NMC Horizon Report > 2017 Higher Education Edition (German)
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Internet der Dinge (IoT)

Zeithorizont: zwei bis drei Jahre

Zusammenfassung

Einführung

Schlüsseltrends, die den Einsatz von Technologien im Hochschulbereich befördern

Langfristige Trends: Antriebsfaktoren für die Technologieeinführung im Zeithorizont fünf oder mehr Jahre

 > Beförderung von Innovationskulturen
 > Deeper-Learning-Methoden

Mittelfristige Trends: Antriebsfaktoren für die Technologieeinführung im Zeithorizont drei bis fünf Jahre

 > Zunehmender Fokus auf der Messung von Lernprozessen
 > Neugestaltung von Lernräumen

Kurzfristige Trends: Antriebsfaktoren für die Technologieeinführung im Zeithorizont ein bis zwei Jahre

 > Blended-Learning-Designs
 > Kollaboratives Lernen

Besondere Herausforderungen, die den Einsatz von Technologien im Hochschulbereich behindern

Bezwingbare Herausforderungen: begreifbar und lösbar

 > Zusammenführung von formellem und informellem Lernen
 > Verbesserung der Digital- und Medienkompetenz

Schwierige Herausforderungen: begreifbar, aber schwer lösbar

 > Die Leistungskluft
 > Förderung der digitalen Gleichberechtigung

Komplexe Herausforderungen: schwer definierbar und umso schwerer lösbar

 > Neue Rolle(n) der Lehrenden
 > Der richtige Umgang mit Wissensverschleiß

Wichtige lehr-/lerntechnologische Entwicklungen für den Hochschulbereich

Zeithorizont: ein Jahr oder weniger

 > Adaptive Lerntechnologien
 > Mobiles Lernen

Zeithorizont: zwei bis drei Jahre

 > Internet der Dinge (IoT)
 > Next-Generation-LMS

Zeithorizont: vier bis fünf Jahre

 > Künstliche Intelligenz
 > Natürliche Benutzerschnittstellen

Methodologie

Expert/innenbeirat der Hochschulausgabe 2017

Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) besteht aus Gegenständen, die durch eingebaute Prozessoren oder Sensoren in der Lage sind, wie ein kleiner Computer Informationen an Netzwerke zu übertragen. Diese Verbindung ermöglicht eine ferngesteuerte Verwaltung, Statusüberwachung, Tracking und Warnmeldungen.[i] Behörden und Bildungseinrichtungen nutzen solche Daten, um Prozesse zu optimieren und Nachhaltigkeit zu fördern. Vernetzte Geräte generieren studierendenbezogene Daten über Lernverhalten und Campusaktivitäten, nach denen die Auslieferung von Lerninhalten und die institutionelle Planung ausgerichtet werden können. Mit Zunahme der smarten Geräte auf dem Campus müssen die Hochschulen die Implikationen für Datenschutz und Sicherheit prüfen.[ii] Einige Technologen sagen ein explosives Wachstum in diesem Bereich voraus, das sich auf die Inhalte der technischen Studiengänge auswirken wird.[iii] Durch Partnerschaften zwischen Hochschulen und Unternehmen sammeln Studierende praktische Erfahrungen in der Entwicklung und Herstellung von IoT-Devices und erwerben berufsqualifizierende Kompetenzen.

Überblick

Viele Menschen kennen das Internet der Dinge bereits durch ihre Erfahrungen mit Wearables, darunter die Apple Watch, Fitbits und Smart-Home-Produkte wie das Nest Thermostat. Gartner hat prognostiziert, dass bis 2020 fast 21 Milliarden vernetzte Gegenstände in Benutzung sein werden,[iv] während die International Data Corporation vorhersagt, dass die weltweiten Ausgaben für IoT bis 2020 bei 1,29 Billionen US-Dollar liegen werden.[v] Ein weiterer Wachstumssektor in diesem Bereich ist die Smart-City-Bewegung, die über vernetzte Geräte Daten erfasst und analysiert, um Infrastrukturen zu verbessern und Ressourcen zu sparen. Beispiele: In Kopenhagen gibt es eine smarte LED-Straßenbeleuchtung, die sich entsprechend der Tageszeit dimmt und aufhellt, wenn Fußgänger oder Radfahrer in der Nähe sind.[vi] Der Dubai Plan 2021 soll den Straßenverkehr durch smarte Sensoren, Apps und möglicherweise fahrerlose Autos regeln. Die Stadt will zudem 250.000 intelligente Messgeräte bis 2018 aufstellen.[vii]

Je mehr vernetzte “Dinge” es gibt, umso mehr sind Konsumenten gefordert, ihre privaten Geräte zu sichern. 2016 wurde der Service-Provider Dyn, der Internetadressen in IP-Adressen umwandelt, damit Browser Inhalte ausliefern können, Ziel eines verteilten Überlastangriffs (Distributed Denial of Service, DDoS). Hunderttausende schlecht geschützte vernetzte Geräte, wie Digital Video Recorder (DVR) und Router, wurden gehackt und mit Malware infiziert, die die Datenzentren von Dyn mit Fake Traffic Requests überhäuften.[viii] Internetnutzer in Europa und den USA konnten zeitweise nicht auf große Websites zugreifen, die von Dyn bedient werden, darunter Netflix, Twitter, Spotify und Reddit sowie wichtige Nachrichtenkanäle.[ix] Dieser Vorfall hat die Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen potenzieller massiver Sicherheitslücken in der Zukunft neu geschürt. Mit finanzieller Unterstützung der National Science Foundation entwickelt das CyLab an der Carnegie Mellon University eine softwarebasierte Sicherheitslösung, die Netzwerke vor Malware schützen soll, die von einzelnen Geräten ausgeht.[x]

Hochschulen stehen der potenziellen Flut von Smart Devices in den kommenden Jahren noch unsicher gegenüber. Ebenso wie beim BYOD-Trend (Bring Your Own Device) muss die notwendige Breitband-Internetversorgung berücksichtigt und festgelegt werden, welche Dinge sich mit den Campus-Netzwerken verbinden dürfen. Darüber hinaus wirft die Verwendung vernetzter Objekte in der Lehre die Themen Datensicherheit und Ethik hinsichtlich der Sammlung und Nutzung studierendenbezogener Daten auf. Um die zunehmenden technologischen Möglichkeiten im Sinne der Studierenden ausschöpfen zu können, müssen die rechtlichen, finanziellen und technischen Implikationen interdisziplinär und systematisch angegangen werden.[xi] Das Internet der Dinge wird über die Infrastrukturen hinaus auch dazu beitragen, dass das Curriculum stärker darauf ausgerichtet wird, die Studierenden auf den Arbeitsmarkt vorzubereiten. Das Marktforschungsunternehmen Cybersecurity Ventures sieht bis 2019 insgesamt sechs Millionen Arbeitsplätze in der globalen Informationssicherheit, von denen 1,5 Millionen nicht besetzt werden können.[xii] Der Bericht Hacking the Skills Shortage von Intel Security empfiehlt, dass Hochschulen ihre MINT-Studiengänge weiter ausbauen sollten.[xiii]

Relevanz für Lehre, Lernen oder kreative Forschung

Anwendungen von IoT haben das Potenzial, viele Aspekte des Campuslebens zu verbessern, darunter Sicherheit und Effizienz. Durch das hochschuleigene Notrufsystem VT Alerts erhalten Studierende, Lehrende und Mitarbeitende an der Virginia Tech (Virginia Polytechnic Institute and State University) Notfall-Benachrichtigungen über Smartphone oder Smartwatch.[xiv] An der University of New South Wales wurden Sensoren verteilt, um den Energieverbrauch zu senken und die Vernetzung zu verbessern. Darüber hinaus werden die Wege und Aktivitäten der Studierenden getrackt, so dass aufgrund dieser Informationen Angebote für kollaboratives Lernen außerhalb der Lehrveranstaltungen entwickelt werden können.[xv] Hochschulen können die Daten aus vernetzten Devices und die Standortverfolgung auch nutzen, um Studierende zu identifizieren, die Hilfe benötigen. Ein Experte beschreibt beispielsweise, dass man Anzeichen für eine Depression überprüfen kann, wenn die Daten eines Studenten anzeigen, dass er sowohl Mahlzeiten ausfallen lässt, als auch über lange Zeitstrecken das Studierendenwohnheim nicht verlässt. Derartige Innovationen können Entscheidungsprozesse und Services optimieren, aber die Hochschulleitungen müssen dabei die ethischen Implikationen der Erfassung studierendenbezogener Daten berücksichtigen und Prioritäten auf Sicherheit, Transparenz und Datenschutz setzen.[xvi]

Consumer-Technologien, die Bewegungen und Schlaf überwachen, können unser Verhalten ändern, indem sie uns Muster sowie die Verbindung zwischen Handlung und Ergebnis aufzeigen.[xvii] Auch in der Lehre gibt es Anwendungsszenarien, die sich auf Lernen und Wohlbefinden der Studierenden positiv auswirken können. Wissenschaftler am LINK Lab der University of Texas Arlington erforschen, wie Emotionen das Lernen beeinflussen. Sie überwachen mit Wearables die biologischen Faktoren, die mit emotionalen Zuständen korrespondieren. An der University of the Pacific registrieren Kinect-Sensoren in den Unterrichtsräumen die Skelettpositionen der Studierenden, um Zusammenhänge zwischen Körperhaltung und Lernaktivität zu untersuchen.[xviii] Lehrende werden Unterstützung benötigen, um das pädagogische Leistungsspektrum von IoT ausschöpfen zu können. Das Leitungsgremium des Hochschulsystems in Tennessee bietet an seinen Institutionen berufliche Weiterbildungsmaßnahmen anhand des Projektmodells “Education and Workforce Smart Tools and Gadgets for IoE [Internet of Everything]” an. Die Teilnehmenden wenden Bewertungsraster an, um nachzuvollziehen, wie neue Technologien den Unterricht verändern können. Dabei untersuchen sie die unterschiedlichen Typen von Daten, die generiert werden, und die Methoden zur Beobachtung und Auswertung dieser Daten.[xix]

Angesichts der Ausbreitung von IoT tun sich Hochschulen mit Unternehmen zusammen, um studentische Innovationen zu ermöglichen und neue Programme zu entwickeln, die aktuell gefragte Kompetenzen vermitteln. Beim zweitägigen Wettbewerb “Aggies Invent: Internet of Things” an der Texas A&M University haben Mitarbeitende von Texas Instruments und Accenture Studierendenteams bei der Konzeption und Prototypisierung von IoT-basierten Lösungen als Mentoren begleitet. Zu den Gewinnern zählten ein Messgerät für die gemeinsame Waschmaschinennutzung, das aus der Ferne anzeigt, wie weit der Waschgang ist, sowie ein LED-Projektor, der Kundendaten integriert, um das Timing von Anzeigen auf LED-Werbeflächen zu optimieren.[xx] An der University of Sydney kann man einen Bachelor in IoT machen. Zu diesem interdisziplinären Studiengang gehören Elektrotechnik, Informatik, drahtlose Kommunikationssysteme und Datenanalyse. Durch Einblicke in modernste Technologien bereitet das Programm die Studierenden darauf vor, neue Produkte und Ideen für Bereiche wie Gesundheitspflege, öffentliche Versorgung, Transport, Einzelhandel und Betriebsmittelverwaltung zu entwickeln.[xxi]

Das Internet der Dinge in der Praxis

Die folgenden Links liefern Beispiele für das Internet der Dinge, die unmittelbare Implikationen für den akademischen Bildungsbereich haben:

Internet of Things Lab Fosters Student Innovation, Adds Industrial Partners

go.nmc.org/iotwisc

Im Internet of Things Lab der University of Wisconsin-Madison können Studierende auf neueste Technologien zugreifen, um ihre Ideen in Realität zu verwandeln. Darunter ist Safe Cycle, ein Messgerät, das Radfahrer vor nahenden Autos warnt. Unternehmen haben sich mit dem Lab zusammengetan, um Studierenden bei ihrer Geschäftsentwicklung zu helfen.

IOT-OPEN.EU

go.nmc.org/iotopen

Das EU-Programm Erasmus+ fördert ein Online-Bildungsmodul, das auf dem Internet der Dinge basiert. Studierende mehrerer europäischer Universitäten lernen in einem Remote Labor über IoT-Hardware, Infrastrukturen und mobile Apps. Open-Access-Lernmaterialien können in Kurse diverser Disziplinen integriert werden.

National Internet of Things Innovation Competition for Women in Engineering

go.nmc.org/iotwin

Eine Studentin an der University of Surrey hat mit einem intelligenten Gartenbewässerungssystem, bei dem Sensoren in den Boden gesetzt werden, den ersten Preis in einem von Bosch gesponserten IoT-Wettbewerb geholt. Im Rahmen von Boschs Initiative #BetweenUsWeCan zur Erhöhung der Frauenquote in Ingenieurberufen stehen Bosch-Ingenieure den Studentinnen für ein Jahr als Mentoren zur Seite.

Literaturempfehlungen

Denjenigen, die mehr über das Internet der Dinge erfahren möchten, empfehlen wir die folgenden Artikel und Quellen

Growing Trend: Internet of Things Expands into College and University Curricula

go.nmc.org/iotcurr

(Laura Devaney, eCampus News, 8. August 2016.) Durch die Verbreitung von IoT steigt der Bedarf an kompetentem Personal in Bereichen wie Hardware-Technik, Sensorentwicklung, Systementwicklung und -integration. Hochschulen und Bildungspolitik müssen die Entwicklung multidisziplinärer Curricula unterstützen, um diesem Arbeitsmarktbedarf zu begegnen.

How IoT in Education is Changing the Way We Learn

go.nmc.org/learniot

(Andrew Meola, Business Insider, 20. Dezember 2016.) Vernetzte Geräte ermöglichen die Aggregation von Lerndaten. Anhand dieser können Studierende ihre Lernprozesse nachvollziehen, und Lehrende erhalten ein klareres Bild der Studienfortschritte, an dem sie ihre Unterrichtsplanung orientieren können. Hochschulen investieren in intelligente Technologien, um ihre Infrastrukturen effizienter zu machen und die Sicherheit auf dem Campus zu erhöhen.

The Internet of Things: Riding the Wave in Higher Education

go.nmc.org/iotwave

(Itai Asseo et al., EDUCAUSE Review, 27. Juni 2016.) Fünf Expert/innen beschreiben das Potenzial von IoT im Hochschulbereich. In vernetzten Lernumgebungen können Studierendenprofile mit Angaben zu Anwesenheit, Leistung und Produktivität generiert werden, die ein ganzheitliches Bild der Lernendenaktivität und des Lernfortschritts abgeben. Maschinelles Lernen wird eine Datenanalyse ermöglichen, auf deren Basis die Hochschulen das Studium personalisieren können.

[i] https://www.theguardian.com/technology/2016/jul/18/what-is-the-internet-of-things-arm-holdings-softbank

[ii] http://er.educause.edu/articles/2016/6/the-internet-of-things-unprecedented-collaboration-required

[iii] http://er.educause.edu/articles/2016/8/iot-and-the-campus-of-things

[iv] http://www.gartner.com/newsroom/id/3165317

[v] https://campustechnology.com/articles/2017/01/05/internet-of-things-spending-to-reach-1-29-trillion-by-2020.aspx

[vi] http://www.cio.com/article/3137047/internet-of-things/internet-of-things-poised-to-transform-cities.html

[vii] http://www.cbronline.com/news/internet-of-things/5-mega-smart-city-projects-from-around-the-world-4881856/

[viii] http://www.npr.org/2016/10/22/498954197/internet-outage-update-internet-of-things-hacking-attack-led-to-outage-of-popula

[ix] https://www.theguardian.com/technology/2016/oct/21/ddos-attack-dyn-internet-denial-service

[x] http://www.cmu.edu/news/stories/archives/2016/august/nsf-award-internet-of-things.html

[xi] https://www.universitybusiness.com/article/higher-prepares-internet-things

[xii] http://cybersecurityventures.com/jobs/

[xiii] http://www.mcafee.com/us/resources/reports/rp-hacking-skills-shortage.pdf (PDF)

[xiv] http://er.educause.edu/articles/2016/6/the-internet-of-things-is-here

[xv] https://www.metering.com/news/university-nsw-becomes-testbed-iot-smart-city-tech/

[xvi] http://www.edtechmagazine.com/higher/article/2016/08/internet-things-coming-your-campus-sooner-you-think

[xvii] https://www.edsurge.com/news/2016-01-04-what-higher-education-can-learn-from-fitbit/

[xviii] https://www.edsurge.com/news/2016-11-17-wearable-tech-weaves-its-way-into-learning

[xix] https://campustechnology.com/Articles/2016/09/20/From-IoT-to-IoE-Institutions-Connect-to-Everything.aspx

[xx] http://engineering.tamu.edu/news/2016/10/28/students-collaborate-on-innovative-solutions-using-the-internet-of-things

[xxi] http://sydney.edu.au/courses/bachelor-of-engineering-honours-mechanical/major-internet-of-things