Mechanik mal anders: praxisnahe Beispiele für nachhaltigen Lernerfolg mit DTM

Im Projekt „Digitale Technische Mechanik“ (DTM) sind praxisnahe Fallbeispiele entwickelt worden, die das Fach Mechanik für Studierende besser verständlich machen sollen. Sie können unter anderem in Studiengängen wie Maschinenbau, Bauingenieurwesen oder Wirtschaftsingenieurwesen eingesetzt werden. Insgesamt waren in den vergangenen zwei Jahren acht NRW-Hochschulen an der Erstellung beteiligt. DTM wurde im Rahmen von OERContent.nrw gefördert, alle Materialien sind in der Fächer-Bibliothek des Landesportals ORCA.nrw abrufbar.

Eine Montagehalle wird aufgerüstet. Um die Produktionskapazitäten zu erhöhen, sollen schwere Materialien künftig effizienter von A nach B bewegt werden können – mithilfe eines neuen Brückenkrans. Doch bevor der Kran unters Hallendach einziehen kann, sind verschiedene Konzeptionsschritte und Berechnungen erforderlich. Die dazu notwendigen Kenntnisse, Fertigkeiten und Kompetenzen werden im Fach Mechanik gelehrt, das Bestandteil zahlreicher Ingenieurstudiengänge ist. Dass dieses Fach alles andere als langweilig und theoretisch sein muss, zeigt das Projekt „Digitale Technische Mechanik“ (DTM).

Studierende sollen Regeln und Formeln nicht nur anwenden können, sondern schon früh in ihrem Studium den Sinn und Wert von Mechanik in der Praxis verstehen – so das Ziel. Projektleiter Dr. Thorsten Bartel von der Technischen Universität Dortmund erklärt das gerne so: „Mechanik ist das Instrument für die Planung tragfähiger, aber dennoch kosteneffizienter und ressourcenschonender Bauwerke.“ So viel wie nötig, so wenig wie möglich also, um den Einsatz von Ressourcen, Zeit und Kosten im Bauprozess zu optimieren. Dafür hat Bartel zusammen mit seinem Kollegen Michael Fiege und dem Projektteam aus Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der TU Dortmund und sieben weiteren Hochschulen aus NRW, verschiedene Fälle – Projekte genannt – entwickelt. „Studierende erkennen oft nicht, warum Mechanik wichtig fürs Ingenieurwesen ist. Das wollen wir ändern“, sagt Bartel. In DTM wurden realitätsnahe Beispiele wie ein Fahrrad, eine Brücke oder Kurbelwelle erstellt, anhand derer sich Studierende mit sukzessiv komplexer werdenden ingenieurtechnischen Fragestellungen auseinandersetzen.

^{Screenshot aus dem Kurs DTM: Die Begriffe sind an der richtigen Stelle eingeordnet.}

Im Beispiel des Brückenkrans heißt das zuallererst: Begrifflichkeiten klären. Was ist ein Balken, wo ist das Seil, gibt es eine Feder? Per Drag-and-Drop-Funktion zieht man als Nutzer die einzelnen Begriffe an die vermeintlich richtigen Stellen im Bild und erhält im Anschluss eine Auswertung. „Wir wollen nicht mit der dicken Mechanik-Tür ins Haus fallen, sondern erst mal anregen, in die Materie einzutauchen“, sagt Bartel. Sind alle Häkchen auf Grün, geht’s weiter zur nächsten Aufgabe: Es soll ein realistisches Modell des Brückenkrans erstellt werden. „In der Mechanik ist man oft mit abstrakten Zeichnungen beschäftigt, wir haben uns aber bewusst dazu entschieden, zunächst der Modellbildung viel Raum zu geben. Das fördert die Vorstellungskraft“, sagt Michael Fiege: „Musterlösungen gibt es erst, wenn man sich selbst mit dem Thema ausgiebig auseinandergesetzt hat.“ Studierende sollen sich so bildlich vorstellen können, was Mechanik ist, warum sie wichtig ist und wie man mit ihr arbeitet.

Nachdem das Brückenkran-Modell hochgeladen und damit abgegeben wurde, wird es vom jeweiligen Dozierenden bewertet. In der Lehrveranstaltung können die Ergebnisse und Herangehensweisen parallel diskutiert werden, ehe es im Fallbeispiel recht bald auch an konkrete Berechnungen geht. Nach und nach setzt man sich so mit allen Einzelheiten des Brückenkrans auseinander, berechnet beispielsweise die Auflagereaktionen des Krans, wenn die Laufkatze bewegt wird oder in welcher Position des Greifers das Material am wenigsten belastet wird.

Zwischendurch müssen Nutzer immer wieder praxisnahe Probleme lösen. Es stellt sich im Falle des Brückenkrans zum Beispiel heraus, dass die Dachbinder aus Holz in der Halle nach gesetzlichen Bestimmungen nicht mehr ausreichend seien, um das Dach zu stützen. Es werden verschiedene Lösungsvorschläge genannt, die nun analysiert und beurteilt werden sollen – unter anderem auch unter Berücksichtigung von wirtschaftlichen Faktoren. „Uns ist wichtig, dass Studierende später wissen, warum sie etwas tun“, sagt Michael Fiege und Thorsten Bartel ergänzt: „Wir sind uns sicher, dass der Anwendungsbezug eine wichtige Rolle für den Lernerfolg spielt.“ 

Das kommt an. Die ersten Rückmeldungen von Studierenden sind durchweg positiv, besonders die praxisnahe Gestaltung wurde gelobt. Die harte Projektarbeit in den vergangenen zwei Jahren hat sich also gelohnt. Für Dr. Thorsten Bartel, Michael Fiege und das DTM-Team ist die Arbeit aber noch nicht vorbei. Sie freuen sich, ihre Materialien jetzt auch in der Lehre einzusetzen und die Mechanik-Kurse in NRW damit Semester für Semester ein Stück weit besser zu machen.

Beteiligte Hochschulen an DTM:
Technische Universität Dortmund (Konsortialführung), Hochschule Hamm-Lippstadt, Ruhr-Universität Bochum, Universität Paderborn, Bergischen Universität Wuppertal, Universität Duisburg-Essen, Hochschule Rhein-Waal, Westfälische Hochschule