Digitalisierung

Verfahrenstechnik digital erlebt: Lebensmittelherstellung virtualisiert

Ein Beitrag von Nadina Müller, Robert Vorburger, Lukas Hollenstein und Judith Krautwald

Foto: Markus Winkler/Unsplash

Dienstag, 8.00 Uhr: ihre soeben getrockneten Spaghetti sind blass und brüchig – eine äusserst unschöne Qualitätskombination. Was aber ist schiefgegangen? Wie könnten Sie Ihre Spaghetti trocknen, um makellose, goldgelbe, bruchfreie Spaghetti herzustellen? Sie verbinden die verschiedenen Konzepte und Modelle, die Sie im Unterricht gelernt haben am Bildschirm (Abb. 1), finden die richtigen Trocknungsparameter, geben ihre Übung ab und gönnen sich dann zufrieden eine Auszeit – vielleicht bei einer Portion Spaghetti mit perfektem Biss…

Aber halt, wie war das noch mit Dessert? Da kommt die virtuelle Übung zur Herstellung einer Mousse gerade richtig (Abb. 2). Sie loten die Limitierungen einer Schaumanlage aus und wissen im Anschluss für die nächste praktische Durchführung, an welchen Parametern sich schrauben lässt, um die Endproduktqualität zu optimieren. Daneben lernen Sie gefürchtete Aufschäumungsfehler wie «Blow-by» kennen und erfahren, wie unangenehm es ist, wenn in Ihrer Produktion praktisch leere statt mit einem schönen Schaum gefüllte Eiskrembecher vom Band laufen.

Abb. 1 Beispiel einer Übungsaufgabe im Bereich Teigwarenherstellung
Abb. 2 Beispiel einer Übungsaufgabe im Bereich Schäumen

Wissenstransfer zwischen Theorie und Praxis
Praktika bilden einen wichtigen Teil des Bachelorstudiums in Lebensmitteltechnologie der ZHAW, so auch im Fachgebiet Lebensmittelverfahrenstechnik. Gerade in Corona-Zeiten haben virtuelle Werkzeuge in der Ausbildung unserer Studierenden weiter an Bedeutung gewonnen. Dieser Wissenstransfer kann durch den Einsatz digitaler E-Praktika im individuellen Selbststudium stark gefördert werden. Im Rahmen des E-Learning Projekts «Verfahrenstechnik digital erlebt» entwickelte im Jahr 2019 die Forschungsgruppe für Lebensmitteltechnologie des Instituts für Lebensmittel- und Getränkeinnovation (ILGI) zusammen mit den Fachstellen Knowledge Engineering und Simulation & Optimization des Instituts für Angewandte Simulation (IAS) eine Web-Plattform für E-Praktika, die das Angebot an praktischen Übungen im Studium interaktiv und spielerisch ergänzt. Die E-Praktika werden parallel zu Vorlesung und  Praktika im Labor geführt und bilden einen integralen Bestandteil zum Erhalt des Testats.

Plattform für E-Übungen und E-Praktika
Dank der weiteren finanziellen Unterstützung des Departements konnten wir unsere gemeinsam im 2019 aufgebaute Plattform für E-Übungen und E-Praktika ausbauen. Das Angebot wurde um weitere Praktika aus der Betriebs- und Verfahrenstechnik sowie aus der Messtechnik erweitert und soll laufend weiter ergänzt werden. Damit profitieren neu auch Studierende des Bachelorstudiengangs Biotechnologie von den E-Praktika.

Es zeigt sich, dass die auf E-Übungen und -Praktika spezialisierte Plattform ein sehr effizientes Einpflegen von neuen Inhalten erlaubt. Insbesondere ermöglicht ein zugänglicher Leitfaden nun den Dozierenden, ihre Übungen und Praktika ohne Unterstützung des Entwicklungsteams einzupflegen und ihre Ideen umzusetzen. Dies macht die Plattform für ein grösseres Nutzerfeld attraktiv.

Abb. 3 Einstiegsseite der Plattform mit unterschiedlichen Praktikumsposten (Räumen) und Betreuern

The Magic Circle – Gamification
In seinem Buch Homo Ludens: A Study of the Play-Element in Culture definierte Johan Huizinga den Magic Circle als eine temporäre Welt innerhalb der gewöhnlichen Welt, die sich der Aufführung eines abgesonderten Aktes widmet. In diesem Sinne schaffen auch E-Praktika einen Magic Circle – versetzen die Studierenden in eine temporäre Welt, in der die Wirklichkeit spielerisch erfahren wird und sich neue Möglichkeiten bieten. So lassen sich nicht nur virtuelle Szenarien schaffen, in denen die Studierenden in eine Rolle schlüpfen, es können auch weitere Aspekte der sogenannten Gamification umgesetzt werden.

Unter Gamification wird die Übertragung von spieltypischen Elementen und Prozessen in nicht-spieltechnische Zusammenhänge verstanden. Dies mit dem Ziel, das Verhalten der Anwender zu verändern und die Motivation zu erhöhen. Gamification findet auf verschiedenen Ebenen der E-Praktikumsplattform statt: 1) Innerhalb eines einzelnen E-Praktikums, 2) über alle E-Praktika eines Kurses und/oder 3) gar über die Praktika aller Kurse eines Semesters hinweg.

Als Magic Circle für die Ebenen 1-3 wird ein Industriebetrieb nachgestellt. Die Studierenden bewegen sich in einem virtuellen Lebensmittelbetrieb (Abb. 3), wo sie durch die Produktionsleitung verschiedene Aufgaben erhalten. Der virtuelle Betrieb ist als Grundriss auf der Benutzeroberfläche abgebildet, worauf sich die Studierenden und Praktikumsleiter/-innen als Avatare bewegen können. Die einzelnen Praktika sind schematisch dargestellt und können per Klick aufgesucht werden. Bei Fragen können die Studierenden das virtuelle Linienbüro der Abteilungsleitung aufsuchen. Dadurch öffnet sich das praktikumsspezifische Forum, wo Fragen durch die Praktikumsleiter/-innen oder Mitstudierende beantwortet werden können.

Für allgemeine Fragen bezüglich des Verfahrenstechnik-Praktikums kann das Forum über das «Betriebsleitungsbüro» aufgesucht werden. Offene Fragen im Forum werden durch ein Symbol beim entsprechenden Icon angezeigt (ähnlich wie Benachrichtigungen bei einer Smartphone App). So sehen alle Studierenden auf der Plattform auf den ersten Blick, wo Support benötigt wird. Für direkte Fragen oder Kommentare an die Praktikumsleiter/-innen kann durch einen Klick auf deren Avatar ein Fenster geöffnet werden, um eine E-Mail zu senden.

Die eigenen Daten (vergangene Resultate, Punktzahlen, Coins etc.) können im eigenen «Büro» in einem Bildschirm angesehen werden. Die Studierenden sammeln über alle Ebenen Punkte. Diese Punkte helfen, um neue Levels zu erreichen. Alle Studierenden beginnen mit dem Status (Level) «Praktikant/-in». Durch das Sammeln von Punkten werden die nächsten Levels erreicht: Praktikant/-in à Mitarbeiter/-in à Fachmitarbeiter/-in à Abteilungsleiter/-in à Produktionsleiter/-in à Betriebsleiter/-in.

Wohin geht die Reise?
Das erste E-Praktikum wurde im Herbstsemester 2019 erfolgreich durchgeführt und nun um weitere Praktika und Übungen ergänzt. Die Rückmeldung der Studierenden war positiv und bestätigt den Nutzen solcher E-Praktika im Unterricht. Auch wenn E-Praktika kein vollwertiger Ersatz für reale Praktika im Labor oder im Betrieb selbst sind, so erweitern sie doch die Palette an didaktischen Möglichkeiten und führen insbesondere im Selbststudium zu mehr Motivation. Und in einer Welt, in der das Internet nur einen Fingertipp entfernt ist, ermöglichen E-Praktika ein individualisiertes und ortsunabhängiges Lernen.

Nun soll die Plattform möglichst breit genutzt werden, einerseits durch das Entwickeln von Inhalten aus unterschiedlichen Fachbereichen, andererseits durch Bereitstellung einer möglichst hohen Flexibilität hinsichtlich ihres didaktischen Einsatzes. Eine Möglichkeit ist z.B. die Kombination der E-Praktika mit anderen Lernplattformen wie Moodle. Dies ist gerade da von Vorteil, wo bestimmte Kompetenzen ergänzend zum eigentlichen Praktikum erlernt und/oder überprüft werden sollen. So kann z.B. durch Einsatz eines Peer-Reviews via Moodle das Kompetenzspektrum, die Feedbackmöglichkeiten sowie die Flexibilität der Praktika deutlich erweitert werden. Zugleich ist eine individuelle Integration der E-Praktika in das didaktische Setting der einzelnen Dozierenden innerhalb ihrer Module gegeben und zugleich sehr attraktiv.

Während das Einpflegen von neuen Inhalten auch für Personen ohne Programmierkenntnisse möglich ist, benötigt die Entwicklung von anwendungsspezifischen Simulationen weiterhin die Unterstützung einer Fachperson. Hier müssen Finanzierungslösungen gefunden werden.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass das in diesem E-Learning Projekt erarbeitete Konzept, die implementierte Web-Plattform und die bereits umgesetzten E-Praktika, erfolgreiche Schritte hin zu einer virtualisierten Lernumgebung darstellen. Dies begünstigt den individualisierten und mit Spass angereicherten Transfer von theoretischem Wissen zu praktischen Kompetenzen als Ergänzung zum realen Üben im Labor, ganz im Sinne einer Fachhochschule.

Kontakte bei Fragen zum E-Praktikum
Nadina Müller (Inhalt/Didaktik) und Robert Vorburger (Technik)

Digital Learning Projekte
Das ZHAW Departement Life Sciences und Facility Management fördert jährlich rund acht Digital Learning Projekte. Ziel des Programmes ist es, die Lehrpersonen bei der Digitalisierung ihrer Lehrveranstaltungen und Weiterbildungsangebote zu unterstützen, Synergien zu nutzen und den Wissensaustausch sowie die Vernetzung zu fördern. Kontakt bei Fragen zum Förderprogramm: Daniela Lozza, Verantwortliche Digital Education.

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