Kleine Dinge, die unsere Welt großartig machen

In virtuellen Laboren in die Wissenschaft der Nanotechnik eintauchen

Nanotechnik ist die Wissenschaft von den kleinsten Dingen, die unsere Welt großartig machen. Wir begegnen ihr täglich: mit dem Smartphone, auf dem E-Bike, im Auto, an der Waschmaschine oder an der Supermarktkasse. Doch wie entstehen die winzigen Chips? Welche Materialien brauchen wir dafür? Wie sehen die Labore aus, welche Anlagen sind notwendig? Und wie werden unsichtbare Strukturen zu einer funktionierenden Schaltung verbunden? Im Innovationsprojekt zu virtuellen Laboren entstehen Lehrangebote, die Studierende für die Nanotechnik begeistern und ihnen den spielerischen Zugang zu Hochtechnologie ermöglichen.

Das Projekt verbessert fakultätsübergreifend das Lehr-Lern-Angebot durch neue Techniken, Online-Materialien und virtuelle Praktika. Besonders im Fokus stehen virtuelle Labore, die im Rahmen des Projekts NEO – Campus der Zukunft für die HM pilotiert wurden und im EU-geförderten Projekt CHIPS of Europe gemeinsam mit internationalen Partnern aus Wissenschaft und Industrie weiterentwickelt werden.

Heterogene Studiengruppen und begrenzter Laborzugang

Gerade in international und interdisziplinär ausgerichteten Studiengängen wie dem Master Mikro- und Nanotechnik sind die Studierenden sehr unterschiedlich vorbereitet. Sie starten mit verschiedenen fachlichen Hintergründen und benötigen einen möglichst passgenauen Einstieg in die Lehrveranstaltungen. Zugleich ist der Zugang zu Laboren begrenzt und viele Anlagen dürfen nicht direkt von Studierenden bedient werden.

Um diese Herausforderungen zu meistern, verfolgt das Projekt fünf Ziele: Erstens werden innovative Lehrformen erprobt und etabliert: Dazu gehören digitalisierte Lernmaterialien wie Vorlesungsvideos, Online-Tests zur Selbsteinschätzung, mehr Teamarbeit und Interaktivität in Online-Formaten sowie interdisziplinäre Aufgaben. Zweitens wird erprobt, wie virtuelle Lernräume gezielt auf die unterschiedlichen Vorkenntnisse eingehen und die individuelle Kompetenzentwicklung fördern können. Drittens werden Praktika nachhaltig digital ergänzt oder vollständig virtuell umgesetzt. Viertens kommen neue Education Technologies wie Gamification- oder Social-Learning-Tools zum Einsatz, um Freude am Lernen zu fördern. Fünftens wird die internationale Zusammenarbeit mit akademischen und industriellen Partnern über ein geteiltes virtuelles Labor intensiviert.

Digitale Formate in der Lehre

Virtuelle Lehrangebote ermöglichen asynchrones Lernen, sprechen verschiedene Lerntypen an und erreichen heterogene Studiengruppen besser. Gamification steigert den Spaß und die Motivation im Lernprozess. Virtual-Reality-Elemente schaffen emotionale Erlebnisse, die stärker im Gedächtnis bleiben als klassische Formate.

Das Projekt soll vier zentrale Wirkungen erzielen: Es erleichtert die Orientierung in Fakultät und Labor, es ermöglicht flexibles Lernen im eigenen Tempo, es bereitet Studierende angstfrei auf neue Laborumgebungen vor und es eröffnet den Zugang zu Anlagen, die an der eigenen Hochschule nicht verfügbar sind.

Beispiele aus der Praxis

Zu den bisherigen Angeboten gehört ein 360-Grad-Rundgang für die Orientierung in Fakultät und Labor, der zusätzlich Informationen zu Selbstlerneinheiten, Ansprechpersonen und Anlagen bietet. Studierende können sich so frühzeitig mit ihrer neuen Umgebung vertraut machen.

Auch Exit Games sind Teil der Lehre: In zwei Modulen dienen sie als Rückblick auf Vorlesungsinhalte. Dabei simulieren die Studierenden einen Kundenbesuch in einer Firma, bei dem verschiedene Abteilungen ihre Arbeit präsentieren. So wiederholen sie spielerisch Themen der Sensorik und Analytik. In einem Fall wird das Exit Game mit einem Praktikum verknüpft, in dem die Studierenden einen Sensor herstellen, charakterisieren und vor fiktiven Kundinnen und Kunden präsentieren.

Zeichentrickvideos erleichtern die Sicherheitsunterweisung für das Labor für Mikrosystemtechnik. Sie bereiten unterhaltsam auf den Labortest vor.

Für die Praktikumsvorbereitung arbeiten Studierende virtuell auf einem Online-Whiteboard wie Miro zusammen. In vier Rollen – als Projektmanagerinnen und -manager, Beraterinnen und Berater, Expertinnen und Experten sowie Kundinnen und Kunden – bereiten sie Unterlagen anhand vorformulierter Fragen auf und diskutieren anschließend ihre Ergebnisse.

Branching Scenarios in Moodle helfen, Herstellungsprozesse in der Chip-Produktion besser zu verstehen. Studierende folgen Entscheidungspfaden, sehen die Auswirkungen möglicher Fehler und verankern so ihr Wissen.

Virtuelle Labore machen die Halbleiter- und Nanotechnik anschaulich. Erste virtuelle Versuche entstanden im Projekt NEO – Campus der Zukunft. Ein komplettes virtuelles Labor für Halbleiterprozesse (VLabS) wird derzeit im Projekt CHIPS of Europe entwickelt. Ziel ist es, Prozesse verständlich darzustellen und den Zugang zu Anlagen zu ermöglichen, die bisher nicht verfügbar oder nicht frei bedienbar waren. Die virtuellen Labore bieten einen 24/7-Zugang, vernetzen Studierende mit internationalen Partnern und schaffen über begleitende Galerien einen Bezug zu realen Anwendungen. Langfristig sollen die virtuellen Anlagen für verschiedene Praktika kombinierbar sein, um ein tieferes Prozessverständnis in einem spielerischen Umfeld zu fördern.

Prof. Dr. Christina Schindler

Fakultät für angewandte Naturwissenschaften und Mechatronik
Ferdinand Miller Platz
80335 München
Raum D 312
Telefon +49 89 1265 1639
Mail: christina.schindler@hm.edu