TH OWL bringt die Digitalisierung der Lehre voran

Virtual und Augmented Reality in der Hochschullehre. Professor Dr. Martin
Oldenburg und Katharina Pilar von Pilchau vom Fachbereich
Umweltingenieurwesen und Angewandte Informatik an der Technischen
Hochschule Ostwestfalen-Lippe haben im Rahmen des Projektes DIGIWATER eine
Virtual und Augmented Reality Anwendung entwickelt, die Studierenden
lehrreiche Exkursionen vom heimischen Rechner aus ermöglicht. Ein
wichtiger Schritt für die Digitalisierung der Hochschullehre.

Plötzlich steht er da, mitten im Wohnzimmer, ein lebensgroßer Tiger,
dreidimensional und in Farbe. Eintauchen in virtuelle Welten oder das
Erkunden ferner Orte: Solche Szenarien werden häufig lediglich mit
Videospielen in Verbindung gebracht. Dabei sind „Virtual Reality“ und
„Augmented Reality“, also das Streifen durch virtuelle Umgebungen und das
Einblenden virtueller Objekte in die reale Umgebung, längst mehr als nur
eine Spielerei. „Ich bin überzeugt, dass diese Form der Digitalisierung
auch in der Hochschullehre stark zunehmen wird“, sagt Professor Dr. Martin
Oldenburg vom Fachbereich Umweltingenieurwesen und Angewandte Informatik
der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe. Im Rahmen des
internationalen Projektes „Digitalisation of Water Industry by Innovative
Graduate Water Education“, kurz DIGIWATER, hat er gemeinsam mit Katharina
Pilar von Pilchau vom Fachbereich Umweltingenieurwesen und Angewandte
Informatik der TH OWL so eine digitale Anwendung für die Hochschullehre
entwickelt. Ergänzt wird dies durch das Projekt CURRICULUM 4.0 „Living Lab
Wasser und Umwelt“, in dem die Aufbereitung und Visualisierung von Daten
intensiviert wird. Studierenden des Fachbereichs ist es dadurch möglich,
die Kläranlage des Projektpartners Stadtentwässerungsbetrieb Paderborn
(STEB) vom heimischen Rechner aus zu besichtigen und interaktiv zu
erforschen.

Doch was sind Augmented und Virtual Reality? Bei Augmented Reality (dt.
Erweiterte Realität) wird die analoge Umgebung durch digitale
Einblendungen erweitert. Professor Oldenburg: „Ich weiß, dass die
Betreiber von Anlagen wie Kläranlagen die Mitarbeitenden mit Datenbrillen
ausstatten. Die kriegen dann bei Wartungen direkt Schaltpläne von
Anlagenteilen eingeblendet.“ Im Gegensatz dazu findet die Virtual Reality
(dt. Virtuelle Realität) vollständig in einer digitalen Welt statt. „So
kann ich vom Büro fremde Orte erkunden. Die sind dann digital, aber können
echten Orten nachempfunden sein“, ergänzt Katharina Pilar von Pilchau.

360° Klärwerk interaktiv

Oldenburgs und Pilar von Pilchaus Anwendung kombiniert die Vorteile sowohl
von Virtual als auch Augmented Reality. Mithilfe einer speziellen Kamera
haben sie 360°-Ansichten der Kläranlage in Paderborn aufgenommen. „Wir
haben aus diesen Ansichten einzelne thematische Touren zusammengestellt,
die mit Annotationen versehen sind“, erklärt Katharina Pilar von Pilchau.
Unter einer Tour verstehen sie, dass die Studierenden beispielsweise ein
Areal oder Bauteil genauer unter die Lupe nehmen können. „Hier sind
Annotationen in Form von zum Beispiel Videos eingebaut oder Grafiken mit
allgemeinen Informationen über die Bauteile. Wir haben auch Dashboards
eingebaut, um die Daten von dieser Kläranlage zu visualisieren und somit
besser in die Lehre einbinden zu können“, fügt sie an.

Die Ergänzung der reinen Ansehenssoftware durch Daten, Videos und Grafiken
macht die Anwendung laut Professor Oldenburg so attraktiv für die Lehre
und Forschung an Hochschulen. Dieses sogenannte Virtual Lab ermöglicht
eine Anbindung an die Daten der Kläranlage, also zum Beispiel an
Energiedaten, Wetterdaten und Wassermengendaten. „In den Vorlesungen fehlt
den Studierenden manchmal die praktische Anschauung. Also wie sieht das
aus, was ich in der Übung dimensioniere. Sie können das im Rundgang selbst
erleben, und das vom Rechner aus“, so Oldenburg. „Das wollen wir auch mit
Lehrinhalten bestücken, in die Lehre aktiv einbinden und daraus Prüfungen
und Übungsaufgaben generieren.“ Mit der Erweiterung durch das Projekt
„Living Lab Wasser und Umwelt“ werden die Inhalte auch anderen Kolleginnen
und Kollegen zur Einbindung und Weiterentwicklung in deren
Lehrveranstaltungen zur Verfügung gestellt.

Im kommenden Semester wollen dann Professor Martin Oldenburg und Katharina
Pilar von Pilchau Studierende in die Fertigstellung der Anwendung
einbinden. „Die Anwendung ist schon weit, aber es gibt noch einige
Bereiche auf der Kläranlage, für die noch keine Inhalte aufbereitet
wurden. Die Studierenden sollen sich Konzeptionen überlegen und diese
umsetzen“, erklärt Pilar von Pilchau.

Digital und nachhaltig in die Zukunft der Hochschullehre

Die Covid-19-Pandemie hat digitale Entwicklungen in vielen Bereichen
beschleunigt, auch in der Hochschullehre. Augmented und Virtual Reality
Anwendungen stellen in Phasen der Online-Lehre anschauliche und
interaktive Lehrmöglichkeiten dar, die den Studierenden viele Vorteile
bieten. Professor Oldenburg: „Wir haben in der Online-Lehre gemerkt, dass
Studierende digitale Angebote gerne wahrnehmen, weil sie dadurch
zeitunabhängiger werden. Sie müssen nicht von acht bis zehn in der
Vorlesung sitzen, sondern können sich den Stoff auch mal nachts ansehen,
wenn sie das wollen und können sich diesen auch mehrfach ansehen.“

Werden Augmented Reality und Virtual Reality also künftig Ausflüge und
Exkursionen überflüssig machen? „Sowas kann eine Exkursion ersetzen,
insbesondere zu Zielen, die sehr weit entfernt oder gar nicht physisch
begehbar sind“, so Oldenburg. Das ist auch unter Gesichtspunkten der
Nachhaltigkeit und Sicherheit wünschenswert. In der Praxis zeigt sich aber
auch, dass virtuelle Touren genau dann besonders gewinnbringend sind, wenn
sie Exkursionen digital ergänzen. So konnten Oldenburgs und Pilar von
Pilchaus Studierenden die virtuelle Tour durch die Kläranlage nutzen, um
sich auf die tatsächliche Exkursion vorzubereiten. Das Ergebnis? „Ich habe
den Eindruck, dass da eine enorme Wissensverdichtung stattgefunden hat“,
betont Martin Oldenburg. „Die Studierenden konnten sich zum Teil sehr gut
orientieren. Die Führung durch die Anlage hat vier Stunden gedauert, weil
die Studierenden sich da sehr detailliert und intensiv mit den Details der
Kläranlage auseinandergesetzt haben.“

DIGIWATER – Digitalisierung für die Wasserwirtschaft

Oldenburgs und Pilar von Pilchaus Arbeit geht aus dem Projekt DIGIWATER
hervor. Bei DIGIWATER arbeiten sechs Universitäten und Hochschulen,
darunter die TH OWL, mit sechs kleinen und mittleren Unternehmen, einer
international agierenden Nichtregierungsorganisation (NGO) sowie dem
Stadtentwässerungsbetrieb Paderborn (STEB) zusammen. Die Projektpartner
stammen aus den Ländern Norwegen, Deutschland, Belgien, Türkei, Zypern und
Rumänien.

Die Digitalisierung spielt schon jetzt eine entscheidende Rolle in der
Wasserwirtschaft. Jedoch fehlen vielen Fachkräften im Wassersektor immer
noch spezifische Kenntnisse im Bereich digitaler Technologien, wodurch
viele Chancen und Potentiale digitaler Technologien im Verborgenen
bleiben. Auf Seiten der Technologieunternehmen hingegen gibt es ein
Wissensdefizit in Bezug auf komplexe Systeme und die zukünftigen
Herausforderungen in der Wasserwirtschaft.

Das internationale Team möchte mit DIGIWATER langfristig digitale
Innovationen im Wassersektor fördern. Um eine Grundlage für nachhaltige
Innovation zu schaffen, haben die Forschenden das Ziel, neue, innovative
und multidisziplinäre Lehr- und Lernansätze zu entwickeln. Dabei stehen
digitale Lernwerkzeuge und virtuelle Einrichtungen im Vordergrund. Mit der
Entwicklung von Kursinhalten soll der Wissensfluss gefördert werden.

Das Projekt wird gefördert durch das Erasmus+ Programm der Europäischen
Union und durch Mittel des Landes Nordrhein-Westfalen im Rahmen des
Programms Curriculum 4.0.