Page - 542 - in L3T - Lehrbuch für Lernen und Lehren mit Technologien

542 Die verwendeten Geräte sind sehr teuer und können so einem breiteren Kreis von Nutzerinnen und Nutzern zugänglich gemacht werden. Ein anderes Einsatzgebiet ist die Einrichtung von Sensorsystemen für die Fernüberwachung im Umweltmonitoring, von Gefahrenumgebungen aller Art usw. Technisch gesehen erfolgen die Steuerung eines Experiments und die Datenabfrage über die Nutzung von entsprechender Soft- und Hardware (zum Beispiel LabVIEW, MATLAB/Simulink und speziellen Bus- systemen) oder mittels Datenkarten/Signalverarbeitungssystemen aus eigener bzw. industrieller Entwick- lung. Viele Geräte haben heutzutage eine eigene Schnittstelle zum Internet-Protokoll TCP/IP oder man schließt sie mittels eines sogenannten Mikro-Web-Servers (Mikroelektronikschaltkreis) an das Internet an. Die Steuerung kann über eine graphische Benutzungsoberfläche in einem üblichen Webbrowser oder mit interaktivem Touchscreen erfolgen. Viele Online-Labore sind in spezielle Software-Architekturen eingebettet, über die das Labor-Manage- ment und das Nutzer/innen-Management zentral oder dezentralisiert erfolgt. Eine Laborausbildung in den Ingenieurdisziplinen, aber auch in den Naturwissenschaften, dient der prakti- schen Ausbildung im Umgang mit den fundamentalen Ressourcen der Menschheit: Energie, Material und Information. Dabei sollen einerseits Theorien und Hypothesen überprüft, andererseits diese drei Ressourcen zu neuen technologischen Lösungen modifiziert und nutzbar gemacht werden. Das allgemeine Ziel der Laborausbildung ist der praktische Umgang mit Kräften und Materialien der Natur. Dieses Ziel hat sich über die Jahre nicht geändert, der Anteil der Laborausbildung in der Gesamtlehre schon: In einer Unter- suchung über den Anteil von Artikeln über Laborausbildung im „Journal for Engineering Education“ von 1993 bis 1997 kam man auf eine Rate von 6,5 Prozent der publizierten Artikel, von 1998 bis 2002 sank die- se Rate sogar auf 5,2 Prozent (berechnet nach dem Stichwort Labor; siehe Wankat, 2004). Die Anzahl der Publikationen über Online-Labore wuchs seit 2008 um 60%, es gibt eine kleine stabile Gruppe von For- schenden und Lehrenden zu diesem Thema (Bochicchio & Longo, 2013). Ein Grund für den geschwundenen Anteil einer gediegenen Laborausbildung ist ein fehlender Konsens zu den Lernzielen und -ergebnissen einer Laborerfahrung in der akademischen Bildung. Die Lernziele reichen dabei von der Beobachtung von Naturphänomenen (zum Beispiel der Lichtbrechung) über die Mes- sung von physikalischen Größen, die Regelung von Prozessen und Vorgängen (zum Beispiel Schwingun- gen) bis hin zum Entwurf (zum Beispiel von Schaltungen). Die Lernziele umfassen sowohl kognitive As- pekte (das Verstehen von komplexen Zusammenhängen in Natur und Technik), Kompetenzen (zum Bei- spiel die Bewertung der gewonnenen Ergebnisse) als auch experimentelle Fähigkeiten (zum Beispiel das richtige Messen). Man unterscheidet drei Labortypen: das Entwicklungslabor, das Forschungslabor und das Ausbildungslabor zu Lehrzwecken. Wissenschaftler/innen und Ingenieurinnen und Ingenieure gehen aus zwei wesentlichen Gründen ins Labor: einerseits, um notwendige Daten für ihre Entwicklungen und For- schungen zu sammeln (um ein Produkt zu entwickeln oder eine Hypothese zu widerlegen); andererseits, um zu überprüfen, ob sich ein bestimmtes Entwicklungsprodukt in der erwarteten Weise verhält. Studierende dagegen gehen im Normalfall in ein Ausbildungslabor, um etwas Praktisches zu lernen, was schon wissen- schaftlich nachgewiesen ist. Dieses „etwas“ ist in jedem konkreten Einzelfall sehr genau als Lernobjekt mit entsprechenden Lernzielen zu bestimmen, um den erwarteten Kenntnis- und Befähigungszuwachs zu erzie- len. Die Notwendigkeit einer Laborausbildung wird inzwischen allgemein anerkannt, jedoch fehlen im tertiären Bildungssektor noch immer klare Lernziele. Als wesentlich werden auf der einen Seite ein besseres Ver- ständnis für wissenschaftliche Konzepte, eine Motivationssteigerung für das Studium, der Erwerb prakti- scher Fähigkeiten und die Entwicklung von Problemlösungsfähigkeiten hervorgehoben (Hofstein & Lunet- ta, 2004). Auf der anderen Seite ist eine Tendenz des Ersatzes von realen Experimenten mit Simulationen zu erkennen, vor allem aus Kapazität-, Zeit- und Kostengründen. Es wird auch argumentiert, dass das Ex- perimentieren in komplexen Versuchsaufbauten für den Lernenden schwer nachvollziehbar sei und die Si- mulation die Modellbildung gegebenenfalls besser unterstützt. Das stimmt oft, soweit das Experiment dem besseren Verständnis eines theoretischen Zusammenhangs dient, es reicht aber nicht aus, wenn zum Bei- spiel der Entwurf von technologischen Lösungen erprobt werden soll (die Simulation einer Bewegungsre- gelung verhält sich oft ganz anders als der Test eines Reglers am realen Objekt).