Interaktive Lehre des Ingenieursstudiums: Technische Inhalte handlungsorientiert unterrichten

Überdurchschnittlich viele Studierende in den ingenieurswissenschaftlichen Fächern brechen ihr Studium ab, am Arbeitsmarkt sind Ingenieure dagegen Mangelware. Umso lohnender ist da die Investition in eine zeitgemäße Didaktik. Unter der Berücksichtigung der zunehmenden Komplexität durch die Digitalisierung in den Ingenieurwissenschaften und am Arbeitsplatz zeigt das Buch, wie Lehrkräfte die Inhalte des Ingenieurstudiums und der technischen Lehre handlungsorientiert vermitteln können.

Das Buch ist in zwei Teile gegliedert. Im ersten Teil präsentieren die Autoren die didaktischen Grundlagen. Sie erläutern grundlegende pädagogische Ansätze wie Kompetenz- und Handlungsorientierung im Unterricht und die Bedeutung von Lehr- und Lernzielen mit speziellem Fokus auf der Didaktik technischer Fächer. Daneben verknüpfen sie  die theoretischen Grundlagen wichtiger technischer Fachgebiete mit den praktischen Anwendungen der unterschiedlichen Branchen.

Der zweite Teil bietet einen didaktisch durchdachten Lehr- und Übungskatalog mit einem breiten Spektrum an Methoden, der zur innovativen Lehrstoffvermittlung anregt. Am Beispiel der ingenieurswissenschaftlichen Grundlagenfächer bereiten die Autoren die technischen Inhalte fachlich auf und skizzieren auf der Basis dieses Grundlagenwissens einen möglichen Kompetenzerwerb. Mit Hilfe dieses Katalogs können die Leser adäquate Lehr- und Lernmethoden auswählen.

Mit ihrem Buch wollen die Autoren Lust machen auf eine neue, innovative Art der technischen Lehre. Ein handlungsorientiertes pädagogisches Handbuch für Dozenten an technischen Universitäten, Hochschulen und Technischen Fachschulen, das ergänzend zur technischen Fachliteratur eingesetzt werden kann.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Springer Vieweg
• Erscheinungsdatum: 15. Dez. 2018
• ISBN: 9783662562246

Buchvorschau

© Springer-Verlag GmbH Deutschland, ein Teil von Springer Nature 2019

Sabrina Romina Sorko und Wolfram Irsa (Hrsg.)Interaktive Lehre des Ingenieursstudiums https://doi.org/10.1007/978-3-662-56224-6_1

1. Einleitung

Die Notwendigkeit didaktischer Grundlagen für die technische Lehre

Sabrina Romina Sorko¹  

(1)

Graz, Österreich

Sabrina Romina Sorko

Email: [e-mail]

Zusammenfassung

Die Didaktik allgemein bzw. die Fachdidaktik im Speziellen stellt ein grundlegendes Kernelement jeder Lehr-/Lernsituation dar. Sie beschreibt, wie und in welchem Rahmen ein nachhaltiger Kompetenzerwerb bei Lernenden sichergestellt werden kann. Kombiniert mit dem jeweiligen Fachinhalt professionalisiert didaktische Kompetenz die Tätigkeit der Lehrpersonen. Im ingenieurswissenschaftlichen Bereich steht die technische Didaktik erst am Anfang der wissenschaftlichen Verankerung. Dieses Kapitel zeigt Grundbegriffe der Technik-Didaktik auf und gibt einen Überblick über zugrundeliegende Prämissen dieser Wissenschaftsdisziplin.

1.1 Technik-Didaktik als Voraussetzung nachhaltiger technischer Lehre

Die zunehmende Digitalisierung und die daraus resultierenden wirtschaftlichen und sozialen Veränderungen prägen das 21. Jahrhundert. Das Ergebnis dieser Entwicklung ist eine zunehmende technische Komplexität, welche vor allem den ingenieurswissenschaftlichen Bereich stark beeinflusst. Dazu kommt die Notwendigkeit des vernetzten Denkens für alle Berufsgruppen. Fachexpertenwissen allein ist nicht mehr ausreichend, vielmehr werden Schnittstellenkompetenzen und ein ganzheitliches Verständnis für unternehmerische Prozesse immer wichtiger. Um langfristig erfolgreich zu sein, müssen die Mitarbeiter multidimensionale Kompetenzen aufweisen, die es ihnen ermöglichen, mit ihrem gesammelten Wissen kreative, ganzheitliche und damit innovative Lösungen für ihre täglichen Arbeitsaufgaben zu finden [2, 5]. Häufig hält diese Realität jedoch junge Menschen davon ab, eine berufliche Karriere im technischen Bereich zu beginnen [1, 3, 4].

Das Bildungssystem muss sich diesen Herausforderungen stellen und Ausbildungen schaffen, die nicht nur den fachlichen Anforderungen gerecht werden, sondern die junge Menschen auch adäquat vorbereiten und ihnen die Möglichkeiten aufzeigen, die das technische Umfeld bietet. Dazu müssen alte Lehr-/Lernmuster aufgebrochen und neue innovative Wege der Ausbildung im technischen Bereich gegangen werden. Abb. 1.1 gibt einen Überblick über die Rahmenbedingungen bzw. Charakteristika des technischen Unterrichts.

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Abb. 1.1

Rahmenbedingungen des technischen Unterrichts

Ausgangspunkt ist der ingenieurswissenschaftliche Fachinhalt, welcher auch als kognitive Grundlage bezeichnet werden kann. Ziel ist es, die technischen Lehr-/Lerninhalte so bei den Lernenden zu verankern, dass sie nach Absolvierung des Unterrichts in der Lage sind, technische Situationen zu analysieren und zu bewerten sowie technische Problemstellungen selbstgesteuert zu lösen. Dazu bedarf es eines möglichst realitätsnahen und ganzheitlichen Unterrichts, wobei der Kompetenzerwerb durch individuelles, selbstgesteuertes und sozial kooperatives aktives Tun der Lernenden erreicht werden soll. Dabei muss die Lehrperson die Fachinhalte mit den Erfahrungen der Lernenden und der realen Lebenspraxis verbinden. Es muss einen Wechsel vom klassischen Unterricht zum Coaching geben, um individuelle Lernprozesse in kontinuierlicher Reflexion zu unterstützen. Wenn dies möglich ist, kann ein mehrdimensionaler , breiter und praxisorientierter Kompetenzentwicklungsprozess angeboten werden. Diese intensive, aktive Auseinandersetzung mit technischen Themen erhöht das Bewusstsein für technisches Handeln und führt damit zu einer klareren Wahrnehmung möglicher Arbeitsfelder [6].

Die Frage, wie dieser Prozess optimal erreicht bzw. technische Inhalte mit welchen methodischen Elementen ideal vermittelt werden kann, ist unter anderem die Aufgabe der wissenschaftlichen Disziplin „Technikpädagogik oder „Technik-Didaktik. Dieses Lehr- und Übungsbuch leistet dazu einen Beitrag.

Das Ziel ist es aufzuzeigen, wie durch den Einsatz unterschiedlichster didaktischer Methoden technische Fachinhalte vermittelt und weitere notwendige Kompetenzbereiche der Lernenden trainiert werden können. Dazu ist das Buch in zwei Teile untergliedert:

Teil I umfasst für die technische Lehre maßgebliche didaktische Grundlagen. Von der Kompetenz- und Handlungsorientierung bis zur Bedeutung von Lehr-/Lernzielen. Die Ausführungen machen die Notwendigkeit der technischen Didaktik deutlich und versuchen, einen strukturierten, anschaulichen Überblick über grundlegende pädagogische Ansätze der (Hochschul-)Lehre zu geben.

Teil II umfasst einen umfangreichen Lehr- und Übungskatalog am Beispiel ingenieurswissenschaftlicher Grundlagen. So werden maßgebliche technische Inhalte zunächst fachlich aufgearbeitet. Abgeleitet daraus wird ein möglicher Kompetenzerwerb im Rahmen des behandelten Fachinhaltes skizziert, welcher wiederum als Basis für die Auswahl adäquater Lehr-/Lernmethoden dient. Das Buch stellt einen Appell an die Methodenvielfalt dar und soll Lust machen auf eine neue, innovative Art technischer Lehre.

Aus Gründen der besseren Lesbarkeit verwenden wir in diesem Buch überwiegend das generische Maskulinum. Dies impliziert immer beide Formen, schließt also die weibliche Form mit ein.

Literatur

1.

Bloemen A, Schlömer T (2012) Berufliche Handlungskompetenz. In: Paechter M, Stock M, Schmölzer-Eibinger S, Slepcevic-Zach P, Weirer W (Hrsg) Handbuch Kompetenzorientierter Unterricht. Beltz, Weinheim, S 120–134

2.

de Vries MJ (2006) Two decades of technology education in retrospect. In: de Vries MJ, Mottier I (Hrsg) International handbook of technology education. Reviewing the past twenty years. Sense Publishers, Rotterdam, S 3–12

3.

Oberösterreichische Zukunftsakademie (2013) Technikinteresse und Technikattraktivität aus den Blickwinkeln von Bildung, Beruf und Gesellschaft. Ergebnisse einer Expertinnen- und Experten-Befragung in Oberösterreich. http://​www.​ooe-zukunftsakademie​.​at/​Endbericht_​Technikinteresse​.​pdf. Zugegriffen: 15. Apr. 2018

4.

Sachs B (2001) Technikunterricht: Bedingungen und Perspektiven. tu-Zeitschrift für Technik im Unterricht 26(364):5–12MathSciNet

5.

Sonntag K (2009) Kompetenztaxonomien und -modelle: Orientierungsrahmen und Referenzgröße beruflichen Lernens bei sich verändernden Umfeldbedingungen. Nova Acta Leopoldina NF 100(364):249–268

6.

Sorko SR, Irsa W (2016) Engineering Education – Status quo in Austria in comparison with the academic field of business education. In: International Conference on New Horizons in Education (INTE) Proceedings Book, Bd. 2. TOJET The Turkish Online Journal of Educational Technology, Special Issue December. S 361–366. https://​www.​int-e.​net/​publication_​folder/​inte/​inte2016_​v2.​pdf

Teil IGrundlagen der Technik-Didaktik

© Springer-Verlag GmbH Deutschland, ein Teil von Springer Nature 2019

Sabrina Romina Sorko und Wolfram Irsa (Hrsg.)Interaktive Lehre des Ingenieursstudiums https://doi.org/10.1007/978-3-662-56224-6_2

2. Kompetenzen im Zeitalter der Digitalisierung

Digitale Kompetenzen und wie sich die Anforderungen an Mitarbeiter und damit auch Studierende verändern

Sabrina Romina Sorko¹   und Birgit Rabel²

(1)

Graz, Österreich

(2)

Traboch, Österreich

Sabrina Romina Sorko

Email: [e-mail]

Zusammenfassung

Die zunehmende Digitalisierung bringt einen Wandel der Anforderungen an die Arbeitskräfte von morgen mit sich. Um darauf als Bildungseinrichtung adäquat reagieren zu können, ist ein Grundverständnis über Kompetenzorientierung und deren Vorläufer notwendig. Die Entwicklung und Definition des klassischen Kompetenzbegriffs sowie eine Einführung über digitale Kompetenzen sind Inhalt dieses Kapitels.

2.1 Input-Output-Outcome

Der Begriff Kompetenzorientierung hat sich in den vergangenen Jahren nicht nur im Bildungsbereich etabliert. Auch in Wirtschaft und Industrie wird nicht mehr nur vom Wissen der Mitarbeiter allein gesprochen, vielmehr rücken Fähigkeiten und Fertigkeiten in den Vordergrund. Diese Entwicklung hängt mit einem Paradigmenwechsel in der Aus-, Fort- und Weiterbildung zusammen. Ausgehend von der Prämisse, dass der zu vermittelnde Fachinhalt zentrales Erfolgselement guten Unterrichts sei, liegt der Fokus heute auf der Performanz der Lernenden: von der Input- zur Outcome-Orientierung. Der Begriff Performanz beschreibt ein sichtbares und somit messbares Ergebnis bzw. eine konkret erbrachte und messbare Leistung. „Performanz als Prozess beschreibt [dabei] die Doppelbilanz von unmittelbarem Handlungsergebnis (Leistung) und Rückwirkung auf die Handlungskompetenz (Leistungsfähigkeit)" [25].

Das Prinzip der Input-Orientierung baut auf der Bedeutung des Fachinhaltes auf und hebt die Lehrperson in den Vordergrund. Demnach kann von guter Lehre immer dann gesprochen werden, wenn der Lehr-/Lerninhalt qualitativ hochwertig ist und von einer qualifizierten Lehrperson vermittelt wird. Abgelöst wurde dieser Ansatz von der Output-Orientierung, wonach erfolgreiche Lehre nicht mehr am Fach-Input, sondern am Output der Lernenden gemessen wird. Diese Methode zeichnete sich vor allem durch ihre verhältnismäßig einfache Messbarkeit des Erfolges in Schule und Studium aus. Dennoch ist auch dieser Ansatz zu kurz gegriffen, da das übergeordnete Ziel der jeweiligen Bildungsmaßnahme außer Acht gelassen wurde: die betriebliche Handlungsfähigkeit. Ziel jeder Aus-, Fort- und Weiterbildungsmaßnahme muss es sein, die Wirkung der Maßnahme auf die individuelle Leistung der Lernenden positiv zu verändern [24, 27]. So sollte das Ziel einer Lehrveranstaltung nicht sein, mit einer guten Note abzuschließen, sondern das Trainierte erfolgreich in die Praxis zu überführen.

Abb. 2.1 beschreibt den Kausalzusammenhang von Input- bis zur Outcome-Orientierung.

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Abb. 2.1

Kausalzusammenhang von Input- und Outcome-Orientierung

Abb. 2.1 macht deutlich, dass sich jeder erhaltene Input in unterschiedlichen Verarbeitungsschritten auf den Outcome auswirkt. Die Verarbeitung ist jedoch stets individuell und kann nur auf einer Metaebene einheitlich beschrieben werden. So führt derselbe Input zu unterschiedlichem Outcome, abhängig von persönlichen Vorerfahrungen, der jeweiligen Lernkurve, individuellen Verhaltensweisen oder Intensität des Feedbackprozesses.

Darüber hinaus ist anzumerken, dass Abb. 2.1 eine vereinfachte Darstellung des Lernprozesses, eine Monokausalität, zeigt. Die Verarbeitung von Input erfolgt in der Praxis in wiederkehrenden, sich wiederholenden oder zeitgleich ablaufenden Prozessen.

Wie eingangs erwähnt, steht die Kompetenzorientierung in engem Zusammenhang mit dem beschriebenen Paradigmenwechsel. Abschn. 2.2 geht näher auf den Kompetenzbegriff ein, wobei der Fokus dabei auf der Kompetenzorientierung in der Arbeitswelt und weniger im schulischen Kontext liegt.

2.2 Grundlagen der Kompetenzentwicklung im ingenieurswissenschaftlichen Bereich

Der Kompetenzbegriff wurde maßgeblich von Weinert geprägt, welcher Kompetenz wie folgt definiert: „Unter Kompetenzen versteht man die bei Individuen verfügbaren oder durch sie erlernbaren kognitiven Fähigkeiten und Fertigkeiten, um bestimmte Probleme zu lösen, sowie die damit verbundenen motivationalen, volitionalen und sozialen Bereitschaften und Fähigkeiten, um Problemlösungen in variablen Situationen erfolgreich und verantwortungsvoll nutzen zu können" [10, 33]. Erpenbeck und Rosenstiel ergänzen das Verständnis um die Selbstorganisationsfähigkeit der Menschen, die durch Regeln, Werte und Normen geprägt wird. Umgelegt auf die industrielle Praxis beschreibt die Kompetenzorientierung somit die Anforderung an die Mitarbeiter, die ihnen gestellten Aufgaben unter den beschriebenen Prämissen erwartungsgemäß zu erfüllen. Es wird die Kompetenzorientierung mit der Handlungsorientierung verknüpft. Dieser Ansatz ist vor allem im ingenieurswissenschaftlichen Bereich von Bedeutung. Gerade das Trainieren komplexer technischer Inhalte erfordert einen hohen Aktivitätsgrad der Lernenden, um den erwarteten Outcome erzielen zu können. So basieren zieladäquate technische Lehr-/Lern-Konzepte in der Regel auf dem Konzept der Handlungsorientierung [2, 23]. Wichtig ist dahingehend, dass ein angestrebter Kompetenzerwerb immer auch als solcher schriftlich gekennzeichnet werden muss. Dies erfolgt in der Regel durch eine aktive Formulierung des angestrebten Outcomes.

Dem klassischen Kompetenzbegriff folgend, können Kompetenzen inhaltsorientiert in unterschiedliche Dimensionen gegliedert werden:

Fachkompetenz,

Methodenkompetenz,

Sozialkompetenz,

Persönliche Kompetenz.

Die Einteilung der Kompetenzbereiche ist nicht als absolut zu sehen, sondern stellt eine Grundorientierung bzw. -differenzierung dar.

2.2.1 Fachkompetenz

Fachkompetenzen orientieren sich an kognitiven Fähigkeiten und Fertigkeiten und werden umgangssprachlich auch als „Fachwissen oder „Theoriewissen bezeichnet. Die Fachkompetenz bildet die inhaltliche Basis zur situationsbezogenen Problemlösung im unternehmerischen Kontext. Orientiert sich ein Lehr-/Lernsetting an der Fachkompetenz, so besteht das übergeordnete Ziel darin, einschlägige Fachinhalte zu verknüpfen, Vernetzungen zu anderen Fachinhalten herzustellen und diese kritisch zu reflektieren. Somit umfasst Fachkompetenz zwei Dimensionen: theoretische Grundlagen und die Fähigkeit, diese in praktische Handlungen zu überführen. Fachkompetenz beschreibt somit das „Was" in der Aus-, Fort- und Weiterbildung.

Die Fachkompetenz findet sich auch im mehrperspektivischen Ansatz des technischen Unterrichts nach Sachs in Form der Inhaltsperspektive wieder. Die Fähigkeit, naturwissenschaftliche Grundlagen zur Lösung komplexer technischer Systeme heranzuziehen, unterschiedliche Ansätze zu verknüpfen und dadurch neue Lösungsstrategien für die Industrie zu entwickeln, ist das übergeordnete Ziel des Kompetenzerwerbs. Im Sinne der eingangs erwähnten Outcome-Orientierung ist daher bei der Auswahl des Fachinhaltes auf Aktualität und Relevanz für die Praxis besonders Wert zu legen [2, 18, 23, 35]. Auf die Ingenieurswissenschaften umgelegt beschreibt die Fachkompetenz die Fähigkeiten und Fertigkeiten, relevante Technologien verstehen, einsetzen und weiterentwickeln zu können. Die Fachkompetenz bildet die Inhaltsperspektive und somit das „Was" des technischen Outcomes.

2.2.2 Methodenkompetenz

Um praktische Problemstellungen effektiv und effizient lösen zu können, ist neben der inhaltlichen Expertise eine ausgeprägte Methodenkompetenz notwendig. Diese beschreibt die Fähigkeit und Fertigkeit von Personen, einerseits die richtigen Instrumente zur Lösung spezifischer Problemstellungen auszuwählen, andererseits diese optimal einzusetzen. Die Auswahl, Planung und Umsetzung adäquater Strategien zur Problemlösung stehen im Mittelpunkt. Beispiele dafür wären Organisations- und Planungskompetenz, Informations- und Dokumentationsverhalten oder Moderation. Methodenkompetenz adressiert damit das „Wie" der Problembearbeitung.

Die Methodenkompetenz kann auch als Querschnittskompetenz verstanden werden, da diese stets mit der Fachkompetenz gekoppelt ist. So ist das Trainieren reiner Methodenkompetenzen als solches nur sehr eingeschränkt möglich und wirkt sich in der Regel negativ auf die betriebliche Handlungsfähigkeit aus [18]. Im Umfeld der Ingenieurswissenschaften umfasst die Methodenkompetenz die Fähigkeit und Fertigkeit, Instrumente und Mittel zu beherrschen, um die relevanten Technologien situationsadäquat einsetzen zu können.

2.2.3 Sozialkompetenz

Bedingt die gesetzte Handlung eine Interaktion mit anderen Personen, so ist der Einsatz sozialer Kompetenzen relevant. Darunter wird die Fertigkeit verstanden, kognitive und emotionale Verhaltensweisen adäquat in einer bestimmten Situation anzuwenden. Personen mit einer hohen sozialen Kompetenz sind in der Lage, sich in Interaktionspartner hineinzuversetzen, wodurch Kooperationen begünstigt werden. Dabei beschränkt sich der Austausch nicht auf Kontakte im gleichen Fachbereich oder Team, sondern umfasst jeglichen Diskurs mit anderen Personen [29].

Unter Sozialkompetenz wird häufig Teamfähigkeit verstanden, aber auch die Fähigkeit, aktiv zu kommunizieren, ist hier zu nennen. Besonders die Kommunikationsfähigkeit ist für die Ingenieurswissenschaften relevant, da sie darauf abzielt, die Komplexität technischer Inhalte derart zu reduzieren, dass ein fachübergreifendes Verständnis erzeugt werden kann. Dies ist beispielsweise bei Investitionsentscheidungen im technischen Bereich relevant. Dabei gilt es, technisch fachfremden Personen die Notwendigkeit der Investition anhand technischer Parameter verständlich zu machen.

Insgesamt ist anzumerken, dass die betriebliche Praxis ein stark interagierendes Umfeld darstellt, in welchem soziale Kompetenzen zwingend notwendig sind, um den Unternehmenserfolg langfristig sicherstellen zu können.

2.2.4 Persönliche Kompetenz

Ergänzend zu den genannten Bereichen ist die persönliche oder personale Kompetenz zu sehen. Darunter werden all jene Fähigkeiten und Fertigkeiten verstanden, die eine Person im Bereich des Selbstmanagements benötigt, um die gestellten Anforderungen erfolgreich bearbeiten zu können. Ein wichtiger Bestandteil ist unter anderem eine produktive Grundhaltung gegenüber sich selbst, der auszuübenden Tätigkeit und den Interaktionspartnern. Dies ist die Basis für Eigenverantwortlichkeit, Selbstorganisation und intrinsische Motivation und bildet die Grundvoraussetzung für erfolgreiche Performanz am Arbeitsplatz [17, 29].

Persönliche Kompetenzen werden oft nicht aktiv eingesetzt, sondern wirken sich unbewusst auf die jeweilige Situation aus, da sie nicht nur durch verbale Sprache, sondern auch Mimik und Gestik übertragen werden. Eine gezielte Reflexion über Selbst- und Fremdbild ist nötig, um die persönlichen Kompetenzen zielgerichtet weiterentwickeln zu können.

Für die Ingenieurswissenschaften spielen persönliche Kompetenzen für viele Berufsbilder eine wichtige Rolle. Vor allem im (mittleren) Management, als Produktions- oder Werksleiter, werden Entscheidungsstärke, Rhetorik und Präsentationsfähigkeit verlangt. Aber auch in der Fertigung werden, nicht zuletzt durch die zunehmende Digitalisierung, diese persönlichen Kompetenzen immer relevanter.

Wichtig anzumerken ist an dieser Stelle, dass persönliche und soziale Kompetenzen von der Umwelt stärker beeinflusst werden als Fach- oder Methodenkompetenzen. Auch das Training sozialer und persönlicher Kompetenzen gestaltet sich komplexer und langwieriger, sodass eine Veränderung nur mittel- bis langfristig erzielt werden kann [10].

2.3 Digitale Kompetenz

Die fortschreitende Digitalisierung verursacht Veränderungen auf unterschiedlichen Ebenen: im privaten wie auch im beruflichen Umfeld [12]. Die Weiterentwicklung von Technologien fördert die Automatisierung und zunehmende Vernetzung von Mensch und Maschine. Dies führt zu veränderten Tätigkeitsprofilen in den unterschiedlichsten Branchen [11]. Mit der fortschreitenden Digitalisierung hat sich die Arbeitswelt besonders in der Industrie zusehends gewandelt und wird dies auch weiterhin tun. Monotone, automatisierbare Tätigkeiten wie beispielsweise Routinetätigkeiten treten bereits jetzt zusehends in den Hintergrund, wohingegen der Stellenwert analytischer, vernetzter Aufgaben stetig steigt. Zudem gewinnen soziale Kompetenzen, Empathie, Kreativität und die Fähigkeit, unstrukturierte Aufgaben lösen zu können, im Berufsleben an Bedeutung [4].

Die technologischen Entwicklungen ermöglichen der Industrie völlig neue Interaktionsmöglichkeiten. Eine Folge von Industrie 4.0 ist die zunehmende Vernetzung einerseits von Maschinen untereinander zu cyberphysischen Systemen. Andererseits führt dies zu einer Intensivierung der Kommunikation von Menschen zu Maschinen [5]. Die Arbeitnehmer werden künftig verstärkt dazu in der Lage sein müssen, große Datenmengen sinnbringend zu reduzieren und Schlüsse daraus zu ziehen, um mit ihrer Hilfe in weiterer Folge komplexe, übergreifende Aufgabenstellungen zu lösen [28, 34]. Dabei wird es nötig sein, bestehende Prozesse neu zu denken und bislang etablierte Geschäftsmodelle zu transformieren.

Die innovativen technologischen Entwicklungen führen nicht nur zu neuartigen Anforderungen an die Mitarbeiter, sondern bedingen indirekt eine Veränderung etablierter Lehrkonzepte. Klassische Lehr-/Lern-Arrangements müssen überprüft und gegebenenfalls adaptiert werden, um in Aus-, Fort- und Weiterbildungsmaßnahmen zielgerichtet die entsprechenden Kompetenzen trainieren zu können [14]. In diesem Zusammenhang wird immer häufiger von der Forderung nach digitalen Kompetenzen gesprochen. Unter Berücksichtigung des bisher erläuterten Kompetenzbegriffs stellt sich die Frage, was unter digitalen Kompetenzen konkret verstanden wird und in welchem Bezug diese zu den vier aufgezeigten Kompetenzbereichen stehen.

Unter dem Begriff der digitalen Kompetenz werden all jene Fähigkeiten und Fertigkeiten subsumiert, welche zur erfolgreichen Erfüllung der neuen Anforderungen im Zuge der Digitalisierung notwendig werden. Es ist also nicht von einem eigenständigen Kompetenzbereich zu sprechen, sondern vielmehr von einer inhaltsorientierten Einordnung. Demnach umfasst der Begriff spezifische Fach-, Methoden-, Sozial- und Persönliche Kompetenzen. Aufgrund des hohen Aktualitätsgrades und der damit verbundenen Wichtigkeit der Fähigkeiten und Fertigkeiten können digitale Kompetenzen auch als Schlüsselkompetenzen qualifiziert werden. Aus diesem Grund adressieren die didaktischen Übungen im vorliegenden Lehrbuch neben den technischen Grundlagen auch Themen, die durch Industrie 4.0 an Relevanz gewinnen.

2.3.1 Digitale Fachkompetenz

Abgeleitet von den neuen Rahmenbedingungen industrieller Arbeit wird sich die geforderte Fachkompetenz immer mehr in Richtung IT-Fähigkeiten verschieben. Ziel ist es, die neuen Technologien nicht nur zu begreifen, sondern diese auch zu beherrschen. Dazu ist fundierte Kompetenz in Bereichen wie Informations- und Kommunikationstechnologie, Programmierung, Cloud-Architektur oder System Engineering nötig [1, 19]. Besonders für technische Berufsbilder spielt dies eine Rolle: Für Aus-, Fort- und Weiterbildungsstätten wird es nötig werden, nicht bei der Vermittlung technischer Grundlagen aufzuhören, sondern den Input derart zu ergänzen, dass der Erwerb digitaler Fachkompetenzen sichergestellt wird.

2.3.2 Digitale Methodenkompetenz

Ein Resultat der technologischen Entwicklungen sind große Datenmengen und höchstmögliche Flexibilität. Instrumente und Methoden müssen gefunden und trainiert werden, um damit umgehen zu können. Erfolgreich wird jenes Unternehmen sein, das die vorhandene Datenmenge schnell zielorientiert auswerten und zur Optimierung der eigenen Leistung einsetzen kann. Dazu bedarf es jedoch Personen, die über solche Methodenkompetenz zur erfolgreichen Umsetzung verfügen [13]. Personen also, welche beispielsweise zielgerichtet recherchieren und eine große Datenmenge effizient analysieren können. Anzumerken ist an dieser Stelle, dass dazu einerseits mathematische Fachkompetenz im Bereich Modellierung von Algorithmen, andererseits ein fundiertes Prozess- und Systemverständnis vorhanden sein muss.

2.3.3 Digitale soziale Kompetenz

Im Bereich der sozialen Kompetenzen gewinnen vor allem die interkulturelle Kompetenz und die Teamfähigkeit an Bedeutung. Letztere wird primär aufgrund der stetig steigenden Komplexität der auftretenden Probleme relevanter. Auch deshalb, weil eine Person allein kaum alle Anforderungen der Digitalisierung erfüllen kann. Es wird nicht mehr maßgeblich sein jede Fähigkeit zu beherrschen, sondern zu wissen, wer über die benötigen Fertigkeiten verfügt, diese Person zu kontaktieren und entsprechend mit ihr zu kommunizieren [3, 8].

Die Arbeit der Zukunft wird von einer intensiven Zusammenarbeit in volatilen (Klein-)Gruppen geprägt sein. Es ist daher unumgänglich, bereits im Rahmen der Ausbildung die dafür notwendigen sozialen Kompetenzen anhand geeigneter Methoden, wie beispielsweise Gruppenarbeiten in unterschiedlicher Personenanzahl, zu trainieren. In diesem Sinne ist zu empfehlen, dass die Zusammensetzung der Gruppen bei jeder neuen Aufgabe wechseln sollte, um die nötige soziale Flexibilität trainieren zu können.

2.3.4 Digitale persönliche Kompetenz

Industrie 4.0 führt zu stetig wachsender Komplexität der Aufgaben in Unternehmen und dadurch zu gesteigerten und neuartigen Anforderungen an die Mitarbeiter. Die Menschen werden zunehmend dazu in der Lage sein müssen, situationsbezogen kreative Problemlösungen zu finden und höchst flexibel auf jegliche Neuerungen zu reagieren. Dies sind Anforderungen, die primär den persönlichen Kompetenzbereich betreffen. Kernelement ist die Fähigkeit des Selbstlernens bzw. der Selbstqualifizierung. So wird vorausgesetzt, dass Mitarbeiter stets wissen, welche Entwicklungen individuell notwendig sind und wo bzw. von wem sie welche Informationen erhalten können. Kontinuierliche, selbstorganisierte betriebliche Weiterbildung wird zu einer Notwendigkeit [13, 32].

Die Erweiterung der Entscheidungskompetenz bedingt auch ein Umdenken der Mitarbeiter hinsichtlich der Auswirkungen ihrer Arbeit. Die Wirksamkeit der Leistungen auf den Unternehmenserfolg nimmt zu bzw. wird sichtbarer. Aufgrund dessen werden die Mitarbeiter immer mehr gefordert sein, selbst unternehmerisch zu denken und sich respektive die eigene Arbeit eigenständig zu organisieren [13].

2.4 Sicherstellung des Kompetenzerwerbs

Durch den digitalen Wandel erweitert sich der Zugang zu neuen Technologien, und es stellt sich die Frage, wie die in Abschn. 2.3 beschriebenen neuen Kompetenzen nun erworben werden können.

Für Ingenieure von der Fertigung bis ins Management wird zukünftig das Verständnis über den gesamten industriellen Wertschöpfungsprozess obligatorisch sein. Besonders IT-Kompetenzen (Informationstechnik), welche sowohl Wissen über Betriebssysteme als auch technische Fähigkeiten wie Programmieren beinhalten, werden immer wichtiger. Ein grundsätzliches Programmierverständnis ist für das Steuern, Führen und Einstellen von komplexen Maschinen und Systemen Voraussetzung. Darüber hinaus fördert die Auseinandersetzung mit komplexen Problemstellungen, wie sie beim Programmieren notwendig ist, die Problemlösungskompetenz.

Die Sicherstellung des (digitalen) Kompetenzerwerbs ist die zentrale Aufgabe der Bildungseinrichtungen, und vor allem für praxisnahe Bildungseinrichtungen ist es notwendig, auf die skizzierten Entwicklungen adäquat zu reagieren: Die Curricula müssen nicht nur im Bereich der Fachkompetenz laufend aktualisiert werden. Besonders die „weichen Kompetenzen" im Bereich der sozialen und persönlichen Kompetenz müssen aktiv in den Lehrveranstaltungen adressiert werden. Dazu müssen passende Lehr- und Lernmethoden ausgewählt werden [6]. Die technische Didaktik bedient sich dabei des Konzepts der Handlungsorientierung, welches in Kap.​ 3 näher ausgeführt wird.

Dieses Lehr- und Übungsbuch richtet sich primär an Lehrende und Studierende ingenieurswissenschaftlicher Studienrichtungen und soll vor allem den technischen Unterricht nachhaltiger gestalten. Durch die Digitalisierung kann die Technik aber nicht mehr isoliert betrachtet, sondern muss mit IT-Kompetenzen verbunden werden. Aus diesem Grund wird in den nachfolgenden Abschn. 2.4.1 und 2.4.2 aufgezeigt, wie eine interaktive Einführung in die Grundlagen technischer Programmierung erfolgen kann. In Abschn. 2.4.1 werden die dafür geeigneten und angewandten Lehr- und Lernmethoden beschrieben.

2.4.1 Lehr- und Lernmethoden

Die Formen und Verfahren die verwendet werden, um den Lehr-/Lerninhalt zu vermitteln, werden als Methode bezeichnet. Methoden bedienen sich unterschiedlicher Medien (z. B. Bücher, Arbeitsblätter, Internet etc.) und sind für spezielle Sozialformen (Einzel-, Paar- oder Gruppenarbeit) geeignet. Die Auswahl der geeigneten Methode durch die Lehrperson ist für einen erfolgreichen zielgerichteten Unterricht ausschlaggebend und soll die Lernenden bei