Virtuelle Praktika im Online-Semester

Gastbeitrag von Thomas Schallschmidt

Im letzten Sommersemester 2020 wurde aufgrund der Corona-Pandemie auch die Lehre an der Otto-von-Guericke-Universität als reines Online-Angebot durchgeführt. Diese Art der Lehre stellte alle Beteiligten vor neue Herausforderungen, sowohl die Studierenden als auch die Dozent*innen mussten sich in diese neue Situation erst einarbeiten. Es galt kurzfristig neue Konzepte für die Lehre zu finden und umzusetzen. Vorlesungen und Übungen wurden z.B. als synchrone Online-Veranstaltungen oder auch als asynchrone Videoaufzeichnungen realisiert.

Eine besondere Herausforderung war die Umsetzung von Praktika, die in den Ingenieurwissenschaften ein fester Bestandteil der Lehre sind. Praktika dienen der Festigung von theoretisch vermitteltem Vorlesungsstoff. Zusätzlich werden Kompetenzen im Beschreiben von technischen Sachverhalten vermittelt.

Es galt auch diese Art der Lehrveranstaltungen virtuell anzubieten. Hierfür wurde für die Grundlagenveranstaltung „Allgemeine Elektrotechnik“ eine auf MATLAB-basierende App entwickelt, die das Bedienen einer spannungsgesteuerten Gleichstrommaschine virtuell nachbildet.

Spannungsgesteuerte Gleichstrommaschine

Die Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg verfügt über eine umfangreiche MATLAB-Campuslizenz, die es allen Studierenden ermöglicht, MATLAB entweder lokal zu installieren oder über die MATLAB-Online-Plattform zu nutzen. Hierdurch kann eine hohe Verfügbarkeit realisiert werden. Erweitert durch die Möglichkeiten der E-Learning-Plattform konnten die Studierenden den Versuch mit Antestat, Versuchsdurchführung, Protokollerstellung und Bewertung komplett online durchführen und erhielten abschließend ein persönliches Feedback zu ihren Ausarbeitungen.

Die Nachbildung des dynamischen Verhaltens der spannungsgesteuerten Gleichstrommaschine ermöglichte den Studierenden das virtuelle Experimentieren. Die Änderungen der Eingangsgrößen wie Ankerspannung, Erregerstrom und Widerstandsmoment beeinflussten direkt das Drehzahlverhalten der Maschine und über das zusätzlich nachgebildete thermische Verhalten können deren Einflüsse auf die Erwärmung des Motors direkt dargestellt werden. Damit kann man den Motor sogar virtuell überlasten und überhitzen, was in der Praxis aus Sicherheitsgründen nicht möglich ist. Trotzdem fehlt natürlich die Anmutung, die Haptik und der Geräuschpegel eines echten Antriebsversuchsstandes.

Diese Art des Praktikums führt die Studierenden frühzeitig an die Nutzung von MATLAB heran und festigt ihre Kompetenzen im Bereich der Auswertung von technischen Sachverhalten. Im kommenden Wintersemester wird diese Art des Praktikums auch für die Umsetzung des aktiven und passiven Zweipols und des Schwingkreises genutzt. In der folgenden Abbildung ist der Aufbau der Versuche gezeigt.

Version EE01 – Grundstromkreis
Versuch EE02 – Parallelschwingkreis

Zukünftig wird das Angebot noch erweitert, so dass sich noch mehr Anwendungsmöglichkeiten ergeben. Denkbar ist unter anderem die Nutzung der Versuche mit individuellen Parametern oder auch die Verwendung im Bereich der Studienwerbung. Hierbei ist auch eine Überführung in Python und Qt für die Visualisierung denkbar.

Text: Thomas Schallschmidt (mit kleinen Ergänzungen von Mathias Magdowski)

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