Ausgabe 02 | 2020

Fokus "Simulation"

Licht in die Blackbox

Die Speedmaster ist der Volkswagen der Druckindustrie – weit verbreitet, leistungsfähig, innovativ. In St. Gallen nähern sich die Lernenden der Maschine über virtuelle Simulationen. So erhalten sie Einblick in eine Welt, die sonst eine Blackbox bliebe.

Von Daniel Fleischmann, PANORAMA-Redaktor

(Bild: Adrian Moser)

(Bild: Adrian Moser)

Wenn Rolf Wyss seine Ferien plant, geht er gerne schon mal vor. Dann startet er den Computer, loggt sich bei Google Earth ein, setzt sich eine 3-D-Brille auf und erkundet die Gegend. Liegt sein Hotel in einem «aufstrebenden Quartier», kann es sein, dass er lauter Baustellen sieht.

Scheinbar sinnlose Gebärden

Rolf Wyss lacht, als er das erzählt. So ganz ernst ist es ihm nicht. Aber mit diesem Beispiel macht er deutlich, wie nützlich virtuelle Erkundungen der Realität sein können. Rolf Wyss ist Fachbereichsleiter Medientechnologie am Gewerblichen Berufs- und Weiterbildungszentrum St. Gallen (GBS), und er nutzt die Technologie auch im Unterricht. Statt Strassen untersuchen seine Lernenden dann die Speedmaster, eine Druckmaschine, die mehrere Hunderttausend Franken kostet. Sie lernen, wo Reiterwalzen und Farbheber, Tauchwalzen und Wasserkasten, Farbreiber und Farbauftragwalzen liegen und wie sie zusammenspielen. Manche machen das an einem Computer oder ihrem Smartphone, wo sie Visualisierungen der Maschine drehen, vergrössern oder bearbeiten können – sei es, dass sie Walzen virtuell ausbauen, sie beschriften oder in Gang setzen. Das nennt sich Augmented Reality (AR). Andere stellen sich, eine unförmige Brille auf dem Kopf, vor eine virtuelle Maschine und greifen über Handtracking in ihr Inneres. Sie bauen sie auseinander und wieder zusammen. Die Gebärden in dieser Virtual Reality (VR) erinnern an Tai-Chi: Es sind Bewegungen in einem leeren Raum, der aber voller Sinn ist.Was da in St. Gallen passiert, ist eine Pionierleistung. Klar: Simulationen gab es schon immer in der Berufsbildung, denn sie erlauben, gefährliche Arbeitsschritte einzuüben oder, wie bei der Speedmaster, an Maschinen zu lernen, die man nur selten demontiert. Aber die Nutzung virtueller Realitäten ist in der beruflichen Grundbildung wenig verbreitet. Die Drucker sind eine Ausnahme.Rolf Wyss ist Praxispartner im deutschen Projekt Social Virtual Learning (SVL2020), in dem Wissenschaft, Lehre und Druck- und Medienindustrie kooperieren. Ihr Ziel ist «die Erschliessung neuer Lehr- und Lernformen für die berufliche Bildung, die unter anderem Aspekte des social, mobile, augmented und virtual Learning umfasst». Hier bezog Rolf Wyss Lernmodule wie «Aufbau eines Offset-Farbwerks» oder «Bogenlauf und Bogenwendung». Sie basieren auf der dreidimensionalen Vermessung und Darstellung der Maschine und ihrer Bewegungen. Um sie dann im Unterricht anzuwenden, brauchte Wyss lediglich ein VR-System (mit Brille, Basisstationen und Controllern), einen leistungsstarken Computer mit Grafikkarte der neusten Generation und einige Android-Tablets. Kostenumfang für einen Klassensatz: gut 4000 Franken. «Genial ist, dass ich diese Module selbst vereinfachen oder mit Lernaufgaben ergänzen kann», sagt Rolf Wyss. Er hat das in vorbildlicher Weise gemacht, wie Lutz Goertz (Leiter Bildungsforschung des mmb Instituts, das SVL2020 evaluiert) sagt: «Rolf Wyss gehört zu den aktivsten Teilnehmern des Projekts. Seine Arbeit ist vorbildlich.» Anlässlich einer Abschlusstagung von SVL2020 in Berlin war es Wyss, der eine halbe Stunde lang über eine Liveschaltung aus St. Gallen die «SVL in Aktion» demonstrierte.

Grenzen der Simulation

So innovativ der virtuelle Zugang zur Speedmaster ist: Die Lernenden von Rolf Wyss arbeiten weniger als zehn Prozent der Lernzeit damit. Andere Lerninhalte wie das Verfassen einer Offerte oder die Herstellung von Druckfarben lassen sich kaum virtualisieren, es ist auch nicht nötig: «Was ich analog machen kann, mache ich analog», so Rolf Wyss. Zudem sind dem Lernen über SVL selbst Grenzen gesetzt. Lutz Goertz: «Eine Walze ist 40 Kilogramm schwer, im virtuellen Raum gewichtslos. Das fühlt sich ganz anders an. Und wie man einen Schraubenzieher führt, lernt man mit einer VR-Brille auch nicht.» Dem stünden aber viele Vorteile gegenüber: «Eine Druckmaschine ist eine Blackbox, in die die Azubis nicht schauen können, auch wenn sie täglich damit arbeiten. Wenn dann bei der virtuellen Arbeit eine Walze zu Boden fällt, wird sie nicht beschädigt.» Heute setzen die meisten deutschen Berufsschulen für Medientechnologie das Instrument ein. Ein Vergleich hatte ergeben, dass Klassen mit SVL eher besser lernen.Das Projekt SVL2020 startete 2013. Seither wurden zehn Module entwickelt, die den Schulen dank der Unterstützung des deutschen Bildungsministeriums kostenlos zur Verfügung stehen. Darunter sind auch solche ausserhalb der Druckbranche – etwa zur EHEDG-Lebensmittelpumpe oder zu einer elektrischen Anschlussleiste. Dominic Fehling, wissenschaftlicher Mitarbeiter der am Projekt beteiligten Bergischen Universität Wuppertal, sagt: «SVL ergibt immer da Sinn, wo sich Auszubildende mit komplexen oder gefährlichen Maschinen und Prozessen vertraut machen müssen, die dreidimensional vermessen und dargestellt werden können.» Dennoch werde ihr Einsatz auch in Zukunft punktuell bleiben; die Erstellung virtueller Objekte und Umgebungen sei aufwendig und nur da sinnvoll, wo ein Mehrwert zu anderen Methoden entstehe.

Auch das Labor gibt es virtuell

Wenn man die Schule für Gestaltung des St. Galler GBS verlässt und zurück ins Hauptgebäude geht, gelangt man in die Abteilung für technische Berufe. Hier lernen unter anderem die Laborantinnen und Laboranten ihren Beruf. Mit virtuellen Welten sind auch sie vertraut. Manchmal begeben sie sich auf die Website der VR-Firma Labster. In gut ausgebauten virtuellen Laborlandschaften lassen sich mit der Computermaus Reagenzgläser greifen, Substanzen zusammenfügen und analytische Prozesse anstossen – zum Beispiel zur Chromatografie von Stoffgemischen. Labster ermöglicht es auch, mit teuren Apparaten wie einem Kernspinresonanzspektroskop zu arbeiten. Nur wenige Lehrbetriebe verfügen über dieses Gerät. Für die Nutzung von Labster ist Jürg Pfeiffer verantwortlich, Abteilungsleiter Technische Berufe. Er hat, nach seiner Einschätzung, als «einzige Berufsschule auf europäischem Festland» eine Vereinbarung mit dem dänischen Hersteller verhandelt. Sie umfasst die zwei- und dreidimensionale Nutzung der Labors und der hinterlegten Aufgaben. Die dafür notwendigen VR-Headsets werden seit gut einem Jahr eingesetzt.Aber so sehr sich Jürg Pfeiffer über diese Möglichkeiten freut, so pragmatisch äussert er sich über ihren Nutzen. «Labster wurde vor allem für die Studierenden in den USA entwickelt, die erst im Rahmen von Praktika in reale Labors gelangen. Das ist bei uns dank der dualen Berufsbildung anders.» Seine wichtigste Aufgabe sieht er darum darin, zu entscheiden, wie er das virtuelle Labor didaktisch sinnvoll einsetzt. Dabei stehen drei Aspekte im Vordergrund: Erstens erlaube Labster den Lernenden, mit der englischen Terminologie der Laborarbeit vertraut zu werden. Die konzeptionelle Basis bildet ein CLIL-Konzept (Content and Language Integrated Learning), in dessen Rahmen immersiv unterrichtet wird – seit Neustem auch in der Abteilung von Rolf Wyss. Das sprachliche Gegenüber der Laborantinnen und Laboranten ist dann der machthungrige Dr. One, der die Lernenden in Situationen bringt, die sie in englischer Sprache bewältigen müssen. Diese Aufgaben können zeitunabhängig bearbeitet werden. Zweitens mache es einfach Spass, sich mit oder ohne VR-Brille in die Welt von Dr. One zu begeben, selbst wenn Labster im Vergleich zu einem Lehrmittel inhaltlich keinen Mehrwert biete. Und drittens sei es gut, wenn die Lernenden schon in der beruflichen Grundbildung mit Technologien vertraut würden, denen sie in ihrem Berufsleben wieder begegnen werden.

Links und Literaturhinweise

www.social-virtual-learning.de
www.labster.com

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