Digitale Lehre goes Web

„WebLab: Webgestütztes Computerlabor“: Erfahrungen und Erkenntnisse

„weblab.uni-kiel.de“ ist ein Computerlabor im Internet, erreichbar von überall in der Welt und zu jeder Uhrzeit. Ursprünglich initiiert, um überfüllten Computer-Laboren zu entkommen, wurde es unter COVID-19-Bedingungen zum Rettungsring für einige Lehrveranstaltungen.

Text: Martin Claus (Projektinitiator)

gefördert durch den PerLe-Fonds für Lehrinnovation

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Die Situation in vielen Computerlaboren ist nicht optimal, weder für die Lehrenden noch für die Studierenden, aber auch nicht für die Administrator_innen. Kurz zusammengefasst: viel Hardware, um die man sich kümmern muss; diverse Softwareprodukte und viele Installationen, die gewartet werden müssen; zu kleine und ausgebuchte Räumlichkeiten. Deshalb startete das Projekt „WebLab: Webgestütztes Computerlabor“ im Oktober 2019 mit der Absicht, eine Alternative zur Durchführung von Übungen in Computerlaboren zu schaffen.

Die Idee ist simpel: Es gibt eine zentrale Plattform auf der man per Webbrowser Übungen durchführen kann. Die Studierenden benötigen lediglich ein internetfähiges Endgerät, das sie entweder selber mitbringen oder zur Verfügung gestellt bekommen und einen Internetzugang, der im Seminarraum per WLAN vorhanden ist. Die Lehrenden definierten die Softwareumgebung und die erforderlichen Daten für ihre Kurse und die Administrator_innen kümmern sich um den Betrieb des zentralen Servers und die Benutzerverwaltung. Da die Plattform von überall über das Internet erreichbar ist, können die Studierenden z.B. in der Präsenzübung begonnene Aufgaben einfach zu Hause fertig bearbeiten, sogar auf einem anderen Endgerät.

Der ursprüngliche Plan war es, insgesamt drei Lehrveranstaltung im Wintersemester 19/20 und im Sommersemester 2020 durchzuführen, um dabei Erfahrungen mit dem System zu sammeln und einen Eindruck von den nötigen Ressourcen zu bekommen. Schlussendlich sind es insgesamt 10 Veranstaltungen geworden, nicht nur wegen COVID-19, und der Betrieb läuft mit fünf weiteren Veranstaltungen bis mindestens zum Ende des Wintersemesters 20/21. Dabei wurde sowohl in Präsenzveranstaltungen mit mehr als 40 Studierenden im Hörsaal per WLAN gearbeitet als auch – unter Corona-Bedingungen – per Videokonferenz von zu Hause aus. Gerade die weltweite Erreichbarkeit war da von großem Vorteil: internationale Studierende, die zum Beginn des Sommersemester nicht nach Deutschland einreisen konnten, konnten so ungehindert an praktischen Übungen teilnehmen. Auch hat sich gezeigt, dass die technische Ausstattung der Studierenden vollkommen ausreichend ist. So wurde zu keiner Lehrveranstaltung ein Leihgerät in Anspruch genommen.

Das eingesetzte System besteht ausschließlich aus freier Software aus dem Jupyter Ökosystem, genauer JupyterHub zur Benutzerverwaltung, JupyterLab als Benutzeroberfläche und Jupyter Notebooks als zugrundeliegendes Dokumentenformat. Jedes Notebook läuft in einer eigenen Softwareumgebung, Kernel genannt. Mittlerweile gibt es für viele gängige Sprachen vorgefertigte Kernel, was einen breiten Einsatz der Plattform ermöglicht. Insbesondere Jupyter Notebooks bieten spannende didaktische Möglichkeiten, da sie nicht nur die Ein- und Ausgabe einer interaktiven Sitzung speichern, sondern auch zusätzlichen erklärenden Text, mathematische Formeln, Bilder, interaktive Abbildungen, Videos und vieles mehr enthalten können. Hier ein Beispiel, das die Verwendung von Notebooks zur Beschreibung und Implementation von numerischen Algorithmen für die Lösung partieller Differenzialgleichungen demonstriert.

 

 

Die Installation and der CAU, https://weblab.uni-kiel.de, läuft auf einem zentralen Server im Rechenzentrum, welcher genug Ressourcen bietet, damit ca. 60 Studierende gleichzeitig arbeiten können. Die Benutzerverwaltung wird momentan von den Projektinitiatoren Prof. Dr. Martin Claus und Dr. Willi Rath übernommen. Der Aufwand dafür lag so weit unter den Erwartungen, dass die ursprünglich dafür eingeworbenen HIWI-Mittel erst gar nicht für den vollen Zeitraum abgerufen werden mussten. Stattdessen konnte sich der eingestellte HIWI Ankhit Malhotra damit beschäftigen, den Ressourcenbedarf im laufenden Betrieb zu protokollieren. Dabei wurde deutlich: Der Ressourcenbedarf ist starken Schwankungen unterworfen, sowohl innerhalb eines Tages, innerhalb einer Woche als auch zwischen den Semestern und der vorlesungsfreien Zeit.

 

 

Vor allem in den Zeiten, in denen wenig auf dem System gearbeitet wird, liegen die derzeit fest gebuchten Ressourcen brach. Aber eben für solche Nutzungsszenarien wurde die Cloud-Technologie entwickelt. Basierend auf den Nutzungsstatistiken von WebLab der letzten zwei Semester zeigt sich, dass ein Betrieb bei einem kommerziellen Cloud Anbieter, wie z.B. Google Cloud, die Betriebskosten der Plattform im Vergleich zum Betrieb im CAU Rechenzentrum um ca. 60% senken würde. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass es sich im Kontext von digitaler Lehre lohnen kann, neu über digitale Ressourcen und deren Beschaffung nachzudenken.

 

 

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