Digitale und hybride Laboreinrichtungen für IoT-Technologien in institutionen- und industrieübergreifender Zusammenarbeit

Überblick

Das Verbundprojekt DigiLab4U entwickelte, erprobte und evaluierte die standortübergreifende Vernetzung realer und virtueller Laboreinrichtungen. Ziel war eine integrierte, hybride Lern- und Forschungsumgebung als Bildungsangebot zu entwickeln, welche von Bachelor-Studierenden bis hin zu Promovierenden genutzt werden kann. Dabei wurde der Einsatz von Learning Analytics (LA), Serious Gaming und Open Badges berücksichtigt.

Untersuchte Fragestellung

Wie sollten hybride vernetzte Laborumgebungen betriebswirtschaftlich-organisatorisch, technisch und didaktisch-methodisch gestaltet werden, um eine hochschul- und institutionsübergreifende Nutzung zu fördern?

Vorgehensweise

In dem Forschungsprojekt DigiLab4U wurden reale Labore digitalisiert, mit virtuellen Komponenten verknüpft und die Synergien zwischen beiden Ansätzen erforscht. Dabei konnten Augmented und Mixed Reality Umgebungen helfen, die Kluft zwischen der „virtuellen“ und „realen“ Erfahrung zu schließen. Für den Einsatz in Forschung und Lehre wurden Methoden des ingenieurwissenschaftlichen Lernens und Serious Gaming unter der Verwendung von Learning Analytics, Mixed/Augmented Reality und Open Badges verbunden. In dieser Kombination wurde eine hybride Lern- und Forschungsumgebung geschaffen, die den standortunabhängigen Zugriff auf eine digitalisierte und vernetzte Lern- und Forschungsumgebung bietet. Es wurden weitere Laboren über einen offenen Call for Participation ausgewählt und integriert. Der Austausch von Erfahrungen in Forschung und Lehre wurde über Institutsgrenzen hinaus, beispielsweise durch die Ausrichtung einer internationalen Konferenz im März 2022, gefördert.

Ergebnisse

Sowohl aus technischer, didaktischer als auch organisatorischer Sicht bestand erheblicher Forschungsbedarf, bezüglich der Konzeption, Implementierung und Evaluation einer vernetzten digitalisierten Lern- und Forschungsumgebung für Labore. Neben der Lösung technischer Herausforderungen und Fragestellungen wurden auch in der Didaktik neue Wege beschritten. Die anfallenden statischen und dynamischen Daten ermöglichten mit Hilfe von LA Einblicke in das Lernverhalten der Studierenden sowie zeitnahe Analysen und Visualisierungen. Aus organisatorischer Perspektive wurde in DigiLab4U unter anderem der Frage nachgegangen, wie zeitgemäßes Vertrauens- und Geschäftsmodelle für das digitale Angebot aussehen können. Die wissenschaftlichen Ergebnisse wurden in 35 Veröffentlichungen publiziert.

  1. Abbasi Zadeh Behbahani, Adineh, Uckelmann, Jensen (2022): Digitalization of an Indoor-Positioning Lab Using a Mobile Robot and IIoT Integration. In: Uckelmann D., Romagnoli G., Baalsrud Hauge J., Kammerlohr V. (Hrsg.) Online-Labs in Education, Proceedings of the 1st International Conference on Online-Labs in Education, 10.-12. März 2022, Stuttgart. Nomos, Baden-Baden, ISBN 978-3-98542-036-0. DOI: 10.5771/9783957104106
  2. Adineh et al. (2022): Challenges and Solutions to Integrate Remote Laboratories in a Cross-University Network. In: Auer M.E., Bhimavaram K.R., Yue XG. (Hrsg.) Online Engineering and Society 4.0. REV 2021. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 298. Springer, Cham. DOI: 10.1007/978-3-030-82529-4_19
  3. Adineh, Jäkel, Uckelmann (2022): Enabling Remote Laboratories with LabMS – Fundamental Considerations and Proof of Concept. In In: Uckelmann D., Romagnoli G., Baalsrud Hauge J., Kammerlohr V. (Hrsg.) Online-Labs in Education, Proceedings of the 1st International Conference on Online-Labs in Education, 10.-12. März 2022, Stuttgart. Nomos, Baden-Baden, ISBN 978-3-98542-036-0. DOI: 10.5771/9783957104106
  4. Baalsrud Hauge, Duin, Kammerlohr, Göbl (2020): Using a Participatory Design Approach for Adapting an Existing Game Scenario – Challenges and Opportunities. In: Ma M., Fletcher B., Göbel S., Baalsrud Hauge J., Marsh T. (Hrsg.) Serious Games. JCSG 2020. Lecture Notes in Computer Science, vol. 12434. Springer, Cham. DOI: 10.1007/978-3-030-61814-8_16
  5. Baalsrud Hauge, Kammerlohr, Göbl, Duin (2019): Influence of Trust Factors on Shared Laboratory Resources in a Distributed Environment. In Luis M. Camarinha-Matos, Hamideh Afsarmanesh, Dario Antonelli (Hrsg.): Collabora-tive Networks and Digital Transformation. 20th ifip wg 5.5, vol. 568. [S.l.]: Springer Nature (IFIP Advances in Information and Communication Technology), S. 624–634. DOI: 10.1007/978-3-030-28464-0_55
  6. Bisaschi, Esposito, Kammerlohr, Reverberi, Rizzi, Romagnoli (2021): Business Model validation for a marketplace of lab network initiatives. In: Proceedings of the 26th Summer School “Francesco Turco” – Industrial Systems Engineering, 8.-10.9.2021.
  7. Burghardt, Ferdinand, Pfeiffer, Reverberi, Romagnoli (2020): Integration Of New Technologies And Alternative Methods In Laboratory-Based Scenarios. In: 17th Int. Conference on Remote Engineering and Virtual Instrumentation. REV2020. University of Georgia, Athens, GA, USA, 26–28 Februar 2020. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, S. 297–317. DOI: 10.1007/978-3-030-52575-0_40
  8. Esposito, Kammerlohr, Romagnoli (2020): A new 3D Model to define Laboratory Services. In: XXVth Summer School F. Turco – Industrial Systems Engineering. University of Bergamo, Italy, 9-11 September 2020.
  9. Galli, Mezzogori, Reverberi, Uckelmann, Ustenko, Volpi (2020): DigiLab4U: General Architecture for a Network of Labs. In: XXVth Summer School F. Turco – Industrial Systems Engineering. University of Bergamo, Italy, 9-11 September 2020.
  10. Höhner, Pfeiffer, Reverberi, Mints, Rodewald (2022): Connecting Spatially Separated Laboratory Environments by Combining Virtual and Augmented Reality Technology. In International Conference on Remote Engineering and Virtual Instrumentation, Cham: Springer International Publishing (Lecture Notes in Networks and Systems), S. 509-520. DOI: 10.1007/978-3-031-17091-1_51
  11. Höhner, Rodewald, Mints, Kammerlohr (2019): The next step of digital laboratories: Connecting real and virtual world. In Joaquim Jorge, Mashhuda Glencross, Stephen N. Spencer, Kenny Mitchell, June Kim, Takuji Narumi, Herman van Eyken (Hrsg.): Virtual-Reality Continuum and its Applications in Industry. VRCAI ’19. Brisbane, QLD, Australia, 11/14/2019 – 11/16/2019. New York, USA: ACM Press, S. 1–2. DOI: 10.1145/3359997.3365727
  12. Kammerlohr (2022): Three Studies of Shared Digital Labs: The Role of Trust in Business and Maturity Model Development. Dissertation. Auburn University, USA.
  13. Kammerlohr, Duin, Hauge, Sultana (2021): Getting Collaborative Networks Sustainable: Drivers and Barriers Within a Digital Laboratories Network. 22nd IFIP WG 5.5 Working Conference on VIRTUAL ENTERPRISES, PRO-VE 2021, Nov 2021, Saint-Etienne, France. DOI: 10.1007/978-3-030-85969-5
  14. Kammerlohr, Paradice (2022): Fundamental Organizational Aspects of Shared Lab-Networks: Trust, Business- and Maturity-Model Considerations in DigiLab4U. In: Uckelmann D., Romagnoli G., Baalsrud Hauge J., Kammerlohr V. (Hrsg.) Online-Labs in Education, Proceedings of the 1st International Conference on Online-Labs in Education, 10.-12. März 2022, Stuttgart. Nomos, Baden-Baden, SBN 978-3-98542-036-0. DOI: 10.5771/9783957104106
  15. Kammerlohr, Paradice, Hauge, Duin (2022): Towards the Operationalization of Trust Relationships in Networked Organizations. In: Michael E. Auer, Kalyan Ram Bhimavaram und Xiao-Guang Yue (Hrsg.): Online Engineering and Society 4.0, Bd. 298. Cham: Springer International Publishing (Lecture Notes in Networks and Systems), S. 256–267. DOI: 10.1007/978-3-030-82529-4_25
  16. Kammerlohr, Paradice, Uckelmann (2022): A Maturity Model for the Effective Digital Transformation of Laboratories. In: Journal of Manufacturing Technology Management. DOI: 10.1108/JMTM-01-2022-0050
  17. Kammerlohr, Pfeiffer, Uckelmann (2020): Digital Laboratories for Educating the IoT-Generation. Heatmap for Digital Lab Competences. In: 17th Int. Conference on Remote Engineering and Virtual Instrumentation. REV2020. University of Georgia, Athens, GA, USA, 26–28 February 2020. Berlin, Heidelberg: Springer, S. 10–27. DOI: 10.1007/978-3-030-52575-0_1
  18. Kammerlohr, Uckelmann, Baalsrud Hauge (2021): A Multi-Sided Platform to Activate the Sharing of Digital Labs. In: Int. J. Onl. Eng. 17 (11), S. 4–33. DOI: 10.3991/ijoe.v17i11.25183
  19. Höhner, Mints, Rodewald, Pfeiffer, Kutzner, et al. (2020): Integrating Virtual Reality in a Lab Based Learning Environment. EuroVR 2020, S. 99-114. DOI: 10.1007/978-3-030-62655-6_6
  20. Ortelt, Terkowsky, Schwandt, Winzker, Pfeiffer, Uckelmann, et al. (2021): Die digitale Zukunft des Lernens und Lehrens mit Remote-Laboren. In: Digitalisierung in Studium und Lehre gemeinsam gestalten. Wiesbaden: Springer Fachmedien Wiesbaden, S. 553–575. DOI: 10.1007/978-3-658-32849-8_31
  21. Pfeiffer, AdinehUckelmann (2022): Aligning Technic with Didactic – A Remote Laboratory Infrastructure for Study, Teaching and Research. In: Auer M.E., Bhimavaram K.R., Yue XG. (Hrsg.) Online Engineering and Society 4.0. REV 2021. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 298. Springer, Cham. DOI: 10.1007/978-3-030-82529-4_8
  22. Pfeiffer, Heinemann, Doveren, Schroeder (2022): Implementing Learning Analytics-based Feedback in Online Laboratories – using the Example of a Remote Laboratory. In: Uckelmann D., Romagnoli G., Baalsrud Hauge J., Kammerlohr V. (Hrsg.) Online-Labs in Education, Proceedings of the 1st International Conference on Online-Labs in Education, 10.-12. März 2022, Stuttgart. Nomos, Baden-Baden, SBN 978-3-98542-036-0. DOI: 10.5771/9783957104106
  23. Pfeiffer, Lukarov, Romagnoli, Uckelmann, Schroeder (2020): Experiential Learning in Labs and Multimodal Learning Analytics. In: Ifenthaler D., Gibson D. (Hrsg.) Adoption of Data Analytics in Higher Education Learning and Teaching. Advances in Analytics for Learning and Teaching. Springer, Cham. DOI: 10.1007/978-3-030-47392-1_18
  24. Pfeiffer, Uckelmann (2020): Pilotierung eines didaktischen Modellkonzepts für laborbasiertes Lernen – (Digi-)LabTC für DigiLab4U. In: Terkowsky, Claudius et al. (Hrsg.) Labore in der Hochschullehre: Didaktik, Digitalisierung, Organisation. WBV Media, S. 111-126. DOI: 10.21125/icerti.2020.0589
  25. Pfeiffer, Uckelmann (2022): Fostering lab-based learning with Learning Analytics – A literature review. International Journal of Online and Biomedical Engineering. DOI: 10.3991/ijoe.v18i14.35073
  26. Pfeiffer, Uckelmann (2019): Open Digital Lab for you – Remote and virtual laboratories in higher education, research and qualification. Experiment@ (EXP.AT) International Conference 2019. 12.-14.06.2019 in Funchal, Madeira Island/Portugal. DOI: 10.1109/EXPAT.2019.8876560
  27. Pfeiffer, Uckelmann (2019): Open Digital Lab for You (DigiLab4U) – Entwicklung und Pilotierung eines mediendidaktischen Designs für laborbaisertes Lehren und Lernen. In: Pinkwart, Niels; Konert, Johannes (Hrsg.): Delfi 2019. Die 17. Jahrestagung der Bildungstechnologien. Gesellschaft für Informatik. Bonn: Köllen Druck+Verlag GmbH, S. 323-324. DOI: 0.18420/delfi2019_310
  28. Rajendra Kharade, Adineh, Uckelmann (2022): Comparing Service-Oriented System Management Solutions in Remote and Virtual Laboratory Environments. In: Uckelmann D., Romagnoli G., Baalsrud Hauge J., Kammerlohr V. (Hrsg.) Online-Labs in Education, Proceedings of the 1st International Conference on Online-Labs in Education, 10.-12. März 2022, Stuttgart. Nomos, Baden-Baden, ISBN 978-3-98542-036-0. DOI: 10.5771/9783957104106
  29. Reverberi, Kammerlohr, Esposito, Shankar Ghorpade, Romagnoli, Uckelmann (202) Billing and Booking System for Distributed IoT Laboratories. Cham: Springer International Publishing (Lecture Notes in Networks and Systems), S. 395-405. DOI: 10.1007/978-3-031-17091-1_40
  30. Romagnoli, Esposito, Antonio; Zammori, Bertolini, Uckelmann (2020): Lab networks in engineering education: a proposed structure for organizing information. In: International Journal of Online and Biomedical Engineering, 16(5), S. 41-70. DOI: 10.3991/ijoe.v16i05.11891
  31. Romagnoli, Uckelmann, Reverberi, Ustenko (2022): Applied RFID in Logistics Testing RFID technology for its application in the fast-moving consumer goods and apparel industries. In: Uckelmann D., Romagnoli G., Baalsrud Hauge J., Kammerlohr V. (Hrsg.) Online-Labs in Education, Proceedings of the 1st International Conference on Online-Labs in Education, 10.-12. März 2022, Stuttgart. Nomos, Baden-Baden, SBN 978-3-98542-036-0. DOI: 10.5771/9783957104106
  32. Uckelmann, Mezzogori, Esposito, Neroni, Reverberi, Ustenko, Baaslrud-Hauge (2021): Guideline to Safety and Security in Federated Remote Labs. In: International Journal of Online and Biomedical Engineering (iJOE), vol. 17 (4), S. 39-62. DOI: 10.3991/ijoe.v17i04.18937
  33. Uckelmann, Mezzogori, Esposito, Neroni, Reverberi, Ustenko (2020): Safety and Security in Federated Remote Labs – A Requirement Analysis. In: 17th Int. Conference on Remote Engineering and Virtual Instrumentation. REV2020. University of Georgia, Athens, GA, USA, 26–28 Februar 2020. Berlin, Heidelberg: Springer, S. 28–43. DOI: 10.1007/978-3-030-52575-0_2
  34. UckelmannKammerlohrPfeiffer (2019): Open Digital Lab For You. Hochschule für Technik Stuttgart. In: Kreulich K., Müller C., Ruf O. (Hrsg.): Digitaler Wandel in Studium und Lehre. Zur Bedeutung von internen und externen Hochschulnetzwerken“. Digitaler Wandel in Studium und Lehre. TU Kaiserslautern, 12.09.2019-13.09.2019. nexus impulse für die Praxis. Nr. 19. Bonn: Bundesministerium für Bildung und Forschung, S. 12.
  35. Uckelmann, Pfeiffer (2022): Understanding the Impact of Measuring and Choosing RFID-Transponders for Applications in Logistics. In: Uckelmann D., Romagnoli G., Baalsrud Hauge J., Kammerlohr V. (Hrsg.) Online-Labs in Education, Proceedings of the 1st International Conference on Online-Labs in Education, 10.-12. März 2022, Stuttgart. Nomos, Baden-Baden, ISBN 978-3-98542-036-0. DOI: 10.5771/9783957104106
LeitungProf. Dr. Dieter Uckelmann
PartnerInstitut für Wissensmedien Koblenz, RWTH Aachen, BIBA Bremen, Universität Parma
Websitewww.digilab4u.com
Projekt E-Mailadressedigilab4u@hft-stuttgart.de
FördergeberBundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
AusschreibungDigitale Hochschulbildung
Laufzeit01.10.2018–31.03.2022, verlängert bis 31.07.22

Team

Name und Position Bereich E-Mail und Telefon Raum
Professor Digitalisierung und Informationsmanagement, Informationslogistik +49 711 8926 2632 2/145
Leitung SkiLL | Lernen und Lehren SkiLL (Servicezentrum für kompetenzorientiertes & innovatives Lernen & Lehren) +49 711 8926 2639 1/327
Akademischer Mitarbeiter Zentrum für Digitalisierung in Forschung, Lehre und Wirtschaft (ZedFLoW) +49 711 8926 2552 2/221