Die Covid-19-Pandemie und die damit verbundenen Schutzmassnahmen haben in der Ingenieurausbildung weitreichende Veränderungen verursacht. Der Unterricht vor Ort am Campus musste während der Pandemie über weite Strecken auf den Online-Unterricht umgestellt werden. Die Durchführung von Laborübungen, ein grundlegender Bestandteil der Ingenieurausbildung, stellte jedoch eine besondere Herausforderung dar. Das Institut für Maschinen und Energietechnik (IME) an der Hochschule Luzern Technik und Architektur (HSLU T&A) verfolgt den anspruchsvollen Ansatz, die Experimente aus dem Laborunterricht vollständig durch digitale Zwillinge «online» zu kompensieren.
Die Laborunterrichte bestehen aus Experimenten aus den Themenbereichen der Fluidmechanik, Thermodynamik und Turbomaschinen und sind wichtige Bestandteile des Curriculums von Studiengängen an den Instituten der Maschinen- und Energietechnik (IME) und des Energy and Environment Engineering (EESE) der Hochschule Luzern T&A. Während der Covid-19-Pandemie war es notwendig, sich an die neue Umgebung des Online-Unterrichts anzupassen und die Laborexperimente entsprechend zu modifizieren, dass sie online durchgeführt werden können. Der verfolgte Ansatz besteht darin, digitale Zwillinge jedes Laborexperiments in Form einer Webapplikation zu entwickeln und diese den Studentinnen und Studenten zusammen mit unterstützenden Videos, Online-Quiz und weiteren interaktiven Elementen als Online-Laborunterricht anzubieten. Ein digitaler Zwilling ist eine digitale Repräsentation eines physikalischen Systems, in diesem Fall eines Laborprüfstands. Während den letzten zwei Jahren wurden an der HSLU T&A am IME fast alle Laborübungen mit der Verwendung von digitalen Zwillingen online erfolgreich durchgeführt.
Der Online-Unterricht während der Covid-19-Pandemie brachte viele Hürden mit sich, eine der schwierigeren war, wie man praktische Laborkurse ausserhalb eines tatsächlichen Labors unterrichten kann. Die Erfahrungen an der HSLU T&A zeigen, dass eine erfolgreiche Durchführung eines Online-Laborunterrichtes mit digitalen Zwillingen möglich ist. So konnte nachgewiesen werden, dass die Studentinnen und Studenten in der Lage sind, die in der Laborübung definierten Lernziele unter der Verwendung des digitalen Zwillings zu erreichen. Das Feedback der Studierenden zum abwechslungsreichen und interaktiven Online-Laborunterricht war positiv.
Die gesammelten Erfahrungen im Online-Laborunterricht und die Entwicklung der digitalen Zwillinge wurden in einem wissenschaftlichen Paper zusammengefasst, dass an der Konferenz für Gas- und Turbomaschinen «ASME Turbo Expo 2021» veröffentlicht wurde. Der Titel des Papers lautet «Online (Remote) Teaching for Laboratory Based Courses Using Digital Twins of the Experiments» und wurde von den Autoren Sabri Deniz, Ulf Christian Müller, Ivo Steiner und Thomas Sergi verfasst. Es hat den «Best Paper» Preis auf dem Gebiet «Education» gewonnen. Die ASME Turbo Expo wird veranstaltet durch American Society of Mechanical Engineers und ist seit langem als eine weltweit führende Konferenz zu allen Aspekten von Turbomaschinen und Gas- Turbinentechnologien anerkannt. Das Paper wird zudem im Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Volume 44, Issue 5, May 2022 veröffentlicht.
Bei Interesse an diesem Paper können Sie sich an Ulf Christian Müller oder Sabri Deniz wenden.
