Zukunft des E-Learning: Virtuelle Labor-Experimente übers Web steuern

Rund 30 Wissenschaftler aus acht europäischen Ländern waren dazu am HPI in Potsdam zusammen gekommen. Es war im Rahmen des Leonardo-da-Vinci-Programms der Europäischen Union der zweite internationale Workshop, der sich mit der Bedeutung virtueller und verteilter Versuchslabore fürs E-Learning beschäftigte. Das Programm baut in der Europäischen Union transnationale Netze für Fachwissen und Wissenstransfer auf. Dazu gehört auch die Entwicklung von Lernplattformen für Experimente.

„Im Vordergrund stand, wie mit Hilfe realer oder simulierter physikalischer Experimentieraufbauten erlerntes Wissen an konkreten Problemstellungen vertieft werden kann“, berichteten die Workshop-Organisatoren Andreas Rasche und Bernhard Rabe vom HPI-Fachgebiet „Betriebssysteme und Middleware“. Die eingesetzten Labore können aus der Ferne übers Internet gesteuert werden oder sind in spezielle Lernsoftware integriert.

Die Workshop-Teilnehmer bekamen Beispiele aus der Elektrotechnik vorgeführt, wo an elektronischen Schaltungen experimentiert werden kann, indem etwa Spannungs- oder andere Strom-Parameter übers Internet eingestellt und Ausgaben über ein Oszilloskop angezeigt werden. Ein anderes Beispiel war die Programmierung eingebetteter Rechnersysteme, die komplexe physikalische Prozesse steuern. Hier demonstrierten die HPI-Wissenschaftler ein Hau-den-Lukas-Experiment und das Modell einer industriellen Fertigungsstraße. Beide werden in der Studentenausbildung eingesetzt.

Ein Schwerpunkt des europäischen Informatiker-Workshops am HPI waren standardisierte Protokolle für die Kommunikation zwischen Internet-Plattformen, über die Experimente zur Verfügung gestellt werden. „Der Einsatz von Web-Services, also bestimmter Dienste aus dem Internet, macht es dabei einfach, Laborexperimente institutsübergreifend zu nutzen“, betonte HPI-Professor Andreas Polze einen besonderen Nutzen dieser Technologie.

HPI und TU Darmstadt teilen sich virtuelle Labore

Zwischen dem HPI und der TU Darmstadt wird dies bereits getestet. Studenten des Hasso-Plattner-Instituts können dadurch auf die in Südhessen aufgebauten Experimente zugreifen und umgekehrt. „Das spart Kosten für Wartung und Aufbau der Experimente und erhöht die Auslastung der einzelnen Aufbauten“, hob Polze hervor. Allerdings gibt es in diesem Bereich noch einige offene Forschungsfragen: Wie können die Experimente vor dem Zugriff Unbefugter und vor dem Einschmuggeln von Schaden stiftendem Programmcode geschützt werden, wie werden die Nutzerdaten verwaltet, wie wird abgerechnet, was sind effiziente Kommunikationsformen für interaktive Experimente?

„Experimente sind zwar für erfolgreiches Lernen, besonders im Schulunterricht, notwendig, erfordern jedoch oft sehr teuere und schwierig zu bedienende und zu wartende Gerätschaften“, unterstrich HPI-Direktor Prof. Christoph Meinel. Mit Hilfe virtueller Labore, die über das Internet gestartet und beobachtet werden, könnten allerdings Hochschulen zum Beispiel ihre Geräte auch anderen Bildungseinrichtungen zur Verfügung stellen.

Training in IT-Sicherheitsfragen über ein „Tele-Lab“

Meinel demonstrierte das auf dem Workshop mit dem Prototyp eines „Tele-Lab IT-Sicherheit“. Computernutzer sollen sich mit dem virtuellen Labor, das eine realistische und sichere Trainingsumgebung bietet, einmal jederzeit und überall in IT-Sicherheitsfragen trainieren lassen können. Interessenten sind damit in der Lage, sich sowohl theoretisches Wissen rund um die IT-Sicherheit anzueignen, als auch praktische Übungen auf vorkonfigurierten virtuellen Maschinen durchzuführen. Meinel wies auch auf die Vorreiterrolle hin, die das Hasso-Plattner-Institut mit seiner Tele-Teaching-Plattform www.tele-task.de für das E-Learning spiele.