ViaMaterialia:Virtual Application: Materials Engineering

ein Weg zur modernen Massenveranstaltung ? - !

Jonas Bansemer

Dominique Weimann

Claudia Fleck

Fachgebiet Werkstofftechnik

TU Berlin

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Das Modul Werkstoffkunde (6 LP – 4 SWS)

• 2 Semester: WK I (SoSe) + WK II (WiSe): ca. 650 Studierende

• Maschinenbau, Verkehrswesen, Wirtschaftsingenieurwesen, Lehramt Metalltechnik, Physikalische Ingenieurwissenschaft, Chemie, …..

• jeweils Integrierte Veranstaltung (2 SWS): 2 Gruppen + Praktikum (1 SWS; vierzehntägig): ca. 45 Gruppen à ca. 15 Studierende+ ergänzender ISIS-Kurs

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Prüfung

15 Pkt. 15 Pkt. 30 Pkt.30 Pkt. 10 Pkt.

Portfolioprüfung (100 Pkt.) Modul Werkstoffkunde

Werkstoffkunde I

Online-Test

WK IHA 01-05

Teilnahme alle PR WK I

Werkstoffkunde II

Teilnahme alle PR WK II

HA 06-10Online-Test

WK II

ein Gruppenvortrag

Vorlesung

~650 Studierende

inhomogen hinsichtlich- Vorkenntnissen- Motivation - Erwartungen- Interessen

PrüfungPraktikum

Hausaufgaben Ergänzendes Material (ISIS)

Ausgangssituation InnovationIV

Integrierte Veranstaltung

4

Vorlesung

~600 Studierende

Inhomogen hinsichtlich- Vorkenntnissen- Motivation - Erwartungen- Interessen

PrüfungPraktikum

Hausaufgaben Ergänzendes Material (online)ISIS + 3D Spiel

Gruppensitzung

Innovation

2 x 300 Studierende

IVIntegrierte Veranstaltung

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Grundidee

Selbstbestimmung: autonome

Wissensaneignung

Verschiebung von Input- und Konsolidierungsphase im

Lernprozess

Persönliches Feedback

Individualisierung:Lerngeschwindigkeit,

Lernweg

Wiederholung und Erweiterung von Kenntnissen in Mischung aus

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Veränderungen

Verschiedene Bausteine:

• Organisatorisches• Reihenfolge der Themen

• Schwerpunktsetzung• Aufnahme moderner Themen• Abstimmung mit anderen Grundlagenfächern

• Sicherheitseinweisung online

• IV („Gruppensitzungen“): Verstärkung blended learning Aspekt

• Begleitendes 3D-Spiel (neu)

• Lern-Apps (neu)

Die Bausteine: Inhaltliche Anpassungen der IV

• Neue Reihenfolge• Grundlagen + zugehörige Anwendung dichter zusammenstatt• Grundlagen in WK1 und Anwendungen in WK2

• Abstimmung mit anderen Grundlagenfächern, zunächst Mechanik, später auch Konstruktion• Reihenfolge• Nomenklatur• Gegenseitiger Hinweis auf gleiche Grundlagen

• Anpassung der Schwerpunktsetzung:• Stahl Leichtmetalle, Verbundwerkstoffe, Keramiken, Polymere• Phasendiagramme: mehr thermodynamische Grundlagen, weniger Typen • Werkstoffe für Additive Manufacturing• Zwei Themenblöcke gestrichen

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AushärtenBindung

Physikalische

Eigenschaften

Thermische

aktivierte

Vorgänge

Legierungs-

lehre

Thermisch

aktivierte

Vorgänge

Urformen [Gießen

und Sintern]

Realkristall

Idealkristall

Gefüge

Legierungs-

lehre

Urformen

[Gießen und

Sintern]

Fe-C-

Diagramm

Metallografie

Fertigungsver-

fahrenZugversuch

Elastizität-

Plastizität

Zugversuch/Härte

FeC/Fe3C

Mechanische

Prüfmethoden

SinternZfP

ZfP

Umformen

Härten

Aushärten

UmformenFügen

Leichtmetalle

(Ti-Al-Mg) Korrosion

Korrosion

Polymere

Kerbschlagbiege-

versuch

Keramik

Bruchmechanik

Polymere

Verbundwerk-

stoffeWerkstoffauswahl

Fertigungsver-

fahren

Legende: Gruppensitzung (vormals IV)Inhalte für die SpielumgebungPraktika-Inhalte

Ungleichgewicht/

Gleichgewicht

Stahl

Die Bausteine: Reihenfolge und Inhalte

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alt neu

Bindungen, Kristallsystem; Realkristall, Gitterfehler Bindungen, Kristallsystem; Realkristall, Gitterfehler

Thermisch aktivierte Vorgänge Thermisch aktivierte Vorgänge

Legierungslehre Legierungslehre: Thermodynamik , ZD-Typen

Elastizität & Plastizität; mechanische Eigenschaften Urformen: Gießen, Sintern

Polymere Stahl & Gusseisen: Gleichgewicht

Elektrische, optische, thermische Eigenschaften Elastizität & Plastizität; mechanische Eigenschaften

Metallographie, andere Analysemethoden

Stahl & Gusseisen: Gleichgewicht, Ungleichgewicht Korrosion und Korrosionsschutz

Stahl & Gusseisen: Wärmebehandlung Stahl & Gusseisen: Ungleichgewicht

Leichtmetalle: Aluminium, Magnesium, Titan Stahl & Gusseisen: Wärmebehandlung

Urformen (Gießen, Sintern) Umformen & Rekristallisation; Fügen (Schweißen)

Umformen & Rekristallisation; Fügen (Schweißen) Polymere

Korrosion und Korrosionsschutz Leichtmetalle: Aluminium, Magnesium, Titan

Keramiken und Glas; Verbundwerkstoffe Keramiken und Glas; Verbundwerkstoffe

Moderne Werkstoffentwicklungen; Werkstoffauswahl Moderne Werkstoffentwicklungen; Werkstoffauswahl

WK

1

WK

2

WK

2

WK

1

Die Bausteine: Online-Sicherheitseinweisung

https://isis.tu-berlin.de/course/view.php?id=14937

Passwort: FGWTstudent2018

Vorbereitung Gruppensitzung Nachbereitung Praktikum

Wiederholung der Grundlagen

Kernpunkte

ISIS + 3D SpielTest mit Feedback

Verständnis

Test mit Feedback

ISIS

ISIS

Ergänzende Materialien

ISIS

Gesamtkonzept ViaMaterialia

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Wöchentliche Routine

Gruppensitzung

Praktikum

Nachbereitung

Führung durchMoodle-Kurs

Erste Sitzung

Erste Woche

Einführungskurs

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Wöchentliche Routine

Gruppensitzung

Praktikum

NachbereitungVorbereitung

Wissen diskutieren und vertiefen

ErarbeitenÜberprüfen

Konsolidierung

Zweite Woche

Anwendung

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Wöchentliche Routine

Gruppensitzung

Praktikum

NachbereitungVorbereitung

Wissen diskutieren und vertiefen

ErarbeitenÜberprüfen

Konsolidierung

Anwendung

Volle Routine

neu

Verarbeitung

Anwendung

Aktivität

angeleitet

selbst-bestimmt

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Die Bausteine: Blended Learning bisher

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• Einzelne Vorbereitungslektionen auf ISIS:

https://isis.tu-berlin.de/course/view.php?id=12697

Dauer(min)

Inhalt Ziel Lehr-/soziale Form Medienbekannt

vs. neu

passivvs.

aktiv

10Wieder-holung

Konsolidierung Vortrag moodle

10Fragen &

Antwortenconsolidation

MotivationDiskussion/Quiz/peer instruction

Tafel, e-Kreide

20 Übung Consolidation Aktives Plenum Tafel, e-Kreide

25Neue

InhalteExtension

Gespäch/ Diskussion

Folien, Videos, ergänzendes Material

15 AnwendungMotivation, Verdichtung, Verknüpfung

Experiment/Externer Vortrag

Versuchsaufbau, Folien, Videos, Tafel, e-Kreide

10 Ausblick Organisation Vortrag moodle

Die Bausteine: Beispielhafte Gruppensitzung

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Die Bausteine: Spielbasiertes Selbstlernkonzept

1

4

3

2

~30

Motivation zur Recherche

Regelmäßige Vorbereitung

---

Regelmäßige NachbereitungK

lare stofflich

e

Ab

grenzu

ng

Material

Zugan

g

zu ergänzendem

Nur wenige Hinweise

Sicherheit, Klarheit,Motivation

Kontinuierlicher Lernprozess

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Die Bausteine: Spielbasiertes Selbstlernkonzept

1

4

3

2

~30

Motivation zur Recherche

Regelmäßige Vorbereitung

---

Regelmäßige NachbereitungK

lare stofflich

e

Ab

grenzu

ng

Material

Zugan

g

zu ergänzendem

Nur wenige Hinweise

Sicherheit, Klarheit,Motivation

Kontinuierlicher Lernprozess

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Die Bausteine: Spielbasiertes Selbstlernen

Erstes Konzept …..

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Die Bausteine: Spielbasiertes Selbstlernen

… und jetzt spielen wir ein bisschen:

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Grundsätzlicher Ablauf:

• Aufgabe: Maschine im Keller ist defekt – geh und sieh‘ nach, was los ist.

• Ein Teil ist kaputt – erstes Level: es muss neu gegossen werden.

• Zusammensetzung ist im Datenblatt der Maschine angegeben• Aber: vier Tiegel – Beschriftung vorhanden, aber nicht angebracht• Transferleistung: Ermittlung über Abkühlkurven• Kenntnisse: Abkühlkurve – Zustandsdiagramm - Legierungszusammensetzung

• Immer:• Befolgung von Sicherheitsaspekten (Kleidung, Gaszufuhr, etc.)• Es gibt Bibliothek mit Links zu Online-Material (ISIS)

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Die Bausteine: Lern-Apps zu besonders wichtigen Themen

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• Individualisierung: • Notwendige Unterstützung geben• Individuelle Bedürfnisse adressieren

Fazit: Herausforderungen

• Gruppensitzungen• Gruppengröße Gruppenanzahl• Personalaufwand

• Akzeptanz des neuen Konzepts:• Wie viele Sitzungen pro Woche sind

angemessen?

• Aktivierung der Studierenden• Teilnahme in Gruppensitzung fördern

Wenn wir jemanden unterwegs verlieren,

ist er/sie dann fürs ganze Semester verloren?

Aktualität - Nachhaltigkeit• 3D Spielumgebung• Entwicklung zu voller Funktionalität• Nützlich für die Studierenden

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Vielen Dank

• dem WiMi+ Team von für die tolle Organisation und exzellente Unterstützung

• meinem Team für ihr Engagement und ihre Ideen

• den Mittelgebern

und Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit!

Jonas BansemerDominique WeimannClaudia FleckFachgebiet WerkstofftechnikTU Berlin

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