Einsatzmöglichkeiten / Methoden

Simulationen

Simulationen sind Modelle eines realen Systems, das für Experimente genutzt werden kann, um das reale System besser zu verstehen. Dabei findet eine Immersion der TN in das simulierte System statt, meist über ein Computerprogramm. Simulationen zeichnen sich dadurch aus, dass sie interaktiv sind, also von den TN gesteuert werden können. Damit können Auswirkungen unterschiedlicher Parameter getestet und Ursache- und Wirkungszusammenhänge visualisiert werden und die TN können verschiedene Abläufe ausprobieren, ohne dass möglicherweise ein realer Schaden entsteht. [7] So können über mehrere Versuche machbare Lösungen gefunden werden. [8]

Unter den Begriff „Simulation“ fallen verschiedenste Varianten für verschiedenste Wissenschaftsdisziplinen, beispielsweise Planspiele, virtuelle Labore und Programme für bestimmte Ausbildungen. [9] Somit können sie zum Entwerfen von Szenarien, zur Theoriebildung nach Beobachtungen, zur Optimierung von Prozessen oder zur Analyse von Daten dienen. [10]

Ein Simulationsprozess besteht grundsätzlich aus drei Phasen. In der ersten Phase wird das Modell gebildet, in der zweiten Phase wird es angewendet, also die Simulation durchgeführt, und in der dritten Phase werden die Ergebnisse interpretiert und reflektiert. [11] Da die Erstellung einer Simulation allerdings sehr aufwendig und ressourcenintensiv ist, wird es in vielen Lehrveranstaltungen notwendig sein, auf bestehende Angebote zurückzugreifen und erst in der zweiten Phase des Prozesses einzusteigen.

Simulationen können auf verschiedene Arten in Lehrveranstaltungen eingebunden werden: Zum Selbststudium, als Einzel- oder Gruppenarbeit während Präsenzphasen oder zur Wissensüberprüfung. Wichtig ist vor dem Einsatz, die Qualität der Simulationen zu beurteilen und zu entscheiden, ob sie didaktisch sinnvoll in die Lehrveranstaltung eingebaut werden können. Dafür ist es empfehlenswert, die Modelltreue und Adaptivität der Simulation und die Qualität der Rückmeldungen und Hilfsangebote zu überprüfen. [12]

3D-Elemente

3D-Elemente sind grundsätzlich nicht völlig von Simulationen abzugrenzen, da Simulationen teilweise ebenfalls 3D-Elemente nutzen. Allerdings haben 3D-Elemente darüber hinaus andere Anwendungsbereiche, beispielsweise in der Augmented Reality oder durch 3D-Ausgabegeräte, wie 3D-Drucker. [13]

In der Augmented Reality (erweiterten Realität) wird die Wirklichkeit mit virtuellen Elementen angereichert, Nutzer*innen bleiben aber in ihrer realen Umgebung. Diese Technik wird immer häufiger in Büchern eingesetzt, wo man mit Hilfe der Smartphone-Kamera und bestimmten Apps zweidimensionale Bilder im Buch in dreidimensionale, im Raum schwebende Elemente umwandeln kann. Für eine verbreitete Anwendung in der Lehre befindet sich diese Technik aber aktuell noch zu sehr in den Kinderschuhen bzw. ist mit recht hohen Kosten verbunden.

Im Gegensatz dazu werden 3D-Drucker und 3D-Scanner bereits aktiv an Hochschulen eingesetzt. Mit 3D-Scannern können dreidimensionale Objekte erfasst werden, indem alle drei Dimensionen gemessen und aufgezeichnet werden. Daraus können Computerprogramme 3D-Modelle errechnen, die für Modellierungen verwendet werden können. Alternativ werden 3D-Modelle direkt am Computer mit Hilfe von CAD (Computer-Aided Design) erstellt. Derartig entstandene Modelle können beispielsweise als Fertigungsvorlage in technischen Studien dienen. [14]

3D-Drucker ermöglichen es den TN, ihre Entwürfe, Prototypen oder Modelle mit einem kostengünstigen Verfahren zu drucken, um sie visuell und haptisch überprüfen zu können. Somit können sie ihre Projekte, beispielsweise in der Architektur oder Informatik, visualisieren. [15] Mit 3D-Druckern werden an Hochschulen aber auch Stadtmodelle oder sogar Lebensmittel gedruckt. [16]