Lehre in einem besonders schwierigen Physikkurs

Die Technische Universität Eindhoven (TU/e) ist eine international angesehene niederländische Universität mit engen Verbindungen zur Industrie. Die TU/e bietet eine akademische Ausbildung, die von Grundlagenforschung und angewandter Forschung getragen wird. Laut den Times Higher Education World University Rankings 2021 gehört die TU/e zu den 200 besten Universitäten der Welt und liegt in Europa auf Platz 82.

Leon Rosseau ist Doktorand und gehört zur Forschungsgruppe Process Intensification. Er unterrichtet Physical Transport Phenomena am Fachbereich Chemical Engineering and Chemistry der TU/e.

Die Herausforderung

Physical Transport Phenomena ist ein einführender Physikkurs im Studiengang Chemietechnik und gilt als einer der schwersten im gesamten Bachelorstudium.

Beim ersten Versuch bestehen vergleichsweise wenige Studierende. Für die Studierenden gibt es drei große Hürden:

1. Der Kurs hat einen erheblichen mathematischen Anteil.
2. Die Aufgaben sind lang. Eine Aufgabe zu lösen kann etwa 30 bis 60 Minuten und mehrere Seiten Herleitungen dauern.
3. Um zu bestehen, müssen die Studierenden die gelehrte Methodik anwenden, und die Abschlussprüfung ist eine Open-Book-Prüfung. Das Buch hat 200 Seiten, und oft wissen die Studierenden nicht, wie sie eine Aufgabe überhaupt angehen sollen. Die Lehrenden der TU/e müssen also sicherstellen, dass die Studierenden diese Methodik wirklich lernen.

Dazu kamen vor der Einführung von Sowiso drei große Herausforderungen in der Lehre:

1. Der Kurs dauert vier Stunden am Stück. Während der Professor die Vorlesungen hielt, leitete Leon Rosseau die Selbstlernphasen, in denen die Studierenden Aufgaben lösten. In der Coronazeit fand der Kurs zudem vollständig online statt, und die Lehrenden fanden es schwierig, die Studierenden vier Stunden lang bei der Sache zu halten. Auch das Feedback der Studierenden bestätigte, dass es sehr schwer war, die ganze Zeit konzentriert zu bleiben. Sie wünschten sich mehr Flexibilität.
2. Tutorinnen und Tutoren helfen bei den Aufgaben, können aber nicht rund um die Uhr erreichbar sein. Außerdem scheuen sich viele Studierende, um Hilfe zu bitten. Da ein digitales System sie anleiten und die Hemmschwelle für Fragen senken könnte, dachten die Lehrenden an eine Online-Plattform.
3. Viele Studierende wiederholen den Kurs, und die Gesamtzahl ist hoch, über 170. Um das Betreuungsverhältnis zu halten, braucht die TU/e 6 oder 7 Tutorinnen und Tutoren. Sie müssen alle bereitstehen, falls alle Studierenden kommen. In der Praxis ist die Motivation aber nicht hoch, und nur 50 Studierende kommen zum Unterricht. So gab es zu viele Tutorinnen und Tutoren, die nicht genug zu tun hatten.

Die Lösung

Um diese Herausforderungen anzugehen, suchten die Lehrenden der TU/e eine Plattform, die Hinweise dann gibt, wenn Studierende sie anfordern, statt sie automatisch anzuzeigen. Sie sahen sich verschiedene digitale Werkzeuge an und probierten andere Produkte aus, doch die Idee ließ sich nur schwer umsetzen, bis sie Sowiso fanden.

Zunächst erstellten sie mit Unterstützung ihrer studentischen Hilfskräfte in der Autorenumgebung von Sowiso über 100 Aufgaben (einschließlich Teilaufgaben). Die Erstellung ist am Anfang immer aufwendig, aber mit der Plattform konnten sie genau das Material gestalten, das am besten zu ihrem Kurs und zu den Bedürfnissen ihrer Studierenden passte. Außerdem half ihnen die LaTeX-Integration, Gleichungen schnell und einfach einzugeben.

Leon Rosseau und sein Team waren die Ersten an der TU/e, die Sowiso nutzten. Im ersten Jahr setzten sie das Prüfungstraining für eine kleine Gruppe von Studierenden ein. Monate später nutzten sie es für das Prüfungstraining der ganzen Gruppe (rund 150 Studierende). In diesem Jahr finden einige Teile des Kurses wieder in Präsenz statt, das Prüfungstraining haben sie aber vollständig in digitale Tutorensitzungen verlagert.

Wie Leon betont, waren die Hinweise entscheidend, um die Studierenden zu unterstützen. In diesem Fach ist es wichtig, alle Schritte bis zur Lösung zu gehen, doch im Unterricht fehlt den Lehrenden oft die Zeit, alle Antworten ausführlich zu besprechen. Mit Sowiso konnten sie einheitliche und strukturierte Erklärungen geben. Leon erklärt:

„Diese Einheitlichkeit hilft uns, den Studierenden etwas mehr von den Grundlagen zu vermitteln. Wir erklären nicht nur, wie man die Aufgabe löst, sondern auch, wie man über Problemlösung nachdenkt. Dafür bot der Kurs früher nicht so viel Raum. Jetzt bekommen die Studierenden professionell ausgearbeitete Beispiele. Früher haben sie ihre Aufgabe meist einfach mit Kommilitoninnen und Kommilitonen verglichen, aber manchmal lagen beide falsch. Jetzt haben sie in Sowiso eine Lösung, wie wir die Aufgabe lösen würden, und das ist schon für sich ein Vorteil.“

Anfangs gab es die Sorge, dass die Studierenden alle Hinweise anklicken und sofort die Antwort haben würden. In den Zeitstatistiken sieht Leon jedoch, dass sie viel auf der Plattform üben und die Hinweise gut nutzen.

Neben der gesuchten Hinweisfunktion fanden sie einen schönen Zusatznutzen. Die Lehrenden der TU/e hatten nicht aktiv nach einem Forum für Studierende gesucht, entdeckten aber nach der Einführung von Sowiso, wie wertvoll diese Funktion ist.

Statt mehrere Tutorinnen und Tutoren einzusetzen, die nicht genug zu tun hätten, moderieren heute ein oder zwei studentische Hilfskräfte die Foren und beantworten die einfacheren Fragen. Sind die Fragen zu komplex, antwortet Leon. Und wenn noch mehr Unterstützung nötig ist, kann der Professor antworten. Zugleich ermutigt das Forum die Studierenden, Fragen zu stellen, wenn sie Hilfe brauchen. Leon sagt:

„Vor allem in den Wochen der Prüfungsvorbereitung hatten wir über 50 Fragen pro Woche im Forum. Das ist viel, selbst wenn man Tutorensitzungen im Unterricht anbietet. Davon waren wir wirklich positiv überrascht.“

Ebenfalls unerwartet und erfreulich: Die Studierenden begannen, selbst Fragen im Forum zu beantworten.

„Sie haben die Fragen anderer Studierender ziemlich gut beantwortet und Diskussionen geführt, bei denen man sieht, dass sie über das nachdenken, was sie tun, und nicht einfach gedankenlos nach der Antwort suchen oder auf den Hinweis klicken.“

Wenn Studierende im Sowiso-Forum eine Frage stellen, können sie das direkt aus der Aufgabe heraus tun, an der sie gerade arbeiten. So haben die Lehrenden mehr Kontext, um zu verstehen, wo es hakt.

Schließlich sind Wiederholungsprüfungen in diesem Fach häufig. Die Lehrenden der TU/e unterrichten den Kurs in der Regel im Mai und Juni, die Prüfung ist im Juli und die Wiederholungsprüfung im August. Wegen der Ferien gibt es im Sommer also keine Betreuung mehr. Mit Sowiso können die Studierenden trotzdem selbstständig Aufgaben lösen und Feedback erhalten. Außerdem behalten sie Zugang zum Forum, auch wenn es weniger intensiv moderiert wird als sonst. So erhalten sie auch im Sommer persönliche Unterstützung und Begleitung.

Das Ergebnis

Für dieses anspruchsvolle Fach nutzen die Lehrenden der TU/e Sowiso, um den Studierenden viele zusätzliche Übungsmöglichkeiten zu bieten. Leon sagt:

„Bei den schwierigsten Aufgaben, bei denen man Dutzende Schritte bis zur Lösung braucht, ist es enorm hilfreich. Man kann die Studierenden viel konkreter anleiten und ihnen gleichzeitig einen individuellen Ansatz bieten. Wer schnell vorankommen will, kann das. Wer es langsam angehen und viele Aufgaben bearbeiten will, kann das auch.“

Und seit der Einführung der Plattform:

„Was die Ergebnisse angeht: Es gibt Leute, die viel mehr üben. Dieser flexible Ansatz funktioniert für die Studierenden sehr gut. Der Kurs hat sieben Kapitel. Manche finden Kapitel zwei sehr schwer, andere haben mit Kapitel vier zu kämpfen. Mit Sowiso können die Studierenden länger an einem bestimmten Thema bleiben, statt dass wir jede Woche streng der Reihe nach ein Kapitel behandeln. Das kam in den Fragebögen am Ende des Kurses ziemlich positiv zurück.“

Als weiteren Pluspunkt nennt Leon die Benutzerfreundlichkeit der Plattform. Bei den Noten „gab es einen Zusammenhang zwischen dem Üben in Sowiso und besseren Noten“. Das könnte allerdings auch daran liegen, dass „Leute, die normalerweise gute Noten bekommen, das Tool eher häufiger nutzen“. Für Schlüsse zu den Noten ist es noch zu früh, weil es nach der Pandemie keinen Vergleichswert für eine durchschnittliche Bestehensnote gibt. Die am wenigsten motivierten Studierenden bleiben eine Herausforderung, aber Sowiso kann helfen, ihnen die Flexibilität und die Übungsmöglichkeiten zu bieten, die sie brauchen.

Auch für Leon selbst hatte Sowiso einen unerwarteten Nutzen: Die Plattform brachte ihn dazu, über seine Lehrmethode nachzudenken.

„Da ich die Plattform mit anderen Kolleginnen und Kollegen nutze, habe ich festgestellt, dass die Hinweise völlig unterschiedlich ausfallen, je nachdem, ob ich sie gestalte oder jemand anderes, weil wir unterschiedlich erklären. Wenn man die Erfahrung aller in einer digitalen Lösung bündelt, denkt man stärker didaktisch und fragt sich öfter, wie man etwas logisch erklärt.“

Zum Schluss Leons Empfehlung an Lehrende, die überlegen, eine digitale Plattform in ihren Kursen einzusetzen:

„Wenn Lehrende von einer neuen digitalen Lernumgebung hören, denken sie meist an Prüfungsplattformen. Aber als Übungswerkzeug ist Sowiso wegen seines individuellen Ansatzes sehr, sehr nützlich. Ich glaube, das ist vielen Lehrenden noch nicht bewusst. Wenn wir über digitale Lehre sprechen, geht es um Videovorlesungen und digitale Prüfungen, aber wie geübt wird, ist noch kaum ein Thema. Da ist noch viel zu gewinnen, und dieser systematische Ansatz lässt sich leicht einführen und nutzen.“

Künftig wollen Leon und sein Team weiter nach einem flexiblen Ansatz suchen, der Online-Werkzeuge und persönlichen Kontakt ins Gleichgewicht bringt, und nach neuen Wegen, die Studierenden für dieses anspruchsvolle Fach zu motivieren.