unter http www idac co uk products products cfx htm zuletzt aktualisiert am 25 07 2013 zuletzt gepr ft am 26 07 2013 IDAC Integrated Design amp Analysis Consultants Ltd 2013b ANSYS Icepak Online verf gbar unter http www idac co uk products products icepak html zuletzt aktualisiert am 25 07 2013 zuletzt gepr ft am 26 07 2013 Initiative D21 2011 Bildungsstudie Digitale Medien in der Schule Eine Sonderstudie im Rahmen des N Onliner Atlas 2011 Online verf gbar unter http www initiatived21 de wp content uploads 2011 05 NOA_Bildungsstudie _ 140211 pdf Issing Ludwig J Klimsa Paul Hrsg 2002 Information u
26. 1 S 1 24 Rasch Thorsten Schnotz Wolfgang 2006 Lernen erm glichen Lernen erleichtern Was die Cognitive Load Theorie wirklich empfiehlt In Ingmar Hosenfeld und Friedrich Wilhelm Schrader Hg Schulische Leistung Grundlagen Bedingungen Perspektiven M nster M nchen u a Waxmann S 183 204 Rauner Felix 2002 Die Bedeutung des Arbeitsprozesswissens f r eine gestaltungsorientierte Berufsbildung In Martin Fischer und Felix Rauner Hg Lernfeld Arbeitsprozess Ein Studienbuch zur Kompetenzentwicklung von Fachkr ften in gewerblich technischen Aufgabenbereichen 1 Aufl Baden Baden Nomos Verl Ges S 25 52 Mansfeld 7 Literatur 214 Rauner Felix 2007 Der Beruf als Dreh und Angelpunkt der Berufsbildungsforschung Netzwerk Gesellschaftsethik e V Ausgabe 1 Online verf gbar unter http www denk doch mal de node 42 zuletzt gepr ft am 17 09 2013 Rauner Felix 2012 Lernfelder als Dreh und Angelpunkt f r eine moderne Berufsbildung ein gescheitertes Reformprojekt In Berufsbildung Zeitschrift f r Praxis und Theorie in Betrieb und Schule 66 134 S 15 17 Reich Kersten 2009 Konstruktivistisiche Didaktik Kontexte und handlungsbezogene Perspektiven In Wilfried Pl ger Hg Lernen in der Schule Dimensionen einer schulp dagogischen Theorie des Lernens 1 Aufl M nster Westf Aschendorff S 30 47 Reinmann Gabi Mandl Heinz 2006 Unterrichten und Lernumgebungen gestalten
27. 191 multimedia learning Cambridge U K New York Cambridge University Press S 287 296 Birtwistle G M 1987 DEMOS a system for discrete event modelling on simula New York Springer Verlag Bley H Franke C 2001 Integration von Produkt und Produktionsmodell mit Hilfe der Digitalen Fabrik In wt online 04 S 214 Bl meke Sigrid 2003 Lehren und Lernen mit neuen Medien Forschungsstand und Forschungsperspektiven In Unterrichtswissenschaft 31 1 S 57 82 Bl mel Eberhard Jenewein Klaus Schenk Michael 2010 Virtuelle Realit ten als Lernr ume In lernen amp lehren 25 97 S 6 13 Beuting J rgen Haase Tina Termath Wilhelm 2010 Qualifizierung von technischen Fachkr ften in der Instandhaltung von Hochspannungsbetriebsmitteln mit Methoden der Virtual Reality In lernen amp lehren 25 97 S 26 33 BMBF 2006 IT Ausstattung der allgemein bildenden und berufsildenden Schulen in Deutschland Bestandsaufnahme 2006 und Entwicklung 2001 bis 2006 Online verf gbar unter http www bmbf de pub it ausstattung_der_schulen_2006 pdf zuletzt aktualisiert am 20 10 2006 zuletzt gepr ft am 23 01 2013 Bodendorf Freimut 1990 Computer in der fachlichen und universit ren Ausbildung M nchen etc Oldenbourg Bofinger J rgen 2007 Digitale Medien im Fachunterricht Schulische Medienarbeit auf dem Pr fstand 1 Aufl M nchen i e Donauw rth Auer Bonz Bernhard 2009 Methoden
28. 1999 Optimierte Prozesse durch Digital Factory Tools In F L Krause C Kind und C Raupach Hg Virtuelle Produktentstehung in der Fahrzeugtechnik Tagung Berlin 9 und 10 September 1999 D sseldorf VDI Verlag S 187 198 Magmasoft 2011 Magma Online verf gbar unter www magmasoft de ms pics frontier_640x480 jpg zuletzt aktualisiert am 19 12 2011 zuletzt gepr ft am 19 12 2011 Mandl Heinz Gruber Hans Renkl Alexander 1993 Neue Lernkonzepte f r die Hochschule In Das Hochschulwesen 41 S 126 130 Mandl Heinz Gruber Hans Renkl Alexander 1997 Lernen und Lehren mit dem Computer In Franz E Weinert und Heinz Mandl Hg Psychologie der Erwachsenenbildung G ttingen Seattle Hogrefe Verlag f r Psychologie S 437 467 Mandl Heinz Gruber Hans Renkl Alexander 2002 Situiertes Lernen in multimedialen Lernumgebungen In Ludwig J Issing und Paul Klimsa Hg Information und Lernen mit Multimedia und Internet Lehrbuch f r Studium und Praxis 3 vollst berarb Weinheim Beltz PVU S 139 148 Maria Anu 1997 Introduction to modeling and simulation In Sigr n Andradbttir Kevin J Healy David H Withers und Barry L Nelson Hg Proceedings of the 1997 Winter Simulation Conference Renaissance Waverly Hotel Atlanta Georgia 7 10 Mansfeld 7 Literatur 197 December 1997 New York Piscataway NJ Association for Computing Machinery Institute of Electrical and Electronics Engineer
29. 2007 Holzinger 2001 Kerres 2001 Kron und Sofos 2003 Rey 2009 Schulmeister 2007 Zun chst wird ein berblick ber diese lerntheoretischen Ans tze gegeben werden Im Folgenden sollen einige der beschriebenen Aspekte die f r den Einsatz von Simulationen in der beruflichen Bildung von besonderer Bedeutung sind n her beleuchtet werden 3 2 Lerntheorien Lerntheorien versuchen Aussagen ber das menschliche Lernen zu machen also z B die Frage zu beantworten was sich genau w hrend des Lernprozesses abspielt wie am besten gelernt wird und wie Lernprozesse gestaltet werden sollten Hierzu gibt es unterschiedliche wissenschaftliche Ans tze die historisch gewachsen sind Die srundlegendsten Lerntheorien sollen nachfolgend kurz umrissen werden 3 2 1 Behaviorismus Vertreter des Behaviorismus beschreiben Lernen als eine nderung des Verhaltens die als Reaktion auf Reize von au en eintritt Stimulus Response bzw Reiz Reaktions Schema Dabei wird sich am Beobachtbaren orientiert Die u eren Merkmale der Lernumgebung stehen im Vordergrund Ver nderungen die im Ged chtnis oder in der Empfindung stattfinden werden nicht ber cksichtigt das Gehirn wird als eine sog black box Baumgartner 2003 S 3 ein passiver Beh lter Baumgartner und Payr 1999 S 110 angesehen in dem Wissen Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 50 abgelagert ebd wird Baumgartner und Payr 1999 Burkard und Weiss 2008 Gr s
30. 45 ist und nun durch die Lernenden beim Erforschen der Umgebung entdeckt werden soll Ein Beispiel ist die von Papert in den 1970er Jahren entwickelte Mathematik Welt in der mit der Programmiersprache LOGO und der Schildkr ten Geometrie Turtle Geometry Kindern die Welt der Geometrie n her gebracht werden sollte Papert 1972 Kritik am Konstruktivismus gibt es sowohl an der Weltsicht der Konstruktivisten als auch an den daraus abgeleiteten Didaktiken N se 1995 beispielsweise merkt zu den neurophysiologischen berzeugungen dass es keine Objektivit t g be an Wenn man keinen Zugang zur Umgebung hat dann kann man auch nicht feststellen da man ihn nicht hat N se 1995 S 251 zit nach Pongratz 2010 S 48 An konstruktivistischen Didaktiken wird u a kritisiert dass durch die hohe Komplexit t der konstruktivistischen Lernumgebungen betr chtliche Anforderungen an die Lernenden gestellt werden Helmke 2010 weist darauf hin dass insbesondere Lernende mit geringen Lernvoraussetzungen intensiverer Instruktion Hilfestellung und Struktur bed rfen als kognitivistische Lernumgebungen bereitstellen Helmke kritisiert weiter dass die empirische Absicherung f r konstruktivistische Ans tze eher d rftig ist und einige Untersuchungen sogar Verschlechterungen in den Leistungen aufzeigen Gr nde daf r k nnten einerseits sein dass selbstgesteuertes Lernen ein hohes Ma an Motivation bei den Lernenden voraussetzt Andererseits sc
31. 61 67 Riedl und Schelten 2006 sehen in allen Erkl rungen eine Bedeutsamkeit f r die Berufliche Bildung in Bezug auf Handlungskompetenz halten jedoch in Hinsicht auf Berufsschulunterricht die Aspekte 3 4 5 8 10 und 11 f r wesentlich W hrend sie die Erkl rungen 3 4 und 5 f r die Entwicklung von theoretischen Voraussetzungen Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 64 f r ein Handeln K nnen ebd S 22 also die Arbeitst tigkeit oder das praktische Tun im Beruf hervorheben Die meisten handlungsorientierten Ans tze gehen grunds tzlich auf drei Bezugstheorien zur ck Die erste ist die materialistische T tigkeitstheorie mit ihren Ausrichtungen der a materialistischen Lernpsychologie Wygotski Leontjew Galperin und b der Handlungsregulationstheorie Hacker Volpert Der zweite Ansatz ist der systemtheoretische auch Handlungsstrukturtheorie genannt Miller Galanter und Pribram Die dritte ist die kognitive Handlungstheorie Piaget Aebli Schneider 2005b S 120 Es ist schwierig diese Ans tze zu trennen die meisten Ausf hrungen in der Literatur sind eine Kombination aus diesen Die Str mung der Schulp dagogik liegt meist eher in der lernpsychologischen und kognitionspsychologischen Argumentation nach Aebli w hrend in der Berufsp dagogik eher die Ausrichtung Handlungsregulationstheorie nach Hacker und Volpert vorherrscht In der Literatur zur schulischen und betrieblichen Ausbildung sind mei
32. 81 m wagner cipro gmbh com e NC Trainer EXSL WIN Demo erh ltlich Air dialoggef hrte Software f r den Einstieg in die CNC Programmierung von NC Drehmaschinen und NC Fr smaschinen EXSL WIN ist ein multifunktionales Programmiersystem mit zwei Programmierarten und drei CNC Editoren Mansfeld 9 Anhang 238 Dialogsprache Deutsch Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Schulung gegen Entgelt Preis NC Trainer Bildungseinrichtungen erhalten die Vollversion mit einer Technologie Kapitel Drehen oder Fr sen ab 500 zzgl MwSt Einzellizenzen Kapitel Drehen oder Fr sen f r den privaten Heimgebrauch ab 210 zzgl MwSt Sitz des Herstellers Deutschland Hersteller SL Automatisierungstechnik GmbH Tel 02371 9081 0 anfrage slhome com e NX CAM Express ia MultiCAD CAM f r Fr sen Drehen Drahten Drehfr sen amp High End Multifunktionsmaschinen Zielgruppen e Arbeitsvorbereiter e NC Programmierer e CNC Programmierer e NC Dienstleister e Mechanische Teilefertiger Dialogsprache n Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Erstinstallation 1975 Anzahl der Installationen 70 000 Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland Anbieter VSG Software amp Service GmbH http www vsg de Herr Matthias
33. Abhilfen geschaffen werden Mansfeld 1 Einleitung 6 Simulationsprogramme werden inzwischen aber immer fter auch dazu verwendet sogenannte Soft Skills wie Teamentwicklung interkulturelle Zusammenarbeit zu entwickeln Euler et al 2006 S 440 Ein weiterer Aspekt f r die Ber cksichtigung von Simulationen im Berufsschulunterricht ist der Wandel der Arbeitswelt Die Durchdringung der Gesellschaft mit den Neuen Medien hat auch zu Ver nderungen in den metall und elektrotechnischen Berufen gef hrt In vielen metalltechnischen Berufen geh ren Simulationen zum allt glichen Gesch ft So ist z B die Simulation des Zerspanprozesses das L sen steuerungstechnischer Aufgaben oder auch das f gegerechte Gestalten mithilfe der Simulation State of the Art Durch die Globalisierung mit ihrer weltweiten Vernetzung der Wirtschaft werden neue Produktions Vermarktungs und Absatzstrategien erm glicht Das hat zu einer starken Ver nderung der Rahmenbedingungen f r produzierende Unternehmen gef hrt Schwankende Auftragszahlen und steigende Variantenzahlen durch st rkere Nachfrage nach kundenspezifischen Produkten f hren zur Verk rzung von Produktlebenszyklen Der technologische Fortschritt w chst Dadurch kann die Gestaltung der Erzeugnisse erst sp t festgelegt werden die Zeitr ume f r ihre Einf hrung verk rzen sich Time to Market Just in Time Manufacturing und Lean Manufacturing sind hier die Schlagw rter Es brechen zum Tei
34. Affordanzen Angebote f r das Hantieren mit ihnen http www wissenschaft online de abo lexikon psycho 320 zuletzt gepr ft am 22 08 2012 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 98 Lernen erfordert kognitive Anstrengung Weiterhin muss ber cksichtigt werden dass Lernen kognitive Anstrengung erfordert Lernende m ssen sich mit dem Lerngegenstand geistig auseinandersetzen vgl Kerres 1999 Spitzer 2012 Nach Salomon 1981 1984 gibt es einen Zusammenhang zwischen der H he der geistigen Anstrengung die investiert wird AIME Amount of Invested Mental Effort bzw der Tiefe der Verarbeitung und der Menge an Wissen das gewonnen und behalten werden kann Wichtige Faktoren sind auch die Art der Pr sentation und die Einsch tzung der Schwierigkeit der Aufgabe oder des Mediums pdc perceived demand characteristic und die vom Lernenden erfahrene Selbstwirksamkeit pse perceived self efficacy der Investition geistiger Anstrengung bei der Verarbeitung der Inhalte Erh lt n mlich der Lernende den Eindruck dass das Lernen mit dem Programm einfach ist oder verspricht er sich nur einen geringen pers nlichen Gewinn investiert er eine geringere mentale Anstrengung was zur Folge hat dass er weniger lernt und beh lt Interaktivit t als Begr ndung f r den Einsatz von Simulationen Computersimulationen besitzen durch die Interaktivit t eine Eigenschaft die sie von anderen Computerprogrammen abhebt Die jeweiligen Parame
35. Aktivierung occipitoparietalen Regionen des Gehirns die an der visuellen Handlungssteuerung beteiligt sind stattfindet Beim blo en Zeigen gab es diese Effekte nicht Demnach kann gesagt werden dass durch dass Klicken mit der Maus das einer Zeigebewegung gleichkommt nur wenige Nervenzellen aktiviert werden und demnach nicht nachhaltig gelernt wird Nur beim konkreten Handeln k nnen im Gehirn Handlungsaktivierungsmuster abgelegt werden Spitzer 2010 2012 3 4 3 Medientheoretische Perspektive Das Wesen und die Wirkungsweisen von Simulationen sowie ihre Funktion f r die Gesellschaft und das Individuum wird durch die medientheoretische Perspektive er rtert Bei der Wahl der Medien und ihrer Verwendung im Unterricht sollte immer im Vordergrund stehen dass sie nur dann zweckm ig und Erfolg versprechend sind wenn mit ihnen Einsichten Fertigkeiten oder Kenntnisse erlangt werden k nnen die ohne sie nicht erreichbar w ren Arnold und M ller 1992 Dementsprechend m ssen zun chst die angestrebten Ziele des didaktischen Gebietes ergr ndet werden um die Funktion des Mediums zu bestimmen Nur wenn das Medium auf die Gegebenheiten abgestimmt ist kann mit ihm ein Lernerfolg erreicht werden Bei der Entwicklung von Lehr Lern Arrangements mit Simulationen ist daher die Gesamtsituation des Lernumfeldes einzubeziehen wobei auch soziale Faktoren zu ber cksichtigen sind Kerres 2005 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 109
36. Beitrag das Medium leistet Lehr Lern Prozesse effektiver zu gestalten und das Lernziel zu erreichen Als wichtigste Faktoren sieht Kerres daher e Begr ndung und Funktion des Medieneinsatzes im Bildungskontext Begr ndungsmuster f r den Einsatz von Bildungsmedien Absch tzung von Kosten und Nutzen Pr fung der Machbarkeit e Analyse der Akteure einschlie lich der Zielgruppe der Lernenden und Lernsituation Konstellation der Akteure und Merkmale der Zielgruppe e Spezifikation der Lehrinhalte sowie der Projekt und Lehrziele des Lernangebots Inhalts und Ergebniskomponente von Lehrzielen Kommunikations und Projektziele e Auswahl der didaktischen Methode expositorisch und explorativ strukturierte Methoden sowie problembasierte und kooperative Methoden e Planung der Lernorganisation zeitlich r umliche sowie soziale Organisation des Lernens Kerres 2012 S 67 68 F r die Beurteilung von Erkenntnissen au erhalb des deutschsprachigen Raumes weist Kerres 2012 darauf hin dass au erhalb des deutschsprachigen Raumes die Begriffe Didaktik und Bildung nicht gebr uchlich sind sondern der Terminus Instruktionsdesign instructional design Die Unterschiede sind nicht nur begrifflicher Natur W hrend bei der Didaktik meist eher das schulische Lernen mit der Betonung curricularer Fragen der Lehrinhalte und ziele im Zentrum des Interesses stehen vor dem Hintergrund der Lehrerbildung ist beim Instruktionsdesign vor allem der As
37. Cambridge University Press S 549 567 Riedl Alfred 2010 Eine Didaktik f r die berufliche Bildung In Berufsbildung Zeitschrift f r Praxis und Theorie in Betrieb und Schule 64 124 S 2 Mansfeld 7 Literatur 215 Riedl Alfred Schelten Andreas 2006 Handlungsorientiertes Lernen Aktuelle Entwicklungen aus der Lehr Lern Forschung und deren Anwendung im Unterricht Lehrstuhl f r P dagogik Technische Universit t M nchen M nchen Teilnehmerunterlagen einer Lehrerfortbildung am 14 Februar 2006 Ross Ernst 1994 Computerunterst tztes Lernen CUL von der Euphorie zur realistischen Betrachtung In W amp B 46 4 S 106 117 zuletzt gepr ft am 31 03 2011 Sacher Werner 1998 Multimedia und Computersimulationen im Unterricht In Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht MNU 51 8 S 452 458 Sacks Oliver W 2011 Das innere Auge Neue Fallgeschichten 1 Aufl Reinbek bei Hamburg Rowohlt Salomon Gavriel 1981 Introducing AIME The assessment of children s mental involvement with television In New Directions for Child and Adolescent Development 13 S 89 102 Salomon Gavriel 1984 Television is easy and print is tough The differential investment of mental effort in learning as a function of perceptions and attributions In Journal of Educational Psychology 76 S 647 658 Salomon Gavriel Perkins D N 1996 Learning in Wonderland What do computers really offer
38. Deutschland Anbieter Center4ACNC GmbH amp Co KG www center4cnc de Tel 49 0 8191 33 777 schnell center4Acnc de Edgecam Demo erh ltlich iz CAM System im Anwendungsbereich 2 5 Achsen Fr sen Drehen und Fr s Drehstrategien Zielgruppen e Arbeitsvorbereiter e NC Programmierer e CNC Programmierer e NC Dienstleister e Mechanische Teilefertiger e CAM Anwender Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Mansfeld 9 Anhang 235 Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Technische Dokumentation Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Erstinstallation 1983 Anzahl der Installationen 90000 Preis ab 3 927 EUR 3 300 EUR zzgl 19 MwSt Edgecam Einsteiger Fr sen Sitz des Anbieters Deutschland Anbieter CIPRO competence in processes Info Herr Markus Lorenz Tel 49 6831 96688 78 e ESPRIT by DP Technology AN 2D 3D CAM f r Fr sen Drehen Drehfr sen und Erodieren Dialogsprache n Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Erstinstallation 1998 Anzahl der Installationen 8 500 Preis ab 3 590 52 EUR 3 017 24 EUR zzgl 19 MwSt Sitz des Herstellers Deutschland DP Deutschland Tel 49 951 299 526 0
39. Ergebnisse dieser Studie erweitern die Ergebnisse von Dekker und Donatti die Verwendung von Simulationsspielen in Verbindung konventionellem Unterricht zu unterst tzen um die Einstellungen und das Interesse von Highschool und Collegestudenten zu verbessern Die Ergebnisse zeigen weiterhin dass die h chste Verbesserung mit sozialen und politischen Spielen erreicht werden kann Am effektivsten sind Computersimulationen bei College und Highschool Studenten im Abschlussjahr hat McKenna 1989 in seiner Metaanalyse festgestellt Er hat keine Unterschiede bei unterschiedlichen Altersgruppen finden k nnen aber festgestellt dass bei Studenten mit h heren Auffassungsgaben Simulationen bessere Effekte liefern Bei der Bewertung dieser Studien und auch der Studien des vorigen Kapitels sind mehrere Aspekte zu ber cksichtigen 1 Viele Studien stammen aus den 1980er Jahren Die Computertechnik hat seit dem gro e Fortschritte sowohl in grafischer Hinsicht als auch hinsichtlich der Rechnerkapazit t und geschwindigkeit gemacht In den 1980ern waren die Bildschirme oft noch monochrom gr n schwarz bzw bernstein schwarz oder schwarz wei Die Simulationen waren h ufig eher textbasiert aber auch die Computergrafik war von eher minderer Qualit t Beispiele Abbildung 21 und Abbildung 22 Die Grafik eines Flugsimulators f r den PC bzw f r den Apple Il Dies k nnte Bedeutung f r die Anwendung haben Auf die Einfl sse der Realit tsn he und A
40. Erwerb fachlich methodischer Kompetenz Auf ihrer Basis wird das neue Wissen konstruiert Um die genannten Potenziale realisieren zu k nnen sollte das Lehr Lern Arrangement so gestaltet sein dass situiert und anhand authentischer Probleme gelernt werden kann M glichst sollten multiple Kontexte Probleme und Anwendungen aus der gegenw rtigen oder zuk nftigen Erfahrungswelt der Auszubildenden aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachtet und eventuell auch ausprobiert werden Zur Entwicklung einer ad quaten Lernsituation aus den Lernfeldern erstellte Bader 2003 eine systematische Anleitung ebd S 216f die hilfreiche Ansatzpunkte liefert Es sollten Phasen mit Gruppen oder Partnerarbeit in das Lehr Lern Arrangement integriert sein und es sollte mit instruktionaler Unterst tzung gelernt werden Daf r sind die bereits im Abschnitt 3 4 1 ausgef hrten Modellfunktionen von curricularer und fachdidaktischer Bedeutung ab S 73 s auch Tabelle 1 S 16 Dort finden sich ebenfalls Beispiele f r diese Modellfunktionen Sie m ssen mit dem Unterrichtskonzept und der Planung der Lern bzw Arbeitsaufgaben in Einklang gebracht werden Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 160 Sollte eine Simulation zum Erwerb von Fach oder Methodenkompetenz besonders gut geeignet sein bzw besser als andere Medien muss berlegt werden welche Merkmale die Simulation die verwendet werden soll besitzt und welche Modellfunktion s o sie
41. Erziehung 53 1 S 19 39 Kerres Michael 2001 Multimediale und telemediale Lernumgebungen Konzeption und Entwicklung 2 vollst ndig berarbeitete Aufl M nchen Oldenbourg Kerres Michael 2003 Wirkungen und Wirksamkeit neuer Medien in der Bildung In Reinhard Keil Slawik und Michael Kerres Hg Wirkungen und Wirksamkeit neuer Medien in der Bildung M nster New York M nchen etc Waxmann S 31 44 Kerres Michael 2012 Mediendidaktik Konzeption und Entwicklung mediengest tzter Lernangebote 3 Aufl M nchen Oldenbourg Klaus Georg 1969 W rterbuch der Kybernetik 3 Aufl Berlin Dietz Verlag Klocke Fritz K nig Wilfried 2006 Fertigungsverfahren 4 Berlin Heidelberg New York Springer Klocke Fritz K nig Wilfried 2008 Fertigungsverfahren 1 Drehen Fr sen Bohren 8 neu bearb D sseldorf u a VDI Verl KMK 2003 Rahmenlehrplan f r den Ausbildungsberuf Elektroniker in f r Automatisierungstechnik KMK 2003b Rahmenlehrplan f r den Ausbildungsberuf Elektroniker in f r Ger te und Systeme 16 05 2003 KMK 2004a Rahmenlehrplan f r den Ausbildungsberuf Industriemechaniker Industriemechanikerin Stand 25 03 2004 KMK 2004b Rahmenlehrplan f r den Ausbildungsberuf Zerspanungsmechaniker Zerspanungsmechanikerin 25 03 2004 KMK 2004c Rahmenlehrplan f r den Ausbildungsberuf Werkzeugmechaniker Werkzeugmechanikerin 25 03 2004 KMK 20083 Rahmenlehrplan f
42. Facharbeit 35 2 9 2 Simulationen und Digitale Lehr und Lernmittel 37 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorle ia u 82 8a 46 3 1 Bilaungstheoretische Diaaktik aussen ee 47 3 2 ALEIDLNEONEN ee ee else 49 352 1 Behaviors MUS ser anne 49 3 2 2 KOBNIEINISMUS Reese 50 323 KONStLuKtlvSsmUs ae u 52 3 3 Didaktische Konzepte und Unterrichtsmethodik in der beruflichen Bildung ee een 61 3 4 Aspekte mit besonderer Bedeutung f r den Einsatz von Simulationen in der beruflichen Bildung der metall und elektrotechnischen Berufe 68 3 4 1 Unterrichtstheoretische bzw fachdidaktische Perspektive 68 ASDekt der Didaktik 69 Mediendidakti Krsan e a E E N E 72 ModelfunktgNe N essare E T 73 Mansfeld Inhalt 3 LRLETLIENESKONZEDT Eana a E 77 Mediendidaktische Kompetenz der Lehrerinnen und Lehrer 83 3 4 2 Kognitionspsychologischer Aspekt 20s22200022000sennnnnennennneenneennenn 85 Modelle nee a 90 Mentale Modelle an 92 Vernetztes DEnKenan een 95 Motivation als Begr ndung f r den Einsatz von Simulationen 96 Lernen erfordert kognitive Anstrengung uss222200222sseenennnennennennennnenennn 98 Interaktivit t als Begr ndung f r den Einsatz von Simulationen 98 Sinneskan le Wie werden bildliche Informationen verarbeitet 99 Cognitive Load Theory bzw kognitive Belastungstheorie
43. Fertigungsdaten Werkzeug und NC Datenbank f r CAM Voreinstellung Werkzeugausgabe und Einkauf 4 1 3 Simulationssoftware FEM Die Finite Elemente Methode FEM bzw Finite Elemente Analyse FEA Verbindung mit CAD kann als eines der potentesten Verfahren zur Simulation im Metall und Elektrobereich gewertet werden und wird standardm ig zur Berechnung und Optimierung eingesetzt Klein 2012 Steinke 2012 Sie bildet die Basis f r die meisten Simulationsverfahren wie beispielsweise auch f r Schmiede oder Gie simulationen aber auch verschiedene Programme zur Untersuchung auf elektromagnetische Vertr glichkeit EMV Mithilfe der FEM k nnen bereits im Entwicklungsstadium die Beschaffenheiten des Produktes festgestellt und eventuell optimiert oder angepasst werden So kann der Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 131 Prozess der Produktentwicklung verk rzt und damit Kosten eingespart werden Klein 2012 Die finite Elemente Methode ist ein numerisches Werkzeug um approximiert L sungen f r nichtlineare partielle Differentialgleichungssysteme zu finden die die Basis einer gro en Gruppe von Ingenieurproblemen bilden Lewis 2004 Die wichtigsten Anwendungen sind die Berechnung von Spannung und Biegung von Bauteilen unter Last akustische thermische elektromagnetische elektrostatische Probleme Fluidmechanik etc Logische Grundlage f r die FEM ist die Diskretisierung d h Zerlegung eine
44. Helmut M 2008 Bewegtbilder Animation Video und Simulation In Helmut M Niegemann Hg Kompendium multimediales Lernen Berlin Heidelberg Springer S 239 273 Nickolaus Reinhold Gschwendtner Tobias Gei el Bernd Abele Stephan 2010 Konzeptionelle Vorstellungen zur Kompetenzerfassung und Kompetenzmodellierung im Rahmen eines VET LSA bei Kfz Mechatronikern und Elektronikern In Dieter M nk Hg Kompetenzermittlung f r die Berufsbildung Verfahren Probleme und Perspektiven im nationalen europ ischen und internationalem Raum Bielefeld Bertelsmann Online Magazin Digital Lernen 2011 OECD legt neue PISA Auswertung vor Computerausstattung in Deutschland bleibt schlecht Berlin Online verf gbar unter http www digital lernen de nachrichten medienforschung einzelansicht artikel oecd legt neue pisa auswertung vor computerausstattung in deutschland bleibt schlecht html zuletzt gepr ft am 23 01 2013 Ott Bernd 2007 Grundlagen des beruflichen Lernens und Lehrens Ganzheitliches Lernen in der beruflichen Bildung 3 Aufl Berlin Cornelsen Overing Robert L Travers Robert M 1973 Die Wirkung verschiedener bungsbedingungen auf die bertragung des Gelernten Transfer In Manfred Mansfeld 7 Literatur 198 Hofer und Franz E Weinert Hg P dagogische Psychologie Lernen und Instruktion Frankfurt am Main Fischer Taschenbuch Verlag S 89 105 Page Ernest H Opper Jeffrey M 2000 Investigat
45. Industrierobotern wie bspw RobotStudio von ABB KUKA Sim von KUKA Roboguide von Fanuc u a die sowohl f r die Arbeitsvorbereitung und Fertigung als auch f r die Lehre geeignet sind Die Programme empfinden die Benutzeroberfl che und die Steuerungen der jeweiligen Steuerungen nach Des Weiteren gibt es auch hier didaktisch aufbereitete Programme wie z B CIROS Robotics die Grafiken Videos und Animationen zur Erl uterung fachlicher Begriffe Beispielanwendungen etc bieten Ciros Robotics ist aus diesen Gr nden besser als die vorgenannten Programme der Roboter Hersteller geeignet Tabelle 14 Hier gilt wieder dasselbe wie bei anderen didaktisch aufbereiteten Programmen es ist kritisch zu pr fen welche vorbereiteten Inhalte bernommen werden k nnen Jedes der Programme kann je nach Ziel alle f r die Berufliche Bildung relevanten Modellfunktionen einnehmen Tabelle 14 Roboter Simulationssoftware ihre Eignung f r Bildungsg nge und Modellfunktionen die sie im Unterricht bernehmen kann Eignung f r Bildungsg nge nn Teer CIROS Robotics Erlernen der Programmierung und Inbetriebnahme von industriellen Robotersystemen Delmia Robotics vormals IGRIP Robotertyp unabh ngige Simulationsumgebung zur Offline Programmierung KUKA Sim Pro Offline Programmierung und Simulation von KUKA Robotern Roboguide Robotersimulations und Programmierwerkzeug von Fanuc RobotStudio Robotersimulations und Programmierwerkzeug
46. M nchen etc Waxmann S 31 44 Mansfeld 7 Literatur 209 Kerres Michael 2005 Gestaltungsorientierte Mediendidaktik und ihr Verh ltnis zur Allgemeinen Didaktik In Peter Stadtfeld und Bernhard Dieckmann Hg Allgemeine Didaktik im Wandel Bad Heilbrunn Klinkhardt S 214 234 Kerres Michael 2008 Mediendidaktik In F von Gross K U Hugger und U Sander Hg Handbuch Medienp dagogik Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften Kerres Michael 2012 Mediendidaktik Konzeption und Entwicklung mediengest tzter Lernangebote 3 Aufl M nchen Oldenbourg Kerschensteiner Georg 1906 1954 Produktive Arbeit und ihr Erziehungswert 1906 In Josef Dolch Hg Grundfragen der Schulorganisation 7 Aufl M nchen D sseldorf Oldenbourg S 64 97 Kiel Ewald 2008 Unterricht sehen analysieren gestalten Julius Klinkhardt Kiefer Markus H nig Klaus Hoidekr Harald 2007a Gehirngerechtes Lernen in der beruflichen Bildung Hg v Bosch und Siemens Hausger te GmbH und Universit t Ulm Ulm Brosch re herausgeben von Bosch und Siemens Hausger te GmbH Kiefer Markus Sim Eun Jin Liebich Sarah Hauk Olaf Tanaka James 20076 Experience dependent plasticity of conceptual representations in human sensory motor areas In Journal of cognitive neuroscience 19 3 S 525 542 Kinzie Mable B Sullivan Howard J Berdel Richard L 1992 Motivational and Achievement Effects of Learner Control
47. Over Content Review Within Cai In Journal of Educational Computing Research 8 1 S 101 114 Klafki Wolfgang 1959 Kategoriale Bildung Zur bildungstheoretischen Deutung der modernen Didaktik In Zeitschrift f r P dagogik 5 S 3836 412 Klafki Wolfgang 1964 Das p dagogische Problem des Elementaren und die Theorie der kategorialen Bildung Weinheim Bergstr Beltz G ttinger Studien zur P dagogik 6 Klafki Wolfgang 1974 Studien zur Bildungstheorie und Didaktik Weinheim Basel Beltz Beltz Studienbuch 1 Klafki Wolfgang 1975 Studien zur Bildungstheorie und Didaktik Durch ein kritisches Vorwort erg Aufl von 1975 Weinheim u a Beltz Beltz Studienbuch 1 Klafki Wolfgang 1980a Die bildungstheoretische Didaktik im Rahmen kritisch konstruktiver Erziehungswissenschaft In Westermanns p dagogische Beitr ge 32 1 S 32 37 Klafki Wolfgang 1980b Zur Unterrichtsplanung im Sinne kritisch konstruktiver Didaktik In Bijan Adl Amini und Rudolf K nzli Hg Didaktische Modelle und Unterrichtsplanung M nchen Juventa Verlag Juventa Paperback S 11 48 Mansfeld 7 Literatur 210 Klafki Wolfgang 1986 Die bildungstheoretische Didaktik im Rahmen kritisch konstruktiver Erziehungswissenschaft In Herbert Gudjons Hg Didaktische Theorien Hamburg Bergmann Helbig WPB B cher 1 S 11 27 Klafki Wolfgang 1991 Neue Studien zur Bildungstheorie und Didaktik Zeitgem e Allgemein
48. Rahmenlehrplan f r den Ausbildungsberuf Elektroniker in f r Ger te und Systeme Stand 16 05 2003 KMK 2004 Rahmenlehrplan f r den Ausbildungsberuf Industriemechaniker Industriemechanikerin Stand 25 03 2004 KMK 2008 Rahmenlehrplan f r den Ausbildungsberuf Produktionstechnologe Produktionstechnologin 15 02 2008 Koehldorfer Werner 2009 CATIA V5 Volumenmodellierung Zeichnungen 2 aktualisierte Aufl M nchen Hanser Koehldorfer Werner 2010 Finite Elemente Methoden mit CATIA V5 SIMULIA Berechnung von Bauteilen und Baugruppen in der Konstruktion 3 Aufl M nchen Hanser Krogoll Tilmann Pohl Wolfgang Wanner Claudia 1988 CNC Grundlagenausbildung mit dem Konzept CLAUS Didaktik u Methoden Frankfurt Main New York Campus Verl Kugelmann Doris 1999 Aufgabenorientierte Offline Programmierung von Industrierobotern M nchen Utz Kurz Ulrich Hintzen Hans Laufenberg Hans 2004 Konstruieren Gestalten Entwerfen ein Lehr und Arbeitsbuch f r das Studium der Konstruktionstechnik Vieweg L ffler Christine 2010 Handbuch CIROS Advanced Mechatronics Hg v FESTO Didactic Denkendorf zuletzt gepr ft am 16 05 2013 Mayer Richard E 1997 Multimedia learning Are we asking the right questions In Educational Psychologist 32 1 S 1 19 Mayer Richard E Hg 2005 The Cambridge handbook of multimedia learning Cambridge U K New York Cambridge University Press Mayer Ric
49. Sch lerinnen und Sch ler nicht ber aber auch nicht unterfordert werden Die Greifplanung ist durch die komplexen Zusammenh nge keine triviale Aufgabe Der Schwierigkeitsgrad der Aufgabenstellung kann durch die Auswahl des Rohteils und die zur Verf gung stehenden Greiferarten je nach Zielgruppe variiert werden Dar ber hinaus k nnen durch die Art der Zusatzinformationen die die Sch lerinnen und Sch ler in Form von Informationsbl ttern Literatur oder die Erarbeitung kleinschrittigerer Fragestellungen erhalten die Schwierigkeiten verringert werden Da sich die Auszubildenden schon im 3 Ausbildungsjahr befinden sind sie bereits erfahren und ge bt in der Bearbeitung solcher Problemstellungen immer vorausgesetzt diese Art wurde bis zu diesem Zeitpunkt konsequent ge bt GREIFERKENNWERTE OBJEKTKENNWERTE GREIFART f Zu FORM 2 GREIFPOSITION GR SSE p Term BEWEGLICHKEIT a u r m GREIFERAUSWAHL N GREIFPUNKTE I KRAFT BE GREIFAUFGABE TECHNOLOGIE VORGABEN Tr gt POSITIONIERUNG 3 OBERFL CHE o Fo An MAGNETISIERUNG g gt REBWERT t Abbildung 35 Aspekte zur Greifplanung aus Weck und Brecher 2006 S 410 F r die Bearbeitung der Aufgabe sollen die Sch lerinnen und Sch ler den zuvor ausgew hlten Greifer bzw die Greifkonfiguration mithilfe eines Simulationsprogramms berpr fen In Anlehnung an Tulodziecki et al 2009 S 105f
50. Schneider Tel 08142 65061 0 info vsg de e NX Unigraphics a A Prozessorientierte interaktive CAD CAM PLM Software von Siemens Mansfeld 9 Anhang 239 Zielgruppen e WWerkzeug Formen Modell allgemeiner Maschinenbau e Hersteller und Zulieferbetriebe der Automobil Luft und Raumfahrt Medizin Elektro Elektronik Spiel und Haushaltswaren Industrie sowie der Bauindustrie Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Technische Dokumentation Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Erstinstallation 1975 Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland Anbieter VSG Software amp Service GmbH http www vsg de Herr Matthias Schneider Tel 08142 65061 0 info vsg de e PAlmill amp PALturn A Freeware Programme mit deren Hilfe der Berufssch ler die CNC Programmierung nach DIN 66025 ben kann Dabei wird simuliert wie die Senkrechtfr smaschine bzw die Schr gbett Drehmaschine das mittels Editor geschriebene CNC Programm ausf hrt Zielgruppen e Berufsschulen Dialogsprache Deutsch Dokumentation Online Hilfe Hilfefunktionen Schulung n a Hotline n a Installationssupport Online nicht erforderlich Wartung n a Erstinstallation 2008 Preis kostenlos Sitz des Anbieters Deutschland Mansfeld 9 Anhang 240 Anbieter Hubert Klink
51. Selbstbild sowie eine angemessene und ansprechende freundliche Lernbegleitung f r den Lernprozess von erheblicher Bedeutung Tenberg 2011 Abh ngig von ihrer Gestaltung bieten Simulationen die M glichkeit in einem komplexen Handlungsrahmen eingebettet vollst ndige Handlungen zu vollf hren Handlungsalternativen zu finden und zu bewerten Lernende k nnen eigenverantwortlich am Computer arbeiten nach dem eigenen Lerntempo Strukturen und Sinnzusammenh nge ermitteln und entwickeln und so Lernprozesse gestalten Urhahne et al 2000 Lernenden wird erm glicht eigene Erkenntnisse in einem Kontext ganzheitlich zu erarbeiten und so eigene Schl sse zu ziehen und in die eigene Erfahrungswelt einzubauen Dadurch kann Wissen in einem aktiven Konstruktionsprozess vom Lernenden generiert werden situiertes Lernen Zur Flexibilisiierung neu erworbenen Wissens und der berf hrung in multiple Repr sentationen k nnen Simulationen beitragen da sie durch multimodale Pr sentation eine multicodale Repr sentation des Wissens f rdern k nnen Auf diese Weise k nnen die Forderungen der KMK erf llt werden und ein Beitrag dazu Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 72 geleistet werden die von Tenberg 2010 festgestellten Probleme der didaktischen und methodischen Umsetzung der Lernfeldlehrpl ne zu beheben Dies ist mit traditionellen konventionellen Lehr und Lernmitteln in der metall und elektrotechnischen Berufsbildung nicht immer
52. Solids Femtures Fenster Plug Ins WEDM Makros Hilfe a Badener w TII T ATT 22227020085 z Abbildung 13 Visualisierung der Arbeitsschritte eines CNC Drehteils in unterschiedlicher F rbung VirtualGibbs WupperCAM 2013 Im n chsten Kapitel sollen in einem lern lehr und unterrichtstheoretischen Diskurs die Ans tze die f r das Lehren und Lernen mit Simulationen von Bedeutung sind er rtert werden Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 46 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie Das dritte Kapitel liefert einen Diskurs im Feld der Metall und Elektrotechnik zu den Themen Lernfeldorientierung f cher bergreifender Unterricht Handlungsorientierung und zu den M glichkeiten die Simulationen in diesen Zusammenh ngen er ffnen k nnen Die Entscheidung f r die Verwendung von Simulationen in komplexen Lehr Lern Arrangements kann nicht unabh ngig von fachdidaktischen Strukturelementen d h Entscheidungsfeldern Intentionen Themen Methoden Medien und Bedingungsfeldern anthropologische und soziokulturelle Voraussetzungen getroffen werden wie die Interdependenzthese betont Adl Amini 1981 s Abbildung 14 bzw kann nicht ohne die Ber cksichtigung des Implikationszusammenhangs d h der Verflechtung von inhaltlichen und methodischen Entscheidungen sein Blankertz 1969 1972 Adl Amini 1986 1991 D h diese Interdependenzen und der Implikationszusammenhang muss bei der unterrichtlichen Verwendung vo
53. Stichwort Medienwirkungsforschung z B kooperatives Lernen vs Vereinsamung emotionales Lernen vs emotionsarmes Lernen etc e Wie m ssen Simulationssysteme bzgl der Soft und Hardware Ergonomie gestaltet sein Diese Frage k nnte aus den Human Factor Ergonomics beantwortet werden vgl bspw Stanney und Cohn 2012 e Wie werden die Simulationsmedien der Zukunft aussehen e Werden sie k nftig die alten Medien vollst ndig ersetzen Mansfeld 7 Literatur 189 7 Literatur 7 1 Literaturverzeichnis Kapitel 1 Euler Dieter Seufert Sabine Wilbers Karl 2006 eLearning in der Berufsbildung In Rolf Arnold und Antonius Lipsmeier Hg Handbuch der Berufsbildung 2 berarb und aktualisierte Aufl Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften KMK 2004a Rahmenlehrplan f r den Ausbildungsberuf Industriemechaniker Industriemechanikerin Stand 25 03 2004 KMK 2004c Rahmenlehrplan f r den Ausbildungsberuf Werkzeugmechaniker Werkzeugmechanikerin 25 03 2004 KMK 20083 Rahmenlehrplan f r den Ausbildungsberuf Produktionstechnologe Produktionstechnologin 15 02 2008 Sacher Werner 1998 Multimedia und Computersimulationen im Unterricht In Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht MNU 51 8 S 452 458 Schulmeister Rolf 2007 Grundlagen hypermedialer Lernsysteme Theorie Didaktik Design 4 berarb und aktualisierte Aufl M nchen u a Oldenbourg Tenberg Ralf 200
54. TRS 80 seenen 88 Abbildung 23 Verbale und nonverbale Systeme in der Dual Coding Theorie nach PaIVIO ISO en E 100 Abbildung 24 Kognitive Theorie multimedialen Lernens angelehnt an Rey 2009 S 34 und Mayer 2005 S 3 Z sarah 105 Abbildung 25 Fenster des Programms CIROS f r die Vorgabe von St rungen durch die Lehrkraft vel Pensky 2012 nen a ae 111 Abbildung 26 Werkzeuge f r die St rungssuche vgl Pensky 2012 112 Abbildung 27 St rungsprotokoll f r die Auswertung der virtuellen Wartung durch den Lehrenden vgl Pensky 2012 naciana ana 112 Abbildung 28 Arbeitsschritte f r das Fertigen eines Halteb gels f r einen Mischbeh lter Kaese und Rund 2006 22us220s0s0sssnesnnnnnnnnnnnennnnnennnnneenn 113 Abbildung 29 Screenshots Fertigen eines Halteb gels f r einen Mischbeh lter Kdese Ungd Rund 2006 N eiserne 114 Abbildung 30 die einzelnen Schritte bei der Anwendung der FEM Steinke 2012 S 1 PEE E UT EE VERRAT UNE SER RR ANNIE EEEE E 132 Abbildung 31 Bearbeitung ohne Schneidenradiuskompensation Siemens AG 2009 3 7 erinnere 152 Abbildung 32 FEM Darstellung Auswirkungen von Kr ften auf ein Bauteil Woyand ZINN SE OA ya een 153 Abbildung 33 Schmiedegerechtes Gestalten vgl Kurz et al 2004 S 337 157 Abbildung 34 Schnittdarstellung eines Sternmotors erstellt mit SolidWorks 158 Abbildung 35 Aspekte zur Greifplanung aus Weck und Brecher 2006 S 410
55. Tel 49 0 6151 7303 O Fax 49 0 6151 7303 10 E Mail info cst de e NI Multisim Demo erh ltlich au PCB Layout Spice Simulationsumgebung Zielgruppen Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatronik Dialogsprache Englisch Support 1 Jahr im Preis enthalten Preis Multisim Education Single Seat 530 00 EUR Multisim Education 25 User License 5 090 00 EUR Sitz des Herstellers USA National Instruments Germany GmbH Ganghoferstra e 70 b 80339 M nchen Tel 089 7413130 info germany ni com Mansfeld 9 Anhang 263 e OrCAD Demo erh ltlich A PCB Layout Zielgruppen Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatronik Dialogsprache Englisch Preis auf Anfrage Sitz des Herstellers USA Cadence Design Systems Inc 2655 Seely Avenue San Jose CA 95134 Tel 408 943 1234 e PCBMod Demo erh ltlich C fa EMV Simulation Zielgruppen Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatronik Dialogsprache Deutsch Englisch Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland CST GmbH B dinger Str 2a D 64289 Darmstadt Tel 49 0 6151 7303 O Fax 49 0 6151 7303 10 E Mail info cst de e PSPICE Demo erh ltlich An Elektroniksimulation analoge digitale und hybrider Schaltungen mit Schwerpunkt auf der analogen Simulation Zielgruppen e F r die Ausbildung von Elektronikern in Betrieben Schulen und Hochschulen e Ingenieure und Designer aus Elektrot
56. Zusammenh nge besser transportieren kann als statische Bilder Auch zur Visualisierung von Prozessen die in der Realit t nicht sichtbar sind Deformationen Spannungen in Bauteilen Abk hlungs und Str mungsprozesse eignen sich Simulationen in besonderer Weise Hier muss jedoch wie bereits oben angemerkt darauf geachtet werden dass das verwendete Modell den gew nschten Inhalt die richtige Bedeutung transportiert Des Weiteren ist eine Kosten Nutzen Analyse angebracht Die Anschaffungskosten der meisten Simulationsprogramme sind hoch viele sind in ihrer Anwendung recht komplex und Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 178 die Einarbeitung insbesondere f r unge bte Benutzer innen zeitintensiv Dar ber hinaus ben tigen sie eine hohe Rechnerleistung Auch die durch die Gr e des Monitors limitierten Darstellungsm glichkeiten stellen eine Grenze dar Komplexe Strukturen werden in Teilst cke zerlegt und verstellen so die Sicht auf den Gesamtzusammenhang Dar ber hinaus sollte gepr ft werden ob die Simulation systematisches zielbewusstes und begr ndetes Lernhandeln oder vielmehr die Trial and Error Strategie beg nstigt Zwei wichtige Erkenntnisse sollen aus medientheoretischer Perspektive hervorgehoben werden Erstens Computer selbst geben kaum Hilfen beim Lernen Ihre Gegenwart im Klassenzimmer mit relevanter Software inspiriert Lehrer nicht automatisch ihre Lehre zu berdenken oder Lernende neue L
57. allein auf Lernfelder die auf Handlungsfeldern beruhen ausgerichtet und die Gewichtung auf Methoden Human und Sozialkompetenzen gelegt sehen Dubs 2000 und auch Weinert 2000 ein breites transferwirksames Orientierungs bzw Strukturwissen gef hrdet Und der Unterricht wird unwissenschaftlich und monomethodisch Tenberg 2010 S 4 Ist dieses Wissen nicht in gen gendem Ausma vorhanden so fehlt die Grundlage f r das Erkennen von Problemen die Konstruktion neuen Wissens und auch f r das Suchen und Abrufen von Informationen in Systemen wie bspw Datenbanken oder dem Internet Auch die Erarbeitung neuer L sungswege wie generell alle kognitiven kreativen Arbeiten sind nur auf Basis begriffener Wissensstrukturen zu erbringen Hier k nnten Simulationen eine didaktische Option sein Dar ber hinaus betont Weinert dass der Erwerb dieses Wissens auch unterschiedlich begabten Sch lern mit unterschiedlichen Verfahrensweisen erm glicht werden muss Denn insbesondere bei Lernenden mit geringen Lernvoraussetzungen k nnten Defizite in ihren Wissensstrukturen auftreten wenn ausschlie lich handlungsorientiert interdisziplin r unterrichtet wird Dubs 2000 Diese Lernenden ben tigen deshalb intensivere Anleitung Hilfestellung und Struktur Dies wurde von weiteren Autoren so hnlich bereits schon im Zusammenhang mit konstruktivistischen Lerntheorien ge u ert siehe weiter oben Daneben sollte nicht vergessen werden dass es insbesondere
58. bei der Auswahl der Simulation auch darauf geachtet werden dass fachwissenschaftliche Zusammenh nge korrekt dargestellt werden und dass das Programm auch in gestalterischer Hinsicht die Bedingungen erf llt Engeler 2003 Die auf dem Markt befindlichen Simulationsprogramme unterscheiden sich stark hinsichtlich ihrer bildlichen Darstellungen ihres Programmumfangs und ihrer Bedienerfreundlichkeit Dies resultiert einerseits aus den o a technischen M glichkeiten andererseits daraus was durch die Simulation dargestellt werden soll und weiterhin aus der Ber cksichtigung von softwareergonomischen Aspekten und den F higkeiten der jeweiligen Programmhersteller Bei Robotersimulationen und Programmen zur Simulation von CNC Steuerungen bspw wird versucht den technischen Prozess realit tsnah abzubilden dadurch kann die Einbindung der Arbeitszelle des Roboters in sein Umfeld vom Anwender eingesch tzt und nachvollzogen werden Durch die realit tsnahe Darstellung und die Nachvollziehbarkeit der Auswirkungen der Programmiert tigkeit des Anwenders sind sie gut geeignet um mit ihrer Hilfe die Programmierung von Robotern oder CNC Maschinen zu erlernen hnliches gilt f r Programme die zur Simulation von elektrischen und elektronischen Schaltungen dienen Abbildung 6 S 39 bei denen die Bauteile realit tsnah oder als Schaltzeichen abgebildet werden Sie erm glichen es dem Lernenden mit verschiedenen elektrischen und elektronischen Komponenten z
59. bereits in Kapitel 3 3 ausgef hrt in fach und berufsdidaktischer Perspektive auf drei unterschiedliche Diskurse den unterrichtstheoretischen einschlie lich unterrichtsmethodischen Argumenten 1 den kognitionspsychologischen 2 und den medientheoretischen Aspekt 3 Diese liefern die Begr ndungen f r Potenziale und Grenzen von Simulationen und werden im folgenden Abschnitt beleuchtet Dazu werden Anregungen zur Gestaltung von Unterricht mit Simulationen gegeben und Beispiele vorgestellt Danach werden die technischen Bedingungen die schulische Infrastruktur die Voraussetzung f r den Einsatz von Simulationen sind besprochen Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 148 5 1 Bedingungen f r das Lernen mit Computersimulationen In diesem Abschnitt stehen die Potenziale und Grenzen von Simulationen aus unterrichtstheoretischer bzw fachdidaktischer und kognitionspsychologischer Perspektive und die Fragestellung wie die Potenziale f r das Lernen und Lehren eingel st werden k nnen im Mittelpunkt Die wenigen existierenden Studien geben keinen eindeutigen Hinweis darauf dass Simulationen signifikant die Effektivit t des Lernens steigern k nnen Diese Studien k nnen aber ebenso dahingehend interpretiert werden dass Simulationen anderen Lernmethoden auch nicht unterlegen sind Insbesondere Lernende mit hoher intrinsischer Motivation die in der Lage sind selbstst ndig zu lernen k nnen vom Lernen mit Simulationen pro
60. bieten hier das Potenzial Fachwissen exemplarisch zu erschlie en So k nnen beispielsweise Gie ereimechaniker innen der verschiedenen Fachrichtungen anhand von mit Simulationen erstellten Beispielen wie etwa der Formf llung einer Gie traube mit sechs Bremsscheiben siehe S 44 Einflussm glichkeiten auf den Erstarrungsprozess kennenlernen Mit Hilfe der Simulation k nnen Animationen erstellt werden in denen die zu fertigenden Bremsscheiben unterschiedlich angeordnet sind so dass der Einfluss der Position des jeweiligen Bauteils in der Gie traube auf das Gef ge deutlich wird Je nach 8 Gieselmann 2002 weist ebenfalls nach dass es keine Studien gibt die einen schl ssigen Beweis daf r liefern dass Gewaltdarstellung in Computerspielen brutalisiert Existierende Studien die dennoch diese Schl sse ziehen weisen seiner Meinung nach betr chtliche M ngel in den Methoden auf Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 151 Zeitrahmen k nnten aber die Sch lerinnen und Sch ler auch mit Hilfe der Simulation selbstst ndig mit unterschiedlichen Positionen und Anordnungen experimentieren Mit Simulationen kann auch prozedurales Wissen vermittelt werden und zwar in Gestalt strategischer Lernmethoden und Handlungsweisen Computersimulationen erm glichen es durch den konkreten Umgang wiederholte aber jedes Mal andere Variationen der gleichen Gesetzm igkeit oder Verfahrensweise zu lernen Dadurch erwachsen schlie lich
61. bieten keine echten Interaktionsm glichkeiten dies wird jedoch durch ebenfalls enthaltene Simulationen mit vielen Interaktionsm glichkeiten kompensiert Mit den elektrotechnischen Komponenten k nnen beispielsweise im Lernfeldunterricht Stromlaufpl ne erstellt und das Messen von Strom und Spannung gekl rt und ausprobiert werden bevor im Labor an den Arbeitspl tzen oder Versuchsst nden f r Installations bungen gearbeitet wird In Berufs Fachoberschulen oder Technikerschulen k nnten mithilfe der Elektroniksimulation Digitalschaltungen erstellt werden Die Programme k nnen eine Strukturierungs und Deskriptionsfunktion eine Ersatz Steuerungs und Prognosefunktion sowie eine Kontroll Evaluationsfunktion bernehmen Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 144 Die Programme sind leicht erlernbar und k nnen intuitiv bedient werden F r den Heimgebrauch ist die Lizenz kostenlos Im Fachdidaktischen Diskurs Kapitel 3 wurden bereits die visualisierten Arbeitsauftr ge die basierend auf dem Buch Metalltechnik Grundwissen Arbeitsauftr ge die M glichkeit bieten Gegenst nde und technische Vorg nge in einer zwei und dreidimensionalen Simulation begreifbar zu machen Kaese und Rund 2006 Klappentext kurz angesprochen Bei genauerer Betrachtung handelt es sich hierbei allerdings eher um Animationen da der bzw die Lernende an den pr sentierten Arbeitsschritten zur Fertigung verschiedener B
62. bzw bertragung in die Praxis Mit Handlungsorientiertem Unterricht s auch 3 3 meint Klafki insbesondere die Verbindung praktischen Tuns und Herstellens Klafki 2007 S 68 aber auch die reflexive Aufarbeitung und den Einstieg in die Verallgemeinerung des Erfahrenen und den Entwurf weiterf hrender Perspektiven ebd Werden dabei f r die Lernenden als bedeutsam empfundene Probleme ber cksichtigt und als sinnlich vermittelte Aktivit tsform en ebd genutzt sieht Klafki gleichzeitig eine M glichkeit dem Nachlassen an Motivation etwas entgegenzusetzen Dar ber hinaus n hern sich ber handlungsorientierten Unterricht die Lernorte Berufsschule und Ausbildungsbetrieb resp Berufswelt einander an Unter der Verbindung von sachbezogenem und sozialem Lernen ist sowohl das kooperierende Lernen in Gruppen oder Partnerarbeit zu verstehen als auch das Wissen wie Mitsch ler bei Problemen im Lernprozess unterst tzt werden k nnen das Beherrschen von Strategien zur Bew ltigung von Konflikten und die Argumentations und Diskussionsf higkeit Klafki 2007 Im Unterschied zu den allgemeinen Fachdidaktiken d h den Fachdidaktiken der allgemeinbildenden F cher die ber einen Bezug zu einem naturwissenschaftlichen Fachgebiet verf gen stehen die beruflich technischen Fachdidaktiken im Zusammenhang mit einer ingenieurwissenschaftlichen Disziplin Tenberg 2011 F r diese Arbeit von Bedeutung ist einerseits die Fachdidaktik der Met
63. der Berufsbildung Ein Lehrbuch 2 neubearb und erg Stuttgart Hirzel Bracht Uwe 2002 Ans tze und Methoden der Digitalen Fabrik In Tagungsband Simulation und Visualisierung 2002 Magdeburg S 1 12 Brey Philip 2008 Virtual Reality and Computer Simulation In Kenneth Einar Himma und Herman T Tavani Hg The handbook of information and computer ethics Hoboken N J Wiley S 361 384 Buchmayr Bruno 2002 Werkstoff und Produktionstechnik mit Mathcad Modellierung und Simulation in Anwendungsbeispielen Berlin u a Springer Buddensiek Wilfried Kaiser Franz Josef Kaminski Hans 1980 Grundprobleme des Modelldenkens im sozio konomischen Unterricht In Herbert Stachowiak Hg Modelle und Modelldenken im Unterricht Anwendungen d allg Modelltheorie auf d Unterrichtspraxis Bad Heilbrunn Obb Klinkhardt S 92 122 Bufe Johannes Kr mker Detlef Gratza Guido Schwaderer J rg Vincon Steffen 2009 Serious Games Virtuelle Simulation f r eine Mitarbeiterfortbildung In Andreas Schwill und Nicolas Apostolopoulos Hg Lernen im Digitalen Zeitalter DeLFI 2009 Die 7 E Learning Fachtagung Informatik an der Freien Universit t Berlin 14 17 September 2009 Gesellschaft f r Informatik e V Bonn Ges f r Informatik S 67 78 Mansfeld 7 Literatur 192 Bungartz Hans Joachim Zimmer Stefan Buchholz Martin Pfl ger Dirk 2009 Modellbildung und Simulation Eine anwendungsorientiert
64. der Interaktion mit der Simulation k nnen ein gezieltes Feedback des Programms reflektierende Informationen und Arbeitsauftr ge als Unterst tzung zur Verbesserung des Lernerfolgs beitragen Urhahne und Harms 2006 Welche weiteren instruktionalen Ma nahmen k nnen das Lernen mit Multimedia unterst tzen Gagne 1985 hat neun Ereignisse zusammengestellt die zum Lernerfolg beitragen k nnen s Tabelle 3 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 81 Tabelle 3 Modell zur Sequenzierung von Lernangeboten Instruktionale Ereignisse nach Gagn zit nach Kerres 1999 S 14 r Aktivit t des Lehrenden Aktivit t des Lernenden u Aufmerksamkeit erzielen Konzentration RE Realistische Erwartung ber zz Lehrziele mitteilen aufbauen An Vorwissen ankn pfen a aktivieren Lernmaterial 4 Lernmaterial wahrnehmen pr sentieren l bernahme in Langzeitged chtnis durch 5 Lernhilfen anbieten 5 semantische Encodierung f rdern Gelerntes anwenden R ckschl sse auf EEE erm glichen Information und Verst rkung 7 R ckmeldung geben geben Hinweise zur Verf gung haben die bei der Leistung testen Erinnerung ben tigt werden Behaltensleistung und Leistung in neuen Situationen erproben Lerntransfer f rdern Zu bem ngeln ist hier jedoch einerseits die H ufigkeit der Tests und andererseits dass die Abfolge unabh ngig vom didaktischen Rahmen vom Kompetenzstand und profil der Lernenden und den Unterrichtsvor
65. die Inhalte transportieren sind haben f r Kozma 1994 Medien sehr wohl bestimmte Eigenschaften die lernf rderlich sein k nnen Auf dem Gebiet der Bildungstechnologie gibt es in den USA eine langj hrige Debatte ob Medien das Lernen beeinflussen k nnen oder nicht Obwohl nicht alle Wissenschaftler zustimmen akzeptieren viele Bildungstechnologen Richard Clarks 1994 Behauptung dass Medien niemals das Lernen beeinflussen werden Media will never influence learning Auch Kozma stimmt mit Clark berein dass es bis jetzt keinen Beweis daf r gibt dass Medien oder Medienattribute das Lernen beeinflussen Clark 1994 Was jedoch nach Clark das Lernen beeinflusst ist die dem eingesetzten Medium zugrunde liegende Unterrichtsmethode Der Erfolg einer jeden Simulation h ngt von Kontextfaktoren ab Ein allgemeing ltiger Ansatz wird wirkungslos sein Artino und Durning 2012 Zum Begriff Neue Medien Hierunter werden meist die digitalen computerunterst tzten Medien verstanden Auch wenn immer wieder mal die Kritik laut wird dass dieser Begriff nicht mehr passend ist da Computer als Medien so neu gar nicht mehr seien in diesem Zusammenhang wird der Terminus seit ca den 80er Jahren des vorigen Jahrhunderts gebraucht davor z hlte man meist auch noch Video und Fernsehen dazu kann dieser Begriff so weiter verwendet werden da es z Zt noch keine neueren Medien gibt und er zur Unterscheidung zu nicht digitalen bzw nicht computerunterst t
66. die Lehrende sammelt mit den Lernenden Argumente warum entsprechende Kenntnisse bedeutsam f r verschiedene Berufssituationen sein k nnten Im Anschluss daran verst ndigen sich Lehrperson und Lernende ber das weitere Vorgehen und gemeinsam werden Fragestellungen ausgearbeitet die zur Erarbeitung der Grundlagen ben tigt werden 3 Selbstt tige und kooperative Auseinandersetzung mit bedeutsamen Aufgaben bzw Inhalten Im n chsten Schritt erarbeiten sich die Sch lerinnen und Sch ler in Kleingruppen die Grundlagen f r die L sung des Problems Sie suchen sich aus Unterlagen im Internet aus Programmdokumentationen des Simulationsprogramms die Parameter die f r die Greifplanung notwendig sind sie ermitteln bspw die Greifaufgabe die Kennwerte etc Daf r verwenden sie Zeichnungen des Rohteils Fachb cher oder von Lehrperson erstellte Informations und oder Arbeitsbl tter 4 Vergleich unterschiedlicher L sungswege und L sungen sowie Systematisierung Die Ergebnisse werden gesammelt besprochen und in der Lerngruppe angemessener Form Notizen Arbeitsbl tter kopierte Pr sentationsfolien etc gesichert Im Anschluss werden die gesammelten Ergebnisse auf das konkrete Problem angewendet d h die Daten der unterschiedlichen L sungsans tze werden in das Simulationsprogramm eingespeist und die Simulation wird durchgef hrt Die Ergebnisse werden bspw in Form von kurzen mithilfe der Simulation erstellten Filmen Animationen z
67. diese Teile nicht mehr geeignet ist Der Inhalt der Unterrichtseinheit ist nun die sog Greifplanung Damit soll eine g nstige Greifkonfiguration bzw Greiferposition zum Greifen und Handhaben des Rohteils ausgew hlt werden Eine Greifkonfiguration beschreibt die relative Lage des Greifers zum Werkst ck wenn dieses vom Greifer gegriffen ist Je nach Greifertyp existieren in Abh ngigkeit von Greifer und Objektgeometrie mehrere geometrisch m gliche Greifkonfigurationen Kugelmann 1999 S 56 Die Greifkonfiguration muss so gew hlt sein dass das Rohteil sicher transportiert werden kann es die geeignete Position bekommt und nicht besch digt wird s Abbildung 35 Es k nnte beispielsweise sein dass das Werkst ck an einer Fl che nicht gegriffen werden oder dass es nur mit geringer Kraft gegriffen werden darf da es sonst besch digt wird Das beinhaltet auch den kollisionsfreien Transport Das Rohteil kann demnach nur gegriffen werden wenn es f r den Greifer zug nglich ist der Greifer weder mit dem Rohteil selbst noch mit anderen Werkst cken kollidiert der Greifer und der Roboter es au erdem tragen kann ohne dass das Rohteil im Greifer verrutscht oder es aus dem Greifer f llt der Greifer ge ffnet ist sich am Greifpunkt des Rohteils befindet und der Greifer zum Greifen dieses Rohteil geeignet ist Kugelmann 1999 Weck und Brecher 2006 Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 170 Es ist darauf zu achten dass die
68. entsprechende Unterrichtskonzepte entwickelt und ad quate Lernsituationen entworfen werden Die Anpassung von Lehr Lern Arrangements mit Multimedia bei unvorhergesehenen Ereignissen oder falsch geplantem Unterricht kann schwieriger sein als bei konventionellem Unterricht Im konventionellen Unterricht kann der Lehrende meist schnell erkennen an welchen Stellen Schwierigkeiten auftreten und darauf reagieren Dies ist bei digitalen Unterrichtsmedien auch bei didaktisch aufbereiteter Software wie bspw von Festo Didactic oder Keller MTS nicht immer m glich da diese oft in ihrem Programmablauf nicht unterbrochen oder angepasst werden k nnen So wird der Unterricht mit Simulationsprogrammen oft von Anwendungsproblemen dominiert Die Vermittlung von Fachkompetenzen r ckt in den Hintergrund weil Fehler beim Umgang mit dem Programm gemacht werden Dadurch sind Lehrende h ufig damit besch ftigt herauszufinden an welcher Stelle von Lernenden falsch geklickt wurde oder warum das Programm nicht das macht was der die Lernende erwartet Aus diesem Grund ist es nicht immer eindeutig ob mit den Neuen Medien wirklich das angestrebte Fachwissen Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 159 oder nur die Bedienung eines Programms vermittelt wird Deshalb muss die Aufgabenstellung beim Lernen mit Simulationen sehr spezifisch sein Lehrende m ssen sich intensiv mit den Programmen besch ftigt haben um evtl auftretende Probleme un
69. f r die Verwendung von Simulationen im Unterricht von Bedeutung sind So ist es zun chst positiv zu bewerten wenn sich das Simulationsprogramm an die Lernvoraussetzungen der Sch lerinnen und Sch ler anpassen l sst oder es ihnen erlaubt den Startpunkt ihren Voraussetzungen entsprechend selbst zu w hlen Sehr gute Programme zeichnen sich auch dadurch aus dass sie unterschiedliche Lernstrategien zulassen Die Gegensatzpaare illustrieren gleichzeitig die Spannbreite didaktischer Entscheidungen die Lehrende bei der Konzeption eines Lehr Lern Arrangements zu treffen haben Im Unterricht in der Beruflichen Bildung sollten Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 117 bevorzugt berufsbezogene Aufgabenstellungen und berufliche Probleme gel st werden Praxisbezug Im Gegensatz dazu stehen themenbezogene Aufgabenstellungen und die L sung fachlicher Probleme Disziplinorientierung Einige Aspekte wie beispielsweise leichte und komplizierte Bedienbarkeit schlie en sich gegenseitig aus Tabelle 5 Didaktische Aspekte hypermedialer Lernsysteme vgl Schulmeister 2000 S 40 RE Instruktion versus Lernen F r den Einsatz von Simulationen gilt grunds tzlich dass nur ausgew hlte Unterrichtskonzepte mit speziellen Lern und Arbeitsaufgaben die Zusatzinformationen sowie Anleitungen bereitstellen und Erl uterungen sowie ein Feedback erm glichen nachweisliche Lernerfolge erwarten lassen Der Aufwand der Benutzung von Simulati
70. gibt es keine Kommunikation mit anderen Die Interaktionsm glichkeiten sind reduziert auf die programmierten M glichkeiten der Software Lernen hat jedoch immer eine soziale und emotionale Komponente die nicht vernachl ssigt werden sollte Aus diesen Gr nden ist das Lernen mit Computersimulationen f r Sch lerinnen und Sch ler die starke soziale oder emotionale Bed rfnisse haben oder eine ungen gende Abstraktionsf higkeit nicht geeignet e Welche Rolle spielt Simulation und wie werden Simulationen eingesetzt In welchen Berufen sind Simulationen relevant In welchen Berufsfeldern Bildungsg ngen und Lerngruppen k nnen Simulationen didaktisch Sinn ergeben In welchen nicht In vielen metall und elektrotechnischen Unternehmen geh ren Simulationen zum Alltag Im Hinblick auf die derzeitige Entwicklung in Richtung Digitale Fabrik den Wandel der industriellen Produktion und industrieller Facharbeit und auf die zunehmende Globalisierung wird die Bedeutung von Simulationen f r metall und elektrotechnische Berufe in Zukunft voraussichtlich noch wachsen Infolgedessen sollten sie auch in der Beruflichen Bildung eine st rkere Rolle spielen In einigen Berufen und einigen Lernfeldern werden Simulationen bereits eingesetzt bspw f r das Erlernen von CNC Programmierungen oder der Programmierung von SPS In diesen Bereichen sind jedoch eventuell die Vermittlungsstrategien Herangehensweisen in der Form zu berarbeiten dass komplexe Auf
71. in der Schule ist Die Erfahrung best tigt dass die gr ndliche Erarbeitung eines leichter zu erlernenden Programms ausreicht um sich schnell in andere CAD Programme einzuarbeiten Die Modellfunktion die CAD Programme einnehmen ist meist die Trainingsfunktion Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 126 Bei der Auswahl der Programme sollten diejenigen bevorzugt werden die f r Studierende bzw Sch lerinnen und Sch ler Ausbildungssoftware kostenlos oder zu einem geringen Entgelt zur Verf gung stellen da so den Lernenden erm glicht wird zu Hause weiter zu ben was meist dringend erforderlich ist Anregungen f r handlungsorientierte Aufgaben finden sich oft auch in den verschiedenen B chern die zu den unterschiedlichen Programmen erh ltlich sind bspw Koehldorfer 2009 2010 Schabacker und Vajna 2007 Vogel 2007 u a Tabelle 9 CAD Software ihre Eignung f r Bildungsg nge und Modellfunktionen die sie im Unterricht bernehmen kann Autodesk AutoCAD Inventor Software f r 3D Konstruktion Simulation CATIA Software f r 3D Konstruktion Simulation Daten Management und Dokumentation PLM Creo bisher Pro ENGINEER 3D CAD Software auf Basis von Dynamic Modeling Technologie Solid Edge Software f r 3D Konstruktion Simulation Daten Management und Dokumentation SolidWorks Software f r 3D Konstruktion Simulation Daten Management und Dokumentation Rhinoceros 3D C
72. komplexen Lehr Lern Arrangements sind Daf r m ssen von den Lehrenden Hilfen angefertigt werden konkrete Lernsituationen differenziert geplante Kundenauftr ge Projektaufgaben o sowie Anleitungen Erkl rungen und ausgearbeitete L sungsbeispiele e Welche Simulationen gibt es die sich als Lehr und Lernmittel eignen Kapitel 4 gibt einen berblick ber einen Gro teil der im Handel erh ltlichen Simulationen Als sehr gut geeignet sind die Simulationen der Fa Festo Didactic anzusehen wobei die dazu erh ltlichen Aufgabenstellungen der berarbeitung bed rfen Mansfeld 6 Zusammenfassung und Ausblick 181 Aber auch die meisten anderen Simulationen die sich nicht an didaktischen Ma st ben orientieren da sie vor allem f r die L sung industrieller produktionstechnischer oder auch entwicklungstechnischer Probleme konzipiert wurden k nnen durchaus ebenfalls dazu genutzt werden Fachkompetenzen zu vermitteln F r sie m ssen von Lehrenden Lehr Lern Arrangements entwickelt werden in denen die jeweilige Simulation die gew hlte Modellfunktion erf llen kann Bei der Auswahl geeigneter Simulationen sind daneben weitere Faktoren wie bspw softwareergonomische Argumente aber auch die Kosten von Bedeutung Bei der Auswahl von CAD Programmen sollten diejenigen bevorzugt werden die f r Studierende bzw Sch lerinnen und Sch ler Ausbildungssoftware kostenlos oder zu einem geringen Entgelt zur Verf gung stellen da so den
73. learning Are we asking the right questions In Educational Psychologist 32 1 S 1 19 Mansfeld 7 Literatur 212 Mayer Richard E 2005 Cognitive theory of multimedia learning In Richard E Mayer Hg The Cambridge handbook of multimedia learning Cambridge U K New York Cambridge University Press S 31 48 Mayer Richard E Moreno Roxana 1998 A Cognitive Theory of Multimedia Learning Implications for Design Principles ACM SIGCHI Conference on Human Factors Computing Systems Los Angeles CA April 1998 McKenna Kevin 1989 The use and effectiveness of computer based models of the economy in the teaching of macroeconomics Unver ffentlichte Dissertation University of Western Australia Perth Meister Dorothee M 2008 Schule und Medien In Werner Helsper und Jeanette B hme Hg Handbuch der Schulforschung 2 durchges und erw Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften S 513 529 Mentor Graphics 2013 FIoEFD Online verf gbar unter http www mentor com products mechanical de products floefd zuletzt gepr ft am 26 07 2013 Meyer Meinert A Meyer Hilbert 2007 Wolfgang Klafki Eine Didaktik f r das 21 Jahrhundert Weinheim Basel Beltz P dagogik Mienert Malte Pitcher Sabine 2011 P dagogische Psychologie Theorie und Praxis des lebenslangen Lernens 1 Aufl Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften M ller Dieter Steenbock J rgen 1997 Abschlu bericht zum M
74. mittels der Computersimulation zur Anwendung gebracht zu werden da dies der Motivation der Lernenden abtr glich sein k nnte Durch das handlungssystematische Vorgehen Punkt 6 werden der Theorie berufspraktiichee Ankn pfungspunkte beigef gt Geht man von der konstruktivistischen Sichtweise aus dass Lernen situations und kontextgebunden ist dann bestimmt bereits die Lernsituation in welchen Umst nden das erworbene Wissen k nftig genutzt werden kann Aus dieser Annahme generiert sich die Forderung nach der Implementation von authentischen Problemen in Lernumgebungen Die Probleme werden umso authentischer je mehr sie bez glich ihrer Komplexit t an der Realit t orientiert sind Festgehalten werden muss in jedem Fall dass immer nur eine Simulation einer Handlung stattfindet die keine Effekte auf die Realit t hat und keine Konsequenzen nach sich zieht Lernenden wird dies immer bewusst sein Das kann einerseits Vorteile haben weil mehr ausprobiert werden kann ohne Gef hrdungen oder wie im Fall von Robotern Werkzeugmaschinen etc Zerst rung von teuren Anlagen aber auch von Nachteil sein wenn Lernende sich Verhaltensweisen angew hnen die in der Realit t zu gef hrlichen Situationen f hren Lehrende m ssen sich dessen bewusst sein und in ihrem Lehr Lern Arrangement durch geeignete Ma nahmen wie der Thematisierung von Gefahren und andere reflektorische auf die jeweilige Lernsituation abgestimmte Strategien ber cksichtigen
75. mm Tiei M m ge j EEE Ee Ei F m mm 1 a zu I a un m BE TE o mam om Eu r E E A m a a Em eo O E O om m en me e Abbildung 8 Temperaturprofil in einer Computer Grafikkarte Ansys Icepak IDAC 2013a Software zur Str mungssimulation CFD Computational Fluid Dynamics erm glicht die Vorhersage von Luftstr mungen W rme bertragung und Temperaturen in elektronischen Ger ten Abbildung 9 Mansfeld 2 Disposition 41 k ET Fe Er E HE ji Se M De jii Pirae Ani Pp a Frei a a E De SUR an yee Fee er T a Fi area tn i a u Sea n ma urn rar An j ea h e i a biyi en am f Th imr am I 1 a ng a i bar Tp T zu SFE HEF on a ne ee y Hell Bii Kerr EL bei ame ER Han ara E i i Be nn Ei Ani 1 3 i hma h ar i Ba Tar hh a kaci en FI Eep Jee p I T ei ber Urr em ieu El Smin Be ae f j er nhan Ze p EL mF 1 Er ti a 1 I Ibm j k T Zg dk re ari dh Erina Eu Fun Err U m TEN af ree em r irti de a ri bar huei eee mre serie a 1 Fan re a Ant er xD ABER Arne EFHRA So are Abbildung 9 Str mungslinien und Darstellung der Temperaturverteilung FloEFD f r NX CFD eingebettet in Siemens NX Mentor Graphics 2013 Eurocircuits 2013 haben eine Galvano Simulation entwickelt mit der die galvanische Kupferabscheidung in der Leiterplattenfertigung simuliert werden kann So kann die Kupfersc
76. oder Gruppenarbeit gelernt wird Gruppenarbeit f hrt zu einer st rkeren kognitiven Belastung Aber auch die Komplexit t des Programms ist relevant Programme die intuitiv und leicht zu bedienen sind mit wenigen zus tzlichen interaktiven Animationen f hren zu einer geringeren Belastung An den Programmen k nnen Lehrende bei der Unterrichtsplanung meist wenig ndern oder anpassen Das bedeutet dass der Fokus bei der Gestaltung der Lehr Lern Arrangements hinsichtlich der kognitiven Belastung vor allem auf der Ber cksichtigung der Lernvoraussetzungen der Sch lerinnen und Sch ler und somit auf den notwendigen Unterst tzungsm glichkeiten den Kooperationsformen Gruppen oder Einzelarbeit und der Aufgabenstellung liegt Die Grenzen sind hier demnach sowohl durch die Komplexit t des Programms als auch durch die Lernvoraussetzungen der Sch lerinnen und Sch ler gesetzt und auch durch die Qualit t des Lehr Lern Arrangements Sollte die Simulation als Ersatz f r reale Systeme genutzt werden eine Ersatzfunktion bernehmen muss immer ber cksichtigt werden Klicken ist nicht gleich Handeln Besonders erstmalig zu lernende Handlungen erfordern eine zum Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 166 Objekt ad quate Bewegung Sie k nnen also nur gelernt werden indem sie konkret ausgef hrt werden und nicht indem sie in einer Simulation einfach mit der Maus angeklickt werden Nicht ohne Grund sind bspw Flugsimulatoren
77. sind g nstigere Lizenzen f r Studenten und Lehre erh ltlich Eine Registrierung ist vor dem Download erforderlich Sitz des Anbieters UK The Wolfram Centre Lower Road Long Hanborough Oxfordshire OX29 8FD United Kingdom Tel 44 0 1993 883400 info wolframalpha com e Maple Demo erh ltlich Od Maple Berechnungsprogramm f r numerische und symbolische Berechnungen Untersuchungen erm glicht die Erstellung von Grafiken und Animationen MapleSim Modellierung und Simulation physikalischer Systeme bsw Signalfluss Elektrotechnik 3D Mehrk rpermechanik und Thermodynamik Zielgruppen e Anlagenbau Metallbau e Automotiv Fahrzeugbau e Fertigungsbetriebe e Formen und Werkzeugbau e Luftfahrtindustrie e Maschinenbau Mechatronik e Medizin und Messtechnik e Technische B ros e Hoch und Tiefbau e Elektrische elektronische Hilfstechnik e Bildungseinrichtungen Mansfeld 9 Anhang 268 Dialogsprache Englisch Dokumentation Online Version Online Tutorials Schulung Webinare und Knowledge Base Kurse on Demand Wartung gegen Entgelt je nach Lizenz per Email oder Telefon teilw im Preis enthalten Preis Professional 2 280 00 EUR Academic 1 245 00 EUR MapleSim 5 520 00 EUR MapleSim Academic 1 245 00 EUR Sitz des Anbieters Deutschland Maplesoft GmbH Auf der H ls 198 52068 Aachen Tel 49 241 980919 31 Sabine Bormann sbormann maplesoft com Thomas Richard trichard maplesoft com e Yenka Demo
78. t und Lernhaltigkeit nach Hattie 2009 d h bspw Dekkers und Donatti 1981 McKenna 1991 Remmer und Jernsted 1982 aber auch bspw nach Mansfeld 2 Disposition 12 Michael 2001 im Vergleich mit konventionellem Unterricht schon allgemein nur als gering anzusehen sind w ren solche Untersuchungen kaum aussagekr ftig Die Ausarbeitung der Dissertation folgt prinzipiell den Schritten des qualitativen Forschungsprozesses vgl Mayring 2001 d h sie beginnt mit der Explikation und Spezifizierung der Fragestellung wo die Relevanz und der Problembezug der Fragestellung dargestellt werden Im Anschluss wird der Theoriehintergrund expliziert und damit der Stand der Forschung aufgezeigt Hierauf folgen der methodische Ansatz anschlie end die Ergebnisse und die Schlussfolgerungen 2 3 Aufbau der Arbeit Die Arbeit wird somit folgenderma en aufgebaut sein Nach dem ersten Kapitel mit der Einleitung folgt die Disposition Im zweiten Kapitel Disposition werden die wissenschaftlichen Beitr ge zu Anwendung von Simulationen als Lehr und Lernmittel beleuchtet Die technischen Bedingungen und die Lehrerbildung bzgl Multimedia und Simulationen werden dargelegt und die bereits existierenden m glichen Kriterien zur Bewertung von Simulationsprogrammen Der Begriff Medien wird expliziert Es werden die bisherigen Erkenntnisse aus den korrespondierenden Ingenieurwissenschaften zum Thema Computersimulationen im metall und elektrotechn
79. u v m Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Technische Dokumentation Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Mansfeld 9 Anhang 230 Wartung gegen Entgelt Erstinstallation 1974 Anzahl der Installationen mehr als 1 Mio Preis ab 1 785 EUR 1 500 EUR zzgl 19 MwSt pro Arbeitsplatz Viewer ab 8 330 EUR 7 000 EUR zzgl 19 MwSt pro Arbeitsplatz Entwicklung Konstruktion ab 14 280 EUR 12 000 EUR zzgl 19 MwSt pro Arbeitsplatz CAD CAM Sitz des Anbieters Deutschland Anbieter uniPLM GmbH Info Herr Michael Wagner 0800 0864756 m wagner uniplm de e Creo fr her Pro ENGINEER i D 3D CAD Software auf Basis von Dynamic Modeling Technologie Zielgruppen e Konstrukteure e Ingenieure e Techniker e Lehrkr fte e Professoren e Studenten e CAD Nutzer allgemein Dialogsprache n mehrsprachig Dokumentation Online Hilfe Demo Version Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Erstinstallation 1986 Anzahl der Installationen 400 000 Preis auf Anfrage kostenloser 30 Tage Test Die Version Creo Elements Direct Modeling Express 4 0 ist kostenlos erh ltlich http de ptc com products creo elements direct modeling express Sitz des Anbieters Deutschland Anbieter INNEO Solutions GmbH Herr Wolfgang Stoll Tel 49
80. unter welchen Voraussetzungen nutzbringend ist F r die produktive Aneignung von Wissen mit Computersimulationen brauchen Lernende instruktionale Unterst tzung Mit Entdeckendem Lernen werden angestrebte Lernerfolge meist nicht erreicht Deshalb ist es empfehlenswert unterschiedliche Methoden zur Unterst tzung anzubieten die zu verschiedenen Zeitpunkten im Lehr Lern Arrangement angewendet werden sollten Experimentelle Unterst tzung durch permanent verf gbare Hintergrundinformationen Anleitung und Erkl rungen reflektierende Unterst tzung durch nuanciertes Feedback des Simulationsprogramms sofern vorhanden und die Begutachtung der eigenen Vorgehensweise und interpretative Unterst tzung durch konkrete Aufgaben und ausgearbeitete L sungsbeispiele vgl Urhahne und Harms 2006 S 358 Ausf hrlicher dazu siehe im Fachdidaktischen Diskurs 3 3 2 Bei den Programmen von Festo ist dies weitgehend schon realisiert worden indem es einerseits Handb cher gibt in denen neben den blichen Bedienungsanleitungen beispielhaft Aufgaben und L sungen dargestellt werden andererseits aber auch Modelle Assistenten und multimediale Erl uterungen mit dem Programm mitgeliefert werden die auch um eigene Dokumente erg nzt werden k nnen vgl S 110 Bei Programmen die f r Industrieanwendungen entwickelt wurden m ssen die Lehrenden diese Hilfen meist selbst anfertigen und den Lernenden in ad quater Form zur Verf gung stellen Zwar beinhalten d
81. verantwortlich ist Er muss in der Lage sein ohne Vorgaben auf Prozess nderungen zu reagieren Daf r ist mehr als rein t tigkeitsbezogenes Wissen sog Kernwissen erforderlich der Facharbeiter muss auch ber sog Integrationswissen Westk mper 2009a S 187 verf gen das es ihm erm glicht seine Kenntnisse zu rekombinieren und zu replizieren um die Wandlungsf higkeit des Produktionsprozesses zu erm glichen Besitzt ein Facharbeiter bspw f r ein bestimmtes Produkt als Kernwissen Kenntnisse zu speziellen Schwei techniken so w re das Wissen wie diese Kenntnisse bei weiteren Produkten oder Prozessen anzuwenden sind das Integrationswissen Westk mper 2009a S 187 Mit der Etablierung der digitalen Fabrik als wegweisendes Produktionskonzept ger t die konventionelle Facharbeiterausbildung an eine Grenze Sowohl die curriculare d h inhaltliche Seite ist davon betroffen als auch die berufs und fachdidaktische Integrierte technologische Prozessketten in Form variantenreicher Montagetechnologien konfigurieren berufsfachliches Arbeitsprozesswissen mit Konsequenzen f r die berufliche Aus und Weiterbildung Sch tte 2006 202ff Mansfeld 2 Disposition 37 2 9 2 Simulationen und Digitale Lehr und Lernmittel In vielen metalltechnischen Berufen geh ren Simulationen zum allt glichen Gesch ft So ist z B die Simulation des Zerspanprozesses das L sen steuerungstechnischer Aufgaben oder auch das f gegerechte Gestalten
82. von ABB Fortsetzung n chste Seite Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 138 Eignung f r Bildungsg nge en Teen Tecnomatix Robcad Tool zur Simulation von Arbeitszellen Entwicklung aus mehreren Ger ten bestehender robotergest tzter und automatisierter Fertigungsprozesse 4 1 7 EDA CAD Simulationssoftware f r den elektrotechnischen Bereich In der Industrie wird der Entwurf von Schaltungen die Erstellung von Prototypen die Optimierung und die berpr fung des Schaltungsentwurfs Verifikation meist computergest tzt durchgef hrt Die rechnergest tzten Hilfsmittel werden unter dem Begriff Entwurfsautomatisierung oder Electronic Design Automation EDA zusammengefasst die Software wird oft auch als EDA Tool bezeichnet EDA ist ein Teilbereich des CAD Winzker 2008 Hoffknecht 2007 Schaltungssimulationsprogramme wie bspw SPICE Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis k nnen hierbei das Layout bzw den Entwurf von Leiterplatten PCB Printed Circuit Board begleiten Autorouting Programme wie z B SPECCTRA Autorouter k nnen w hrend des Entwurfsvorgangs automatisch berpr fen ob EMV gerecht entwickelt wird und das Layout kann im Anschluss mit verschiedenen EMC Tools wie bspw EMC Adviser oder MENHIR auf innere und u ere elektromagnetische Vertr glichkeit untersucht werden Ein verbreitetes Programm zur Elektroniksimulation ist PSPICE die PC Ver
83. wichtiger Faktor die Auseinandersetzung mit der Realit t ist F r die Auseinandersetzung mit der Realit t sieht er in Anlehnung an Bruner 1974 drei M glichkeiten durch das Handeln Forschen und Ausprobieren in der Realit t wobei nach Bruner die enaktive motorische handelnde Repr sentation aktiviert wird durch Bilder und anschauliche Darstellungen wobei nach Bruner die ikonische Repr sentation aktiviert wird die dazu beitragen kann Zusammenh nge zu erfassen durch abstrakte Begriffe Sprache theoretische Ausf hrungen Zeichen nach Bruner die symbolische Repr sentation Klafki 2007 S 157 In diesem Zusammenhang k nnen Simulationen zu jeder Ebene einen Beitrag leisten Sie erm glichen es Eigenschaften und M glichkeiten der jeweils simulierten Gegenstandswelt zu explorieren und zu erproben und k nnen motorische Aktivit ten und Leistungen erfordern und damit die enaktive Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 70 Repr sentation aktivieren Sie liefern Bilder Animationen anschauliche Darstellungen und anderes Anschauungsmaterial und aktivieren so die ikonische Repr sentation Daneben k nnen Simulationen sprachliche Elemente beinhalten oder Schemata und auch symbolische Darstellungen was zur Aktivierung der symbolischen Repr sentation f hrt Kiel 2008 Methodenorientiertes Lernen meint den Erwerb von auf unterschiedliche Probleme und Aufgaben anwendbare Lern und Erkenntnisstrategien sowie ihrer Umsetzung
84. 0 Die lerntheoretische Didaktik Oder Didaktisches Handeln im Schulfeld In Westermanns p dagogische Beitr ge 32 2 S 80 85 Senatsverwaltung f r Bildung Jugend und Sport 2005 eEducation Masterplan Berlin Online verf gbar unter http www berlin de imperia md content sen bildung schulorganisation eeducation eeducation_masterplan_berlin_2005 pdf zuletzt aktualisiert am 21 09 2004 zuletzt gepr ft am 22 01 2013 Severing Eckart 2001 Entberuflichung der Erwerbsarbeit Folgerungen f r die betriebliche Bildung In Arbeitsgemeinschaft QUEM Hg Kompetenzentwicklung 2001 T tigsein Lernen Innovation M nster u a Waxmann Kompetenzentwicklung 6 S 247 280 Siemon Jens 2006 Virtual Reality zum selbstgesteuerten Lernen in metalltechnischen Berufen In Lernen amp Lehren 21 84 S 167 171 Skinner Burrhus F 1978 Was ist Behaviorismus 1 Aufl Reinbek bei Hamburg Rowohlt Mansfeld 7 Literatur 217 Spiro Rand J Coulson Richard L Feltovich Paul J Anderson Daniel K 1988 Cognitive flexibility theory Advanced knowledge acquisition in ill structured domains In The Tenth Annual Conference of the Cognitive Science Society Hillsdale N J Lawrence Erlbaum Associates S 375 383 Spitzer Manfred 2010 Generation Google Wie ver ndern digitale Medien unsere Bildung Moral und personale Identit t In Nervenheilkunde 11 S 711 716 Spitzer Manfred 2012 Digitale Demenz Wie wir
85. 008 Lernen durch Lehren in web 2 0 gest tzten Lehr Lernprozessen der beruflichen Erstausbildung Potentiale und Auswirkungen am Beispiel des Unterrichtsversuchs kfz4me de In Berufs und Wirtschaftsp dagogik online 15 http www bwpat de ausgabe15 dittmann_schaefer_bwpati15 pdf zuletzt gepr ft am 01 04 2011 Dombrowski Uwe Tiedemann Hauke Bothe Tim 2001 Auf dem Weg zur digitalen Fabrik In Carolo Wilhelmina Forschungsmagazin der TU Braunschweig S 44 49 DVS Hg 2010 Anwendungsnahe Schwei simulation komplexer Strukturen AiF IGF Verbundprojekt Laufzeit 01 07 2007 bis 31 12 2009 verl ngert bis 30 04 2010 D sseldorf DVS Media DVS Berichte 282 Eberhardt Bernhard Hahn Jens Uwe 2007 Computergrafik und Virtual Reality In Roland Schmitz Hg Kompendium Medieninformatik Medienpraxis Berlin Heidelberg Springer Berlin Heidelberg X media press S 1 98 Engeler Knut 2003 Kursmaterial des Projekts eL3 Modul Animationen und Simulationen berarbeitet von Jan de Haas und Elke Sander Hg v Verbundprojekt Mansfeld 7 Literatur 193 eL3 und FIM Neueslernen Universit t Oldenburg Online verf gbar unter http www cg hci informatik uni oldenburg de el3 biologie el3_ol_biologie_ simulation animation_vO3 1 biologie_simulation animation_start html zuletzt gepr ft am 29 02 2012 Euler Dieter 1992 Didaktik des computerunterst tzten Lernens Praktische Gestaltung und theoretische Grundlag
86. 07 2012 Mansfeld 7 Literatur 203 Arnold Rolf Gonon Philipp 2006 Einf hrung in die Berufsp dagogik Opladen Budrich UTB 8280 Arnold Rolf M nk Dieter 2006 Berufsp dagogische Kategorien didaktischen Handelns In Rolf Arnold und Antonius Lipsmeier Hg Handbuch der Berufsbildung 2 berarb und aktualisierte Aufl Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften S 13 32 Arnold Rolf M ller Joachim 1992 Medienvielfalt und berufliches Lernen Neue Formen selbstorganisierten Lernens vergr ern den Stellenwert von Medien In Berufsbildung Zeitschrift f r Praxis und Theorie in Betrieb und Schule 18 S 7 9 Azevedo Roger Bernard Robert M 1995 A meta analysis of the effects of feedback in computer based instruction In Journal of Educational Computing Research 13 2 S 111 127 Baacke Dieter 2002 Medienp dagogik In Joachim Felix Leonhard Hans Werner Ludwig Dietrich Schwarze und Erich Stra ner Hg Medienwissenschaft Ein Handbuch zur Entwicklung der Medien und Kommunikationsformen Berlin New York de Gruyter S 2800 2807 Bader Reinhard 2004a Handlungsfelder Lernfelder Lernsituationen Eine Anleitung zur Erarbeitung von Rahmenlehrpl nen sowie didaktischer Jahresplanungen f r die Berufsschule In Reinhard Bader und Martina M ller Hg Unterrichtsgestaltung nach dem Lernfeldkonzept Dokumentation zum BLK Modellversuchsverbund SELUBA Steigerung der Effizienz neuer Lern
87. 1 Multimedia und Telekommunikation im beruflichen Unterricht Theoretische Analyse und empirische Untersuchungen im gewerblich technischen Berufsfeld Habilitationsschrift Frankfurt M New York Lang Wagenschein Martin 1951 Das T binger Gespr ch In Die P dagogische Provinz 5 12 S 623 628 Westk mper Engelbert 2009 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie Wissen im Kontext der Wandlungsf higkeit In Engelbert Westk mper und Erich Zahn Hg Wandlungsf hige Produktionsunternehmen Das Stuttgarter Unternehmensmodell Berlin Springer S 186 201 Westk mper Engelbert 2009b Turbulentes Umfeld von Unternehmen In Engelbert Westk mper und Erich Zahn Hg Wandlungsf hige Produktionsunternehmen Das Stuttgarter Unternehmensmodell Berlin Springer S 7 23 Z h Michael F Patron Christian Fusch Thomas 2003 Die Digitale Fabrik Definition und Handlungsfelder In ZWF 03 S 75 77 7 2 Literaturverzeichnis Kapitel 2 ABB 2010 Robotersimulation spart Zeit und Kosten Friedberg Schweiz Online verf gbar unter http www abb ch cawp seitp202 1b2dbbf8d8d04b6ec125778c 0034b79c aspx zuletzt gepr ft am 25 09 2013 Abele Stephan Gschwendtner Tobias Nickolaus Reinhold 2009a Berufliche Handlungskompetenz valide erfassen computerbasierte Simulationen technischer Systeme als innovative Diagnoseinstrumente In Die berufsbildende Schule 61 9 S 252 254 Mansfeld 7 Literatur 1
88. 170 Abbildung 36 Reale Roboterzelle MPS Station Roboter und virtuelle Entsprechung in der Simulation CIROS Studio von Festo Festo Didactic 2012b 173 Mansfeld 9 Anhang 228 9 Anhang 9 1 Markt bersicht Auswahl an Simulationssoftware mit Betriebssystem Zielgruppen Sprache Programmumfang Anbieter etc Die nachfolgenden Abschnitte beinhalten eine Markt bersicht der Simulationen Stand Dezember 2012 Dabei wurden haupts chlich Quellen aus dem Internet ber cksichtigt aber auch m ndliche Informationen von Experten aus den verschiedenen Bereichen auf einschl gigen Messen bspw Didacta Hannover Messe in Betrieben im Umfeld der Schulen und auch bei Ausbildern eingeholt Die Zusammenstellung erhebt keinen Anspruch auf Vollst ndigkeit Anhand der ausgew hlten und bewerteten Software k nnen aber meist R ckschl sse auf hnliche Programme gemacht werden Dar ber hinaus werden weitere Informationen zu den Programmen zu den Programmen zusammengestellt wie bspw die Zielgruppen d h Berufe bzw Anwendungen f r die die jeweilige Software geeignet ist die Dialogsprachen welche Dokumentationen es zu dem entsprechenden Programm gibt und welche Leistungen z B Wartung Hotline etc evtl beim Kauf der Software inkludiert sind f r welches Betriebssystem sie sich eignen und beispielhaft ist ein Anbieter des Programms angegeben Die Angaben zu den Programmen stammen unter anderem von dem Softwaref hrer Sof
89. 2 S 7 8 Neben der Hard und Softwareausstattung stellt aber auch deren Instandhaltung und Pflege und die regelm ige Erneuerung eine gro e Aufgabe f r Schulen dar Albers et al 2011 Die KMK stellt erg nzend dazu in ihrem Beschluss zur Medienbildung in der Schule fest dass Lehrerinnen und Lehrer hierf r nicht ohne Entlastung von der technischen Betreuung auskommen um sich auf die p dagogischen Aufgaben Mathematik Physik Biologie Chemie Informatik Mansfeld 2 Disposition 24 beim Einsatz der digitalen Medien im Unterricht konzentrieren zu k nnen KMK 2012 S 7 8 Befragungen von Bofinger 2007 und Gysbers 2008 belegen dass die geringe Computernutzung nicht nur aus ungen gender Motivation oder unzul nglichen F higkeiten der Lehrenden herzuleiten ist sondern auch aus der hohen Zeit und Arbeitsbelastung vgl Kammerl und Ostermann 2010 Dazu fehlen methodische und fachdidaktische Konzepte Lehrkr fte bewegen sich in einem engen Spannungsfeld zwischen bildungspolitischen Vorgaben kompetenzorientierten Zielen heterogenen Lernst nden und einem straffen Unterrichtsplan Initiative D21 2011 S 5 Kammerl und Ostermann 2010 fordern daher eine medienp dagogische Grundbildung f r Lehramtsstudieng nge eine medienp dagogische Weiterbildung als phasen bergreifendes Angebot der Lehrerbildung das f r Funktionsstellen qualifiziert ebd S 58 den Ausbau der Medienp dagogik in Forschung und
90. 2 Aachen e SolidCast Demo erh ltlich Re Simulationswerkzeug f r die Fertigung von Gussteilen Einsetzbar f r alle Werkstoffe und Gie verfahren Zielgruppen e Entwicklung e Konstruktion e Forschung Dialogsprachen Englisch Dokumentation Online erh ltlich Installationssupport Online erh ltlich Schulung gegen Entgelt Preis n a Sitz des Herstellers USA Anbieter Manfred Schulze MS Foundry Consultancy Kapellenleite 7 D 82386 Huglfing Tel 49 151 62614915 schulze huglfing t online de e FORGE Demo erh ltlich au A Schmiedesimulationssoftware Zielgruppen e Entwicklung e Konstruktion e Forschung Dialogsprache Englisch Dokumentation Benutzerhandbuch Schulung gegen Entgelt Preis n a Mansfeld 9 Anhang 250 Sitz des Anbieters Frankreich Anbieter TRANSVALOR S A Parc de Haute Technologie Sophia Antipolis 694 av du Dr Maurice Donat 06255 Mougins Cedex France Tel 33 0 4 92 92 42 00 e Deform A Simulation von Fertigungsprozessen in der Metallverarbeitung Zielgruppen e Werkzeug Formen Modell allgemeiner Maschinenbau e Typische Anwendungen sind Fliesspressen Strangpressen voll hohl vorw rts r ckw rts quer Gesenkschmieden Freiformschmieden Drahtziehen Profilziehen Abstreckgleitziehen Hohlziehen mit und ohne Dorn Anstauchen Stauchen Flachwalzen Profilwalzen F gen durch Umformen Schneiden Lochen Einsenken Pulververdichten einschliesslich der W rmelei
91. 2006 Die gedankliche Hilfskonstruktion des mentalen Modells bietet eine M glichkeit den Erwerb prozeduralen Wissens zu begreifen und ist dementsprechend f r berufsfachliche T tigkeitsdom nen bedeutsam Handlungswissen kann nur durch bung erlangt werden und beinhaltet nicht nur das Wissen ber die Funktionsweise sondern auch die Umsetzung des Wissens in eine Handlung Praktisches K nnen ist durch automatische Handlungsabl ufe charakterisiert Jarz 1997 Wie wird nun prozedurales Wissen erworben Anderson et al 1995 gehen davon aus dass die Prozeduralisierung deklarativen Wissens in drei Stufen vor sich geht Zun chst wird der Ablauf der Handlung als Beschreibung erlernt das Wissen liegt in deklarativer Form vor Grundlegende konzeptuelle Wissensbest nde werden aufgebaut und in einem semantischen Netz integriert kognitive Stufe Im n chsten Schritt assoziative Stufe werden Assoziationen zwischen Bedingungen und spezifischen Operationen konstruiert die als WNenn Dann Regeln das dom nenspezifische prozedurale Wissen ausbauen Handlungen werden zunehmend automatisiert h ufige Wiederholungen f hren dazu dass Wissen prozedural repr sentiert wird Erst nach mehrmaliger fortgesetzter Wiederholung kann das Wissen automatisch ohne kognitive Kontrolle verarbeitet werden Die Erfahrungen sind in vielfach verzweigte Regeln eingebettet die eine Anpassung des Handelns an unterschiedliche Teilaspekte erm glichen autonome Stufe
92. 2006 Instruktionale Unterst tzung beim Lernen mit Computersimulationen In Unterrichtswissenschaft 34 4 S 358 377 Vajna Sandor Weber Christian Bley Helmut Zeman Klaus 2009 CAx f r Ingenieure Eine Praxisbezogene Einf hrung 2 Aufl Berlin Heidelberg Springer van der Meij Jan 2007 Support for learning with multiple representations Designing simulation based learning environments Enschede University of Twente VanSickle Ronald L 1986 A quantitative review of research on instructional simulation gaming A twenty year perspective In Theory and Research in Social Education 14 3 S 245 264 VDG 2005 Grundlagen der Gie ereitechnik Online verf gbar unter http www vdg de fileadmin content 03_documents Grundlagen_der_Giessereite chnik_1 pdf zuletzt aktualisiert am 28 02 2005 zuletzt gepr ft am 10 07 2012 VDI Richtlinie 2209 2009 3 D Produktmodellierung Mansfeld 7 Literatur 201 VDI Richtlinie 2860 1990 Montage und Handhabungstechnik Handhabungsfunktionen Handhabungseinrichtungen Begriffe Definitionen Symbole VDI Richtlinie 3633 2010 Simulation von Logistik Materialfluss und Produktionssystemen VDI Richtlinie 4499 1 2008 Digitale Fabrik Grundlagen Weidenmann Bernd 2002 Multicodierung und Multimodalit t im Lernprozess In Ludwig J Issing und Paul Klimsa Hg Information und Lernen mit Multimedia und Internet Lehrbuch f r Studium und Praxis 3 vollst be
93. 240 EUR 2 700 EUR zzgl 20 MwSt Sitz des Herstellers sterreich ECCON Engineering Computer Consulting GmbH Tel 43 0 5525 63171 0 bertolini eccon biz e Marc Mentat Demo erh ltlich ae A Marc Software f r numerische Berechnunungen der Struktur Kontinuumsmechanik Das Mentat Programm ist die zum MARC Paket geh rende interaktive Benutzeroberfl che Es dient sowohl zum Konstruieren der MARC Eingabedatens tze als auch zur Analyse der Berechnungsergebnisse Zielgruppen e Entwicklung e Konstruktion e Forschung Anbieter MSC Software GmbH Tel 49 89 431 987 0 e MEANS Demo erh ltlich ke Mansfeld 9 Anhang 246 FEM Software f r Statik Dynamik Temperatur und Formoptimierung Zielgruppen e Forschung e Entwicklung e Konstruktion Dialogsprachen Deutsch Englisch Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Schulung gegen Entgelt Hotline im Preis enthalten Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Erstinstallation 1988 Anzahl der Installationen 500 Preis ab 593 81 EUR 499 EUR zzgl 19 MwSt auch erh ltlich Demo CD 4 Wochen Dongle Vollversion53 55 EUR 45 EUR zzgl 19 MwSt Demoversion 4 Wochen Probe Installation Sitz des Herstellers Deutschland Hersteller Ingenieurb ro HTA Software Tel 07844 98 641 info femcad de e PERMAS ae A 35 Finite Elemente Analyse ein Berechnungswerkzeug f r Ingenieure Anwendungsfelder e lineare und
94. 3 7770 sales FlowCAD de gt 8 Monolithic Microwave Integrated Circuit monolithischer Mikrowellenschaltkreis Signalintegrit t Unter das Akronym RFIC Radio Frequency Integrated Circuit fallen analoge Einchip Sender Empf nger Quelle http www itwissen info definition lexikon radio frequency integrated circuit RFIC html zuletzt gepr ft am 12 07 2013 Mansfeld 9 Anhang 258 e Altium Designer Demo erh ltlich an PCB Layout mit integriertem Autorouter Zielgruppen Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatronik Dialogsprache Englisch Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland Altium Tel 49 0 721 8244 300 sales de altium com e Bartels AutoEngineer BAE Demo erh ltlich au PCB Layout Zielgruppen Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatronik Dialogsprache Deutsch Englisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Technische Dokumentation Online Wartung gegen Entgelt Preis Bartels AutoEngineer Light Version 7 8 189 21 EUR Bartels AutoEngineer Professional Version 7 8 7 723 10 EUR Preisnachl sse f r Universit ten Schulen Studenten sowie auf Sammelbestellungen Sitz des Anbieters Deutschland Schleissheimer Str 429 80935 M nchen Tel 49 0 89 856305 0 ludwig bartels de e Board Station an PCB Layout mit integriertem Autorouter Zielgruppen Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatro
95. 4 07 2013 Mansfeld 2 Disposition 32 2 8 Virtual Reality Im Zusammenhang mit Simulationen taucht oft der Begriff der Virtual Reality auf Als Erfinder des Begriffs gilt Jaron Lanier ein Computer Vision r der eines der ersten Unternehmen zu Konzeption und Vertrieb von Virtual Reality Anwendungen gr ndete Die Technologie Virtual Reality VR tauchte in den 1980er Jahren auf mit der Entwicklung und der Vermarktung von Head Mounted Displays HMD und Datenanz gen Datasuits oder Datenhandschuhen Datagloves die an Computer angeschlossen werden Diese Technologien simulierten dreidimensionale Umgebungen die in stereoskopischer Rundumsicht auf dem HMD angezeigt werden Der Nutzer konnte mit simulierten Umgebungen ber den Datenanzug und den Datenhandschuh und Objekte die die Positionen und Bewegungen von K rperteilen erfassen und so dem Computer erm glichen seinen Output abh ngig von den aufgenommenen Positionen zu modifizieren navigieren und interagieren Diese urspr ngliche Technologie half zu definieren was meist mit Virtual Reality gemeint ist Eine immersive interaktive dreidimensionale computergenerierte Umgebung in der Interaktion ber multiple sensorische Kan le stattfindet und die taktiles Feedback und auch Feedback ber die Position gibt Brey 2008 Die Erfindung von Technologien die teilweise heute noch in der VR angewendet werden liegt weiter zur ck Bereits 1956 entwarf Morton Heilig ein Sensorama ein
96. 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 156 anderen Gesichtspunkten oder mit abgewandelten Zielen Dadurch kann Wissen konsolidiert werden Beispiele hierf r sind Variationen in den Schwierigkeitsgraden der Aufgaben durch unterschiedliche Rohteile und Greiferarten im Unterrichtsbeispiel f r auszubildende Produktionstechnologlinn en ab S 168 Voraussetzung ist hierbei allerdings immer ein bestimmtes Ma an Eigenst ndigkeit und verantwortlichkeit bei den Sch lerinnen und Sch lern Daneben spielt eine Rolle wie leicht Informationen innerhalb des Programms gefunden werden k nnen Navigabilit t und welche M glichkeiten die Lernenden haben mit dem System zu kommunizieren d h ob die Dateneingabe bspw nur per Tastatur erfolgen kann oder ob sie je nach Vorlieben der Nutzerinnen und Nutzer auch ber einen Touchscreen Spracheingabe o vorgenommen werden kann Kommunikabilit t Ein weiteres Entscheidungskriterium ist ob das Programm in unterschiedlichen Lernkontexten einsetzbar ist und sowohl in Gruppen als auch in Einzelarbeit verwendet werden kann didaktische bertragbarkeit Doch auch diese Faktoren m ssen sorgsam abgewogen werden Denn die Anzahl der Aktivit ten und Funktionen die die Lernenden ausw hlen k nnen Reaktivit t kann bzgl der Interaktivit t positiv gesehen werden hinsichtlich der kognitiven Belastung kann sie sich aber auch negativ auswirken Die Grenzen aus unterrichtstheoretischer Sicht sind meist
97. 9 MwSt Sitz des Herstellers Deutschland Hersteller Ruf Getriebetechnik Tel 07392 168469 info ruf getriebetechnik de 9 1 5 Simulationssoftware SPS e _ WinsPS S7 V5 Demo erh ltlich ia Programmier und Simulations Software f r S7 Steuerungen Zielgruppen e Automatisierungstechnik e Steuerungstechnik Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Forum Demo Version Preis Pro Edition 593 81 EUR Klassenraumlizenz 1 069 81 EUR Schullizenz Mehrfachklassenraumlizenz 1 188 81 EUR Sitz des Herstellers Deutschland MHJ Software GmbH amp Co KG Albert Einstein Str 101 75015 Bretten Tel 07252 87890 oder 07252 84696 Fax 07252 78780 E Mail info mhj de e SPS VISU Demo erh ltlich ie Mansfeld 9 Anhang 253 Simulationssystem SPS Simulator f r S7 und S5 Programme Virtuelle Anlagen k nnen grafisch erstellt und anschlie end simuliert werden Enthalten ist eine S7 und eine S5 Software SPS SPS VISU kann wie eine S7 Steuerung ber Ethernet angesteuert werden Geeignet f r WinSPS S7 und STEP7 V5 x von SIEMENS Zielgruppen e Automatisierungstechnik e Steuerungstechnik Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Forum Demo Version Preis Profi Edition 415 31 EUR Klassenraumlizenz 712 81 EUR Profi Schullizenz 831 81 EUR Sitz des Herstellers Deutschland MHJ Software GmbH amp C
98. 9 284 Schnotz Wolfgang 1993 On the relation of dual coding and mental models in graphics comprehension In Learning and Instruction 3 3 S 247 249 Schnotz Wolfgang 2001 Wissenserwerb mit Multimedia In Unterrichtswissenschaft 29 S 292 318 Schnotz Wolfgang B ckheler Justus Grzondziel Harriet G rtner Ilse W chter Michael 1998 Individuelles und kooperatives Lernen mit interaktiven animierten Bildern In Zeitschrift f r p dagogische Psychologie 12 2 3 S 135 145 Sch tte Friedhelm 1998 Handlungsorientierung In J rg Peter Pahl und Ernst Uhe Hg Betrifft Berufsbildung Begriffe von A Z f r Praxis und Theorie in Betrieb und Schule Seelze Velber Kallmeyer S 91 Sch tte Friedhelm 2013 Disziplin re Dynamik der Berufsp dagogik ein Kommentar In Bernhard Bonz Hg Berufsp dagogik im Wandel Diskurse zum System beruflilcher Bildung und zur Professionalisierung Baltmannsweiler Schneider Verl Hohengehren Diskussion Berufsbildung 10 S 15 34 Schulmeister Rolf 2000 Didaktische Aspekte hypermedialer Lernsysteme Lernvoraussetzungen kognitive Re Interpretation und Interaktion In Rudolf Kammerl und Hermann Astleitner Hg Computerunterst tztes Lernen M nchen Wien Oldenbourg S 40 52 Schulmeister Rolf 2007 Grundlagen hypermedialer Lernsysteme Theorie Didaktik Design 4 berarb und aktualisierte Aufl M nchen u a Oldenbourg Schulz Wolfgang 198
99. 90 Abele Stephan Gschwendtner Tobias Nickolaus Reinhold 2009b Computerbasierte Simulationen in internationalen Vergleichsstudien K nnen sie berufliche Handlungskompetenzen aussagekr ftig erfassen In Berufsbildung Zeitschrift f r Praxis und Theorie in Betrieb und Schule 63 119 S 24 26 Abele Stephan Gschwendtner Tobias 2010 Die computerbasierte Erfassung beruflicher Handlungskompetenz Konzepte M glichkeiten Perspektiven am Beispiel der Kfz Mechatronik In BWP 39 1 S 14 17 Achtenhagen Frank Winther Esther 2011 Fachdidaktische Perspektiven der Kompetenzmessung am Beispiel des kaufm nnisch verwaltenden Bereichs In Olga Zlatkin Troitschanskaia Hg Stationen Empirischer Bildungsforschung Traditionsliniien und Perspektiven 1 Aufl Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften S 352 367 Adl Amini Bijan 1994 Zum Begriff des Mediums und seiner Einordnung im Umfeld neuer Technologien In J rg Petersen und Gerd Bodo Reinert Hg Lehren und lernen im Umfeld neuer Technologien Reflexionen vor Ort Frankfurt M New York Lang S 9 29 Albers Carsten Magenheim Johannes Meister Dorothee M 2011 Der Einsatz digitaler Medien als Herausforderung von Schule eine Ann herung In Carsten Albers Johannes Magenheim und Dorothee M Meister Hg Schule in der digitalen Welt Medientheoretische Ans tze und Schulforschungsperspektiven Wiesbaden VS Verl f r Sozialwissenschaften S 7 16
100. 9643 9 1 2 Simulationssoftware f r CAD CAM und CNC Demo der e CAMConcept WinTutorial erh ltlich EMCO Maschine Software f r die vollst ndige CAD CAM und CNC Ausbildung von der Konstruktion bis zur Produktion CAMConcept besteht aus einem CAD Teil CAM Teil und einem CNC Teil Zielgruppen e technisch wissenschaftlicher Bereich e Proze daten und Me werterfassung e Maschinenbau e Metall Kunststoff und Holzbearbeitung Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Technische Dokumentation Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Mansfeld 9 Anhang 234 Preis auf Anfrage Sitz des Herstellers sterreich Hersteller EMCO Maier GmbH www emco world com Tel 43 0 62 45 8 91 0 info emco at CIMCO EDIT Demoversion erh ltlich der Editieren von CNC Programmen Zielgruppen CNC Fr smaschinenbediener die eine Programmierunterst tzung mit Backplottfunktion Simulation suchen Dialogsprache n mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Technische Dokumentation Schulung nicht erforderlich Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Anzahl der Installationen 20000 Preis ab 642 60 EUR 540 EUR zzgl 19 MwSt pro Arbeitsplatz Professional Sitz des Anbieters
101. AD System auf der Basis von NURBS f r Konstrukteure Industrie Grafikdesigner IronCAD Design Modulares 3D CAD System f r alle Branchen mit ACIS Parasolid sowie Granite One Kernel T T T a 4 a area vavae 3 Non uniform rational B Splines nicht uniforme rationale B Splines mathematische Kurven die beliebige Formen von 3D Geometrie darstellen k nnen von einfachen 2D Linien Kreisen Bogen oder Kurven bis zu komplexen organischen 3D Freiformfl chen und Volumenk rpern darstellen k nnen Aufgrund ihrer Flexibilit t und Genauigkeit k nnen NURBS Modelle in allen Prozessen von Illustration und Animation bis hin zur Fertigung verwendet werden Quelle http www rhino3d com nurbs letzter Zugriff am 12 04 2013 Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 127 4 1 2 Simulationssoftware f r CAD CAM und CNC Der Begriff CAD CAM ist die Kurzform von Computer Aided Design computerunterst tzte Konstruktion und Computer Aided Manufacturing computerunterst tzte Fertigung CNC Maschinen CNC Computerized Numerical Control also computer berwacht und zahlenwertgesteuert sind Fertigungsmaschen die mit einer computergef hrten Steuerung ausger stet sind CAD CAM Software verwendet CAD Zeichentools um Geometrien zu beschreiben die von der CAM Seite des Programms verwendet werden CNC Programme zu generieren Diese CNC Programme leiten die Bewegungen der Werkze
102. Andersson et al 1995 Kerres 2001 Als Beispiel kann das Erlernen des Autofahrens dienen Zun chst wird bspw der Vorgang des Schaltens vom Fahrsch ler als Abfolge von einzelnen Schritten antizipiert Im n chsten Schritt nach l ngerem ben sind Fahrsch ler meist schon in der Lage w hrend der Fahrt relativ automatisch zu schalten Treten jedoch unerwartete Probleme auf wie z B eine Notfallbremsung Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 94 ist das automatische Treten der Kupplung noch nicht prozedural repr sentiert Erst nach langj hriger bung wird ohne nachzudenken gefahren und geschaltet Renkl 1994 untereilt das prozedurale Wissen noch in eine situationsunspezifische und eine situationsspezifische Komponente Die situationsunspezifische Komponente meint die Geschicklichkeit w hrend die situationsspezifische sich auf die Einsatzf higkeit bezieht Dadurch kann auch die Kompetenz detaillierter definiert werden Sie bemisst sich nicht in einer unspezifischen Menge an Geschick oder Einsatzf higkeit sondern wiederum in der Qualit t beider Komponenten und deren Zusammenhang Tenberg 2011 S 77 Paris et al 1983 erg nzen die Wissensarten um eine dritte Komponente das konditionale Wissen das die Anwendungsbedingungen von deklarativem Wissen und von Handlungs bzw Strategiewissen Renkl 1996 S 80 einschlie t Konditionales Wissen ist implizites Wissen Bezogen auf die Kompetenzen des Facharbeiters bzw
103. Anwendungen au erhalb des Klassenraums und tr gt auch dar ber hinaus oft nicht dazu bei eigenst ndiges Lernen zu vermitteln Salomon und Perkins 1996 Vernetztes Denken erm glicht es dem der Lernenden sein ihr Wissen bei der L sung unbekannter Probleme umstrukturieren zu k nnen Insbesondere komplexe Problemstellungen k nnen nicht mit einfachen Ursache Wirkungs Verkn pfungen gel st werden sondern ben tigen zu ihrer L sung oder Bew ltigung ein Gef ge von Variablen Solche Wissensstrukturen k nnen bspw mit Hilfe von sog Mindmaps oder Concept Maps sichtbar gemacht und berpr ft und wenn notwendig auch ver ndert verbessert oder angepasst werden Ballstaedt 2004 Hattie 2009 weist in diesem Zusammenhang darauf hin dass die Anwendung solcher Begriffsnetze einen gr eren Effekt hat wenn sie nach der Bearbeitung des Unterrichtsthemas von den Lernenden angefertigt wird nicht davor oder w hrenddessen Multimedia bietet hier die M glichkeit abstrakte Sachverhalte in einem konkreten situativen Kontext also vernetzt darzubieten Kerres 1999 An dieser Stelle sollte jedoch darauf hingewiesen werden dass die vernetzte Pr sentation von Wissen in Form von Hypertexten oder Hypermedia nicht automatisch vom Gehirn zum Begriff Berufskompetenz siehe Anmerkung in der Fu note auf S 71 Der Unterschied zwischen einer Concept Map und einer Mindmap liegt haupts chlich darin dass bei einer Mindmap von einem zentrale
104. Cursors in eine zeigende Hand bei Anwendungen im Internet dem der Nutzer in symbolisieren dass der Klick auf diesen Bereich dem Folgen des Hyperlinks entspricht und eine neue Seite ge ffnet wird Ebenso signalisieren bspw die Unterstreichung und die blaue Farbe des Textes einen Hyperlink Der die Anwender in kann die Interaktionsm glichkeiten dadurch identifizieren und seine Auswirkungen nachvollziehen Jarz 1997 Unter Metaphernkonsistenz ist die bereinstimmung von Bildern und Vorstellungen die im Programm verwendet werden mit den Bildern und Vorstellungen aus dem allt glichen Leben der Nutzer So steht bspw ein stilisierter Einkaufswagen in vielen Online Stores f r das virtuelle in den Einkaufswagen legen eines gew nschten Produkts Jarz 1997 Aber auch das virtuelle Verschlussger usch der Blende bei der Handykamera ist ein Beispiel f r Metaphernkonsistenz Interaktionskonsistenz und Funktionskoh renz meinen die Nachvollziehbarkeit Widerspruchslosigkeit und Stringenz bei der Bedienung von Programmen Jarz 1997 So erwarten die meisten Nutzer oben rechts bei ihren Programmen ein Kreuzsymbol zum Schlie en des Fensters bzw Programms und w ren irritiert wenn innerhalb des Programms diese Funktion unten links auftauchen w rde Ein weiteres Beispiel sind Tastenkombinationen die sich bei vielen Anwendern durchgesetzt haben Bei der Bet tigung von Ctrl bzw Strg und C bei Apple Computern Apfel und C wird z B erwartet dass d
105. EI Ni o Tsunamis Klimaerw rmung In der letzten Dekade mit der raschen Steigerung von Rechnerleistung und dem rasanten Fortschritt in der Grafikdesign Technologie haben sich Multimedia Umgebungen von einfachen Bildschirminhalten mit sequenziellen statischen Texten und Bildern zu immer mehr hoch entwickelten anspruchsvollen Visualisierungen gewandelt Simulationen gewinnen in der Industrie bei der Entwicklung von technischen Produkten und auch in der Wissenschaft immer mehr an Bedeutung wie schon die Beispiele in der Einleitung illustrierten In dieser Arbeit sollen ausschlie lich Computersimulationen betrachtet werden Somit z hlen die Simulationen zu den digitalen Medien konkreter zu Multimedia Simulationsprogramme geh ren zum Typ der interaktiven Lernprogramme auch wenn Maschinen Simulatoren unabh ngig von ihrer Machart h ufig zu Drill amp Practice Zwecken eingesetzt werden Schulmeister 2007 S 63 Obschon viele Simulationen dem Typus interaktiver Lernprogramme zuzurechnen sind werden sie gleichwohl oftmals wie Drill amp Practice Programme verwendet Simulationen k nnen entsprechend den verwendeten Lehr Lernstrategien bzw den zugrunde liegenden lerntheoretischen Modellen dem entdeckenden explorativen Lernen Bodendorf 1990 den situierten Lernumgebungen Mandl et al 2002 zugeordnet werden Die wissenschaftstheoretische Ausrichtung ist im Konstruktivismus zu sehen d h das Lernen kann unter keinen Umst
106. Englisch Deutsch Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Support Hotline Email Preis n a Sitz des Anbieters Deutschland Anbieter Simufact Engineering GmbH Deutschland Tempowerkring 3 21079 Hamburg Tel 040 790 162 0 Fax 040 790 162 22 E Mail info simufact de e Modelithics CLR Library Demo erh ltlich au Bauteil Bibliothek f r HF und Mikrowellen Simulatoren Zielgruppen Schaltungsentwickler f r Hochfrequenz und Mikrowellen Anwendungen in allen Applikationsbereichen Dialogsprache Englisch Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Schulung nicht erforderlich Installationssupport im Preis enthalten Wartung im Preis enthalten Erstinstallation 1998 Anzahl der Installationen gt 500 Preis ab 714 USD 600 USD zzgl 19 MwSt Sitz des Anbieters Deutschland Anbieter TSS Achim Baier Achim tssd com Elke Schwarzer Elke tssd com Tel 49 7309 9675 0 Mansfeld 9 Anhang 252 e ModGet Di Programm f r die Berechnung von Kurven Gelenkgetrieben und elektr Kurvenscheiben Datenaustausch ber Standardschnittstellen k nnen Bewegungsverl ufe an die 3D Simulationsprogramme Working Model Visual Nastran AD sowie Dynamic Designer bergeben werden Die Export M glichkeit erlaubt den Datenaustausch mit CAD Programmen wie HP Me10 oder Solidworks Dialogsprachen Deutsch Dokumentation Benutzerhandbuch Schulung gegen Entgelt Preis 2 201 50 EUR 1 850 EUR zzgl 1
107. Erfahrungen wie solche Sachverhalte zu handhaben sind Da in die Simulationsumgebung aus den Modellen auf denen die Simulation basiert und den Eingaben der Anwender generiert wird m ssen sich die Anwender ber die dahintersteckenden Abstraktionen keine Gedanken machen Lernende k nnen ihre Erfahrungen durch konkretes Handeln machen und sich dadurch schrittweise das Generelle im Hinblick darauf intuitiv aneignen Dadurch und auch weil der Computer ein quasi anonymes Arbeiten erm glicht d h man kann auch mal was ausprobieren und auch Fehler machen ohne dass der Lehrer oder die Mitsch ler es gleich sehen trauen sich auch sonst eher zur ckhaltende Sch ler und Sch lerinnen mehr zu Unter der Voraussetzung dass Sch lerinnen und Sch ler bestimmte Basisf higkeiten in Bezug auf Selbstst ndigkeit und verantwortlichkeit besitzen k nnen Simulationen f r den beruflichen Unterricht einen erheblichen Nutzen erzielen exemplarisch hierf r sind die Unterrichtsbeispiele auf den Seiten 168 und 172 Simulationen erm glichen es Lernende kognitiv und auch emotional zu aktivieren und dar ber hinaus durch entsprechend inszenierte Lehr Lern Arrangements beim kooperativen Lernen zu unterst tzen Lehrende m ssen es den Lernenden erlauben in den Umgebungen zu experimentieren und auch aus Fehlern zu lernen Allerdings sollten virtuelle Umgebungen nicht dazu genutzt werden Grundlagen zu vermitteln Simulationen k nnen Lernende zum Handeln auf
108. Forschungsperspektiven In Unterrichtswissenschaft 31 1 S 57 82 Bransford John D Sherwood Robert D Hasselbring Ted S Kinzer Charles K Williams Susan M 1990 Anchored instruction Why we need it and how technology can help In Don Nix und Rand J Spiro Hg Cognition education and multimedia Exploring ideas in high technology Hillsdale N J L Erlbaum S 115 141 Bruchh user Hanns Peter 2009 Lernfeldkonzept in der beruflichen Bildung Absicht und Realit t In Zeitschrift f r Berufs und Wirtschaftsp dagogik 105 S 428 435 Bruner Jerome S 1974 Entwurf einer Unterrichtstheorie Berlin D sseldorf Berlin Verlag P dagogischer Verlag Schwann Sprache und Lernen 5 Mansfeld 7 Literatur 205 Buddensiek Wilfried Kaiser Franz Josef Kaminski Hans 1980 Grundprobleme des Modelldenkens im sozio konomischen Unterricht In Herbert Stachowiak Hg Modelle und Modelldenken im Unterricht Anwendungen d allg Modelltheorie auf d Unterrichtspraxis Bad Heilbrunn Obb Klinkhardt S 92 122 Burkard Franz Peter Weiss Axel 2008 dtv Atlas P dagogik M nchen Dt Taschenbuch Verl Chandler Paul Sweller John 1991 Cognitive Load Theory and the Format of Instruction In Cognition and Instruction 8 4 S 293 332 Chandler Paul Sweller John 1996 Cognitive Load While Learning to Use a Computer Program In Applied Cognitive Psychology 10 2 S 151 170 Cherryholmes Cleo
109. H 1976 ber einige Untersuchungen zur Wirksamkeit von Simulationsspielen Implikationen f r Alternativstrategien In J rgen Lehmann und Gerhard Portele Hg Simulationsspiele in der Erziehung Weinheim Basel Beltz S 176 185 Collins Allan Brown John S Newman Susan E 1989 Cognitive apprenticeship Teaching the crafts of reading writing and mathematics In Lauren B Resnick Hg Knowing learning and instruction Essays in honor of Robert Glaser Hillsdale N J L Erlbaum Associates S 453 494 Cooper Graham 1998 Research into Cognitive Load Theory and Instructional Design at UNSW School of Education Studies The University of New South Wales Sydney NSW 2052 Australia Online verf gbar unter http dwb4 unl edu Diss Cooper UNSW htm zuletzt gepr ft am 24 08 2012 Coultas Chris W Grossman Rebecca Salas Eduardo 2012 Design Delivery Evaluation and Transfer of Training Systems In Gavriel Salvendy Hg Handbook of human factors and ergonomics 4 Aufl Hoboken NJ Wiley S 490 533 Cube Felix von 1965 Kybernetische Grundlagen des Lernens und Lehrens Stuttgart Klett Cube Felix von 1970 Der kybernetische Ansatz in der Didaktik In Detlef C Kochan Hg Allgemeine Didaktik Fachdidaktik Fachwissenschaft Ausgew hlte Beitr ge aus den Jahren 1953 bis 1969 Darmstadt Wissenschaftliche Buchgesellschaft S 143 170 Czycholl Reinhard Ebner Hermann G 2006 Handlungsorientierun
110. HER ARBEITSGED CHTNIS LANGZEIT PR SENTATION SPEICHER GED CHTNIS W rter Integration Vorwissen Bilder Auswahl Organisation Verbales mentales Modell von W rtern von W rtern Auswahl Organisation Bildhaftes mentales Modell von Bildern von Bildern Abbildung 24 Kognitive Theorie multimedialen Lernens angelehnt an Rey 2009 S 34 und Mayer 2005 S 37 Nach Mayer 2005 kann wirksamer gelernt werden wenn Texte und Bilder gemeinsam pr sentiert werden Dadurch werden das visuelle und das verbale mentale Modell miteinander verkn pft W rter k nnen gedruckte W rter sein aber auch gesprochene Bilder k nnen statische Grafiken wie bspw Illustrationen oder Fotos oder dynamische Grafiken wie Animationen oder Videoclips sein Die Definition ist breit genug um Lehrbuchkapitel Online Lektionen die Animationen und Erz hlung einzuschlie en und auch Simulationen Nach der kognitiven Theorie multimedialen Lernens durchlaufen Lernende f nf kognitive Prozesse 1 sie w hlen relevante W rter aus um sie im verbalen Arbeitsged chtnis zu verarbeiten 2 sie w hlen relevante Bilder aus um sie im visuellen Arbeitsged chtnis zu verarbeiten 3 sie organisieren die ausgew hlten W rter in einem verbalen Modell 4 sie organisieren die ausgew hlten Bilder in einem piktoralen Modell und 5 sie verkn pfen die verbalen und piktoralen Repr sentationen miteinander und mit dem Vorwissen Ab
111. IJSBIERSCI BB 888 Ha 8 gt a me ee nn 4787 eI E E E e a e biah perd Ft Eanruic shan EN Sr ralar acc E uow ass matena lb eoan Eor aena ar Hep press F1 FE an Abbildung 6 Schaltungssimulation mit simulationsgest tztem Messger t Multisim National Instruments 2013 Oft ist die Analyse mit einem virtuellen Oszilloskop m glich die Wirkung von Schaltungs nderungen wird direkt sichtbar So sollen bspw sog EMV Probleme s Abbildung 7 erkannt und vermieden werden Die Abk rzung EMV steht f r elektromagnetische Vertr glichkeit und charakterisiert die fehlerfreie Arbeit zwischen den verschiedenen Komponenten innerhalb des elektrischen Systems Besonders die Leitungen der Stromversorgung k nnen St rspannungen und somit Versorgungsspannungsschwankungen erzeugen wodurch bspw Signal nderungen hervorgerufen werden k nnten Mansfeld 2 Disposition 40 Abbildung 7 Ausbreitungseffekte an einem Telekommunikations Rack bei einer EMV Simulation SGS 2013 Weitere Anwendungen liefern thermische FEM Simulationen Abbildung 8 und Spannungsanalysen von Elektronik Leiterplatten Hier sollen bereits vorab thermische Schwachstellen einer Leiterplatte gefunden und durch Layout nderungen beseitigt werden TEE D l E E a a mE a IST aa Team agga zen m Er eg E e 5 iem T ET E 1 Er a u i mep a Bere E o mr pe E E E zu mus u ma eu b c T EE 5 m Bas ge m i J am
112. In Andreas Krapp und Bernd Weidenmann Hg P dagogische Psychologie 5 Aufl Weinheim Beltz PVU S 613 658 Reimann Peter 2001 Lernen in der Virtualit t Aktuelle Erkenntnisse der Lernpsychologie In DIE Zeitschrift f r Erwachsenenbildung 8 3 S 28 29 Online verf gbar unter http www diezeitschrift de 32001 positionen3 htm Remmer Anne M Jernstedt G Christian 1982 Comparative Effectiveness of Simulation Games in Secondary and College Level Instruction A Meta Analysis In Psychological Reports 51 3 S 742 Renkl Alexander 1994 Tr ges Wissen Die unerkl rliche Kluft zwischen Wissen und Handeln Forschungsbericht Nr 41 LMU M nchen Lehrstuhl f r Empirische P dagogik und P dagogische Psychologie Renkl Alexander 1996 Tr ges Wissen Wenn Erlerntes nicht genutzt wird In Psychologische Rundschau 47 2 S 78 92 Rey G nter Daniel 2009 E Learning Theorien Gestaltungsempfehlungen und Forschung 1 Aufl Bern Huber Richter Helmut 2001 Berufsschule und Arbeitsprozesse Stand der Diskussion und aktuelle Perspektiven In lernen amp lehren 64 S 155 162 Rickheit Gert Herrmann Theo Deutsch Werner 2003 Psycholinguistik Handb cher Zur Sprach und Kommunikationswissenschaft de Gruyter Rieber Lloyd P 2005 Multimedia Learning in Games Simulations and Microworlds In Richard E Mayer Hg The Cambridge handbook of multimedia learning Cambridge U K New York
113. Lehre die gezielte F rderung medienp dagogischer Forschung ebd S 59 und dass der Aufbau von Medienkompetenz in den Curricula der Unterrichtsf cher festgeschrieben werden soll ebd S 57 M gliche Bewertungskriterien f r Simulationsprogramme F r die Bewertung von Simulationsprogrammen k nnen u a diesbez gliche Normen herangezogen werden Simulationsprogramme m ssen wie andere Software auch die Standards der Software Ergonomie erf llen Beurteilungsma st be liefern die DIN Normen DIN EN ISO 9241 Ergonomie der Mensch System Interaktion und DIN EN ISO 14915 Software Ergonomie f r Multimedia Benutzungsschnittstellen Im Vordergrund steht in diesem Punkt der Teil 110 aus der DIN EN ISO 9241 Grunds tze der Dialoggestaltung mit folgenden Anforderungen an die Qualit t einer Softwareanwendung Aufgabenangemessenheit Selbstbeschreibungsf hig keit Steuerbarkeit Erwartungskonformit t Fehlertoleranz Individualisierbarkeit und Lernf rderlichkeit Dar ber hinaus liefert Jarz 1997 Leitgedanken bez glich der Gestaltung und Technik multimedialer Anwendungen auf die im folgenden Kapitel S 118 ausf hrlicher eingegangen wird 2 5 Medien In der Umgangssprache bezeichnet der Begriff Medium Systeme die Informationen vermitteln Gebr uchliche Medien der beruflichen Bildung sind Lehrb cher Fachb cher Filme Bilder Zeichnungen Karten Arbeitsb cher Mansfeld 2 Disposition 25 Leittexte Handb cher Nach
114. Lernen erleichtern neue Lehr und Lernmethoden z B selbstorganisiertes Lernen unterst tzen die Motivation den Lernerfolg die Effizienz steigern usw Kerres 2003 2012 Euler et al 2006 Besonders ber Computersimulationen wird postuliert dass sie das selbstbestimmte Lernen nach Ma gabe konstruktivistischer Lerntheorien f rdern und die intrinsische Motivation der Lernenden erh hen Urhahne et al 2000 Tenberg 2001 Die derzeitige Studienlage zur Anwendung von Simulationen und insbesondere die zur Verwendung von Simulationen in der beruflichen Bildung im metall und elektrotechnischen Bereich ist unzureichend Nickolaus Gschwendtner und Abele 2009 untersuchten die Validit t computerbasierter Simulationen beruflicher Handlungssituationen zur Kompetenzmessung f r ein Large Scale Assessment in der beruflichen Bildung VET Mansfeld 2 Disposition 14 LSA Daf r entwickelten sie eine Simulation mit deren Hilfe die Kompetenzen zur Fehlerdiagnose in technischen Systemen bei Kfz Mechatronikerinnen und Mechatronikern gemessen werden k nnen Die Simulation bietet die M glichkeit verschiedene Messungen mit dem Multimeter oder dem Oszilloskop durchzuf hren verschiedene Elemente des Motorraums k nnen in Augenschein genommen werden die Z ndung kann aktiviert werden und der Motor gestartet werden Dar ber hinaus ist die Simulation mit dem Programm ESll tronic von Bosch gekoppelt einem Expertensystem das u a Fahrzeugin
115. Lernenden erm glicht wird zu Hause weiter zu ben was meist dringend erforderlich ist Bei den CNC Simulationsprogrammen sind die didaktisch aufbereiteten Programme wie bspw von Keller und MTS f r den Bereich der Berufsbildung gut geeignet Gerade das Verst ndnis f r CNC Maschinen mit f nf Achsen mit ihren hochkomplexen Geometrien kann mit einigen Simulationsprogrammen gut vermittelt werden da hier Prozesse transparent gemacht werden k nnen Andere CNC Simulationsprogramme k nnten geeignet sein wenn Berufsschulklassen aus Sch lerinnen und Sch lern aus nur einem Betrieb bestehen in dem eine bestimmte Software verwendet wird Universell anwendbare FEM Programme sind f r die Berufsschule Fach bzw Berufsoberschule eher nicht geeignet Allenfalls k nnten sie hier eine Deskriptionsfunktion bernehmen wenn mithilfe des jeweiligen Programms eine Animation oder ein Film erstellt wird F r Techniker bzw Fachschulen k nnten diese Programme f r die Vermittlung bestimmter Fachkompetenzen bspw in der Konstruktionslehre oder der Technischen Mechanik aber auch der Methodenkompetenz generelles Vorgehen bei der Analyse von Festk rpern str mungstechnischen Zusammenh ngen durchaus geeignet sein Dennoch muss dabei ber cksichtigt werden dass diese Programme meist eine aufwendige Einarbeitungszeit ben tigen Die verschiedenen Programme k nnten hier je nach Zielstellung und Einsatz eine Ersatz eine Prognose oder eine Kon
116. PC Animationen visualisierte Arbeitsauftr ge aus den Lernfeldern 1 4 Flexible Animation Builder kurz FAB f r WinFACT zur Erstellung von Prozessvisualisierungen Animationen und Bedienoberfl chen Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 146 4 1 9 Zusammenfassung Auf dem Markt befindet sich eine riesige und st ndig wachsende Auswahl an Simulationsprogrammen f r den metall und elektrotechnischen Bereich Besonders die Auswahl eines industriellen d h nicht didaktisch aufbereiteten Programms f r den jeweiligen Unterricht bedarf einer sorgf ltigen Abw gung In vielen Schulen ist die Begr ndung f r den Kauf einer Software seine Verbreitung in der Industrie Jedoch Nur weil ein Programm Marktf hrer im Industriebereich ist muss es nicht unbedingt f r den Unterricht am geeignetsten sein Bei der Auswahl von Programmen die eine Trainingsfunktion bernehmen sollen sollte Software ausgew hlt werden die exemplarisch f r diesen Softwaretyp steht und eine kurze Einarbeitungszeit hat oder auch intuitiv bedient werden kann So k nnen Lernende wenn sie diesen Typ beherrschen sich meist auch schnell in andere Software einarbeiten Von Vorteil ist es auch Programme zu w hlen bei denen die Hersteller kostenlose oder preiswerte Studenten Sch lerversionen anbieten da Lernenden so die M glichkeit gegeben wird auch zu Hause weiter zu ben F r die anderen Modellfunktionen muss immer ber
117. Preis enthalten Wartung gegen Entgelt Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland Das Produkt ist im Fachhandel erh ltlich Anbieter Linius Technologies GmbH 09404 9639 86 e XFdtd Demo erh ltlich wD EMV Simulation Zielgruppen Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatronik Dialogsprache Englisch Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters USA Remcom Sales 315 South Allen Street Suite 416 State College PA 16801 USA Tel 1 814 861 1299 sales remcom com 9 1 8 Weitere Simulationssoftware e CIROS Automation Suite Demo erh ltlich F Nachfolger von COSIMIR f r die Bed rfnisse der Aus und Weiterbildung modifizierte und erweiterte Version der in der Industrie eingesetzten Software besteht aus f nf Programmpaketen 3D Simulation von komplexen Automatisierungssystemen Zielgruppen e Bildungseinrichtungen e Produktionstechnik e Automatisierungstechnik Dialogsprachen Deutsch Englisch Dokumentation Benutzerhandbuch B cher Lehrmittel Datenbl tter Demo Version Preis Basislizenz 4 462 50 EUR Sitz des Herstellers Deutschland Mansfeld 9 Anhang 266 Festo Didactic Bestell Hotline 0800 5600967 e Mathcad Demo erh ltlich au Konstruktionsberechnungen Zielgruppen e Anlagenbau Metallbau e Automotiv Fahrzeugbau e Fertigungsbetriebe e Formen und Werkzeugbau e Luftfahrtindustrie e Maschinenbau Mechatronik e Medizin und Messtechnik e Technisc
118. Probleme erschlie en k nnen Dar ber hinaus liefert die Simulation einen Beitrag zur Zug nglichkeit von Inhalten indem sie Inhalte z B durch Versuche oder Fallbeispiele anschaulich macht wie im Verlauf der Arbeit noch dargestellt werden wird Sp ter 1985 gewichtet Klafki seine Leitziele in seiner kritisch konstruktiven Didaktik um Bildungsziel ist der selbst und mitbestimmungsf hige Mensch Kritisch nennt Klafki seine Didaktik weil die den didaktischen Konzepten zugrunde liegenden gesellschaftlichen Kontexte untersucht werden Mit konstruktiv meint er den durchgehenden Praxisbezug das Interesse an Handlung Gestaltung und Ver nderung das f r diese didaktische Leitidee ausschlaggebend ist Klafki wandelt seine These vom Primat der Didaktik zu einem Primat der Zielentscheidungen ab Dies beinhaltet insbesondere die Entscheidungen ber die Thematik und die Perspektive aus der diese betrachtet werden soll Entscheidungen ber Methoden und Medien aber auch die Einsch tzung der Relevanz der jeweiligen soziokulturell vermittelten anthropogene sowie der institutionellen Bedingungen f r Unterricht Klafki 2007 S 259 Auch hier werden wiederum Begr ndungen f r die Relevanz von Simulationen im Unterricht der metall und elektrotechnischen Berufe geliefert insbesondere der geforderte Praxisbezug den die meisten Simulationen aufweisen ber diese Betrachtungen hinaus sollte die Er rterung methodischer und didaktisch
119. Schaubild sollen deutlich machen dass nach Reichs Ansicht in letzter Zeit die Tendenz zur sozialen Konstruktion von Wirklichkeiten geht wie sie z B von Berger und Luckmann 1995 oder Knorr Cetina 1981 entwickelt wurden Dem sozialen Konstruktivismus kann auch der von Reich vertretene interaktionistische Konstruktivismus zugeordnet werden Im Gebiet der psychologischen Lehr Lernforschung wird in Deutschland auf den gem igten Konstruktivismus verwiesen Mit gem igt ist gemeint dass die verschiedenen Ans tze der Lehr Lernforschung zwar verschiedene konstruktivistische Erkl rungen f r das Lehren und Lernen bernehmen diese aber mit bestehenden Theorien und Methoden von Instruktionen verbinden Reich 2009 So wird von vielen Bildungswissenschaftlern empfohlen dass Lernen idealerweise selbstgesteuert stattfinden sollte dennoch wird gleichzeitig die Vorgabe von Lernzielen und berwachung des Lernprozesses nahegelegt Zusammenfassend kann gesagt werden dass der Dreh und Angelpunkt der Konstruktivistischen Ans tze der Vorgang der Wirklichkeitserzeugung ist Gemeinsam ist den verschiedenen Ans tzen das Misstrauen gegen ontologische Wahrheitsanspr che und die Ansicht dass die Konstruktion von Wirklichkeit in betr chtlichem Umfang vom Beobachter abh ngig ist Konstruktivisten sehen Lernen als einen aktiven selbstgesteuerten konstruktiven situativen und sozialen Prozess Lernen ist somit eine aktive und selbst gesteuerte Konstrukti
120. Schrumpfschlauch oder Gewebeband zusammengefasst Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 142 Eignung f r Bildungsg nge Fries 3 B SEMCAD EMV Simulation VeSys Electrical Series 2D CAD Konstruktions Software f r elektrische Schaltpl ne und Kabelb ume XFdtd EMV Simulation 4 1 8 Weitere relevante Simulationssoftware Ein umfassendes Programmangebot hat Festo mit seiner CIROS Automation Suite Die CIROS Automation Suite umfasst f nf spezifische Programmpakete mit vorbereiteten Lernszenarien CIROS Robotics Roboter Programmieren und Simulieren das bereits oben erw hnte Mechatronics SPS Programmieren und Simulieren Advanced Mechatronics SPS x Zellen Programmieren und Simulieren Production Fabrikautomation und Produktionsmanagement Studio Modellieren Simulieren Ro mann et al 2010 berichten von positiven Erfahrungen mit der CIROS Automation Suite an einer Berufsbildenden Schule BBS II in Osnabr ck und verschiedenen Universit ten in Russland und der Ukraine Weiterhin kann COSIMIR bei Festo auf die CIROS Automation Suite upgedatet werden Daneben bietet Festo weitere Simulationssoftware wie bspw FluidSIM zur Simulation von hydraulischen und pneumatischen Steuerungssystemen Die Programme sind in der Regel didaktisch gut aufbereitet und sind deshalb auch als gut geeignet bewertet worden Tabelle 16 Sie bieten teilweise die M glichkeit sie an reale Systeme anz
121. Simulation fach und berufsdidaktische Innovationen in metall und elektrotechnischen Dom nen vorgelegt von Diplom Ingenieurin und Studienassessorin Tanja Mansfeld aus Berlin von der Fakult t I Geisteswissenschaften der Technischen Universit t Berlin zur Erlangung des akademischen Grades Doktorin der Philosophie Dr phil genehmigte Dissertation Promotionsausschuss Vorsitzende Prof Dr Helga Marburger Gutachter Prof Dr habil Dipl Ing Friedhelm Sch tte Gutachter Prof Dr phil habil Alfred Riedl Tag der wissenschaftlichen Aussprache 24 Oktober 2013 Berlin 2013 D 83 Inhalt 2 Inhalt 1 Emile t nne ee ee en 5 2 DISBOSIT ON ae REISEN 9 2 1 Fragestellungen und Hypothesen 2s0s2222200200snennennennennnnnnnnnennnnnnennennnenn 9 2 2 Methodisches DESEN aeien ee 11 2 32 AUIDAB GER Arbet nee nee 12 2 4 Analyse wissenschaftlicher Beitr ge ber Simulationen als Lehr und kerna o ne eearlenesensbee 13 Technische Bedingungen und Lehrerbildung bzgl Einsatz von Multimedia und Simulationen eenn tt 22 M gliche Bewertungskriterien f r Simulationsprogramme 24 2 5 Medienos a eine sSeeiieltsui 24 Z Os Nas Sind SIMUlALIONEN rennen 26 2 7 Was sind Animationen und wodurch unterscheiden sie sich von AAHON esta an a 30 2 Se Virtual Re a Vrai a ee ee neue 32 2 9 Warum Simulationen eressero a 33 2 9 1 Wandel der industriellen Produktion und industrieller
122. Training psychomotorischer Fertigkeiten Als Gemeinsamkeit in der Definition von Simulation genannter und auch weiterer Autoren bspw Girwidz 2010 Bungartz et al 2009 Maria 1997 Banks et al 1996 Fishwick 1995 Seila 1995 Shannon 1992 Birtwistle 1987 Frank und Lorenz 1979 Krampe et al 1974 kann gesehen werden dass eine Simulation mit Hilfe von Modellen Prozesse und deren Systeme nachbildet und dass diese Prozesse und Systeme durch den Anwender vor bzw nachempfunden und interaktiv beeinflusst werden k nnen Diese Interaktivit t liefert dem Didaktiker bzw der Didaktikerin eine Vielzahl von Optionen Die meisten o g Autoren unterscheiden Simulationsprogramme nur grob Diese Unterscheidungen leisten gute Dienste zur Systematisierung von Simulationen stellen aber nicht unbedingt eine Hilfe dar wenn Simulationen unter didaktischen Aspekten betrachtet werden sollen da mit dieser Einteilung ber den Einsatz im Unterricht nicht viel ausgesagt wird Viele Definitionen beziehen sich auch vornehmlich auf Simulationsspiele und schlie en die meisten Simulationen aus dem industriellen metall und elektrotechnischen Bereich nicht oder nur teilweise mit ein Die Aussagekraft rechnergest tzter Simulationen ber die vor nachempfundenen tats chlichen Prozesse ist dabei stets bestimmt durch die Qualit t der Modellbildung durch Anzahl und Relevanz der ber cksichtigten Parameter sowie durch die Abbildungsgenauigkeit des zugrunde liegenden ma
123. Umgebungen die auf einer Simulation basieren funktionieren am besten mit einem probleml senden oder konstruktivistischen Ansatz Lehrende sollten Lernenden erlauben in ihnen zu experimentieren und vor allem durch Fehler lernen zu k nnen Zum Erlernen von Basiswissen sind virtuelle Welten oft nicht so gut geeignet Winn 2002 Ein positives Beispiel didaktisch aufbereiteter Simulationsprogramme liefert FESTO mit der CIROS Automation Suite Die verschiedenen Produkte bieten die M glichkeit zu lernen wie Industrieroboter oder SPS programmiert werden Fertigungsanlagen geplant gesteuert und verwaltet werden aber auch die Option individuelle mechatronische Systeme aufzubauen und Modelle und deren Simulation zu erstellen Die Produkte liefern Modelle Assistenten mit Hilfen und multimedialen Erl uterungen die auch um eigene Dokumente erweitert werden k nnen Die vorbereiteten Aufgabenstellungen erm glichen es Lernenden selbstst ndig zu arbeiten und individuelle Unterst tzung durch die Hilfefunktionen zu bekommen So kann der Unterricht reich an Abwechslung und projektorientiert gestaltet werden die Lernenden k nnen selbstst ndig und differenziert arbeiten und experimentieren Die Programme sind anpassbar F r eine Wartungsaufgabe k nnen Lehrende bspw unterschiedliche St rungen in simulierte Anlagen einbauen z B Kabelbr che Druckluftverluste oder Ausf lle von Ventilen oder Lichtschranken die von den Lernenden gefunden und behoben w
124. ZIA LAI Abbildung 19 Benutzeroberfl che eines EMV Simulationsprogramms mit Kfz Modell und Kabelbaum EMCStudio Emcos 2012 Auch die vielfach schon in der beruflichen Bildung verwendete CNC Simulation bernimmt eine Trainingsfunktion wenn mit ihrer Hilfe das Programmieren von CNC Maschinen erlernt bzw ge bt wird Kusch 1992 kam f r den Bereich der CNC Ausbildung in seiner Untersuchung zu dem Fazit dass das Erlernen der Programmierung komplizierter Teile mit Simulationen zu besseren Ergebnissen f hrt als die Ausbildung an der Werkzeugmaschine Die Simulation bietet bei der CNC Ausbildung den Vorteil dass das Programm zun chst berpr ft werden kann und die Auszubildenden visuelle R ckmeldung ber die Qualit t ihres Programms bekommen Kusch stellt weiterhin eine h here Motivation bez glich der Weiterbildung an der CNC Maschine fest nach Weber 1994 Die Ersatzfunktion ist vor allem dort von Bedeutung wo aufwendige oder gef hrliche Versuche die im Rahmen der Berufsschule so nicht durchgef hrt werden k nnen Es ist bspw meist nicht m glich mehrere Gie versuche im Unterricht durchzuf hren Gie simulationen k nnen als Ersatz dienen So k nnten Animationen die mithilfe eines Gie simulationsprogramms erstellt wurden angehenden Gie ereimechanikerinnen und mechanikern die Einfl sse der Position des Bauteils im Gie system auf das Gef ge des Bauteils verdeutlichen wie bereits in Kapitel 2 4 2 erl utert Au
125. achen welche Dokumentationen es zu dem entsprechenden Programm gibt und welche Leistungen z B Wartung Hotline etc evtl beim Kauf der Software inkludiert sind f r welches Betriebssystem sie sich eignen und beispielhaft ist ein Anbieter des Programms angegeben Die angegebenen Preise sind oft tagesaktuelle Preise Beim Kauf lohnt es sich Angebote verschiedener Anbieter einzuholen Oft gibt es spezielle Educational Versionen Demo Versionen kostenlose Testprogramme wobei genau gepr ft werden muss welchen Programmumfang diese Versionen beinhalten Einige Anbieter stellen den vollen Umfang bereit andere schr nken ihn stark ein So unterscheidet sich bspw beim Autodesk Inventor 2013 die LT Version von der Professional Version dadurch dass mit der LT Version u a keine gro en Baugruppen konstruiert werden k nnen keine regelbasierten Konstruktionen d h Automatisierung von Konstruktionsvorg ngen m glich sind eine eingeschr nkte Funktionalit t f r die Blechkonstruktion enthalten ist keine Konstruktion von Kunststoffteilen vollst ndige Formteil und Werkzeugkonstruktion Rohrleitungskonstruktion Kabel und Kabelbaum Konstruktion Dynamische Simulation und auch keine FEM Analyse m glich ist Weyer 2013 Die Angaben zu den Programmen stammen unter anderem von dem Softwaref h 7 rer SoftGuide 3 dem Heise Software Verzeichnis und den verschiedenen Anbietern der jeweiligen Software F r die verschiedenen Betriebssyste
126. ad der Komplexit t des Modells bzw der Simulation angemessen ist ob der zentrale Unterrichtsgegenstand in auf die F higkeiten der Lernenden abgestimmter Weise dargestellt wird Das Modell sollte nach M glichkeit nachvollziehbar gestaltet sein ohne dabei durch Ungenauigkeiten Fehler zu produzieren Engeler 2003 Dabei ist es wiederum bedeutsamer wie die Simulation in den Unterricht eingebunden ist als ihre technische Beschaffenheit Sacher 1998 Weidenmann 2002 Zur Beurteilung der Qualit t der Mensch Computer Interaktion schl gt Karwowski 2012 u a folgende Fragen vor 1 Ist der Mensch Computer Dialog passend f r die vorgesehene Aufgabe 2 Ist der Dialog selbsterkl rend und einfach vom Benutzer zu kontrollieren 3 Stimmt der Dialog mit den Erwartungen des Benutzers an diesen Teil berein 4 Ist der Dialog fehlertolerant und f r das Lernen des Benutzers geeignet 5 Ist die Kommandosprache auf erfahrene Benutzer beschr nkt 6 Werden detaillierte Men s f r Benutzer mit geringen Kenntnissen und Erfahrungen verwendet 7 Ist die Art des Hilfe Men s an die F higkeiten des Benutzers angepasst 8 Ist die Anzahl der Funktionstasten limitiert 9 Wurde die Beschr nkung der Sprache f r den Mensch Computer Dialog ber cksichtigt ebd S 10 Schulmeister 2000 S 40 hat zur Beurteilung didaktischer Aspekte hypermedialer Lernsysteme Gegensatzpaare aufgelistet Tabelle 5 auf der folgenden Seite die auch
127. alen Modellen Methoden und Werkzeugen VDI Richtlinie 4499 1 S 3 namentlich die Simulation und die dreidimensionale Visualisierung die durch ein durchg ngiges Datenmanagement integriert werden ebd Somit steht eine termingem e und detailliert koordinierte Produktionsplanung unter Einbeziehung aller Unternehmensprozesse und der Organisation der Fabrik im Zentrum des Interesses der Digitalen Fabrik VDI Richtlinie 4499 1 Bereiche in denen die Digitale Fabrik Anwendung findet sind die Gestaltung der gesamten Fabrikationsanlagge die Simulation der Fertigung und Montagevorg nge der Automatisierung und Industrieroboter aber auch der Einsatz des ben tigten Personals und der weiteren Produktionsmittel Hehenberger 2011 S 191 192 Im metalltechnischen Bereich sind die Computeranwendungen unter dem Begriff CAx Technologien zusammengefasst wobei das x jeweils ersetzt wird durch die entsprechende Technologie bzw den entsprechenden Produktionsschritt So z B die computerunterst tzte Konstruktion CAD die Fertigung CAM oder auch die Mansfeld 2 Disposition 36 rechnergest tzte Qualit tssicherung CAQ Zusammengefasst werden die Schritte eines computerunterst tzten Produktionsprozesses einschlie lich der Produktionsplanung und steuerung eines Unternehmens unter dem Begriff CIM Computer Integrated Manufacturing F r diesen Zweck ist es notwendig die rechnerunterst tzten Methoden in die virtuelle Produktentwickl
128. all und Elektrotechnik die sich auf die Aneignung dom nenspezifischer Kenntnisse bezieht Weiterhin die Berufsdidaktik die sich mit der Herausbildung beruflicher Kompetenzen in den jeweiligen Ausbildungsberufen besch ftigt somit insbesondere der Lernfeldunterricht Tenberg 2011 formuliert f r den Erwerb von fachlich methodischer Berufs kompetenz aus den bisherigen Erkenntnissen der Berufs Bildungsforschung folgende Ergebnisse Der Erwerb fachlich methodischer Berufskompetenzen A Tenberg verwendet hier den Begriff der Berufskompetenz Damit ber cksichtigt er nicht die aus den historischen soziologischen systemtheoretischen und bildungstheoretischen Perspektiven gef hrte Debatte vgl Lipsmeier 2000b Arnold Gonon 2006 Rauner 2007 Sch tte 2013 um die Entberuflichung bspw Kutscha 1992 Severing 2001 bzw um die Erosion des Begriffs Beruf als jene spezifische Verbindung von Berufs JFachlichkeit und sozialer Orientierung und Integration welche die deutsche Tradition der Berufskategorie ausmacht Baethge Baethge Kinsky 1998 S 461 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 71 vollziehe sich durch selbstst ndige individuelle Konstruktionsprozesse mit individuellen Ergebnissen bedingt durch eigene Erfahrungen der Lernenden und bereits vorhandenes Wissen Da der Konstruktionsprozess auf vorhandenem Wissen und Vorerfahrungen beruht m ssten diese in den Fokus ger ckt werden Defizite Falschauffassungen und Feh
129. and Alone Konstruieren und Dokumentieren von Kabelb umen und Nagelbrettern Zielgruppen e Kabelbaumhersteller und Konfektion re e Automobilbauer e Fahrzeughersteller e Freizeitfahrzeuge e Schienenfahrzeuge e Abfallfahrzeuge e Rettungswagen e Reinigungsmaschinen e Land amp Baumaschinen e Busse amp Lkw e Motorsport Motorr der e Materialtransport e Wei e Ware Waschmaschinen K hlschr nke Kaffeemaschine etc e Zulieferer e Dienstleister e Medizintechnik e Maschinenbau e Luftfahrt e Apparatebau Dialogsprachen Deutsch Englisch Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport im Preis enthalten Wartung gegen Entgelt Preis auf Anfrage Sitz des Herstellers Deutschland Hersteller Linius Technologies GmbH Tel 09404 9639 86 Mansfeld 9 Anhang 262 e MAFIA Demo erh ltlich wA EMV Simulation Zielgruppen Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatronik Dialogsprache Deutsch Englisch Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland CST GmbH B dinger Str 2a D 64289 Darmstadt Tel 49 0 6151 7303 O Fax 49 0 6151 7303 10 E Mail info cst de e MicrowaveStudio Demo erh ltlich Ci A EMV Simulation 3D Feldsimulator Zielgruppen Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatronik Dialogsprache Deutsch Englisch Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland CST GmbH B dinger Str 2a D 64289 Darmstadt
130. andel erh ltlicher Simulationen 133 werden ob die meist aufwendige Einarbeitungszeit f r diese Programme angemessen f r das Lernziel bzw die zu erwerbende Kompetenz ist Hier k nnten die verschiedenen Programme je nach Zielstellung und Einsatz auch eine Ersatz eine Prognose oder auch eine Kontroll und Evaluationsfunktion bernehmen Tabelle 11 FEM Simulationssoftware ihre Eignung f r Bildungsg nge und Modellfunktionen die sie im Unterricht bernehmen kann ABAQUS FEM Programm von Simulia Tochter von Dassault Systemes zur Analyse von strukturmechanischen thermischen und akustischen Problemen und besonders geeignet f r geometrisch und physikalisch nichtlineare Probleme ANSYS Software f r numerische Berechnungen der Strukturmechanik Multiphysik und Elektronik eccon ipp 6 SuD 6 SuD Grafisch interaktiver Finite Elemente Pre und Postprozessor Tragwerksmodellierung Darstellung und Auswertung von Rechenergebnissen erstellt die Eingabe und liest die Berechnungsergebnisse von FENAS Marc Mentat Marc Software f r numerische Berechnungen der Struktur Kontinuumsmechanik Mentat zugeh rige interaktive Benutzeroberfl che zum Konstruieren der MARC Eingabedatens tze sowie zur Analyse der Berechnungsergebnisse MEANS FEM Software f r Statik Dynamik Temperatur und Formoptimierung Fortsetzung n chste Seite Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Si
131. andere M glichkeiten wie reale Modelle oder Trainingsger te gefunden werden um diese Handlungen zu erlernen und zu ben Verschiedene Hersteller bieten Systeme an wo die zuvor durchgef hrten Simulationen eins zu eins umgesetzt an realen Modellen durchgef hrt werden k nnen da die Anlagen und Stationen identisch mit den Modellen der Simulation sind wie z B das MPS Transfersystem von Festo S 173 Ein weiterer Aspekt der mit der Verwendung von Simulationen aber auch mit anderen Computer Medien einhergeht ist die Entsinnlichung oder wie von Hentig 1984 es formuliert das allm hliche Verschwinden der Wirklichkeit Simulationen k nnen keine kognitiven Strukturen ber Sinnlichkeit d h ber den Sinn f r Realit t f r fassbare Dinge aufbauen Ent Sinnlichung und Abstraktion bestimmen die Erfahrungsm glichkeiten st rker als fr her die ikonische Aneignung dominiert die handelnd t tige Gudjons 2008 S 67 Haptische und auch motorische Erfahrungen k nnen mit Computersimulationen in der Regel nicht gemacht werden Ber hrungen Bewegungen aber auch die Wahrnehmung des K rpers Riechen und Schmecken werden von Simulationen noch nicht unterst tzt Sehen und H ren finden losgel st von diesen Erfahrungen statt Die Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 167 Aufnahme Verkn pfung und Verarbeitung sinnlicher Erfahrungen die f r den Lernprozess eine wichtige Rolle spielen k nnen wird dadurch vernach
132. as Sitzen die Schere f r das Schneiden Der Unterschied von Affordanz zu Forderungs und Aufforderungscharakter liegt darin da sich das Angebot von etwas nicht ndert wenn sich das Bed rfnis des Beobachters ndert Die verschiedenen Objekte der Umwelt haben verschiedene Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 97 2002 S 334 in sich Die Lernenden werden von passiven Konsumenten zu aktiv Handelnden die die Ereignisse in einer Simulation kontrollieren Die Verbesserung der eigenen F higkeiten die einem einige Programme zur ckmelden befriedigen die Bed rfnisse nach Selbststeigerung Self Enhancement die den meisten Menschen innewohnt Aber auch kognitive Motive geh ren dazu Simulationsprogramme bieten die M glichkeit komplexe technische Zusammenh nge zu verstehen und zu beherrschen Dieterich 1994 Die motivationssteigernde Wirkung von Multimedia f r den Wissenserwerb wird jedoch meist berbewertet Zun chst werden mit einem neuen Programm zwar Interesse und Neugierde geweckt Neuigkeitseffekt Kerres 1999 S 15 und auch die realit tsnahe Pr sentation des Lerngegenstandes motiviert zur Besch ftigung damit Prinzipiell ist jedoch davon auszugehen dass fast jede Neuerung jede Abweichung vom Gewohnten im Unterricht erst einmal motivierend oder Interesse weckend wirkt Dieser Effekt wird wie weiter oben angemerkt bei Studien oft nicht ber cksichtigt obwohl er sicherlich in Bezug auf die Motivation der Lern
133. aschinen ge bt indem die Lernenden aufeinander aufbauende Lernaufgaben die im Laufe der Zeit an Komplexit t zunehmen l sen Krogoll et al 1988 Auf dieses Projekt wird im folgenden Kapitel auf S 77 noch einmal eingegangen Roy 1997 untersuchte verschiedene Simulatoren die in der beruflichen Bildung einsetzbar sind Sein Fokus lag in der Handhabungstechnik Unter Handhaben ist das Schaffen definierte Ver ndern oder vor bergehende Aufrechterhalten einer vorgegebenen r umlichen Anordnung von geometrisch bestimmten K rpern in einem Bezugskoordinatensystem VDI 1990 S 2 zu verstehen Die Handhabungstechnik bzw einrichtung bereitet somit F ge oder Pr ft tigkeiten t Vocational Education and Training Large Scale Assessment Large Scale Assessments sind Leistungsmessungen mit einer gro en Probandenzahl Es soll te untersucht werden welche Kompetenzen Sch lerinnen und Sch ler in Lehr und Lernprozessen in der Berufsschule erworben haben mit dem Ziel diese international zu vergleichen Winther et al 2009 Mansfeld 2 Disposition 15 vor indem sie bspw Werkst cke transportiert oder positioniert Zu den Handhabungseinrichtungen z hlen bspw Magazine oder Bunker zur Speicherung und Bereitstellung von Werkst cken Greifwerkzeuge die die Werkst cke in einer bestimmten Orientierung einspannen Handhabungssysteme sind beispielsweise Manipulatoren Einlegeger te oder Industrieroboter Hengesbach 2005 Die Handhabungstec
134. ationen aus dem metall und elektrotechnischen Bereich die in dieser Arbeit eine Rolle spielen Au erdem ist es oft nicht mehr nachvollziehbar welche Simulationen untersucht wurden wie auch schon VanSickle 1986 bem ngelt 8 Schulmeister 2007 h lt dar ber hinaus Evaluationen zu Multimedia f r problematisch da die meisten Anwendungen nicht typisiert werden k nnen was auch f r Simulationen zutrifft und die Folgerungen aus der Evaluation deshalb nicht generalisierbar sind Zumal die Zahl der real intervenierenden Variablen gegen unendlich geht ebd S 386 und auch Einfl sse wie die F higkeiten und die Beteiligung der Lehrkraft oder der Lernenden werden nicht ber cksichtigt 9 Oft sind die Fragestellungen schon nach Auswertung einer Studie berholt sei es weil die Technik sich ver ndert hat z B Bildschirmqualit t und darstellung s 0 oder Rechengeschwindigkeit oder die getesteten Programme veraltet sind Schulmeister 2007 Im Folgenden werden verschiedene weitere Aspekte betrachtet wie die Bedeutung von Modellen die motivationssteigernde Wirkung Interaktivit t und Realit tsn he etc die aus kognitionspsychologischer Sicht f r die Anwendung von Computersimulationen relevant sind oder deren Bedeutsamkeit in der Literatur angenommen wird Weiterhin werden verschiedene kognitionspsychologische Theorien die die Verarbeitung multimedialer Inhalte erkl ren sollen beleuchtet Modelle In vielen techn
135. ations und Curriculumforschung zu machen Fischer 2006 S 75 vgl auch Rauner 2002 Erhoffte Ziele des handlungsorientierten Unterrichts und auch der arbeitsprozessorientierten Ans tze sind eine h here Motivation der Sch lerinnen und Sch ler ein gr erer Bezug zu Leben und Beruf und damit gezielte Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 65 Vorbereitung auf den Beruf und ein lebenslanges Lernen Richter 2001 Das lebenslange Lernen soll u a erm glichen selbstst ndig auf sich rasch ndernde Berufsinhalte flexibel reagieren zu k nnen Daneben ist die Entwicklung handlungsorientierter Konzepte eine Reaktion auf kognitionspsychologische Forschungsergebnisse die den engen Bezug zwischen Denken und Handeln betonen Aebli 1980 bspw schreibt dass sich das Denken in Kontinuit t aus dem praktischen Handeln und dem Wahrnehmen entwickelt ebd S 13 F r den Unterricht der Berufsschule f hrte die Einbeziehung handlungsorientierter bzw arbeitsprozessorientierter Ans tze zum Lernfeldkonzept 1996 legte die KMK nach Lernfeldern strukturierte Rahmenlehrpl ne fest Dies basiert auf unterschiedlichen Argumentationen Es reflektiert die Ansichten dass sich Facharbeit und Ingenieurwissenschaften unterscheiden die konstruktivistische Sichtweise dass Lernen auf der eigenen Konstruktion von Wissen basiert dass Auszubildende ber praktische Handlungen besser und motivierter lernen und dass nur ber das berufliche Handeln Kom
136. ative Learning Environments In Educational Technology 31 5 S 34 40 The Cognition And Technology Group At Vanderbilt 1992 The Jasper Series as an Example of Anchored Instruction Theory Program Description and Assessment Data In Educational Psychologist 27 3 S 291 315 The Cognition And Technology Group At Vanderbilt 1993 Anchored Instruction and Situated Cognition Revisited In Educational Technology 33 3 S 52 70 Mansfeld 7 Literatur 218 Thissen Frank 1998 Lernort Multimedia Zu einer konstruktivistischen Multimedia Didaktik In Andrea Nispel Richard Stang und Friedrich Hagedorn Hg P dagogische Innovation mit Multimedia 1 Analysen und Lernorte S 29 43 Treichler D G 1967 Are you missing the boat in training aids In Film and Audio Visual Communication 1 S 14 16 29 30 48 Tulodziecki Gerhard 1994 Medienerziehung Konzeptionelle berlegungen f r ein Mindestprogramm In Medien Schulpraxis 1 2 S 31 34 Tulodziecki Gerhard 2002 Mediendidaktik In Joachim Felix Leonhard Hans Werner Ludwig Dietrich Schwarze und Erich Stra ner Hg Medienwissenschaft Ein Handbuch zur Entwicklung der Medien und Kommunikationsformen Berlin New York de Gruyter S 2807 2819 Tulodziecki Gerhard 2011 Handeln und Lernen in einer von Medien mitgestalteten Welt Konsequenzen f r Erziehung und Bildung In Carsten Albers Johannes Magenheim und Dorothee M Meister Hg Schule in der d
137. atsverwaltung f r Bildung 2005 S 19 22220s222sessnnnseennnnesnnnnennnnneenn 84 Tabelle 5 Didaktische Aspekte hypermedialer Lernsysteme vgl Schulmeister 2000 SA Eee ee 117 Tabelle 6 berblick ber die Grunds tze der Gestaltung multimedialer Anwendungen Jarz 1997 5 gt PB 2 2un 202 118 Tabelle 7 Abk rzungen der Modellfunktionen us222ss222s0snonennnnnennnne nennen 121 Tabelle 8 CAx Techniken Computergest tzte technische Module zur Erg nzung von PPS CIM und ERP nach Fandel et al 2002 S 3 leicht modifiziert 123 Tabelle 9 CAD Software ihre Eignung f r Bildungsg nge und Modellfunktionen die sie im Unterricht bernehmen kann 2222222222022sne nenne nenn nenn nnnnnesnnnnnnnnn 126 Tabelle 10 CNC Simulationssoftware ihre Eignung f r Bildungsg nge und Modellfunktionen die sie im Unterricht bernehmen kann 128 Tabelle 11 FEM Simulationssoftware ihre Eignung f r Bildungsg nge und Modellfunktionen die sie im Unterricht bernehmen kann 133 Tabelle 12 Simulationssoftware f r weitere Fertigungsverfahren ihre Eignung f r Bildungsg nge und Modellfunktionen die sie im Unterricht bernehmen kann Tabelle 13 SPS Simulationssoftware ihre Eignung f r Bildungsg nge und Modellfunktionen die sie im Unterricht bernehmen kann 136 Tabelle 14 Roboter Simulationssoftware i
138. auen sind CAEN A 77 Bei hohen und engen Gravuren ung nstiger Werkstoffflu EE Gesenkteilung flie gerecht P vornehmen LE Abbildung 33 Schmiedegerechtes Gestalten vgl Kurz et al 2004 S 337 CAD Programme k nnen dazu genutzt werden r umliches Vorstellungsverm gen bei den Lernenden zu entwickeln oder die Entstehung von Schnittdarstellungen anschaulich zu machen Abbildung 34 Daf r m ssen die Sch lerinnen und Sch ler nicht immer zun chst den Umgang mit dem Programmen lernen sondern der die Lehrende erstellt zun chst ein Bauteil an dem er sie die Entstehung der Schnittdarstellung illustriert Oder die Sch lerinnen und Sch ler k nnen mit dem erstellten Bauteil mit unterschiedlichen Schnitten selbst experimentieren Dazu ist es notwendig dass sie die Erstellung eines Schnittes erlernen Dies ist jedoch nicht Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 158 aufwendig da es bei vielen Programmen ausreicht den Button Schnittansicht anzuklicken A ammi i jeit id ERL iade Ban regen F E FT Tate Nee Abbildung 34 Schnittdarstellung eines Sternmotors erstellt mit SolidWorks Weitere Beispiele hierf r sind der obige Entwurf f r Gie ereimechaniker innen die die Einflussm glichkeiten auf den Erstarrungsprozess S 150 mit Hilfe einer Gie simulation kennenlernen oder das Unterrichtsbeispiel f r auszubildende Produktionstechnologlinn en S 168 Daf r m ssen jedoch jeweils
139. auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland CGTech Deutschland GmbH cgtech de Tel 49 0 221 97996 0 info de cgtech com e Virtual Gibbs iu GibbsCAM in Deutschland als Virtual Gibbs vertrieben ist eine CAD CAM Software zur Programmierung von CNC Maschinen Dialogsprache n Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Erstinstallation 1984 Anzahl der Installationen 60 000 Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland Cimatron GmbH www cimatron de Tel 49 72 43 53 88 0 info cimatron de e WinTool f r CNC Fertigungsprozesse und Demo erh ltlich ae Fertigungsdaten Werkzeug und NC Datenbank f r CAM Voreinstellung Werkzeugausgabe und Einkauf Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Technische Dokumentation Schulung gegen Entgelt Mansfeld 9 Anhang 243 Hotline im Preis enthalten Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Erstinstallation 1997 Anzahl der Installationen 5000 Preis ab 5 164 80 EUR 4 800 EUR zzgl 7 6 MwSt Sitz des Herstellers Schweiz Das Produkt ist im Fachhandel erh ltlich e _ NC Trainer EXSL WIN Demo erh ltlich Auer dialoggef hrte Software f r den Einstieg in die CNC Programmieru
140. auteile keine M glichkeit der Einflussnahme hat sondern lediglich den Blickwinkel auf die Arbeitsschritte ndern kann Dieses Programm kann maximal eine Ersatz oder auch Strukturierungs und Deskriptionsfunktion bernehmen Zur Visualisierung von Prozessen und zur Erstellung von Animationen mit Interaktionsm glichkeiten gibt es Programme wie den Flexible Animation Builder FAB f r das Simulationssystem BORIS Der Flexible Animation Builder ist Teil des Programmsystems WinFACT Hiermit k nnen Lehrende aber eventuell auch Sch lerinnen und Sch ler kleine Simulationen bzw Animationen erstellen mit deren Hilfe Zusammenh nge verdeutlicht oder Vorg nge visualisiert werden k nnen Beispielsweise k nnen f r den Steuerungstechnik Unterricht in der Berufsschule Fach Berufsoberschule oder Technikerschule Temperatur und F llstandsregelungen erstellt und die Regelstrecken mit unterschiedlichen Reglertypen und parametern im Anschluss analysiert werden Kahlert 2013a b Das Programm kann somit eine Strukturierungs und Deskriptionsfunktion eine Ersatz Steuerungs und Prognosefunktion sowie eine Kontroll Evaluationsfunktion bernehmen Einige Firmen bieten f r den Unterricht kleine Simulationen bzw Animationen kostenlos zum Download an die dann ebenfalls eine Ersatz oder auch Strukturierungs und Deskriptionsfunktion bernehmen k nnen Bspw gibt es bei WILO zum Thema Heizungsanlagen und zum Thema Trinkwarmwasser Zirkulationsan
141. bildung 24 Diese Prozesse ereignen sich nicht notwendigerweise in linearer Reihenfolge Und auch von Prozess zu Prozess k nnen sich die Vorgehensweisen unterscheiden Erfolgreiches Multimedialernen erfordert Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 106 dass der Lernende diese f nf Prozesse koordiniert und berwacht Daf r m ssen die Lehrinformationen so gestaltet werden dass sie diese Prozesse f rdern nicht alle Multimediarepr sentationen sind gleich effektiv Oder anders formuliert Das einfache Hinzuf gen von Bildern zu W rtern f hrt nicht automatisch zu einer Verbesserung beim Lernen Eine fundamentale Hypothese auf der Multimedialernen basiert ist dass Multimedia Lehrbotschaften die so konstruiert wurden wie das menschliche Gehirn arbeitet st rker zu bedeutsamen Lernen f hren als jene die es nicht sind Eine Multimedia Lehrbotschaft ist eine Botschaft die W rter und Bilder enth lt die das Lernen f rdern sollen Die Botschaft kann durch jedes beliebige Medium geliefert werden auch Papier Multimedia Botschaften k nnen nach Mayer auch auf B chern basieren oder eben auch auf dem Medium Computer Mayer 2005 Schnotz 1993 2001 wies nach dass dies auch f r Animationen gilt und somit z T auch auf Simulationen bertragbar ist vgl auch Bl meke 2003 Bei Simulationen k nnen diese Erkenntnisse insofern genutzt werden als bei ihnen Text und Bild als Informationsquelle lernpsychologisch kombiniert und da
142. bildung und kritisch konstruktive Didaktik 2 Aufl Weinheim Basel Beltz Klafki Wolfgang Hg 1994 Neue Studien zur Bildungstheorie und Didaktik Zeitgem e Allgemeinbildung und kritisch konstruktive Didaktik 5 Aufl Weinheim u a Beltz Klafki Wolfgang Hg 2007 Neue Studien zur Bildungstheorie und Didaktik Zeitgem e Allgemeinbildung und kritisch konstruktive Didaktik 6 Aufl Weinheim Basel Beltz Klimsa Paul 2002 Multimedianutzung aus psychologischer und didaktischer Sicht In Ludwig J Issing und Paul Klimsa Hg Information und Lernen mit Multimedia und Internet Lehrbuch f r Studium und Praxis 3 vollst berarb Weinheim Beltz PVU S 5 17 KMK 2007 Handreichung f r die Erarbeitung von Rahmenlehrpl nen der Kultusministerkonferenz f r den berufsbezogenen Unterricht in der Berufsschule und ihre Abstimmung mit Ausbildungsordnungen des Bundes f r anerkannte Ausbildungsberufe Online verf gbar unter http www kmk org fileadmin veroeffentlichungen_beschluesse 2007 2007_09_01 Handreich Rlpl Berufsschule pdf zuletzt gepr ft am 26 09 2011 Knorr Cetina Karin 1981 The manufacture of knowledge An essay on the constructivist and contextual nature of science Oxford New York Pergamon Press Pergamon international library of science technology engineering and social studies K hler Thomas Kahnwald Nina Reitmaier Martina 2008 Lehren und Lernen mit Multimedia und Internet In Be
143. blick 188 e Welche Infrastruktur muss in Schulen zur Verf gung stehen um mit Simulationen arbeiten zu k nnen Schulen m ssen Rechner zur Verf gung stellen die f r die jeweiligen Programme ad quat sind Es muss an den Schulen Personen geben die speziell f r die Wartung Instandhaltung und Aktualisierung von Software zur Verf gung stehen Neben der Arbeit in speziellen Computerr umen muss es auch m glich sein bei Bedarf in Klassen oder Fachr umen mit der jeweiligen Software zu arbeiten Mit anderen Worten Damit sinnvoll und effektiv mit Simulationen und Computern allgemein gelernt werden kann muss von staatlicher Seite Geld zur Verf gung gestellt werden Und zwar nicht nur f r ein kurzes Projekt sondern dauerhaft Einige Fragen sind offen geblieben die eventuell durch andere Fachrichtungen gekl rt werden k nnen e Wie sollte gehirngerechtes Lernen mit Simulationen in der beruflichen Bildung aussehen Diese Frage k nnte beispielsweise aus der Neuropsychologie beantwortet werden vgl dazu Kiefer et al 2007a Spitzer 2012 Kiefer et al 2007b Das aufstrebende Gebiet der Neurowissenschaften k nnte mit bildgebenden Verfahren aufzeigen welche Prozesse im Gehirn beim Lernen mit Simulationen ablaufen etc Dadurch k nnten vielleicht weitere R ckschl sse gezogen werden um das Lernen mit Simulationen zu verbessern e Wie wirkt sich Lernen mit Simulationen aus Diese Frage k nnte aus der Soziologie beantwortet werden
144. botern in Weltraummissionen Zielgruppen e Bildungseinrichtungen e Automatisierungstechnik Dialogsprachen Deutsch Englisch Dokumentation Benutzerhandbuch B cher Lehrmittel Datenbl tter Demo Version Preis Basislizenz 809 20 EUR Erweiterungslizenz 404 60 EUR Sitz des Herstellers Deutschland Festo Didactic Bestell Hotline 0800 5600967 e Delmia Robotics Demo erh ltlich fe Robotertyp unabh ngige Simulationsumgebung zur Offline Programmierung Zielgruppen e Automatisierungstechnik Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Technische Dokumentation Mansfeld 9 Anhang 255 Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Preis auf Anfrage Sitz des Herstellers Frankreich Dassault Systemes http www 3ds com de kaufen e KUKA Sim ia KUKA Sim Layout Werkzeug zur Anlagenkonzeption Unterschiedliche Layouts Konzepte und Roboteraufgaben k nnen mithilfe der Gestaltungsbibliothek die neben allen KUKA Robotern auch Greifer F rderer Schutzz une und vieles mehr enth lt simuliert und miteinander verglichen werden Kollisionserkennung Erreichbarkeitspr fungen und die Visualisierung der Roboterbewegung sind damit im 3 D Layout m glich KUKA Sim Pro Offline Programmierung und Simulation von KUKA Robotern Die Software beinhaltet ber die Funktionen von KUKA Sim Layout die Er
145. bstrakt wird und eigentlich zugeh rige Elemente wie Schmerzen und Tod ausgeblendet werden F r den Bereich der beruflichen Bildung kann das bedeuten dass einerseits die Lernwirksamkeit simulierter Anwendungen individuell verschieden ist je nach der Bedeutsamkeit die der bzw die Lernende der Simulation beimisst Und aus diesem Grund mit Simulationen auch kein l ckenloses Arbeitsprozesswissen generiert werden kann Andererseits bedeutet es dass Gefahren explizit thematisiert werden m ssen um Sch den an Maschinen oder sogar Menschen zu verhindern Auch die Immersion also die Empfindung in einer Umgebung pr sent zu sein und sie nicht nur von au en zu beobachten h ngt nicht ausschlie lich von der Realit tsn he ab Schon die fr hen Computerspiele mit ihren eher bescheidenen Grafiken Beispiel Flugsimulator siehe Kapitel 2 zogen die Benutzer in den Bann und sie hatten den Eindruck sie w rden wirklich in eine Umgebung gezogen sie w rden bspw ein Flugzeug landen Dar ber hinaus bieten einige Simulationsprogramme bspw von Festo eine Kopplung der Simulation mit realen Unterrichtsmodellen oder sogar echten Werkzeugmaschinen sodass sich hier durch das Ansprechen unterschiedlicher Sinnesmodalit ten neue Wege f r das Verst ndnis von Zusammenh ngen ergeben Die F lle des Stoffes die Breite der Unterrichtsinhalte sind nach wie vor ein gro es Problem Eine L sung bietet diesbez glich exemplarisches Lernen Simulationen
146. ch der Neurophysiologie verschoben man erhofft sich Informationen durch bildgebende Verfahren bspw PET und fMRT Scans die die Vorg nge im Gehirn bei der Verarbeitung von Bildern und Multimedia sichtbar machen k nnen Ob die Ergebnisse allerdings deutlicher werden ist fraglich da die Bilder die solche Scans liefern ebenfalls interpretiert werden m ssen Cognitive Load Theory bzw kognitive Belastungstheorie Eine Erkl rung f r die divergierende Effektivit t von instruktionalen Methoden beim Wissenserwerb mit Simulationen kann nach Urhahne und Harms 2006 in der Cognitive Load Theory bzw kognitiven Belastungstheorie gesehen werden Die Cognitive Load Theory CLT Sweller 1988 1994 Chandler und Sweller 1991 1996 oder kognitive Belastungstheorie auch kognitive Beanspruchung Kerres 2012 beschreibt die kognitiven Strukturen des Gehirns als Informationsverarbeitungssystem mit einem Langzeitged chtnis das gewisserma en das gesamte Wissen und die F higkeiten mehr oder weniger dauerhaft speichert und einem Arbeitsged chtnis das Informationen zusammen mit dem Bewusstsein verarbeitet Information kann nur im Langzeitged chtnis gespeichert werden wenn sie zun chst unter Beteiligung des Arbeitsged chtnisses verarbeitet wurde Das Arbeitsged chtnis ist in seiner Kapazit t und Speicherdauer limitiert Durch diese Begrenzung wird in einigen F llen das Lernen behindert Die Grundannahme der Cognitive Load Theory ist dass die Q
147. ch die Auswirkungen durch die Abst nde bei der Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 77 Belegung einer Modellplatte auf die Bauteile wie Temperaturverteilung Eigenspannungen und Verzug k nnten so veranschaulicht werden Sturm et al 2004 s Abbildung 20 Rum AH Abbildung 20 Unterschiede in Temperaturverteilung Eigenspannungskonzertration und Verzug bei enger Plattenbelegung li bzw weiter Belegung re Sturm et al 2004 S 12 Die Antizipations bzw Prognosefunktion erm glicht es den Lernenden alternative Strategien zu erproben und bef higt sie so Vorhersagen ber Auswirkungen bspw von Bauteilkonfigurationen zu treffen Im Bereich der Elektronik werden die Ger te wie Computer Steuerger te oder auch Mobiltelefone stetig kleiner und sollen aber gleichzeitig einen best ndig steigenden Funktionsumfang bieten Das bedeutet dass die Anzahl der Komponenten steigt w hrend der Bauraum immer kleiner wird Die K hlung dieser Ger te wird kontinuierlich schwieriger Mithilfe der Simulation k nnen auszubildende Elektronikerinnen und Elektroniker Str mungen und W rme bertragung in den Systemen mit unterschiedlichen Konfigurationen analysieren s Abbildung 9 S 41 Unterrichtskonzepte Bei der Anwendung von Computerprogrammen greifen Lehrkr fte oft auf die Konzepte und Arbeitsunterlagen zur ck die sie bei ihren Software Schulungen erhalten haben oder die den Programmen beigef gt sind Viele Arb
148. ch eine Deskriptionsfunktion bernehmen wenn der oder die Lehrende mithilfe des jeweiligen Programms eine Animation oder einen Film erstellt Das Programm ModGEt k nnte aber durchaus f r den Unterricht in Fach Berufsoberschulklassen oder Fach Technikerschulen daf r verwendet werden die teilweise sehr komplexen und langwierigen Getriebeberechnungen zu erleichtern vgl Kap 3 4 3 S 108 Ebenso lassen sich damit bspw f r den Bereich der Konstruktionslehre oder der Getriebetechnik die Bedeutung von Eingangsgr en Randbedingungen und Funktionen von Getrieben anschaulich darstellen Da das Programm jedoch mit abstrakten Darstellungen arbeitet vgl Kap 2 Abbildung 11 S 43 bedarf es Zusatzinformationen und intensiverer Auseinandersetzung mit den jeweiligen Darstellungsformen Mainframe basierend Open VMS Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 135 Tabelle 12 Simulationssoftware f r weitere Fertigungsverfahren ihre Eignung f r Bildungsg nge und Modellfunktionen die sie im Unterricht bernehmen kann Eignung f r Bildungsg nge ATT Spritzgie simulationssoftware f r Kunststoffe Formenbau Formteilgeometrie Spritzguss Simpoe Mold Spritzgie simulationssoftware f r ereit Kunststoffe Formf llanalyse Sysweld 6 su SuD SuD Schwei struktursimulationssoftware MAGMA SuD SuD SuD Gie prozess Simulationssoftware Einsetzbar f r alle Werkstoffe und
149. ch zur berarbeitung oder gar Neuentwicklung auf und ist dadurch produktiv vgl auch Salzmann 1974 Buddensiek et al 1980 unterscheiden Modelle dar ber hinaus noch hinsichtlich des Verwendungszwecks Neben den Modellen f r Ausbildungszwecke gibt es Modelle f r Theoriebildungs Prognose oder Planungszwecke Der Unterschied besteht in dem Grad der qualitativen bzw quantitativen bereinstimmung mit der Realit t Um Prognosen oder Planungen durchzuf hren oder Theorien zu entwickeln m ssen die Modelle einen erheblichen Grad an bereinstimmung mit Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 92 den realen Vorbildern und ihren f r den jeweiligen Einsatzzweck signifikanten Eigenschaften besitzen Modelle die f r Ausbildungszwecke konzipiert wurden ber cksichtigen prim r Kriterien die f r die Wissensvermittlung oder das Erlernen von F higkeiten und Fertigkeiten notwendig sind Die Funktionen die Modelle im Unterricht bernehmen k nnen wurden im Abschnitt 3 4 1 unterrichtstheoretische bzw fachdidaktische Perspektive S 73 behandelt Mentale Modelle Unter einem mentalen Modell wird eine ganzheitliche und anschauliche Repr sentation komplexer Realit tsbereiche mit denen sich Abl ufe und Entwicklungen geistig simulieren lassen verstanden Ballstaedt 2004 S 631 Das bedeutet dass komplexe Sachverhalte aus der Lebenswirklichkeit wie bspw die Struktur und Funktion einer Maschine durch den Aufbau modellhaft
150. che 2 ausfahren 3 B4 Sensor Rutsche voll 0 xa 29 Mi Bandmotor Ausfall 40 00 4 Ki Bandmotor ein u 4 Part_AY Sensor Werkst ck vorhanden 1 5 14 Kommunikation 0 5 1M1 Venti LED Weiche 1 ausfahren 0 Ca 6 IS Kommunikation 0 8 6 3M1 Ventil LED Stopper einfahren 0 B 7 16 Kommunikation 0 Ca 7 2Y1 Ventil LED Weiche 2 ausfahren 0 d 8 17 Kommunikation 0 a 8 1B2 Sensor Weiche 1 ausgefahren 0 a 9 Rutschen leeren 0 Er 9 1B1 Sensor Weiche 1 eingefahren 1 D 10 Werkst ck am Bandanfang entfernen 0 B 10 B2 Sensor Werkst ck aus Metall 0 x gt Ablauf 156 48 s 07 48 22 Abbildung 25 Fenster des Programms CIROS f r die Vorgabe von St rungen durch die Lehrkraft vgl Pensky 2012 Die Lehrkraft w hlt in ihrem Programmbereich geeignete St rungen aus Abbildung 25 verteilt sie an die Arbeitspl tze der Sch lerinnen und Sch ler die diese nach Aktivierung methodisch suchen und beheben Dazu k nnen sich die Sch lerinnen und Sch ler bspw Sensorwerte oder Ventilzust nde anzeigen lassen oder verschiedene weitere Werkzeuge bzw Dokumente wie z B pneumatische oder elektrische Schaltpl ne verwenden Abbildung 26 Die gefundenen Fehler k nnen die Lernenden mithilfe eines St rungsfensters kompensieren Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 112 Druckluftversorgung Druckluftzustand lasktola ec AU Schaltplanbezeichnung b aee u Ventilzustand Steuerungspanel gez Abbildung 26 W
151. che Infrastruktur muss in Schulen zur Verf gung stehen um mit Simulationen arbeiten zu k nnen Mansfeld 2 Disposition 11 2 2 Methodisches Design Der Schwerpunkt der Arbeit liegt im Studium und in der Auswertung von Literatur im Kontext von Didaktik beruflicher Bildung das der Arbeit zugrunde liegende Verfahren ist historisch hermeneutisch Vorliegendes Material zu Simulationen f r metall und elektrotechnische Dom nen zur Anwendung von Simulationen im Unterricht sowie theoretische Erkenntnisse und praktische Erfahrungen in diesbez glichen Lehr Lern Prozessen werden systematisiert und mit Bezug auf das zu untersuchende Thema aufgearbeitet und neu interpretiert Zur Analyse und Interpretation des derzeitigen Standes der Erkenntnisse werden auch internationale Texte herangezogen Dabei werden ferner Erkenntnisse aus den thematisch verwandten Themenbereichen des E Learnings Multimedia Lernens und des computerunterst tzten Lernens ber cksichtigt Die Systematisierung des vorliegenden Materials aus vielf ltigen Kontexten erm glicht die Potenziale und Grenzen von Simulationen in Lehr Lern Arrangements in metall und elektrotechnischen Dom nen aufzuzeigen Die Arbeit soll aus analytischer Sicht die Voraussetzungen aufzeigen die f r Lehr Lern Arrangements mit Simulationen gegeben sein m ssen damit mit ihnen effektiv gelernt werden kann Diese Vorgehensweise ist gegen ber der empirischen zu bevorzugen da sich die f r di
152. chen Unterrichtsgegenst nden eingesetzt werden k nnen So ergab beispielsweise die Bildungsstudie Digitale Medien bei der Lehrerinnen und Lehrer die mathematisch naturwissenschaftliche F cher an einer Schule unterrichten die zum Abitur f hrt befragt wurden dass nur 13 2 Prozent ein diesbez gliches Konzept an ihrer Schule haben Dies f hrt zusammen mit unvollst ndigen Hard und Software Infrastrukturen bei vielen Lehrenden zu Verunsicherungen Die Medien entsprechen nach Ansicht vieler Lehrerinnen und Lehrer nicht den Anforderungen des Fachunterrichts Dadurch beschr nkt sich die Rechneranwendung oft auf Recherchen im Internet und das Vorf hren von Powerpoint Pr sentationen Auch die in vielen F llen vorhandene Abgrenzung von Unterrichts und Computerraum und die strukturellen Beschaffungsbarrieren und restriktiven Budgetvorgaben Initiative D21 2011 S 5 wirken sich nachteilig aus vgl Initiative D21 2011 S 5 6 und S 14 Schulen ben tigen eine anforderungsgerechte Ausstattung damit die Sch lerinnen und Sch ler mit und ber Medien lernen und arbeiten k nnen Dabei kommt es insbesondere darauf an dass die erforderliche Hard und Software dort verf gbar ist wo Unterricht tats chlich stattfindet also auch au erhalb der klassischen Computerr ume Ausstattung Vernetzung und Wartung der IT Infrastruktur der Schulen ist in Abstimmung mit den Schultr gern im Rahmen von Medienentwicklungspl nen festzulegen KMK 201
153. chiedenen Ans tze unterschiedliche Sichtweisen auf das Lernen haben insbesondere in ihrer Sicht auf die Stellung die die Umwelt einnimmt die geistigen Vorg nge beim Lernen und die Form der situativen Einbettung Kerres 2012 So hat Lernen im Behaviorismus die Bedeutung einer Verhaltens nderung die sich durch geeignete Reizsituationen und Reaktionen der Umwelt beeinflussen und ver ndern l sst Das Lernmaterial wird in kleinen dosierten Portionen pr sentiert mit strikt vorgegebener Mensch Maschine Interaktion Typische Software Vertreter sind hier die tutoriellen Systeme und Drill amp Practice Programme Der Kognitivismus sieht Lernen als einen Prozess bei dem kognitive Strukturen aufgebaut werden vergleichbar mit der Informationsverarbeitung in einem Computer Dabei wird das Lernmaterial in komplexen Umgebungen pr sentiert in dynamischer adaptiver Mensch Maschine Interaktion Hier sind typische Programme adaptive intelligente tutorielle Systeme und Lernumgebungen Lernsequenzen oder Kurse in Form von Computer oder Web Based Trainings CBT oder WBT Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 61 Aus konstruktivistischer Sicht ist Lernen ein aktiver und autopoietischer Vorgang der Wissenskonstruktion Das Lernmaterial wird in unstrukturierter Form wie in der Realit t pr sentiert Die Mensch Maschine Interaktion ist selbstreferenziell und autonom Hypermediale Angebote und sogenannte Mikrowelten aber auch viele Simulatione
154. chneidenradiuskompensation AR A gt Schneidenmittelpunkt R erreicht wurde Werkzeugspitze R Imagin re Werkzeugspitze Programmierte Form bzw die Form die durch Anwendung der Schneidenradi uskompensation erreicht wird Abbildung 31 Bearbeitung ohne Schneidenradiuskompensation Siemens AG 2009 S 57 Reifikationen d h die Nachbildung von Objekten oder Ph nomenen die so in der Realit t nicht wahrgenommen oder erfahren werden k nnen siehe dazu auch Abschnitt 3 4 2 S 107 sind ebenfalls ein Potenzial das Simulationen haben Mit Hilfe von Simulationsprogrammen k nnen beispielsweise die Auswirkungen von Kr ften auf ein Bauteil durch FEM Programme illustriert werden indem die normalerweise nicht sichtbaren Verformungen bertrieben dargestellt und farblich veranschaulicht werden Abbildung 32 Weitere Beispiele sind die Darstellung der Geschwindigkeitsvektoren bei Str mungssimulationen oder die Visualisierung der Feldverteilungen bei EMV Simulationen Abbildung 7 S 40 Diese Reifikationen beruhen auf Metaphern bzw Modellen bspw Pfeile die f r Kr fte oder Geschwindigkeiten stehen oder auch die farbcodierte Darstellung bei FEM oder EMV Simulationen die Programmentwickler oder Designer erdacht haben Animationen und Simulationen als spezielle Arten von virtuellen Modellen k nnen insbesondere durch ihre dynamischen Eigenschaften zus tzliche Informationen liefern die ein statisches Modell so nicht generieren k nnte
155. d Fehler vorauszuahnen und darauf reagieren zu k nnen Das hei t von der Lehrkraft muss nicht nur die Aufbereitung des Inhalts wie bei konventionellem Unterricht geleistet werden sondern obendrein erfordert das Medium eine intensive Vorbereitung und Einarbeitungszeit Im Vergleich mit traditionellen Medien bspw OH Projektor oder der Tafel ist der Aufwand mit Computersimulationen also ungleich h her Die Ber cksichtigung der von Tulodziecki 2011 formulierten f nf Charakteristika f r das Lehren und Lernen unter Verwendung von Computern bzw Medien und damit auch f r Simulationen sowie die erg nzenden Merkmale f r handlungsorientierten Unterricht nach Tenberg 2011 vgl S 21 kann die Aussch pfung von Potenzialen unterst tzen und sie zeigen gleichzeitig weitere Grenzen bei der Nutzung von Simulationen im unterrichtlichen Zusammenhang auf Bei der Erstellung der Lernaufgabe Punkt 1 sollten Kriterien der didaktischen Analyse von Klafki namentlich die Fragen nach Gegenwarts Zukunfts und exemplarischer Bedeutung herangezogen werden Die Aufgabenstellung sollte aus dem unmittelbaren Berufsumfeld der Lernenden stammen Die Aufgabenstellung dient zugleich der Aktivierung des Vorwissens und der Motivierung an der Aufgabe zu arbeiten Zus tzlich bieten Aufgabenstellungen Orientierung und beschr nken gleichzeitig die Menge potenzieller Hypothesen Insbesondere die Aktivierung der Ausgangskompetenzen spielt eine Rolle f r den
156. d mit ihr in Zusammenhang stehende Beratungsans tze eine deutliche Relevanz f r konstruktivistische Ans tze im Bereich der P dagogik und Didaktik Aus den Kommunikationstheorien sind vor allem die Arbeiten von Watzlawick u a bedeutsam die sich an Bateson anschlie en Reich 2009 P dagogisch Philosophische j Psychologische Kommunikations philosophische 2 Vorl ufer ia Vorl ufer theorie Vorl ufer Ph nomenlogie Pragmatismus Dewey Piaget Bateson Wygotzky Watzlawick Kybernetik Systemtheorien Familientherapie und Beratung Postmoderne Diskurse Cultural Studies Feminismus Radikaler Methodischer Konstruktivismus Konstruktivismus Maturana von Kulturalismus Foerster von Kamlah Lorenzen Glasersfeld Janich Sozialer Konstruktivismus Berger Luckmann Gem igter Knorr Cetina Konstruktivismus Sozial kognitive Gergen Reich Lave Wenger Psychologie u v a u v a Abbildung 15 Theoretische Kontexte der konstruktivistischen Didaktik vgl Reich 2009 S 30 2 Systemtheorie die Theorie der allgemeinen Prinzipien die die verschiedenen in den einzelnen Wissenschaften untersuchten Systeme gemeinsam haben die systemtheoretische Betrachtungsweise hat das Ganze des jeweiligen Systems und die Beziehungen unter seinen Elementen im Blick sie untersucht nicht einzelne Objekte und einzelne lineare Kausalreihen sondern die Gesamtheit der Wechselwirkungen zwischen den Objekten Wisse
157. den k nnen oder Programme zur numerischen Str mungssimulation CFD Computational Fluid Dynamics mit der auch W rme bertragungsprozesse analysiert werden k nnen dazugerechnet werden Vajna et al 2009 Die Informationen ber das Erzeugnis und seine Herstellung werden zu einem virtuellen Produktmodell kombiniert das f r weitere Untersuchungen und eben auch f r Simulationen verwendet werden kann Westk mper 2006 Dadurch k nnen die Eigenschaften des zu entwickelnden Produkts im Vorhinein gekl rt werden Vajna et al 2009 Der Einsatz von 3D CAD und Simulationssystemen und mit ihr die virtuelle Produktentwicklung hat nicht zuletzt durch die gro en Fortschritte im Bereich der Computertechnik immens an Bedeutsamkeit zugenommen Dementsprechend sollten diese Technologien auch im Bereich der beruflichen Bildung ber cksichtigt werden Anderl und Binde 2010 In Tabelle 8 sind die entscheidenden funktionalen Faktoren von CAD Systemen und ihre Einbettung in ERP Konzepte dargestellt Fandel et al 2002 S 1 3 Tabelle 8 CAx Techniken Computergest tzte technische Module zur Erg nzung von PPS CIM und ERP nach Fandel et al 2002 S 3 leicht modifiziert CAD System dient der bzw liefert Ve Konstruktion und Entwicklung DE Dimensionen und geometrische Modelle Konstruktionsdatenverarbeitung 38 ERP Enterprise Resource Planning bzw Unternehmensressourcenplanung Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Hand
158. der Bildungsanspruch und die Strukturierung von Wissen das Durchdenken von Handlungen die differenzierte Besch ftigung und eben auch die kritische Auseinandersetzung mit dem Beruf und seinen Arbeitsprozessen sind welche die Einrichtung Berufsschule gegen ber der Ausbildung im Betrieb rechtfertigen Richter 2001 Weiterhin merkt Dubs 2000 an dass es Wissensbereiche gibt die fachsystematisch schneller erarbeitet werden k nnen Die Auseinandersetzung Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 67 Wissenschaftsorientierung kontra Handlungsorientierung wird von vielen weiteren Autoren Nickolaus Jenewein und andere gef hrt und ist l ngst nicht gekl rt Auch der Diskurs zum Thema Lernfeldkonzept ist sehr komplex da zeitgleich sowohl organisatorische als auch didaktische und ordnungspolitische Faktoren debattiert werden Bei aller Kritik sind sich doch die meisten Autoren einig dass es insgesamt zu begr en ist wenn der reine f cherorientierte Frontalunterricht zugunsten eines h heren Lebens und Berufsbezugs abgeschafft oder wenigstens reduziert und so durch den Erwerb systematischen anwendungsf higen und intelligenten Wissens ein Beitrag zur Vorbereitung lebenslangen Lernens erbracht wird Dennoch sollten nicht alle bislang entwickelten etablierten und erforschten Methoden die sich nicht in das handlungsorientierte Leitbild einf gen aufgegeben werden f r eine Methode f r deren Wirksamkeit bisher kein einziger
159. der Cognitive Load Theory dass sie Faktoren wie Motivation und auch soziale und emotionale Aspekte nur wenig in Betracht zieht Weiterhin wird moniert dass die unterschiedlichen kognitiven Belastungsarten nicht separat gemessen werden k nnen Gleichwohl wird die Cognitive Load Theorie als theoretisch differenziert ausgearbeitet angesehen Rey 2009 Dennoch sollte die Cognitive Load Theory nicht als die alleinige Erkl rung angesehen werden Die Planung von Lehr Lern Arrangements sollte auch die F higkeiten und Eigenheiten der Lernenden und die Charakteristika des Lerngegenstands mit einbeziehen und nicht nur an den kognitiven Belastungen ausgerichtet werden Urhahne und Harms 2006 F r das Lernen mit Simulationen liegt die Bedeutung der Cognitive Load Theory darin dass berlegt werden muss wie viel kognitive Kapazit t f r die Bedienung des Programms ben tigt wird die dann nicht mehr f r die Auseinandersetzung mit dem zu lernenden Stoff verf gbar ist Ebenso wird f r die Verarbeitung interaktiver und animierter Bilder mehr kognitive Kapazit t ben tigt als f r die Verarbeitung statischer Bilder Und auch das Arbeiten in Gruppen belegt einen Teil des Arbeitsged chtnisses weil die Lernenden ihre Lernt tigkeiten und Arbeitsabl ufe aufeinander abstimmen m ssen Deshalb m ssen Lehrende bei der Verwendung von Simulationen wie auch bei anderen computerbasierten Lernumgebungen ausf hrlich kl ren welche Erfahrungen und fachspezifisc
160. der Facharbeiterin muss das konditionale Wissen ausreichen um die Handlungen situativ steuern und kontrollieren zu k nnen Tenberg 2011 S 79 Um Handlungsflexibilit t in Bezug auf Wissen kategorisieren zu k nnen erg nzt Renkl die Wissensarten Andersons um das konzeptuelle Wissen Verst ndniswissen Renkl 1996 Tenberg 2011 Erst konzeptuelle mentale Modelle erlauben einen Wissenstransfer Renkl 1996 S 82 Das konzeptuelle Wissen wiederum kann in sach bzw handlungsbegr ndendes Wissen und in handlungs bergreifendes bzw handlungsunabh ngiges Grundlagenwissen unterteilt werden Tenberg 2011 S 79 Dieses Wissen ist charakteristisch f r Expertise hierdurch hebt sich der Experte vom Laien ab Tenberg 2011 Tenberg modifiziert das Wissensmodell Renkls um es f r die Beschreibung technikdidaktischer Kompetenzen anwendbar zu machen und wungenaue Begrifflichkeiten zu pr zisieren Im Zusammenhang mit Facharbeit schl gt er vor das deklarative Wissen als Professionswissen zu bezeichnen den sach bzw handlungsbegr ndende n Anteil des konzeptuellen Wissens als Begr ndungswissen und den handlungs bergreifendeln Anteil als allgemeines Bezugswissen ebd S 80 Das prozedurale und das konditionale Wissen werden nicht in das Wissensschema eingegliedert da sie implizit und aus diesem Grund nicht eindeutig zu beschreiben sind Diese Wissensart soll in der Bedeutung von als F higkeiten und Fertigkeiten aufg
161. des Verzugs von Bauteilen beim Schwei en gibt es Schwei simulationen DVS 2010 Komplexe Bewegungssysteme wie z B Werkzeugmaschinen oder Kraftfahrzeuge werden bei ihrer Entwicklung nicht mehr an Prototypen getestet und optimiert sondern mit Simulationssystemen F r Industrieroboter werden die Arbeitszellen die r umliche Anordnung der zu manipulierenden Gegenst nde deren Bewegungen die Bewegungen des Roboterarms selbst simuliert s Abbildung 10 S 42 um so die Arbeitsaufgabe des Roboters programmieren zu k nnen aber auch Prozesse in die der Roboter integriert ist planen zu k nnen Roddeck 2006 Einen gro en Raum nehmen auch die Steuerungen von Anlagen und damit die Speicherprogrammierbare Steuerung SPS ein Die Steuerger te f r den Motor z B Motronic bzw die Diagnoseger te zur Fehlersuche im Motormanagementsystem OBD stellen ebenfalls ein breites Anwendungsgebiet dar Vergleichbare mediendidaktische Innovationen sind im Berufsfeld Elektrotechnik zu beobachten Schaltungssimulationen Abbildung 6 bieten die M glichkeit elektrotechnische Bauteile kennenzulernen Schaltungen aufzubauen zu verstehen gefahrlos zu testen und gegebenenfalls umzubauen und auf diese Weise den Umgang mit komplexem regelungstechnischen Systemverhalten zu trainieren und so Probleml sekompetenz zu f rdern Mansfeld Z lab_c mpieda Mulllsin lab _erample 2a ED Be Bit wem Piece Zumdete Trasfer Tods Fepats Sion Minden tep DBE
162. die mittels einer Metaanalyse 19 Studien u a zu Mathematik in der Grundschule zu elektrischen Stromkreisen bei Bachelorstudenten Pr parationssimulation im Biologieunterricht bei Obersch lern bzgl der Lernwirksamkeit von Simulationen mit und ohne Instruktion untersucht hat Sie zieht ebenfalls das Fazit dass spezifische Anleitungen bei Simulationen zu besseren Lernergebnissen f hren Sie weist aber darauf hin dass die Resultate der Studien sich teilweise widersprechen Einer der Gr nde f r diese widerspr chlichen Forschungsresultate der Prim rstudien sieht sie in der unterschiedlichen Verwendung von Lehrweisen mit Simulationen Deshalb so das Ergebnis einiger der untersuchten Studien sollten Simulationen Erg nzungen zu erkl rendem Unterricht sein und sind nicht geeignet neues Wissen ohne Erkl rungen zu unterrichten weiteres dazu unter dem kognitionspsychologischen Aspekt S 85 im folgenden Kapitel Dekkers und Donatti 1981 werteten 93 empirische Forschungsstudien die sich mit Simulationen f r die Lehre besch ftigen in einer Metaanalyse aus VanSickle 1986 bereitete Studien zu Lerneffekten von Simulationsspielen quantitativ auf Remmer und Jernsted 1982 analysierten 21 Studien zu Unterricht mit Simulationsspielen um die relativen Effekte auf studentische Leistungen Einstellungs nderung bzgl des Lehrstoffs mit dem sich befasst wurde dem Interesse an dem Kurs und die Langzeit Speicherung von Informationen bei der Verwe
163. durch visuelle und mentale Modelle in komplexen Lehr Lern Arrangements zum Einsatz gebracht werden Realit tsn he als Begr ndung f r den Einsatz von Simulationen Die Realit tsn he von Simulationen ist ein weiteres Argument das f r ihre Verwendung herangezogen wird Wenn eine Simulation so nahe an der Realit t ist so die Annahme dann k nnte man doch mit ihr wie in der Realit t arbeiten Dadurch entsteht die M glichkeit alle Erfahrungen zu machen die auch in der Realit t gemacht werden k nnen aber ohne die Gefahren und negativen Auswirkungen wie bspw Maschinensch den bei fehlerhaften CNC Programmen etc W hrend fr here Simulationsprogramme noch eine geringe physische und physikalische Wiedergabetreue genauigkeit physical fidelity d h Realit tsn he aufwiesen haben neue Simulationen die M glichkeit immer n her an die Realit t heranzukommen Coultas et al 2012 Das Interesse an sehr realit tsnahen high fidelity Simulationen w chst stetig In einigen Bereichen wie bspw milit rischen oder auch bei der Ausbildung im klinischen Bereich ist man inzwischen bereit Kosten in sechsstelliger H he in Kauf zu nehmen Norman et al 2012 Es ist jedoch sehr fraglich ob eine hohe Realit tsn he auch wirklich bessere Lernergebnisse erzielt Norman et al 2012 berpr ften 24 Studien die das Lernen mit realit tsnahen high fidelity Simulationen mit solchen mit geringer Realit tsn he low fidelity verg
164. durchgef hrt sondern nur theoretisch abgehandelt Zu den einzelnen Komponenten der CIROS Automation Suite gibt es jeweils Handb cher die in die Installation und Bedienung der Programme einf hren aber auch die Lernziele die mit den Programmen erreicht werden k nnen angeben Dar ber hinaus werden auch die zugeh rigen Lernfelder f r den Ausbildungsberuf des Mechatronikers der Mechatronikerin exemplarisch aufgelistet Beispielaufgaben sind vorhanden und werden schrittweise erl utert Beispiel Auszug aus L ffler 2010 S 296 Erstellen Sie eine Anlage zur Produktion von Messinstrumenten Die Werkst ck Geh use f r die Messinstrumente sollen durch die Station Handhaben zugef hrt werden Nach dem Montageprozess sollen die produzierten Messinstrumente sortiert werden Beantworten Sie folgende Fragen e Welche Stationen ben tigen Sie f r die Anlage e In welcher Reihenfolge m ssen die Stationen angeordnet werden gt 3 Eine verteilte Anlage besteht aus einer oder mehreren Stationen Eine Station ist dadurch gekennzeichnet dass sie selbst ndig bestimmte Maschinenfunktionen ausf hrt sie ist also ein autarker Anlagenteil mit eigenem SPS Programm L ffler 2010 S 13 Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 175 e Wie ist die Ausgangsstellung der Anlage definiert e Welche Werkst cke werden f r den Fertigungsprozess ben tigt e Wie verh lt sich die Anlage wenn auf der Station Sortieren eine Rutsche
165. e In BEER 1 3 BEE Kun BE Board Station PCB Layout CADSTAR PCB Layout CR 8000 5000 PCB Layout und EMV Analyse DxDesigner PCB Layout Simulation Eagle PCB Layout m Autorouter EDWinXP PCB Layout Simulation Mixed Mode EDSpice EMC Adviser Systementwurf und EMV Analyse EMPIRE EMV Simulation 3D Feldsimulator Fortsetzung n chste Seite Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 141 Eignung f r Bildungsg nge m 1 BEE Eu HarnessExpert 3D Software Stand Alone Konstruieren und Dokumentieren von Kabelb umen und Nagelbrettern MAFIA EMV Simulation MicrowaveStudio EMV Simulation 3D Feldsimulator NI Multisim PCB Layout Spice Simulationsumgebung PCBMod EMV Simulation PSPICE Elektroniksimulation analoge digitale und hybride Schaltungen mit Schwerpunkt auf der analogen Simulation Pulsonix PCB Layout SPICE Simulation OrCAD PCB Layout Fortsetzung n chste Seite Das Nagelbrett bzw die Nagelbrettzeichnung bezeichnet eine ausf hrliche 2D Zeichnung in der Informationen wie die Pinbelegung und die St ckliste enthalten sind Der Name l sst sich auf die Fertigung von Kabelb umen zur ckf hren Zur Herstellung der Kabelb ume wird ein Brett auf das die Zeichnung des Kabelbaums aufgebracht wurde verwendet in das an den Verzweigungen N gel eingeschlagen werden Um diese N gel werden die Litzen gezogen und mithilfe von beispielsweise
166. e In sterreichische Zeitschrift f r Berufsbildung ZB 3 S 3 6 Baumgartner Peter Payr Sabine 1997 Erfinden lernen In Heinz von Foerster Albert M ller Karl H M ller und Friedrich Stadler Hg Konstruktivismus und Kognitionswissenschaft Kulturelle Wurzeln und Ergebnisse Wien New York Springer S 89 106 Baumgartner Peter Payr Sabine 1999 Lernen mit Software 2 Aufl Innsbruck Wien M nchen Studien Verl Beckmann Hans Karl 1972 Aspekte der geisteswissenschaftlichen Didaktik In Horst Ruprecht Hans Karl Beckmann und Felix von Cube Hg Modelle grundlegender didaktischer Theorien Hannover Schroedel Beitr ge zu einer neuen Didaktik Reihe A Allgemeine Didaktik S 72 116 Bell Bradford S Kanar Adam M Kozlowski Steve W J 2008 Current issues and future directions in simulation based training in North America In The International Journal of Human Resource Management 19 8 S 1416 1434 Berger Peter L Luckmann Thomas 1995 Die gesellschaftliche Konstruktion der Wirklichkeit Eine Theorie der Wissenssoziologie Frankfurt am Main Fischer Taschenbuch Verl Fischer Taschenb cher Sozialwissenschaft Bernhardt Ralph 2006 Simulation in der Massivumformung Hagen Infostelle Industrieverb Massivumformung Blankertz Herwig 1969 1972 Theorien und Modelle der Didaktik M nchen Juventa Bl meke Sigrid 2003 Lehren und Lernen mit neuen Medien Forschungsstand und
167. e auf denen sie basieren sind n mlich keine Modelle zu Ausbildungszwecken sondern Modelle zur Theoriebildung Prognose oder Planung Die meisten Simulationen aus dem Industriebereich wurden entwickelt um bspw Vorhersagen ber Festigkeit eines Bauteils zu machen die Auswirkungen eines elektronischen Bauteils auf seine umgebenden Bauteile zu prognostizieren einen Fertigungsprozess zu planen oder auch im Forschungsbereich Theorien zu entwickeln oder zu berpr fen Das bedeutet dass in diesem Zusammenhang bei der Planung eines Lehr Lern Arrangements mit einer Simulation aus dem Industriebereich genau darauf geachtet werden muss ob das Modell den gew nschten Inhalt die richtige Bedeutung transportiert d h zur Erreichung des Unterrichtsziels beitr gt Insbesondere aus dem konstruktivistischen Blickwinkel betrachtet k nnen sich hier Gefahren f r Misskonzeptionen die dauerhaft bestehen bleiben ergeben Es sollten den Lernenden auch die Gr nde f r die Auswahl genau dieses Modells dieser Simulation transparent gemacht werden und ebenso die Gr nde f r die Perspektive aus der das Modell betrachtet wird Nur so k nnen die Verselbstst ndigung des Modells und Misskonzeptionen verhindert werden Die Modelle m ssen dar ber hinaus eine Gegenwarts und Zukunftsbedeutung f r die Lernenden aufweisen Diese Erkenntnisse sollten den Lernenden nicht nur sprachlich vermittelt werden sondern auch direkt im Umgang mit Modellen f r sie er
168. e bspw Sprachlernprogramme Mathematik oder Anatomielernprogramme basieren auf behavioristischen Ans tzen Der Lernstoff wird in kleine Einheiten zerlegt auf Antworten wird sofort ein Feedback gegeben Kritisiert wird an den behavioristischen Lerntheorien dass nur u ere Einfl sse und Reaktionen ber cksichtigt werden und dass reines Faktenwissen mit wenig N he zur Realit t und ohne Anpassung an die Lernenden vermittelt wird Der Lernende arbeitet meist allein der Lernprozess wird vom Lehrenden gelenkt Holzinger 2001 3 2 2 Kognitivismus Ab dem Ende der 60er Jahre entwickelte sich der Kognitivismus Es gibt eine Vielfalt unterschiedlicher Erscheinungsformen auf die hier nicht n her eingegangen werden kann zur bersicht Edelmann und Wittmann 2012 Holzinger 2001 Einige Vertreter des Kognitivismus sind Gagne Instruktionsmodell besonders in der Lehrerbildung der USA von Bedeutung Tolman kognitiv neobehavioristische Schule Wegbereiter des Kognitivismus Lewin Gestaltpsychologe kognitive Feldtheorie Bruner Entdeckungstheorie Entdeckendes Lernen Probleml sen Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 51 Piaget Konzeptbildung Fodor und Pylyshyn Konnektionismus auch neuronale Netze Vygotsky Zone of Proximal Development ZPD Modell Holzinger 2001 Ihnen ist gemeinsam dass Lernen als Informationsverarbeitungsprozess als Wechselwirkung eines Informationsangebots von au en mit vorhandenen innere
169. e Art Kabine in der eine virtuelle Motorradfahrt durch New York simuliert werden sollte Der Apparat zeigte einen 3D Film mit Stadtszenen dazu wurden in Stereo die Motorger usche des Motorrads und Stadtger usche abgespielt der Sitz vibrierte Ger che von Abgasen und Essen sowie Windeindr cke wurden dem Benutzer geboten In der Folge entwarfen er und andere bspw Ivan Sutherland vom Massachusetts Institute of Technology und Raymond Goertz vom Argonne National Laboratory Head Mounted Displays und Datenhandschuhe Nach Sherman und Craig 2003 gibt es vier essenzielle Elemente bei Virtual Reality Eine virtuelle Welt Immersion sensorisches Feedback und Interaktivit t Eine virtuelle Welt ist die Beschreibung einer Zusammenstellung von Objekten in einem Raum mit Regeln und Beziehungen die diese Objekte beeinflussen und kontrollieren In Virtual Reality Systemen werden solche virtuellen Welten durch einen Computer generiert Immersion ist die Empfindung in einer Umgebung pr sent zu sein und sie nicht nur von Au en zu beobachten Sensorisches Feedback ist die selektive Darbietung von sensorischen Daten ber die Umgebung die auf den Eingaben des Nutzers beruhen Die Aktionen und Position des Nutzers liefern eine Perspektive der Realit t und bestimmen welches sensorische Feedback gegeben wird Interaktivit t schlie lich ist die Reaktionsf higkeit der virtuellen Welt auf Nutzeraktionen Interaktivit t beinhaltet die F higkeit durch virtuell
170. e Einf hrung Springer Burgmer Martin Raimer Stephan 2004 Das Projekt HILWA Erprobung eines neuartigen Lernmanagementsystems In lernen amp lehren 19 73 S 18 22 Clark Richard E 1983 Reconsidering Research on Learning from Media In Review of Educational Research 53 4 S 445 459 Clark Richard E 1994 Media will never influence learning In Educational Technology Research and Development 42 2 S 21 29 de Jong Ton van Joolingen Wouter R 1998 Scientific Discovery Learning with Computer Simulations of Conceptual Domains In Review of Educational Research 68 2 S 179 201 Dekkers John Donatti Stephen 1981 The Integration of Research Studies on the Use of Simulation as an Instructional Strategy In Journal of Educational Research 74 S 424 247 Dell Oro Friedl Jirka 2011 Techforce Das Adventure Spiel der Metall und Elektroindustrie In Maren Metz und Fabienne Theis Hg Digitale Lernwelt Serious Games Einsatz in der beruflichen Weiterbildung Bielefeld Bertelsmann S 151 157 Dieterich Rainer 1994 Simulation als Lernmethode In J rg Petersen und Gerd Bodo Reinert Hg Lehren und lernen im Umfeld neuer Technologien Reflexionen vor Ort Frankfurt M New York Lang S 207 224 DIN EN ISO 14915 2003 Software Ergonomie f r Multimedia Benutzungsschnittstellen DIN EN ISO 9241 2010 Ergonomie der Mensch System Interaktion Dittmann Dirk Sch fer Markus 2
171. e Finite Elemente Methode eine Simulation ist die auf analytischen bzw numerischen Modellen basiert und CAD Programme wiederum basieren auf grafischen Modellen s Abb 1 Vajna weist jedoch darauf hin dass es in der Praxis selten umsetzbar ist die unterschiedlichen Simulationsarten genau voneinander abzugrenzen da f r reale Aufgaben meist mehrere Verfahrensweisen angewendet werden die sich gegenseitig erg nzen Vajna et al 2009 mit physikalischen Modellen mit analytischen bzw haupts chlich numerischan Modellen mit graphischen Modellen Gestalt und Funktion haupts chlich Funktion haupts chlich Gestalt z B Versuch z B Methoden der z B Technische Zeichnung Mechanik ohne Rechnerunterst tzung z B rechnerbasierter z B Finite Elemente Versuch Methode z B CAD Modell mit Rechnerunterst tzung Abbildung 1 Klassifikation von Simulationen nach VDI 2209 Vajna et al 2009 S 153 Mansfeld 2 Disposition 27 In dieser Arbeit sollen ausschlie lich rechnerunterst tzte Simulationen betrachtet werden Diese Simulationen bzw durch das Zusammenspiel der Simulationswerkzeuge Bibliotheken Schnittstellen f r Daten Im und Export Ein und Ausgabewerkzeuge kann man auch von Simulationssystemen sprechen sind meist folgenderma en aufgebaut in Anlehnung an Roddeck 2006 nach Vajna et al 2009 Sie bestehen aus einem Simulatorkern der die Modelle gem den in der Modelldatenbank hinterlegten Algorit
172. e Welten zu navigieren und mit Objekten Charakteren und Orten zu interagieren Mansfeld 2 Disposition 33 Beruhend auf dieser Definition ist ein hoher technischer Aufwand notwendig um Virtual Reality zu nutzen Da sind zun chst die Eingabeger te wie bspw Datenhandschuh Datenanzug oder auch Trackingsysteme die die Position der Verwender oder bspw der Hand oder der zu manipulierenden Ger tschaften im Raum erfassen Dazu kommen Ausgabeger te wie z B das HMD die CAVE oder Power Wall die dem Benutzer den Gef hlseindruck vermitteln er bef nde sich in der virtuellen Welt akustische Ausgabeger te und evtl noch haptische Ausgabeger te Touch oder Force Feedback Der Vorteil der Virtual Reality liegt hier vor allem darin dass der Nutzer in die Welt vollst ndig eintauchen kann Da diese Technologien in naher Zukunft nicht preisg nstig zu erhalten sein werden ist es fragw rdig ob dieser hohe technische Aufwand den Nutzen in der Berufsausbildung rechtfertigt Es gibt aber auch breiter gefasste Definitionen von Virtual Reality die auch sogenannte Desktop Virtual Reality Umgebungen mit einbeziehen Hier werden die Umgebungen auf einem normalen Computerbildschirm dargestellt und mit Tastatur Maus Joystick oder Touchscreen erforscht Beispiele hierf r sind webbasierte virtuelle Rundg nge bspw Google Earth virtuelle Rundg nge im Museum of Modern Art N Y Oft werden auch Programme die f r die Technologie der Virtual Reali
173. echnik Elektronik Mechatronik Dialogsprache Englisch Schulung gegen Entgelt Online Tutorials Hotline gegen Entgelt Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland FlowCAD in Deutschland Mozartstra e 2 85622 Feldkirchen bei M nchen Tel 49 89 4563 7770 sales FlowCAD de Mansfeld 9 Anhang 264 e Pulsonix Demo erh ltlich kz PCB Layout Zielgruppen Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatronik Dialogsprache Englisch Preis auf Anfrage Sitz des Herstellers UK tecnotron elektronik gmbh Wildberg 64 88138 Wei ensberg Tel 0 83 89 92 00 0 info tecnotron de e SEMCAD Demo erh ltlich T EMV Simulation Thermische Analyse Zielgruppen Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatronik Dialogsprache Deutsch Englisch Tutorial Online erh ltlich Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Schweiz Schmid amp Partner Engineering AG Zeughausstrasse 43 8004 Zurich Switzerland Tel 41 44 2459700 semx sales speag com e VeSys Electrical Series Inu VeSys 2D CAD Konstruktions Software f r elektrische Schaltpl ne und Kabelb ume Zielgruppen e Kabelbaumhersteller und Konfektion re e Zulieferer e Fahrzeughersteller e Abfallfahrzeuge e Reinigungsmaschinen e Land amp Baumaschinen Dialogsprachen Deutsch Englisch mehrsprachig Schulung gegen Entgelt Hotline nicht erforderlich Mansfeld 9 Anhang 265 Installationssupport im
174. education In Stephen T Kerr Hg Technology and the Future of Schooling Chicago University of Chicago Press NSSE Yearbook Volume 95 Issue 2 S 111 130 Salzmann Christian 1974 Bedeutung des Modellbegriffs in Unterrichtsforschung und Unterrichtsplanung In Leo Roth und Gerhardt Petrat Hg Unterrichtsanalysen in der Diskussion Arbeitsgespr ch ber den Erkenntniswert von Unterrichtsanalysen f r Forschung und Lehre Hannover Dortmund Darmstadt Berlin Schroedel S 171 205 Schneider Kordula 20058 Das Lernfeldkonzept zwischen theoretischen Erwartungen und praktischen Realisierungsm glichkeiten In Kordula Schneider Elfriede Brinker Meyendriesch und Alfred Schneider Hg Pflegep dagogik F r Studium und Praxis 2 berarb und aktualisierte Aufl Berlin Heidelberg New York Springer S 79 113 Schneider Kordula 2005b Orientierungshilfen f r die Einf hrung von Handlungsorientierung In Kordula Schneider Elfriede Brinker Meyendriesch und Alfred Schneider Hg Pflegep dagogik F r Studium und Praxis 2 berarb und aktualisierte Aufl Berlin Heidelberg New York Springer S 115 146 Schneider Olaf Wittenbr ker Volker 2010 Digitale Lernwelten und Lernsoftware Die Designer Perspektive lt oder Wie kann man Metaphern mit Leben f llen In Kai Mansfeld 7 Literatur 216 Uwe Hugger und Markus Walber Hg Digitale Lernwelten Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften S 26
175. efasst werden Wobei das prozedurale mit dem motorischen Geschick korrespondiert und das konditionale Wissen dabei mit den Steuerungs bzw Regulationsf higkeiten Tenberg 2011 S 80 81 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 95 Die Voraussetzung f r fachlich methodische Berufskompetenzen sieht Tenberg in Professionswissen Begr ndungswissen und allgemeinem Bezugswissen Sie stellen zusammen mit Steuerungs bzw Regulationsf higkeiten und motorischem Geschick die selbst ndige Gestaltung L sung und Weiterentwicklung beruflicher T tigkeiten und Aufgaben sicher Tenberg 2011 S 85 Aus diesen Betrachtungen kann der Schluss gezogen werden dass das blo e Darstellen bzw Vorf hren einer Handlung am Computer kein prozedurales Wissen erzeugen kann Handlungen m ssen selbst durchgef hrt und vor allem auch ge bt werden damit sie zu prozeduralem Wissen werden Dar ber hinaus muss Wissen in einem Kontext stehen vernetzt werden um im Langzeitged chtnis gespeichert zu werden aber auch wieder abrufbar zu sein Vernetztes Denken Etwas zu verstehen beinhaltet den Aufbau eines reichen und breiten semantischen Netzwerks von Beziehungen in denen das Zielwissen sitzt mit den entsprechenden Verbindungen um dieses Wissen abzurufen Konventionelle Wissensvermittlung zielt meist nicht auf die Vernetzung von Wissen ab sondern vermittelt Wissen isoliert von seinem Kontext in der entsprechenden Disziplin oder seinen
176. effekten von Simulationsspielen im Vergleich mit anderen Lehrmethoden ebenfalls den Schluss gezogen dass Simulationen einen wenn auch geringen positiven Effekt gegen ber Vorlesungen haben Armstrong 1992 hat in ihrer Metaanalyse drei Bereiche untersucht die Effektivit t von Unterricht mit computerbasierter Simulation im Vergleich zu traditionellem Unterricht den Einfluss der unterrichtlichen Einbindung und Charakteristika von Studierenden Sch lern auf die Resultate und Gebiete in denen weitere Forschung notwendig ist Es wurde kein Unterschied bei den Effektgr en weder bei kognitiv hohem noch bei niedrigem Niveau oder f r die Merkf higkeit gefunden Einen geringen Effekt konnte sie bei kognitiven Behaltensleistungen bei Lehrumgebungen mit computerbasierten Simulationen nachweisen Sie stellte weiterhin fest dass es einen Mangel bzgl der Forschung zu der Haltung von Studenten gibt ebenso fehlen ihrer Ansicht nach Forschungen zu kooperativem Lernen und dynamischen Simulationen Dar ber hinaus bem ngelt sie dass die meisten Studien keine Aussagen zu Reliabilit t und Validit t der Daten die verwendet wurden um zu den Ergebnissen zu kommen machen Dekkers und Donatti 1981 kommen bei ihrer Metaanalyse zu dem Schluss dass Behauptungen ber die Wirksamkeit von Simulationen als eine f rderliche Strategie sowohl jeder Grundlage entbehren und auch wenig berzeugend sind Sie werteten 93 empirische Forschungsstudien die sich
177. effektives Lernen mit Simulationen sind Lernhilfen bzw instruktionale Unterst tzung Urhahne und Harms 2006 S 358 entweder im Programm implementiert oder durch Lehrende erforderlich Bl meke 2003 Auch entdeckendes Lernen mit Simulationsprogrammen erzielt meist nicht das angestrebte Lernergebnis Urhahne und Harms 2006 S 358 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 80 Urhahne und Harms 2006 unterscheiden in Bezug auf das entdeckende Lernen drei verschiedene Ma nahmen der instruktionalen Unterst tzung die aber sicherlich auch allgemein auf das Lernen mit Simulation bezogen werden k nnen Sie st tzen sich dabei auf eine Arbeit von Zhang et al 2004 Die Ma nahmen sind nach ihrem Einsatzzeitpunkt d h vor w hrend oder nach der Interaktion mit der Simulation differenziert Vor dem Einsatz k nnen interpretative Ma nahmen wie bspw konkrete Aufgabenstellungen Fragen und Beispiele mit ausgearbeiteten L sungen bei der Einarbeitung in die jeweiligen Simulationsprogramme helfen W hrend der Benutzung der Simulation k nnen dauerhaft bereitgestellte Hintergrundinformationen unabh ngig vom Computer hilfreich sein Urhahne und Harms weisen jedoch auch darauf hin dass ein berma an Unterst tzung eine kognitive berlastung der Lernenden zur Folge haben k nnte Diese berlastung kann verhindert werden wenn das Programm schrittweise eingef hrt wird bzw die Lernenden durch das Programm gef hrt werden Nach
178. efinden sich einerseits universell anwendbare FEM Programme die nur in wenigen Einzelheiten voneinander abweichen Dazu z hlen beispielsweise die Programme ANSYS Abaqus Unified FEA oder NASTRAN Andererseits gibt es auf dem Markt eigenst ndige Programme die f r bestimmte Probleme dynamische oder Mehrk rpersysteme Str mungen etc konzipiert wurden oder sie bilden die Basis f r Programme zur Gie Schwei oder Schmiedesimulation oder auch als in CAD Programme integrierte Pakete wie bspw die Arbeitsumgebungen zur FEM Berechnung von CATIA Klein 2012 Aufgrund dieser gro en Verbreitung sollten diese Programme auch in der beruflichen Bildung Erw hnung finden Je nach Programm bzw Anwendung und Bildungsgang k nnen sie die verschiedensten Modellfunktionen haben in einigen F llen auch die auf die Anwendung spezialisierten Programme wie bspw MAGMA f r die Simulation von Gie prozessen oder Microwave Studio zur Simulation elektromagnetischer Felder Diese Programme werden im Abschnitt ber die Simulationssoftware f r weitere Fertigungsverfahren behandelt S 134 Die Universalprogramme Tabelle 11 sind eher nicht f r die Berufsschule Fach bzw Berufsoberschule geeignet Allenfalls k nnten sie hier eine Deskriptionsfunktion bernehmen wenn der oder die Lehrende mithilfe des jeweiligen Programms eine Animation oder einen Film erstellt F r Techniker bzw Fachschulen sollte berlegt Mansfeld 4 bersicht und Analyse im H
179. efinieren Animationen so dass sie auch durch die Interaktion mit dem Computer entstehen k nnen wobei Betrancourt zwei Dimensionen von Interaktion unterscheidet Kontrolle und interaktives Verhalten Mit Kontrolle ist gemeint dass der Lernende Einfluss auf die Geschwindigkeit der Bildabfolge der Animation hat oder auch vor und zur ckspulen oder den Ablauf unterbrechen kann Interaktivit t definiert sie als die M glichkeit Einfluss auf die Animation zu nehmen indem der Lernende die Parameter ver ndert Im zweiten Fall wird aus der Animation eine Simulation In dieser Arbeit soll die Unterscheidung von Animationen und Simulationen ebenfalls dadurch definiert sein dass bei Animationen keine Option zu Interaktion im Sinne von Ver nderung von Einflussgr en gegeben ist Eine Animation kann aber durchaus das Ergebnis einer Simulation sein Sie dient dort aber meist ebenfalls zur Visualisierung der Ergebnisse In der Visualisierung von dynamischen Systemen und Prozessen liegt die hohe Attraktivit t f r die Verwendung von Animationen f r Lehr Lernprozesse Betrancourt 2005 weist jedoch darauf hin dass Forschungen gezeigt haben dass Animationen f r Lernende nicht zwangsl ufig Vorteile beim Einpr gen und beim Verstehen von Kausalzusammenh ngen und Funktionsmodellen haben Pons Online W rterbuch Online verf gbar unter http de pons eu dict search results g animare amp l dela amp in ac_undefined amp lf la zuletzt gepr ft am 0
180. efunktion bernimmt Der jedoch auch so abgewandelt werden kann dass die Simulation eine Kontroll oder Evaluationsfunktion bernimmt Im Anschluss daran wird ein Beispiel mit einem didaktisch aufbereiteten Programm CIROS Automation Suite von Festo Didactic skizziert Dieses k nnte beispielsweise bei angehenden Industriemechaniker innen eingesetzt werden Dazu werden das Programm und seine M glichkeiten zun chst kurz beschrieben und im Anschluss werden Hinweise f r den Einsatz gegeben Zum Abschluss werden weitere kurze Beispiele skizziert wie beispielsweise Simulationen in unterschiedlichen Zusammenh ngen und Bildungsg ngen eine Deskriptionsfunktion bzw eine Trainingsfunktion bernehmen k nnen Zu Beginn einer Unterrichtsreihe bzw eines Lernfeldes kann und sollte eine komplexe Problemstellung Ausgangspunkt sein Sie dient als Aufh nger Ankn pfungspunkt an die berufliche Realit t und kann auch dazu dienen den 50 So k nnen beispielsweise erfahrene Kfz Mechatroniker bei einem Problem am Ger usch des laufenden Motors erkennen wo das Problem liegt Diese Erfahrungen k nnen sie nicht mit einem Simulationsprogramm machen da zwar ein Ger usch simuliert werden k nnte nicht aber dessen Verortung im Motorraum Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 168 Wissensstand der Sch lerinnen und Sch ler festzustellen Es stellt sich jedoch meist heraus dass besonders leistungsschw chere Sch ler von sehr komplexen Au
181. eitsunterlagen zu den Programmen sind nach sachlogischen Ma st ben strukturiert die den Lehrstoff in Teilbereiche aufgliedern die jeweils gesondert theoretisch vertieft werden Theorie und Praxis sind getrennt So werden beispielsweise bei der Einf hrung in die CNC Programmierung typischerweise zun chst erst einmal Mansfeld m x Ev x 375 A nan MPa Emgty 1964 3 a 2a ms 7 a S24 sc r 230 C 22 s TF 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 78 theoretisch die verschiedenen CNC Werkzeugmaschinen erarbeitet im Anschluss die verschiedenen Steuerungen technologische und geometrische Grundlagen die NC Programmierung etc Der Gesamtzusammenhang wird erst im Anschluss durch die Kombination der Teilbereiche und t tigkeiten geschaffen Krogoll et al 1988 Simulationen haben in der beruflichen Bildung in einigen Bereichen l ngst Tradition Jedoch gibt es kaum didaktische Konzepte Ebenfalls existieren nur in geringem Ma e Befunde zur didaktischen Effektivit t von Computersimulationen die auf unterrichtsbezogenen Fallstudien im berufsbildenden Bereich basieren M ller und Steenbock 1997 Hervorzuheben ist einzig das Projekt CLAUS CNC Lernen Arbeit und Sprache von Krogoll et al 1988 das aber f r den Bereich der Weiterbildung und nicht f r den berufsbildenden Unterricht konzipiert wurde Dessen Lernaufgabenkonzept mit seiner t tigkeitsorientierten Aneignungslogik l sst sich dennoch teilwe
182. el erh ltlicher Simulationen 124 Berechnungsfunktionen Benutzerf hrung Schnittstellen Neukonstruktion hoher Beschleunigungsfaktor Variantenkonstruktion hoher Beschleunigungsfaktor Schnelle nderungs und Anpassungsm glichkeit St cklistenerstellung und verwaltung Baukasten Konstruktions Strukturst ckliste und Mengen bersichten Zeichnungsarchivierung Bibliothekskonzepte zur schnelleren Zeichnungserstellung Normteil Symbol Werksnormbibliotheken Schnittstellen zu den anderen CAx Funktionen CAE Computer Aided Engineering rechnergest tzte Berechnungs und Versuchsaktivit ten bei der Produktentwicklung und Projektierung von Anlagen CAP Computer Aided Planning bzw rechnergest tzte Arbeitsplanerstellung CAM Computer Aided Manufacturing bzw automatisierte Fertigung CAQ Computer Aided Quality Assurance bzw rechnergest tzte Qualit tssicherung Systemressourcen der EDV T EEE T EEE ge ed aa T N T eee eg A BE a a T I Betriebsdatenerfassung Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 125 Schnittstellen zu den betriebswirtschaftlichen Funktionen Logistik Finanzbuchhaltung Kostenrechnung 4 1 1 CAD 3D Konstruktion CAD Programme CAD Computer Aided Design also computerunterst tzte Konstruktion werden f r die Konstruktion und teilweise auch Berechnung von Produkten verwendet Da 2D Konstruktionsprogramme eine geri
183. el und Gniewosz 2010 Im Mittelpunkt des Behaviorismus steht die Idee der Konditionierung Die Fundamente daf r bilden die Untersuchungen von Pawlow 1849 1936 Bei seinen Versuchen stellte er fest dass der Speichelfluss der durch die Darbietung von Futter beim Hund ausgel st wird ebenfalls durch das alleinige L uten einer Glocke ausgel st werden kann wenn zuvor w hrend der Futterausgabe die Glocke gel utet wurde Edward L Thorndike 1874 1949 hat bei Versuchen mit Tieren herausgefunden dass beispielsweise Katzen durch Versuch und Irrtum trial and error und positive Verst rkung durch Erfolge lernen Er sieht den Vorgang des Lernens als die Verkn pfung von Reiz und Reaktion Burkard und Weiss 2008 Holzinger 2001 Skinner 1904 90 kn pfte an diese Vorstellung an und entwickelte daraus sein Konzept des operanten Konditionierens Skinner 1978 Er geht davon aus dass die Konditionierung durch Belohnung bzw Bestrafung erfolgt Dementsprechend wird ein gezeigtes Verhalten bei positiven Konsequenzen oder negativer Verst rkung d h Beendigung eines unangenehmen Zustandes h ufiger w hrend es seltener wird wenn das Verhalten bestraft wird Burkard und Weiss 2008 Holzinger 2001 Beim behavioristischen Ansatz ist der Lehrende eine Autorit t die vornehmlich Faktenwissen vermittelt Die Programmierte Instruktion und das Computerunterst tzte Lernen CUL bzw CAL mit der Softwarekategorie der Drill and Practice Lernsoftwar
184. empirischer Befund vorliegt Tenberg 2010 S 5 Lipsmeier 2000a S 58 und 59 Vielmehr sollte nach Kombinationsl sungen gesucht werden Dubs 2000 S 31 traditionelle Prinzipien wie das Wissenschaftsprinzip und die Projektorientierung k nnten mit der Lernfeldorientierung kombiniert werden wie bspw beim Modell des integrierten Lernens mit der Verkn pfung von Wissenschafts und Handlungsorientierung Lipsmeier 2000a S 67 Lehrpl ne sollten vielf ltig gestaltet sein Lernfeldorientierung kein Dogma Zumal wie Tenberg 2010 anmerkt Methodenmonismus egal bei welcher Methode zu einer Verschlechterung der Lernsituation und leistungen f hrt ebd S 5 Tulodziecki und Herzig 2010 schlagen folgende Gliederung eines handlungsorientierten Unterrichts vor 1 Aufgabenstellung Sammeln und Problematisieren spontaner L sungsvermutungen ebd S 228 229 wobei die Aufgabe bedeutsam sein sollte und einen angemessenen Grad der Komplexit t besitzen sollte Tulodziecki 2011 2 Zielvereinbarung Tulodziecki und Herzig 2010 S 228 229 unter Beteiligung der Lernenden 3 Verst ndigung ber das Vorgehen ebd mit den Lernenden 4 Erarbeitung von Grundlagen f r die Aufgabenl sung ebd 5 Durchf hrung der Aufgabenl sung ebd 6 Vergleich von L sungen und Zusammenfassung des Gelernten ebd hierbei sollen unterschiedliche L sungen miteinander verglichen und im Anschluss gesammelt und beurtei
185. en 1 Aufl N rnberg BW Bildung u Wiss Verl u Software Euler Dieter Seufert Sabine Wilbers Karl 2006 eLearning in der Berufsbildung In Rolf Arnold und Antonius Lipsmeier Hg Handbuch der Berufsbildung 2 berarb und aktualisierte Aufl Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften Eurocircuits 2013 Galvano Simulation unser neues Werkzeug f r Entwickler Eine Simulation der galvanischen Kupferabscheidung in der Leiterplattenfertigung Online verf gbar unter http www eurocircuits de index php eurocircuits leiterplatten blog galvano simulation unser neues werkzeug fuer entwickler zuletzt gepr ft am 26 07 2013 Faber Gerhard 1997 Simulatoren in der Kraftfahrzeugmechaniker Ausbildung In lernen amp lehren 12 46 S 63 73 F ler Victor B 2000 Entwicklung von Simulationen f r technische Lernprozesse Dissertation Frankfurt M New York Lang Fishwick Paul A 1995 Simulation model design and execution Building digital worlds Englewood Cliffs NJ Prentice Hall Prentice Hall international series in industrial and systems engineering Fletcher Stefan Friese Oliver 2008 Nachhaltiges Gestalten von Produktionsprozesen didaktische Prinzipien f r kompetenzf rdernde Lernumgebungen In lernen amp lehren 23 90 S 67 Frank Martin Lorenz Peter 1979 Simulation diskreter Prozesse Eine Einf hrung f r den Anwender mit 59 Aufgaben mit L sungshinweisen Leipzig VEB Fachb
186. en Blickwinkeln betrachtet werden oder es k nnen auch Daten aus der realen Welt die meist zu aufwendigen Rechnungen f hren verwendet werden Sie k nnen in BOS oder Technikerklassen im Mathematikunterricht z B in der Analysis angewendet werden oder auch f r die technische Mechanik CAS erm glichen beispielsweise die Berechnung der Biegemomente in einem Balken mit unterschiedlichen Einspannungen und Auflagern und die anschlie ende Darstellung in einem Diagramm Die Sch lerinnen und Sch ler w ren in diesem Fall nicht mit der evtl langwierigen Berechnung besch ftigt sondern k nnten ihr Hauptaugenmerk auf die Unterschiede im Momentenverlauf richten und so ein gr eres Gesamtverst ndnis erlangen CAS Programme k nnen so eine Strukturierungs und Deskriptionsfunktion eine Ersatz oder Prognosefunktion oder eine Kontroll bzw Evaluationsfunktion bernehmen F r den Unterricht in Berufsschulklassen sind diese Programme eher nicht geeignet Das Programm Yenka besteht aus einer Reihe von Lernsoftwareprodukten die die Simulation von technischen Experimenten erm glicht Die deutsche Software gliedert sich in zwei Teilprogramme Yenka Physik und Yenka Chemie Yenka Physik beinhaltet Komponenten zu den Themen Wellen und Optik Bewegung Elektrizit t und Magnetismus und Elektronik Yenka Chemie enth lt die Produkte Anorganische Chemie und Elektrochemie Yenka 2013 Die Experimente sind teilweise im Stil eines Vortrags gehalten und einige
187. en in der beruflichen Bildung In Michael Schenk Hg Tagungsband der Fachtagung Digital Engineering der IFF Wissenschaftstage 2012 Digitales Engineering zum Planen Testen und Betreiben technischer Systeme IFF Wissenschaftstage 26 28 Juni 2012 in Magdeburg Magdeburg S 43 48 Piaget Jean 1974 Der Aufbau der Wirklichkeit beim Kinde 1 Aufl Stuttgart E Klett Pongratz Ludwig A 2010 Kritische Erwachsenenbildung Analysen und Anst e 1 Aufl Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften Pongratz Ludwig A Wimmer Michael Nieke Wolfgang 2004 Nach Foucault Diskurs und machtanalytische Perspektiven der P dagogik 1 Aufl Wiesbaden VS Verl f r Sozialwiss Schriftenreihe der Kommission Bildungs und Erziehungsphilosophie der DGfE Popp Walter 1970 Die Funktion von Modellen in der didaktischen Theorie In G nther Dohmen Friedemann Maurer und Walter Popp Hg Unterrichtsforschung und didaktische Theorie Texte M nchen Piper S 49 60 Portele Marei 1976 Behauptete p dagogische Effekte von Simulationsspielen In J rgen Lehmann und Gerhard Portele Hg Simulationsspiele in der Erziehung Weinheim Basel Beltz S 235 245 Precht Richard David 2013 Anna die Schule und der liebe Gott Der Verrat des Bildungssystems an unseren Kindern M nchen Goldmann Pylyshyn Zenon W 1973 What the mind s eye tells the mind s brain A critique of mental imagery In Psychological Bulletin 80
188. en soll Tulodziecki und Herzig 2010 Siemon 2006 Im Zusammenhang mit Simulationen ist eins der Hauptprobleme von Lehrern einen Satz an Strategien zu entwickeln die den besten Lernerfolg bei allen Sch lern haben Gibson 2009 Dies ist darauf zur ckzuf hren dass es verschiedene Typen von Lernern gibt die nicht gleicherma en von den verschiedenen didaktischen Elementen angesprochen werden Honey und Mumford 1982 unterscheiden hierbei die Aktivisten Activists die am liebsten sofort alles ausprobieren deren Aufmerksamkeit sich aber nicht lange auf ein Thema richtet die Reflexiven Reflectors die Situationen von verschiedenen Perspektiven beleuchten und lieber beobachten als selbst zu handeln die Theoretiker Theorists die zun chst Daten sammeln um sie dann in komplexe Theorien einzubetten und die Pragmatiker Pragmatists die besonders daran interessiert sind wie das Gelernte praxisbezogen umgesetzt werden kann nach Badke Schaub et al 2008 S 296 297 Folglich ist es schwierig Unterricht so zu gestalten dass jeder Lernertyp davon profitieren kann Es hat sich gezeigt dass die Verwendung von Computern effektiver ist wenn Lernende vorher in die Verwendung des Computers als Lehr Lern Werkzeug eingewiesen werden und Lehrende ihnen beratend zur Seite stehen Hattie 2009 Denn f r das Lernen mit Neuen Medien werden Kompetenzen ben tigt die im herk mmlichen Unterricht so bisher noch nicht vermittelt wurden F r
189. en sollen Konstrukte oder Prozesse vermittelt werden sollen Je nachdem wie reichhaltig die Informationen oder Erfahrungen sind die vermittelt werden sollen aber auch abh ngig davon wie gro die Vorkenntnisse des Lerners sind sollte auch die Realit tsn he angepasst werden Bell et al 2008 Reimann 2001 Besonders Anf nger haben von hoher Realit tsn he nur wenig Nutzen da sehr realit tsnahe Simulationen auch die vielschichtigsten sind Hier k nnen Reduzierungen der Komplexit t Verallgemeinerungen und Objektivierungen den Lernprozess unterst tzen und verbessern Reimann 2001 M ller und Steenbock 1997 Insgesamt kann auch festgestellt werden dass je pr ziser und eingeschr nkter die Repr sentationen und Interaktionsmodi der Simulation sind die Leistung des Lernenden motorisch und kognitiv pr ziser aber auch unflexibler wird Winn 2002 Winn 2002 unterscheidet in diesem Zusammenhang zwischen Simulation und Reifikation F r ihn ist die Simulation eine so exakt wie m glich gestaltete Nachbildung realer Objekte oder Ereignisse w hrend die Reifikation eher f r Ph nomene steht die so in der Realit t nicht wahrgenommen oder erfahren werden k nnen Beispiele hierf r sind sehr kleine Ph nomene oder Objekte wie bspw atomare Strukturen oder aber auch sehr gro e wie bspw das Sonnensystem Da aber diese Reifikationen auf Metaphern bzw Modellen beruhen Kugeln die Atome repr sentieren Pfeile die f r Kr fte oder Geschwi
190. enbildung und Weiterbildung In Rudolf Tippelt und Aiga von Hippel Hg Handbuch Erwachsenenbildung Weiterbildung 3 berarb und erw Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften S 169 178 Gibson David 2009 Complex Systems Concepts in Simulations In David Gibson und Youngkyun Baek Hg Digital simulations for improving education Learning through artificial teaching environments Hershey Pa Information Science Reference S 452 461 Gl ckel Hans 2003 Vom Unterricht Lehrbuch der allgemeinen Didaktik 4 Aufl Bad Heilbrunn Obb Klinkhardt Gr sel Cornelia Gniewosz Burkhard 2010 berblick Lehr Lernforschung In Heinz Reinders Hartmut Ditton Cornelia Gr sel und Burkhard Gniewosz Hg Empirische Bildungsforschung Strukturen und Methoden 1 Aufl Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften S 15 20 H rtel Michael Maier Erwin Zinke Gert 2002 E Learning Anspruch und Praxis Forum 4 BIBB Fachkongress BWP 5 2002 Online verf gbar unter http www bibb de redaktion fachkongress2002 material forum4 aki thesen pdf zuletzt aktualisiert am 31 10 2002 zuletzt gepr ft am 01 04 2011 Hattie John 2009 Visible learning A synthesis of over 800 meta analyses relating to achievement London New York Routledge Heimann Paul Otto Gunter Schulz Wolfgang 1970 Unterricht Analyse und Planung Hannover u a Schroedel Helmke Andreas 2010 Unterrichtsqualit t und Lehrerprofessiona
191. enden eine gro e Rolle spielt In der Regel reicht der Motivationsschub der durch den Neuigkeitseffekt ausgel st wird aber nicht aus um einen Lernerfolg zu bewirken Der Neuigkeitseffekt und damit das Interesse l sst schnell nach Kerres 1999 2000 Daneben soll vor allem die Interaktivit t eine motivationssteigernde Wirkung haben Darauf wird weiter unten Interaktivit t als Begr ndung f r den Einsatz von Simulationen s u noch genauer eingegangen Ein weiterer Effekt ist dass bei Multimediaprogrammen die Darstellungen und M glichkeiten der eingesetzten Programme teilweise auch von den Lernzielen ablenken So berichtet Rieber 2005 dass die Lernenden die sich mit einer Simulation die die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung vermitteln sollten schlechter beim nachfolgenden Test abschlossen als diejenigen die nicht dieses Programm zur Verf gung hatten Das lag daran dass die Simulation ein Spiel das die physikalischen Zusammenh nge verdeutlichen sollte enthielt und die Sch lerinnen und Sch ler mehr damit besch ftigt waren ihre Punktzahl in diesem Spiel zu verbessern als sich mit dem Inhalt auseinanderzusetzen hnliches kann man sich auch f r Simulationen ohne integriertes Spiel vorstellen Stichwort Self Enhancement Dementsprechend m ssen die Lernenden doch wieder ein hohes Ma an Eigenmotivation und F higkeiten zur Selbstregulation besitzen um Lernwirksamkeit zu erreichen Meister 2008
192. enmanagement mit zahlreichen Beispielen f r NX 7 5 auf CD die Daten aller im Buch enthaltenen Lernaufgaben 2 Aufl M nchen Hanser Beetz Bernhard 2008 Elektroniksimulation mit PSPICE 3 Aufl Wiesbaden Vieweg Bernhardt Ralph 2006 Simulation in der Massivumformung Hagen Infostelle Industrieverb Massivumformung Fandel G nter Francois Peter Gubitz Klaus M 2002 CAD Marktstudie Grundlagen Methoden Software Marktanalyse 130 CAD Produkte im direkten Vergleich 2 Aufl Hagen AlP Inst FESTO Didactic 2013 CIROS Automation Suite Software amp E Learning Lernsys teme Festo Didactic Online verf gbar unter http www festo didactic com de de lernsysteme software e learning ciros automation suite fbid ZGUUZGUUNTQ OLjEzLjIwLjExMTA zuletzt gepr ft am 09 01 2013 Flegel Georg Birnstiel Karl Nerreter Wolfgang 2009 Elektrotechnik f r Maschinenbau und Mechatronik 9 Aufl M nchen Hanser Mansfeld 7 Literatur 220 Fritz Alfred Herbert Schulze G nter Hg 2008 Fertigungstechnik 8 neu bearb Berlin Heidelberg Springer Harvard 2011 What is CAD CAM Harvard University Graduate School of Design Fabrication Laboratory Online verf gbar unter http internal gsd harvard edu inside cadcam whatis html zuletzt gepr ft am 11 12 2012 Hehenberger Peter 2011 Computerunterst tzte Fertigung Eine kompakte Einf hrung 1 Aufl Berlin u a Springer Berlin Heineman
193. er berlegungen zu medienbasierten Lehr Lern Arrangements ebenso auf Theorien basieren wie mit digitalen Medien gelernt wird Dazu ist es sinnvoll zun chst zu beleuchten wie menschliches Lernen funktioniert Lernen ist ein 12 Klafki Wolfgang 1958 Didaktische Analyse als Kern der Unterrichtsvorbereitung In Die deutsche Schule 50 10 S 450 471 Klafki Wolfgang 1985 Zur Unterrichtsplanung im Sinne kritisch konstruktiver Didaktik In W Klafki Neue Studien zur Bildungstheorie und Didaktik S 194 227 Beltz Weinheim Basel 1985 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 49 komplexer Vorgang Zur Erkl rung dieses Vorgangs existieren eine Reihe von Theorien und Erkl rungsmodellen die sich sowohl in ihren Konzepten wie Lernen funktioniert unterscheiden als auch in ihrer Sicht welche Stellung Lehrenden und Lernende im Lernprozess innehaben vgl Arnold 2005 Nat rlich k nnen die vorhandenen Sichten auf Lernen oder Lernumgebungen nicht einfach auf das Lernen mit Computern oder Simulationen bertragen werden aber sie bieten eine Orientierung um Richtlinien f r technologieintensives Lernen dessen Gestaltung und Methoden zu studieren auszuarbeiten Salomon und Perkins 1996 Die f r das Lernen mit digitalen Medien bedeutsamsten theoretischen Ans tze basieren meist auf den Ans tzen von e Behaviorismus e Kognitivismus und e Konstruktivismus vgl bspw Arnold 2005 Baumgartner 2003 de Witt und Czerwionka
194. er Vorstellungen repr sentiert werden um sie so zu veranschaulichen und mental simulieren zu k nnen Wenninger 2002 Bedeutend ist dar ber hinaus der Sachverhalt des mentalen Modells an sich Wenn Menschen also nach von ihnen selbst konstruierten Modellen handeln ist die Qualit t des Modells und auch die F higkeit Modelle zu bilden ein Gradmesser f r F higkeiten in der Handlung Jarz 1997 Es wird angenommen dass der Wissenserwerb die Aufnahme von verarbeiteter Information im Langzeitged chtnis bedeutet Anderson erkl rt den Wissenserwerb mit seiner 1983 entwickelten und stetig weiterentwickelten ACT Theorie zun chst die ACT Theorie Anderson 1983 inzwischen die ACT R Theorie Anderson 1993 Die ACT Adaptive Control of Thoughts Theorie von Anderson unterscheidet hierbei zwei Arten von Wissen das deklarative und das prozedurale Wissen Das deklarative Wissen ist das Wissen ber Sachverhalte sog Faktenwissen Deklaratives Wissen ist eindeutig codiert bewusst und kann sprachlich kommuniziert werden ist demnach sog explizites Wissen F r die Kompetenzen des Facharbeiters der Facharbeiterin ergibt sich daraus nach Tenberg 2011 er verweist dabei auf Renkl 1994 als elementare Anforderung Das deklarative Wissen muss ausreichen um die Handlungen sinnvoll planen und deren Ergebnisse berpr fen zu k nnen ebd S 78 Der Erwerb deklarativen Wissens ist nach Anderson et al 1995 relativ problemlos es wird er
195. er Sinn der Information wird abstrakt durch Propositionen repr sentiert Bspw werden Konzepte von Personen Objekten oder 3 em Prof f r Religious Education an der University of Birmingham England 33 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Centre for Philosophy of Natural and Social Science CPNSS der London School of Economics and Political Science 34 propositional ist als Lehnwort aus der Sprachwissenschaft zu sehen Nach dem Duden Fremdw rterbuch bedeutet Proposition Satz als Informationseinheit nicht im Hinblick auf seine grammatische Form Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 102 Situationen mit Relationen wie Verben verbunden Verbale und non verbale Informationen werden dabei gleichartig gespeichert Gleichwohl beruht die Dual Coding Theorie nicht auf der Vorstellung dass Bilder im Gehirn im wahrsten Sinne des Wortes vorhanden sind sondern nur dass es mentale Repr sentationen gibt die in einer Art und Weise repr sentieren wie dies auch Bilder tun z B dass diese Repr sentationen selbst r umliche Eigenschaften aufweisen Rickheit Herrmann et al 2003 S 7 Die verschiedenen Anschauungen haben sich im Laufe der Zeit einander angen hert da beide Lager anerkennen m ssen dass die jeweiligen Forschungsergebnisse durchaus plausibel sind Man hat sich f r ein Mischmodell entschieden das sowohl duale als auch abstrakt propositionale Elemente besitzt Wippich 1984 Die Diskussion hat sich in den Berei
196. er zuvor markierte Text in die Zwischenablage kopiert wird und man ihn mit Ctrl bzw Strg und V bei Apple Computern Apfel und V an zuvor ausgew hlter Stelle einf gen kann Erwartungsmapping bedeutet dass die Wirkung den Erwartungen der Anwender entspricht Der die Nutzer in erwartet etwa bei der Bet tigung eines Schalters eine Wirkung eine Reaktion des Systems Jarz 1997 Insbesondere bei komplexen Programmen ist eine aktive Orientierungsunterst tzung Navigationshilfen wie bspw Sitemaps oder Suchm glichkeiten angebracht die die Anwender beim Zugriff auf die jeweils gew nschten Informationen unterst tzen ihnen einen berblick ber die Struktur des Programms geben oder durch die Angabe des Navigationspfades ber die aktuelle Position im Programm orientieren Dar ber hinaus k nnen solche Pfade auch genutzt werden um zu vorhergehenden Programmschritten zu springen Jarz 1997 Der Grundsatz weniger ist mehr bedarf sicherlich keiner ausf hrlichen Erl uterung Programme sollten eher nur jene Funktionsm glichkeiten offen zur Verf gung stellen die der die Nutzer in in dem jeweiligen Zusammenhang voraussichtlich ben tigen wird Jarz 1997 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 120 Transparenz bezieht sich darauf dass Benutzeroberfl chen selbsterkl rend und sofort bedienbar sind Jarz 1997 Interaktionsminimierung meint dass die wichtigsten und am h ufigsten verwendeten Funktionen und Informationen
197. erden m ssen Abbildung 25 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 111 CIROS Mechatronics nur f r Aus und Weiterbildungszwecke Datei Bearbeiten Ansicht Modellierung Programmierung Simulation Extras Einstellungen Fenster Hilfe ioli Status Funktionstext Art 0 x Beginn Dauer J Station Druckluft 0 00 J amp 2 1v1 ventil Ausfall 0 00 RS 3 2v1 ventil Ausfall 0 00 LI 4 3v1 ventil Ausfall 0 00 1 5 Part_AY SPS Eing Kabelbruch 0 00 l 6 B2 sPs Eingang Kabelbruch 0 00 LI 7 B3 sPs Eingang Kabelbruch 0 00 3 B4 SPS Eingang Kabelbruch 0 00 Oe 9 181 SPS Eingang Kabelbruch 0 00 Oe 10 182 SPS Eingang Kabelbruch 0 00 Ka 11 281 5P5 Eingang Kabelbruch 0 00 I 2 282 SPS Eingang Kabelbruch 0 00 I 13 SPS Sortieren Ausfall 0 00 I i4 1M1 weiche 1 aus Kabelbruch 0 00 Ka 15 3M1 Stopper einfa Kurzschl 20 00 10 00 LI i6 2m1 weiche 2 aus Kabelbruch 0 00 LI 17 1v2 Schlauch Schlauch 0 00 J i8 1v3 Schlauch Schlauch 0 00 Il 19 3v1 2 Schlauch Schlauch 0 00 I 20 2v2 Schlauch Schlauch 0 00 I 21 2v3 Schlauch Schlauch 0 00 LI 22 Stopper Ausfall 0 00 J 23 Sender der Lichtsc Ausfall 0 00 El 24 Induktiver Sensor Ausfall 0 00 Oe 25 Part_AY Optischer Ausfall 0 00 L 26 B3 Optischer Sensor Ausfall 0 00 a 1 1M1 Weiche 1 ausfahren Er I 27 weiche2 Ausfall 0 00 2 57 Sorting PANEL_P4 D I 28 weiche1 Ausfall 0 00 a 3 2M1 Wei
198. ere Anregungen f r Aufgaben finden sich bspw in Wellenreuther und Zastrow 2007 Auch hier gilt dasselbe wie f r alle didaktisch aufbereiteten Kursmaterialien Lehrende sollten immer den Fokus auf das Unterrichtsziel setzen und pr fen ob die von den Herstellern bzw Autoren vorgegebene Vermittlungsart die richtige ist um dieses Unterrichtsziel zu erreichen Die Programme k nnen somit sowohl eine Strukturierungs und Deskriptionsfunktion eine Trainingsfunktion als auch eine Ersatz eine Prognose oder auch eine Kontroll und Evaluationsfunktion bernehmen Das Programm SimVA IMS schneidet schlechter ab da es nicht didaktisch aufbereitet ist Dennoch ist es relativ leicht zu erlernen Tabelle 13 SPS Simulationssoftware ihre Eignung f r Bildungsg nge und Modellfunktionen die sie im Unterricht bernehmen kann WinSPS MHJ Programmier und Simulations Software f r S7 Steuerungen SPS VISU SPS Simulator f r S7 und S5 Programme Simuliert gesamte Anlagen mit Endschaltern B ndern Zylindern oder Messstreifen CIROS Mechatronics virtuelle Lernumgebung f r die Mechatronik Schwerpunkt SPS Arbeitsumgebung f r die SPS Programmierung Siemens S7 SimVA IMS Steuerungstechnische Simulation f r Maschinen Steuerungen auf SPS Basis 2 Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 137 4 1 6 Robotersimulation Es existieren einerseits Simulationssysteme der Anbieter und Hersteller von
199. ere die Ph nomenologie die bspw Berger und Luckmann 1995 gepr gt hat die Kybernetik an die speziell von den radikalen Konstruktivisten wie Heinz von Ph nomenologie ist der methodisch reflektierte Versuch unser begriffliches und vorbegriffliches Verstehen sowie unsere expliziten und impliziten Geltungsanspr che auf eine urspr ngliche Erfahrung zur ckzuf hren und darin das Zustandekommen von Objektivierungsleistungen zu erkl ren http www philosophie uni wuerzburg de forschung forschungsstellephaenomenologie zuletzt gepr ft am 27 09 2013 I Kybernetik im weiteren Sinne sind die Wissenschaften von den allgemeinen wesentlichen Eigenschaften und Gesetzm igkeiten der komplexen dynamischen Systeme der Informationsprozesse der Steuerung und der Regelung Klaus Georg Buhr Manfred Hg Das Philosophische W rterbuch Band 2 Berlin 1970 S 640 646 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 54 Foerster angekn pft wurde aber auch die Systemtheorie die z B Maturana Varela und Luhmann beeinflusst hat Daneben sind ebenfalls postmoderne Diskurse die Cultural Studies und auch der Feminismus ma gebend Als p dagogischen Wegbereiter des Konstruktivismus sieht Reich 2009 den Ansatz des Pragmatismus von John Dewey Von psychologischer Seite nennt er Piaget und Wygotzky deren Ans tze f r konstruktivistische Lehr Lerntheorien rezipiert wurden Des Weiteren haben auch die systemische Familientherapie un
200. ergierender assimilierender konvergierender und akkomodierender Stil vgl Bufe 2009 S 68 69 Kolb David A Boyatzis Richard E Mainemelis Charalampos 2001 Experiential Learning Theory Previous Research and New Directions In Robert J Sternberg und Li fang Zhang Hg Perspectives on thinking learning and cognitive styles Mahwah NJ L Erlbaum Associates Mansfeld 2 Disposition 19 Da auch Erkenntnisse zu Simulationen als Lehr und Lernmitteln aus anderen Dom nen au erhalb des gewerblich technischen Bereichs Aufschl sse zur Wirksamkeit liefern k nnen sollen sie hier ebenfalls angef hrt werden Im kaufm nnischen Bereich untersuchten Winther und Achtenhagen ob mithilfe der Simulation ALUSIM berufsfachliche Kompetenzen von Industriekaufleuten gemessen werden k nnen Bei ALUSIM handelt es sich um eine web basierte Testumgebung mit drei unterschiedlichen Kategorien von Aufgaben Aufgaben mit denen die handlungsbasierten Kompetenzen erfasst werden sollen Aufgaben die die verstehensbasierten Kompetenzen ermitteln sollen und von den Betrieben individuell anpassbare berufstypische Arbeitsproben Daf r wurden drei Unternehmensprozesse und neun Arbeitssituationen konzipiert Innerhalb der Unternehmensprozesse wurden die Arbeitssituationen mithilfe eines Videos erl utert die im Anschluss mit der Simulation bearbeitet und in einem Dokument festgehalten werden mussten F r die Bearbeitung stellt das Simulationsprogramm zus tzl
201. erh ltlich C E Nachfolger von Crocodile Clips Virtuelles Labor Simulations Software f r Physik Technik IT und Chemieunterricht Das Paket Yenka Chemie enth lt die Themen Anorganische Chemie und Elektrochemie Das Paket Yenka Physik enth lt die Themen Elektrizit t und Magnetismus Licht und Schall Bewegung Das Paket Yenka Physik mit Elektronik enth lt die Themen Elektronik Elektrizit t und Magnetismus Licht und Schall Bewegung Zielgruppen e Bildungseinrichtungen Dialogsprachen Deutsch Englisch Preis Heimversion kostenlos Yenka Chemie Klassenraumlizenz 155 EUR Yenka Physik Klassenraumlizenz 210 EUR Yenka Physik mit Elektronik Klassenraumlizenz 310 EUR Yenka Chemie Standortlizenz 520 EUR Yenka Physik Standortlizenz 690 EUR Yenka Physik mit Elektronik Standortlizenz 1 030 EUR Sitz des Anbieters UK Crocodile Clips Ltd 43 Queensferry Street Lane Edinburgh EH2 4PF Scotland UK Tel 44 0131 226 1511 e Metalltechnik Grundwissen PC Animationen A Mansfeld 9 Anhang 269 visualisierte Arbeitsauftr ge aus den Lernfeldern 1 4 Zielgruppen e Bildungseinrichtungen in der metalltechnischen Dom ne Dialogsprache Deutsch Preis 25 95 EUR Sitz des Anbieters Deutschland Westermann Bildungshaus Schulbuchverlage Westermann Schroedel Diesterweg Sch ningh Winklers GmbH Georg Westermann Allee 66 D 38104 Braunschweig Tel 49 0 5 31 708 86 86 bestell bms verlage de e Flexible Anima
202. erkzeuge f r die St rungssuche vgl Pensky 2012 Im sog Lehrermodus Abbildung 27 kann die Lehrkraft im Anschluss berpr fen welche St rungen von den Lernenden gefunden wurden und die Probleml sungsstrategie der Sch lerinnen und Sch ler analysieren Pensky 2012 Ma Sst rungsprotokoll Lfd Pr Datum Uhrzeit Furkkior stext kompensation S i 09 12 2010 15 30 49 242 Schlauch Schlauch defekt er 09 12 2010 15 30 56 242 Schlauch keine St rung D 09 12 2010 15 31 22 Zyz Schlauch Schlauch defekt Ti 4 09 12 2010 15 31 48 161 5P5 Eingang Kabelbruch an z 09 12 2010 15 31 50 161 5PS Eingang Keine St rung m 19 04 2011 12 37 44 Stopper Ausfall Wi 19 04 2011 12 37 56 iMi Weiche 1 ausfahren Kabelbruch 21 04 2011 14 53 30 Station Druckluftversorgung gest rt 21 04 2011 14 54 16 Stopper Ausfall io 21 04 2011 15 01 54 Induktiver Sensor Ausfall ii 21 04 2011 15 02 51 Induktiver Sensor keine St rung iz 21 04 2011 15 09 43 1M1 Weiche 1 ausfahren Kabelbruch i 21 04 2011 15 12 18 Weiche 1 Ausfall Abbildung 27 St rungsprotokoll f r die Auswertung der virtuellen Wartung durch den Lehrenden vgl Pensky 2012 Viele andere didaktisch aufbereitete Programme haben den Leitgedanken der Handlungsorientierung jedoch nicht mit einbezogen sondern das Hauptaugenmerk auf optische Reize wie ausgefeilte Grafiken und Animationen gelegt Den Urhebern multimedialer Lehrprogramme fehlt es oft an berzeugenden und Erfolg v
203. erlin existiert ein Education Masterplan der ein Modulares Fortbildungskonzept beinhaltet bei denen in einem sog eEducation Pass Berlin vier Qualifikationsstufen s Tabelle 4 zertifiziert werden sollen Jedes Modul soll zertifiziert werden f r den Abschluss einer Stufe m ssen alle vorgesehenen Module absolviert sein Senatsverwaltung f r Bildung 2005 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 84 Tabelle 4 Qualifikationsstufen und Ziele des eEducation Pass Berlin vgl Senatsverwaltung f r Bildung 2005 S 19 l l Unterrichtspraktische Nutzung von Multimedia und Multimedia Teacher ni i nterne Advanced Multimedia Vertiefte Anwendung von Multimedia und Internet Teacher im Unterricht 1 2 E Learning Tutor Gestaltung von Blended Learning Multimedia Master Entwicklung von Medienkonzepten Teacher Bis 2010 sollten alle Lehrenden der Schulen in Berlin mindestens die Stufe des Multimedia Teachers erlangt haben Senatsverwaltung f r Bildung 2005 S 21 Um die Stufe des Multimedia Teachers zu erlangen sind 7 Pflichtmodule zu absolvieren die Module Einf hrung in die IT Textverarbeitung Internetrecherche Pr sentation Anwendung von Lernsoftware im Unterricht Recht und Digitale Bildbearbeitung als Pflichtmodule sowie Lernen mit Edutainment und Tabellenkalkulation und grafische Darstellung I als Wahlmodule Senatsverwaltung f r Bildung 2005 S 20 Jedoch gibt es kaum Veranstaltungen die zu einer der Q
204. ernens zu fungieren erm glichen sie den Lernenden die Freiheit Erkundungen in vorgegebenen Lernumgebungen ohne spezifische Anweisungen und Erkl rungen vorzunehmen Deshalb nach Ansicht dieser Forscher sollten Simulationen Erg nzungen zu erkl rendem Unterricht sein und sind nicht geeignet neues Wissen ohne Erkl rungen zu unterrichten Lee 1999 S 72 Demgegen ber behaupten andere Forscher dass Simulationen eigenst ndig als Unterrichtsmethode einsetzbar seien wenn sie sowohl einen Pr sentations als auch einen Praxismodus enthalten In diesem Zusammenhang ist mit Pr sentationsmodus gemeint dass die Simulation einen Modus mit einer Vielzahl an Beispielen und Anleitungen enth lt Diese Art von Simulation k nnte nach Lee Hybridsimulation genannt werden da sie die reine Simulation mit erkl render Instruktion verbindet Die Effektivit t solcher Hybridsimulationen haben bis jetzt nur wenige Studien untersucht Lee 1999 S 71 Lee schlussfolgert aus ihrer Metaanalyse dass die Hybridsimulation anscheinend effektiver als die einfache Simulation ist und dass spezifische Instruktion bei Simulationen den Lernenden hilft bessere Ergebnisse zu erzielen Sie weist aber Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 87 auch gleichzeitig darauf hin dass diese Aussagen aufgrund der zu geringen Anzahl von Studien unsicher und weitere Studien notwendig sind VanSickle 1986 hat bei seiner quantitativen Aufbereitung von Studien zu Lern
205. ernformen anzunehmen Wenn Lernende Computer f r unterschiedliche Aufgaben verwenden bspw f r das Simulieren Schreiben Zeichnen oder f r grafische Darstellungen unterscheidet sich dies nicht fundamental von dem was sie ohne Computer tun w rden auch wenn Computerprogramme evtl die Vorhaben effizienter machen und mehr Spa bereiten k nnen Lernen h ngt entscheidend von dem genauen Charakter der Aktivit ten die Lernende mit einem Programm erledigen von der Art der Aufgaben die sie zu erledigen versuchen ab und von der Art der intellektuellen und sozialen Aktivit t mit der sie sich besch ftigen in Interaktion mit dem was der Rechner bzw das Programm leisten kann Computer m gen interessante und m chtige Lernm glichkeiten bieten diese werden aber nicht automatisch angenommen Lehrende und Lernende m ssen es erst lernen ihre Vorteile zu nutzen Daneben erfordert zweitens die Einbindung von Simulationen wie insgesamt jeglicher computergest tzter Unterricht auch einen Prozess der Entwicklung in den Schulen auf den Gebieten der Organisation von Unterricht und Technik Das bedeutet f r die Unterrichtsorganisation Ver nderungsbereitschaft bez glich der Vermittlungstechniken eine eventuelle Anpassung der Rahmenlehrpl ne und wie bereits auf Seite 83 angemerkt mediendidaktische Kenntnisse der Lehrkr fte sowie F higkeiten zu Moderation und Begleitung von Lernprozessen Magenheim 2004 Dar ber hinaus muss die schulisc
206. erschiedener Autoren u a Wiendahl et al 2002 Dombrowski et al 2001 Linner et al 1999 Bracht 2002 Bley et al 2001 zusammengetragen Demnach gehen die jeweiligen Autoren von zwei Grundgedanken aus Der eine Ansatz geht davon aus dass die Digitale Fabrik das Modell der realen Fabrik ist der andere sieht die Digitale Fabrik als ein Werkzeug f r die Erzeugung des Modells Wie dieses Werkzeug wiederum definiert ist dazu gibt es divergierende Anschauungen vgl Z h et al 2003 S 75 76 Z h et al schlagen daher vor den Begriff der Virtuellen Produktion wie ihn Reinhart 2000 definiert zu verwenden um die Begriffe zu pr zisieren N mlich als die durchg ngige experimentierf hige Planung Evaluierung und Steuerung von Produktionsprozessen und anlagen mithilfe digitaler Modelle mit der Virtuellen Produktion als Zielvision eines experimentierf higen Modells das das Produkt in seiner Produktionsumgebung abbildet und ber den gesamten Lebenszyklus von Produkt und Produktionssystem genutzt werden kann Z h et al 2003 S 76 Und den Begriff Digitale Fabrik als die Gesamtheit der Mitarbeiter Softwarewerkzeuge Applikationen und Prozesse die zur Erstellung der virtuellen und reellen Produktion notwendig sind ebd S 76 Dadurch ist die Unterscheidung zwischen Werkzeug bzw Methode und dem Produktmodell eindeutig ebd Die VDI Richtlinie 4499 definiert die Digitale Fabrik als ein umfassendes Netzwerk von digit
207. ersion Technische Dokumentation Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Erstinstallation 1995 Anzahl der Installationen gt 1000000 Preis ab 7 854 EUR 6 600 EUR zzgl 19 MwSt pro Arbeitsplatz SolidWorks Standard Sitz des Anbieters Deutschland Anbieter SolidLine AG Herr Andreas Schubert Tel 06123 99 500 info solidline de e Rhinoceros Version 4 0 ie 3D CAD System auf der Basis von NURBS f r Konstrukteure Industrie Grafikdesigner Zielgruppen e Animationsdesigner e Architekten e Grafikdesigner e Industriedesigner e Konstrukteure e Schmuckdesign e Schuhdesign e Werkzeugbau Mansfeld 9 Anhang 233 Dialogsprachen Deutsch Englisch Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Technische Dokumentation Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Preis 1 184 05 EUR 995 EUR zzgl 19 MwSt pro Arbeitsplatz Rhino Vollversion 589 05 EUR 495 EUR zzgl 19 MwSt pro Arbeitsplatz Flamingo Renderer 589 05 EUR 495 EUR zzgl 19 MwSt pro Arbeitsplatz Bongo Animationsmodul 351 05 EUR 295 EUR zzgl 19 MwSt pro Arbeitsplatz Penguin NPR 2 017 05 EUR 1 695 EUR zzgl 19 MwSt pro Arbeitsplatz Rhino Flamingo Penguin Bongo Sitz des Anbieters Deutschland Anbieter LoboCAD Wolff Engineering Info Herr Joachim Wolff Tel 05222 95
208. ersprechenden Strategien und Systematiken die die M glichkeiten der Medien nutzen Den Programmen scheint die Vorstellung zugrunde zu liegen dass Lehren Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 113 ein Akt der bertragung von Wissen Thissen 1998 S 31 ist und Lernen Wissensaufnahme ebd S 31 H ufig ist zu beobachten dass schon nach kurzer Zeit die Programme von Sch lerinnen und Sch ler als einf rmig spannungslos und erm dend beurteilt werden weil sie nicht an eigene Bed rfnisse angepasst werden k nnen Dadurch sind Lehrende in der Pflicht bei derartigen Programmen zu berlegen ob sie sie wirklich einsetzen und sich dadurch ihr didaktisches Heft aus der Hand nehmen lassen wollen Schneider und Wittenbr ker 2010 S 271 Thissen 1998 Ein Beispiel hierf r sind die Visualisierten Arbeitsauftr ge zu Metalltechnik Grundwissen vom Westermann Verlag Arbeitsauftr ge die mit diesem Programm visualisiert werden sind z B die manuelle Fertigung eines Halteb gels Abbildung 28 und die maschinelle Fertigung eines Klemmhalters Abbildung 29 Der Verlag wirbt mit der Aussage dass Gegenst nde und technische Vorg nge in einer zwei und dreidimensionalen Simulation begreifbar gemacht werden k nnen und m chte dazu beitragen einen Teil des praktischen K nnens zu vermitteln Kaese und Rund 2006 Dem Verwender des Programms bleibt aber bei jedem Arbeitsauftrag nur die Auswahl sich die einze
209. ertation Technische Universit t M nchen Lehrstuhl f r Ergonomie Lee June 1999 Effectiveness of computer based instructional simulation A meta analysis In International Journal of Instructional Media 26 1 S 71 85 Lipsmeier Antonius 2000a Systematisierungsprinzipien f r berufliche Curricula In Antonius Lipsmeier und G nter P tzold Hg Lernfeldorientierung in Theorie und Praxis Stuttgart Steiner S 54 71 Lipsmeier Antonius 2000b Der Stellenwert des Berufskonzeptes im Wandel der beruflichen Bildung Oder Von der Beruflichkeit ber die Berufsbildung zur Arbeitsbezogenen Allgemeinbildung In Rolf Dubs Christoph Metzger Hans Seitz und Franz Eberle Hg Impulse f r die Wirtschaftsp dagogik Festschrift zum 65 Geburtstag von Prof Dr Dres h c Rolf Dubs 1 Aufl Z rich Verlag SKV S 111 132 Mandl Heinz Gruber Hans Renkl Alexander 2002 Situiertes Lernen in multimedialen Lernumgebungen In Ludwig J Issing und Paul Klimsa Hg Information und Lernen mit Multimedia und Internet Lehrbuch f r Studium und Praxis 3 vollst berarb Weinheim Beltz PVU S 139 148 Maran N J Glavin R J 2003 Low to high fidelity simulation a continuum of medical education In Medical Education 37 Issue Supplement 1 S 22 28 Maturana Humberto R Varela Francisco J 1980 Autopoiesis and cognition The realization of the living Dordrecht Reidel Mayer Richard E 1997 Multimedia
210. ertretbare Versuche werden unter Zuhilfenahme von Simulationen sicher durchgef hrt Auf diese Weise k nnen z B die Konsequenzen eines St rfalls in AKW oder ein Flugzeug Crash simuliert werden Auch in der Chirurgie werden schon Operationen virtuell an einem Simulator ge bt bevor der die Chirurg in in den Operationssaal geht Simulationen tragen zur Kostenersparnis bei der Produktentwicklung bei In der Automobilindustrie werden bspw Crash Simulationen statt Versuchen mit Dummies durchgef hrt die Innenr ume von Fahrzeugen oder Geb uden werden zun chst virtuell in VR Simulationen designt oder die Bauteilfestigkeit wird mithilfe von FEM Untersuchungen vorhergesagt noch bevor das jeweilige Produkt hergestellt ist Dar ber hinaus k nnen mit Hilfe von Simulationen auch komplexe Geschehen wie z B die Str mung in Kan len Fl ssen oder Rohrleitungen analysiert werden Bei Umlenkungen werden die Str mungsverh ltnisse ungleichm ig Dadurch k nnen bspw stark beschleunigte Str mungen entstehen die in den Rohleitungen oder Kan len zu Besch digungen f hren k nnen Im Vorfeld k nnen diese m glichen Probleme erkannt und durch geeignete Ma nahmen verhindert werden Auch bei der Planung von exponierten Geb uden k nnen mit Hilfe von Simulationen u a die Str mungsverh ltnisse des Windes f r die Fu g nger oder die Ausbreitung von Abluft oder Abgasen auf Industriegel nden bestimmt werden und so noch im Planungsstadium evtl notwendige
211. ese Arbeit relevanten Simulationen teilweise stark voneinander unterscheiden Es ist f r den metall und elektrotechnischen Bereich kaum m glich sie zu klassifizieren von daher steht in den meisten F llen nicht eine Simulation exemplarisch f r die anderen Dar ber hinaus soll auch nicht untersucht werden ob sich eine bestimmte Simulation f r den Einsatz im Unterricht eignet sondern ob und wie Simulationen im Unterricht eingesetzt werden sollen Ein und dieselbe Simulation kann im Unterricht sehr unterschiedliche Funktionen bernehmen dies kann im Rahmen einer Dissertation nicht empirisch erfasst werden Des Weiteren gibt es noch Faktoren die allgemein gegen eine empirische Untersuchung von Unterrichtskonzepten sprechen Diese generieren sich einerseits aus den Einlassungen von Apel 1973 und Habermas 1965 1974 andererseits auch an dem Grundverst ndnis der Autorin Die meisten Lehrenden werden die Erfahrung gemacht haben dass es meist nicht m glich ist ein und denselben Unterricht genau gleich in unterschiedlichen Lerngruppen mit denselben Lernerfolgen durchzuf hren Der menschliche Geist ist autonom und frei dementsprechend ist jede Handlung eines Menschen individuell und einmalig Aus diesem Grund ist es schwierig Schlussfolgerungen aus untersuchten Unterrichten auf alle Unterrichte in Berufsschulen zu machen Es sind in den meisten F llen jeweils nur Tendenzen zu erkennen Da aber die Effekte von Simulationen auf die Effektivit
212. esse des Lernenden ein indem sie die Eingaben des Lernenden analysieren und das Lernangebot anpassen CBT und WBT sind multimediale Lernprogramme die entweder ber CD ROM DVD oder ber das Internet distribuiert werden Typische Anwendungen sind Programme zum Erlernen von Computer Anwendungen bspw CAD Programme oder Sprachen auch in der betrieblichen Weiterbildung werden h ufig CBT eingesetzt Auch einige Simulationen k nnen zur Realisierung Entdeckenden Lernens herangezogen werden An kosgnitivistischen Ans tzen wird kritisiert dass das menschliche Handeln auf die kognitive Informationsverarbeitung reduziert wird das Bewusstsein und zwischenmenschliche Beziehungen nicht ber cksichtigt werden und damit die Situiertheit des menschlichen Handelns in seinem Umfeld au er Acht gelassen wird Kerres 2001 Baumgartner und Payr 1997 3 2 3 Konstruktivismus Die konstruktivistische Didaktik als eine Fortentwicklung kognitivistischer Ans tze entstand in den 1980er Jahren Begr nder und wichtige Vertreter des Konstruktivismus sind unter anderem Vygotsky Piaget Dewey und Bruner Der Begriff Konstruktivismus umfasst unterschiedliche in ihren Betrachtungsweisen vollkommen verschiedene erkenntnistheoretische Str mungen Dabei wird der Diskurs immer differenzierter und damit un berschaubarer Die Grenzen zwischen den einzelnen Str mungen des Konstruktivismus sind nicht immer eindeutig Gerstenmaier und Mandl 1995 unterscheiden drei Var
213. estaltung des Lehr Lern Arrangements ver ndert werden Cooper 1998 Rasch und Schnotz 2006 Die extrinsische kognitive Belastung beruht auf dem didaktischen Design der Lehrmaterialien bzw den Instruktionsbedingungen Der Austausch dargebotener Lehrmaterialien kann den Grad der extrinsischen kognitiven Belastung ver ndern Cooper 1998 Rasch und Schnotz 2006 Die lernbezogene kognitive Belastung wird den kognitiven Prozessen zugeordnet die zum Aufbau und die Anpassung kognitiver Schemata und somit zum Lernergebnis beitragen Rasch und Schnotz 2006 Diese Belastungsart kann ebenso wie die extrinsische kognitive Belastung durch die Gestaltung des Lehr Lern Arrangements beeinflusst werden W hrend die extrinsische kognitive Belastung den Lernprozess st ren kann kann die lernbezogene extrinsische Belastung das Lernen verbessern Paas et al 2003 Modifiziert man die Lehrmaterialien so dass ein niedrigerer Grad extrinsischer kognitiver Belastung entsteht wird das Lernen erleichtert wenn dadurch die kognitive Gesamtbelastung sinkt Durch die Reduktion der extrinsischen kognitiven Belastung wird zus tzliche Arbeitsged chtniskapazit t freigesetzt die dann f r die lernbezogene kognitive Belastung verwendet werden kann Dadurch wird nun wiederum die intrinsische kognitive Belastung reduziert was zu einer Reduktion der Gesamtbelastung f hrt und so Arbeitsged chtniskapazit t freisetzt Die freigesetzte Kapazit t des Arbeitsged chtnisse
214. etrachten Es kann sich durchaus herausstellen dass ein Modell bspw durch neue fachwissenschaftliche Erkenntnisse berholt oder nicht mehr geeignet ist Oder dass der Grad der Vereinfachung nicht mehr an den Kenntnisstand der Lernenden angepasst ist das Modell zu stark reduziert zu einfach ist Jedes Modell r ckt einen anderen Gesichtspunkt in den Mittelpunkt der Betrachtung Das Modell bietet die M glichkeit bestimmte Gesichtspunkte fassbarer zu inszenieren und sich mit ihren m glichen Folgen f r das Erkennen und Handeln methodisch auseinanderzusetzen und zu reflektieren Popp 1970 Folglich sind Modelle subjektiv Die eindeutige Zuordnung zwischen Original und Modell ist nicht m glich Salzmann 1974 Didaktische Merkmale von Modellen sind nach Popp 1970 Reduktion Akzentuierung Transparenz Perspektivit t und Produktivit t Das Modell reduziert komplexe Zusammenh nge auf wenige sinnvolle Charakteristika und Basisstrukturen und akzentuiert damit bestimmte Zusammenh nge Aspekte Funktionen und Gesetzm igkeiten Aufgrund der Reduktion und der Akzentuierung sind Modelle transparent sie erm glichen damit einen hohen Grad an Pr gnanz Anschaulichkeit und dadurch auch bessere Anwendbarkeit Weiterhin liefert es dadurch eine spezifische Perspektive eine spezifische subjektive Sichtweise auf ein Problem oder einen Zusammenhang Durch seine Vorl ufigkeit und Abstraktion fordert es zur aktiven Auseinandersetzung mit dem Modell oder au
215. f r Ger te und Systeme zu realisieren und deren Sicherheit zu gew hrleisten KMK 2003b S 13 Das Lernfeld beinhaltet daher technische Anschlussbedingungen und die elektromagnetische Vertr glichkeit EMV ebd Hier k nnte zur Einf hrung in das Thema bspw ein EMV Simulationsprogramm daf r genutzt werden eine Animation zu erstellen die angehenden Elektronikerinnen und Elektronikernr die EMV Wirkung der T rsteuerung eines Kraftfahrzeuges illustriert s Abbildung 16 auf S 74 im Abschnitt 3 4 1 Die Simulation w rde in diesem Fall eine Deskriptionsfunktion bernehmen Bei angehenden Elektronikern und Elektronikerinnen f r Ger te und Systeme sieht der Rahmenlehrplan weiterhin im Lernfeld 6 vor dass die Sch lerinnen und Sch ler elektronische Baugruppen von Ger ten konzipieren herstellen und pr fen sollen KMK 2003b S 14 F r den Schaltungsentwurf sollen die Sch lerinnen und Sch ler praxisrelevante Software sowie aktuelle Informationssysteme ebd nutzen und zur Optimierung Simulationstools einsetzen ebd Sie sollen Leiterplattenform und gr e festlegen und rechnergest tzt ein Leiterplattenlayout entwerfen ebd Hierbei sollen sie Geh usebauteile EMV Bedingungen sowie die thermische Belastung der Bauelemente ber cksichtigen ebd Eingebettet in ein Lehr Lern Arrangement wie bereits im ersten Beispiel zur Einbindung einer Robotersimulation skizziert mit den entsprechenden instruktionalen Unterst
216. f r die Ausbildung von Pilotinnen und Piloten mit vollst ndig ausgestatteten Cockpits mit allen Bedien und Kontrollelementen wie Steuerhorn oder Sidesticks Pedalen etc ausger stet Die wenigsten w rden sich auch sicherlich ungern in die H nde eines Piloten einer Pilotin begeben der die das Handwerk ausschlie lich an einem Simulator erlernt hat Erst recht nicht an jemanden der dies am Microsoft Flugsimulator zu Hause am heimischen PC erlernt hat Simulationen so realistisch sie auch sein m gen sind also nicht immer als Ersatz geeignet besonders nicht wenn sie zur ausschlie lichen Vermittlung von Handlungen verwendet werden sollen Es werden immer wieder neue Simulationsumgebungen vorgestellt die reale Arbeitsprozesse simulieren sollen Bspw sollen Werkzeuge mit dem Cursor der Maus angeklickt werden im Anschluss die Schraube die mit dem Werkzeug gel st werden soll In dieser Form k nnen Handlungen kaum vermittelt werden Simulationen k nnen echte Begegnungen mit Objekten und Personen nicht ersetzen und daher auch nur einen nicht immer ad quaten Ersatz f r eine Erfahrung darstellen Das bedeutet dass sichergestellt werden muss dass die Sch lerinnen und Sch ler entweder im Betrieb die M glichkeit haben die zu erlernenden Handlungen auch real auszuf hren sofern es sich um Auszubildende in der dualen Ausbildung handelt oder dass sie an realen Maschinen Vorrichtungen etc ben k nnen Ist dies nicht der Fall sollten
217. fahrbar gemacht werden Im Falle der FEM Analyse k nnten etwa reale misconceptions fehlerhafte Vorstellungen Annahmen Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 155 Experimente durchgef hrt werden und deren Ergebnisse mit denen der Simulation verglichen werden Im Anschluss k nnten die Einfl sse durch die Erh hung der Elementzahl die Verwendung von Volumenelementen mit Zwischenknoten auf den Seitenmitten oder die Wahl eines anderen Netzes bei der Simulation untersucht werden Es sind also unterrichtliche Ma nahmen notwendig um die Bildung und Findung des der Simulation zugrunde liegenden Modells f r die Lernenden nachvollziehbar zu machen Simulationen k nnen zum vernetzten Denken beitragen Bei Simulationen werden Inhalte wie bspw Texte Bilder oder Videos miteinander verkn pft pr sentiert und k nnen dadurch die Einbettung und Vernetzung von Lerninhalten im Ged chtnis unterst tzen Aus der kognitiven oder generativen Theorie multimedialen Lernens von Richard E Mayer 1997 2005 zus m Moreno 1998 kann abgeleitet werden dass Multimedialernen durch das gleichzeitige Pr sentieren von beispielsweise W rtern und Bildern wirksamer sein kann als das Lernen mit konventionellen Medien Somit liegt weiteres Potenzial von Simulationen in den unterschiedlichen Pr sentationsformen Die Programme von Festo sind hier ein gutes Beispiel siehe S 110 sowie das Unterrichtsbeispiel f r Auszubildende Industriemec
218. fahrungen am Computer sondern k nnen auch in der realen Umgebung mit all ihren sensorischen Eindr cken haptische optische etc Erfahrungen sammeln Dar ber hinaus k nnen auch Arbeitsg nge wie beispielsweise das Ausrichten und Justieren von Sensoren die in der Simulation so nicht umgesetzt werden k nnen erm glicht werden Ro mann et al 2010 Die Programme CIROS Studio Mechatronics und Advanced Mechatronics bieten zus tzlich die M glichkeit St rungen zu simulieren So k nnen Lehrpersonen beispielsweise bei einer mit CIROS Advanced Mechatronics erstellten programmierten und simulierten verteilten Anlage Fehler einbauen die die Lernenden finden und beheben m ssen Typische Fehler sind z B mechanisch verstellte Sensoren Kabelbr che oder Ausf lle gesamter Baugruppen L ffler 2010 Aufgabenstellungen mit simulierten St rungen f gen sich inhaltlich bspw als Teil der Vorgaben des Rahmenplanes f r die Berufsgruppe der Industriemechaniker innen in Lernfeld 13 Sicherstellen der Betriebsf higkeit automatisierter Systeme ein Die Auszubildenden sollen hier Strategien zur Fehlereingrenzung zur Behebung von Betriebsst rungen erarbeiten diese Strategien anwenden und die Fehler beheben KMK 2004a S 21 Die Simulation bernimmt hier haupts chlich eine Trainingsfunktion aber auch eine Ersatzfunktion denn der Einbau von St rungen ist bei realen mechatronischen Systemen meist sehr aufwendig und wird deshalb oft nicht
219. fgabenstellungen berfordert sind sodass im Verlauf der Unterrichtsreihe je nach F higkeiten der Lernenden es notwendig wird die Aufgabenstellung in kleinere Teilbereiche zu untergliedern Dabei sollte darauf geachtet werden dass die Teilaufgaben trotzdem noch eine gewisse Komplexit t enthalten und nicht wie es in einigen Lehrb chern der Fall ist die Problemstellung nur noch der Aufh nger ist an dem die alten kleinschrittigen Arbeitsbl tter abgearbeitet werden Andererseits sollte die Lehrkraft darauf eingestellt sein dass die Sch lerinnen und Sch ler aufgrund ihrer eventuellen geringen Vorkenntnisse nicht alle Probleme und alle daraus resultierenden Arbeitsschritte erkennen Ist man darauf nicht vorbereitet resultiert das in einem lang andauernden Lehrer Sch ler Gespr ch genannten Ratespiel wo die Lehrkraft versucht die Antworten aus ihren Sch lern und Sch lerinnen durch mehr oder minder geschickte Fragen herauszupressen Bei der Bearbeitung von Aufgaben spielen Zeitaspekte eine Rolle Das Thema muss dann auch im Laufe eines Lernfeldes abgearbeitet sein Dar ber hinaus m ssen die Inhalte so bearbeitet werden dass die Sch lerinnen und Sch ler auf die Abschlusspr fung vorbereitet sind Unterrichtsbeispiel f r auszubildende Produktionstechnolog inn en Es folgt eine beispielhafte Skizze f r einen Unterricht mit einer Robotersimulation wobei die Simulation eine Antizipations oder Prognosefunktion bernimmt i
220. fitieren Entscheidend ist hier jedoch die Qualit t des Lehr Lern Arrangements und nicht die des Simulationsprogramms Die Potenziale die Simulationen er ffnen sind breit gef chert F r den Bereich der Beruflichen Bildung liegen sie in ihrer vielf ltigen und flexiblen Einsatzm glichkeit Eingebettet in ein Lehr Lern Arrangement in Verbindung mit differenziert entwickelten Kundenauftr gen Projektaufgaben o erm glichen Simulationen eine Integration von systematischem und kasuistischem Lernen So beg nstigen sie anschauliche situierte und damit anwendungsorientierte alternative Lehr Lernmethoden Simulationen k nnen einen Beitrag dazu leisten die Kluft zwischen Lernsituation und beruflicher Praxis zu reduzieren wenn die Lernsituation mit der konkreten Arbeitsplatzanforderung vergleichbar ist Durch den authentischen Kontext erm glichen sie es den Lernenden zuvor Erlerntes unter wirklichkeitsnahen Gegebenheiten anzuwenden Wissen kann dadurch von Lernenden in einem aktiven Konstruktionsprozess situativ generiert werden Bei den meisten Simulationen sind die dargestellten Situationen weitgehend mit denen in der beruflichen Praxis vergleichbar Gro es Potenzial von Simulationen steckt in der Realit tsn he von Simulationen Besonders durch die Entwicklung immer schnellerer Rechner Grafikarten und auch besserer Darstellungsm glichkeiten kommen Simulationen inzwischen erstaunlich nah an die Realit t heran Hier muss jedoch etwas gena
221. flichen Bildung Hg v Bosch und Siemens Hausger te GmbH und Universit t Ulm Ulm Brosch re herausgeben von Bosch und Siemens Hausger te GmbH Kiefer Markus Sim Eun Jin Liebich Sarah Hauk Olaf Tanaka James 20076 Experience dependent plasticity of conceptual representations in human sensory motor areas In Journal of cognitive neuroscience 19 3 S 525 542 Spitzer Manfred 2012 Digitale Demenz Wie wir uns und unsere Kinder um den Verstand bringen M nchen Droemer Mansfeld 7 Literatur 224 Stanney Kay M Cohn Joseph V 2012 Virtual Environments In Gavriel Salvendy Hg Handbook of human factors and ergonomics 4 Aufl Hoboken NJ Wiley S 1031 1056 Mansfeld 8 Verzeichnis der Tabellen und Abbildungen 225 8 Verzeichnis der Tabellen und Abbildungen 8 1 Tabellen Tabelle 1 Didaktische Modellfunktionen nach F ler 2000 modif nach Budaensieker al 198 Nenner 16 Tabelle 2 Gesamt berblick ber die drei Hauptstr mungen der Lerntheorien zit nach Holzinger 2001 S 111 erg nzt um Kerres 2012 S 128 mit jeweils kleinen nderungen u 220402000400000000nonenenonenenonensnnenenonenenonenenenanenennenonenanen 59 Tabelle 3 Modell zur Sequenzierung von Lernangeboten Instruktionale Ereignisse nach Gagn zit nach Kerres 1999 S 14 czcsscsenonenenononnenonenenennnnenonenenenennen 81 Tabelle 4 Qualifikationsstufen und Ziele des eEducation Pass Berlin vgl Sen
222. fordern und zeigen ihnen die Folgen ihres Handelns auf Dadurch steht handelndes Lernen im Vordergrund Fakten und Handlungswissen k nnen Lernende auf diese Weise aus dem Handlungskontext erwerben Bspw erm glichen manche Simulationen die Initiierung unerwarteter Begebenheiten die die Lernenden dadurch zum Handeln auffordern aus dem Konzept bringen oder zu Fehlern veranlassen Dies kann den Lernprozess ebenfalls unterst tzen So k nnte z B der traditionelle Unterricht der CNC Programmierung bei dem meist zun chst von Lehrenden die Befehle beispielsweise G42 und G43 Schneidenradiuskompensation erkl rt und dann von den Sch lerinnen und Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 152 Sch lern in einem Programm umgesetzt werden mit Hilfe von Simulationen anders realisiert werden Die Lernenden bekommen die Aufgabe ein vorgegebenes einfaches Bauteil mit Schr gen Kreisb gen Radien zu programmieren oder ein vorher bereits programmiertes Bauteil mit Schr gen Kreisb gen Radien zu versehen und sto en zun chst auf ein Problem Konturungenauigkeiten bzw verzerrungen s Abbildung 31 das dann im Plenum in Gruppenarbeit mit Recherchen gekl rt werden kann Schneidenmittelpunktbahnen R ohne Schne Idenradiuskompensation Schneidenmittelpunktbahnen R mit Unterschnitt links der nicht Schneidenradiuskompensation bearbeitete Bereich r N Spitze des Die Form die ohne Anwendung der P D a Schneidwerkzeugs S
223. formationen und Wartungspl ne liefert aber auch ein Fahrzeug Diagnosesystem Daneben haben sie acht komplexe Aufgaben zu den Themen Motormanagement und Beleuchtungsanlage entwickelt die mithilfe der Simulation bearbeitet werden sollen Damit erhoffen sie sich einen Ausweg aus der Praxisferne von standardisierten schriftlichen Tests Sie testeten zwei Gruppen des dritten und vierten Ausbildungsjahres wobei die eine Gruppe vier Aufgaben zun chst mithilfe der Simulation und im Anschluss vier in der Realit t l sen musste die andere Gruppe hingegen in umgekehrter Reihenfolge jeweils die entsprechenden Aufgaben zu erledigen hatte In den meisten F llen hing die L sungsquote nicht davon ab ob sie in der Realit t oder an der Simulation gel st wurde Sie kommen zu dem Schluss dass computerbasierte Simulationen grunds tzlich geeignet sind berufliche Handlungskompetenzen zu erfassen und sehen weiterhin auch M glichkeiten f r den Einsatz von Simulationen in anderen Berufsgruppen bspw f r Elektroniker f r Energie und Geb udetechnik und in Facharbeiter und Meisterpr fungen Dennoch weisen sie ebenfalls darauf hin dass Simulationen f r die Erfassung motorischer Kompetenzen weniger geeignet sind Abele et al 2009a b Abele und Gschwendtner 2010 Gschwendtner et al 2009 Nickolaus et al 2010 Krogoll et al entwickelten Ende der 1980er Jahre das Projekt CLAUS CNC Lernen Arbeit und Sprache Beim CLAUS Konzept wird der Umgang mit CNC M
224. g Bloomington Indiana University Tauschek R diger 2006 F rderung von Probleml sekompetenzen im Unterricht der Berufsschule In lernen amp lehren 21 84 S 179 184 Tenberg Ralf 2001 Multimedia und Telekommunikation im beruflichen Unterricht Theoretische Analyse und empirische Untersuchungen im gewerblich technischen Berufsfeld Habilitationsschrift Frankfurt M New York Lang Tenberg Ralf 2011 Vermittlung Fachlicher und berfachlicher Kompetenzen in Technischen Berufen Theorie und Praxis der Technikdidaktik Wiesbaden Franz Steiner Verlag Thissen Frank 1998 Lernort Multimedia Zu einer konstruktivistischen Multimedia Didaktik In Andrea Nispel Richard Stang und Friedrich Hagedorn Hg P dagogische Innovation mit Multimedia 1 Analysen und Lernorte S 29 43 Tulodziecki Gerhard 2002 Mediendidaktik In Joachim Felix Leonhard Hans Werner Ludwig Dietrich Schwarze und Erich Stra ner Hg Medienwissenschaft Ein Handbuch zur Entwicklung der Medien und Kommunikationsformen Berlin New York de Gruyter S 2807 2819 Tulodziecki Gerhard 2011 Handeln und Lernen in einer von Medien mitgestalteten Welt Konsequenzen f r Erziehung und Bildung In Carsten Albers Johannes Magenheim und Dorothee M Meister Hg Schule in der digitalen Welt Medientheoretische Ans tze und Schulforschungsperspektiven 1 Aufl Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften S 43 64 Urhahne Detlef Harms Ute
225. g finden muss ist dass bei den Lehrenden die Bereitschaft und auch die F higkeit zu Ver nderungen hinsichtlich neuer Lehr Lern Arrangements sehr unterschiedlich ist und viele Lehrende an ihren bestehenden Lehrformen festhalten Euler et al 2006 Mediendidaktische Kompetenz der Lehrerinnen und Lehrer Von gro er Bedeutung f r Unterricht mit Simulationen und anderen digitalen Medien ist mediendidaktische Kompetenz der Lehrerinnen und Lehrer an den Schulen Gerade Lehrkr fte die nicht mit den Neuen Medien sozialisiert wurden aber auch jene mit geringer Technikaffint t haben oft nur geringe mediendidaktische Kompetenzen Albers et al 2011 Die Bildungsstudie Digitale Medien in der Schule Initiative D21 2011 stellt fest dass die konventionelle Aus und Weiterbildung Lehrende nicht hinreichend auf die Anwendung digitaler Medien vorbereitet Inhaltlich didaktische Fragen werden meist 88 5 informell im Kreis der Kollegen gekl rt Spezielle Fortbildungskurse oder Weiterbildungsangebote der Schule bzw des Schultr gers nutzen 44 Daneben w nschen sich 57 Seminare oder Weiterbildungsangebote Im Hinblick auf individuelle Fortbildungskurse zu technischen Fragestellungen bei der Anwendung digitaler Hilfsmittel ist das Missverh ltnis erheblich 51 2 Prozent der befragten Lehrerinnen und Lehrer w rden solche Kursen gerne nutzen doch nur 17 7 Prozent stehen diese M glichkeiten zur Verf gung vgl Initiative D21 2011 S 20 In B
226. g in der Berufsbildung In Rolf Arnold und Antonius Lipsmeier Hg Handbuch der Berufsbildung 2 berarb und aktualisierte Aufl Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften S 44 54 Mansfeld 7 Literatur 206 Dekkers John Donatti Stephen 1981 The Integration of Research Studies on the Use of Simulation as an Instructional Strategy In Journal of Educational Research 74 S 424 247 de Witt Claudia Czerwionka Thomas 2007 Mediendidaktik Bielefeld Bertelsmann Dieterich Rainer 1994 Simulation als Lernmethode In J rg Petersen und Gerd Bodo Reinert Hg Lehren und lernen im Umfeld neuer Technologien Reflexionen vor Ort Frankfurt M New York Lang S 207 224 Dubs Rolf 2000 Lernfeldorientierung L st dieser neue curriculare Ansatz die alten Probleme der Lehrpl ne und des Unterrichts an Wirtschaftsschulen In Antonius Lipsmeier und G nter P tzold Hg Lernfeldorientierung in Theorie und Praxis Stuttgart Steiner S 15 32 Edelmann Walter Wittmann Simone 2012 Lernpsychologie 7 vollst ndig berarbeitete Aufl Weinheim Bergstr Beltz J Emcos 2012 EMC Studio Online verf gbar unter http www emcos com EMC zuletzt gepr ft am 29 07 2012 Engeler Knut 2003 Kursmaterial des Projekts eL3 Modul Animationen und Simulationen Unter Mitarbeit von Jan de Haas und Elke Sander Hg v Verbundprojekt eL3 und FIM Neues Lernen Universit t Oldenburg Online verf gbar unter http
227. gaben vollst ndige Handlungen im Vordergrund stehen die Programme in komplexe Lehr Lern Arrangements eingearbeitet werden Kapitel 4 gibt einen berblick ber die Einsatzm glichkeiten von Simulationen in den verschiedenen Bildungsg ngen Zusammenfassend l sst sich sagen dass Simulationen in allen Berufsfeldern Bildungsg ngen und Lerngruppen didaktisch Sinn ergeben k nnen In Kapitel 5 finden sich Beispiele f r den Einsatz von Simulationen im Unterricht e Welche unterrichtstheoretischen und methodischen bzw fachdidaktischen Faktoren spielen dabei eine Rolle Aus unterrichtstheoretischer methodischer bzw fachdidaktischer Sicht spielen f r die Verwendung von Simulationen zun chst der Aspekt der Didaktik d h die Gestaltung des Unterrichts nach den Prinzipien des exemplarischen Lehrens und Lernens des methodenorientierten Lernens des handlungsorientierten Unterrichts und der Verbindung von sachbezogenem und sozialem Lernen eine Rolle Fachlich Mansfeld 6 Zusammenfassung und Ausblick 185 methodische Kompetenzen werden durch selbstst ndige individuelle Konstruktionsprozesse mit individuellen Ergebnissen bedingt durch eigene Erfahrungen der Lernenden und bereits vorhandenes Wissen erworben Dazu werden die Simulationen in einen komplexen Handlungsrahmen eingebettet Daneben ist die Mediendidaktik von Bedeutung die sich mit der Konzeption lernwirksamer medialer Umgebungen besch ftigt Aus der Sicht der Mediendidaktik ist
228. gelernt werden Helmke 2010 Einen Gesamt berblick ber die drei Hauptstr mungen der Lerntheorien und ihre Sichten auf Lernparadigmen Lehrstrategien Lehrende Lernende und Softwaretypen die diese Ans tze repr sentieren gibt die folgende Tabelle Tabelle 2 Tabelle 2 Gesamt berblick ber die drei Hauptstr mungen der Lerntheorien zit nach Holzinger 2001 S 111 erg nzt um Kerres 2012 S 128 mit jeweils kleinen nderungen Pawlow Watson Wichtige Vertreter Guthrie Hebb Tolman Lewin Maturana Varela waren Skinner Thorndike Bruner Piaget Gagn von Foerster Bateson Hull Spence Re Konstruktion von Lernen geschieht Reaktionen der Aufbau kognitiver on Wissen Partizipation durch Umwelt Strukturen an kultureller Praxis abstraktes m glichst kontextualisiertes in Resultat des Lernens Reiz Reaktions u generalisierbares Situationen ist Verbindung Wissen anwendbares Wissen Die Strategie der Frontalunterricht Beobachten und Kooperation Lehrer ist chalk teaching Helfen helping coaching Probleml sen ist aufgabenzentriert l sungszentriert prozesszentriert Die Person des ein autorit rer ein Tutor Mentor ein verantwortlicher Lehrers ist Experte Ratgeber Trainer Coach Produzieren korrekter Entdecken von Umgehen mit Die Lernziele sind Input Output Methoden zur komplexen Relationen L sungsfindung Problemsituationen Reproduzieren von berpr fen des Ei
229. genommenen immanenten Faktoren die die Neuen Medien besitzen sollen dass sie bspw das Lernen erleichtern neue Lehr und Lernmethoden z B selbstorganisiertes Lernen unterst tzen die Motivation den Lernerfolg die Effizienz steigern usw Kerres 2003 2012 Euler et al 2006 und auch die Aussagen dass Computersimulationen das selbstbestimmte Lernen nach Ma gabe konstruktivistischer Lerntheorien f rdern und die intrinsische Motivation der Lernenden erh hen Urhahne et al 2000 Tenberg 2001 sowie weitere Faktoren Erwartungen und Begr ndungen f r den Einsatz von Simulationen sollen in diesem Teil des Diskurses beleuchtet werden Die Erwartung dass Simulationen das Lernen erleichtern und selbstbestimmtes Lernen f rdern basiert darauf dass mit Simulationen oft wirklich Aktivit ten die gelernt werden sollen in einem Kontext der der echten Welt sehr hnlich ist ausgef hrt werden k nnen Lernende k nnen dort Hypothesen generieren und testen indem sie nderungen in der Umgebung vornehmen und untersuchen Im Gegensatz zur traditionellen Unterrichtung in der die Rolle der Lernenden meist Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 86 passiv ist erfordert dieser spezielle Typ von Lehre von den Sch lerinnen und Sch lern sich aktiv in ihr Lernen einzubringen Lee 1999 Dennoch belegen bereits Studien aus den 1970er Jahren dass der Wissenserwerb mit simulationsgest tzten Lehrmethoden nicht zwangsl ufig besser gelingt al
230. gnitionspsychologischen Theorien von Handlungsregulationstheorien oder von pragmatischen Verbindungen beider Theoriestr nge Handlungsorientierung als Gestaltung von Lernprozessen in denen die Lernenden m glichst durch selbstst ndiges Handeln lernen mindestens jedoch durch aktives Tun jedenfalls nicht allein durch gedankliches Nachvollziehen von Handlungen anderer Handlungsorientierung als Lernen an konkreten Handlungen deren Ergebnis nicht aufgrund gesicherter Erkenntnisse zum Beispiel der Naturwissenschaften feststeht sondern offen ist Handlungsorientierung als Orientierung der Kommunikation an den Handlungsbed rfnissen der Kommunikationspartner Handlungsorientierung als Planung und Gestaltung von Lernprozessen mit dem Ziel der F higkeit aus gewonnenen Erkenntnissen im weitesten Sinne gesellschaftliche Konsequenzen zu ziehen d h der Einsicht die Tat folgen zu lassen um vorgefundene Situationen in Richtung auf Ziele die als erstrebenswert erkannt wurden mit den geplanten Methoden zu ver ndern Handlungsorientierung als Merkmal unternehmerischer Selbstst ndigkeit Handlungsorientierung als Entwicklung und Vermittlung impliziten Wissens Handlungsorientierung als vorbereitende Kompetenzentwicklung zur Bew ltigung nicht voraussagbarer beruflicher gesellschaftlicher und individueller Anforderungen Handlungsorientierung als Leitlinie der Curriculumentwicklung vgl Bader 2004b S
231. haben immer gleich ist Kerres 2012 Dennoch so Kerres 1999 kann es f r bestimmte Lernende und Lerngruppen und auch Ziele und Unterrichtsinhalte durchaus sinnvoll sein ein st rker sequenziertes Lehr Lern Arrangement zu planen Der neunte Schritt Behaltensleistung und Lerntransfer f rdern hat eine besondere Bedeutung f r die Berufliche Bildung da mit diesem Schritt gew hrleistet werden soll dass das erlernte Wissen auch auf berufliche Situationen anwendbar wird Dennoch kann kritisiert werden dass hierf r ein gesonderter Vorgang notwendig ist Aus der Perspektive situierter Ans tze sollte die Anwendung Teil der Aneignungsphase sein Kerres 2001 Vorteile bringt die Arbeit mit dem Computer besonders dann wenn er als Erg nzung zum Unterricht verwendet wird und nicht als Ersatz f r Unterricht durch eine Lehrperson Ebenfalls steigert die Vielfalt von Lehrstrategien die Effektivit t von Computerlernen berhaupt sollte die Rolle des Lehrers f r den Lernprozess nicht untersch tzt werden Hattie 2009 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 82 Es profitieren n mlich nicht alle in gleicher Weise von computergest tztem Lernen Besonders Lernende mit schlechten Lernvoraussetzungen leiden unter der sozialen Isolation und ben tigen instruktionale Unterst tzung Deshalb schlagen z B Mandl et al 2002 vor dass der Lernende nicht allein vor dem Computer lernen sollte sondern sich sein Wissen in Gruppen unter Nutzung
232. haniker innen mit einem didaktisch aufbereiteten Simulationsprogramm S 172 Weiteres Potenzial birgt die Interaktivit t Durch die Interaktivit t kann die Lernmotivation der Lernenden gesteigert werden da Lernende Kontrolle ber die Simulation aus ben k nnen Hierbei ist jedoch nicht die Reaktion des Programms auf Eingaben des Benutzers der Benutzerin von Bedeutung sondern dass das Lerntempo an die eigenen Bed rfnisse angepasst werden kann und die Erm glichung individueller Lernwege und flexibler Organisation Bei vielen Simulationsprogrammen k nnen Lernende eigenst ndig entscheiden ob und wann sie sich bspw ber die Hilfefunktion eines Programms Unterst tzung holen Sofern eine Auswahl m glich ist sollte das Programm ausgew hlt werden das am besten an das Lerntempo und die Bed rfnisse der Lernenden angepasst werden kann hohe Adaptivit t Der Vielfalt der Lernenden wird somit entsprochen Dadurch bieten sie f r die Lehrenden die M glichkeit der Binnendifferenzierung und der Aktivierung der Lernenden wie etwa durch die individuelle Vorgabe von St rungen f r Wartungsarbeiten bei der CIROS Automation Suite S 110f Die Sch lerinnen und Sch ler k nnen auf diese Weise im eigenen Tempo lernen egal ob die Gruppe schneller oder langsamer ist Abh ngig vom jeweiligen Programm k nnen Inhalte beliebig oft wiederholt werden teilweise auch in abgewandelten Reihenfolgen unterschiedlichem u eren Rahmen unter Mansfeld
233. hard E Moreno Roxana 1998 A Cognitive Theory of Multimedia Learning Implications for Design Principles ACM SIGCHI Conference on Human Factors Computing Systems Los Angeles CA April 1998 Ro mann J rgen Karras Ulrich Stern Oliver 2010 Virtuelle Lernumgebungen f r die Automatisierungstechnik Potenziale der 3 D Simulationstechnik In lernen amp lehren 25 97 Schabacker Michael Vajna Sandor Hg 2007 Solid Edge kurz und b ndig Grundlagen f r Einsteiger 2 berarb und aktualisierte Aufl Wiesbaden Vieweg Schelhowe Heidi 2007 Das Digitale Medium als Bildungsaufgabe berlegungen zur Macht der konkreten Bilder und zum Zugang zu den abstrakten Modellen In Johannes Fromme und Burkhard Sch ffer Hg Medien Macht Gesellschaft Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften S 137 153 Siemens AG 2009 Programmierhandbuch ISO Drehen Sinumerik 6FC5398 5BP10 1AAO Online verf gbar unter http www automation siemens com doconweb pdf SINUMERIK_SINAMICS _01_2010 _D PGTsl pdf zuletzt gepr ft am 18 09 2013 Mansfeld 7 Literatur 223 Tenberg Ralf 2011 Vermittlung Fachlicher und berfachlicher Kompetenzen in Technischen Berufen Theorie und Praxis der Technikdidaktik Wiesbaden Franz Steiner Verlag Tulodziecki Gerhard 2011 Handeln und Lernen in einer von Medien mitgestalteten Welt Konsequenzen f r Erziehung und Bildung In Carsten Albers Johannes Magenheim und Dorothee M Me
234. he B ros e Hoch und Tiefbau e Elektrische elektronische Hilfstechnik e Bildungseinrichtungen Dialogsprachen mehrsprachig Dokumentation Demo Version Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport nicht erforderlich Wartung gegen Entgelt Anzahl der Installationen 250000 Preis auf Anfrage inkl Libraries und Extension Packs inkl 1 Jahr Wartung Sitz des Anbieters Deutschland Anbieter MCG Service GmbH Stefan Sauter Tel 49 7586 917050 e Mathematica Demo erh ltlich i D E komplexe mathematische Berechnungen und Simulationen Mathematica bietet mathematische Funktionen zur L sung von Aufgaben aus Ingenieurwesen Finanz und Versicherungsmathematik Mathematik Statistik Physik Chemical Computing sowie Naturwissenschaften Zielgruppen e Anlagenbau Metallbau Mansfeld 9 Anhang 267 e Automotiv Fahrzeugbau e Fertigungsbetriebe e Formen und Werkzeugbau e Luftfahrtindustrie e Maschinenbau Mechatronik e Medizin und Messtechnik e Technische B ros e Hoch und Tiefbau e Elektrische elektronische Hilfstechnik e Bildungseinrichtungen Dialogsprachen Deutsch Englisch Dokumentation Online Version Schulung Online Learning Center und Knowledge Base Kurse on Demand Wartung gegen Entgelt je nach Lizenz per Email oder Telefon teilw im Preis enthalten Preis Home 295 EUR Starter 1 270 EUR Standard 3 185 EUR Enterprise 8 920 EUR Neben der Standard Lizenz
235. he Infrastruktur angepasst und verbessert werden Schulische Infrastruktur Um Simulationen im Unterricht anwenden zu k nnen muss in den jeweiligen Schulen nicht nur die entsprechende Software vorhanden sein sondern nat rlich auch die dazugeh rige Hardware Simulationen ben tigen in den meisten F llen Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 179 Rechner mit hoher Rechenleistung und hoher Speicherkapazit t ber solche Rechner verf gen die meisten Schulen nach dem letzten Bericht des BMBF zur IT Ausstattung nicht vgl S 22 Von nicht unerheblicher Bedeutung sind die Kosten die ein Unterricht mit Simulationen mit sich bringt Neben den Kosten f r die Software und einem ad quaten Rechner sind hier noch die Ausstattung mit Peripherieger ten wie Beamer etc und auch die Wartung und Erneuerung der technischen Ausstattung zu nennen Die Programme m ssen auf den Rechnern installiert werden Anti Viren Software muss auf den Rechnern vorhanden sein und regelm ig aktualisiert werden Die Systeme m ssen gepflegt auftretende Probleme beseitigt werden Daf r ist geschultes Betreuungspersonal erforderlich Dazu k nnen weitere regelm ige Kosten wie zum Beispiel die teilw j hrliche Erneuerung der Lizenzen notwendig sein oder evtl muss die Support Hotline des Programmanbieters in Anspruch genommen werden F r die Beschaffung der Software und ihre Einf hrung in die Schule fallen zus tzlich eventuell Reise
236. he Kenntnisse bereits vorhanden sind um das Lehr Lern Arrangement mit den jeweiligen Gegebenheiten in Einklang zu bringen F r das Lernen in Gruppen kann es dar ber hinaus notwendig sein Lehr Lern Arrangements so zu strukturieren dass die Zusammenarbeit der Lernenden organisiert und der Fokus auf den zu lernenden Stoff gerichtet ist Schnotz et al 1998 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 105 Cognitive Theory of Multimedia Learning Ein weiterer kognitionspsychologischer Ansatz mit dem Fokus auf computerunterst tztem Lernen ist die kognitive oder generative Theorie multimedialen Lernens von Richard E Mayer 1997 2005 zus mit Moreno 1998 Ihre Wirksamkeit ist nach Bl meke 2003 empirisch am besten abgesichert Sie basiert auf drei Hauptannahmen Es gibt erstens einen verbalen und einen nonverbalen visuellen Kanal mit zwei unterschiedlichen kognitiven Codierungen f r verbale und nicht verbale Informationen basierend auf Paivios 1990 Dual Coding Theory zweitens geht Lernen mit kognitiver Belastung einher jeder Kanal hat eine begrenzte Kapazit t und Lernen gelingt um so besser je geringer die Belastung ist basierend auf der Cognitive Load Theory von Sweller 1988 und drittens ist Lernen ein aktiver Prozess des Filterns Ausw hlens Organisierens und Integrierens von Informationen auf Basis zuvor erlangten Wissens basierend auf dem Konstruktivismus Mayer 2005 vgl auch Bl meke 2003 MULTIMEDIA SENSORISC
237. he Software GmbH Tel 49 0 2405 64 571 0 sales simcon worldwide com Mansfeld 9 Anhang 248 e Simpoe Mold Demo erh ltlich Fi Spritzgie simulation Formf llanalyse SIMPOE Zielgruppen e Formenbauer e Werkzeugmacher e Rheologieexperten e Maschinenbauingenieure e Designer e Konstrukteure Dialogsprachen Deutsch Englisch Dokumentation Benutzerhandbuch Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport nicht erforderlich Wartung gegen Entgelt Preis ab 5 950 EUR 5 000 EUR zzgl 19 MwSt pro Arbeitsplatz SsimpoeWorks Basisversion ab 9 520 EUR 8 000 EUR zzgl 19 MwSt pro Arbeitsplatz SimpoeDesigner Basisversion ab 32 130 EUR 27 000 EUR zzgl 19 MwSt pro Arbeitsplatz SimpoeWorks Vollversion Sitz des Herstellers Deutschland Hersteller SIMPOE GmbH Herr Dipl Ing Frank Will Tel 04264 83799 O info simpoe de e Sysweld A Schwei simulation Anbieter ESI Group Nathalie David Franc Leiterin Kommunikation Tel 33 141 735835 nathalie david franc esi group com e MAGMA Demo erh ltlich kafa Simulationswerkzeug f r die Fertigung von Gussteilen Einsetzbar f r alle Werkstoffe und Gie verfahren Zielgruppen e Entwicklung e Konstruktion e Forschung Mansfeld 9 Anhang 249 Dialogsprachen Deutsch Englisch Dokumentation Benutzerhandbuch Schulung gegen Entgelt Preis n a Sitz des Herstellers Deutschland Anbieter MAGMA Kackerststra e 11 5207
238. hichtdicke die auf den Leiterplatten abgeschieden wird vorab ber cksichtigt eine gleichm ige Kupferdichte erreicht und so Produktionsfehler vermieden werden Simulationsprogramme werden inzwischen aber immer fter auch dazu verwendet sogenannte Soft Skills wie Teamentwicklung interkulturelle Zusammenarbeit zu entwickeln Euler et al 2006 S 440 Teilweise bildet sich dieser Wandel in den Curricula der Berufsschulen zu den einzelnen Berufen bereits ab So ist in den Rahmenlehrpl nen der KMK z B vorgesehen dass die Sch lerinnen und Sch ler CNC Programme entwickeln und sie durch Simulationen berpr fen sollen vgl z B die Rahmenlehrpl ne der Industrie und der Zerspanungsmechaniker innen LF 8 KMK 20043 2004b Werkzeugmechaniker innen LF 10 KMK 2004c Produktionstechnolog inn en LF 7 KMK 2008a F r den Ausbildungsberuf des der Produktionstechnologen in geh rt bspw die Einrichtung von Produktionsanlagen aber auch die Simulation von Produktionsprozessen zum Curriculum KMK 2008a LF 11 etc Dabei m ssen die Auszubildenden mit verschiedenen Handhabungssystemen operieren deren Mansfeld 2 Disposition 42 Spektrum von einfachen Einlegeger ten und Manipulatoren ber Industrie und Serviceroboter bis hin zur Programmierung von Robotern reicht Abbildung 10 Im elektrotechnischen Bereich sollen auszubildende Elektroniker innen der verschiedenen Fachrichtungen elektrische Antriebssysteme EMV gerecht installie
239. hmen ausf hrt einer Datenverwaltung die die Daten von Ein und Ausgabe und Simulationsergebnissen etc des Programms abstimmt die Benutzeroberfl che mit deren Hilfe der Nutzer die Nutzerin mit dem Programm interagieren kann und einer Schnittstelle zu weiteren Programmen wenn bspw die Simulationsergebnisse in einem weiteren Programm verwendet werden sollen bzw Daten aus einem anderen Programm in die Simulation bernommen werden sollen s Abbildung 2 Datenverwaltung Schnittstelle Simulatorkern I gt externe Applikationen Modelldatenbank En N Ergebnisdatenbank Abbildung 2 Aufbau von Simulationssystemen Vajna et al 2009 S 154 Zieht man Literatur aus den Anf ngen der modernen Computertechnik heran findet man wie bspw bei Krampe et al 1974 Definitionen die auf den Bereich der Systemtechnik bezogen sind Sie verstehen unter Simulation das modellhafte Nachbilden eines kybernetischen Systems durch andere kybernetische Systeme Klaus 1969 nach Krampe et al 1974 und erg nzen Erfolgt die Nachbildung mit Hilfe von Digitalrechnern dann wird von digitaler Systemsimulation oder Digitalsimulation gesprochen Krampe et al 1974 S 163 In der Literatur die Simulationen unter didaktischen Aspekten betrachtet wird der Begriff meist weniger explizit und nur vereinzelt unter technischen Gesichtspunkten betrachtet Kybernetik die lt gr Steuermannskunst gt wissenschaftliche Forschungsrichtu
240. hnik nimmt in den meisten Lehrpl nen nur einen kleinen Teil der Ausbildung ein Bei den Elektronikern und Elektronikerinnen f r Automatisierungstechnik im Lernfeld 8 Antriebssysteme ausw hlen und integrieren bei Industriemechanikern und Industriemechanikerinnen im Lernfeld 13 Sicherstellen der Betriebsf higkeit automatisierter Systeme und bei den Produktionstechnologinnen und Produktionstechnologen im Lernfeld 9 Einrichten von Handhabungs und Materialflusssystemen KMK 2003a 2004a 2008a Roy hat dazu zusammen mit einem Lehrer ein Unterrichtsprojekt mit 13 Facharbeitern Absolventen der Fachoberschule aus den Bereichen Metall und Elektrotechnik durchgef hrt Nach ausf hrlichen theoretischen Einf hrungen Vortr ge Vorf hrung zweier Videos und zielorientierten Diskussionen ebd S 176 ff sollten die Lernenden vorbereitete Aufgaben mithilfe des Simulators Robotik Profi der Firma Keller in Gruppen l sen und danach die Ergebnisse pr sentieren Im Anschluss hat er die Lernenden Testaufgaben l sen lassen um zu berpr fen welche fachlichen Inhalte erlernt wurden und eine Befragung durchgef hrt wie die Lernenden die Qualit t des Simulators einsch tzen Roys Fazit ist dass Simulationen einen Beitrag dazu leisten k nnen handlungsorientiertes Lehren und Lernen in der gewerblich technischen Berufsausbildung zu unterst tzen und Kenntnise auf dem Gebiet der Handhabungstechnik zu vermitteln Viele Fragen dazu welchen konkrete
241. hniker und Ingenieure mit konstruktiven T tigkeitsbereichen als auch angehende Gie ereimechaniker Serienfertigung ist ein Qualit tsmerkmal der Gusskonstruktion Durch die digitale Vorwegnahme k nnen N herungsl sungen f r die Str mungs und W rmeleitungsgleichungen mit der finiten Elemente oder der finiten Differenzen Methode berechnen werden Da die Herstellung von Form und Modell teuer ist aber viele Parameter wie bspw die Dimensionierung des Anschnittsystems oder die Speisungsm glichkeiten eine wichtige Rolle spielen ist die berpr fung mithilfe einer Gie simulation ein probates Mittel Die Gie simulation bietet die M glichkeit H Auf die Finite Elemente Methode wird in Kap 4 noch n her eingegangen vertiefend zu diesem Thema empfehlen sich Buchmayer 2002 Vajna Weber et al 2009 Klocke K nig 2006 2008 Woyand 2004 Mansfeld 2 Disposition 44 bereits in der Entwicklungsphase eines Produktes die Gie barkeit die zu erwartenden Gef ge und Eigenschaften zu pr fen Buchmayr 2002 S 295ff Weiterhin k nnen die Simulationen als Kommunikationsmedium zwischen Entwicklern Auftraggebern und Gie ereien dienen da sie optisch verdeutlichen k nnen was durch Sprache nicht immer eindeutig vermittelt werden kann Die Abbildung 12 zeigt Momentaufnahmen der Formf llung und der Erstarrung einer Gie traube mit sechs Bremsscheiben beginnend kurz nach dem Start der Formf llung Die F rbung der Bauteile zeigt dass in geo
242. hr wegzudenken Aus dieser Entwicklung leitet sich die Idee ab diese Medien auch als Lehr und Lernmittel Mansfeld 1 Einleitung 7 gezielt einzusetzen und somit die traditionellen Medien zu erg nzen oder auch zu ersetzen Und eventuell mit diesen Medien verbundene positive Haltungen Motivation auf Lernvorg nge zu bertragen ber dies sind die bereits 1951 in der T binger Resolution ge u erten Bef rchtungen dass das geistige Leben in Gefahr ist durch die F lle des Stoffes zu ersticken und die Forderung dass die Durchdringung des Wesentlichen der Unterrichtsgegenst nde den unbedingten Vorrang vor jeder Ausweitung des stofflichen Bereiches Wagenschein 1951 S 625 haben sollte ist heute so aktuell wie damals Der Vorschlag Wagenscheins und anderer der F lle des Stoffs durch exemplarisches Lernen zu begegnen ist immer noch akut Simulationen bieten die M glichkeit einer exemplarischen Erschlie ung des Fach Wissens Auch sprechen Erkenntnise aus den verschiedenen Bereichen der Lehr Lernforschung f r die Anwendung von Simulationen im Unterricht So haben verschiedene Studien nachgewiesen dass die Lernmotivation durch Computersimulationen verbessert wird Die Ursachen k nnten einerseits darin liegen dass Lernende sofort Reaktionen auf ihre Handlungen von den Computerprogrammen bekommen und so ein Flow erzeugt wird bei dem der Lernende vom Handlungsablauf g nzlich beansprucht wird und seine Aufmerksamkeit v
243. hre Eignung f r Bildungsg nge und Modellfunktionen die sie im Unterricht bernehmen kann 137 Tabelle 15 Simulationssoftware f r den elektrotechnischen Bereich ihre Eignung f r Bildungsg nge und Modellfunktionen die sie im Unterricht bernehmen Mansfeld 8 Verzeichnis der Tabellen und Abbildungen 226 Tabelle 16 Weitere Simulationssoftware ihre Eignung f r Bildungsg nge und Modellfunktionen die sie im Unterricht bernehmen kann 145 8 2 Abbildungen Abbildung 1 Klassifikation von Simulationen nach VDI 2209 Vajna et al 2009 S Abbildung 2 Aufbau von Simulationssystemen Vajna et al 2009 S 154 27 Abbildung 3 Modell der Simulation von Berufs und Arbeitssituationen Bonz 2009 Abbildung 4 Erm dungspr fung mit Ansys nCodeDesignlife Mattwich und Friederici 2011 35 S a2 2u 0 2er E E 37 Abbildung 5 Zylinderinnenstr mungsmodell eines Kfz Motors Ansys CFX IDAC Abbildung 6 Schaltungssimulation mit simulationsgest tztem Messger t Multisim National instruments 2 Binnen en 39 Abbildung 7 Ausbreitungseffekte an einem Telekommunikations Rack bei einer EMV Sim lation SGS 2013 anna ra 40 Abbildung 8 Temperaturprofil in einer Computer Grafikkarte Ansys Icepak IDAC Abbildung 9 Str munsgslinien und Darstellung der Temperaturverteilung FloEFD f r NX CFD eingebettet in Siemens NX Mentor Graphics 2013 41
244. hreibt Pongratz 2010 intendieren konstruktivistische Didaktiken oft nur die Etablierung einer anderen Einstellung zu Fachwissen und nicht die Aneignung neuer Fachkompetenzen Der Lehrende gibt die Verantwortung f r die Lernergebnisse an den Lernenden ab Daneben ist es meist u erst aufwendig situierte Lehr Lern Arrangements auszuarbeiten Holzinger 2001 Helmke 2010 Helmke 2010 schl gt vor Konstruktion mit Instruktion zu verbinden Da Lernen zwar grunds tzlich individuell aktiv und selbstgesteuert geschieht ist die Aufgabe der Lehrenden Konstruktionen zu aktivieren und zu arrangieren Trotzdem brauchen die Lernenden ebenfalls Unterst tzung um sich zurechtzufinden sowie Anleitung und manchmal auch Hilfestellung F r gem igte Konstruktivisten stehen Konstruktion und Instruktion auch nicht im Widerspruch vielmehr wird Instruktion als Erg nzung angesehen Gerstenmaier und Mandl 2009 F r problemorientierten Unterricht empfehlen Reinmann und Mandl 2006 deshalb dass situiert und anhand authentischer gegenwartsnaher Probleme gelernt werden soll die an das Vorwissen der Lernenden ankn pfen Den Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 59 Lernenden sollen verschiedene Sichtweisen auf die Problemstellung dargelegt werden und sie sollen m glichst zum aktiven Handeln angeregt werden Der Unterricht sollte wenigstens teilweise in Gruppen oder Partnerarbeit stattfinden und es sollte mit instruktionaler Hilfestellung
245. hren 247 9 1 5 Simulationssoftware SPS sssssssssseseesssssseerssssseeresssserressssserresssseeeee 252 9 16 ROBOtErsImUlatlion anne 254 9 1 7 EDA CAD Simulationssoftware f r den elektrotechnischen Bereich IE STREET 257 9 1 8 Weitere Simulationssoftware e ccsssssesnsssnnsnnennnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnn nenn 265 Mansfeld 1 Einleitung 5 You don t understand anything until you learn it more than one way Marvin Minsky Professor f r Media Arts and Sciences Elektrotechnik und Informatik 1927 1 Einleitung Zur Kl rung vorweg In dieser Arbeit werden ausschlie lich Computersimulationen betrachtet demnach ein Bereich der digitalen Medien oder konkreter Multimedia Warum sollten Simulationen berhaupt im Unterricht der Berufsschule ber cksichtigt werden Hier spielen mehrere Aspekte eine Rolle Zum einen die Lebens und Arbeitswelt der k nftigen Facharbeiter In der Industrie bei der Entwicklung von technischen Produkten und auch in der Wissenschaft gewinnen Simulationen immer mehr an Bedeutung Ein gro er Teil unseres Alltags wird inzwischen durch Simulationen mitbestimmt So werden mit Simulationen zuk nftige Sachverhalte bewertet Ein bekanntes Beispiel ist an dieser Stelle die Wettervorhersage mithilfe von Simulationen Jeden Abend nach den Nachrichten zeigen Meteorologen mittels einer Simulation erstellte Wolken und Windvorhersage Filme Gef hrliche oder ethisch nicht v
246. http www wilo de de home service support wilo brain qualifizierungen wilo brain instrumente UO006gXfheSo zuletzt aktualisiert am 26 07 2012 zuletzt gepr ft am 09 01 2013 Winzker Marco 2008 Elektronik f r Entscheider Grundwissen f r Wirtschaft und Technik mit 6 Tabellen 26 Beispielen 16 bungen und 82 Aufgaben 1 Aufl Wiesbaden Vieweg Yenka 2013 Online verf gbar unter http www yenka com de Home zuletzt gepr ft am 09 01 2013 7 5 Literaturverzeichnis Kapitel 5 Bader Reinhard 2003 Lernfelder konstruieren Lernsituationen entwickeln In Die berufsbildende Schule 55 7 8 S 210 217 FESTO Didactic 2012a CIROS Automation Suite Messepr sentation FESTO Didactic 2012b CIROS Simulation in der Ausbildung Professionell ausbilden in virtuellen Lernumgebungen Messepr sentation Gieselmann Hartmut 2002 Der virtuelle Krieg Zwischen Schein und Wirklichkeit im Computerspiel Hannover Offizin Grafe Silke 2008 F rderung von Probleml sef higkeit beim Lernen mit Computersimulationen Grundlagen und schulische Anwendungen Klinkhardt Gudjons Herbert 2008 Handlungsorientiert lehren und lernen Sch leraktivierung Selbstt tigkeit Projektarbeit 7 Aufl Bad Heilbrunn Klinkhardt Hentig Hartmut von 1984 Das allm hliche Verschwinden der Wirklichkeit Ein P dagoge ermutigt zum Nachdenken ber die neuen Medien M nchen C Hanser Mansfeld 7 Literatur 222 KMK 2003b
247. ianten e Konstruktivismus als Erkenntnis und Wissenschaftstheorie radikaler Konstruktivismus e Neuer Konstruktivismus in der Soziologie Kognitionswissenschaft und Psychologie ebd S 868 mit den Ans tzen des sozialen Konstruktivismus der situierten Kognition und anthropologischen und ethnomethodologischen Ans tzen e Konstruktivistische Ans tze in der Instruktionspsychologie und der Empirischen P dagogik ebd S 868 mit Instruktionsans tzen zur Gestaltung von Lernumgebungen wie bspw der Anchored Instruction Ansatz der Cognitive Flexibility Ansatz oder der Cognitive Apprenticeship Ansatz Dabei steht bei den Vertretern der radikal konstruktivistischen Betrachtungsweise Manturana v Glasersfeld v Foerster die Ansicht im Zentrum dass sich die Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 53 Au enwelt dem Menschen erkenntnistheoretisch entzieht und Wahrnehmung auf Konstruktion und Interpretation basiert Das menschliche Gehirn wird als ein Informationell geschlossenes System Baumgartner und Payr 1999 S 110 gesehen Maturana und Varela 1980 nennen solche Systeme autopoietisch Autopoietische Systeme sind selbstreferenziell steuern ihre Zust nde also intern operativ geschlossen und haben eine strukturelle Kopplung zu ihrer Umgebung d h Kommunikation zur Au enwelt wird vom System ausgesucht Damit sind Objektivit t subjektunabh ngiges Denken und Verstehen ausgeschlossen Wirklichkeit wird erst da
248. ich ben tigte Informationen und Arbeitsmittel zur Verf gung Winther und Achtenhagen kommen zu dem Schluss dass mithilfe der Simulation ALUSIM handlungsbasierte und verstehensbasierte Kompetenzen getrennt erfasst werden k nnen und dass diese Simulation die Basis f r ein VET LSA in dieser Dom ne liefern kann Dar ber hinaus sind sie der Ansicht dass mit dieser Methode auch die Leistungsf higkeit und Defizite von Lehr Lernprozessen aufzudecken sind Winther und Achtenhagen 2009 Winther 2010 Achtenhagen und Winther 2011 Im allgemeinbildenden Bereich untersuchte Grafe 2008 ob die Probleml sef higkeit mit Hilfe von Computersimulationen gef rdert werden kann Sie entwickelte Unterrichtseinheiten unter Einbeziehung von Simulationen f r das Fach Politik in der 10 Jahrgangsstufe und kam zu dem Ergebnis dass die handlungs und entwicklungsorientierte Didaktik in der vorliegenden Anwendung grunds tzlich als geeignet gesehen werden kann Probleml sef higkeit beim Lernen mit Computersimulationen zu f rdern Grafe 2008 S 273 Mandl Gruber et al 1993 besch ftigen sich mit der Frage ob das im Studium erworbene Wissen im Umgang mit Simulationsmodellen ein und umsetzbar ist Sie stellten fest dass Studenten der Wirtschaftswissenschaften in der Steuerung eines computersimulierten Unternehmens nicht erfolgreicher sind als P dagogikstudenten Es ist allerdings fraglich welche Schlussfolgerungen daraus auf die Methoden der Wissensvermi
249. icht 3 Verbindung von sachbezogenem und sozialem Lernen 4 Dabei wird unter dem Exemplarischen Lernen ein Bildendes Lernen das die Selbst ndigkeit des Lernenden f rdert also zu weiterwirkenden Erkenntnissen F higkeiten Einstellungen f hrt verstanden Klafki 2007 S 143 Die Lernenden sollen keine Einzelkenntnisse f higkeiten und fertigkeiten reproduzieren sondern an ausgew hlten Beispielen verallgemeinerbare Kenntnisse F higkeiten Einstellungen erwerben ebd Intention ist dabei Lernenden ein selbstst ndiges Lernen zu erm glichen jenseits von reiner Wissensvermittlung Dies ist jedoch nur dann erreichbar wenn das Lehr Lern Arrangement einerseits an den Voraussetzungen der Lernenden orientiert ist und es andererseits so gestaltet ist dass von Lernenden die selbstst ndige Erarbeitung auch gefordert und gef rdert wird Exemplarisches Lernen bedeutet aber nicht dass die in dieser Arbeitsweise erworbenen Kenntnisse nur an einem Beispiel gelernt werden sollen Wichtig in diesem Zusammenhang ist Auch hier sind bung Wiederholung Anwendung und Erprobung notwendig ebd S 155 Durch die Wiederholung tritt nicht nur eine Verfestigung des Erlernten ein sondern gleichzeitig erfahren die Lernenden dass die beispielhaft erworbenen Methoden und Praktiken auch bei der Erarbeitung neuer Fragestellungen hilfreich und sinnvoll sind Klafki 2007 S 155 Dabei betont Klafki dass f r das exemplarische Lernen ein
250. ie in die Lage versetzt komplexe Aufgaben selbstst ndig zu l sen selbstst ndig zu denken und zu handeln sodass sich bei ihnen eine berufliche M ndigkeit entwickelt Arnold und M nk 2006 S 15 Handlungsorientierter Unterricht ist nach Auffassung der meisten Didaktiker das Konzept zur Erreichung dieser Ziele Bader 2004b Auch wenn dieses Konzept neu zu sein scheint weist Lipsmeier 2000a darauf hin dass das Prinzip Handlungsorientierung in der Berufsp dagogik eine lange Tradition hat ebd S 85 denn schon Kerschensteiner identifizierte die F higkeit zur Aneignung von Wissen und zum eigenst ndigen Handeln als das Wertvollste was wir einem Sch ler geben k nnen Kerschensteiner 1906 1954 S 85 zit nach Lipsmeier 2000a S 64 Der Begriff Handlungsorientierung besitzt in der P dagogik unterschiedliche Auspr gungen und Interpretationen Bader 2004a b Riedl und Schelten 2006 Czycholl und Ebner 2006 Schneider 2005b Auch wenn man sich im Allgemeinen einig ist dass das Konzept des handlungsorientierten Lernens richtig ist f hren die Ansichten dar ber was darunter konkret zu verstehen ist zu vielen Missverst ndnissen Bader 2004b Riedl und Schelten 2006 Die verschiedenen Ans tze stammen entweder aus der Schul oder aus der Berufsbildungsp dagogik Schneider 2005b Sch tte 1998 S 91 charakterisiert Handlungsorientierung als Konzept mittlerer Reichweite das seinen Ursprung in einem ver nderten Ve
251. ie meisten Programme sog Hilfefunktionen diese sind jedoch f r den die unge bte n Anwender in oft nicht zielf hrend F r die Entwicklung eigener Hilfen und Beispielaufgaben k nnen hier die verschiedenen B cher die zu den unterschiedlichen Programmen erh ltlich sind geben f r den Bereich CAD bspw Koehldorfer 2009 2010 Schabacker und Vajna 2007 Vogel 2007 u a Um die Sch lerinnen und Sch ler einzubeziehen Punkt 2 werden sie dazu angeregt sich zu berlegen welche Sachverhalte wie gekl rt werden k nnen und welche Kompetenzen sie evtl f r die Bearbeitung der Aufgabe ben tigen Durch die Beteiligung der Sch lerinnen und Sch ler an den berlegungen zu Zielvorstellungen f r die L sung der Aufgabe wird ihnen die Sinnhaftigkeit ihres Tuns deutlich und sie reflektieren bereits vorhandenes Wissen Die Aufgaben sollten sowohl in Einzel als auch in Gruppenarbeit gel st werden Punkt 3 da Unterricht mit Computern grunds tzlich dazu tendiert Lernende voneinander zu isolieren Meist arbeitet ein Sch ler eine Sch lerin allein am Computer Das ist auch oft notwendig da bspw das Erlernen der Bedienung von Programmen nur m glich ist wenn das Programm angewendet wird nicht wenn dabei zugesehen wird wie ein anderer das Programm bedient Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 162 Umgekehrt f hrt dies aber auch zur Isolation Unterrichtsgespr che und Austausch finden nicht statt Die Interaktionsm glichkei
252. iel f r Auszubildende Produktionstechnologlinn en 168 Unterrichtsbeispiel f r Auszubildende Industriemechaniker innen mit einem didaktisch aufbereiteten Simulationsprogramm 172 Skizzen weiterer Unterrichte ccccacaseseeeeeneeennensnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnennenn 176 5 1 2 Medientheoretische Sicht u2020useneneenenneennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnenenn 176 Mansfeld Inhalt 4 Schulische MirastrUKtU sss a E 178 6 Zusammenf ssung und Ausblicke nun 180 7 EE ENE E R een seen E 189 7 41 Literat rverzeichnis Kapitel 1 189 71 2 Eiterat rverzeichnis Kapitel 2 2 2222 189 7 3 terat rverzeichnis kapitel Bussen 202 7 4 Literaturverzeichnis Kapitel 4 219 Fas Literat rverzeichnis Kapitel Saas aaa 221 7 6 Literaturverzeichnis Kapitel 6 uss22220222000002ennesnnnnnnnnnnnennnnnne nennen 223 8 Verzeichnis der Tabellen und Abbildungen 222222222200200se Renee 225 Sde ToDellenesanssasseikreeeeeereesree rien 225 8 22 SADDIAUNSE N ee 226 9 PAIN Das a a a a a a 228 9 1 Markt bersicht Auswahl an Simulationssoftware mit Betriebssystem Zielgruppen Sprache Programmumfang Anbieter etc 0 000 228 91 1 CAD 3D K onstruktion asssh ae 228 9 1 2 Simulationssoftware f r CAD CAM und CNC eeessseeennsseenneeeennnn 233 9 1 3 Simulationssoftware FEM u 243 9 1 4 Simulationssoftware f r weitere Fertigungsverfa
253. igitalen Welt Medientheoretische Ans tze und Schulforschungsperspektiven 1 Aufl Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften S 43 64 Tulodziecki Gerhard 2012 Medienp dagogische Kompetenz und Standards in der Lehrerbildung In Renate Schulz Zander Birgit Eickelmann Heinz Moser Horst Niesyto und Petra Grell Hg Jahrbuch Medienp dagogik 9 Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften S 271 297 Tulodziecki Gerhard Herzig Bardo 2010 Mediendidaktik Medien in Lehr und Lernprozessen verwenden M nchen KoPaed Urhahne Detlef Harms Ute 2006 Instruktionale Unterst tzung beim Lernen mit Computersimulationen In Unterrichtswissenschaft 34 4 S 358 377 Urhahne Detlef Prenzel Manfred Davier Matthias von Senkbeil Martin Bleschke Michael 2000 Computereinsatz im naturwissenschaftlichen Unterricht Ein berblick ber die p dagogisch psychologischen Grundlagen und ihre Anwendung In Zeitschrift f r Didaktik der Naturwissenschaften 6 S 157 186 VanSickle Ronald L 1986 A quantitative review of research on instructional simulation gaming A twenty year perspective In Theory and Research in Social Education 14 3 S 245 264 Weber Wolfgang G 1994 Arbeit an CNC Werkzeugmaschinen Ein arbeitswissenschaftlicher Leitfaden f r die Praxis Z rich Stuttgart Vdf Hochschulverl an der ETH Z rich Teubner Weidenmann Bernd 2002 Multicodierung und Multimodalit t im Lernprozess In L
254. im Medium selbst zu sehen F r die Ausbildung in der Berufsschule gibt es meist keine spezielle Ausbildungssoftware sondern es wird mit der jeweiligen branchenspezifischen Software gearbeitet Die meisten auf dem Markt befindlichen Simulationen wurden f r die Anwendung in der Produktion oder Logistik entwickelt Hierzu z hlen wie oben gezeigt Programme der Hersteller von Industrierobotern die z B Taktzeiten analysieren und Roboterprogramme erzeugen und die Prozesse simulieren Diese gen gen vorwiegend nicht fach didaktischen Anspr chen Viele zeichnen sich eher durch eine schlechte didaktische Qualit t aus Ursache hierf r ist dass sie f r die Verwendung im industriellen Kontext konzipiert wurden Aber auch einige didaktisch aufbereitete Programme machen da keine Ausnahme Viele von ihnen sind nach behavioristischen bzw Drill and Practice Prinzipien aufgebaut Der Grund daf r ist vermutlich dass die Programme von Technikern bzw Ingenieuren entwickelt werden denen didaktische Prinzipien eher unbekannt sind Aber in beiden F llen sollte es im Interesse der jeweiligen Hersteller liegen sich Gedanken ber didaktische Grunds tze in der Vermittlung zu machen da die Bedienung der Programme ja auch au erhalb von Berufsschulen den Kunden und Facharbeitern in Schulungen und Weiterbildungen nahegebracht werden muss Dennoch k nnen auch Simulationsprogramme die f r die Industrie entwickelt wurden durchaus ebenfalls dazu genutzt werden
255. im metall und elektrotechnischen Bereich dargestellt Es werden Begrifflichkeiten gekl rt dabei wird auf den in diesem Zusammenhang h ufig verwendeten Begriff Medien eingegangen werden dann wird erl utert was unter Simulationen im Kontext dieser Arbeit zu verstehen ist und auf welcher Basis sie im beruflichen Zusammenhang eingesetzt werden Es wird der Wandel der industriellen Produktion und dessen Einfl sse auf die industrielle Facharbeit kurz dargelegt und es werden Beispiele aus verschiedenen Anwendungsbereichen vorgestellt 2 1 Fragestellungen und Hypothesen Studien wie z B Kulik und Kulik 1991 Issing und Schellenberg 1973 und Overing und Travers 1973 weisen darauf hin dass die Wahl des Lehrkonzeptes wichtiger ist als mediale Konzepte vgl Tulodziecki 2002 und ungen gende Erfolge mit computerunterst tztem Lernen vor allem an fehlender lehr und lerntheoretischer Fundierung liegen vgl Weidenmann 2002 Tulodziecki 2011 Kerres 1999 Issing und Klimsa 2002 Thissen 1998 Simulationen an sich sind zun chst einmal nur ein Medium bzw Hilfsmittel wie B cher der Overhead Projektor oder die Tafel Erst wenn die Simulation so in ein Lehr Lern Arrangement eingebunden wird oder so aufbereitet wird dass Lernende die M glichkeit haben Erfahrungen zu sammeln und ihr Wissen zu konstruieren bietet die Simulation neue und andere Optionen Thissen 1998 Die zentrale Fragestellung der Arbeit lautet daher e Wo liegen Poten
256. imedia von Bedeutung sind sind selbstorganisiertes Lernen individuelle Lernumgebungen virtuelle Lerngemeinschaften Tulodziecki und Herzig 2010 Gleichwohl m ssen in diesem Zusammenhang ebenso die G te die didaktische Konzeption und die jeweiligen Grundvoraussetzungen beurteilt und ber cksichtigt werden H rtel et al 2002 Das Lehren und Lernen mit Simulationen st tzt sich in fach und berufsdidaktischer Perspektive auf drei unterschiedliche Diskurse den unterrichtstheoretischen einschlie lich unterrichtsmethodischen 1 den kognitionspsychologischen 2 und den medientheoretischen Aspekt 3 3 4 1 Unterrichtstheoretische bzw fachdidaktische Perspektive Es wird in den meisten F llen nicht gen gen Lernende vor den Computer mit dem entsprechenden Simulationsprogramm zu setzen und sie einfach mal machen zu lassen Um Lerninhalte zu transportieren m ssen sie didaktisch aufbereitet werden Didaktische Methoden sollen helfen tr ges nicht anwendbares Wissen zu Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 69 vermeiden und so nachhaltiges Lernen erm glichen Kerres 2012 Die unterrichtstheoretische und fachdidaktische Perspektive stellt Simulationen als Lehr bzw Lernmittel in den Vordergrund Aspekt der Didaktik Nach Klafki 1994 2007 sollte Unterricht im Sinne folgender vier Unterrichtsprinzipien gestaltet werden Exemplarisches Lehren und Lernen 1 Methodenorientiertes Lernen 2 Handlungsorientierter Unterr
257. immer mehr ab e Anchored Instruction Bransford et al 1990 The Cognition And Technology Group At Vanderbilt CTGV 1990 1992 1993 wo videobasierte Makrokontexte als Ankerreiz dienen Interesse bei den Lernenden wecken sollen und dazu anregen ber komplexe Probleme nachzudenken e Cognitive Flexibility Theory Spiro et al 1988 wo flexibles Anwenden von Wissen gef rdert werden soll indem verschiedene Perspektiven durch die Lernenden eingenommen werden das Problem so von unterschiedlichen Seiten betrachtet wird um so das L sen komplexer Probleme zu erlernen Mandl et al 2002 Holzinger 2001 Technologiebasierte Lernumgebungen k nnen nach Mandl Gruber und Renkl 2002 einen Beitrag dazu leisten die Kluft zwischen der Lernsituation und der realen Berufssituation zu verringern wenn die Lernsituation mit der Anwendunsgssituation vergleichbar gestaltet ist Dadurch kann Wissen in einem aktiven Konstruktionsprozess vom Lernenden generiert werden situiertes Lernen Bei Simulationen ist dies wie der Name intendiert weitgehend gegeben Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 58 Weitere Computerprogramme die die Konstruktion von Wissen erm glichen sind hypertextuelle Lernumgebungen bei denen Informationen Dokumente Bilder Videos ber Links miteinander verbunden sind Netzwerk und Mikrowelten Mikrowelten sind geschlossene k nstliche Umgebungen in denen das zu lernende Wissen versteckt Schulmeister 2007 S
258. in einem Programm offensichtlich sein Interaktionstransparenz Dabei sollten die Wirkungen der Interaktion den Erwartungen entsprechen Erwartungsmapping Die Interaktionen sollten widerspruchsfrei sein und koh rent in ihrer Funktion zumindest innerhalb eines Programms am besten jedoch analog zu gewohnten Programmen wie bspw Microsoft Office Interaktionskonsistenz Funktionskoh renz Programme sollten Unterst tzung bei der Orientierung im Mansfeld 6 Zusammenfassung und Ausblick 187 Programm anbieten Benutzer innen m ssen zu jedem Zeitpunkt die Kontrolle ber die Anwendung haben Programme oder Programmschritte m ssen jederzeit abgebrochen werden k nnen Das System muss m glichst unmittelbar auf Interaktionen reagieren oder zumindest so zeitnah dass die Interaktion mit dem Systemfeedback noch in Verbindung gebracht werden kann Insbesondere die Antwortzeit und die Aspekte die sich auf die Nachvollziehbarkeit beziehen haben Einfl sse auf den Lernprozess Sie k nnen dazu f hren dass Lernende in ihrem Lernprozess unterbrochen werden e Welche Kriterien bestimmen den Einsatz von Simulationen im Unterricht Der Einsatz von Simulationen richtet sich immer nach dem curricularen Zusammenhang Da der Einsatz von Simulationen mit erheblichem Aufwand verbunden ist muss das Verh ltnis von Aufwand und Nutzen sorgf ltig abgewogen werden Grenzen sind insbesondere in den Kosten die durch den Kauf der Programme und Rechner als a
259. ing the application of web based simulation principles within the architecture for a next generation computer generated forces model In Future Generation Computer Systems 17 2 S 159 169 Pabst Antje Zimmer Gerhard 2008 Media Research and Development In Felix Rauner und Rupert Maclean Hg Handbook of Technical and Vocational Education and Training Research Dordrecht Springer Netherlands S 565 573 Padtberg Carola 2005 Sch ler Je mehr am Computer desto d mmer SPIEGEL ONLINE Online verf gbar unter http www spiegel de schulspiegel wissen schueler je mehr am computer desto duemmer a 378164 html zuletzt aktualisiert am 06 10 2005 zuletzt gepr ft am 28 05 2013 Park Yeonjeong 2011 A pedagogical framework for mobile learning Categorizing educational applications of mobile technologies into four types In The International Review of Research in Open and Distance Learning 12 2 Online verf gbar unter http www irrodl org index php irrodl article view 791 1699 zuletzt gepr ft am 3 5 11 Peter en Wilhelm H 1992 Handbuch Unterrichtsplanung Grundfragen Modelle Stufen Dimensionen M nchen Oldenbourg Prenzel Manfred Artelt Cordula Baumert J rgen Blum Werner Hammann Marcus Klieme Eckhard Pekrun Reinhard Hg 2007 PISA 2006 Die Ergebnisse der dritten internationalen Vergleichsstudie Zusammenfassung PISA Konsortium Deutschland Online verf gbar unter http pisa ipn uni kiel de
260. ingungen der Berufsbildung noch deren p dagogische Zielsetzungen hinsichtlich des Erwerbs von Sozial Methoden Personal und Fachkompetenzen Ein letzter Punkt zielt auf die Lehrenden und deren Bereitschaft zu Ver nderungen hinsichtlich des Umgangs mit neuen Lehr Lern Arrangements bzw Neuen Medien Euler et al 2006 Krogoll et al 1988 weisen darauf hin dass die Entwicklung von Unterrichtsmaterialien f r rechnergest tzten Unterricht generell problematisch ist da Software Updates die teilweise innerhalb von sehr kurzen Zeitr umen auftreten dazu f hren k nnen dass sich Bildschirmmasken ndern und dadurch evtl auch Kommunikationsalgorithmen aber teilweise sogar Verarbeitungsalgorithmen ndern Dadurch ist das Unterrichtsmaterial das sich auf die Bedienung des Programms bezieht oft unbrauchbar Sie schlagen deshalb vor den Fokus auf die Vermittlung grunds tzlicher F higkeiten zu setzen Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 83 Dazu kommt noch die Schwierigkeit f r die Schulen geeignete Rechner zur Verf gung zu stellen die instand gehalten und deren Software regelm ig upgedatet werden muss Daf r steht an vielen Schulen keine ausreichende Infrastruktur r umlich und auch personell zur Verf gung Weiterhin weisen Albers et al 2011 darauf hin dass sehr viele Lehrkr fte wenige oder gar keine mediendidaktische Kompetenz aufweisen s folgenden Abschnitt Ein weiterer Punkt der Ber cksichtigun
261. ire sr PEPP wu IE insano ww werge j Crote a numberer opie et ne a og ns ar Yard j i Sew newer u an fS A re se entre 7 a Peien Saved Siain Saa vr an ee S wiem ECTE wor Kix n D ups wc NO tetar P urn ie l denen pii Nesdenn eroas Pa Sie Dya gt in DA RANNAL we SL Venen zi E E ANLADE cr ge K_Varanizpe_H b TETT e Leg a Y mn denn ed er Voreruien Ome OR an Tem Corn sies P 7 77 7755 ra ai A D wo oncied Lorealen er DAR ec Larv ims we re DIE gpd K9 ren z a E_S Prelon P Jim angit ande naa reden deu Yin vun ne rere ren ee DT ee 0 N use a raies P rt VAP acen ara an 7 Hia er 77 IE J pen 2700 a6 Abbildung 10 Oberfl che einer Robotersimulation RobotStudio ABB 2010 Es stellt sich die Frage ob dies ausreichend ist oder ob Simulationen eine st rkere Ber cksichtigung finden sollten da Simulationen oft anschaulicher sind und auch neue Optionen bieten sich inter aktiv mit Lerninhalten auseinanderzusetzen Euler et al 2006 Beispielsweise k nnen Simulationen zur Analyse Auslegung und Optimierung von ebenen sph rischen und r umlichen Gelenk oder Kurvengetrieben Abbildung 11 z B in vollzeitschulischen Bildungsg ngen d h Fachoberschulen beruflichen Gymnasien und Technikerschulen eingesetzt werden Sie k nnen bei kinetischen und konstruktiven Lern und Arbeitsaufgaben dazu dienen mechatronische Bewegungssysteme f r z B Scheibenwischerge
262. is Studentenversion kostet EUR 99 Sitz des Herstellers USA Deutschland Hersteller Simula e ANSYS Demo erh ltlich Au A Software f r numerische Berechnunungen der Strukturmechanik Multiphysik und Elektronik Zielgruppen e Entwicklung e Konstruktion e Forschung Dialogsprachen Deutsch Englisch Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Technische Dokumentation Schulung gegen Entgelt Hotline im Preis enthalten Installationssupport im Preis enthalten Wartung im Preis enthalten Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland Anbieter CADFEM GmbH www cadfem de Tel 49 0 8092 7005 0 Mansfeld 9 Anhang 245 info cadfem de e eccon ipp Au A Graphisch interaktiver Finite Elemente Pre und Postprozessor ECCON IPP ist ein interaktiver Pre und Postprozessor f r Finite Elemente Programme mit der Aufgabe der Tragwerksmodellierung sowie der Darstellung und Auswertung von Rechenergebnissen Neben modernsten Darstellungstechniken verf gt das Programm ber eine automatische Fehlererkennung zur Vermeidung von Berechnungsabbr chen ECCON IPP erstellt die Eingabe und liest die Berechnungsergebnisse von FENAS Dialogsprache n Deutsch Englisch Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Schulung im Preis enthalten Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Erstinstallation 1989 Anzahl der Installationen 90 Preis ab 3
263. is des Modells entwickelt wurden durch Modell Original bzw Modell Produkt Vergleiche Kontroll und Evaluationsfunktion Ideologiekritik gegen ber sich selbst seinem Original Ideologiekritische Funktion 6 anderen Modellen und einer vorfindbaren Realit t Diese Funktionen sind elementar f r das Entwickeln von Computersimulationen f r den Unterricht da Modelle das Wesen der didaktischen Aufgabe einer Simulation bestimmen F ler 2000 Dar ber hinaus k nnen Modellfunktionen nicht nur f r die Entwicklung von Simulationen dienen sondern auch eine M glichkeit sein die Mansfeld 2 Disposition 17 Lernhaltigkeit einer Simulation abzusch tzen Auf diese Modellfunktionen wird in den folgenden Kapiteln der Arbeit noch Bezug genommen Faber 1997 entwickelte einen Motronic Simulator lieferte aber keine validen Daten zu dem an einer Berufsschule mit diesem Simulator durchgef hrten Modellversuch Fletcher und Friese 2008 verfolgten in einem Modellversuch den Ansatz mithilfe eines PC simulierten Gie ereiprozesses in der Industriemeisterausbildung Metalltechnik industrielle Produktionsprozesse nachhaltig zu gestalten Die Autoren sehen in der Verwendung von Computersimulationen des Produktionsprozesses in Verbindung mit Lernaufgaben eine M glichkeit zur F rderung von Kompetenzen zum nachhaltigen Gestalten Ripkens 1999 konzipierte ein simulatives Lernspiel das zur Implementierung von Total Quality Management TQM
264. ischen Bereich systematisch dargestellt Dazu wird erl utert was unter Simulationen zu verstehen ist was Animationen sind und wie sie sich von Simulationen unterscheiden Weiterhin wird dargelegt aus welchem Grund Simulationen im Unterricht von metall und elektrotechnischen Dom nen eine Rolle spielen sollten Am Ende des Kapitels werden exemplarisch einige Simulationsprogramme vorgestellt die f r den Bereich der Beruflichen Bildung im metall und elektrotechnischen Bereich relevant sein k nnten Das dritte Kapitel liefert einen Diskurs zu Lern Lehr und Unterrichtstheorien im Feld der Metall und Elektrotechnik Dazu werden kurz die relevanten Lerntheorien und die didaktischen Konzepte und Unterrichtsmethodik in der beruflichen Bildung vorgestellt Im Anschluss werden die Aspekte die von besonderer Bedeutung f r den Einsatz von Simulationen in der beruflichen Bildung sind beleuchtet Hier werden drei unterschiedliche Diskurse betrachtet die unterrichtstheoretische Perspektive einschlie lich unterrichtsmethodischer Argumente der kognitionspsychologische und der medientheoretischen Aspekt Die unterrichtstheoretische bzw fachdidaktische Perspektive geht insbesondere auf den Aspekt von Simulationen als Lehr bzw Lernmittel ein Unter den kognitionspsychologischen Aspekt fallen auch die Analyse der Aspekte von Modellen mentalen Modellen dem vernetzten Denken kognitiver Mansfeld 2 Disposition 13 Anstrengung und der verschiede
265. ischen und naturwissenschaftlichen Bereichen ist die Kommunikation ohne Modelle kaum vorstellbar So ist es nicht m glich beispielsweise Proteinstrukturen r umliche Darstellungen von Molek len Gitterfehler und Versetzungen in der Werkstoffwissenschaft etc ohne Modelle seien es nun reale Modelle wie z B Kalottenmodelle zur Veranschaulichung von Molek lstrukturen in der Chemie oder das Funktionsmodell einer Fl gelzellenpumpe f r den Overhead Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 91 Projektor oder auch virtuelle Modelle am Computer darzustellen Modelle stellen damit ein unverzichtbares Hilfsmittel f r das Lehren und Lernen dar Animationen und Simulationen sind spezielle Arten von virtuellen Modellen Sie sind meist dynamisch und k nnen dadurch zus tzliche Informationen liefern die ein statisches Modell so nicht generieren k nnte Nach Popp 1970 bilden Modelle nicht die Realit t ab oder nach sondern sind sgrundrisshafte Verdeutlichungen selektierende und approximierende Schemata ebd S 50 Mit Hilfe von Modellen bildet sich eine charakteristische nachvollziehbar gegliederte und auf diese Weise fassbare Realit t heraus in der gehandelt werden kann Ein Modell ist dabei ein vorl ufiges Gebilde das auf einem konsistenten System von Hypothesen Axiomen Deduktionen und oder Prognosen basiert das jedoch generell immer wieder der berpr fung bedarf Modelle sind deshalb oft auch nur als vorl ufig zu b
266. ise auf andere Lernsituationen bertragen bei denen die Simulation eine Trainingsfunktion bernimmt Es werden nur die theoretischen Kenntnisse vermittelt die unmittelbar ben tigt werden um das jeweilige Werkst ck zu fertigen Dadurch erhalten die Kenntnisse einen praxisnahen Kontext und das Gelernte kann systematisiert aufgenommen werden So beinhaltet bspw die erste Lernaufgabe Sticheln von Geraden das Lesen von Zeichnungen die Bestimmung von Konturelementen die Geradendefinition das Koordinatensystem Absolutma e Achsbewegungen und die G Funktionen f r Gerade und Eilgang Auf diese Weise kann am ersten Unterrichtstag oder im darauf folgenden schon ein einfaches Programm f r ein gesticheltes eckiges Fu ballpiktogramm geschrieben werden Krogoll et al 1988 Wesentliches Instrument der mentalen Strukturierung ist beim CLAUS Konzept die Sprache So sollen Lernende beim Auftreten von Problemen die T tigkeit verbalisieren Zus tzlich sollen die Lernenden in Handlungsbegr ndungen ihre L sungsschritte begr nden und erl utern Weiterhin werden Regeln mit Verfahrensvorschriften formuliert Einige Sachverhalte oder auch Arbeitst tigkeiten werden anhand von Videofilmen dargestellt Krogoll et al 1988 Weber 1994 S 218 Es wird deutlich dass eine solche Herangehensweise verlangt dass der oder die Lehrende Experte bzw Expertin auf verschiedenen Gebieten ist da bei der Erstellung von Aufgaben sowohl die fachlichen Grund
267. ister Hg Schule in der digitalen Welt Medientheoretische Ans tze und Schulforschungsperspektiven 1 Aufl Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften S 43 64 Tulodziecki Gerhard Herzig Bardo Bl meke Sigrid 2009 Gestaltung von Unterricht Eine Einf hrung in die Didaktik 2 Aufl Bad Heilbrunn Klinkhardt Turkle Sherry 1984 The second self computers and the human spirit New York Simon and Schuster Urhahne Detlef Harms Ute 2006 Instruktionale Unterst tzung beim Lernen mit Computersimulationen In Unterrichtswissenschaft 34 4 S 358 377 Vogel Harald 2007 SolidWorks 2007 Skizzen Bauteile Baugruppen 2 aktualisierte Aufl M nchen Hanser Weck Manfred Brecher Christian 2006 Werkzeugmaschinen 4 Automatisierung von Maschinen und Anlagen Springer Verlag Woyand Hans Bernhard 2004 Produktentwicklung mit CATIA V5 Mit Animationen auf CD ROM Wilburgstetten Schlembach 7 6 Literaturverzeichnis Kapitel 6 Jarz Ewald M 1997 Entwicklung multimedialer Systeme Planung von Lern und Masseninformationssystemen Wiesbaden Dt Univ Verl Gabler Edition Wissenschaft Forum Produktionswirtschaftliche Forschung Karwowski Waldemar 2012 The Discipline Of Ergonomics And Human Factors In Gavriel Salvendy Hg Handbook of human factors and ergonomics 4 Aufl Hoboken NJ Wiley S 3 31 Kiefer Markus H nig Klaus Hoidekr Harald 2007a Gehirngerechtes Lernen in der beru
268. isuell ist oder nicht Das Problem liegt darin dass die taktilen Vorstellungen von Form und Beschaffenheit der Dinge oft auch einen visuellen Inhalt anzunehmen scheinen beziehungsweise dass sich nicht entscheiden l sst ob die dreidimensionale Erinnerungsform durch ein mentales Bild visueller oder taktiler Art repr sentiert wird Also selbst nach all diesen Jahren kann das Gehirn nicht auseinanderhalten woher es sein Material bezieht Sacks 2011 S 257 Welche kognitiven Prozesse genau ablaufen wenn Bilder wahrgenommen und verarbeitet werden wird in den Kognitionswissenschaften kontrovers diskutiert Stichwort Imagery Debate oder Debatte um bildliche Vorstellung mit den Akteuren Pylyshyn und Kosslyn Kossiyn 1980 1981 wie auch Paivio gehen von einer bildhaften piktoralen Repr sentation aus So behauptet Kosslyn 2005 dass die visuelle Wahrnehmung von der visuellen Vorstellung abh ngt Die Informationen die das Gehirn von der Netzhaut bekommt werden mit den Bildern die im Ged chtnis vorhanden sind synchronisiert nur so k nne die visuelle Erkennung funktionieren Diese Bilder aus der Vorstellung sind seiner Ansicht nach notwendig um zu denken Probleme zu l sen zu planen zu entwerfen und Theorien zu entwickeln Kossiyn nennt dies Duplizit t in der Denkweise der Menschen nach Sacks 2011 S 245 246 Pylyshyn 1973 hingegen geht davon aus dass Informationen in propositionaler Form gespeichert werden d h nur d
269. it FEM Analysen ad quat umgehen zu k nnen ist eine intensive Auseinandersetzung mit den zugrundeliegenden Modellen notwendig Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 154 Deshalb m ssen Lernprozesse durch Lehrende aufmerksam beobachtet und begleitet werden damit Schwierigkeiten schnell erkannt und beseitigt werden k nnen Bei der Arbeit mit Simulationen muss den Lernenden daher permanent bewusst sein dass diese auf Modellen basieren und welche Grenzen dadurch gegeben sind Die Anwendung von Modellen im Unterricht und somit auch die Anwendung der auf ihnen basierenden Simulationen setzt nicht nur konstruktive Optionen zum Wissenserwerb in Gang sondern kann auch Schwierigkeiten erzeugen insbesondere wenn die Bedeutung des Modells falsch beurteilt wurde Meist wird nicht hinterfragt was tats chlich von dem Modell zum Ausdruck gebracht wird dadurch kann es passieren dass Modelle losgel st von ihrer eigentlichen Bedeutung eine eigene Realit t entwickeln Durch seine Subjektivit t seine Reduktion auf wesentliche Gesichtspunkte seine Akzentuierung bestimmter Zusammenh nge und seine Perspektivit t muss jedes Modell genau analysiert werden ob es wirklich das Wissen die Zusammenh nge vermittelt die intendiert sind Aus den unterschiedlichen Verwendungszwecken von Modellen vgl S 91 ergeben sich m glicherweise Schwierigkeiten bei der Verwendung von Simulationen aus dem Industriebereich im Fachunterricht Die Modell
270. it der simulierten beruflichen Situation ebd S 132 auseinandersetzen sollen und andererseits Simulationsspiele die konkrete Elemente beruflicher Aktivit ten im Rahmen eines Spiels abbilden wodurch jeweils Lernhandeln provoziert werde Mansfeld 2 Disposition 29 Berufs und Arbeitssituation in der Realit t Transformation Abbildung simulierte Wirklichkeit als Lern Arrangement Zielsetzung Planung Ausf hrung Bewertung Lernhandeln Handlungsfolgen Handlungsprodukt Generalisierung Transfer Realit tder Berufs und Arbeitswelt Abbildung 3 Modell der Simulation von Berufs und Arbeitssituationen Bonz 2009 S 129 Euler 1992 definiert Simulation nicht als Begriff Er unterscheidet zwischen Verhaltens Entscheidungs und Anwendungssimulationen Die Verhaltenssimulation soll sozial kommunikatives Handeln vorbereiten und reflektieren wobei die zur Auswahl stehenden M glichkeiten nicht offen sind sondern modellhaft verk rzt Ott 2007 S 156 Ott 2007 nennt hier als Beispiel die Simulation eines Bewerbungsgespr chs Bei Entscheidungssimulation bilden physikalische Objekte und sozial kommunikative Handlungssysteme Modellgrundlage Euler 1992 S 26 Dabei wird ein Modell eines realen oder hypothetischen Systems reproduziert das Lernende durch Variation festgelegter Daten beeinflussen k nnen Beispiele hierf r sind Fahr oder Flugsimulatoren Ott 2007 Mithilfe der Anwendungssimulation kann die Bedienung
271. itive Load vgl Abschnitt 3 4 2 S 102 nicht zu hoch wird W hrend an der intrinsischen kognitiven Belastung durch die Gestaltung des Lehr Lern Arrangements oft nicht viel ver ndert werden kann da sie auf der intrinsischen Natur des zu lernenden Inhalts beruht also wie schwierig komplex oder kompliziert der Lernstoff f r die Lernenden ist wird das Ver nderungspotenzial vor allem in der Verringerung der extrinsischen kognitiven Belastung liegen Diese wird durch die Gestaltung der Lehrmaterialien bzw die Bedingungen des Lehr Lern Arrangements bestimmt Oft wird bei der Planung von Unterricht untersch tzt wie viel kognitive Kapazit t f r die Bedienung des Programms ben tigt wird die dann nicht mehr f r die Besch ftigung mit den zu lernenden Inhalten zur Verf gung steht Lehrende m ssen dies bei der Gestaltung von Lehr Lern Arrangements mit Simulationen einsch tzen und ber cksichtigen Wie gro die kognitive Belastung ist die f r die Bedienung des Programms ben tigt wird h ngt einerseits von den Kenntnissen der Sch lerinnen und Sch ler ab also ob sie zuvor mit dem entsprechenden Programm bereits gearbeitet haben und welche Fachkenntnisse sie in dem jeweiligen Gebiet bereits besitzen andererseits von den kognitiven F higkeiten der Lernenden Bei Sch lerinnen und Sch lern mit geringeren kognitiven F higkeiten ist die Belastungsgrenze fr her erreicht als bei leistungsst rkeren Ebenso spielt eine Rolle ob in Einzel
272. keiten sind im englischsprachigen Raum nicht gleich Kerres 2012 Die Begriffe Bildung und Didaktik sind nicht gebr uchlich die Hypothesen und Ansatzpunkte unterscheiden sich ebenfalls s u 5 Die Studien vergleichen meist computergest tzten Unterricht mit Frontalunterricht oder sogar Vorlesungen moderne Lehr und Lernformen finden keine Ber cksichtigung vgl hierzu auch Schulmeister 2007 S 363ff 6 Henrich et al 2010a b gehen bei ihrer Kritik an in Studien erhobenen Daten noch weiter als Bl meke 2003 vgl S 21 Sie behaupten dass US amerikanische Psychologen und Verhaltensforscher und die meisten Forscher aus den westlichen Industriestaaten gemeint sind Nordamerika Europa Australien Neuseeland und Israel ihre Erkenntnisse aus nichtrepr sentativen Gruppen beziehen Sie beziehen sich dabei auf eine Analyse von Artikeln aus sechs der bedeutendsten Fachzeitschriften der American Psychological Association APA von Arnett 2008 zwischen 2003 2007 Nach Henrich et al stammen somit die psychologischen Erkenntnisse in der Mehrzahl der F lle von Probanden die sie mit dem Akronym WEIRD white educated industrialized rich democratic bezeichnen Menschen also die wei und gebildet sind und aus industrialisierten reichen demokratischen Gesellschaften stammen Dar ber hinaus weisen Henrich et al darauf hin dass 67 der amerikanischen Stichproben und 80 der Stichproben anderer L nder einzig und allein aus Studiena
273. konzepte und Unterrichtsmethoden in der dualen Berufsausbildung der L nder Nordrhein Westfalen und Sachsen Anhalt Bielefeld Bertelsmann S 11 37 Bader Reinhard 2004Ab Handlungsorientierung als didaktisch methodisches Konzept der Berufsbildung In Reinhard Bader und Martina M ller Hg Unterrichtsgestaltung nach dem Lernfeldkonzept Dokumentation zum BLK Modellversuchsverbund SELUBA Steigerung der Effizienz neuer Lernkonzepte und Unterrichtsmethoden in der dualen Berufsausbildung der L nder Nordrhein Westfalen und Sachsen Anhalt Bielefeld Bertelsmann S 61 68 Badke Schaub Petra Hofinger Gesine Lauche Kristina 2008 Human factors Psychologie sicheren Handelns in Risikobranchen 1 Aufl Berlin Springer Baethge Martin Baethge Kinsky Volker 1998 Jenseits von Beruf und Beruflichkeit Neue Formen von Arbeitsorganisation und Besch ftigung und ihre Bedeutung f r eine zentrale Kategorie gesellschaftlicher Integration In Mitteilungen aus der Arbeitsmarkt und Berufsforschung 31 3 S 461 472 Ballstaedt Steffen Peter 2004 Kognition und Wahrnehmung in der Informations und Wissensgesellschaft Konsequenzen gesellschaftlicher Ver nderungen f r die Psyche In Hans Dieter K bler und Elmar Elling Hg Wissensgesellschaft Neue Mansfeld 7 Literatur 204 Medien und ihre Konsequenzen Bonn BPB Fachbereich Multimedia IT S 621 641 Baumgartner Peter 2003 E Learning Lerntheorien und Lernwerkzeug
274. l CAM Teil und einem CNC Teil CIMCO EDIT Editieren von CNC Programmen Edgecam CAM System im Anwendungsbereich 2 5 Achsfr sen Drehen und Fr s Drehstrategien 5 5 ESPRIT 2D 3D CAM f r Fr sen Drehen Drehfr sen und Erodieren KELLERplus CAMplus SYMplus TECHNICplus CNC Software f r Qualifizierung und Produktion CAMplus Programmiersystem f r eine kostenreduzierende Fertigung SYMplus Programm f r die CNC Aus und Weiterbildung TECHNICplus soll die L cke zwischen allgemeiner und beruflicher Bildung schlie en Fortsetzung n chste Seite au iu Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 129 Eignung f r Bildungsg nge NC OPT S NC OPT L CAD CAM System zur Programmierung von CNC Maschinen in der Blechbearbeitung Automatische und interaktive Programmerstellung f r Stanzen Nibbeln und Strahlschneiden Tafelbelegungen bis hin zur Auftragsverschachtelung und Anbindung an vorhandenes PPS System Manipulations und Optimierungsfunktionen NC Programme f r beliebige Maschinen und Steuerungen bis hin zur neuesten Generation inkl aller Zusatzeinrichtungen NCSIMUL E E Maschinen Simulations Software f r das Testen Optimieren und Ausf hren von Maschinenprogrammen f r NC Maschinen NC Trainer EXSL WIN E E dialoggef hrte Software f r den Einstieg in die CNC Programmierung von NC Drehmaschinen und NC Fr smaschi
275. l ssigt Die Nutzung von Computern kann dazu f hren dass Lernende sich ihre Wirklichkeit aus Fragmenten durch wahlloses Ausprobieren erschaffen Dadurch kann kein systematisches Verst ndnis f r Vorg nge entwickelt werden Dem kann jedoch mit Turkle 1984 entgegengesetzt werden dass das Ausprobieren das Zusammenstellen das Experimentieren dem Umgang mit dem Computer angemessener oder jedenfalls genauso angemessen sei wie der des logisch abstrakten Denkens und planvollen Vorgehens zit nach Schelhowe 2007 S 145 Nicht immer ist es notwendig dass s mtliche Schritte nachvollzogen werden k nnen oder die Strukturen verstanden werden um mit Simulationen etwas zu lernen Vielmehr kann die Simulation hier auch einen Ansatz zum Umgang mit Komplexit t liefern Eventuell ist es gerade wegen der Komplexit t heutiger Produkte nicht immer notwendig jedes kleine Detail zu verstehen M glicherweise erwirbt sich die F higkeit zu erfolgreichem Handeln in komplexen Umfeldern effektiver durch Versuch und Irrtum Vielleicht liefern hierf r Computersimulationen die M glichkeit 5 1 1 Unterrichtsbeispiele mit Simulation In diesem Abschnitt werden verschiedene Szenarien f r Unterricht mit Simulationen vorgestellt auf die sich teilweise im obigen Abschnitt bezogen wurde Dazu wird zun chst ein Unterricht mit einer Robotersimulation f r angehende Produktionstechnologlinn en skizziert in dem die Simulation eine Antizipations bzw Prognos
276. l vollst ndige Absatzm rkte weg und Konkurrenzprodukte erscheinen schneller als fr her auf dem Markt Zudem besteht durch den demografischen Wandel Fachkr ftemangel Daneben ndern sich Bestimmungen Gesetze und bereink nfte wodurch sich oft auch die Produkte und ihre Herstellung ndern m ssen Unternehmen m ssen wandlungsf hig sein um auf diese Entwicklungen zu reagieren Dreh und Angelpunkt ist hier vor allem die Wandlungsf higkeit des Produktionsprozesses Das Unternehmen muss in der Lage sein seine Organisationsstrukturen und seine Ressourcen kontinuierlich an die sich ndernden Bedingungen anzupassen vgl Westk mper 2009a b Aus diesen Gr nden etabliert sich die digitale Fabrik als wegweisendes Produktionskonzept Die digitale Fabrik erm glicht die durchg ngige experimentierf hige Planung Evaluierung und Steuerung von Produktionsprozessen und anlagen mithilfe digitaler Modelle Z h et al 2003 S 76 Das bedeutet dass im gesamten Produktplanungs entwicklungs herstellungs und distributionsprozess Simulationen angewendet werden bzw eine tragende Rolle spielen Damit sind Simulationen auch f r die Facharbeiterausbildung relevant Dar ber hinaus spielen Medien und Simulationen sind wie oben angemerkt digitale Medien in unserem Alltag eine gro e Rolle Neben dem Fernsehen sind Computer Mobiltelefone und Spielkonsolen aus dem Leben der meisten Jugendlichen aber auch vieler Erwachsener nicht me
277. lagen bekannt sein m ssen als auch eine gewisse Erfahrung in der Entwicklung von Aufgabenstellungen Er bzw sie muss einsch tzen k nnen welche F higkeiten f r die entsprechende Aufgabe ben tigt werden ob diese F higkeiten in dem vorgesehenen Zeitrahmen erworben werden k nnen und welche Schwierigkeiten auftreten k nnen Besonders f r die ersten Lernaufgaben ist es schwierig konkrete Aufgabenstellungen zu finden die die Lernenden nicht ber aber auch nicht unterfordern und trotzdem alle Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 79 ausschlaggebenden Eigenschaften eines CNC Programms enthalten und ein erleb oder sichtbares Ergebnis liefern Dieser Ansatz l sst sich jedoch nicht auf alle Simulationen oder ihre Modellfunktionen bertragen Wie jeder andere Unterricht erfordert also auch Unterricht mit Simulationen intensive Vorbereitung Zun chst sollten die Ziele des Unterrichts gekl rt werden der inhaltliche Kern auf den der Unterricht abzielt Tulodziecki und Herzig 2010 Ma gebend sind Kompetenzstand und profil der Lernenden Danach sollte berlegt werden wie die Inhalte lernwirksam aufbereitet werden welche Lernaktivit ten ebd S 225 f r die Erreichung der Lernziele erforderlich sind wie der oder die Lehrende diese Aktivit ten initiieren und f rdern kann also vor allem das methodische Design der Lehr Lern Arrangements Ebenso muss entschieden werden in welchen Sozialformen sich der Unterricht vollzieh
278. lagen kleine Programme wo verschiedene Parameter wie z B Zulaufdruck Stickstoffdruck etc verstellt und verschiedene Nutzer zugeschaltet werden k nnen und so die Auswirkung auf die Warmwasserzirkulation in einem Haus beobachtet werden kann WILO 2012 Einen berblick ber diese Simulationssoftware ihre Eignung f r Bildungsg nge und Modellfunktionen die sie im Unterricht bernehmen kann gibt folgende Tabelle Tabelle 16 Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 145 Tabelle 16 Weitere Simulationssoftware ihre Eignung f r Bildungsg nge und Modellfunktionen die sie im Unterricht bernehmen kann CIROS Automation Suite Nachfolger SuD SuD von COSIMIR f r die Bed rfnisse der Aus und Weiterbildung modifizierte und erweiterte Version der in der Industrie eingesetzten Software besteht aus f nf Programmpaketen 3D Simulation von komplexen Automatisierungssystemen Mathcad Computeralgebrasystem f r Konstruktionsberechnungen Mathematica komplexe mathematische Berechnungen und Simulationen Maple MapleSim Maple Berechnungsprogramm f r numerische und symbolische Berechnungen Untersuchungen erm glicht die Erstellung von Grafiken und Animationen MapleSim Modellierung und Simulation physikalischer Systeme Yenka Nachfolger von Crocodile Clips Virtuelles Labor Simulations Software f r Physik Technik IT und Chemieunterricht Metalltechnik Grundwissen
279. ldungsberufe FOS f r Fachoberschule BOS f r Berufsoberschule und FS f r Fach bzw Technikerschule dabei sind die Grenzen von Ingenieuren zu Fachschulen nicht immer eindeutig Die Symbole stehen f r gut weniger gut eher nicht geeignet Dies bezieht sich vor allem auf die Verwendung durch die Lernenden Das bedeutet dass ein Programm obwohl es f r Lernende nicht geeignet ist durchaus eine Modellfunktion insbesondere eine Strukturierungs und Deskriptionsfunktion haben kann Die Abk rzungen der sechs Modellfunktionen die f r die Berufliche Bildung von curricularer und fachdidaktischer Bedeutung sind vgl Kap 3 4 1 S 73 finden sich in nachstehender Tabelle Tabelle 7 Tabelle 7 Abk rzungen der Modellfunktionen Steuerungsfunktion Prognosefunktion oz Kontroll und Evaluationsfunktion Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 122 Die Einsch tzung ber die Eignung f r Bildungsg nge beruht falls nicht anders gekennzeichnet oft auf den Informationen die ber das Programm im Internet erh ltlich sind d h meist die Eigenwerbung der Hersteller Anbieter und einer Beurteilung durch die Autorin aber nicht den eigenen Erfahrungen oder Tests der Autorin Dar ber hinaus werden im Anhang weitere Informationen zu den Programmen zusammengestellt wie bspw die Zielgruppen d h Berufe bzw Anwendungen f r die die jeweilige Software geeignet ist die Dialogspr
280. le Yerkn pfunzen w m e e o a m ameo Dmna ANJANI BAJEIZOSSY p a 5 tz L Li n Ll en Ai F J m 1 1 7 I A La Fe a verbale Reaktion lonverbale Reaktion Abbildung 23 Verbale und nonverbale Systeme in der Dual Coding Theorie nach Paivio 1990 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 101 Sacks 2011 weist darauf hin dass es nicht leicht ist rein visuelle oder rein auditive Stimuli zu differenzieren Verschiedene Untersuchungen haben gezeigt wie komplex die Verkn pfungen der sensorischen Areale des Gehirns und ihre Interaktion sind Seiner Meinung nach existieren auch Zwischenzust nde in den intersensorischen metamodalen Zust nden ebd 256 Um diese Aussage zu illustrieren verweist er auf einen Brief von John Hull der 1980 erblindete an seinen ehemaligen Doktoranden und Kollegen Simon Hayhoe In diesem Brief schreibt Hull dass er manchmal erstaunt feststellt dass sein Bild das er von der Form eines Autos hat wenn er bspw nach dem T rgriff tastet nicht mit dem realen Bild des Autos das er durch Ertasten entwickelt bereinstimmt In seiner Erinnerung und seiner Vorstellung haben Autos immer noch die Form von vor 25 Jahren Dar ber hinaus hat er festgestellt Da ein Wissensinhalt so tief in die Sinneswahrnehmung oder die Sinneswahrnehmungen eingebettet ist die ihn urspr nglich empfangen haben kann ich nicht immer mit Sicherheit entscheiden ob meine Vorstellung v
281. legt werden welche Funktion en das jeweilige Programm bernehmen kann und ob es sich lohnt Mehrplatzlizenzen zu kaufen oder es f r diese Funktion nicht vielleicht ausreicht wenn f r Lehrende eine Lizenz zur Verf gung steht mithilfe derer sie dann bspw eine kurze Animation erzeugen im Sinne einer Strukturierungs und Deskriptionsfunktion Weiterhin spielt eine Rolle wie hoch der Preis f r Mehrplatzlizenzen ist wie oft diese erneuert werden m ssen welchen Support die Anbieter liefern siehe Anhang wie aufwendig die Pflege des Programms z B regelm ige Updates ist ob Schulungen f r Lehrende inkludiert sind und dass die Einarbeitungszeit f r Lehrende nicht zu hoch ist Zu den meisten Programmen gibt es Lehr und bungsb cher von verschiedenen Autoren und Verlagen s bspw Seite 21 Diese B cher k nnen oft Anregungen f r Aufgabenstellungen liefern Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 147 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen Im f nften Kapitel sollen die Potenziale und Grenzen von Simulationen bei Lehr Lern Arrangements in metall und elektrotechnischen Dom nen aufgezeigt werden und exemplarisch Beispiele f r die Einbindung von Simulationen in Unterricht entwickelt werden Der fachdidaktische Diskurs hat aufgezeigt dass Simulationen nicht nur unter der Perspektive betrachtet werden k nnen welche Vorteile sie f r das Lehren und Lernen in Aussicht stellen sondern dass sich immer auch da
282. lichen Diese Studien bezogen sich auf das Lernen von klinischen F higkeiten wie dem diagnostischen Abh ren von Organen Auskultation chirurgischen Techniken und komplexen Managementf higkeiten wie z B der Herzwiederbelebung Sie kamen zu dem berraschenden Ergebnis dass es keinen Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 107 signifikanten Unterschied bei den F higkeiten zwischen Gruppen gibt die mit realit tsnahen Simulationen oder solchen mit geringer Realit tsn he gelernt haben Norman et al 2012 halten vor allem die Authentizit t d h die hnlichkeit der Simulation zu einem Szenario aus dem wahren Leben real life f r den entscheidenden Faktor f r den Transfer Wobei sie N he zum wahren Leben einem Vorschlag von Maran und Glavin 2003 folgend als mehrdimensionalen Begriff sehen Einerseits ist hiermit die Authentizit t aus Ingenieurssicht engineering fidelity gemeint d h ob die Simulation realistisch aussieht Andererseits die Authentizit t aus psychischer Sicht psychological fidelity d h ob der Simulator die kritischen Elemente die das spezifische Verhalten exakt simulieren enth lt die notwendig sind um die Aufgabe zu erf llen Je nach Art des Lerngegenstandes kann das eine oder das andere wichtiger f r den Lernprozess sein So kann es durchaus sinnvoll sein Simulationen mit geringerer Realit tsn he low fidelity zu verwenden wenn bspw psychologische Prozesse in Gang gesetzt werd
283. lin Kaiserin Augusta Allee 101 Tel 0049 30 34 99 600 info mts cenc com e TopSolidCam An CAD CAM Programmiersystem f r die Erzeugung und Berechnung von Werkzeugwegen auf CNC Werkzeugmaschinen wie Fr s oder Drehbearbeitungszentren Zielgruppen e Maschinenbau Anlagenbau e Formen und Werkzeugbau e Automotiv Fahrzeugbau e Luft und Raumfahrtindustrie e Fertigungsbetrieb Lohnfertigung Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Erstinstallation 1995 Anzahl der Installationen 20000 Preis ab 13 200 EUR 11 000 EUR zzgl 20 MwSt pro Arbeitsplatz Sitz des Anbieters sterreich Hersteller Missler Software http www topsolid de Anbieter TECHSOFT Datenverarbeitung GmbH http www techsoft at Herr Daniel Plos Tel 43 732 37 89 000 e VERICUT Machine Simulation io Die VERICUT Software simuliert die CNC Fertigung unabh ngig von Maschine Steuerung amp CAM Systemen und berpr ft das NC Programm auf Kollisionen und Fehler vor dem echten Maschinenlauf Dialogsprache n Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Mansfeld 9 Anhang 242 Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Preis
284. lit t Diagnose Evaluation und Verbesserung des Unterrichts Seelze Velber Klett Kallmeyer Henrich Joseph Heine Steven J Norenzayan Ara 2010a Most people are not WEIRD In Nature 466 7302 S 29 Henrich Joseph Heine Steven J Norenzayan Ara 2010b The weirdest people in the world In Behavioral and Brain Sciences 33 2 3 S 61 83 Hiller Gotthilf Gerhard 1973 Konstruktive Didaktik Beitr ge zur Definition von Unterrichtszielen durch Lehrformen und Unterrichtsmodelle Umrisse einer empirischen Unterrichtsforschung D sseldorf P dagogischer Verlag Schwann Sprache und Lernen Bd 22 Holzinger Andreas 2001 Basiswissen Multimedia Band 2 Lernen 1 Aufl W rzburg Vogel Mansfeld 7 Literatur 208 Honey Peter Mumford Alan 1982 The manual of learning styles Maidenhead P Honey Inbar Michael Stoll Clarice S 1976 Spiele und Lernen In J rgen Lehmann und Gerhard Portele Hg Simulationsspiele in der Erziehung Weinheim Basel Beltz S 137 151 Industriehansa EMV Emissionsuntersuchungen f r T rsteuerger te Online verf gbar unter http www industriehansa de zuletzt gepr ft am 19 06 2012 Initiative D21 2011 Bildungsstudie Digitale Medien in der Schule Eine Sonderstudie im Rahmen des N Onliner Atlas 2011 Online verf gbar unter http www initiatived21 de wp content uploads 2011 05 NOA_Bildungs studie _140211 pdf zuletzt gepr ft am 29 07 2013 Jarz Ewald M
285. lnen Arbeitsschritte in Textform anzusehen Abbildung 28 oder sich die Arbeitsabl ufe als Animation anzeigen zu lassen Die einzige m gliche Interaktion ist das Dr cken auf den Vorw rts bzw Zur ck Button Abbildung 29 Damit erf llt das Programm nicht unbedingt die Kriterien einer Simulation Weiterhin bleibt fraglich welches Wissen mit diesem Programm erworben werden soll Sowohl f r Lerner als auch Lehrende ergibt sich keinerlei Handlungsspielraum Startseite Visualisierte Arbeitsauftr ge Hilfe Impressum Mischbeh lter Fertigen des Halteb gels Die Aufgabe besteht darin einen Halteb gel f r einen Mischbeh lter zu fertigen Der Halteb gel soll aus dem Werkstoff S 235 JR gefertigt werden Dazu wird aus einer 2 mm dicken Blechtafel ein Blechstreifen mit den Ma en 25 mm x 193 mm geschnitten 1 Im ersten Arbeitsschritt werden auf dem Blech nach den Vorgaben der Zuschnittszeichnung die Bohr und Biegelinien angerissen Anschlie end wird das Blech in einem Maschinenschraubstock eingespannt Um das Blech richtig einzuspannen sind ggf Parallelst cke zu verwenden Nun kann die erste Bohrung durchgef hrt werden Dazu ist ein Spiralbohrer 6 6 mm HS zu verwenden Die Fertigung der zweiten Bohrung erfolgt nach derselben Vorgehensweise Der folgende Arbeitsschritt sieht das Biegen des Bleches vor Dazu wird das Blech zusammen mit dem Biegeklotz in den Schraubstock eingespannt Dabei ist darauf zu achten das
286. lt werden Tulodziecki 2011 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 68 7 Einf hren von Anwendungsaufgaben und deren Bearbeitung Tulodziecki und Herzig 2010 S 228 229 8 Weiterf hrung und Reflexion des Gelernten und der Lernwege ebd Erst wenn diese Voraussetzungen gekl rt sind kann dar ber entschieden werden ob und in welcher Form bzw Funktion im Hinblick auf die Zielsetzungen und Inhalte die Simulation im Unterricht eingesetzt wird Daf r sollte berpr ft werden welche Inhalte und Darstellungsformen i S v Sinnesmodalit ten Codierungsarten und Modellfunktionen im Einzelnen dargeboten werden und ob die Ziele damit erreicht werden k nnen Weiterhin muss berlegt werden in welcher Phase des Unterrichts die Simulation integriert werden sollte und welche Sozialform am geeignetsten ist Tulodziecki und Herzig 2010 Im Folgenden sollen einige Aspekte der beschriebenen Konzepte die f r den Einsatz von Simulationen in der beruflichen Bildung der metall und elektrotechnischen Berufe von besonderer Bedeutung sind n her vorgestellt werden 3 4 Aspekte mit besonderer Bedeutung f r den Einsatz von Simulationen in der beruflichen Bildung der metall und elektrotechnischen Berufe Die zu den verschieden Zeiten dominierenden lernpsychologischen Paradigmen haben auch jeweils ihre Spuren bei den Lehr und Lernformen mit Computerunterst tzung hinterlassen Schlagworte die zurzeit beim Lernen mit Mult
287. lvorstellungen k nnten sonst den Wissenserwerb beeintr chtigen Vorwissen m sste aktiviert und analysiert werden da nur so neues Wissen in die Vorkenntnisse integriert werden k nne und eventuell vorhandene Fehlvorstellungen korrigiert werden k nnen Um ein reiches und breites semantisches Wissensnetzwerk aufzubauen seien mehrdimensionale Lehr Lern Arrangements erforderlich wie beispielsweise Arrangements mit entdeckendem und probleml sendem Lernen da diese Lernformen den kontextbezogenen Wissenserwerb f rdern k nnen Neu erworbenes Wissen m sse gefestigt flexibilisiert und in vielf ltige Repr sentationen berf hrt werden Das Gelernte m sse dekontextualisiert werden und die Lernprozesse sowie die L sungswege sollten sich vergegenw rtigt werden Die Entwicklung gezielter Lernstrategien bei den Lernenden die Vermittlung von Techniken ihr Lernen zu verstehen und auch bei Bedarf zu korrigieren d h metakognitive Prozesse sollten gezielt vermittelt und gef rdert werden F r die Aneignung fachlich methodischer Berufskompetenzen seien vollst ndige Handlungen dementsprechend die Einbeziehung aller ma geblichen kognitiven und psychomotorischen Prozesse unabdingbar Aus diesem Grund sieht Tenberg die Trennung in zwei unterschiedliche Lernorte kritisch Dar ber hinaus sind sowohl Quantit t als auch Qualit t der Kommunikation der Wissensdrang und das Engagement der Lernenden ihre generelle Einstellung zum Lernen und ein positives
288. m glich Siemon 2006 Positive mediale Beispiele hierf r sind bereits etablierte Simulationsprogramme aus dem Bereich der CNC Technik der Elektronik und der Automatisierungstechnik Weiterhin spielen auch die im n chsten Abschnitt folgenden Aspekte der Mediendidaktik die sich mit der Funktion und Relevanz von Medien in Lehr Lernprozessen befassen eine Rolle Mediendidaktik Die Mediendidaktik ist ein Teilgebiet der Medienp dagogik Eine weitere Teildisziplin ist die Medienerziehung W hrend sich die Medienp dagogik vorrangig mit den erziehlichen und bildenden Baacke 2002 S 2800 Aspekten von Medien jeder Kategorie besch ftigt behandelt die Mediendidaktik die Relevanz Implikation und Funktion von Medien in Lehr Lernprozessen und die Medienerziehung den Medienkonsum sowie den kritischen Umgang mit Medienangeboten Kerres 2012 S 37 dabei werden sowohl analoge Medien wie Texte und B cher als auch digitale Medien einbezogen Im Rahmen dieser Arbeit spielt die Medienerziehung eine untergeordnete Rolle Die Mediendidaktik basiert auf externen Theorien wie der Kybernetik Medientaxonomien dem Behaviorismus Kognitionstheorien und konstruktivistischen Theorien Kron und Sofos 2003 S 53 Die lerntheoretischen Grundlagen auf die sich die Mediendidaktik bezieht sind naturgem dieselben auf die sich auch die allgemeine Didaktik und die Fachdidaktiken beziehen und bereits in fr heren Abschnitten behandelt wurde
289. m e ngespannten Blech zu wird das Blech zun chst im Maschinenschraubstock auf dem Bohrtisch positioniert und d e erste Bohrung festgespannt gefertigt Abbildung 29 Screenshots Fertigen eines Halteb gels f r einen Mischbeh lter Kaese und Rund 2006 Beispiele f r weitere Typen von Programmen die in der Industrie Verwendung finden sind FEM Simulationen Diese berechnen Prozesse und bilden sie ab bzw visualisieren Prozesse die so in der Realit t nicht sichtbar sind Deformationen Spannungen in Bauteilen Abk hlungs und Str mungsprozesse Um die Analyseergebnisse darzustellen verwenden die Hersteller verschiedene Farben Die Darstellungen der Bauteile k nnen meist relativ schnell intuitiv verstanden werden da bspw die Farbe Rot f r Stellen mit hoher Spannung oder hoher Temperatur verwendet werden w hrend Blau f r Bereiche ohne Spannung bzw mit niedriger Temperatur steht Diese Programme k nnen sehr gut unterst tzend angewendet Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 115 werden wenn in der Fachoberschule oder Berufsoberschule Technische Mechanik unterrichtet wird die vielen Sch lern aufgrund ihrer abstrakten Darstellungen Balkentheorie Schnittlasten etc Schwierigkeiten bereiten Bei diesen Programmen d h der Verwendung der Simulationen zur Strukturierung Deskription Steuerung Prognose Kontrolle Evaluation oder auch als Ersatz f r reale Versuche ist intensive Vorbereitung und meist auch begleite
290. man fest dass viele Schulen fast 10 mit Rechnern ausgestattet sind die zu diesem Zeitpunkt schon stark veraltet sind und auf denen zu dieser Zeit aktuelle Programme schon gar nicht mehr liefen Aber auch die anderen in dieser Erhebung erfassten Rechner sind im Verh ltnis zum damaligen Stand der Technik nicht besonders aktuell Im Dataset Bericht der KMK zur IT Ausstattung in Schulen gab es im Schuljahr 2007 2008 in Beruflichen Schulen 126 Computer pro Schule insgesamt und das Sch ler innen Verh ltnis pro Computer lag bei 8 1 insgesamt KMK 2008b S 2 In diesem Bericht wurden die Rechner nicht nach Typen aufgeschl sselt es kann demnach keine Aussage ber die Qualit t der Rechner gemacht werden Nach aktuellen PISA Umfragen liegt Deutschland im internationalen Vergleich bei der Ausstattung der Schulen mit Computern nach wie vor zur ck Online Magazin Digital Lernen 2011 Laut der PISA Umfragen von 2006 lag Deutschland im internationalen Vergleich ebenso in der Nutzung der Rechner an Schulen zur ck 31 Prozent nutzen den Computer in der Schule im Vergleich zu 56 Prozent im OECD Durchschnitt Prenzel et al 2007 Die Computeranwendung in Schulen ist zwar seitdem auf 64 1 Prozent gestiegen im OECD Durchschnitt werden aber demgegen ber von 71 4 und in Neuere Daten sind dort nicht erh ltlich eine Aktualisierung der Daten ist bis zum heutigen Zeitpunkt nicht vorgesehen gt In Berufsbildenden Schulen waren 18 366 Comp
291. mat der Didaktik Klafki 1964 1975 also dem Vorrang von Inhalten vor der Methodik d h Mitteln und Wegen Lehrende sollen zun chst ziel und inhaltsbezogene Entscheidungen f r ihren Unterricht treffen die Methoden seien vom Inhalt abh ngig und vorbestimmt Im Kontext der beruflichen Bildung gibt der Beruf die Inhalte vor Im Mittelpunkt der Bildungstheoretischen Didaktik Klafkis steht die Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 48 Didaktische Analyse erstmals ver ffentlicht 19581 Sie soll Herzst ck bei der Planung des Unterrichts durch den Lehrenden bzw die Lehrende sein und ihn oder sie dabei unterst tzen den Bildungsinhalt des ausgew hlten Themas Inhalts zu reflektieren Die Didaktische Analyse fragt nach der Gegenwartsbedeutung der Zukunftsbedeutung der Sachstruktur der exemplarischen Bedeutung und der Zug nglichkeit des betreffenden Inhalts Meyer und Meyer 2007 Die Didaktische Analyse liefert Begr ndungen f r die Relevanz von Simulationen im Unterricht der metall und elektrotechnischen Berufe So haben Simulationen eine Gegenwartsbedeutung da sie wie bereits dargestellt sowohl im t glichen Leben als auch bei vielen metall und elektrotechnischen Berufen bereits eine Rolle spielen Ebenso haben Simulationen eine Zukunftsbedeutung da ihre Relevanz in Zukunft sowohl im Berufsleben als auch im Alltag zunehmen wird Zugleich k nnen Simulationen eine exemplarische Bedeutung haben indem sie Sachverhalte und
292. me OS stehen die Symbole iM f r Windows o f r Mac und A f r Linux bzw Unix 3 SoftGuide Softwaref hrer Online verf gbar unter http www softguide de zuletzt gepr ft am 04 07 2013 heise Software Verzeichnis Online verf gbar unter http www heise de download zuletzt gepr ft am 05 07 2013 Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 123 4 1 Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen Viele Phasen des Produktionsprozesses und auch andere betriebliche Prozesse werden computergest tzt realisiert Die CA Systeme oder auch CAx Systeme nehmen einen gro en Teilbereich ein und sollen deshalb in diesem Zusammenhang berblicksweise dargestellt werden Der Begriff CA Systeme oder auch CAx Systeme bezeichnet rechnerunterst tzte Systeme die im Rahmen des Produktentstehungsprozesses verwendet werden CA steht dabei f r Computer Aided computerunterst tzt Zu ihnen geh ren unter anderem Werkzeuge zur Konstruktion CAD zur Berechnung und Simulation CAE zur technischen Steuerung und berwachung von Fertigungs Montage und Pr fprozessen CAM zur berwachung von Arbeitsvorg ngen CAP oder auch zur Qualit tssicherung CAQ Ebenfalls k nnen Programme zur Untersuchung von Verformungen und Spannungen auf Grundlage der Finite Elemente Methode FEM Programme zur Analyse von Mehrk rpersystemen MKS mit denen bspw das dynamische Verhalten von Maschinen untersucht wer
293. me f r beliebige Maschinen und Steuerungen bis hin zur neuesten Generation inkl aller Zusatzeinrichtungen Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Technische Dokumentation Schulung im Preis enthalten Hotline gegen Entgelt Mansfeld 9 Anhang 237 Installationssupport nicht erforderlich Wartung gegen Entgelt Erstinstallation 1986 Anzahl der Installationen zwischen 100 und 999 Preis ab 5 533 50 EUR 4 650 EUR zzgl 19 MwSt 1 Arbeitsplatz weitere auf Anfrage Sitz des Herstellers Deutschland Hersteller FP Software GmbH http www fp nc de Tel 49 7156 480100 info fp nc de e NCSIMUL Demo erh ltlich Au Maschinen Simulations Software f r das Testen Optimieren und Ausf hren von Maschinenprogrammen f r NC Maschinen Zielgruppen e Werkzeug Formen Modell allgemeiner Maschinenbau e Hersteller und Zulieferbetriebe der Automobil Luft und Raumfahrt Medizin Elektro Elektronik Spiel und Haushaltswaren Industrie sowie der Bauindustrie Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Technische Dokumentation Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland Anbieter CIPRO competence in processes Herr Markus Wagner Tel 49 6831 96688
294. mentierung von Simulationen auch die Curricula der einzelnen Berufe von Belang da sie das Umfeld f r den Einsatz der Programme charakterisieren Seit den 1990er Jahren gewinnt Kompetenzorientierung immer mehr an Bedeutung f r die Gestaltung der Rahmenlehrpl ne und Ausbildungsordnungen Seit 1996 erkl rt die KMK Handlungskompetenz ausdr cklich als Bildungsauftrag der Berufsschule Die Novellierung des Berufsbildungsgesetzes 2005 schreibt den Erwerb beruflicher Handlungsf higkeit als Ausbildungsziel fest Hierdurch r ckt die Vermittlung von Kompetenzen in den Mittelpunkt der Berufsausbildung Berufliche Handlungskompetenz umfasst mehrere Dimensionen Neben der Fachkompetenz die die F higkeit fach und berufsbezogene Aufgaben selbstst ndig eigenverantwortlich und methodengeleitet zu bew ltigen beschreibt beinhaltet sie die Human oder Personalkompetenz d h Kenntnis der eigenen St rken und Defizite und die F higkeit die eigene Entwicklung zu reflektieren und zu steuern und die Sozialkompetenz d h die F higkeit zu Dialog Koordination und Kooperation Bader 2004a S 21 Berufliche Handlungskompetenz st tzt sich Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 62 somit nicht auf ein einzelnes Fach sondern bezieht sich auf bestimmte Handlungssituationen und Problemstellungen die f cher bergreifend bew ltigt werden m ssen Sch lerinnen und Sch lern soll ber die fachliche Ausbildung hinaus Wissen vermittelt werden das s
295. metrisch gleichen Elementen verschiedene Temperaturen herrschen Das bedeutet dass die Position der jeweiligen Bauteile im Gie system Einfl sse auf das Gef ge dieses Bauteils hat Mithilfe einer Erstarrungssimulation k nnen diese Effekte verdeutlicht und eventuelle weitere gie technische Ma nahmen berpr ft werden VDG 2005 Abbildung 12 Formf llung einer Gie traube mit sechs Bremsscheiben Magmasoft 2011 F r Industrie und Zerspanungsmechaniker sowie Fertigungsingenieure bietet die Zerspansimulation eine Reihe technischer Vorteile Dazu z hlen die M glichkeiten Aussagen ber Werkzeugauslegung angesprochen sind hiermit Verschlei Tribologie Spannungen Spanablauf Geometrie und Werkst ckauslegung im Hinblick auf Rauheit Temperatur Eigenspannung Gratbildung Ma haltigkeit sowie ferner Vorhersage von Zerspantemperaturen Schnittkr ften Spanbildung oder Oberfl chenqualit t zu treffen Mithilfe der Simulationen lassen sich f r die Auszubildenden die einzelnen Arbeitsschritte visualisieren siehe Abbildung 13 und auch wenig anschauliche Vorg nge wie z B die Schneidenradiuskompensation die Korrektur der Konturfehler beim Drehen von bspw Kreisb gen oder Schr gen r cken damit ins inhaltliche Zentrum k nnen mit Hilfe von Animationen und Simulationsprogrammen verdeutlicht werden Mansfeld 2 Disposition 45 6 WS Solid vne Vietwal Cintes I 0 En l E Datei Berb Sicht ndern Frozess
296. mit Werkst cken gef llt ist L ffler 2010 S 296 Die Beispielaufgaben sind sehr traditionell gehalten hier k nnten die Lernenden st rker beteiligt werden So kommt die Orientierung der Aufgabenstellungen an den Bed rfnissen der Auszubildenden zu kurz Vorgehensweisen und Fragestellungen sind bereits vorgegeben und schr nken damit den Handlungsspielraum ein Dies k nnte jedoch durch eine geringf gige Umgestaltung der vorgegebenen Lehr Lern Arrangements kompensiert werden So k nnten die Lernenden analog zu den Vorschl gen zur Gestaltung von Unterricht von Tulodziecki et al 2009 beispielsweise an der Entwicklung von Zielvorstellungen f r die Besch ftigung mit der Aufgabe beteiligt werden Die Fragestellungen k nnten anhand des Arbeitsauftrages von den Sch lerinnen und Sch ler selbst entwickelt werden Es k nnte gemeinsam mit den Lernenden berlegt werden an welcher Stelle Kl rungsbedarf besteht wo die entsprechenden Informationen beschafft werden k nnen und welche Grundlagen noch erarbeitet werden m ssen Statt die vorgegebenen L sungswege zu verwenden k nnten die Sch ler eigene L sungswege gemeinsam erarbeiten und sich gegenseitig vorstellen und diskutieren Bei einer solchen Aufgabenstellung bernimmt die Simulation ebenfalls haupts chlich eine Trainingsfunktion aber auch wiederum eine Ersatzfunktion und auch eine Strukturierungs und Deskriptionsfunktion da die Sch lerinnen und Sch ler sich mit den Strukture
297. mit Simulationen f r Lehrzwecke genauer mit der kognitiven Entwicklung Merkf higkeit und der Entwicklung der inneren Einstellung bei der Verwendung von Simulationen besch ftigen in einer Metaanalyse aus Sie fanden nur einen leicht h heren Effekt bei der Leistung und hnliche Effekte bei der Merkf higkeit Effektiver sei der Unterricht mit Simulation nur im Vergleich mit Vorlesungen Ihre Ergebnisse implizieren weiterhin dass die Charakteristik Dauer und Stichprobengr e der Simulationsgruppe wichtige Variablen sind Dekkers und Donatti 1981 Remmer und Jernsted 1982 schlussfolgern aus ihren Untersuchungen dass trotz weitverbreiteter Behauptungen von Vor und Nachteilen die Ergebnisse der Forschungen bei denen Simulationsspiele mit konventionellen Lehrmethoden verglichen werden oft nicht beweiskr ftig bzw ergebnislos sind Sie analysierten 21 Studien um die relativen Effekte auf studentische Leistungen Einstellungs nderung bzgl des Lehrstoffs mit dem sich befasst wurde dem Interesse an dem Kurs und die Langzeit Speicherung von Informationen bei der Verwendung von Simulationen zu untersuchen Im Gegensatz zu Dekker und Donattis Metaanalyse die Daten aller Altersgruppen und aller Simulationstypen ber cksichtigten haben Remmer und Jernstedt sich auf Ober und Collegesch ler und in erster Linie auf Spiele mit Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 88 sozialen politischen und konomischen Themen fokussiert Die
298. mit befasst werden muss was mit Simulationen eventuell gelernt werden kann und welche Bedeutung dies f r das Lernen und Lehren und dar ber hinaus f r die Aus Bildung hat Wir k nnen nicht einzig auf die Technologie selbst schauen vielmehr m ssen wir auf unser gegenw rtiges Verstehen von Kognition blicken besonders auf unser Verst ndnis was gutes Lernen ist und wie diese Erkenntnisse in Lehr Lern Arrangements umgesetzt werden k nnen Nicht was Technologie kann sondern was Lernen fordert das indiziert die potenziellen Beitr ge die Simulationen zu bieten haben Dar ber hinaus muss gefragt werden ob sich der Aufwand der beim Einsatz von Simulationen notwendig ist in der Relation zum Lernertrag lohnt Die Grundlage f r die Verwendung von Simulationen im Unterricht kann nicht sein dass sie genutzt werden weil sie existieren Nicht alles was m glich ist ist notwendigerweise w nschenswert Damit Simulationen im Unterricht angewendet werden k nnen ist nicht nur die entsprechende Infrastruktur d h das Vorhandensein der Rechner und Programme vonn ten Der Einsatz von Simulationen sollte sich immer nach dem curricularen Zusammenhang richten und in einen sinnvollen Kontext aus dem Arbeitsumfeld der Sch lerinnen und Sch ler gebracht werden Bei der Verwendung von Simulationen im Unterricht muss wie bei jeder didaktischen Planung das didaktische Feld analysiert werden Das Lehren und Lernen mit Simulationen st tzt sich wie
299. mithilfe der Simulation State of the Art Die Finite Elemente Methode FEM ist die am weitesten verbreitete Methode zur Festk rpersimulation und Vorhersage des Strukturverhaltens bspw bei Umformprozessen Klocke und K nig 2006 Mit ihrer Hilfe werden partielle Differenzialgleichungen n herungsweise numerisch gel st Sie basiert darauf dass die zu berechnenden Gebiete wie Bauteile Werkst cke oder Werkzeuge aber auch Prozesse bspw Zerspan Umform Flie prozesse etc und Felder z B Temperatur oder Akustikfelder in endlich viele Teile die finiten Elemente zerlegt werden Dadurch werden komplexe Aufgaben in kleine Teilbereiche zergliedert Die FEM liefert dadurch ein Werkzeug f r die Vorhersage von Festigkeiten Verformungen Verteilung von Kr ften Spannungen etc in Konstruktionen wie z B die Erm dungspr fung in Abbildung 4 Prozessen wie bspw die Zylinderinnenstr mung in einem Kfz Motor in Abbildung 5 usw So kann beispielsweise bei der Lackierung eines Werkst cks mithilfe der Finiten Elemente Methode FEM die Bahn die ein Lacktr pfchen zwischen der D se und dem Werkst ck beschreibt einschlie lich der verschiedenen Einflussfaktoren wie Luftstr mungen Kr fte etc beschrieben werden Diese Daten werden genutzt um die Steuerung f r den Lackierroboter zu programmieren vgl Westk mper 2006 S 239 Dais Bearbeiten Arait Entr ira Ma einheiten H e IMs F Gen il Seechen Gl pechem mier ior
300. mulationen 134 Eignung f r Bildungsg nge PERMAS FEM Software f r Statik Dynamik Temperatur und Formoptimierung 4 1 4 Simulationssoftware f r weitere Fertigungsverfahren Einige NC Simulationsprogramme beinhalten neben den Umgebungen zum Drehen und Fr sen auch die M glichkeit Fertigungsverfahren wie Bohren Drahterodieren oder Schleifen zu simulieren Hierzu z hlen bspw die Programme VERICUT Fr sen Drehen Bohren Drehfr sen und Drahterodieren oder NCSIMUL f nfachsiges Drehen Drehfr skombinationen und bis zu sechsachsigem Schleifen vgl Hehenberger 2011 S 169 Gie simulationen erm glichen es den Ablauf der Erstarrung zu simulieren und Eigenspannungen und Verformungen vorherzusagen Fritz und Schulze 2008 Schmiedesimulationen stellen ein bedeutsames Instrument zur fehlerfreien Planung und Auslegung Schmiedeteilen dar Bernhardt 2006 Insgesamt sind diese Programme f r die betrachteten Bildungsg nge eher ungeeignet Tabelle 12 da sie oft vertiefte Kenntnisse ber das jeweilige Fertigungsverfahren bei den Benutzern voraussetzen Dar ber hinaus ist ihre Bedienung nicht immer leicht zu erlernen Bei speziellen Zielgruppen wenn z B Berufsschulklassen aus Sch lerinnen und Sch lern aus nur einem Betrieb bestehen in dem eine bestimmte Software verwendet wird kann es durchaus begr ndet sein dieses Programm zu verwenden Damit w rde es eine Trainingsfunktion bernehmen Oft k nnte die Software aber au
301. n Ro mann et al 2010 Festo bietet dar ber hinaus schon seit l ngerer Zeit Modulare Produktions Systeme MPS an Lernsysteme f r die Fertigungs und Prozessautomatisierung die industrielle Automatisierungsanlagen nachbilden Mit MPS lassen sich reale mechatronische Systeme sowohl errichten als auch in Betrieb nehmen programmieren und instand setzen und so die meisten Funktionen von Fertigungs oder Montagelinien nachbilden Es besteht aus Industriekomponenten und beinhaltet u a voll funktionsf hige Roboter Montage Transport und Kommissionierungsanlagen und SPS Durch den modularen Aufbau k nnen Lerninhalte in unterschiedlichen Komplexit tsgraden vermittelt werden Diese reale Hardware wird in der CIROS Simulationsumgebung detailgetreu und dreidimensional wiedergegeben Die virtuellen Komponenten entsprechen den realen Modellen so gut siehe Abbildung 36 dass ein Transfer von Handlungen in der Simulation auf die reale Umgebung ohne Probleme m glich ist Festo 2012a b Ro mann et al 2010 Abbildung 36 Reale Roboterzelle MPS Station Roboter und virtuelle Entsprechung in der Simulation CIROS Studio von Festo Festo Didactic 2012b Verbindet man das Simulationsprogramm mit dem MPS Transfersystem k nnen die Probleme die durch das alleinige Arbeiten mit einer Simulation auftreten vermieden oder zumindest kompensiert werden Die Lernenden machen nicht nur Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 174 Er
302. n Funktionen und Zusammenh ngen eines Produktionssystems vertraut machen k nnen Da die meisten Lernenden f r den effektiven Erwerb von Wissen mit Computersimulationen instruktionaler Unterst tzung bed rfen k nnen die Hinweise zur Durchf hrung aus dem Handbuch hervorragend als ausgearbeitete L sungsbeispiele als Hilfestellung verwendet werden Das gesamte Handbuch kann als permanent verf gbare Hintergrundinformation ebenfalls zur instruktionalen Unterst tzung dienen Fazit ist die didaktisch aufbereiteten Simulationen von Festo insbesondere in Kombination mit den realen Komponenten des modularen Produktionssystems bergen zur Vermittlung sehr gro e Potenziale wenn sie in entsprechenden Lehr Lern Arrangements verwendet werden Grenzen sind hier vor allem in den Kosten zu sehen Dar ber hinaus sind umfangreiche Schulungen f r das Lehrpersonal notwendig damit auch alle Potenziale des gesamten Systems genutzt werden k nnen Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 176 Skizzen weiterer Unterrichte Hier werden einige der im fachdidaktischen Diskurs bereits kurz angerissenen Beispiele die dort zur Illustration der Modellfunktionen dienten noch etwas mehr im Hinblick auf ihre Einbindung in den Unterricht expliziert Im Rahmenlehrplan f r den Ausbildungsberuf des der Elektroniker in f r Ger te und Systeme ist vorgesehen dass die Sch lerinnen und Sch ler im Lernfeld 5 lernen sollen die Elektroenergieversorgung
303. n Robert 2011 PSPICE Einf hrung in die Elektroniksimulation 7 Aufl M nchen Hanser Carl Hoffknecht Andreas 2007 Siliziumelektronik In Hans J rg Bullinger Hg Technologief hrer Grundlagen Anwendungen Trends mit 11 Tabellen Berlin Heidelberg New York Springer S 60 67 Kaese J rgen Rund Wolfgang 2006 Metalltechnik Grundwissen PC Animationen Version 1 0 Braunschweig Westermann Kahlert 2013a Flexible Animation Builder f r BORIS Release 6 Online verf gbar unter http www kahlert com web fab php zuletzt gepr ft am 08 01 2013 Kahlert 2013b WinFACT Online verf gbar unter http www kahlert com web uebersichtwf php zuletzt gepr ft am 08 01 2013 Kampe Gerald Mayer Albert Lindermeir Walter 2006 Schaltungsanalyse mit PSPICE In Haybatolah Khakzar Hg Entwurf und Simulation von Halbleiterschaltungen mit PSPICE Expert Verlag GmbH S 93 Klein Bernd 2012 FEM Grundlagen und Anwendungen der Finite Element Methode im Maschinen und Fahrzeugbau mit 12 Fallstudien und 20 bungsaufgaben 9 Aufl Wiesbaden Springer Vieweg Koehldorfer Werner 2009 CATIA V5 Volumenmodellierung Zeichnungen 2 aktualisierte Aufl M nchen Hanser Koehldorfer Werner 2010 Finite Elemente Methoden mit CATIA V5 SIMULIA Berechnung von Bauteilen und Baugruppen in der Konstruktion 3 Aufl M nchen Hanser Lewis Roland Wynne 2004 Fundamentals of the finite element method fo
304. n Simulationen ber cksichtigt werden Bedingungsfelder anthropologisch psychologische sozialkulturelle Intentionen a Themen Methoden Medien Schule Ausbildungsbetrieb Interdependenz Abbildung 14 Berliner Modell nach Burkard und Weiss 2008 S 208 In diesem Teil soll auch dargelegt werden in welchem Kontext didaktisch bzw mediendidaktisch die Nutzung und Anwendung von Simulationen eingebettet ist Wenn dieses Feld im nachfolgend zur Diskussion steht muss zun chst das Umfeld dargestellt werden in das die Themenstellung eingebunden ist Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 47 Unabh ngig von Zielgruppen und Lerninhalten befasst sich die allgemeine Didaktik mit dem Lernen und Lehren Die Theorien der allgemeinen Didaktik k nnen nach Kron 2008 durch drei Leitbegriffe klassifiziert werden Bildung Lernen und Interaktion Bei dem Leitbegriff der Bildung steht der Mensch in seiner bildenden T tigkeit ebd S 119 im Mittelpunkt Bildung soll dem Menschen die Entwicklung zu einer m ndigen Pers nlichkeit erm glichen ebd Dem Leitbegriff Bildung k nnen beispielsweise die Bildungstheoretische Didaktik Klafki 1959 1964 1974 1980a 1986 1991 Beckmann 1972 und die kritisch konstruktive Didaktik Klafki 1980b 1986 1991 zugeordnet werden Bei dem Leitbegriff des Lernens stehen die Lernprozesse im Mittelpunkt sowie das Verh ltnis von Zielen Inhalten Verfahre
305. n Wissensstrukturen angesehen wird Im Gegensatz zum Behaviorismus stehen nun Denk und Verarbeitungsprozesse d h die inneren Vorg nge im Gehirn der Lernenden im Zentrum Das Gehirn wird als Informationsverarbeitendes Ger t Baumgartner und Payr 1999 S 110 als ein lineares Informationssystem Holzinger 2001 S 111 also als eine Art Computer gesehen K hler et al 2008 Holzinger 2001 Baumgartner und Payr 1997 Damit negieren sie jedoch nicht die Auffassungen der Behavioristen heben aber hervor dass Lernen nicht allein durch Reiz Reaktions Schemata erkl rbar ist Piaget 1974 sieht den Lernprozess als eine Wechselwirkung zwischen Assimilation und Akkommodation Diese Wechselwirkung erm glicht eine Anpassung zwischen der u eren Welt und ihrer Repr sentation im Inneren des Lernenden Lernen ist damit ein Erkenntnisprozess Mienert und Pitcher 2011 Die Verarbeitungsstrategie ist das Rehearsal die innerliche Wiederholung von Informationen um sie vom Kurzzeitged chtnis in das Langzeitged chtnis zu bertragen Das menschliche Gehirn besitzt die F higkeit sich beim Arbeiten zu beobachten Diese Reflexivit t der Lernprozesse wird Metakognition genannt Sie versetzt den Lernenden in die Lage die Verarbeitung der Informationen zu steuern systematische Strategien f r das Lernen zu entwickeln und die Merkf higkeit zu steigern Burkard und Weiss 2008 Im Mittelpunkt steht das Probleml sen Es geht nicht mehr darum auf eine
306. n abgewandelter Form ist dieser Unterricht auch ein Beispiel f r einen Unterricht bei dem die Simulation eine Kontroll und Evaluationsfunktion einnimmt Basis ist ein Unterrichtsprojekt das lernfeld bergreifend geplant ist Es verbindet die Lernfelder 9 12 und beinhaltet die Planung Simulation und Optimierung eines Fertigungssystems Die Unterrichtseinheit f gt sich inhaltlich als Teil der Vorgaben des Rahmenplanes f r die Berufsgruppe der Produktionstechnologlinn en in 0 8 Lernfelder ein So sollen die Sch lerinnen und Sch ler im Lernfeld 11 komplexe Aufgabenstellungen analysieren sowie Ziele und Vorgehensweisen f r die Simulation von Gesamt oder Teilprozessen fest legen KMK 2008a S 20 Die Sch lerinnen und Sch ler befinden sich im dritten Ausbildungsjahr bzw am Ende des zweiten und bringen dementsprechende Fachkompetenzen mit Sie haben bereits gelernt Handhabungssysteme in flexible Fertigungsanlagen zu integrieren Sie kennen die daf r notwendigen technischen Anforderungen und haben Handhabungssysteme eingerichtet und programmiert Um der Forderung nach Teamarbeit gerecht zu werden sollte in den Klassen von Beginn an in Gruppen sowie vorwiegend mit gruppenorientierten Lern bzw Lehrmethoden gearbeitet werden Dazu ist es zweckm ig dass die Sch lerinnen Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 169 und Sch ler vorwiegend in Gruppen an den Tischen sitzen Die Gruppenbildung k nnte von den Lehrpe
307. n bzw nachfolgend noch behandelt werden Die meisten Mediendidaktiker sind sich inzwischen einig dass sich die Verwendung von Medien an den Leitgedanken f r Erziehung und Bildung orientieren muss vgl bspw Tulodziecki 1994 2002 Kerres 2008 2012 Dementsprechend sind auch die Gestaltungsempfehlungen f r Unterricht mit Medien dieselben und sind unter diesem Abschnitt nur kurz zusammenfassend erw hnt Die Rolle von Medien sehen Mediendidaktiker heutzutage genau wie die meisten anderen Bildungswissenschaftlerinnen und wissenschaftler vorrangig als ein Baustein einer Vielzahl unterschiedlicher Bausteine in einem Lehr Lern Arrangement f r das die Voraussetzungen das didaktische Feld Kerres 2008 S 120 wie Zielgruppe Lernziel Methode etc gekl rt werden m ssen ebd Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 73 Kerres 1999 2012 f hrt im Zusammenhang mit Mediendidaktik den Begriff der Gestaltungsorientierung ein Sie besch ftigt sich damit wie mediale Umgebungen lernwirksam konzipiert werden k nnen d h wie Lehr Lern Arrangements mit Medien gestaltet werden sollten damit sie eine lernf rderliche Wirkung erzielen Eng damit verbunden sieht Kerres die Handlungsorientierung mit der Bedeutung Lernende beim Lernen mit Medien zu unterst tzen Dabei geht es ausschlie lich um die p dagogische Sicht technische oder sthetische Faktoren spielen keine Rolle Das Kriterium f r den Einsatz von Medien ist deshalb welchen
308. n und Medien zueinander Hierf r stehen z B die kybernetische Didaktik v Cube 1965 1970 oder auch die Lerntheoretische Didaktik Heimann et al 1970 Schulz 1980 Bei dem Leitbegriff der Interaktion liegt der Fokus auf der Kommunikation dem Sinnverstehen und der sozialen Dimension Die konstruktive Didaktik Hiller 1973 kann beispielsweise dem Leitbegriff Interaktion zugeordnet werden vgl Kron 2008 3 1 Bildungstheoretische Didaktik Was im Einzelnen unter Bildung zu verstehen ist ist Gegenstand von zahlreichen Debatten sowohl von deutschen Philosophen in der Vergangenheit bspw Herder Humboldt Kant aber auch in der Gegenwart z B Adorno 1959 Pongratz et al 2004 Precht 2013 Der Begriff unterliegt sowohl dem Zeitgeist als auch politischen wirtschaftlichen bzw unternehmerischen Interessen d h was muss ein k nftiger Arbeitnehmer k nnen um produktiv zu sein Das Fundament der Bildungstheoretischen Didaktik sind Bildungsinhalte Lehrinhalte werden aus ihrer vorgegebenen Situation so in Lernaufgaben transformiert dass sie der bzw die Lernende aufnehmen verarbeiten und bew ltigen kann Die didaktische Theorie soll demnach Handlungsempfehlungen geben wie Themen zu Bildungsinhalten curricularer F cher entwickelt und im Unterricht transportiert werden k nnen Klafki erarbeitete dazu f r Lehrende Orientierungshilfen zur Reflexion Planung und Durchf hrung von Unterricht Ausgangspunkt hierf r ist die These vom Pri
309. n Arrangements muss darauf geachtet werden dass die kognitive Belastung nicht zu gro wird Ein gewisser Anteil der kognitiven Kapazit t wird f r den Umgang mit dem Simulationsprogramm ben tigt Dieser ist bei der Verarbeitung interaktiver und bewester Bilder gr er als bei statischen Deshalb m ssen weitere Faktoren die zu einer Erh hung der kognitiven Belastung f hren reduziert werden Daneben muss ber cksichtigt werden dass Simulationen auf Modellen beruhen die neben den Vorteilen der Reduktion und Akzentuierung auch den Nachteil haben dass sie fehlinterpretiert werden k nnen Deshalb m ssen die Modelle mit den Lernenden zusammen gekl rt werden e Welche medientheoretischen Argumente sind zu bedenken Neben den oben bereits ausgef hrten Modellfunktionen ist die Qualit t der Mensch Computer Interaktion von Bedeutung Bei der Konzeption des Lehr Lern Arrangements mit Simulationen sollten sich Lehrende analog zu den Fragen Karwowskis s S 116 berlegen ob der Mensch Computer Dialog f r jeden Nutzer verst ndlich und f r die ausgew hlte Problemstellung geeignet ist ob er an der passenden Stelle verf gbar und anpassbar ist Aus medientheoretischer Sicht f r die Lernhaltigkeit von Simulationen sind von den in Tabelle 6 auf S 118 dargestellten gestalterischen und technischen Grunds tzen von Jarz 1997 folgende von Bedeutung F r Lernende sollten die Interaktionsm glichkeiten und die Auswirkungen der Interaktion
310. n Beitrag Simulationen in der Beruflichen Bildung auf welche Weise und warum liefern k nnen sind offen geblieben Andere Arbeiten besch ftigen sich mit der Konzeption von Simulationen F ler 2000 z B konzipierte und realisierte ein simulationsbasiertes Computerlernsystem f r den Lerngegenstand Elektrischer Transformator Er hat seinen Simulator 30 Studierenden einer Fachhochschule durch einen Dozenten zur Verf gung stellen lassen der die Studierenden seiner Vorlesung ber die Existenz der Lernsoftware unterrichtet und aufgefordert hat sie f r bungen und Vertiefungen im Zusammenhang mit der Vorlesungseinheit Netz und Trafo zu benutzen ebd S 130 Von diesen Studierenden hat er allerdings keine R ckmeldung erhalten An verschiedenen Gymnasien bot er sein Konzept Klassen der 12 Jahrgangsstufe zum Selbststudium an Zwei der Sch ler befassten sich mit der Software und gaben schriftliche R ckmeldungen drei weitere standen zu Diskussionen zur Verf gung F ler schl gt vor Cognitive Apprenticeship vgl S 57 oder ausf hrlicher Collins et al 1989 als Ansatz zur Instruktion zu verwenden Da Simulationen auf Modellen Mansfeld 2 Disposition 16 basieren ber cksichtigt er in seinem Konzept zur Einbettung der Simulation Elemente der Allgemeinen Modelltheorie F ler st tzt sich hier in der Hauptsache auf Stachowiak 1980 der davon ausgeht dass der Mensch lernt in dem er sich mit Hilfe von Modellen neue Dinge und Z
311. n Reiz hin eine korrekte L sung zu pr sentieren sondern vor allem um die Vermittlung von Strategien und Methoden zur L sung von Problemen die wiederum dabei helfen Antworten zu produzieren Baumgartner und Payr 1997 Konsequenzen die sich aus diesen Erkenntnissen f r das Lehren ergeben sind u a dass zu Lernendes an Vorwissen ankn pfen sollte und dass verschiedene Lernwege angeboten werden Kognitivistische Lerntheorien stehen meist im Zusammenhang mit dem sog Entdeckenden Lernen dessen Theorie in den 1960er Jahren von Bruner entwickelt wurde Beim Entdeckenden Lernen steht das selbstgesteuerte Lernen im Vordergrund Lernende sollen eigenst ndig Informationen finden und ihre Wichtigkeit f r den jeweiligen Zusammenhang einordnen Im Anschluss sollen sie daraus Wissen generieren Regeln und Konzepte entwickeln und diese auf neue Problemstellungen anwenden Voraussetzung f r das Entdeckende Lernen ist ein hoher Grad an intrinsischer Motivation bei den Lernenden Holzinger 2001 Hinsichtlich der Gestaltung von Lehr Lern Arrangements ist Entdeckendes Lernen auch mit konstruktivistischen Positionen siehe n chster Abschnitt in Einklang zu bringen Holzinger 2001 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 52 Computerprogramme die auf diesen Ans tzen basieren sind beispielsweise Intelligente Tutorielle Systeme ITS oder Lernumgebungen wie Computer oder Web based Trainings CBT WBT ITS stellen sich auf die kognitiven Proz
312. n Thema ausgegangen wird w hrend eine Concept Map die Einbettung eines Begriffs in ein Begriffsnetz darstellt Bei Concept Maps sind im Gegensatz zu Mindmaps bei Unterbegriffen auch Querverbindungen und Richtungen m glich Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 96 bernommen wird Die Strukturen von Hypermedia unterscheiden sich stark von der Art der Wissensrepr sentation im Gehirn W hrend bei Hypertexten starre kleinste Informationseinheiten durch Links miteinander verkn pft sind sind Informationen im Gehirn Konzepte die neben der reinen Information auch affektive Qualit ten und Eigendynamik haben Aktivierungsausbreitung z B spontane Verkn pfungen entwickeln auf andere Ged chtnisinhalte einwirken sie ver ndern usw Sacher 1998 S 454 Die Aneignung von Wissen gehorcht egal welche raffinierten Computerprogramme auch jeweils angewendet werden immer den Bedingungen der Verarbeitung von Informationen im Gehirn Dementsprechend ist vor allem der Inhalt und die Einbindung des Inhalts in den jeweiligen Kontext wichtiger f r erfolgreiches Lernen als die angenommene Medienwirkung Um beim Lernen mit Multimedia ein vernetztes Wissen aufzubauen m ssen Lernende die F higkeit erwerben gesprochene oder geschriebene Texte in Verbindung mit Abbildungen in Form von Bildern und Diagrammen angemessen zu beurteilen und miteinander in Beziehung zu setzen Schnotz 2001 Multimedien an sich sind demnach nicht lernf rderlich
313. n der von ihnen besuchten Fortbildungen sei es aus Unwissenheit oder Bequemlichkeit Dar ber hinaus sind oft auch die Arbeitsunterlagen zu den Programmen defizit r Sie sind meist nach sachlogischen Ma st ben strukturiert die den Lehrstoff in Teilbereiche aufgliedern die jeweils gesondert theoretisch vertieft werden Dadurch sind Theorie und Praxis voneinander getrennt Sinnvoller ist die Erarbeitung von aufeinander aufbauenden Lernaufgaben wie beim Projekt CLAUS vgl S 78 die im Laufe der Zeit an Komplexit t zunehmen Theoretische Kenntnisse werden nur vermittelt wenn sie unmittelbar ben tigt werden um die jeweilige Aufgabe zu l sen Dadurch erhalten die Kenntnisse einen praxisnahen Kontext und das Gelernte kann systematisiert aufgenommen werden Dabei sollte nicht generell ein bestimmter didaktischer Ansatz bevorzugt werden sondern unter Ber cksichtigung von Inhalt Ziel Zielgruppen und Rahmenbedingungen L sungen f r eine bestimmte Anforderungssituation gefunden werden Dabei k nnen durchaus sowohl problembasierte als auch instruktionale Ans tze einbezogen werden Keine Lehrmethode kann als die geeignetste angesehen werden Vielmehr muss das gesamte didaktische Feld ber cksichtigt werden Dabei k nnen auch die pers nlichen Vorlieben des der Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 161 Lehrenden oder seine ihre Methodenkompetenzen eine Rolle spielen Die Aufgabe besteht darin herauszufinden wann ein Ansatz
314. n sind f r diese Lerntheorie typische Programme Daraus ergibt sich die Frage welche der Theorien f r das Lernen mit Simulationen die passendste ist Diese Frage kann so jedoch nicht beantwortet werden Jede Theorie hat ihre Berechtigung Die Theorien schlie en sich nicht unbedingt gegenseitig aus sondern bieten Modelle zur Untersuchung des Lernens die sich durchaus erg nzen So basieren viele Lernprozesse durchaus auf Konditionierung Die Neurowissenschaften wiesen mit unterschiedlichen funktionellen bildgebenden Verfahren mentale Prozesse nach die den Ans tzen der Kognitivisten stark hneln Und konstruktivistische Ans tze berzeugen vor allem dadurch dass sie das nat rliche Lernen abbilden Der gem igte Konstruktivismus findet sich beispielsweise in den handlungsorientierten Ans tzen wieder Jede der Theorien rekurriert auf Faktoren des Lernens die in einem Lehr Lern Arrangement vereinigt werden k nnen Deshalb sollten die jeweiligen Theorien danach beurteilt werden welchen Anteil sie zur Bew ltigung von Aufgaben erzielen k nnen Kerres 2012 3 3 Didaktische Konzepte und Unterrichtsmethodik in der beruflichen Bildung Um die Rahmenbedingungen und das Umfeld in dem die Simulationen zum Einsatz kommen sollen zu kl ren wird hier zun chst ein berblick ber didaktische Konzepte und Uhnterrichtsmethodik in der Beruflichen Bildung mit ihren Begrifflichkeiten gegeben werden Dar ber hinaus sind im Zusammenhang mit der Imple
315. nd 8 Da im handlungsorientierten Unterricht Lerninhalte weniger stark thematisiert werden als im konventionellen Unterricht muss der Lernzuwachs f r die Sch ler deutlich hervorgehoben werden Viele Sch lerinnen und Sch ler ben tigen R ckmeldung dar ber ob sie die Aufgaben richtig gel st haben daher sind im Anschluss an die Bearbeitung der Aufgabenstellungen und auch w hrenddessen die Unterst tzung der Lehrkraft und die ausf hrliche Besprechung der L sungen notwendig Das Lernen am Computer ist meist eine Form selbstgesteuerten Lernens Zu den bereits erw hnten Gefahren der Isolation kommen dazu noch die Anforderungen an die Lernenden bez glich ihrer Kompetenzen zum selbstgesteuerten Lernen Das beinhaltet das Setzen von Zielen das Entwickeln systematischer Vorgehensweisen und die Steuerung und berwachung der eigenen Lernstrategien und techniken Viele Lernende sind nicht in der Lage Untersuchungshypothesen f r das zu simulierende Experiment zu artikulieren Auch die Gestaltung und Realisierung eines geeigneten Experiments oder auch die Ausdeutung der Resultate bereitet vielen Lernenden Probleme Ebenso m ssen Lernende ausreichende Kenntnisse besitzen um die Ergebnisse aber auch die Darstellungen in den Simulationen auf ihre faktische Richtigkeit berpr fen zu k nnen Nur mit ausreichendem Kontext ist Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 163 es den Lernenden m glich das mit der Simulation gelernte eino
316. nd Lernen mit Multimedia und Internet Lehrbuch f r Studium und Praxis 3 vollst berarb Weinheim Beltz PVU Issing Ludwig J Schellenberg Cornelia 1973 Anwendung von PU Prinzipien auf die Gestaltung von Schulfernsehsendungen eine Vergleichsuntersuchung In Manfred Hofer und Franz E Weinert Hg P dagogische Psychologie Lernen und Instruktion Frankfurt am Main Fischer Taschenbuch Verlag S 247 260 Mansfeld 7 Literatur 195 Jarz Ewald M 1997 Entwicklung multimedialer Systeme Planung von Lern und Masseninformationssystemen Wiesbaden Dt Univ Verl Gabler Edition Wissenschaft Forum Produktionswirtschaftliche Forschung Kammerl Rudolf Ostermann Sandra 2010 Medienbildung k ein Unterrichtsfach Eine Expertise zum Stellenwert der Medienkompetenzf rderung in Schulen Expertise im Auftrag der Medienanstalt Hamburg Schleswig Holstein MA HSH Hg v Erziehungswissenschaft mit Schwerpunkt Medienp dagogik Universit t Hamburg Online verf gbar unter http www ma hsh de cms upload downloads Medienkompetenz ma_hsh_studie_medienbildung_web pdf zuletzt gepr ft am 22 01 2013 Kerres Michael 1999 Didaktische Konzeption multimedialer und telemedialer Lernumgebungen In HMD Praxis der Wirtschaftsinformatik 36 205 S 9 21 Kerres Michael 2000 Medienentscheidungen in der Unterrichtsplanung Zu Wirkungsargumenten und Begr ndungen des didaktischen Einsatzes digitaler Medien In Bildung und
317. nde Unterst tzung und Instruktion notwendig Das begr ndet sich einerseits darin dass die verwendeten Modelle nun nicht mehr realit tsnah sind sondern sich sowohl in Farbgebung als auch im Verhalten unterscheiden Beispielsweise werden Bauteilverformungen in den Analyseprogrammen bertrieben dargestellt um sie deutlich sichtbar zu machen Je nach Vorkenntnissen Ausbildungsstand und Bildungsgang sollte insbesondere bei FEM Simulationen auf die zugrunde liegenden Differentialgleichungen die finiten Elemente die Auswirkung der Anzahl der Elemente der Knoten der Geometrie der Netze etc die die Basis einer jeden FEM Simulation bilden eingegangen werden Dies kann bei Berufsschulklassen einfach gehalten sein sollte aber bei Lernenden in Berufsoberschul oder Technikerschulklassen durchaus auch intensiver diskutiert werden Die Anwendung dieser Programme bedarf u a aufgrund vieler einstellbarer Parameter Randbedingungen etc zus tzlich einiger bung Programme zur Gie simulation k nnen z B Lernenden an Technikerschulen oder k nftigen Gie ereimechanikern oder Modellbauern die Notwendigkeit gie gerechter Gestaltung illustrieren Bei diesen Programmen ist jedoch zu ber cksichtigen dass viele in ihrer Anwendung recht komplex sind und eine hohe Rechnerleistung ben tigen und einige sehr teuer in der Anschaffung sind Hier ist abzuw gen ob das jeweilige Programm von den Lernenden genutzt wird oder ob es vielleicht sinnvoller ist we
318. nden vom Akt des Lernens und von der Situation in der gelernt wird getrennt werden Mandl et al 2002 S 140 Viele Autoren unterstellen dass Simulationen als Ersatz f r reale Systeme genutzt werden k nnen bzw dass an ihnen genau wie an realen Systemen gelernt mit ihnen Handlungswissen erworben werden kann vgl bspw Tenberg 2001 Weitere Gr nde das Thema Simulationen aufzugreifen leiten sich auch aus ihrer Bedeutung f r unseren Alltag ab und somit auch dem der Auszubildenden wie bereits in der Einleitung dargestellt Medien haben somit eine Gegenwartsbedeutung und sollten aus diesem Grund auch Gegenstand von Unterricht sein Medien stehen im Interesse von Sch lerinnen und Sch lern sie haben meist bereits einen Zugang zu ihnen Parallel dazu fordert die Gesellschaft seit l ngerer Zeit von der Schule dass sie gesellschaftliche wirtschaftliche und auch politische Notwendigkeiten einbezieht Dabei soll sie kompetenzorientiert lehren und lernpsychologischen Erkenntnissen Gen ge tun und au erdem auch computerunterst tzten Unterricht einbeziehen Albers et al 2011 Mansfeld 2 Disposition 35 2 9 1 Wandel der industriellen Produktion und industrieller Facharbeit Wie schon in der Einleitung dargestellt f hren u a die Globalisierung neue Produktionsstrategien und die Verk rzung der Produktlebenszyklen sowie der demografische Wandel zur Etablierung der digitalen Fabrik Z h et al 2003 haben die Definitionen v
319. ndigkeiten stehen die sich Programmentwickler oder Designer ausgedacht haben besteht immer die Gefahr von Missverst ndnissen Deshalb m ssen hier Lehrende den Lernprozess genau beobachten und begleiten und darauf vorbereitet sein Schwierigkeiten zu erkennen und zu beseitigen Ebenso muss gefragt werden ob trotz aller Realit tsn he durch Simulationen Lernende nicht eventuell unempfindlicher gegen ber Gef hrdungssituationen Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 108 gemacht werden da bspw Unf lle in Flugsimulatoren oder auch in CNC Simulatoren folgenlos bleiben und somit Lernende zu risikoreicherem Handeln verleitet werden Dieterich 1994 Simulationen als Ersatz f r reale Systeme Dabei kann nat rlich immer die Frage gestellt werden Warum sollte jemand in k nstlichen Umgebungen lernen wenn es so viel in der nat rlichen Umgebung zu lernen gibt Winn 2002 Die Annahme dass Simulationen als Ersatz f r reale Systeme genutzt werden k nnen bzw dass an ihnen genau wie an realen Systemen gelernt mit ihnen Handlungswissen erworben werden kann ist pauschal nicht g ltig Spitzer 2012 weist darauf hin dass Klicken nicht gleich Handeln ist und bezieht sich dabei auf eine Studie von Kiefer et al 2007b Diese Studie wies nach dass unbekannte Objekte die erstmalig zu lernen sind nur bei Ausf hrung einer zum Objekt ad quaten Bewegung eine fr he Aktivierung in den frontalen motorischen Regionen und sp tere
320. ndung von Simulationen zu untersuchen Armstrong 1992 hat in einer Metaanalyse 54 Studien zu Lehrumgebungen mit computerbasierten Simulationen untersucht Auf die Ergebnisse dieser Studien wird im folgenden Kapitel S 85 unter dem kognitionspsychologischen Aspekt genauer eingegangen Hattie 2009 fasst diese Studien so zusammen dass Simulationen selbst nur geringe Effekte gegen ber anderen Lehrmethoden aufweisen und der Lehrer den gr ten Beitrag zum Gelingen hat Dementsprechend ist die Verwendung von Simulationen im Unterricht zwar angemessen und kann sicherlich einen Beitrag Mansfeld 2 Disposition 21 leisten aber den gr ten Einfluss hat wie bei den meisten Unterrichtsformen der Lehrer bzw die Lehrerin vgl Hattie 2009 S 230 Bl meke 2003 stellte dazu in ihrem berblick ber den Stand der Forschung zum Lernen mit Neuen Medien fest dass bei der empirischen Forschung zum Lernen mit Neuen Medien die quantitativen Studien berwiegen Sie bem ngelt dass experimentelle Studien zum Lernen mit Neuen Medien aufgrund ihres Designs oft mit Psychologiestudenten und zu einfachen Lerngegenst nden nicht unbedingt valide Daten liefern bei Evaluationen wurden oft Varianzkontrollen nicht beachtet Es gab teilweise keine Kontrollgruppen keine Tests zu den Vorkenntnissen der Probanden und bei einigen Evaluationen wurden verschiedene Versuchsleiter eingesetzt Winn 2002 hat bei der Analyse der gegenw rtigen Trends bei techn
321. ne Pr fung ist vorgegebenem aktives Probleml sen Verst ndnisses f r Lernstoff das Ganze Lernende sollen ul zusammen mit interaktiv in einer l allein Einzelk mpfer arbeiten Kollegen Paar Gruppe Team Das menschliche ein passiver ein lineares Geschlossenes Gehirn ist Wissenscontainer Informationssystem Informationssystem Fortsetzung auf der n chsten Seite Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 60 Beurteilung erfolgt Leistung klares Wissen berpr fung Kompetenz Erkennen ber Abfragen von Fakten von Konzepten des Gesamtproblems Pr sentation des kleinen dosierten komplexen unstrukturierter Lernmaterials in Portionen Umgebungen Realit t Feedback extern modelliert intern modelliert objektiv objektiv subjektiv Mensch Maschine strikt fixiert l l selbstreferenziell und l dynamisch adaptiv Interaktion vorgegeben autonom l Adaptive Intelligente l Tutorielle Systeme l Hypermedia Idealer i i Tutorielle Systeme i CAI Drill amp Practice Simulationen Softwaretypus CBT WBT l Programme Mikrowelten Lernumgebung Maschinen kybernetische F komplexe l l k nstliche Intelligenz paradigma Lernmaschine Umgebungen i l Angebote f r Steuerung und Pr sentation von l l kollaborative Rolle des Mediums Regelung des Wissen Interaktivit t Konstruktions Lernprozesses und Adaptivit t Et aktivit ten Zusammenfassend l sst sich sagen dass die vers
322. nen EXSL WIN ist ein multifunktionales Programmiersystem mit zwei Programmierarten und drei CNC Editoren NX CAM Express MultiCAD CAM f r Fr sen Drehen Drahten Drehfr sen amp High End Multifunktionsmaschinen NX Unigraphics Prozessorientierte interaktive CAD CAM PLM Software von Siemens PAlmill amp PALturn Freeware Programme zum ben der CNC Programmierung nach DIN 66025 Simuliert wird wie die Senkrechtfr smaschine bzw die Schr gbett Drehmaschine das mittels Editor geschriebene CNC Programm ausf hrt Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 130 Eignung f r Bildungsg nge proLAS3D JENE offline NC Programmiersystem f r 3D Laser und Wasserstrahlanlagen TopMill TopTurn TopCAM MTS CNC und CAM Software System f r die Komplett Bearbeitung mit 3D Simulation auf virtuellen Dreh und Fr s Bearbeitungszentren TopSolidCam CAD CAM Programmiersystem f r die Erzeugung und Berechnung von Werkzeugwegen auf CNC Werkzeugmaschinen wie Fr s oder Drehbearbeitungszentren VERICUT f lt E simuliert die CNC Fertigung A unabh ngig von Maschine Steuerung amp CAM Systemen und berpr ft das NC Programm auf Kollisionen und Fehler vor dem echten Maschinenlauf Virtual Gibbs GibbsCAM in Deutschland als Virtual Gibbs vertrieben ist eine CAD CAM Software zur Programmierung von CNC Maschinen WinTool f r CNC Fertigungsprozesse und
323. nen kann aber trotzdem mit Ja beantwortet werden Sie liefern Anschaulichkeit k nnen Motivation liefern k nnen anschauliche situierte und anwendungsorientierte Lehr Lernmethoden beg nstigen und die Kluft zwischen Lernsituation und beruflicher Praxis verringern Simulationen bieten viele Potenziale aus unterrichtstheoretischer unterrichtsmethodischer den kognitionspsychologischer und medientheoretischer Sicht wie das vorhergehende Kapitel zeigen konnte Damit diese Zielvorstellungen eingel st werden k nnen sind jedoch verschiedene Voraussetzungen zu erf llen Die Ergebnisse der Arbeit werden an dieser Stelle anhand der Ausgangsfragen zusammengefasst Die zentrale Fragestellung der Arbeit lautete e Wo liegen Potenziale und Grenzen von Simulationen bei Lehr Lern Arrangements in metall und elektrotechnischen Dom nen D h wie sollten berufsfachliche Lehr Lern Arrangements mit Simulationen aussehen und wie k nnen sie didaktisch umgesetzt werden Die Potenziale und Grenzen von Simulationen wurden in Kapitel 5 ausf hrlich dargestellt Je nach Modellfunktion die sie im Unterricht bernehmen sollen k nnen Simulationen einen Beitrag zur exemplarischen Erschlie ung von komplexen Zusammenh ngen liefern sie erm glichen problemorientierte Methoden und bieten Perspektiven f r binnendifferenzierten Unterricht Zusammengefasst kann hier gesagt werden dass Simulationen ihre Potenziale nur dann entfalten k nnen wenn sie Teil eines
324. nen Begr ndungsans tze die f r das Lernen mit Simulationen h ufig genannt werden Dazu z hlen bspw die Interaktivit t die sog verschiedenen Sinneskan le die durch Simulationen angesprochen werden sollen die Realit tsn he von Simulationen etc Das Wesen und die Wirkungsweisen von Simulationen sowie ihre Funktion f r die Gesellschaft und das Individuum wird durch die medientheoretische Perspektive er rtert Das vierte Kapitel enth lt eine bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen die im metall und elektrotechnischen Unterricht verwendet werden k nnten Im f nften Kapitel werden die Potenziale und Grenzen von Simulationen bei Lehr Lern Arrangements in metall und elektrotechnischen Dom nen aufgezeigt Hierzu werden die Bedingungen f r komplexe Lehr Lern Arrangements mit Computersimulationen aus kognitionspsychologischer unterrichtstheoretischer und aus medientheoretischer aber auch aus technischer Sicht und mit Hinblick auf die Lehrerbildung bzgl des Einsatzes von Multimedia und Simulationen beleuchtet Im Anschluss wird exemplarisch ein Skript f r die Einbindung von Simulationen im Unterricht entwickelt Das sechste Kapitel enth lt eine Zusammenfassung der Ergebnisse Schlussfolgerungen und einen Ausblick 2 4 Analyse wissenschaftlicher Beitr ge ber Simulationen als Lehr und Lernmittel Allgemein wird davon ausgegangen dass die Neuen Medien immanente Faktoren besitzen dass sie bspw das
325. ner Im Steinacker 26 55606 Oberhausen http hubertklinkner de palmill index htm palmill freenet de proLAS3D Version3 2SE Demo erh ltlich Foz offline NC Programmiersystem f r 3D Laser und Wasserstrahlanlagen Dialogsprache n Deutsch Englisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Schulung gegen Entgelt Hotline im Preis enthalten Installationssupport im Preis enthalten Wartung gegen Entgelt Erstinstallation 2000 Anzahl der Installationen 28 Preis ab 2 969 05 EUR 2 495 EUR zzgl 19 MwSt zuz gl Versand Sitz des Anbieters Deutschland MARS Lasertechnik GmbH Tel 0 36 21 71 48 0 office mars lasertechnik de e TopMill TopTurn TopCAM Demo erh ltlich A CNC und CAM Software System f r die Komplett Bearbeitung mit 3D Simulation auf virtuellen Dreh und Fr s Bearbeitungszentren Zielgruppen e technisch wissenschaftlicher Bereich e Proze daten und Me werterfassung e Maschinenbau e Metall Kunststoff und Holzbearbeitung Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Technische Dokumentation Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Preis auf Anfrage Mansfeld 9 Anhang 241 Sitz des Herstellers Deutschland Hersteller MTS Mathematisch Technische Software Entwicklung GmbH www mts cnc com 10553 Ber
326. nf ngern aus Psychologiekursen stammen Anders ausgedr ckt Die In den 1970er Jahren kostete bspw der eher durchschnittliche B rocomputer Nixdorf 820 35 100 000 DM 1985 konnte man den 8810 25 CPC von Nixdorf bereits f r 7 500 DM erwerben Quelle http www cc computerarchiv de letzter Zugriff am 09 04 13 in den USA kostete in den 1980er Jahren ein IBM PC 5899 eine Maus 5 89 99 Amiga 500 und C64 hatten bereits Farbmonitore und kosteten 849 Amiga bzw 400 C 64 mit 64 Kb RAM Quelle http www thepeoplehistory com 80scomputers html 1980 war der Dollar mit 1 82 DM bewertet sein Wert stieg in der Folge bis 1988 auf 2 94 DM Cezanne W 2005 Allgemeine Volkswirtschaftslehre Oldenbourg Vlg M nchen S 616 berdies bedeutet der Ausdruck weird im Englischen sonderbar Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 90 meisten Studien beziehen sich auf Probanden die nicht einmal f r die Bev lkerung des Landes aus dem sie stammen repr sentativ sind Henrich et al 2010a b 7 Die Studien betrachten in Bezug auf Simulationen oft Simulationsspiele aus dem Bereich der Wirtschaft es kann zu den technischen Bereichen gro e Unterschiede geben einerseits weil technische Berufe eine h here Technikaffinit t besitzen und weil die Simulationen evtl einen st rken Bezug zur Arbeitswirklichkeit der Auszubildenden besitzen und andererseits weil Simulationsspiele doch noch eine andere Qualit t besitzen als Simul
327. nfassung und Ausblick 183 Technikerschulen k nnten Experimente mit Digitalschaltungen mithilfe der Elektroniksimulation durchgef hrt werden Die Programme sind leicht erlernbar und k nnen intuitiv bedient werden F r den Heimgebrauch ist die Lizenz kostenlos Der Flexible Animation Builder FAB f r das Simulationssystem BORIS kann genutzt werden um kleine Simulationen bzw Animationen erstellen mit deren Hilfe Zusammenh nge verdeutlicht oder Vorg nge visualisiert werden k nnen Daneben gibt es kleine einfache Simulationen und auch Animationen verschiedener Firmen die im Unterricht eine Ersatz oder auch Strukturierungs und Deskriptionsfunktion bernehmen k nnen e Was kann mit Simulationen gelernt werden Wie lernhaltig sind die im Handel erh ltlichen Simulationen Wie kann die Lernhaltigkeit von Simulationen ermittelt werden F hren Simulationen eventuell zu einer Entsinnlichung Wann sind Simulationen eher ungeeignet Simulationen bieten durch ihre Realit tsn he die M glichkeit authentische und exemplarische Lernsituationen am Lernort Schule zu schaffen und somit insbesondere Fach und Methodenkompetenzen zu entwickeln Was mit Simulationen gelernt werden kann h ngt in der Regel nicht von den Simulationsprogrammen ab sondern von der Modellfunktion die sie bernehmen der Aufgabenstellung und der Art der Einbindung in den Unterricht Dar ber hinaus spielt auch die Unterst tzung durch bspw Hilfen L sung
328. ng die Systeme verschiedenster Art z B biologische technische soziologische Systeme auf selbstt tige Regelungs u Steuerungsmechanismen hin untersucht Duden Das Fremdw rterbuch 7 Aufl Mannheim 2001 Mansfeld 2 Disposition 28 Rey 2009 bspw charakterisiert Simulationen als Computerprogramme mit deren Hilfe der Lernende in kontrollierten Umgebungen virtuell Experimente durchf hren kann um das zugrunde liegende mathematische Modell der Simulation besser verstehen zu k nnen vgl de Jong und van Joolingen 1998 van der Meij 2007 Das mathematische Modell bestimmt wie die Simulation auf die Eingaben des Benutzers reagiert Rieber 2005 Als Eingabem glichkeiten zur Erkundung des Modells sind beispielsweise Schieberegler oder Eingabefelder blich auf die das Programm Ausgabewerte generiert H ufig werden diese graphisch visualisiert Rey 2009 S 64 Szczurek 1982 definiert Simulation als eine Lehrmethode die auf einem vereinfachten Modell oder einer Repr sentation einer physischen oder sozialen Wirklichkeit beruht in der Lernende gegeneinander antreten um nach bestehenden Regeln oder Randbedingungen zu Ergebnissen zu kommen Der Wettstreit kann einerseits zwischen ihnen als Individuen oder Gruppen stattfinden oder sie treten allein oder in der Gruppe gegen eine festgelegte Vorgabe an Szczurek 1982 nach Hattie 2009 hnlich aber k rzer definiert Rieber 2005 Simulationen als Computerprogramme die V
329. ng von NC Drehmaschinen und NC Fr smaschinen EXSL WIN ist ein multifunktionales Programmiersystem mit zwei Programmierarten und drei CNC Editoren Dialogsprache Deutsch Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Schulung gegen Entgelt Preis NC Trainer Bildungseinrichtungen erhalten die Vollversion mit einer Technologie Kapitel Drehen oder Fr sen ab 500 zzgl MwSt Einzellizenzen Kapitel Drehen oder Fr sen f r den privaten Heimgebrauch ab 210 zzgl MwSt Sitz des Herstellers Deutschland Hersteller SL Automatisierungstechnik GmbH Tel 02371 9081 0 anfrage slhome com 9 1 3 Simulationssoftware FEM e ABAQULS au h ABAOQUS ist ein Finite Elemente Programm der Firma Simulia einer Tochter von Dassault Systemes zur Analyse von strukturmechanischen thermischen und akustischen Problemen und besonders geeignet f r geometrisch und physikalisch nichtlineare Probleme Zielgruppen virtuelle Produktentwicklung in den Bereichen Mansfeld 9 Anhang 244 e Automobil und Zuliefererindustrie e Chemie und Prozessindustrie e Maschinen und Anlagenbau e Medizintechnik e Konsumsg terindustrie e Luft und Raumfahrtindustrie e Forschung und Lehre Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Anzahl der Installationen n a Pre
330. ngere Bedeutung haben wurden sie hier nicht ber cksichtigt CAD Programme sind keine Simulationsprogramme liefern aber f r viele Simulationen die Basisdaten Einige beinhalten verschiedene Module die bspw FEM Simulationen zur Bestimmung von Festigkeit Spannung etc erm glichen Fandel et al 2002 haben eine ausf hrliche Marktstudie zu CAD Systemen ver ffentlicht Die Daten sind nicht mehr ganz aktuell viele Aspekte sind aber durchaus immer noch relevant Die Bewertungen zur Eignung in den einzelnen Bildungsg ngen Tabelle 9 beruhen Z T auf eigenen Erfahrungen im Unterricht der Fachoberschule Berufsoberschule an der Technikerschule und im Bereich Konstruktionslehre an der Technischen Universit t M chtige Programmpakete wie bspw CATIA schneiden einerseits wegen ihrer hohen Anschaffungs und Wartungs Lizenzkosten schlechter ab aber auch wegen der hohen Komplexit t der Programme die f r den Anf nger nicht leicht zu durchschauen ist In der beruflichen Bildung sollten einfach zu erlernende CAD Programme verwendet werden die den Sch lerinnen und Sch lern einerseits die Aneignung der technischen Kommunikation erm glichen und ein Grundverst ndnis f r den Aufbau solcher Programme vermitteln Sonst wird wertvolle Unterrichtszeit f r das Erlernen von Programm Eigenheiten verschwendet In den Betrieben werden die unterschiedlichsten Programme eingesetzt sodass die Verbreitung eines Programmes kein Argument f r die Verwendung
331. nicht mehr als drei Interaktionen bspw Mausklicks ben tigen Jarz 1997 Benutzerkontrolle zielt auf die Kontrolle ber die Anwendung ab Anwender m ssen bspw jederzeit Programme bzw die Ausf hrung einzelner Programmschritte abbrechen k nnen Jarz 1997 Akzeptable Qualit t der Informationsdarstellungen hat vor allem Einfluss auf die Akzeptanz des Programms bei den Nutzern Jarz 1997 So erwarten insbesondere Jugendliche mit Computerspielerfahrung meist hochwertige Grafiken und fl ssige Animationen Bei Interaktionen erwarten Anwender ein Systemfeedback in akzeptablen Antwortzeiten Ergebnisse bzw Reaktionen m ssen m glichst unmittelbar oder zumindest so zeitnah geschehen dass Anwender den Zusammenhang zwischen Interaktion und Feedback noch erkennen k nnen Jarz 1997 Diese gestalterischen und technischen Grunds tze sind jedoch nur Qualit tskriterien die vor allem auf die Akzeptanz Zufriedenheit und Motivation beim Lerner abzielen ber die didaktische Qualit t von Simulationsprogrammen k nnen kaum Aussagen gemacht werden Einige Aspekte wie bspw die Antwortzeit und auch die Aspekte die sich auf die Nachvollziehbarkeit beziehen haben jedoch indirekt auch Einfl sse auf den Lernprozess Wird der die Lernende in seinem ihrem Lernprozess unterbrochen z B beim Warten auf ein Systemfeedback oder weil er sie ben tigte Funktionen nicht finden kann ist das Lernen naturgem ebenfalls gest rt Im n chsten Kapitel wi
332. nichtlineare Statik e Kontaktanalyse Stabilit tsanalyse e Dynamik e Akustik e Temperaturfelder e elektromagnetische Felder e Optimierung sowie Zuverl ssigkeitsanalyse Integrierte Schnittstellen zu den Pre und Postprozessoren MEDINA IDEAS und PATRAN CATIA Dialogsprachen Deutsch Englisch Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Technische gt Mainframe basierend Open VMS Mainframe bedeutet Gro rechner Mansfeld 9 Anhang 247 Dokumentation Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Erstinstallation 1984 Anzahl der Installationen 500 Preis auf Anfrage Sitz des Herstellers Deutschland Anbieter INTES Ingenieurgesellschaft f r technische Software mbH Tel 49 711 78499 0 info intes de 9 1 4 Simulationssoftware f r weitere Fertigungsverfahren e CADMOUILD 3D F Demo erh ltlich m CADMOULD 3D F Spritzgie simulationssoftware f r die Kunststoff und Gummiindustrie Formenbau Formteilgeometrie Spritzguss Zielgruppen e Formenbauer e Formteilkonstrukteure Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Erstinstallation 2001 Anzahl der Installationen gt 1 000 Preis auf Anfrage Sitz des Herstellers Deutschland Hersteller simcon kunststofftechnisc
333. nik Dialogsprache Deutsch Englisch Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland Mentor Graphics Deutschland GmbH Arnulfstr 201 80634 M nchen Gabriele Tremmel Tel 089 57096 0 Mansfeld 9 Anhang 259 e CADSTAR Demo erh ltlich a A PCB Layout Zielgruppen Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatronik Dialogsprache Deutsch Englisch mehrsprachig Support Software Upgrades technischer Support und Zugang zu den Online Bibliotheken f r 1 Jahr im Preis enthalten Preis Kynetic 12 000 EUR Dynamic 6700 EUR Lite 1900 EUR Sitz des Anbieters Deutschland CSK Struckbrook 49 Altenholz D 24161 Tel 49 431 329170 kluwetasch cskl de e CR 8000 5000 A PCB Layout und EMV Analyse Zielgruppen Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatronik Dialogsprache Deutsch Englisch Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland Zuken GmbH European HQ Am Soeldnermoos 17 85399 Hallbergmoos Tel 49 89 607696 00 Contact CE zuken com e DxDesigner Demo erh ltlich C PCB Layout Zielgruppen Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatronik Dialogsprache Englisch Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland Mentor Graphics Deutschland GmbH Arnulfstr 201 80634 M nchen Gabriele Tremmel Tel 089 57096 0 e Eagle Demo erh ltlich au D a PCB Layout mit integriertem Autorouter Mansfeld 9 Anhang 260 Zielgruppen
334. nn F r Winn 2002 und Kinzie et al 1992 liegt die Begr ndung f r die Steigerung der Lernmotivation und die daraus resultierende positive Wirkung auf den Wissenserwerb vor allem darin dass die Lernenden innerhalb der Simulation Kontrolle aus ben und die Lernumgebung beherrschen k nnen vgl auch Urhahne und Harms 2006 Weiterhin weist Sacher 1998 darauf hin dass auch die Erfahrung und Fertigkeiten des Lehrenden als auch die Qualit t des Unterrichtskontextes in das die Simulation eingebettet ist von erheblicher Bedeutung f r den Lernprozess sind Sinneskan le Wie werden bildliche Informationen verarbeitet Ein h ufiges Argument das f r die Benutzung von Multimedia und Simulationen im Unterricht herangezogen wird ist dass verschiedene Sinneskan le angesprochen werden und dadurch Lernprozesse verbessert werden k nnten Zum Beleg wird wiederholt auf Treichler 1967 bzw die in anglo amerikanischer Literatur oft zu findende Fehlinterpretation von Dale s Cone of Experience vgl hierzu Betrus et al 2002 verwiesen wo postuliert wird dass Menschen 10 von dem was sie lesen 20 von dem was sie h ren 30 von dem was sie sehen und 50 von dem was sie h ren und sehen etc behalten Das soll also hei en dass umso mehr behalten wird je mehr Sinneskan le an der Vermittlung beteiligt sind Diese Werte sind jedoch durch keine Studie gesichert vgl Sacher 1998 Schnotz 2001 Tulodziecki 2002 Weidenmann 2002
335. nn definitiv wenn sie von anderen geteilt wird Grundlage bilden bei diesem Ansatz gehirnphysiologische kognitionswissenschaftliche und systemtheoretische Annahmen Gerstenmaier und Mandl 1995 Reich 2009 Die Ausrichtung des sozialen Konstruktivismus auch Sozialkonstruktivismus ist eine soziologische bzw sozialpsychologische und behandelt die Konstruktion der sozialen Wirklichkeit Gerstenmaier und Mandl 1995 Reich 2009 vertritt einen interaktionistischen Konstruktivismus Der Interaktionistische Konstruktivismus auch systemisch konstruktivistische Didaktik bzw P dagogik ist ein Ansatz der sozial und kulturell orientiert ist Er stellt die Bedeutung der kulturellen und lebensweltlichen Interaktionen bei der Rekonstruktion d h dem Entdecken Konstruktion d h dem Erfinden und Dekonstruktion d h dem Kritisieren von Wirklichkeiten in den Vordergrund Diese Re De und Konstruktion ist zu jeder Zeit an die Handlungen der Lernenden gekn pft Ein Teil dieser Didaktik ist das Situierte Lernen Der Lehrende soll hierbei nicht nur ein Vermittler von Wissen sein sondern auch Lernprozessberater Reich schl gt f r die konstruktivistische Didaktik und ihre theoretischen Kontexte folgende Einordnung vor Abbildung 15 Quellen und Ans tze f r die verschiedenen Str mungen des Konstruktivismus stammen demnach aus der Philosophie der P dagogik der Psychologie und der Kommunikationstheorie Aus der Philosophie sind hier insbesond
336. nn der die Lehrende diese Programme nutzt um f r die jeweilige Unterrichtssituation Animationen zur Visualisierung zu erstellen die Simulation hier also eine Strukturierungs und Deskriptionsfunktion hat Simulationsprogramme mit abstrakten Visualisierungen wie bspw das oben erw hnte Programm zur Simulation von Getriebekinematiken Abbildung 11 S 43 dienen sicherlich nicht in erster Linie der technischen Erkl rung der Getriebekinematik k nnen aber durchaus ihre Berechtigung darin haben dass die teilweise sehr komplexen und langwierigen Berechnungen in diesem Bereich erleichtert und verk rzt werden Die Bedeutung von Eingangsgr en Randbedingungen und Funktionen von Getrieben lassen sich damit bspw f r den Bereich der Konstruktionslehre oder der Getriebetechnik anschaulich darstellen Sie bed rfen dann jedoch wiederum Zusatzinformationen und intensiverer Auseinandersetzung mit den jeweiligen Darstellungsformen Preise Anschaffungskosten in H he von teilweise 10 20 000 Euro und mehr pro Arbeitsplatz Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 116 In Kapitel 5 werden beispielhaft Unterrichte mit Simulationen vorgestellt Bei der Auswahl der Simulation steht zun chst das Ziel des Unterrichts im Vordergrund und ob die Simulation grunds tzlich geeignet ist dieses zu erreichen Weiterhin ist zu pr fen ob das Programm fachwissenschaftlich fehlerfrei ist und die Gestaltung den Anforderungen entspricht d h der Gr
337. nnen auch dazu verf hren diese unreflektiert zu verwenden Es bietet sich oft auch an eigene Unterrichtssequenzen auszuarbeiten und das jeweilige Programm als Hilfsmittel zu verwenden Bei den kommerziellen Programmen muss berlegt werden ob sie f r das jeweilige Unterrichtsziel geeignet sind Bei speziellen Zielgruppen wenn z B Berufsschulklassen aus Sch lerinnen und Sch lern aus nur einem Betrieb bestehen in dem eine bestimmte Software verwendet wird kann es durchaus begr ndet sein Der Kernel ist der Teil der CAD Software der die Geometriedaten enth lt ACIS ist von Dassault Parasolid von Siemens PLM Granite One von PTC Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 128 dieses Programm zu verwenden die Simulation bernimmt dann eine Trainingsfunktion Bei der berpr fung der von den Lernenden geschriebenen NC Programme bernimmt die Simulation eine Prognose oder auch eine Kontroll und Evaluationsfunktion Einen genaueren berblick ber Simulationssoftware mit ihren Spezifikationen im Bereich der NC Technik liefert neben den entsprechenden Herstellern bspw Hehenberger 2011 Tabelle 10 CNC Simulationssoftware ihre Eignung f r Bildungsg nge und Modellfunktionen die sie im Unterricht bernehmen kann CAMConcept WinTutorial Software f r die vollst ndige EMCO CAD CAM und CNC Ausbildung von der Konstruktion bis zur Produktion CAMConcept besteht aus einem CAD Tei
338. nschaftsgeschichtlich gesehen und auch in ihrer Terminologie ist die Systemtheorie vor allem von der Biologie und von der Kybernetik gepr gt sie findet jedoch heute Anwendungen in den unterschiedlichsten Gebieten von der Computerforschung bis zur Soziologie und zur Psychologie Die einzelne Zelle und das Gehirn die Familie und die Gesellschaft werden gleicherma en als System verstanden Schulz Matthias Systemtheorie http www philosophie woerterbuch de online woerterbuch zuletzt gepr ft am 27 09 2013 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 55 Quellen und Ans tze f r die verschiedenen Str mungen des Konstruktivismus stammen demnach aus der Philosophie der P dagogik der Psychologie und der Kommunikationstheorie e Aus der Philosophie sind hier insbesondere die Ph nomenologie die bspw Berger und Luckmann 1995 gepr gt haben die Kybernetik an die speziell von den radikalen Konstruktivisten wie Heinz von Foerster angekn pft wurde aber auch die Systemtheorie die z B Maturana Varela und Luhmann beeinflusst hat Daneben sind ebenfalls postmoderne Diskurse die Cultural Studies und auch der Feminismus ma gebend Als p dagogischen Wegbereiter des Konstruktivismus sieht Reich 2009 den Ansatz des Pragmatismus von John Dewey Von psychologischer Seite nennt er Piaget und Wygotzky deren Ans tze f r konstruktivistische Lehr Lerntheorien rezipiert wurden Des Weiteren haben auch die systemische Familientherapie
339. o KG Albert Einstein Str 101 75015 Bretten Tel 07252 87890 oder 07252 84696 Fax 07252 78780 E Mail info mhj de e CIROS Mechatronics Demo erh ltlich C virtuelle Lernumgebung f r die Mechatronik Schwerpunkt SPS Arbeitsumgebung f r die SPS Programmierung SIEMENS S7 Zielgruppen e Bildungseinrichtungen e Automatisierungstechnik e Steuerungstechnik Dialogsprachen Deutsch Englisch Dokumentation Benutzerhandbuch B cher Lehrmittel Datenbl tter Demo Version Preis Basislizenz 809 20 EUR Erweiterungslizenz 404 60 EUR Sitz des Herstellers Deutschland Festo Didactic Bestell Hotline 0800 5600967 e SimVA IMS AN Steuerungstechnische Simulation f r Maschinen Steuerungen auf SPS Basis Dialogsprachen Deutsch Englisch Mansfeld 9 Anhang 254 Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Technische Dokumentation Schulung nicht erforderlich Hotline im Preis enthalten Installationssupport gegen Entgelt Wartung im Preis enthalten Preis auf Anfrage Sitz des Herstellers Deutschland Hersteller SimVA Software amp Services GmbH Dr Ing W Lindemann Tel 49 0 521 55 73 29 40 info SimVA de 9 1 6 Robotersimulation e CIROS Robotics Demo erh ltlich de Erlernen der Programmierung und Inbetriebnahme von industriellen Robotersystemen Verschiedene Robotermodelle integriertes Lernprogramm zur Robotik vermittelt die Grundlagen der Handhabunsgstechnik bis hin zum Einsatz von Ro
340. odellversuch Hypermediagest tzte Simulationssysteme f r berufliche Schulen Hg v Freie Hansestadt Bremen Senator f r Bildung Wissenschaft Kunst und Sport Bremen Online verf gbar unter http www arteclab uni bremen de Projects Hysim hysim abschlussbericht pdf Norman Geoff Dore Kelly Grierson Lawrence 2012 The minimal relationship between simulation fidelity and transfer of learning In Medical Education 46 7 S 636 647 N se Ralf 1995 ber die Erfindung en des Radikalen Konstruktivismus Kritische Gegenargumente aus psychologischer Sicht 2 Aufl Weinheim Deutscher Studien Verlag Paas Fred Renkl Alexander Sweller John 2003 Cognitive Load Theory and Instructional Design Recent Developments In Educational Psychologist 38 1 S 1 4 Paivio Allan 1971 Imagery and verbal processes New York Holt Rinehart and Winston Paivio Allan 1990 Mental representations A dual coding approach New York Oxford England Oxford University Press Clarendon Press Mansfeld 7 Literatur 213 Papert Seymour 1972 Teaching Children to be Mathematicians Versus Teaching About Mathematics In International Journal of Mathematical Education in Science and Technology 3 3 S 249 262 Paris Scott G Lipson Marjorie Y Wixson Karen K 1983 Becoming a strategic reader In Contemporary Educational Psychology 8 3 S 293 316 Pensky Dirk 2012 Einsatz virtueller Wartung von Produktionsanlag
341. ologiegest tztem Lernen festgestellt dass komplexe interaktive Lernumgebungen im Fokus stehen und hat dabei Implikationen f r die Praxis und zuk nftige Forschungen identifiziert Er stellt unter anderem fest dass Unterricht mit Computern grunds tzlich dazu tendiert Lernende voneinander zu isolieren Er schl gt daher vor dass Lehrende um dies zu vermeiden einen sozialen Lernkontext schaffen m ssen Dar ber hinaus r t Tenberg 2001 davon ab mit Lernenden mit geringer Abstraktionsf higkeit bzw bereitschaft oder starken sozialen bzw emotionalen Bed rfnissen ebd S 304 berhaupt an Computern zu arbeiten Tulodziecki 2011 konstatiert dass Computer Internet und andere Medien ebd S 57 in Lehr Lernprozessen lernwirksam eingesetzt werden k nnen wenn sie als Mittel zur Pr sentation von Aufgaben als Informationsquelle und Lernhilfe als Materialpool und Gegenstand von Analysen als Werkzeug oder Instrument bei Aufgabenl sungen und R ckmeldungen als Werkzeug bei der Kommunikation und Kooperation sowie bei der Speicherung und Pr sentation eigener Arbeitsergebnisse ebd S 57 dienen Zur Konzeption von Lernprozessen mit Computern und Medien zur Anregung und Unterst tzung hat Tulodziecki unter Einbeziehung sowohl kognitionstheoretischer als auch konstruktivistischer und didaktischer Auffassungen f nf Merkmale beschrieben Zu Beginn sollte eine bedeutsame Aufgabe mit angemessenem Komplexit tsgrad gestell
342. on von Wissen das in Abh ngigkeit von zuvor gewonnen Erkenntnissen Wahrnehmungen interpretiert Menschen konstruieren oder kreieren aktiv ihre eigene subjektive Repr sentation der objektiven Realit t Das Vorhandensein einer objektiven Sicht der Wahrnehmung einer realen Welt wird bezweifelt Vielmehr wird die Realit t als ein gedanklicher Entwurf gesehen zu der die Sinnesorgane nicht nur ein Abbild der Au enwelt liefern sondern die Sinneseindr cke bei der Verarbeitung bereits strukturieren bewerten und deuten Die Konstruktion des Wissens wird durch kollaboratives Lernen in Gruppen unterst tzt Dabei werden Bedeutungen ausgehandelt und durch metakognitive Prozesse gew hrleistet dass die augenblickliche Auffassung von der Welt noch ad quat ist Gr sel und Gniewosz 2010 Mienert und Pitcher 2011 Baumgartner und Payr 1997 Rey 2009 Wissen ist somit nicht mehr zu vermitteln Lehrende sind aus diesem Grund nur noch Trainer oder Coaches die Anleitungen und Unterst tzung zur eigenst ndigen Konstruktion von Wissen geben Ihre Aufgaben liegen in der Aktivierung der Lernenden sie sollen einen individuellen Lernprozess initiieren und die Lernenden dabei unterst tzen Metakognition aufzubauen und Aufgeschlossenheit gegen ber anderen Betrachtungsweisen zu entwickeln H ufigste Kritik am Wissenserwerb in Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 57 der Schule ist die Produktion tr gen Wissens Renkl 1996 hat aus der Literatur
343. onen im Unterricht sowohl bzgl der Vorbereitung als auch finanziell muss durch den Lernertrag gerechtfertigt sein Die Begr ndung dass eine Simulation verwendet wird weil sie existiert oder weil sie sch ne Animationen produziert ist nicht ausreichend Nicht alles was m glich ist ist notwendigerweise w nschenswert Salomon und Perkins 1996 Aber zu bedenken ist dass Simulationen f r Lernende eine weitere und auch andere M glichkeit darstellen sich Wissen anzueignen und dadurch ihr Spektrum an Lernstrategien und Lernerfahrungen bereichern Weidenmann 2002 S 61 Eventuell m ssen die jeweiligen Programme sukzessive erarbeitet werden Auch hier sollten Sch lerinnen und Sch ler bei Bedarf Unterst tzung bekommen Sie sollten animiert werden Resultate und Modelle zu pr fen und zu beurteilen Engeler 2003 F r die Beurteilung von Simulationsprogrammen f r Lehr Lern Arrangements k nnen aber auch gestalterische und technische Grunds tze einbezogen werden Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 118 Diese spielen besonders bei der Akzeptanz der Anwendungen eine Rolle Grunds tzlich m ssen Simulationsprogramme Grunds tzen human gestalteter Arbeit gen gen aber auch Standards der Software Ergonomie erf llen Richtungsweisend sind hier wie bereits auf S 24 angedeutet die DIN Normen DIN EN ISO 9241 Ergonomie der Mensch System Interaktion und DIN EN ISO 14915 Software Ergonomie f r Multimedia Benutzungsschnit
344. org nge oder T tigkeiten nachbilden damit die Anwender durch Interaktionen mit ihnen etwas ber diese Vorg nge und T tigkeiten lernen nach Niegemann 2008 Auch Engeler 2003 definiert Simulationen als Computersimulationsprogramme die auf der Grundlage eines mathematischen oder formal logischen Modells realer Gegebenheiten Prozesse oder Systeme ab oder nachbilden ebd S 16 Er betont au erdem den hohen Grad an Interaktivit t die M glichkeiten die einzelnen Parameter zu variieren und diese Modulationen zu beobachten als Kennzeichen von Computersimulationen Dies biete die Option vielschichtige Beziehungen anschaulich zu machen und gewisserma en wie ein Experiment zu behandeln Bonz 2009 schreibt dass bei einer Simulation komplexe Situationen Strukturen oder Prozesse in einem wirklichkeitsnahen Modell abgebildet werden Diese Abbildung der Realit t erm glicht Lernhandeln ebd S 129 Die Berufs und Arbeitssituation der Realit t muss transformiert werden dadurch entsteht eine simulierte Wirklichkeit als Lern Arrangement die die Reduktion von Komplexit t erm glicht In diesem Arrangement vollzieht sich das Handeln der Lernenden mit Zielsetzung Planung Ausf hrung und Bewertung Das Ergebnis ist ein Handlungsprodukt das wiederum generalisiert und auf die Realit t der Berufs und Arbeitswelt bertragen werden muss Abbildung 3 Er unterscheidet einerseits Simulationen durch Medien wo die Lernenden sich m
345. orothee M 2011 Der Einsatz digitaler Medien als Herausforderung von Schule eine Ann herung In Carsten Albers Johannes Magenheim und Dorothee M Meister Hg Schule in der digitalen Welt Medientheoretische Ans tze und Schulforschungsperspektiven 1 Aufl Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften S 7 16 Anderson John R 1976 Language memory and thought Hillsdale NJ Erlbaum u a The experimental psychology series Anderson John R 1983 The architecture of cognition Cambridge Mass Harvard University Press Cognitive science series 5 Anderson John R 1993 Rules of the mind Hillsdale NJ u a Erlbaum Anderson John R Corbett Albert T Koedinger Kenneth R Pelletier Ray 1995 Cognitive Tutors Lessons Learned In Journal of the Learning Sciences 4 2 S 167 207 Armstrong Penny S 1992 Computer based simulations in learning environments A meta analysis of outcomes In Dissertation Abstracts International Vol 53 Jul 1 A S 100 Arnett Jeffrey J 2008 The neglected 95 Why American psychology needs to become less American In American Psychologist 63 7 S 602 614 Arnold Patricia 2005 Einsatz digitaler Medien in der Hochschullehre aus lerntheoretischer Sicht Fachartikel im Portal zum Einsatz digitaler Medien in der Hochschullehre E Teaching Org Online verf gbar unter http www e teaching org didaktik theorie lerntheorie arnold pdf zuletzt gepr ft am 11
346. pekt der Vermittlung von Bedeutung Es wird dabei davon ausgegangen dass die Lehrmethodik von der Art des Inhalts abh ngig ist Die Mediendidaktik hat enge Bez ge zum Instruktionsdesign Modellfunktionen Simulationen bedienen wie schon auf S 16f erw hnt unterschiedliche Zielebenen resp spezifische Modellfunktionen F ler 2000 Buddensiek et al 1980 Nicht Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 74 alle Modellfunktionen sind f r die Berufliche Bildung von gleicher Bedeutung sondern korrespondieren mit dem gew hlten Unterrichtskonzept sowie der Planung von Lern und Arbeitsaufgabentypen Sechs sind in diesem Kontext von curricularer und fachdidaktischer Bedeutung Modelle und Simulation k nnen demnach eine Strukturierungs und Deskriptionsfunktion 1 eine Trainings 2 Ersatz 3 Steuerungs 4 und Prognosefunktion 5 sowie eine Kontroll Evaluationsfunktion 6 bernehmen Durch die Strukturierungs und Deskriptionsfunktion k nnen unklare Konzeptionen und Funktionen realer Zusammenh nge nachvollziehbar gemacht werden wie z B die Energie und Informationsfl sse in elektrischen pneumatischen und hydraulischen Baugruppen produktionstechnischer Anlagen Die Trainingsfunktion erlaubt den Lernenden mit berufsfachlicher Interaktion bspw bei der Programmierung von Anlagensteuerungen schrittweise vertraut zu werden Als Ersatzfunktion kann die Simulation dienen wenn das Original nicht verf gbar oder seine Ver
347. petenzen erworben werden k nnen Tenberg 2010 S 4 Beim Lernfeldkonzept treten anstelle der traditionellen F cherstruktur Lernfelder die aus beruflichen Situationen bzw Handlungsfeldern abgeleitet werden Bruchh user 2009 Die wesentlichen Bestandteile des Lernfeldkonzeptes sind Handlungskompetenz handlungsorientierter Unterricht F cherintegration und Teamarbeit Schneider 2005a S 90 Wie diese Lernfelder im Unterricht umgesetzt werden obliegt den Lehrerteams der jeweiligen Berufsschule KMK 2007 Wie auch bei der Handlungsorientierung herrscht weitgehend Konsens dar ber dass die Abkehr vom klassischen Frontalunterrichtt zu begr en ist Als problematisch stellt sich die Umsetzung dar Rauner 2012 sieht die Ursachen unter anderem darin dass eine ber ein Jahrhundert gewachsene Tradition berufsschulischer Didaktik vom Kopf auf die F e gestellt werden sollte ebd S 15 Tenberg 2010 sieht die Problematik der Umsetzung vor allem in zwei Aspekten Einerseits in der Entwicklung von Lernsituationen aus den beruflichen Handlungsfeldern da sich die Lehrpl ne auf ein relativ diffuses Ordnungskonstrukt beziehen und an Stelle von Lernzielen berwiegend t tigkeitsbezogene Handlungen vorgeben und diesen auswahlartig unverbindliche Inhalte zuweisen ebd S 4 Er weist weiter darauf hin dass die berf hrung eines Lernfelds in eine Lernsituation und von dort zum Unterricht eine betr chtliche didaktische Lei
348. r den Ausbildungsberuf Produktionstechnologe Produktionstechnologin 15 02 2008 Mansfeld 7 Literatur 196 KMK 2008b Dataset IT Ausstattung der Schulen Schuljahr 2007 2008 Online verf gbar unter http www kmk org fileadmin veroeffentlichungen_beschluesse 2008 2008 _12 08 Dataset IT Ausstattung 07 08 pdf zuletzt gepr ft am 24 01 2013 KMK 2012 Medienbildung in der Schule Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 8 M rz 2012 KMK Online verf gbar unter www kmk org fileadmin veroeffentlichungen_beschluesse 2012 2012_03_08 _Medienbildung pdf zuletzt aktualisiert am 09 03 2012 zuletzt gepr ft am 22 01 2013 Kozma Robert B 1994 Will media influence learning Reframing the debate In Educational Technology Research and Development 42 2 S 7 19 Krampe Horst Runge Walter Kub t Ji 1974 Bedienungsmodelle Ein Leitfaden f r die praktische Ausbildung M nchen u a Oldenbourg Krogoll Tilmann Pohl Wolfgang Wanner Claudia 1988 CNC Grundlagenausbildung mit dem Konzept CLAUS Didaktik u Methoden Frankfurt Main New York Campus Verl Kulik Chen Lin C und Kulik James A 1991 Effectiveness of Computer Based Instruction An Updated Analysis In Computers in Human Behavior 7 1 2 S 75 94 Lee June 1999 Effectiveness of computer based instructional simulation A meta analysis In International Journal of Instructional Media 26 1 S 71 85 Linner S Geyer M Wunsch A
349. r heat and fluid flow Chichester Wiley Ro mann J rgen Karras Ulrich Stern Oliver 2010 Virtuelle Lernumgebungen f r die Automatisierungstechnik Potenziale der 3 D Simulationstechnik In lernen amp lehren 25 97 Schabacker Michael Vajna Sandor Hg 2007 Solid Edge kurz und b ndig Grundlagen f r Einsteiger 2 berarb und aktualisierte Aufl Wiesbaden Vieweg Mansfeld 7 Literatur 221 Steinke Peter 2012 Finite Elemente Methode Rechnergest tzte Einf hrung 4 Aufl Berlin Springer Vieweg Vajna Sandor Weber Christian Bley Helmut Zeman Klaus 2009 CAx f r Ingenieure Eine Praxisbezogene Einf hrung 2 Aufl Berlin Heidelberg Springer Vogel Harald 2007 SolidWorks 2007 Skizzen Bauteile Baugruppen 2 aktualisierte Aufl M nchen Hanser Wellenreuther G nter Zastrow Dieter 2007 Automatisieren mit SPS bersichten und bungsaufgaben Von _ Grundverkn pfungen bis Ablaufsteuerungen STEP7 Programmierung L sungsmethoden Lernaufgaben Kontrollaufgaben L sungen Beispiele zur Anlagensimulation 3 Aufl Wiesbaden Vieweg Westk mper Engelbert 2006 Einf hrung in die Organisation der Produktion Berlin Heidelberg Springer Weyer Systemhaus MOTIVA GmbH 2013 Autocad Inventor LT Suite 2013 Online verf gbar unter http www weyer edv de autocad inventor It suite zuletzt gepr ft am 05 07 2013 WILO 2012 Wilo Brain Instrumente Online verf gbar unter
350. rarb Weinheim Beltz PVU S 45 62 Westk mper Engelbert 2006 Einf hrung in die Organisation der Produktion Berlin Heidelberg Springer Westk mper Engelbert 2009a Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie Wissen im Kontext der Wandlungsf higkeit In Engelbert Westk mper und Erich Zahn Hg Wandlungsf hige Produktionsunternehmen Das Stuttgarter Unternehmensmodell Berlin Springer S 186 201 Westk mper Engelbert 2009b Turbulentes Umfeld von Unternehmen In Engelbert Westk mper und Erich Zahn Hg Wandlungsf hige Produktionsunternehmen Das Stuttgarter Unternehmensmodell Berlin Springer S 7 23 Wiendahl Hans Peter Harms T Heger C L 2002 Kontextsensitiver Einsatz von Virtual Reality im Rahmen der Digitalen Fabrik In J rgen Gausemeier und Michael Grafe Hg Tagungsband zum 1 Paderborner Workshop Augmented Reality und Virtual Reality in der Produktentstehung Paderborn HNI Verlagsschriftenreihe S 39 51 Winn William 2002 Current Trends in Educational Technology Research The Study of Learning Environments In Educational Psychology Review 14 3 S 331 351 Winther Esther 2010 Kompetenzmessung in der Beruflichen Bildung W Bertelsmann Verlag Winther Esther Achtenhagen Frank 2009 Simulationsaufgaben als innovatives Testverfahren f r Industriekaufleute im Rahmen eines VET LSA In Wirtschaft und Erziehung 61 10 S 317 325 Woyand Hans Bernhard 2004 P
351. rbalisierte Entsprechung oft aber auch im verbalen System abgelegt und verarbeitet Das Wissen ist also in zwei Formen Codes im Gehirn vorhanden Trotz ihrer wesentlichen Verschiedenheit in Struktur und Funktion tauschen die beiden Codierungssysteme Informationen untereinander aus und es bestehen referentielle Verkn pfungen Zwischen den Systemen entwickeln sich Beziehungen Diese Doppelcodierung soll dazu f hren dass die Erinnerungsleistung verbessert wird Von Multimedia Entwicklern wird dieser Zusammenhang oft so interpretiert dass ein gleichzeitiges Bereitstellen von Bildern und Sprache einen lern und behaltensleistungssteigernden Effekt hat Dies stellt jedoch eine nur vereinfachte Interpretation der Doppelcodierungstheorie Dual Coding von Paivio 1990 dar Weidenmann korrigierte diese vereinfachte Interpretation folgenderma en Multicodierte und multimodale Pr sentation kann in besonderer Weise eine mentale Multicodierung des Lerngegenstandes durch den Lerner stimulieren Dies verbessert die Verf gbarkeit des Wissens Weidenmann 2002 S 61 Insbesondere bei Simulationen und Spielen findet sich Multicodierung wieder Kiel 2008 Die Gestaltung von Multimedia und dementsprechend auch von Simulationen ist entscheidend daf r dass mit ihrer Hilfe Lern und Behaltensleistung gesteigert werden k nnen verbale Stimuli lonverbale Stimuli Sersorisches System Fepr sentationale verkn pfungen Logogens Logogens Referentiel
352. rch fehlerhafte Form oder ung nstiger Gesenkform Bernhardt 2006 S 28 der vorherigen Arbeitsstufe n Bernhardt 2006 S 28 Eine Trainingsfunktion bernimmt die Simulation wenn bspw Produktionstechnologinnen und technologen die Programmierung von Industrierobotern oder das Planen und Einrichten von Produktionsanlagen mithilfe der Robotersimulationen erlernen s Abbildung 10 S 42 oder wenn Elektronikerinnen und Elektroniker mithilfe entsprechender Simulationen PCB Leiterplatten oder Kabelb ume layouten und die elektromagnetische Vertr glichkeit berpr fen s Abbildung 19 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 76 MAI FLUT III ze er ialx I Euv A FRA HB BF Lo ABA Aa ira nm r N NSARASBEHBRBEZERERS HM HH AE RR IE A AA FH Om X RFOAREPTRD eses RRAR o H S RER T gt BE LE EEE TEEN ELEND RAN Sin ae U Name NONE_SAGZTA 1 A141 l j ze Pet Murba Pullo _ mamo ONE Cable w e Dovcae p P WORE SAGNA P NONE DAR A A NONE_DADSA IA P HOKE DADOSA 12 NONEINLS AI AN P NONE_DANA1_A A NONEINLEA 3 Ay WONEINLEA JAJ P NOKEINLEAI A P NOHE_INLSAZAN P HONE SAGTIAI A HOKE_INLSIA JA HONE_SAGZLA 1_A NO r 5N527 m A f onsa m BNE S492 on ige Bi Td 127 EJ imad arcut in deuice RNSTIA__ TA_RKG 70433550 Not connected ngort 1 NONE_DACS24 1_ AV AI_ C imad cuin device 5AGZ1A 1 TA SA0zla_ _ 106 Nat onrecten inet I NORE SAG
353. rd eine Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen die im metall und elektrotechnischen Unterricht verwendet werden k nnten vorgenommen die Simulationen werden bez glich ihrer Eignung f r die unterschiedlichen Bildungsg nge bewertet und es werden Vorschl ge gemacht welche Modellfunktion sie dort einnehmen k nnten Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 121 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen Im vierten Kapitel wird eine Analyse von Simulationen aus dem Feld Metall und elektrotechnischen Berufe die im Unterricht verwendet werden k nnten vorgenommen Die nachfolgenden Abschnitte beinhalten eine Markt bersicht der Simulationen Stand Dezember 2012 Dabei wurden haupts chlich Quellen aus dem Internet ber cksichtigt aber auch m ndliche Informationen von Experten aus den verschiedenen Bereichen auf einschl gigen Messen bspw Didacta Hannover Messe in Betrieben im Umfeld der Schulen und auch bei Ausbildern eingeholt Die Zusammenstellung erhebt keinen Anspruch auf Vollst ndigkeit Anhand der ausgew hlten und bewerteten Software k nnen aber meist R ckschl sse auf hnliche Programme gemacht werden Die Simulationen werden in einer Tabelle bez glich der Eignung f r die unterschiedlichen Bildungsg nge bewertet und es wird vorgeschlagen welche Modellfunktion sie dort einnehmen k nnten In den Tabellen steht BS f r Berufsschule der einschl gigen Ausbi
354. rdnen zu k nnen und sich zu eigen zu machen Da das selbstgesteuerte Lernen vor allem metakognitive Faktoren betrifft profitieren erfolgreiche Lernende mehr vom Lernen mit Simulationen als Lernende mit schlechten Lernvoraussetzungen Im Gegensatz zu den erfolgreichen Lernenden haben wenig erfolgreiche Lernende Schwierigkeiten systematische Vorgehensweisen zu entwickeln und zielgerichtet ihre Lernprozesse zu planen und zu berwachen Sie verlieren sich in Details statt das Gro e Ganze zu betrachten gehen eher nach zuf lligen Strategien vor und sind oft nicht in der Lage richtige von falschen Methoden zu unterscheiden Selbstgesteuertes Lernen sollte ein Teil fachlich methodischer Kompetenzen sein Es muss jedoch ausf hrlich gelernt werden Die Lernenden m ssen ausreichend M glichkeiten zur Entfaltung eigener Kr fte und Ideen haben da nur so die Probleml sef higkeit und die Kompetenz zum selbstgesteuerten Lernen gef rdert werden k nnen W hrend der Arbeit mit den Simulationen k nnen Beobachtungen Schlussfolgerungen und Zusammenh nge f rderlich sein Hierbei sollte den Empfehlungen von Urhahne und Harms 2006 gefolgt werden dass neben dem differenzierten Feedback des Lernsystems vor allem die eigene Vorgehensweise zur reflektierenden Unterst tzung beobachtet werden sollte In Verbindung damit sind die Mitschriften der Lernenden ein weiterer bedeutender Faktor Sie helfen nicht nur den Lernenden ihre Gedanken zu systematisieren
355. ren bzw die elektromagnetische Vertr glichkeit beurteilen k nnen KMK 2003a b LF 8 etc Angehende Elektroniker innen f r Ger te und Systeme sollen bspw elektronische Baugruppen von Ger ten konzipieren herstellen und pr fen Zur Optimierung sollen sie Simulationstools einsetzen KMK 2003a LF 6 etc O za e ne bMs deirg TOIL Mer T rer e mn an roort De 2 weert here Tepa Pyh one Mios nn a R beres Lory vr or Too tropov a a Ee apa i_n n 43 imul Compan md ioie urmahetmer hmm ox 3 henistta px Tganlis _ A O Camps Papetes ad Eirstinge Sah and Correctors Wem Fuel FOR oO AM are ana and ent T samt Langarm D u k D Lege swt art o b orl rn Q hraa os Arste un ner oeie imge ytt Tp dol etA PoP Oe 5 JE a paki Logn taah Arr as a aa u gt Setare 2 adios r Glast dteet Pisae mi NE a Gemein b Wtotassin Pschiuved T ort D9 el wer beaet j Moves to p w gt an x U eimwen rowo Lama Dia aay A v ab Tanatr os arb a Sat Lomponert Sow Saiao G by O aomi nee ba a unsere Onsin 5 ea pP egi rae i Megsem we Aaw im a h ua an rue von u _ u u a un when hp ned mi m aiat 2 3 Beach Son Am m enter rere a s Vaorlam FE den n dd abe n he wann Pins Dt tia ga Seac Parmi Deo re a Sasse gt er rvsbie r Pe reese i ginn u a pe om 1 dp syu Pa Parmi ioe Pasmetminch u rare pomori re ae raue 4 Masnse tra dang om dim tsent sinnen l bora
356. rgrundhaltung ebd S 43 vermitteln soll Es handelt sich dabei um eine zentrale innere Einstellung bzw um ein srundlegendes Selbstkonzept das die Wahrnehmung und das Verhalten des einzelnen beeinflu t ebd 5 43 Martens kommt zu dem Schluss dass mit Hilfe von Multimedia m glich ist affektive Lernziele zu erreichen Steininger und Z lch 2002 bewerten die Software Mutil Multimediales Trainingstool f r Industriemechaniker in der Ausbildung das die Arbeitswelt des Industriemechanikers simulieren soll und die Lehrinhalte Arbeitsplanung CNC Programmierung Qualit tssicherung und Instandhaltung zusammenf hren Das Tool soll die Anwendung bereits erlernter Inhalte erm glichen Zusammenfassend ist zu sagen dass sich der schon 2001 von Tenberg bem ngelte Stand empirischer Daten zu Unterricht mit Neuen Medien im gewerblich technischen Bereich nicht wesentlich ver ndert hat Computerunterst tztem Lernen resp dem Einsatz Neuer Medien ermangelt es vor allem an der Ber cksichtigung lehr und lerntheoretischer Erkenntnisse Weidenmann 2002 Tulodziecki 2011 Kerres 1999 Issing und Klimsa 2002 Thissen 1998 Oft wird Unterricht mit Computern wieder zu klassischem Frontalunterricht oder die Hersteller insbesondere die Produzenten von Lehrsoftware bereiten ihre Programme als virtuellen Frontalunterricht auf Arnold und Reinmann 2010 S 288 Kolb 2001 definiert vier grundlegende Lernstile durch Vorlieben der Lernenden div
357. rnad Batinic und Markus Appel Hg Medienpsychologie Heidelberg Springer S 477 501 Kopp Birgitta Schulze Elvira Mandl Heinz 2008 Which Design Principles Influence Acceptance and Motivation in Professional E Learning In J rg Zumbach Neil Schwartz Tina Seufert und Liesbeth Kester Hg Beyond knowledge The legacy of competence Meaningful computer based learning environments Dordrecht Springer S 83 92 Kosslyn Stephen M 1980 Image and mind Cambridge Mass Harvard University Press Kosslyn Stephen M 1981 The medium and the message in mental imagery A theory In Psychological Review 88 1 S 46 66 Mansfeld 7 Literatur 211 Kosslyn Stephen M 2005 Mental Images And The Brain In Cognitive Neuropsychology 22 3 4 S 333 347 Kozma Robert B 1991 Learning with Media In Review of Educational Research 61 2 S 179 211 Krogoll Tilmann Pohl Wolfgang Wanner Claudia 1988 CNC Grundlagenausbildung mit dem Konzept CLAUS Didaktik u Methoden Frankfurt Main New York Campus Verl Kron Friedrich Wilhelm 2008 Grundwissen Didaktik 5 Aufl M nchen u a Reinhardt Kron Friedrich Wilhelm Sofos Alivisos 2003 Mediendidaktik Neue Medien in Lehr und Lernprozessen mit 6 Tabellen M nchen Basel E Reinhardt Kusch Werner 1992 Eine vergleichende Bewertung von zwei CNC Ausbildungskonzepten Computersimulations und werkzeugmaschinenorientierte Ausbildung Diss
358. roduktentwicklung mit CATIA V5 Mit Animationen auf CD ROM Wilburgstetten Schlembach WupperCAM 2013 Simulation Virtual Gibbs Online verf gbar unter http www wuppercam de index php virtual gibbs bildgalerie simulation html zuletzt gepr ft am 26 07 2013 Z h Michael F Patron Christian Fusch Thomas 2003 Die Digitale Fabrik Definition und Handlungsfelder In ZWF 03 S 75 77 Mansfeld 7 Literatur 202 7 3 Literaturverzeichnis Kapitel 3 ABB 2011 RobotStudio Online verf gbar unter http www abb com robotics zuletzt gepr ft am 24 08 2011 Adl Amini Bijan 1981 Didaktik und Methodik Weinheim Beltz Adl Amini Bijan 1986 Ebenen didaktischer Theoriebildung In Hans Dieter Haller und Hilbert Meyer Hg Enzyklop die Erziehungswissenschaft Ziele und Inhalte der Erziehung und des Unterrichts 12 B nde Stuttgart Klett Cotta 3 S 27 48 Adl Amini Bijan 1991 Grauzonen der Didaktik Pl doyer f r die Erforschung didaktischer Vermittlungsprozesse In Bijan Adl Amini und Rudolf K nzli Hg Didaktische Modelle und Unterrichtsplanung Juventa S 210 237 Adorno Theodor W 1959 Theorie der Halbbildung In Theodor W Adorno Gesammelte Schriften Band 8 Soziologische Schriften I Frankfurt am Main Suhrkamp S 93 121 Aebli Hans 1980 Denken das Ordnen des Tuns Band 1 Kognitive Aspekte der Handlungstheorie Stuttgart Klett Cotta Albers Carsten Magenheim Johannes Meister D
359. rsion von PSPICE zur ckgegriffen werden Hierbei ist jedoch zu beachten dass dieses Programm mit US amerikanischen Schaltzeichen f r Bauelemente arbeitet Aber auch die Programme Allegro MicrowaveStudio NI Multisim und PSPICE sind gut geeignet weil sie verh ltnism ig leicht zu erlernen und f r die Ausbildung von Elektronikern in Betrieben Schulen und Hochschulen in den verschiedenen Bereichen gut einsetzbar sind und teilweise auch schon eingesetzt werden Mit geringen Einschr nkungen k nnen die Programme der CIROS Automation Suite mit den f nf spezifischen Programmpaketen und vorbereiteten Lernszenarien empfohlen werden CIROS Robotics Roboter Programmieren und Simulieren Mechatronics SPS Programmieren und Simulieren Advanced Mechatronics SPS x Zellen Programmieren und Simulieren Production Fabrikautomation und Produktionsmanagement Studio Modellieren Simulieren Die vorbereiteten Lernszenarien sollten jedoch berarbeitet werden da sie zu kleinschrittig sind und oft schon L sungswege vorgeben Computeralgebrasysteme CAS wie Mathcad Mathematica Maple etc sind insbesondere f r BOS oder Technikerklassen im Mathematikunterricht sehr gut geeignet oder auch f r die technische Mechanik Die elektrotechnischen Komponenten des Programms Yenka k nnen sehr gut begleitend zu Installations bungen oder Mess bungen im Lernfeldunterricht eingesetzt werden In Berufs Fachoberschulen oder Mansfeld 6 Zusamme
360. rsonen vorgenommen werden damit auch die Teamarbeit mit unterschiedlichen Teammitgliedern ge bt werden kann Es kann aber ebenso sinnvoll sein dass die Lernenden ihre Teammitglieder selbst bestimmen Ein Teil des Fertigungssystems der Unterrichtsreihe ist ein 6 Achs Beschickungsroboter der in einer Palettierzelle integriert ist Roboter lagert die Teile auf Paletten mit denen eine CNC Fr smaschine best ckt werden soll Zuvor haben die Sch lerinnen und Sch ler die Bewegungen dieses Roboters geplant und programmiert Industrieroboter bestehen meist aus dem Roboterarm Manipulator dem Effektor der Steuerung und Sensoren Ihre zentralen Aufgaben f hren Industrieroboter mit Effektoren durch Er interagiert mit der Umwelt Effektor ist der Oberbegriff f r die Werkzeuge zur Bearbeitung von Werkst cken z B Schwei pistolen zangen Messmittel und Greifer bzw Greifersysteme von Robotern Um beispielsweise Werkst cke handhaben zu k nnen ben tigen Roboter Greifer die das Werkst ck festhalten Greifer lassen sich in Standard und Spezialgreifer untergliedern Standardgreifer sind beispielsweise Parallelgreifer Dreipunktgreifer oder Vakuumgreifer Kugelmann 1999 Die Fr se soll nun mit Rohteilen die eine andere Geometrie besitzen Zeichnungen werden den Sch lerinnen und Sch lern gestellt best ckt werden Die Rohteilgeometrie ist so gew hlt dass entweder der vorherige Greifer oder zumindest die vorherige Greifkonfiguration f r
361. rst ndnis von systematischem und kasuistischem Lehren und Lernen hat Czycholl und Ebner 2006 identifizieren f r die Berufliche Bildung zwei nicht eindeutige Argumentationsstr nge eine curriculare Dimension und eine methodische Die curriculare Dimension bezieht sich auf die Begr ndungen von Lernzielen ebd S 44 und Faktoren f r die Gliederung von Lernziel Gruppen Sie zielt auf die berufliche Handlungskompetenz bzw Handlungsf higkeit ab d h Lernziele und Strukturierungsgesichtspunkte orientieren sich an den T tigkeitsfeldern des Berufes w hrend die methodische Dimension auf die handlungsorientierte Gestaltung von Lehr Lern Situationen abzielt Bader 2004b hat folgende Auspr gungen im Verst ndnis von Handlungsorientierung herausgearbeitet 1 Handlungsorientierung der betrieblichen Ausbildung an vollst ndigen Handlungen die selbstst ndiges Planen Durchf hren und Kontrollieren bzw Bewerten beruflicher Arbeit einschlie en Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 63 10 11 Handlungsorientierung des Schulunterrichts im Sinne des Lernens an Sachverhalten und Problemen die eine Entsprechung im Erfahrungsraum der Lernenden haben oder absehbar erhalten werden in Anlehnung an Klafkis Grundfragen zur didaktischen Analyse von Lerninhalten zur Gegenwarts und Zukunftsbedeutung Handlungsorientierung als psychologisch begr ndete Strukturierung aller Lernprozesse meist auf der Basis von ko
362. rt 3D Simulation und Roboterprogrammierung e CIROS Robotics mit dem die Grundlagen der Robotik und die Programmierung von Industrierobotern erlernt werden k nnen e CIROS Mechatronics mit dem mechatronische Systeme vorgestellt und analysiert werden k nnen und selbst verfasste SPS Programme getestet und in Betrieb genommen werden k nnen e CIROS Advanced Mechatronics mit dem verteilte mechatronische Anlagen erstellt in Betrieb genommen werden k nnen und verteilte SPS Steuerungssysteme entworfen und getestet werden k nnen sowie e CIROS Production mit dem eine Fabrikanlage aus einer Bibliothek erstellt werden kann ein MES oder Produktionsleitsystem erzeugt werden kann sowie die Optimierung von Prozessen und Anlagenstrukturen gelernt werden kann Die Softwarelizenzen k nnen auf einem Lizenzserver der Schule installiert werden und somit kann die Software von jedem Rechner der mit dem Server verbunden ist betrieben werden Dar ber hinaus k nnte die Software auch den Sch lerinnen und Sch ler f r ihre privaten Rechner zur Verf gung gestellt werden Hier m sste dann ein VPN gt Zugang eingerichtet werden ber den sich die Sch lerrechner ber das Manufacturing Execution System gt Virtual Private Network Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 173 Internet mit dem Lizenzserver verbinden k nnen Dadurch besteht f r die Lernenden die M glichkeit zu Hause Aufgaben nachzuvollziehen oder zu vertiefe
363. s S 7 13 Martens Jens Uwe 1999 Didaktische M glichkeiten und Grenzen von Multimediaprogrammen In HMD Praxis der Wirtschaftsinformatik 36 S 43 53 Mattwich Nathalie Friederici Gerhard 2011 CADFEM in Wind Farm Industry Grafing bei M nchen Online verf gbar unter http www cadfem de fileadmin ansys wind presentation CADFEM Simulation_Windenergie_2011 pdf zuletzt gepr ft am 26 07 2013 Mayring Philipp 2001 Kombination und Integration qualitativer und quantitativer Analyse In Forum Qualitative Sozialforschung Vol 2 No 1 S Art 6 Online verf gbar unter http www qualitative research net fqs texte 1 01 1 Olmayring d htm zuletzt gepr ft am 25 07 2011 McKenna Kevin 1989 The use and effectiveness of computer based models of the economy in the teaching of macroeconomics unver ffentlichte Dissertation University of Western Australia Perth Mentor Graphics 2013 FIoEFD Online verf gbar unter http www mentor com products mechanical de products floefd zuletzt gepr ft am 26 07 2013 Michael Kurt Y 2001 The effect of a computer simulation activity versus a hands on activity on product creativity in technology education In Journal of Technology Education 13 1 S 31 43 National Instruments 2013 Top 10 der Multisim Funktionen f r Ausbildung und Lehre National Instruments Online verf gbar unter http www ni com white paper 3662 de zuletzt gepr ft am 26 07 2013 Niegemann
364. s Bauteils Feldraums etc in endlich viele Teile die sog finiten Elemente Daf r muss das Bauteil das Feld etc zun chst idealisiert werden Im n chsten Schritt wird es diskretisiert also in finite Elemente mit einer bestimmten Geometrie zergliedert Die finite Elemente Diskretisierung erlaubt eine Vielfalt von Elementengeometrien bspw Dreiecke Vierecke Die einzelnen Elemente sind ber Knotenpunkte miteinander verbunden so entsteht das sog FE Netz Die Anzahl der Knoten h ngt vom Elementtyp oder der Interpolationsfunktion ab Im n chsten Schritt werden die Randbedingungen wie z B Lagerung des Bauteils Fest Loslager etc festgelegt Das Simulationsprogramm errechnet aus den entsprechenden Vorgaben dann bspw das Verformungsverhalten des Bauteils oder die Spannungen im Innern des Bauteils die dann grafisch interpretiert vom Programm ausgegeben werden Steinke 2012 Lewis 2004 Die bertragbarkeit auf die Realit t ist allerdings jedes Mal kritisch zu berpr fen Klein 2012 Einen berblick ber die einzelnen Schritte gibt die von Steinke 2012 erstellte Grafik Abbildung 30 Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 132 Modellierung a Idealisierung und Diskretisierung Spannungen Gesamtsteifigkeitsmatrix Reaktionsgr en Gleichungssystem Spannungen Auflagereaktionen F Abbildung 30 die einzelnen Schritte bei der Anwendung der FEM Steinke 2012 S 4 Auf dem Markt b
365. s bei traditionellem Unterricht Inbar und Stoll 1976 Cherryholmes 1976 Portele 1976 nach Dieterich 1994 Lee 1999 hat in einer Metaanalyse 19 Studien zur Effektivit t von Computersimulationen in Hinblick auf Lernprozesse untersucht siehe auch S 20 In den meisten Studien verwendeten Forscher instruktionale Lehrmethoden wie traditionelle Vorlesungen oder computerbasierte Tutorials f r Vergleichsgruppen Die Forschungsergebnisse dieser Studien waren widerspr chlich Selten wurden diese Studien systematisiert um die Quelle der widerspr chlichen Ergebnisse zu erforschen Lee sieht einen der Gr nde f r diese widerspr chlichen Forschungsresultate der Prim rstudien in den unterschiedlichen Lehrweisen mit Simulationen Bei Simulationen gibt es einen Pr sentations und einen Praxismodus Einige Forscher vermuten dass Simulationen nur dann effektiv sind wenn sie als Praxis bung im Praxismodus verwendet werden d h Lernende sollten zun chst ein Anleitungsmodul mit erkl render Einweisung absolvieren um im Anschluss mithilfe der Simulation zu ben und so das Wissen auf sinnvolle Art zu speichern Diese Forscher behaupten dass wenn Simulationen in der Form von Pr sentationen wie bei der Einf hrung neuen Wissens verwendet werden die Studenten w hrend des Unterrichts nicht mitkommen weil sie keine Anleitungen und Erkl rungen zum Lehrinhalt bekommen Weil Simulationen oft die M glichkeit bieten als eine Methode des entdeckenden L
366. s die Biegelinien mit den Markierungen am Biegeklotz bereinstimmen Szenario abspielen Mit einem Gummihammer ist das Blech nun vorsichtig so umzuschlagen dass eine gleichm ige Rundung entsteht Anschlie end wird das vorgebogene Blech mit einer Schraubzwinge fixiert Unter Zuhilfenahme einer Rundstange sowie des Gummihammers erfolgt nun die restliche Biegung so dass eine 180 Biegung entsteht Danach wird das Blech erneut im Schraubstock eingespannt um die erste 90 Biegung an den Endst cken durchzuf hren Dabei ist erneut auf die angerissenen Biegelinien zu achten Nun kann die Biegung erfolgen Hierbei ist darauf zu achten dass an der abgewinkelten Stelle tats chlich ein 90 Winkel entsteht Gegebenenfalls ist mit einem Hammer nachzuarbeiten Analog zur ersten Biegung wird auch die zweite 90 Biegung durchgef hrt Damit ist die Fertigung des Halteb gels abgeschlossen zur ck Abbildung 28 Arbeitsschritte f r das Fertigen eines Halteb gels f r einen Mischbeh lter Kaese und Rund 2006 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 114 Zuerst wird das zu bearbeitende Blech ausgew hlt Die L nge des Winkelst ckes wird wie folgt berechnet Die Berechnung der Gesamtl nge des Blechst ckes sieht Entsprechend der berechneten Ma e wird der wie folgt aus Blechstreifen angerissen i m ssen d e Bohrungen n das Blech gebohrt werden Dann wird der Schraubstock mit de
367. s erlaubt den Lernenden das neu gelernte Material zur Aneignung besserer Schemata zu verwenden Es beginnt ein neuer Zyklus nach vielen Zyklen k nnen Wissen und F higkeiten auf h herem Niveau erlangt werden Cooper 1998 Paas et al 2003 Die Beziehungen zwischen den drei Belastungsformen sind asymmetrisch Intrinsische kognitive Belastung liefert eine Grundbelastung die nicht anders reduzierbar ist als durch die Konstruktion zus tzlicher Schemata und die Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 104 Automatisierung vorher erworbener Schemata Jede zur Verf gung stehende Arbeitsged chtniskapazit t die brig bleibt nachdem Ressourcen zugewiesen wurden sie mit intrinsischer kognitiver Belastung zu befassen k nnen extrinsischer Belastung oder lernbezogener Belastung zugewiesen werden Diese k nnen im Tandem arbeiten sodass bspw eine Reduktion extrinsischer kognitiver Belastung durch ein effektiveres Instruktionsdesign Kapazit t f r eine Erh hung der lernbezogenen kognitiven Belastung freisetzt Paas et al 2003 S 2 Anzumerken ist bei dieser Betrachtung auch dass die Erh hung der Effektivit t oder der Motivation die kognitiven Ressourcen erh hen kann Die Verwendung vielf ltiger Beispiele und meta kognitiver Hinweisreize Prompts sog Promptingma nahmen sind weitere Methoden um die extrinsische kognitive Belastung von Lehr Lern Arrangements zu substituieren Paas et al 2003 S 3 Kritisiert wird an
368. sbeispiele Ansprechpartner eine Rolle sowie die Kenntnis des jeweiligen Programms und des dahinterstehenden Modells Aus diesen Gr nden kann auch die Lernhaltigkeit von Simulationen pauschal nicht beurteilt werden Aus gestalterischer und technischer Sicht sind f r die Lernhaltigkeit von Simulationen die Transparenz der Interaktionsm glichkeiten das Erwartungsmapping sowie die Interaktionskonsistenz und Funktionskoh renz von Bedeutung Lernende sollten die M glichkeiten der Interaktion und ihre Auswirkung erkennen k nnen die Folgen sollten den Erwartungen entsprechen und widerspruchsfrei und koh rent in ihrer Funktion sein In den Programmen sollten Hilfefunktionen angeboten werden Programme oder Programmschritte m ssen jederzeit abgebrochen werden k nnen und die Reaktion auf die Interaktion sollte m glichst unmittelbar erfolgen damit Lernende nicht in ihrem Lernprozess unterbrochen werden Es ist zu vermuten dass Simulationen zu einer Entsinnlichung f hren k nnen Die sinnlichen Erfahrungen die mit Computersimulationen gemacht werden k nnen beschr nken sich auf optische und teilweise akustische Die Verbindung mit Mansfeld 6 Zusammenfassung und Ausblick 184 haptischen motorischen und anderen Erfahrungen findet nicht statt Deshalb sind Simulationen als Ersatz f r echtes Handeln ungeeignet Soziale und emotionale Aspekte des Lernens werden ebenfalls nicht ber cksichtigt Lernende sitzen einsam vor dem Rechner Meist
369. schlagewerke Getriebemodelle Werkzeugmaschinen Laborausr stung Lernsoftware und Simulationen Diese Medien wurden entweder speziell f r die Berufliche Bildung entwickelt oder sind obwohl sie f r andere Zwecke entwickelt wurden f r die Berufliche Bildung n tzlich Sogar Lehrer k nnen als Medien betrachtet werden und Fachpersonal in ihrer Eigenschaft als Personen die in einem beruflichen Umfeld agieren k nnen zu Medien f r Auszubildende werden vgl Austermann 1989 S 1036 nach Pabst und Zimmer 2008 Im Bereich der P dagogik gibt es keine eindeutige Definition f r den Begriff Medium Kerres 2001 weist auf die Problematik der Doppelbedeutung des Medienbegriffs ebd S 19 hin So kann der Begriff einerseits f r das Medium als Informationstr ger als auch f r die Information die bermittelt wird gelten Verschiedene Autoren liefern unterschiedliche Ans tze zur Interpretation des Medienbegriffs und zur Strukturierung von Medien bspw Gl ckel 1990 Adl Amini 1994 Sch ler 1976 Peter en 1992 vgl Kerres 2000 Ihnen gemeinsam ist die Strukturierung nach dem Grad der didaktischen Aufbereitung also in wieweit das Medium die Voraussetzungen d h bspw Zielgruppe oder Lernziele des Unterrichts ber cksichtigen Kerres 2000 Kerres 2012 illustriert die Debatte um die Interpretation des Medienbegriffs mit dem Diskurs von Richard E Clark und Robert Kozma W hrend f r Clark 1983 1994 Medien nichts anderes als Vehikel
370. se simulieren optimieren validieren und unabh ngig programmieren im Zusammenhang konfigurierter Produkt und Ressourcendaten Zielgruppen e Automatisierungstechnik Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Technische Dokumentation Anzahl der Installationen 1286 Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland Mansfeld 9 Anhang 257 Siemens PLM Software Siemens Industry Software GmbH amp Co KG Franz Geuer Str 10 50823 K ln Tel 49 221 20802 0 Fax 49 221 248928 9 1 7 EDA CAD Simulationssoftware f r den elektrotechnischen Bereich e Agilent ADS Agilent Genesys und AWR Demo erh ltlich u Microwave Office HF und Mikrowellen Simulatorren mit Modelithics Bauteilbibliothek Zielgruppen MMIC Designer e Signal Integrity Engineers e RFIC Designer Dialogsprache Englisch Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland Agilent Technologies Deutschland GmbH Herrenberger Str 130 71034 B blingen Tel 49 0 7031 464 0 e Allegro iT A PCB Layout mit integriertem Autorouter Zielgruppen Ingenieure und Designer aus Elektrotechnik Elektronik Mechatronik Dialogsprache Englisch Schulung gegen Entgelt Online Trainingsvideos kostenlos Hotline gegen Entgelt Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland FlowCAD in Deutschland Mozartstra e 2 85622 Feldkirchen bei M nchen Tel 49 89 456
371. sion des Programms SPICE Der Quellcode von SPICE wird aber auch von verschiedenen anderen Anwendungen wie bspw Multisim oder Altium Designer als Simulationskern verwendet n heres zur Simulation mit PSPICE liefern u a Heinemann 2011 Kampe et al 2006 Dieses Programm kann bspw zur Analyse von Netzwerken verwendet werden Dazu simuliert PSPICE auf der Basis der Schaltelemente das elektrische Verhalten von Analogschaltungen Kampe et al 2006 S 94f Von PSPICE liegt eine kostenlose Studentenversion vor die zwar nicht den vollen Funktionsumfang liefert aber dennoch f r den Unterricht v llig ausreichend ist Problematisch ist dass dieses Programm mit US amerikanischen Schaltzeichen f r Bauelemente arbeitet Eine L sung bietet Heinemann 2011 der eine europ ische galvanische kapazitive induktive und Wellenkopplung sowie Reflexionserscheinungen Ab und Einstrahlung Gleichstromanalyse DC Analysis station re Kleinsignal Wechselstromanalyse AC Analysis Rauschanalyse Noise Analysis Kampe et al 2006 S 95 namentlich passive konzentrierte Elemente Leitungen Halbleiterelemente Kampe et al 2006 S 94 Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 139 Variante der Testversion des Programms entwickelt hat die er seinem Buch als CD beigelegt hat Heinemann 2011 Flegel et al 2009 Das Buch und seine kostenlose Homepage zum Buch aber auch weitere Autoren wie bspw Beet
372. sitzen nicht besonders hoch ist Das k nnte an fehlender lerntheoretischer Einbindung und mangelnden Lehr Lern Arrangements liegen vgl auch Albers et al 2011 Tulodziecki 2011 Daraus ergeben sich die Fragen e WVelche Rolle spielt Simulation und wie werden Simulationen eingesetzt In welchen Berufen sind Simulationen relevant In welchen Berufsfeldern Bildungsg ngen und Lerngruppen k nnen Simulationen didaktisch Sinn ergeben In welchen nicht Da ein Medium alleine noch keinen guten Unterricht macht folgen die Fragen e Welche unterrichtstheoretischen und methodischen bzw fachdidaktischen Faktoren spielen dabei eine Rolle e Wie k nnen Simulationen in modernen Unterricht integriert werden Wie k nnen sie in didaktische Konzepte und Lernarrangements eingebettet werden e Wie k nnen Simulationen in der Berufsbildung spezifische Wirkungen im Hinblick auf die F rderung von fachlichen und berfachlichen Handlungskompetenzen insbesondere Selbstlern und Sozialkompetenzen realisieren e Welche kognitionspsychologischen Aspekte sollten bei der Verwendung von Simulationen der beruflichen Bildung der metall und elektrotechnischen Berufe ber cksichtigt werden e Welche medientheoretischen Argumente sind zu bedenken e Welche Kriterien bestimmen den Einsatz von Simulationen im Unterricht e Sind Lehrerinnen und Lehrer ausreichend f r den Einsatz von Multimedia und Simulationen im Unterricht ausgebildet und vorbereitet e Wel
373. st Kombinationen aus den Theorien zu finden Schneider 2005b S 120 Bei vielen Theoretikern aber auch Praktikern ist die am weitesten verbreitete Sichtweise auf den Begriff Handlungsorientierung eine methodisch didaktische Sie verstehen darunter ganzheitliche und sch leraktivierende Lernhandlungen Schneider 2005 Handlungsorientierung kann somit als eine Umsetzung konstruktivistischer Lernauffassungen angesehen werden Riedl 2010 Eng mit der Handlungsorientierung verbunden sind arbeitsprozessorientierte Ans tze Bei diesem Konzept bilden berufliche Handlungen resp Arbeitsprozesse und Produktkenntnisse die Basis f r das Lernen aus ihnen generiert sich das Arbeitsprozesswissen Ma gebend f r die Identifizierung und Charakterisierung von Arbeitsprozessen ist der Arbeitszusammenhang und das entsprechende Wissen und Verst ndnis um diese Zusammenh nge Arbeitsauftr ge werden aus betrieblichen Gesch ftsprozesen abgeleitet Daf r werden berufliche Arbeitsaufgaben in Teilaufgaben unterteilt die sich erst im Zusammenhang mit den bergeordneten Arbeitsauftr gen erschlie en Teilaufgaben wiederum lassen sich in Arbeitshandlungen T tigkeiten aufgliedern Rauner 2002 F r die bertragung von Arbeitsabl ufen in berufliche Curricula gibt es verschiedene in Konkurrenz stehende Konzepte vgl hierzu Fischer und Bauer 2007 Einige Bildungswissenschaftler schlagen vor das Arbeitsprozesswissen zu einem zentralen Gegenstand der Qualifik
374. stellung von Robotersimulationen Echtzeitdarstellung programmierter Bewegungsabl ufe der KUKA Roboter kann direkt in KRL KUKA Robot Language programmiert werden Zielgruppen e Automatisierungstechnik Dialogsprachen Deutsch Englisch Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Technische Dokumentation Schulung gegen Entgelt Preis auf Anfrage Sitz des Herstellers Deutschland KUKA Roboter GmbH Global Sales Center Hery Park 3000 86368 Gersthofen Tel 49 0 8 21 45 33 0 sales kuka roboter de e Roboguide A Robotersimulations und Programmierwerkzeug von Fanuc Zielgruppen Mansfeld 9 Anhang 256 e Automatisierungstechnik Dialogsprachen Deutsch Englisch Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland FANUC Robotics Deutschland GmbH Bernh user Stra e 36 73765 Neuhausen a d F Tel 49 0 7158 98 73 0 e _ RobotStudio F Robotersimulations und Programmierwerkzeug von ABB Zielgruppen e Automatisierungstechnik Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Technische Dokumentation Anzahl der Installationen 1286 Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland ABB Automation GmbH Unternehmensbereich Robotics Gr ner Weg 6 61169 Friedberg Tel 49 6031 85 0 e Tecnomatix Robcad ae Tool zur Simulation von Arbeitszellen Entwicklung aus mehreren Ger ten bestehender robotergest tzter und automatisierter Fertigungsprozes
375. stung erfordert Andererseits liegt die Problematik in der Komplexit t der didaktischen Transformation die dabei von Lehrenden gestemmt werden muss Das was fr her Lehrplankommissionen geleistet haben nun an jeder einzelnen Schule stattfinden soll n mlich herausfinden welches Wissen berufsrelevant ist und dieses Wissen sequenzieren und operationalisieren ebd S 5 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 66 Deshalb m ssen Didaktikerinnen und Didaktiker zun chst Missverst ndnisse in den Interpretationen und Definitionen ausr umen damit im Anschluss angehenden Lehrerinnen und Lehrern Handwerkszeug bergeben werden kann mit denen sie anwendungsbezogen die Anforderungen in ihrem Unterricht umsetzen k nnen Tenberg 2010 Verschiedene Autoren wie bspw Dubs Tenberg Weinert oder Lipsmeier sehen den Bildungsanspruch der Berufsschule bedroht So kritisiert Lipsmeier 2000a dass durch die zu enge Anbindung der schulischen an die betriebliche Ausbildung Berufsschulunterricht zu einem Serviceangebot zur Erg nzung der betrieblichen Ausbildung verkommt Durch die Arbeitsprozessorientierung gef hrden Berufsschulcurricula ihre Unabh ngigkeit die allgemeinbildenden F cher verlieren ihre Eigenst ndigkeit und werden zu Dienstleistungsf chern f r die beruflichen Inhalte Jede Schule so auch die Berufsschule hat den Auftrag Sch lerinnen und Sch ler auf das lebenslange Lernen vorzubereiten Wird der Lehrplan jedoch
376. szuprobieren und so auch unterschiedliche L sungswege kennenzulernen Das hei t wenn also die Simulation eine Trainingsfunktion einnehmen soll und die Abstraktionsanforderungen f r die Lernenden nicht zu hoch sind erf llen die meisten Simulationen ihren Zweck Das Gleiche gilt wenn die Simulation eine Antizipations bzw Prognosefunktion bernehmen soll Aus didaktischer Sicht ist das Erproben alternativer Strategien und die F higkeit Vorhersagen ber Auswirkungen bspw von Bauteilkonfigurationen zu treffen aus Gr nden der Lernwirksamkeit und des Vermeidens tr gen Wissens sehr erstrebenswert Die meisten Programme sofern der die Anwender in ihre Bedienung beherrscht sind daf r sehr gut geeignet Hier m ssen Lehrende jedoch abw gen ob das aufwendige Erlernen der teilweise sehr komplexen Softwareanwendungen hierf r angemessen ist oder andere Medien oder Hilfsmittel ebenso zielf hrend oder sogar besser geeignet sind Diese berlegungen m ssen erst recht getroffen werden wenn die Simulation eine Strukturierungs oder eine Deskriptionsfunktion bernehmen soll Hierf r ist es oft angemessener wenn der die Lehrer in mithilfe der Simulation eine animierte Grafik oder einen kurzen Film erstellt eine Funktion die bei vielen Simulationen mitgeliefert wird und den Sch lerinnen und Sch lern pr sentiert Das Potenzial f r Simulationen die eine Deskriptionsfunktion erf llen sollen liegt vor allem in der bewegten Grafik die oft
377. t werden 1 Lernende und Lehrende sollten sich ber die Ziele der Aufgabe einigen und dar ber wie diese erreicht werden k nnen 2 Die Sch lerinnen und Sch ler sollten sich selbstst ndig und in Gruppenarbeit mit den Fragestellungen auseinandersetzen 3 Die unterschiedlichen L sungswege und Ergebnisse sollen miteinander verglichen und im Anschluss systematisiert werden 4 Danach soll das Gelernte angewendet und reflektiert werden 5 vgl Tulodziecki 2011 S 56f F r den beruflichen handlungsorientierten Unterricht haben Riedl 2004 und Tenberg 2011 hnliche Merkmale abgefasst erg nzt jedoch noch um die Punkte des Mansfeld 2 Disposition 22 handlungssystematischen Vorgehens 6 den integrierten Fachunterrichtsraum 7 die unterst tzende Lehrerrolle 8 und die integrative und offene Leistungsfeststellung 9 Auf diese Merkmale wird in Kapitel 5 noch einmal genauer eingegangen Technische Bedingungen und Lehrerbildung bzgl Einsatz von Multimedia und Simulationen In vielen Schulen sind weder ausreichend Rechner vorhanden noch ist die Softwareausstattung ausreichend Einige Schulen besitzen Rechner mit veralteten Betriebssystemen und beralterter Software Im letzen Bericht des BMBF zur IT Ausstattung der Schulen von 2006 wird die Rechnerausstattung mit dem Verh ltnis 9 1 Relation Sch ler innen pro Computer und durchschnittlich 107 Computern an jeder Berufsschule zwar gelobt aber schaut man genauer hin stellt
378. tGuide dem Heise Software Verzeichnis und den verschiedenen Anbietern der jeweiligen Software F r die verschiedenen Betriebssysteme OS stehen die Symbole An f r Windows co S f r Mac und A f r Linux bzw Unix 9 1 1 CAD 3D Konstruktion e Autodesk Inventor Aa Software f r 3D Konstruktion Simulation Zielgruppen e Werkzeugbau e Formenbau e Maschinenbau gt SoftGuide Softwaref hrer Online verf gbar unter http www softguide de zuletzt gepr ft am 04 07 2013 heise Software Verzeichnis Online verf gbar unter http www heise de download zuletzt gepr ft am 05 07 2013 Mansfeld 9 Anhang 229 e Automotive e Luftfahrt e Schiffbau e Prototyping e Modellbau e u v m Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Technische Dokumentation Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Preis ab 4 775 EUR AutoCAD LT 2014 ab 1 450 EUR Sitz des Anbieters Deutschland Anbieter Autodesk Online Shop http store autodesk de store adsk de_DE e CATIA zu Software f r 3D Konstruktion Simulation Daten Management und Dokumentation PLM Zielgruppen Die CATIA V5 Produktpalette richtet sich in erster Linie an Kunden in den Branchen e Werkzeugbau e Formenbau e Maschinenbau e Automotive e Luftfahrt e Schiffbau e Prototyping e Modellbau e
379. ten der Simulation k nnen aber dieses Defizit nicht kompensieren Diese Programme k nnen nur die vom Programmierer von der Programmiererin festgelegten Programmschritte ausf hren Divergentes Denken der Lernenden kann nicht gef rdert werden Emotionale und intuitive Erfahrungen k nnen mit Simulationen meist nicht gemacht werden Das bedeutet dass Lehrende einen sozialen Kontext kreieren m ssen Dar ber hinaus sollten sie das gemeinsame Arbeiten f rdern Wird in Gruppen gearbeitet sollten die Gruppengr e drei Mitglieder nicht berschreiten da sonst nicht alle Lernenden ausreichend beteiligt werden und die Mitglieder sollten sich m glichst aus eigenem Antrieb zusammenfinden da die Arbeit sonst durch Uneinigkeiten zu stark beeintr chtigt wird Die Gruppenarbeit sollte eigens arrangiert sein bspw Gruppen Puzzle Expertengemeinschaften etc Phasen in denen in Gruppen gearbeitet wird sollten sich w hrend des Unterrichts mit Einzelarbeitsphasen abwechseln Dadurch wird die kognitive berlastung die durch Gruppenarbeit erh ht werden kann zumindest teilweise verringert andererseits aber auch der Isolation die durch Einzelarbeit am Rechner entsteht entgegengewirkt Dazu m ssen wohldosierte instruktionale Ma nahmen ausgearbeitet werden die die Lernenden unterst tzen aber wiederum nicht zur Erh hung der kognitiven Belastung beitragen oder Informationen enthalten die nicht zum Lerngegenstand dazugeh ren Zu den Punkten 4 5 u
380. ter des Simulationsmodells k nnen ver ndert werden und die sich daraus ergebende neue Situation wird von dem Programm berechnet Die Lernenden interagieren so mit dem Lernstoff das System reagiert auf Eingaben oft sogar in Echtzeit Sie erhalten so ein unmittelbares Feedback Tenberg 2001 Jolie et al 2011 Urhahne und Harms 2006 Azevedo und Bernard 1995 wiesen nach dass insbesondere das Feedback f r das computergest tzte Lernen lernf rderlich ist Es steigert sowohl die Lernleistung als auch die Lernmotivation F r Sacher 1998 ist die Interaktivit t von zentraler Bedeutung f r den Lernprozess Er betont jedoch dass die Interaktivit t nicht nur aus dem trivialen Klicken auf einen Knopf und der anschlie enden Darstellung von Informationen bestehen darf Er unterscheidet hierbei e Reaktivit t Menge der Programmaktivit ten und Bedienungsfunktionen die der Nutzer w hlen kann e Navigabilit t Auffindbarkeit der Informationen e Adaptivit t Anpassung an den Benutzer e Kommunikabilit t unterschiedliche M glichkeiten der Kommunikation mit dem System Tastatur Maus Touchscreen Spracheingabe e didaktische Portabilit t Einsatzf higkeit in unterschiedlichen Lernumgebungen Gruppen Einzelarbeit etc Sacher 1998 S 453 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 99 Der ma gebende Faktor bzgl der Interaktivit t ist seiner Ansicht nach dass das Lerntempo an die eigenen Bed rfnisse angepasst werden ka
381. thematischen Modells 2 7 Was sind Animationen und wodurch unterscheiden sie sich von Simulationen Simulationen und Animationen werden h ufig verwechselt bzw die Begriffe synonym verwendet Deshalb erscheint es notwendig hier die Unterschiede darzulegen Mansfeld 2 Disposition 31 Der Terminus Animation leitet sich von dem lateinischen Wort animare beleben in etwas Lebendes verwandeln ab Die VDI Richtliniie 3633 schreibt Die Animation bezeichnet die Erzeugung und Pr sentation von Bildfolgen in denen nderungen z B Zustands nderungen und Bewegungen von Modellelementen einen visuellen Effekt bedingen Unter visuellen Effekten kann eine ber die Zeit variierende Position die nderung von Form Farbe Transparenz Struktur und Musterung eines Objektes die nderung der Beleuchtung sowie der Position Orientierung und Brennweite der Kamera verstanden werden VDI Richtlinie 3633 S 3 Blatt 11 Die Computeranimation erzeugt also mittels eines Computers und der entsprechenden Software k nstliche bewegte Bilder VDI Richtlinie 3633 Animationen k nnen nach Art ihres Inhalts oder ihrer Komplexit t unterschieden werden eine einheitliche Zuordnung und Untergliederung gibt es jedoch nicht Niegemann 2008 Animationen dienen meist ausschlie lich zur Visualisierung und bieten keine M glichkeiten zur Interaktion Dies wird jedoch nicht von allen Autoren so gesehen Betrancourt 2005 oder auch Gonzalez 1996 d
382. tion Builder Demo erh ltlich ki kurz FAB f r WinFACT zur Erstellung von Prozessvisualisierungen Animationen und Bedienoberfl chen f r das Simulationssystem BORIS Die Animationen k nnen sowohl direkt innerhalb von BORIS oder aus einer Stand Alone Version des Animation Builders erstellt werden Zielgruppen e Mess Steuerungs und Regelungstechnik e Modellierung von Prozessen und Prozessanalyse Dialogsprache Deutsch Englisch Dokumentation Online Support Online Preis Einzelplatzlizenz Industrie 580 00 EUR Studienlizenz 580 00 EUR Sitz des Anbieters Deutschland Ingenieurb ro Dr Kahlert Software Engineering amp Automatisierungstechnik Ludwig Erhard Str 45 D 59065 Hamm Tel O 23 81 926 996 Mansfeld
383. tml zuletzt aktualisiert am 10 06 2012 zuletzt gepr ft am 01 08 2013 Sch ler Walter 1976 Unterrichtswissenschaftliche Aspekte der Unterrichtstechnologie In H ther J rgen und Joachim H Knoll Hg Medienp dagogik M nchen Nymphenburger Verlagshandlung S 63 79 Sch tte Friedhelm 2006 Berufliche Fachdidaktik Theorie und Praxis der Fachdidaktik Metall und Elektrotechnik ein Lehr und Studienbuch Wiesbaden Franz Steiner Verlag Schulmeister Rolf 2007 Grundlagen hypermedialer Lernsysteme Theorie Didaktik Design 4 berarb und aktualisierte Aufl M nchen u a Oldenbourg Seila Andrew F 1995 Introduction to simulation In Christos Alexopoulos Hg 1995 Winter Simulation Conference proceedings Arlington VA December 3 6 1995 Baltimore MD Association for Computer Machinery u a S 7 15 SGS Germany 2013 EMV gerechter Leiterplattenentwurf on board EMC Online verf gbar unter http www sgs cge de emv gerechter leiterplattenentwurf on board emc html zuletzt gepr ft am 26 07 2013 Shannon Robert E 1992 Introduction to simulation In James J Swain Hg Winter simulation conference 1992 Arlington Virginia December 13 16 1992 Proceedings WSC 92 New York NY ACM Press S 65 73 Sherman William R Craig Alan B 2003 Understanding virtual reality Interface application and design San Francisco CA Morgan Kaufmann Siemon Jens 2005 Once bitten twice shy
384. triebe Verdeckmechanismen von Cabriolets Radaufh ngungen parallele und serielle Roboter Handhabungseinrichtungen Greifersystteme f r Handhabungsger te etc zu analysieren und so zum Gegenstand komplexer Lehr Lern Arrangements werden Mansfeld 2 Disposition 43 Zur Verdeutlichung der Getriebekinematik von Gelenkgetrieben im curricularen Rahmen der Getriebelehre k nnen die Simulationsprogramme in Technikerschulen dienen Die Simulation bietet die M glichkeit Eingangsgr en zu definieren Messpunkte festzulegen und f r diese die Geschwindigkeiten und Beschleunigungen f r den ganzen Bewegungszyklus eines Gelenkgetriebes zu bestimmen EI Modulare Getriebeanalyse Feder_1 Datei Ansicht Einf gen Rechnen Repot Jools CAD Optonen Hilfe e Jg 8 Projektmodule Simulation EEE ma I an Schale 10 FE aA a L GAN_IEIN 7 Gestellpunkte GST_1 EIM 100 GST_2 EIM GST_3 EIM Antnebscdefinition Beweg_del kbwg B Kinemaltischer Aulbau DAW_I EIN DOD_1 EIM BUR_I EIN BUR 1 EEM B Kinatik FED_1 EIN KIM_1 EIN Eunren EDD_1 EIN Abbildung 11 Simulation eines Getriebes Ruf Getriebetechnik 2012 Die FEM Module verschiedener CAD Programme CATIA Solid Edge Solid Works Autodesk Inventor etc bieten ebenfalls umfangreiche didaktische M glichkeiten Die Gie technik bietet den digitalen Lehr und Lernmedien ein weites didaktisches Anwendungsgebiet Angesprochen sind hiermit sowohl Tec
385. troll und Evaluationsfunktion bernehmen Die Simulationssoftware f r die verschiedenen Fertigungsverfahren sind allgemein f r die betrachteten Bildungsg nge eher ungeeignet da sie oft vertiefte Kenntnisse ber das jeweilige Fertigungsverfahren bei den Mansfeld 6 Zusammenfassung und Ausblick 182 Benutzern voraussetzen Dar ber hinaus ist ihre Bedienung nicht immer leicht zu erlernen Sie k nnten jedoch daf r verwendet werden Animationen zu erstellen die eine Strukturierung oder Deskriptionsfunktion bernehmen siehe die Beispiele zur Gie oder Schmiedesimulation in Kapitel 5 Hier m ssen die Verh ltnisse von Kosten Nutzen und Aufwand sorgf ltig gepr ft werden Die betrachtete Software f r die Programmierung von Speicherprogrammierbaren Steuerungen ist im Gro en und Ganzen gut geeignet Die beigelieferten Unterlagen sollte jedoch kritisch begutachtet und eventuell berarbeitet bzw erg nzt werden F r Simulationssysteme zu Industrierobotern gelten die gleichen Aussagen wie f r die CNC Simulationen Didaktisch aufbereitete Programme wie CIROS Robotics sind f r den Bereich der Berufsbildung gut geeignet die Simulationsprogramme der Roboterhersteller k nnten geeignet sein wenn Berufsschulklassen aus Sch lerinnen und Sch lern aus nur einem Betrieb bestehen in dem eine bestimmte Software verwendet wird Bei der Simulationssoftware f r den elektrotechnischen Bereich kann auf die kostenlose Studentenve
386. tstellen Hervorzuheben ist hier vor allem aus der DIN EN ISO 9241 der Teil 110 Grunds tze der Dialoggestaltung mit folgenden Anforderungen an die Qualit t einer Softwareanwendung Aufgabenangemessenheit Selbstbeschreibungsf higkeit Steuerbarkeit Erwartungskonformit t Fehlertoleranz Individualisierbarkeit und Lernf rderlichkeit Jarz 1997 sieht insbesondere folgende Grunds tze bez glich der Gestaltung und Technik als wesentlich an Tabelle 6 Tabelle 6 berblick ber die Grunds tze der Gestaltung multimedialer Anwendungen Jarz 1997 S 293 Gestaltungsgrunds tze Technische Grunds tze e Mehrfachcodierung e Benutzerkontrolle e Akzeptable Qualit t der e nteraktionstransparenz Informationsdarstellungen e Systemfeedback in akzeptablen e Metaphernkonsistenz l E Antwortzeiten e Interaktionskonsistenz Funktionskoh renz DET en O DI en DT Auf den Gesichtspunkt Mehrfachcodierung ist in diesem Kapitel unter dem kognitionspsychologischen Aspekt bereits ausf hrlich eingegangen worden und er soll deshalb nicht noch einmal aufgegriffen werden vgl S 99ff und S 105ff Unter der Interaktionstransparenz ist zu verstehen dass das Programm so gestaltet sein sollte dass der die Anwender in immer erkennen kann welche M glichkeiten zur Interaktion er sie hat und welche Effekte die Interaktion hat So soll bspw die Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 119 Verwandlung des pfeilf rmigen
387. ttlung im Studiengang oder auf die Fertigkeiten die von der Simulation verlangt werden gezogen werden k nnen hnliche Erkenntnisse gewannen Gr sel Mandl et al 1992 die die F rderung diagnostischen Denkens durch fallbasierte Computerlernprogramme in der Medizin untersuchten nach Schulmeister 2007 Urhahne und Harms 2006 analysierten 30 Artikel zur Effektivit t von Ma nahmen der instruktionalen Unterst tzung f r das Lernen mit Computersimulationen Die Mansfeld 2 Disposition 20 Computersimulationen decken ein breites Spektrum von Planspielen bis zu naturwissenschaftlichem Lernen ab Sie legen nahe dass die ausschlie liche Verwendung von Computersimulationen ohne Anleitung und Hilfestellungen kaum zum Erwerb von Wissen beitr gt Deshalb schlagen sie verschiedene Unterst tzungsmethoden vor die den Lernerfolg steigern Dazu geh ren Arbeitsauftr ge ausgearbeitete L sungsbeispiele permanent verf gbare Hintergrundinformationen eine F hrung durch die Computersimulation abzugebende Erkl rungen und Begr ndungen differenzierte R ckmeldungen des Lernsystems sowie Hinweise und Aufgaben die zur gedanklichen Reflexion anregen Urhahne amp Harms 2006 S 370 Diese Hilfen sollen so gestaltet sein dass sie die Sch lerinnen und Sch ler w hrend der Arbeit mit den vielschichtigen Simulationsprogrammen nicht zus tzlich kognitiv belasten Urhahne amp Harms 2006 S 371 Zu hnlichen Schl ssen kommt auch Lee 1999
388. tung im Bauteil und des W rmeabflusses in die Werkzeuge e Die Ermittlung der Werkzeugbelastung auch bei armierten Werkzeugen anhand der Belastungen des Umformvorganges liefert wichtige Aussagen f r eine Werkzeugoptimierung Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Technische Dokumentation Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Erstinstallation n A Preis auf Anfrage Sitz des Anbieters Deutschland Anbieter Kistler IgeL GmbH www kistler com Tel 49 7031 418 170 info igel kistler com e QForm Demo erh ltlich nu Schmiedesimulationssoftware Anbieter Forge Technology Inc P O Box 1095 Woodstock Illinois 60098 USA Email info ForgeTechnology com phone 815 337 7555 fax 815 337 7666 e Simufact forming Demo erh ltlich as A Umformsimulationssoftware Mansfeld 9 Anhang 251 Anwendungen e Gesenkschmieden oder Flie pressen e Ziehen Stauchen Biegen oder Freiformschmieden e Flachwalzen Profilwalzen oder Formrollieren kalt warm oder halbwarm e mechanische Presse Hammer oder Spindelpresse VWalzaggregat oder Taumelantrieb selbst gekoppelte Bewegungsabl ufe und Federn beliebiger Art einfacher Kohlenstoffstahl oder Edelst hle Aluminium oder Buntmetalle Titan oder Nickel Basis Legierungen massiv oder Blech e Stofffluss oder Werkzeugbelastung Dialogsprache
389. ty entwickelt wurden auf normalen Desktoprechnern benutzt Die Unterschiede in der Definition zwischen Virtual Reality und Simulation sind f r diesen Bereich marginal Nach Brey 2008 k nnen virtuelle Umgebungen in diesem weiteren Sinne ebenfalls als Computersimulationen bezeichnet werden zumindest solche die darauf abzielen realit tsnah zu modellieren Die meisten Virtual Reality Programme f r die metall bzw elektrotechnische Dom ne die sich auf dem Markt befinden sind f r den Ingenieurbereich d h vornehmlich im Gebiet der Konstruktion und Entwicklung angesiedelt und spielen deshalb in dieser Arbeit keine Rolle 2 9 Warum Simulationen Simulationen sind also immer ein Substitut f r ein existierendes System Dieterich 1994 Die Frage die sich stellt ist Warum sollte ein existierendes System substituiert werden Eine Begr ndung f r die Verwendung k nnte bspw die Wissenschaftlichkeit sein die verlangt dass Untersuchungen valide sind indem sie reproduzierbar oder wiederholbar sind Hier bieten Simulationen die M glichkeit die Realit t zu CAVE Cave Automated Virtual Environment ist ein Raum aus Projektionsfl chen auf die ein Stereobildpaar projiziert wird Eberhardt und Hahn 2007 Mansfeld 2 Disposition 34 substituieren wenn es z B nicht m glich ist Experimente beliebig oft zu wiederholen oder Verh ltnisse nachzubilden Dieterich 1994 Beispiele hierf r sind Wetterph nomene oder Katastrophen
390. tzungen kann die Simulation damit eine Trainingsfunktion bernehmen 5 1 2 Medientheoretische Sicht Die o g Modellfunktionen dienen als Orientierungspunkt daf r wie eine Simulation im Rahmen des Lehr Lern Arrangements eingesetzt wird und k nnen Lehrenden als Unterst tzung bei der Einsch tzung von Potenzial Aussagekraft und Grenzen der jeweiligen Simulationen dienen Die Bewertung einer Simulation h ngt von ihrer Funktion die sie im Unterricht einnimmt bzw dem Lernziel das mit ihrer Hilfe erreicht werden soll ab Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 177 Die Effizienz der Simulation bemisst sich in dem Verh ltnis zwischen dem Arbeitsaufwand f r die Planung die Organisation und die Realisierung eines Lehr Lern Arrangements mit Simulation und dem zu erzielenden Lernerfolg Neben dem zeitlichen Aufwand sind bei der Anwendung von Simulationen teilweise betr chtliche Geldausgaben erforderlich Elementar ist neben diesen Erw gungen dass fachwissenschaftliche Zusammenh nge korrekt dargestellt werden und dass das Programm auch in gestalterischer Hinsicht die Bedingungen erf llt Bei realit tsnahen Darstellungen liegen die Potenziale von Simulationen darin dass die Prozesse von den Lernenden relativ schnell von der Simulation in das Original bertragen werden k nnen Sie erm glichen es gefahrlos Grenzen von Systemen auszutesten Auswirkungen von Programm nderungen nachzuvollziehen verschiedene L sungen au
391. u experimentieren Werden Simulationen dazu verwendet den Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 110 Umgang mit den Systemen und oder ihrer Programmierung zu erlernen und zu ben wenn also die Simulation eine Trainingsfunktion einnimmt sind die meisten auf dem Markt erh ltlichen Programme gut geeignet Wichtig ist hierbei wie in jedem Unterricht dass die Sch lerinnen und Sch ler klar verstehen welche Aufgabe sie zu l sen haben Sie ben tigen dazu aufmerksame dennoch nicht aufdringliche Unterst tzung Da Computerarbeit dazu tendiert Lernende voneinander zu isolieren sollte ein Lehr Lern Arrangement mit sozialem Kontext gestaltet werden Dar ber hinaus sollten Lehrende Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen den Sch lerinnen und Sch lern f rdern Winn 2002 Problematischer sind manchmal Programme die didaktisch aufbereitet wurden Bei ihnen sind die Aneignungswege meist determiniert Lernende m ssen diese einhalten eine Abweichung bzw Anpassung an individuelle Lernwege ist oft nicht vorgesehen Grunds tzlich ist bei allen Computeranwendungen zu bedenken dass immer nur solche Aktionen m glich sind die von den Programmentwicklern vorgesehen und umgesetzt wurden Ross 1994 Hier ist darauf zu achten dass die didaktisch aufbereiteten Programme anpassbar an die jeweilige Lernsituation sind und in ihrem Programmablauf auch unterbrochen werden k nnen wenn bspw Fragen auftreten Lernen mit computergest tzten
392. ualifikationsstufen oder ziele f hren Der Veranstaltungskatalog vom Bildungsserver Berlin Brandenburg bbb enthielt eine Veranstaltung namens Masterplan Leitprojekt Intel Lehren Interaktiv es gibt vereinzelte Veranstaltungen zur Einf hrung in die neue Version von Moodle Geogebra CAS Gestaltung digitaler Medien f r den Mathematikunterricht zu Pr sentationen mit Powerpoint und einige zu Unterricht mit dem SMART Board Auch in der universit ren Ausbildung der Lehrer f r Berufliche Schulen ist Medienp dagogik kein Pflichtfach Das bedeutet dass die Ausbildung von Sch lerinnen und Sch lern davon abh ngt dass interessierte Lehrkr fte sich aus eigenem Antrieb individuell weiterbilden Auch wenn der Trend vom Computer Hype sich gerade teilweise in sein Gegenteil verkehrt vgl dazu Tulodziecki 2011 und die Begeisterung f r Multimedia einer Ern chterung oder gar Ablehnung weicht z B Spitzer 2012 ist die Durchdringung unserer Lebens und Arbeitswelt mit Computern und digitalen Werkzeugen nicht zu bersehen und wird auch zumindest in naher Zukunft nicht umkehrbar sein Demzufolge ist es notwendig dass wir in der Lage sind kompetent mit den Medien 71 https tisonline brandenburg de web guest catalog zuletzt gepr ft am 29 01 2013 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 85 umzugehen Daf r m ssen Lehrer und Lehrerinnen entsprechend aus und weitergebildet werden Besonders im Bereich der Beruflichen Bild
393. ualit t des Lehr Lern Arrangements erh ht wird wenn die Funktion des Arbeitsged chtnisses st rker ber cksichtigt wird Seit ihrer Konzeption in den fr hen 1980er Jahren wurden auf Basis der CLT verschiedene Konzepte entwickelt die empirisch nachgewiesen besser sind als konventionelle Lehrmethoden Cooper 1998 Cognitive load kognitive Belastung bezieht sich auf die Gesamtmenge mentaler Aktivit t w hrend eines Vorgangs zu einer Zeit Der Hauptfaktor der bei der Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 103 kognitiven Belastung mitwirkt ist die Anzahl der Elemente mit denen sich befasst werden muss Die Menge an Informationen die abgespeichert werden kann variiert nach dem Grad der Erfahrung und Expertise Dabei werden drei Arten von Belastungen unterschieden intrinsische kognitive Belastung intrinsic cognitive load extrinsische kognitive Belastung extraneous cognitive load und lernbezogene oder lernrelevante kognitive Belastung germane cognitive load d h die Beanspruchung durch den eigentlichen Lernprozess Kerres 2012 S 147 Intrinsische extrinsische und lernbezogene kognitive Belastung sind additiv die Gesamtbelastung kann jedoch nicht die Kapazit t des Arbeitsged chtnisses w hrend des Lernvorganges berschreiten Paas et al 2003 Die intrinsische kognitive Belastung beruht auf der intrinsischen Natur d h der Schwierigkeit bzw Komplexit t des zu lernenden Inhalts und kann nicht durch die G
394. uch die Wartung und Instandhaltung der Computer und Programmsysteme zu sehen Dar ber hinaus sind die Potenziale der Simulationen auch durch die mangelnde Lehrerbildung im Bereich von Medienp dagogik und Mediendidaktik begrenzt e Sind Lehrerinnen und Lehrer ausreichend f r den Einsatz von Multimedia und Simulationen im Unterricht ausgebildet und vorbereitet Nein Sofern sich Lehrende von Multimedia nicht aus eigenem Interesse mit der Einbindung von Multimedia bzw Simulationen besch ftigt haben erwerben sie w hrend ihrer Ausbildung kaum Kompetenzen in diesem Bereich Die existierenden Weiterbildungsveranstaltungen besch ftigen sich meist nur mit der Vermittlung der Bedienung eines bestimmten Programms Der Bereich der Medienkompetenz muss in der Lehrerbildung st rker ber cksichtigt werden Empfehlenswert w re eine Ausbildung die w hrend des Studiums die allgemeine Medienkompetenz und die Einbindung von Medien in Unterricht vermittelt Den Einsatz von Simulationen in konkreten Lernsituationen k nnte dann w hrend des Referendariats in den Fach bzw Schulpraktischen Seminaren erprobt werden Dar ber hinaus sollten Weiterbildungen f r Lehrerinnen und Lehrer bei Bedarf angeboten werden die sowohl den Umgang mit Medien als auch deren Einbindung in Lehr Lernprozesse beinhalten Weiterhin sollten Weiterbildungen angeboten werden die die software technische Fortentwicklung ber cksichtigen Mansfeld 6 Zusammenfassung und Aus
395. uchverlag Fritz Alfred Herbert Schulze G nter Hg 2008 Fertigungstechnik 8 neu bearb Berlin Heidelberg Springer Girwidz Raimund 2010 Medien im Physikunterricht In Ernst Kircher Raimund Girwidz und Peter H u ler Hg Physikdidaktik Berlin Heidelberg Springer S 203 264 Gl ckel Hans 2003 Vom Unterricht Lehrbuch der allgemeinen Didaktik 4 Aufl Bad Heilbrunn Obb Klinkhardt Gonzalez Cleotilde 1996 Does animation in user interfaces improve decision making In Michael J Tauber Bonnie Nardi und Gerrit C van der Veer Hg Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems common ground New York NY ACM S 27 34 Mansfeld 7 Literatur 194 Gr sel Cornelia Mandl Heinz Prenzel Manfred 1992 Die F rderung diagnostischen Denkens durch fallbasierte Computerlernprogramme in der Medizin In Ulrich Glowalla und Eric Schoop Hg Hypertext und Multimedia Neue Wege in der computerunterst tzten Aus und Weiterbildung GI Symposium Gie en 28 30 4 1992 Berlin Heidelberg New York Springer S 323 331 Grafe Silke 2008 F rderung von Probleml sef higkeit beim Lernen mit Computersimulationen Grundlagen und schulische Anwendungen Klinkhardt Gschwendtner Tobias Abele Stephan Nickolaus Reinhold 2009 Computersimulierte Arbeitsproben Eine Validierungsstudie am Beispiel der Fehlerdiagnoseleistungen von Kfz Mechatronikern In Zeitschrift f r Berufs
396. udwig J Issing und Paul Klimsa Hg Information und Lernen mit Multimedia und Internet Lehrbuch f r Studium und Praxis 3 vollst berarb Weinheim Beltz PVU S 45 62 Mansfeld 7 Literatur 219 Weinert Franz E 2000 Lehren und Lernen f r die Zukunft Anspr che an das Lernen in der Schule Vortrag gehalten am 29 2 2000 im P dagogischen Zentrum Rheinland Pfalz in Bad Kreuznach Sonderdruck P dagogische Nachrichten 2000 2 Bad Kreuznach 2000 Wenninger Gerd Hg 2002 Lexikon der Psychologie A bis Z inkl Register Heidelberg Berlin Spektrum Akad Verl Wille Matthias Kamlahs Wilhelm Lorenzens Paul 2011 Die Disziplinierung des Denkens In Bernhard P rksen Hg Schl sselwerke des Konstruktivismus Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften S 160 174 Winn William 2002 Current Trends in Educational Technology Research The Study of Learning Environments In Educational Psychology Review 14 3 S 331 351 Wippich Werner 1984 Lehrbuch der angewandten Ged chtnispsychologie Band 1 Stuttgart Kohlhammer Zhang Jianwei Chen Oi Sun Yanquing Reid David J 2004 Triple scheme of learning support design for scientific discovery learning based on computer simulation experimental research In Journal of Computer Assisted Learning 20 4 S 269 282 7 4 Literaturverzeichnis Kapitel 4 Anderl Reiner Binde Peter 2010 Simulationen mit NX Kinematik FEM und CFD und Dat
397. uer differenziert werden F r die Lernhaltigkeit einer Simulation ist nicht die physische Authentizit t also die N he der grafischen Darstellung zum echten Leben das entscheidende Kriterium Auch wenn die Darstellungsm glichkeiten heutzutage teilweise schon fast fotorealistisch anmuten insbesondere im milit rischen Bereich aber auch die Computerspiel Industrie liefert bemerkenswerte Grafiken ist vor allem die psychische Authentizit t f r die Lernhaltigkeit von Bedeutung Wichtig ist dass die Lernenden in der Simulation die Parallelit t der kritischen Elemente die das spezifische Verhalten simulieren zu ihrem Arbeitsleben den Prozessen und Handlungen identifizieren k nnen Das hei t der Simulator muss vor allen Dingen so reagieren wie im echten Leben So erwartet beispielsweise der die Benutzer in Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 149 eines Fahrsimulators dass wenn er sie lenkt sich das Bild auf dem Monitor entsprechend ndert Er Sie also den Eindruck bekommt das Fahrzeug h tte durch den Lenkeinschlag seine Richtung ge ndert und zwar genauso stark wie er sie das Lenkrad eingeschlagen hat Ob der Stra enbelag in der Grafik des Simulators dann mit dem Aussehen des realen Stra enbelags bereinstimmt oder die B ume am Stra enrand besonders fotorealistisch gestaltet sind ist eher Nebensache Simulationen mit hoher psychischer Authentizit t stellen einen Erprobungsraum zum gefahrlosen Experimentieren
398. uf Basis eigener Erfahrungen und bereits vorhandenem Wissen der Lernenden Der Beitrag den Simulationen hier leisten k nnen liegt einerseits in der Darbietung eines authentischen Kontextes und somit der Erm glichung einer authentischen Lernsituation sodass Lernende Ankn pfungspunkte an ihre Lebens und Arbeitswelt finden k nnen Damit k nnen sie in einem realit tsnahen Umfeld agieren und Erfahrungen sammeln Die Simulation bietet hier die M glichkeit exemplarisch zu lernen Andererseits k nnen bei vielen Simulationen mit wenig Aufwand alternative L sungswege ausprobiert werden was dar ber hinaus Selbstlernkompetenzen f rdert Mansfeld 6 Zusammenfassung und Ausblick 186 F r die F rderung von Sozialkompetenzen k nnen Simulationen nur indirekt einen Beitrag leisten wenn das Lehr Lern Arrangement so ausgelegt wird Allgemein f hrt das Arbeiten am Computer eher zu Isolation e Welche kognitionspsychologischen Aspekte sollten bei der Verwendung von Simulationen der beruflichen Bildung der metall und elektrotechnischen Berufe ber cksichtigt werden Aus kognitionspsychologischer Sicht spielt wie bereits oben S 184 erw hnt eine Rolle dass Simulationen nicht daf r geeignet sind haptischen und motorische Erfahrungen zu vermitteln Aus diesem Grund sollte hierzu auf zus tzliche reale Modelle Experimente etc zur ckgegriffen werden M glichkeiten bieten hier Transfersysteme s S 173 Bei der Entwicklung von Lehr Ler
399. ugmaschine um dadurch genau die Form herzustellen die zuvor gezeichnet wurde Harvard 2011 Simulationssoftware f r CAD CAM und CNC dient der Simulation von Fertigungsprozessen Inzwischen geh rt die Simulation spanender Verfahren zum Standard In vielen berufsbildenden Schulen wird die Programmierung von CNC Maschinen ausschlie lich mit Hilfe von Simulatoren erlernt und ge bt damit belegen diese Simulationen also eine Ersatzfunktion Mittlerweile sind f nfachsige CNC Maschinen State of the Art Hehenberger 2011 Gerade das Verst ndnis f r CNC Maschinen mit f nf Achsen mit ihren hochkomplexen Geometrien kann mit einigen Simulationsprogrammen gut vermittelt werden da hier Prozesse transparent gemacht werden k nnen Die Modellfunktion die hier die Simulation bernimmt ist demnach eine Strukturierungs und Deskriptionsfunktion Didaktisch aufbereitete Programme wie die von Keller und MTS sind f r den Bereich der Berufsbildung gut geeignet und schneiden aus diesen Gr nden in der Beurteilung Tabelle 10 besser ab als die kommerzielle bzw industrielle Standardsoftware Hier sind jedoch die Einschr nkungen aus den vorigen Kapiteln zu ber cksichtigen d h Lehrende sollten sich immer berlegen was das Ziel des Unterrichts ist und ob die von den Herstellern vorgegebene Vermittlungsart die richtige ist um dieses Unterrichtsziel zu erreichen Gerade die didaktisch aufbereiteten Programme mit ihren vielen vorbereiteten Unterlagen k
400. und Ausprobieren zur Verf gung und durch die realit tsnahe Darstellung ist die bertragung von Erkenntnissen aus dem simulierten Experiment in die Praxis leichter So k nnen mit CNC oder Roboter Simulationen gefahrlos Programme ausprobiert werden ohne dass die Werkzeugmaschinen bzw Industrieroboter zerst rt werden k nnen Mit Programmen wie Yenka oder verschiedenen Elektronik Programmen k nnen Experimente auch ohne permanente Aufsicht und Kontrolle von Lehrpersonen durchgef hrt werden da hier keine Gefahr besteht dass evtl teure elektronische Bauteile zerst rt werden Yenka kann beispielsweise im dritten Lernfeld der Kfz Mechatroniker Pr fen und Instandsetzen elektrischer und elektronischer Systeme f r die Erstellung von Stromlaufpl ne verwendet werden um so das Messen von Strom und Spannung zu kl ren und auszuprobieren Im Anschluss daran k nnen dann im Labor an den Arbeitspl tzen oder Versuchsst nden f r Installations bungen die Messungen durchgef hrt werden Auch wenn Realit tsn he bei der Umsetzung in das reale Geschehen helfen kann und die Akzeptanz und damit auch die Motivation der Nutzerinnen und Nutzer oft steigert muss jedoch differenziert werden So wird durch die gr ere N he zur Realit t auch die Komplexit t gesteigert und so gleichzeitig auch ein Vorteil von Simulationen n mlich genau die Verringerung der Komplexit t geschm lert und so die kognitive Belastung intensiviert Bei aller Begeisterung f
401. und Schulungskosten an oder es entsteht Arbeitsausfall durch Schulungen Dar ber hinaus ist die Konzeption von Lehr Lern Arrangements zeit und damit kostenintensiv Es m ssen Lern und bungsaufgaben erstellt werden Kontextinformationen erarbeitet Begleitmaterial wie Programmdokumentationen erstellt werden Die entwickelten Lehr Lern Arrangements m ssen evaluiert und berarbeitet werden gt t So ben tigt bspw CIROS Robotics von Festo folgende Systemvoraussetzungen Intel Core Duo 2 2 GHz Prozessor 2 GB Hauptspeicher RAM 20 GB freien Festplattenspeicher Windows XP Windows Vista oder Windows 7 den Microsoft Internet Explorer ab Version 5 0 Grafikkarte mit 3D Beschleunigung amp OpenGL Unterst tzung z B NVIDIA 7800GTX 512 MB RAM eine USB Schnittstelle f r den Lizenzstecker oder Ethernet Schnittstelle f r ein PC Netzwerk bei Einsatz eines Lizenzservers sowie den Adobe Acrobat Reader ab Version 6 0 Mansfeld 6 Zusammenfassung und Ausblick 180 6 Zusammenfassung und Ausblick Es hat sich gezeigt dass viele Begr ndungen f r den Einsatz von Simulationen wie beispielsweise die Steigerung der Effektivit t die Realit tsn he die Interaktivit t die verschiedenen Sinneskan le die Multimedien ansprechen sollen oder die M glichkeit Simulationen als Ersatz f r reale Systeme zu nehmen teilweise bersch tzt werden Die Frage ob Simulationen in metall und elektrotechnischen Dom nen einen Beitrag leisten k n
402. und mit ihr in Zusammenhang stehende Beratungsans tze eine deutliche Relevanz f r konstruktivistische Ans tze im Bereich der P dagogik und Didaktik Aus den Kommunikationstheorien sind vor allem die Arbeiten von Watzlawick u a bedeutsam die sich an Bateson anschlie en Reich 2009 Die verschiedenen konstruktivistischen Str mungen die von diesen Quellen und Ans tzen beeinflusst werden und ihre Beziehungen zueinander werden im unteren Teil des Schaubildes dargestellt Der von Kamlah und Lorenzen begr ndete methodische Konstruktivismus der zum Teil zu einem kulturalistischen Ansatz fortentwickelt wurde hat die Rekonstruktion rationalen Zweck Mittel Denkens zum Kern Daraus soll speziell in den Naturwissenschaften nachvollzogen werden nach welchen nicht reflektierten 1 Ph nomenologie ist der methodisch reflektierte Versuch unser begriffliches und vorbegriffliches Verstehen sowie unsere expliziten und impliziten Geltungsanspr che auf eine urspr ngliche Erfahrung zur ckzuf hren und darin das Zustandekommen von Objektivierungsleistungen zu erkl ren http www philosophie uni wuerzburg de forschung forschungsstellephaenomenologie zuletzt gepr ft am 27 09 2013 Systemtheorie die Theorie der allgemeinen Prinzipien die die verschiedenen in den einzelnen Wissenschaften untersuchten Systeme gemeinsam haben die systemtheoretische Betrachtungsweise hat das Ganze des jeweiligen Systems und die Beziehungen
403. ung vom dreidimensionalen CAD Modell ber digitale Mockups zu virtuellen Prototypen zu integrieren Basis daf r bildet das Virtuelle Produkt Es kombiniert die physikalischen Eigenschaften des Produktes zu einem Produktmodell Anderl und Binde 2010 S 19 Auf diese Weise k nnen Simulationen f r jeden Bereich des Unternehmens von der Planung der Fertigung ber die Montage bis zur Gestaltung der Fabrikationsanlage durchgef hrt werden wodurch die Wirtschaftlichkeit die Qualit t der Planung verbessert und Planungsprozesse standardisiert werden k nnen der Informationsaustausch wird nachvollziehbarer Daten und Informationen werden besser verf gbar und sind mit entsprechenden Programmen bersichtlicher zu verwalten Hehenberger 2011 Damit bildet die Simulation das ma gebliche Fundament der Digitalen Fabrik die in allen Aspekten des Produktionsprozesses angewendet wird Die Verkn pfung unterschiedlicher Simulationsverfahren kann auch in Zukunft vielf ltige Fertigungsprozesse gew hrleisten Z h et al 2003 Nahezu v llig autarke mechatronische Module und selbstadaptierende Steuerungssysteme die sich den jeweiligen Maschinenkonfigurationen selbstst ndig anpassen bieten die M glichkeit Bearbeitungssysteme wandelbar zu gestalten Dadurch wird der Maschinen bedienende Facharbeiter zum Prozessmanager der f r die optimale Einrichtung und Einstellung der Maschinen ihre Verf gbarkeit und ihre Einbettung in den Produktionsprozess
404. ung bietet Sie kommen zu dem Schluss dass VR Systeme vor allem dort einen Beitrag leisten k nnen wo die realen Systeme nicht oder nur schlecht zug nglich gemacht werden k nnen Bl mel et al unterstreichen die M glichkeit mit Hilfe von VR berufliche Arbeitsprozesse zu VR Virtual Reality N heres dazu S 34 Mansfeld 2 Disposition 18 erschlie en und berufliche Handlungskompetenzen zu entwickeln indem bei ihrer Verwendung deklaratives und prozedurales Wissen miteinander verbunden werden kann Gleichwohl schlie en sie aus dass VR Systeme das Lernen im realen Arbeitsprozess ersetzen k nnen Weiterhin sehen sie die Notwendigkeit in der Entwicklung von Methoden und deren Erprobung bevor diese Systeme in der beruflichen Bildung zum Einsatz kommen k nnen Es gibt ferner noch einige Arbeiten zu bestehenden Simulationen die sich vornehmlich mit der Bewertung der Software aber nicht mit deren Einbindung in Lehr Lern Prozesse besch ftigen So z B Bufe et al 2009 die den Lernerfolg des Simulationsspiels FISS Fertigungs und Instandhaltungsstrategie Simulation ein sog Serious Game in Bezug auf die vier Lernstile David Kolbs 2001 untersuchten und feststellten dass die Trainingssimulation FISS alle Teilnehmer unabh ngig ihrer Lernstile erreicht und eine starke Leistungsverbesserung erzielt ebd S 78 Martens 1999 stellt erste Evaluationsergebnise zu dem Programm Der Pers nliche Berater vor das eine Gestalte
405. ung ist Medienkompetenz f r Lehrende wichtig da heutzutage kaum ein Beruf insbesondere im metall und elektrotechnischen Bereich ohne Computer und digitale Werkzeuge auskommt Zusammengefasst sollte es das Ziel sein dass Lehrende versiert mit den elektronischen Medien umgehen k nnen Medienkompetenz f hig sind Medien in Lehr Lernprozesse einzubinden und in der Lage sind Medien hinsichtlich der Anforderungen die diese bez glich der Organisation Ausstattung etc in den jeweiligen Schulen erfordern zu beurteilen Tulodziecki 2012 Daf r sollten w hrend des Lehramtsstudiums vor allem eher Aspekte der allgemeinen Medienkompetenz und der Einbindung von Medien in Unterricht ber cksichtigt werden w hrend bspw im Referendariat in den Schulpraktischen Seminaren die Einbindung in konkrete berufliche Situationen erprobt werden sollte Die Weiterbildung von Lehrerinnen und Lehrern sollte bei Bedarf sowohl die Grundbildung d h den Umgang mit Medien sowie deren Einbindung in Lehr Lernprozesse beinhalten aber auch die software technische Weiterentwicklung umfassen Tulodziecki 2012 3 4 2 Kognitionspsychologischer Aspekt Unter diesem Aspekt sollen auf den folgenden Seiten die mentalen Prozesse eines Menschen wie bspw Aufmerksamkeit Wahrnehmung Denken Erinnern Verstehen und Probleml sen beim Lernen mit Simulationen beleuchtet werden und welche Auswirkungen Simulationen diesbez glich haben Die von vielen Autoren an
406. uns und unsere Kinder um den Verstand bringen M nchen Droemer Sturm J rg C Busch Guido Spangenberg Jens 2004 Stand der Simulation f r Gusseisen In Gie erei Kompakt 2 S 4 15 Sweller John 1988 Cognitive load during problem solving Effects on learning In Cognitive Science 12 2 S 257 285 Sweller John 1994 Cognitive load theory learning difficulty and instructional design In Learning and Instruction 4 4 S 295 312 Tenberg Ralf 2001 Multimedia und Telekommunikation im beruflichen Unterricht Theoretische Analyse und empirische Untersuchungen im gewerblich technischen Berufsfeld Habilitationsschrift Frankfurt M New York Lang Tenberg Ralf 2010 Lernfelddidaktik immer noch eine Herausforderung In Berufsbildung Zeitschrift f r Praxis und Theorie in Betrieb und Schule 64 S 3 7 Tenberg Ralf 2011 Vermittlung Fachlicher und berfachlicher Kompetenzen in Technischen Berufen Theorie und Praxis der Technikdidaktik Wiesbaden Franz Steiner Verlag Tennyson Robert D Breuer Klaus 2002 Improving problem solving and creativity through use of complex dynamic simulations In Computers in Human Behavior 18 6 S 650 668 The Cognition And Technology Group At Vanderbilt 1990 Anchored Instruction and Its Relationship to Situated Cognition In Educational Researcher 19 6 S 2 10 The Cognition And Technology Group At Vanderbilt 1991 Technology and the Design of Gener
407. unter seinen Elementen im Blick sie untersucht nicht einzelne Objekte und einzelne lineare Kausalreihen sondern die Gesamtheit der Wechselwirkungen zwischen den Objekten Wissenschaftsgeschichtlich gesehen und auch in ihrer Terminologie ist die Systemtheorie vor allem von der Biologie und von der Kybernetik gepr gt sie findet jedoch heute Anwendungen in den unterschiedlichsten Gebieten von der Computerforschung bis zur Soziologie und zur Psychologie Die einzelne Zelle und das Gehirn die Familie und die Gesellschaft werden gleicherma en als System verstanden Schulz Matthias Systemtheorie http www philosophie woerterbuch de online woerterbuch zuletzt gepr ft am 27 09 2013 1 Die von Wilhelm Kamlah und Paul Lorenzen geschriebene Logische Prop deutik Vorschule des vern nftigen Redens 1967 verbesserte und erweiterte 2 Auflage 1973 3 Auflage mit unver ndertem Nachdruck 1996 gilt neben dem Aufsatz Methodisches Denken von Paul Lorenzen 1968 1965 als Programmschrift des Methodischen Konstruktivismus Erlanger Konstruktivismus und wurde zur schulbildenden Monografie der zuerst von Au enstehenden so genannten Erlanger Schule Wille et al 2011 S 160 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 56 Grundlagen dort regelm ig verfahren wird Ausschlaggebend ist hier das rekonstruierte Wissen Die beiden Pfeile vom radikalen und vom methodischen Konstruktivismus zum sozialen Konstruktivismus in dem
408. usammengestellt und im Anschluss den Mitsch lerinnen und Mitsch lern pr sentiert Danach werden die Ergebnisse verglichen und beurteilt Die Vorgehensweisen der Gruppen werden analysiert besprochen und zusammengefasst 5 Anwendung und Reflexion des Gelernten Mansfeld 5 Potenziale und Grenzen von Simulationen 172 Im Anschluss k nnten zur bung hnliche Probleme gel st und simuliert werden z B Greifplanungen mit tolerierten oder unterschiedlichen Greifobjekten Daneben sollten weitere Fragen die entweder im Zusammenhang mit dem L sen der Aufgaben stehen oder auch angrenzende Themen betreffen gekl rt werden In diesem Zusammenhang k nnte die Simulation eine Kontroll und Evaluationsfunktion einnehmen Die meisten Simulationsprogramme besitzen umfangreiche Bibliotheken die unterschiedliche Greifer F rderer und vieles mehr enthalten So k nnen mit relativ geringem Aufwand unterschiedliche Layouts und Konzepte simuliert und miteinander verglichen werden Unterrichtsbeispiel f r Auszubildende Industriemechaniker innen mit einem didaktisch aufbereiteten Simulationsprogramm Einen anderen Ansatz liefert das didaktisch aufbereitete Programm CIROS Automation Suite von Festo Didactic Mit der Software kann eine Digitale Lernfabrik gestaltet werden und es k nnen virtuell Automatisierungssysteme in Betrieb genommen werden Sie besteht aus den Komponenten Festo Didactic 2012a e CIROS Studio zur 3D Modellierung mit CAD Impo
409. usammenh nge aneignet und sich so die Realit t konstruiert F ler hat untersucht welchen Beitrag die Allgemeine Modelltheorie von Stachowiak 1973 zur Erstellung von Computersimulationen f r Ausbildungszwecke liefert und welche didaktischen Eigenschaften und Funktionen Modelle besitzen In der von ihm modifizierten Tabelle nach Buddensiek et al 1980 sind die didaktischen M glichkeiten die die Modellfunktionen bieten dargestellt Tabelle 1 Tabelle 1 Didaktische Modellfunktionen nach F ler 2000 modif nach Buddensiek et al 1980 Modellfunktion Beschreibung Darstellen und Veranschaulichen von je wesentlichen Heuristische Funktion Strukturen Funktionen und Verlaufsformen des Originals Beschreibung von Strukturen Funktionen oder Ver laufsformen die f r Modellbenutzer unbekannt oder schwer durchschaubar sind Trainingsfunktion bung eines bestimmten Verhaltens am Modell Steuerungsfunktion Steuerung von Lernprozessen Strukturierungs und Deskriptionsfunktion Ersatz f r ein Original das f r Ausbildungszwecke nicht Ersatzfunktion verf gbar ist bzw dessen Verwendung f r Ausbildungs zwecke zu riskant oder zu aufwendig ist Antizipations bzw Erprobung alternativer Strategien f hrt auf der Ebene Prognosefunktion des Modells zu Realutopien Mittelbare Anregungen zur Ver nderung einer vorfind Innovationsfunktion un baren Wirklichkeit Bewertung von Original Modell und Produkten die auf der Bas
410. uschlie en mit Projektbauk sten oder ganzen Lernsystemen zu kombinieren So lassen sich bspw auch Dreh und Fr smaschinen von EMCO in die Lernsysteme f r die Automatisierungstechnik von Festo integrieren FESTO Didactic 2013 Auch hier sei noch einmal betont Lehrende sollten immer pr fen ob die von den Herstellern bzw Autoren didaktisch aufbereiteter Programme vorgegebene Vermittlungsart die richtige ist um ihre jeweiligen Unterrichtsziele zu erreichen Sie sollten sich nicht verf hren lassen vorgegebene bzw mitgelieferte Lernszenarien ungepr ft zu bernehmen Auch hier ist eine sorgf ltige Planung erforderlich Die Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 143 Programme k nnen in allen Bildungsg ngen Verwendung finden und je nach Ziel jede f r die Berufliche Bildung relevante Modellfunktion einnehmen Computeralgebrasysteme CAS wie Mathcad Mathematica Maple etc sind inzwischen so benutzerfreundlich geworden dass ihre Anwendung relativ schnell erlernt werden kann und mit ihnen im Unterricht komplexe Berechnungen durchgef hrt und die Ergebnisse visualisiert werden k nnen Die Programme erzeugen aus mathematischen Zusammenh ngen Animationen die beispielsweise bei Funktionen die nderungen von Parametern visualisieren Damit kann sich der Fokus auf die Verdeutlichung von Zusammenh ngen und das Verst ndnis von Konzepten verschieben Es k nnen vielschichtigere Probleme aus unterschiedlich
411. uter vom Typ 1 nicht multimediaf higer Pentium PC 486er PC oder Pentium bis lt 233 MHz oder gleichwertig und 171 004 Computer vom Typ 2 multimediaf higer PC Pentium PC Prozessor 2 233 MHz mindestens 64 MB mit Soundkarte CDROM Laufwerk oder Zugriff auf einen zentralen Speicher z B Server oder gleichwertig z B Macintosh gt 68XXXoder G3 G4 G5 Prozessor Thin Client vgl BMBF 2006 S 9 Der Pentium mit 60 MHz bis 300 MHz wurde von 1993 bis 1999 produziert 2000 wurden Celeron Pentium 4 eingef hrt mit Frequenzen im Gigaherzbereich Eine Aktualisierung und Neuauflage der Datensammlung ist bis auf Weiteres nicht vorgesehen KMK 20086 Mansfeld 2 Disposition 23 Finnland schon von 87 4 Prozent der Sch ler Computer in der Schule genutzt Online Magazin Digital Lernen 2011 H ppe Gesamtvorstandsmitglied der Initiative D21 e V konstatiert dazu in der Bildungsstudie Digitale Medien in der Schule Der Einsatz digitaler Medien im Klassenzimmer ist dagegen nach wie vor marginal Im Unterricht dominieren weiterhin gedruckte Materialien Die Schulstunde wird allenfalls medial erg nzt und die Mediennutzung vom Regelunterricht in die Freiarbeit oder Projektarbeit verschoben Viel zu h ufig dienen dabei selbst modernste Ger te nur f r Recherchen oder Textarbeiten Initiative D21 2011 S 5 Dazu kommt dass an den wenigsten Schulen ein Konzept z B bzgl vorhandener Software vorliegt welche Programme bspw bei wel
412. uthentizit t wird weiter unten n her eingegangen II I an Be RADAR AAP DISPLAY Abbildung 21 Microsoft Flugsimulator 1 05 f r den PC Abbildung 22 SubLOGIC flight simulator FS1 f r 1982 Apple II amp TRS 80 2 Au erdem war die Anwendung von Computern im Alltag weder im Beruf noch privat besonders verbreitet Das lag einerseits daran dass die Bildquelle http fshistory simflight com fsvault msfs1 pc htm letzter Zugriff am 12 04 2013 Bildquelle http fshistory simflight com fsh fs1 htm letzter Zugriff am 12 04 2013 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 89 Anschaffungskosten bis zum Ende der 1970er Jahre relativ hoch waren In den 1980er Jahren kamen die ersten Heimcomputer Personal Computer auf den Markt Andererseits gab es kaum Anwendungsbereiche insbesondere im Privatbereich Dadurch k nnte dann der Neuigkeitseffekt Kerres 1999 S 15 siehe weiter unten im Kapitel unter Motivation eine noch gr ere Rolle gespielt haben als in vergleichbaren aktuellen Studien da die Probanden teilweise zum ersten Mal am Computer gearbeitet bzw gelernt haben 3 Die Studien stammen ausnahmslos aus den USA Das dortige Bildungssystem unterscheidet sich erheblich insbesondere im Bereich der Beruflichen Bildung vom deutschen System Dadurch k nnten sich evtl Unterschiede bei der Berufsausbildung beim Verh ltnis von Theorie und Praxis ergeben 4 Auch die Begrifflich
413. von Bedeutung welchen Beitrag das Medium leistet Lehr Lern Prozesse effektiver zu gestalten und das Lernziel zu erreichen Von Relevanz sind dar ber hinaus die Modellfunktionen die Simulationen bernehmen k nnen Von curricularer und fachdidaktischer Bedeutung sind hier die Strukturierungs und Deskriptionsfunktion die Trainings Ersatz Steuerungs und Prognosefunktion sowie die Kontroll Evaluationsfunktion bernehmen Eine wichtige Rolle spielt aber auch die mediendidaktische Kompetenz der Lehrerinnen und Lehrer Dieser Aspekt wird in der Ausbildung der Lehrerinnen und Lehrer sehr vernachl ssigt e Wie k nnen Simulationen in modernen Unterricht integriert werden Wie k nnen sie in didaktische Konzepte und Lernarrangements eingebettet werden F r die Integration von Simulationen sind die im vorigen Abschnitt genannten Aspekte von Bedeutung Die Beachtung dieser Faktoren zusammen mit Ma nahmen der instruktionalen Unterst tzung f hren zu einer zielf hrenden Einbettung in modernen Unterricht Beispiele hierf r finden sich in Kapitel 5 e Wie k nnen Simulationen in der Berufsbildung spezifische Wirkungen im Hinblick auf die F rderung von fachlichen und berfachlichen Handlungskompetenzen insbesondere Selbstlern und Sozialkompetenzen realisieren Der Erwerb fachlicher und berfachlicher Handlungskompetenzen basiert auf selbstst ndigen individuellen Konstruktionsprozessen mit individuellen L sungen und L sungswegen a
414. von Hilfsmitteln und unter Ber cksichtigung der Anwendungsbedingungen von Wissen erarbeitet Andererseits legt Bl meke dar dass es beim Lernen mit Simulationen in Gruppen zu kognitiver berlastung kommen kann Bl meke 2003 S 73 da zu dem Umgang mit komplexen Simulationen auch noch die Abstimmung der eigenen Lernanstrengungen mit denen der anderen Gruppenmitglieder hinzu kommt vgl Schnotz et al 1998 Hier zeigt sich im Umgang mit Neuen Lehr und Lernmitteln ein ernstes Problem Die Lernenden m ssen sich die soziale Interaktion Teamarbeit und die selbst gesteuerte Erarbeitung von Unterrichtsinhalten erst schrittweise aneignen Gleichzeitig m ssen sie sich mit den Medien und den entsprechenden Programmen vertraut machen Kopp et al 2008 schlagen deshalb vor dass sich kollaborative Phasen in denen die Lernenden instruktionale Unterst tzung erhalten mit Phasen des Selbstlernens abwechseln Zusammenfassend kann gesagt werden dass f r Simulationen wie auch f r das Lernen mit Multimedia dieselben Aussagen g ltig sind die auch f r die didaktische Forschung vorliegen n mlich dass aufgrund der komplexen Wirkungszusammenh nge allein im Dreieck Lernziel Lehrmethode und Lernvoraussetzungen und der damit verbundenen Begrenztheit in der Kontrolle der intervenierenden Variablen nur Orientierungsaussagen m glich erscheinen Euler et al 2006 S 443 Weiterhin ber cksichtigen Simulationen weder die institutionellen Rahmenbed
415. wendung f r Ausbildungszwecke zu riskant oder aufwendig ist Die Kontroll Evaluations und Steuerungsfunktion erm glicht den Lernenden Lernfortschritte zu beurteilen und individuell zu steuern w hrend die Prognosefunktion die M glichkeit er ffnet unterschiedliche Szenarien und oder technische Alternativen auszuprobieren sowie fachliche Werturteile i S von Technikfolgenabsch tzung zu diskutieren So k nnte bspw ein EMV Simulationsprogramm daf r genutzt werden angehenden Elektronikerinnen und Elektronikernr die EMV Wirkung der T rsteuerung eines Kraftfahrzeuges zu illustrieren s Abbildung 16 Dies ist von Bedeutung da mit zunehmender Anzahl von elektronischen Ger ten in Kraftfahrzeugen die gegenseitige elektromagnetische Beeinflussung eine immer gr ere Rolle spielt und sicherheitsrelevante Bauteile wie z B der Airbag nicht durch T rsteuerung gest rt werden sollten Die Simulation w rde in diesem Fall eine Deskriptionsfunktion bernehmen Abbildung 16 EMV Emissionsuntersuchungen f r T rsteuerger te Industriehansa 2012 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 75 Angehenden Technikerinnen und Technikern kann mit Hilfe von Bildern aus Schmiedesimulationen die Bedeutung der Regeln f r schmiedegerechtes Gestalten vermittelt werden Abbildung 17 und Abbildung 18 Auch hier bernimmt die Simulation eine Deskriptionsfunktion Abbildung 17 Fehler aufgrund fehlenden Materials Abbildung 18 berlappung du
416. worben indem es mitgeteilt wird Problematischer ist der Erwerb prozeduralen Wissens Das prozedurale Wissen ist das Wissen ber Die Unterscheidung zwischen deklarativem und prozeduralem Wissen geht zur ck auf das ACTE System von Anderson 1976 und blieb w hrend aller Modifikationen erhalten Anderson 1993 Mansfeld 3 Lern Lehr und Unterrichtstheorie 93 Handlungsabl ufe praktisches K nnen und beinhaltet auch die F higkeiten zur Probleml sung ist also Arbeitsprozesswissen Hierbei handelt es sich um implizites Wissen das sprachlich nicht oder teilweise nur mit hohem Erkl rungsaufwand kommuniziert werden kann Anderson 1983 Mienert und Pitcher 2011 Tenberg 2011 empfiehlt in diesem Zusammenhang die Begriffe Geschick Fertigkeit oder Gewandtheit um die Verwechslung des Begriffs mit Prozesswissen was explizites Wissen w re auszuschlie en Das bedeutet in Bezug auf zu erwerbende Kompetenzen des Facharbeiters der Facharbeiterin Das prozedurale Wissen des Facharbeiters der Facharbeiterin muss ausreichen um die Handlungen sinnvoll durchf hren zu k nnen Tenberg 2011 S 78 Im Bereich der Beruflichen Bildung spielt naturgem nicht nur der Erwerb deklarativen Wissens eine Rolle sondern auch der Erwerb prozeduralen Wissens Nach Tennyson und Breuer 2002 k nnen Computersimulationen dazu beitragen prozedurales Wissen in Form strategischer Lern und Handlungsweisen zu verbessern vgl auch Urhahne und Harms
417. www cg hci informatik uni oldenburg de el3 biologie el3_ol_biologie_simulation animation_v03 1 biologie_simulation animation _start html zuletzt aktualisiert am 06 12 2004 zuletzt gepr ft am 29 02 2012 Euler Dieter Seufert Sabine Wilbers Karl 2006 eLearning in der Berufsbildung In Rolf Arnold und Antonius Lipsmeier Hg Handbuch der Berufsbildung 2 berarb und aktualisierte Aufl Wiesbaden VS Verlag f r Sozialwissenschaften F ler Victor B 2000 Entwicklung von Simulationen f r technische Lernprozesse Dissertation Frankfurt M New York Lang Fischer Martin 2006 Arbeitsprozesswissen als zentraler Gegenstand einer d m nenspezifischen Qualifikations und Curriculumforschung In G nter P tzold und Felix Rauner Hg Qualifikationsforschung und Curriculumentwicklung Stuttgart Franz Steiner Verlag S 75 93 Fischer Martin Bauer Waldemar 2007 Konkurrierende Konzepte f r die Arbeitsprozessorientierung in der deutschen Curriculumentwicklung In Europ ische Zeitschrift f r Berufsbildung 40 1 S 157 176 Gagn Robert M 1985 The conditions of learning and theory of instruction 4 Aufl New York Holt Rinehart and Winston Mansfeld 7 Literatur 207 Gerstenm a ier Jochen Mandl Heinz 1995 Wissenserwerb unter konstruktivistischer Perspektive In Zeitschrift f r P dagogik 41 S 867 888 Gerstenmaier Jochen Mandl Heinz 2009 Konstruktivistische Ans tze in der Erwachsen
418. www dptechnology de e KELLERplus Demo erh ltlich Fr CNC Software f r Qualifizierung und Produktion Zielgruppen e CAMplus Programmiersystem f r eine kostenreduzierende Fertigung e SYMplus Programm f r die CNC Aus und Weiterbildung e TECHNICplus schlie t die L cke zwischen allgemeiner und beruflicher Mansfeld 9 Anhang 236 Bildung Dialogsprachen Deutsch Englisch Franz sisch mehrsprachig Dokumentation Benutzerhandbuch Online Hilfe Demo Version Technische Dokumentation Schulung gegen Entgelt Hotline gegen Entgelt Installationssupport gegen Entgelt Wartung gegen Entgelt Anzahl der Installationen gt 6000 Preis Sch lerversion ab 75 EUR Sitz des Herstellers Deutschland Hersteller R amp S KELLER GmbH www cnc keller de Tel 0202 40 40 0 info cnc keller de e_ NC OPT S NC OPT L ae CAD CAM System zur Programmierung von CNC Maschinen in der Blechbearbeitung NC DRAFT 2D CAD System e Zeichenfunktionen speziell f r die Blechteilekonstruktion e Geometriemanipulationen Bemassung Plotausgaben e CAD Schnittstellen Erstellen von CAD NC Varianten e vollautomatische Bereinigung der Zeichnung NC OPT S NC Programmierung und Simulation e automatische und interaktive Programmerstellung f r Stanzen Nibbeln und Strahlschneiden e Tafelbelegungen bis hin zur Auftragsverschachtelung und Anbindung an vorhandenes PPS System e Manipulations und Optimierungsfunktionen e NC Program
419. z 2008 liefern gute Anregungen f r die Erstellung handlungsorientierter Aufgaben In der Bewertung Tabelle 15 haben die Programme Allegro MicrowaveStudio NI Multisim und PSPICE gut abgeschnitten weil sie verh ltnism ig leicht zu erlernen und anschaulich sind und f r die Ausbildung von Elektronikern in Betrieben Schulen und Hochschulen in den verschiedenen Bereichen gut einsetzbar sind und teilweise auch schon eingesetzt werden Die Programme Agilent HarnessExpert und VeSys Electrical Series sind f r den Berufs bzw Fach und Berufsoberschulunterricht eher nicht geeignet da sie eine eher spezielle Ausrichtung haben F r die Fachschule bzw Technikerschule k nnte in speziellen Bereichen eine Anwendung denkbar sein dennoch stellen diese Programme allgemein eher nicht die erste Wahl dar Tabelle 15 Simulationssoftware f r den elektrotechnischen Bereich ihre Eignung f r Bildungsg nge und Modellfunktionen die sie im Unterricht bernehmen kann Eignung f r Bildungsg nge Agilent ADS Agilent Genesys und AWR Microwave Office HF und Mikrowellen Simulatoren mit Modelithics Bauteilbibliothek Allegro PCB Layout mit integriertem Autorouter Altium Designer PCB Layout Bartels AutoEngineer BAE PCB Layout Fortsetzung n chste Seite e http www spicelab de index htm zuletzt gepr ft am 3 1 2013 Mansfeld 4 bersicht und Analyse im Handel erh ltlicher Simulationen 140 Eignung f r Bildungsg ng
420. ziale und Grenzen von Simulationen bei Lehr Lern Arrangements in metall und elektrotechnischen Dom nen D h wie sollten berufsfachliche Lehr Lern Arrangements mit Simulationen aussehen und wie k nnen sie didaktisch umgesetzt werden Ausgehend von dieser Hauptfragestellung leiten sich weitere Fragestellungen ab Der Markt bietet eine ganze Reihe von Lehrprogrammen und Simulationen und deren Entwicklung expandiert nach wie vor Erste Recherchen ergaben dass obwohl auch einige Autoren bereits das Ende des Enthusiasmus vorausgesagt haben vgl bspw Padtberg 2005 die Begeisterung keineswegs abgeklungen ist sondern weiterhin Neue Medien f r den Unterricht erschlossen werden wie Virtual Reality vgl z B Beuting et al 2010 Bl mel et al 2010 Serious Games vgl z B Bufe et al 2009 Dell Oro Friedl 2011 Ubiquitous Learning mit dem Mobiltelefon vgl z B Mansfeld 2 Disposition 10 Park 2011 Sung 2009 Web 2 0 vgl z B Dittmann und Sch fer 2008 Page und Opper 2000 etc Die Frage ist hier e Welche Simulationen gibt es die sich als Lehr und Lernmittel eignen e Was kann mit Simulationen gelernt werden Wie lernhaltig sind die im Handel erh ltlichen Simulationen Wie kann die Lernhaltigkeit von Simulationen ermittelt werden F hren Simulationen eventuell zu einer Entsinnlichung Wann sind Simulationen eher ungeeignet Es wird vermutet dass die Bedeutung die Simulationen f r den berufsfachlichen Unterricht be
421. zten Medien gut geeignet ist Mansfeld 2 Disposition 26 2 6 Was sind Simulationen Der Begriff der Simulationen ist nicht eindeutig definiert Es gibt zwar nach VDI 3633 eine Definition von Simulationen diese umfasst jedoch nur die technische Dimension des Begriffs Da hier aber auch lehr lerntheoretische Aspekte betrachtet werden sollen greift diese Definition f r die vorliegende Arbeit zu kurz Deshalb sollen zun chst verschiedene Begriffsbestimmungen zusammengetragen und im Anschluss daraus eine Definition f r diese Arbeit festgelegt werden Die VDI Richtlinie 3633 definiert Simulation als das Nachbilden eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem experimentierbaren Modell um zu Erkenntnissen zu gelangen die auf die Wirklichkeit bertragbar sind Insbesondere werden die Prozesse ber die Zeit entwickelt Im weiteren Sinne wird unter Simulation das Vorbereiten Durchf hren und Auswerten gezielter Experimente mit einem Simulationsmodell verstanden VDI Richtlinie 3633 S 3 F r die Simulation werden demnach Modelle ben tigt Diese kategorisiert die VDI Richtlinie 2209 in physikalische analytische resp numerische oder grafische Modelle s a Vajna et al 2009 In Abh ngigkeit von diesen und der Frage ob die Simulation rechnerunterst tzt ist klassifiziert die VDI Richtliniie 2209 Simulationsarten So sind bspw rechnerbasierte Versuche Simulationen die auf physikalischen Modellen basieren w hrend di
422. zusammenfassung _ PISA2006 pdf zuletzt gepr ft am 23 01 2013 Reinhart Gunther 2000 Virtuelle Produktion Integrierte Prozess und Produktsimulation Augsburg 23 November 2000 M nchen Utz Wiss Remmer Anne M Jernstedt G Christian 1982 Comparative Effectiveness of Simulation Games in Secondary and College Level Instruction A Meta Analysis In Psychological Reports 51 3 S 742 Rey G nter Daniel 2009 E Learning Theorien Gestaltungsempfehlungen und Forschung 1 Aufl Bern Huber Rieber Lloyd P 2005 Multimedia Learning in Games Simulations and Microworlds In Richard E Mayer Hg The Cambridge handbook of multimedia learning Cambridge U K New York Cambridge University Press S 549 567 Riedl Alfred 2004 Didaktik der beruflichen Bildung Stuttgart Franz Steiner Verlag Ripkens Thomas 1999 Konzeption Implementierung und Evaluation eines simulativen Lernspiels am Beispiel Total Quality Management In HMD Praxis der Wirtschaftsinformatik 36 205 Roddeck Werner 2006 Einf hrung in die Mechatronik 3 berarb und erg Wiesbaden Teubner Mansfeld 7 Literatur 199 Roy Bibhuti 1997 Simulation als handlungsorientiertes Medium in der beruflichen Bildung Entwicklung eines Lehr und Lernkonzeptes mit Simulatoren zur Handhabungstechnik Glienicke Galda und Wilch Ruf Getriebetechnik 2012 Fotoalbum Online verf gbar unter http www ruf getriebetechnik de fotoalbum h

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