Nachhaltig – Digital – Chancengerecht. Zukunftsszenarien von Arbeit, Bildung und Beruf

1 Von der vernetzten Arbeitswelt zum Lernen mit und für 5G

Die berufliche Bildung steht vor der Aufgabe, junge Menschen und Beschäftigte auf eine Arbeitswelt vorzubereiten, in der digitale Vernetzung zum Alltag gehört. Produktionsanlagen, Logistikprozesse und kaufmännische Abläufe werden zunehmend über Informations- und Automatisierungstechnik koordiniert. Daten bilden die Grundlage betrieblicher Entscheidungen und die Zusammenarbeit findet immer häufiger standort- und unternehmensübergreifend statt. Für Berufskollegs und die betriebliche Ausbildung stellt sich somit nicht nur die Frage, welche Inhalte zu vermitteln sind, sondern auch, wie Lernen gestaltet werden kann, sodass Lernende auf eine vernetzte Arbeitswelt vorbereitet werden.

Vor diesem Hintergrund rückt der 5G-Mobilfunkstandard (kurz: 5G) in den Fokus der beruflichen Bildung. 5G eröffnet die Möglichkeit, reale technische Infrastruktur ortsübergreifend verfügbar zu machen, Lernorte flexibel zu vernetzen und multimediale, kooperative Lernszenarien zu realisieren.

Aus Sicht der beruflichen Bildung bedeutet dies, technische und überfachliche Kompetenzentwicklung systematisch zusammenzudenken. Beschäftigte in gewerblich-technischen und kaufmännischen Berufen benötigen einerseits fachliches Wissen zu vernetzten Systemen, Datenflüssen und digitalen Diensten. Andererseits gewinnen übergreifende Kompetenzen wie System- und Prozessverständnis, interdisziplinäres Arbeiten, und Kommunikationsfähigkeit an Gewicht (Zinke, 2019), um die Potenziale 5G-basierter Anwendungen im betrieblichen Alltag nutzen zu können. Berufskollegs und Unternehmen sind damit gefordert, Lernangebote zu entwickeln, die sowohl auf den technologischen Wandel vorbereiten (Lernen für 5G) als auch die neuen technischen Möglichkeiten selbst als Lernumgebung nutzen (Lernen mit 5G). (Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik, 2023)

Der Workshopbeitrag verortet sich an der Schnittstelle von technologischem Wandel und didaktischer Gestaltung. Im Zentrum stehen Ergebnisse aus dem vom Land Nordrhein-Westfalen geförderte Projekt „5G-Lernorte OWL“, welches 5G-gestützte Lernszenarien in Industrie-4.0-Lernfabriken mit berufs-, orts- und organisationsübergreifendem Lernen adressiert. Ausgangspunkt im Beitrag ist eine technische Einordnung von 5G, in der grundlegende Möglichkeiten und Grenzen im Vergleich zu kabelgebundenen Lösungen und WLAN skizziert werden. Dabei werden die funktionalen Spielräume umrissen, an welche die Lernsituationen anknüpfen können – beispielsweise im Hinblick auf die Vernetzung von Lernorten, den Umgang mit verteilten Systemen und die Einbindung realer betrieblicher Prozesse (siehe Kapitel 2). Anschließend werden Kurzversionen der entwickelten Lernsituationen dargestellt, in denen der Kompetenzaufbau für eine 5G-basierte Arbeitswelt und die Nutzung von 5G als Lerninfrastruktur didaktisch umgesetzt ist (siehe Kapitel 3). In einem weiteren Schritt werden diese unterrichtlichen Anwendungsbeispiele explizit im Hinblick auf das Lernen mit und für 5G eingeordnet (siehe Kapitel 4). Abschließend wird eine Bilanz zur Umsetzung der vorgestellten Lernszenarien gezogen und auf Transferherausforderungen eingegangen, sowie ein Ausblick hinsichtlich der Ausweitung der entwickelten Ansätze gegeben (siehe Kapitel 5).

2 Technische Relevanz

Technische Vernetzung wie durch 5G erfüllt keinen Selbstzweck, sondern stellt eine grundlegende Voraussetzung dar, um Maschinen für den Datenaustausch miteinander zu verbinden. Der Begriff „Maschinen“ umfasst dabei nicht nur klassische Computer, sondern ebenso Tablets, Smartphones, AR-Brillen sowie vor allem Produktionsanlagen, Überwachungssysteme und unterschiedlichste Sensoren. Durch diese Vernetzung entstehen erweiterte technische Handlungsräume, die neue Formen der Produktion ermöglichen. Besonders die Verknüpfung von Datenanalyse mit steuernden Eingriffen in Geräte eröffnet die Möglichkeit, Abläufe auf Basis aggregierter Informationen zu automatisieren. Aus diesem Zusammenwirken erwächst das Potenzial, Produktionsprozesse flexibel an wechselnde Kundenanforderungen anzupassen und damit individualisierte Fertigung im industriellen Maßstab zu realisieren (Babel, 2021).

2.1 Vergleich von Netzwerkvarianten

Neben dieser zentralen Perspektive eröffnen sich weitere Potenziale, auf die im Folgenden näher eingegangen wird. Die konkrete Ausgestaltung der Vernetzung bleibt dabei bewusst technologieoffen, da verschiedene Lösungswege – etwa kabelgebundene Verbindungen, 5G oder WLAN – jeweils spezifische Stärken und Einschränkungen mit sich bringen.

2.1.1 Kabelgebundene Netze

Ein klassisches kabelgebundenes Netzwerk stellt die Verbindung der Endgeräte über physische Leitungen zu zentralen Netzwerkkomponenten (wie Routern oder Switches) her, die ihrerseits miteinander verknüpft sind. Diese Architektur zeichnet sich jedoch durch eine begrenzte räumliche Flexibilität aus: Netzwerkzugang ist ausschließlich an jenen Orten möglich, an denen entsprechende Leitungen installiert wurden, sodass Standortveränderungen häufig bauliche Eingriffe erforderlich machen. Gleichzeitig bietet diese Form der Vernetzung deutliche Vorteile. Kabelgebundene Netze erreichen hohe Übertragungsraten bei zugleich geringer Latenz (vereinfacht: Verzögerung bis zum Beginn des Eintreffens der Daten) und gelten aufgrund der klar definierten, kontrollierbaren Infrastruktur als besonders robust und zuverlässig (Zeinali & Thompson, 2021). Zudem erhöht ihr physisch begrenzter Aufbau, durch den externe Zugriffe nur direkt möglich sind, das Sicherheitsniveau im Vergleich zu alternativen Vernetzungstechnologien. Dennoch erfordern sie weiterhin Aufmerksamkeit im Hinblick auf potenzielle Risiken. Da bereits das physische Anschließen eines Kabels ein Abhören von Daten ermöglichen kann, bleibt trotz der strukturellen Abschottung eine gewisse Verwundbarkeit bestehen. Insgesamt sind kabelgebundene Netzwerke wenig störanfällig – vorausgesetzt, potenzielle Störquellen sind nicht Teil des Systems selbst (Goh & Chua, 2024, S. 9).

2.1.2 WLAN-Netzwerke

WLAN-Netzwerke unterscheiden sich in ihrer grundlegenden Charakteristik deutlich von kabelgebundenen Infrastrukturen. Über einen Access Point lassen sich Endgeräte ohne zusätzlichen Verkabelungsaufwand in kurzer Zeit in ein gemeinsames Netzwerk integrieren, wobei auch weitere Geräte später unaufwändig per WLAN eingebunden werden können. Diese Architektur ermöglicht eine hohe räumliche und organisatorische Flexibilität, bleibt jedoch durch die begrenzte Funkreichweite des Access Points eingeschränkt. Innerhalb dieses Bereichs ist die Verbindungsqualität zwar in der Regel stabil, erreicht jedoch weder den Datendurchsatz noch die Latenzwerte kabelgebundener Lösungen, was für viele praktische Einsatzszenarien jedoch unproblematisch ist (Goh & Chua, 2024, S. 10f.). Als struktureller Nachteil gilt die gemeinsame Nutzung des Funkmediums. WLAN greift auf standardisierte Frequenzbänder zu, die gleichzeitig von zahlreichen Netzen und Endgeräten verwendet werden. Mit steigender Zahl aktiver Teilnehmer verringern sich Durchsatz und Zuverlässigkeit, was insbesondere in Form erhöhter Latenzen spürbar wird. Hinzu kommt, dass Funkverbindungen prinzipiell abhörbar sind und somit ein geringeres Sicherheitsniveau als physisch geschützte Leitungen aufweisen. Dieser Nachteil lässt sich in der Praxis durch moderne, korrekt konfigurierte Verschlüsselungsverfahren weitgehend kompensieren. Schließlich bleibt WLAN anfällig für Störungen. Dies gilt sowohl für absichtlich herbeigeführte Unterbrechungen als auch für unbeabsichtigte Interferenzen, wie sie insbesondere in produktionsnahen Umgebungen durch die dort eingesetzte Technik entstehen können (Leidinger et al., 2019, S. 14).

2.1.3 Mobilfunknetze

Für die private Internetnutzung bieten 4G- und 5G-Verbindungen eine flexible Alternative, da sie ohne eigenes lokales Netzwerk auskommen. Für betriebliche Vernetzungszwecke ist diese Option jedoch nur eingeschränkt nutzbar. Der wesentliche Grund liegt in der Struktur mobiler Netze: Endgeräte werden nicht in einen gemeinsamen Verbund eingebunden, sondern jeweils getrennt in das Mobilfunknetz integriert – funktional so, als verfügte jedes Gerät über einen vollständig eigenen Internetzugang (Wen et al., 2021, S. 9). Diese logische Isolation entspricht Sicherheitskonfigurationen, wie sie auch in bestimmten WLAN-Umgebungen (bspw. an Hochschulen, in Hotels oder in öffentlichen Verkehrsmitteln) üblich sind. Sie verhindert bewusst, dass Endgeräte gegenseitig sichtbar sind. Würde diese Trennung aufgehoben, könnten bereits geringfügige Fehlkonfigurationen, etwa ungewollt freigegebene Ordner, aktivierte Fernzugriffe oder lokal bereitgestellte Webdienste, von beliebigen Dritten ausgenutzt werden (Mirzoev & White, 2014, S. 12). Vor diesem Hintergrund eignen sich das öffentliche 4G oder 5G vor allem für den individuellen Internetzugang einzelner Geräte, nicht jedoch für die direkte, sicherheitskritische Vernetzung von Endgeräten im betrieblichen Umfeld.

2.1.4 Private 5G-Netze

5G in seiner öffentlichen Variante eignet sich, wie zuvor dargestellt, nicht für die direkte Vernetzung betrieblicher Endgeräte. Dass 5G gegenüber 4G höhere Übertragungsraten bietet, ist dafür unerheblich. Das Smartphone nutzt im Wesentlichen nur die potenziell hohe Datenübertragungsrate, deren tatsächliche Qualität jedoch von Auslastung und Abdeckung des Netzes abhängt und daher schwanken oder kurzzeitig vollständig ausfallen kann.

Im Folgenden bezieht sich der Begriff 5G daher auf ein lokal betriebenes, unternehmenseigenes Netz, das funktional einem selbst verwalteten WLAN ähnelt. Beide Technologien basieren auf Funkübertragung, unterscheiden sich jedoch in wesentlichen Aspekten: Während WLAN-Komponenten im Elektronikhandel frei verfügbar und meist ohne tiefgreifende Expertise installierbar sind, erfordert 5G eine spezialisierte Infrastruktur, deren Einrichtung deutlich komplexer ausfällt. Hinzu kommt, dass für den Betrieb eines eigenen 5G-Netzes eine Lizenz notwendig ist, deren Beantragung Fachkenntnisse voraussetzt. Ein WLAN kann hingegen ohne Genehmigung betrieben werden. Darüber hinaus verursacht 5G neben zu Anschaffungs- und Energiekosten zusätzlich laufende Lizenzgebühren, die bei WLAN nicht anfallen (Fleischer et al., 2021, S. 12). Obwohl diese Rahmenbedingungen zunächst zugunsten eines klassischen WLANs sprechen, eröffnet 5G bei näherer Betrachtung Konfigurations- und Steuerungsoptionen, die weit über typische WLAN-Setups hinausgehen. So teilen sich WLAN-Netze ihre Frequenzbänder unkoordiniert mit der Umgebung, was Interferenzen begünstigt, während 5G eine koordinierte Frequenznutzung vorsieht und damit gegenseitige Störungen reduziert. Auch wenn WLAN auf kleineren Flächen überzeugt und prinzipiell skalierbar ist, steigt der organisatorische und technische Aufwand bei großflächigem Betrieb deutlich an. 5G hingegen ist für weitläufige Areale konzipiert (Leidinger et al., 2019, S. 12) und unterstützt Mobilität robuster, da Zellwechsel in der Regel unterbrechungsarm erfolgen, während selbst moderne WLAN-Standards kurze Aussetzer nicht vollständig vermeiden. Zudem erlaubt 5G die präzise Spezifikation der Dienstqualität, etwa durch priorisierte Latenz- oder Durchsatzanforderungen für definierte Endgeräte. Insgesamt kombiniert 5G hohen Datendurchsatz, niedrige Latenzen und Skalierbarkeit für viele Teilnehmende (Webb, 2018). Ob diese Vorteile den zusätzlichen Aufwand rechtfertigen, hängt vom jeweiligen Einsatzkontext ab und wird im weiteren Verlauf anhand exemplarischer Betriebsszenarien vertiefend diskutiert.

2.1.5 Network Slicing als Zwischenoption

Neben vollständig eigenständig betriebenen 5G-Netzen bietet das sogenannte „Network Slicing“ eine Zwischenlösung, bei der Unternehmen über den öffentlichen Netzbetreiber einen dedizierten logischen Netzanteil beziehen. In diesem werden die firmeneigenen Geräte integriert und können direkt miteinander kommunizieren. Die zugesicherten Leistungsmerkmale wie Datendurchsatz, Latenz oder Verfügbarkeit sind vertraglich festgelegt und entsprechend kostenabhängig (Trick, 2023, S. 182ff.). Im Folgenden wird jedoch, um technische wie organisatorische Zuständigkeiten klar zu trennen, ausschließlich der Betrieb eines eigenen lokal verwalteten 5G-Netzes betrachtet.

2.2 Anwendungsszenarien

Aufbauend auf den technischen Vorüberlegungen erfolgt ein exemplarischer „Rundgang” durch eine modellhafte Produktionsumgebung, in der verschiedene Formen betrieblicher Vernetzung zum Einsatz kommen. An jeder „Station” wird herausgearbeitet, welchen spezifischen funktionalen Mehrwert diese Vernetzung bietet – etwa im Hinblick auf Transparenz, Steuerbarkeit, Automatisierung oder Qualitätssicherung – und welche Technologien hierfür geeignet erscheinen. Auf dieser Grundlage entsteht eine systematische Zuordnung der Anwendungsszenarien zu passenden Vernetzungsoptionen, die zugleich Leistungsanforderungen, Mobilitätsaspekte, Skalierbarkeit sowie betriebliche Rahmenbedingungen berücksichtigt.

2.2.1 Büro und Verwaltungsbereiche

In den administrativen Bereichen wie Auftragsmanagement, Produktionsplanung und Kundenkommunikation laufen traditionell Informationen zum Produktionsstatus, zur Auftragslage und zu den Lagerbeständen zusammen, um die Fertigung zu koordinieren. In der hier skizzierten Fabrik erhält dieses „Steuern“ jedoch eine wörtliche Bedeutung, da die gesamte Infrastruktur auf eine hochgradig individualisierte Produktion ausgerichtet ist. Dies setzt eine konsequente Datenerhebung sowie umfassende Beobachtungs- und Eingriffsmöglichkeiten voraus, die wiederum nur durch eine enge Vernetzung der zentralen IT mit Produktionsmaschinen, Sensorik, Kameras und Lagertechnik realisierbar sind (Sendler, 2016, S. 122). Für die Büroarbeitsplätze ist eine Funkanbindung zwar nicht zwingend notwendig, doch ermöglicht WLAN dort, wo mobile Nutzung gewünscht ist, eine flexible Einbindung von Laptops in die Systemarchitektur (Goh & Chua, 2024, S. 9).

2.2.2 Flexible Fertigung

Für eine individualisierte und zugleich automatisierte Fertigung müssen die Maschinen einer Produktionshalle engmaschig vernetzt sein, da sowohl Materialfluss als auch Bearbeitungsschritte werkstückspezifisch variieren. Die Wahl der geeigneten Vernetzung richtet sich dabei nach der Mobilität der Anlagen, der Dynamik des Layouts sowie nach Anforderungen an Durchsatz, Latenz und Zuverlässigkeit. Bei stationären Systemen bieten kabelgebundene Verbindungen eine robuste und kosteneffiziente Lösung – allerdings nur, solange keine dauerhaften Bewegungen auftreten, die Leitungen mechanisch belasten würden. Wird das Hallenlayout regelmäßig verändert oder müssen Maschinen flexibel versetzt werden, stößt eine feste Verkabelung schnell an ihre Grenzen (Li et al., 2021, S. 109). Unter solchen Bedingungen kann WLAN eine praktikable Alternative darstellen, sofern die Halle überschaubar bleibt, keine außergewöhnlichen Leistungsanforderungen bestehen und die Produktion selbst keine relevanten Funkinterferenzen verursacht (Leidinger et al., 2019, S. 16). Komplexere Szenarien, insbesondere solche mit zeitkritischer Überwachung und der Koordination zahlreicher Endpunkte, profitieren hingegen deutlich von 5G. Im Rahmen eines „Internet of Things“ lassen sich Werkstücke beispielsweise per RFID identifizieren und ihre Positionen über verteilte, 5G-vernetzte Sensorik in Echtzeit erfassen. Durch die Fusion dieser Informationen mit Kameradaten können Lagerung, Lagekorrekturen oder Qualitätssicherungsprozesse frühzeitig überprüft werden. Roboter sind damit in der Lage, unmittelbar bis hin zu automatischen Notabschaltungen im Falle von Anomalien zu reagieren. Für eine solche Synchronisation heterogener Datenquellen in Echtzeit sind geringe Latenzen und die zuverlässige Anbindung einer großen Anzahl von Geräten entscheidend, wodurch ein typisches Anwendungsfeld von 5G entsteht (Fleischer et al., 2021, S. 5; Sun, 2021, S. 43f.).

2.2.3 Vernetzte, datenbasierte Instandhaltung

In der Produktion gewährleisten planmäßige Wartungen und kurzfristige Reparatureingriffe die kontinuierliche Verfügbarkeit der Anlagen. Für die Diagnose stehen verschiedene Informationsquellen zur Verfügung, darunter das Erfahrungswissen des Personals, vorhandene Wartungsunterlagen, maschinenseitige Störmeldungen, beobachtbare Symptome sowie aktuelle Zustandsdaten. In einer vollständig vernetzten Umgebung werden diese heterogenen Daten ohne Medienbrüche automatisch zusammengeführt, sodass sich ein konsistentes Bild des Anlagenzustands ergibt. Im Reparaturfall erhält die Techniker:in eine Benachrichtigung und kann auf einem mobilen Endgerät unmittelbar auf relevante Informationen zugreifen: das identifizierte Problem, konsolidierte Sensordaten wie Temperatur, Geräuschpegel oder Stromaufnahme, geeignete Reparaturhinweise sowie die Maschinenhistorie. Die Visualisierung aktualisiert sich während des gesamten Eingriffs kontinuierlich. Voraussetzung hierfür ist eine leistungsfähige drahtlose Anbindung über WLAN oder 5G (Sendler, 2016, S. 261).

Alternativ kann eine AR-Brille die relevanten Informationen direkt im Sichtfeld einblenden und kontextbezogen am Einsatzort überlagern. Sie unterstützt insbesondere die Durchführung von Demontage- und Montageschritten, während die Statusinformationen der Maschine in Echtzeit verfügbar bleiben. Augmented Reality (AR) erweist sich nicht nur im Wartungsumfeld, sondern ebenso in der Fertigung als wirkungsvolles Werkzeug. Besonders in der Endmontage, in der individuell gefertigte Komponenten zusammengeführt werden, verändern sich die Arbeitsschritte abhängig vom jeweiligen Produkt. Damit diese heterogenen Abläufe fehlerarm umgesetzt werden können, benötigen Montagekräfte präzise, auf den konkreten Auftrag abgestimmte Informationen. AR-Systeme ermöglichen ihnen den direkten Zugriff auf relevante Auftrags- und Produktionsdaten, die über das Netzwerk bereitgestellt werden. Gleichzeitig liefern sie orts- und objektbezogen Hinweise dazu, welche Bauteile verfügbar sind, wo sie lokalisiert werden können und in welcher Reihenfolge sie zu montieren sind. Auf diese Weise entsteht eine adaptive, prozesssichere Unterstützung, die die variantenreiche Endmontage nachhaltig erleichtert (Grothus et al., 2021, S. 25).

Auch Remote-Support profitiert maßgeblich kann von AR-Anwendungen in Verbringung mit einer leistungsfähigen Funkinfrastruktur profitieren. Hochauflösende Live-Streams, bidirektionale Annotationen oder sogar Fernsteuerungsfunktionen stellen hohe Anforderungen an Bandbreite und Latenz; Verzögerungen wären hier nicht nur hinderlich, sondern im Eingriffsfall sogar sicherheitskritisch. Während WLAN unter hoher Last schnell an Leistungsgrenzen gelangt, ermöglicht 5G durch zugesicherte Dienstqualitäten (QoS) eine zuverlässige und konsistente Bereitstellung der benötigten Ressourcen (Meitinger, 2021).

2.2.4 Zustandsüberwachung und Predictive Maintenance

Präventive Instandhaltung verfolgt das Ziel, ungeplante Stillstände und damit verbundene Folgekosten zu vermeiden, indem Wartungsmaßnahmen sowohl turnusgemäß durchgeführt als auch potenzielle Abweichungen frühzeitig erkannt werden. Grundlage dieses Ansatzes ist eine umfassende Datenerhebung. Neben der Maschinentelemetrie liefern verteilte Sensoren und Kameras kontinuierlich Informationen über Wärmeentwicklung, Vibrationen, Stromaufnahme und Geräuschprofile. Durch die Identifikation charakteristischer Muster lässt sich der optimale Zeitpunkt für Eingriffe bestimmen, sodass Wartungsmaßnahmen vorausschauend planbar werden (Haneke et al., 2019, S. 230–231). Die dafür notwendige Integration zahlreicher, räumlich verteilter Endpunkte erfordert jedoch ein leistungsfähiges Kommunikationsnetz, das hohe Teilnehmerdichten zuverlässig unterstützt. 5G bietet hierfür geeignete Voraussetzungen, da es den Einsatz vieler kleinteiliger Geräte mit geringer Latenz und skalierbarer Kapazität ermöglicht (Li et al., 2021, S. 12). Gleichzeitig bleibt die Wartungsplanung eng in betriebliche Abläufe eingebettet. Entscheidend ist, dass erforderliche Ressourcen, insbesondere Ersatzteile, rechtzeitig verfügbar sind. Ist ein sofortiger Eingriff nicht umsetzbar, lassen sich Produktionspläne so anpassen, dass die betroffene Maschine entlastet oder vorübergehend aus dem Prozess genommen wird. Diese Maßnahmen wirken direkt auf Auftragsdisposition und Logistik zurück und tragen dazu bei, die Stabilität der gesamten Abläufe zu sichern (Sendler, 2016, S. 183f.).

3 Unterrichtliche Anwendungsbeispiele aus dem gewerblich-technischen und kaufmännischen Bereich

Die unterrichtsbezogenen Anwendungsbeispiele zur Implementation des Lernens mit 5G und für 5G lassen sich entlang digitaler Reifegrade systematisieren. Unter einem digitalen Reifegrad wird eine strukturierte Überprüfung sowie eine schrittweise Weiterentwicklung von Fähigkeiten, Prozessen, organisationalen Strukturen und Rahmenbedingungen verstanden (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, 2025). Vorliegende Reifegradmodelle differenzieren üblicherweise zwischen fünf bis sechs Entwicklungsstufen. So unterscheiden Moker und Brosi (2021, S. 60) in Bezug auf ein Digitales Reifegradmodell für Dienstleistungsprozesse in den Stufen 1-5 bzw. von Gar nicht (Stufe 1 – der Dienstleistungsprozess findet komplett analog statt) bis hin zu Vollständig (Stufe 5 – der Dienstleistungsprozess findet komplett digital statt). Demgegenüber wirbt das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (2025) mit einem sechsstufigen Modell, das von der völligen Abwesenheit eines Prozesses (Stufe 0) über erste Planungen (Stufe 1), partielle und noch unzureichende dokumentierte Umsetzungen (Stufe 2), vollständig implementierte und dokumentierte Prozesse (Stufe 3), sowie regelmäßige Effektivitätsprüfungen (Stufe 4) bis zu einer systematischen kontinuierlichen Verbesserung (Stufe 5) reicht.

Allen digitale Reifegradmodellen ist gemein, dass sie eine sukzessive Steigerung des Digitalisierungsniveaus abbilden. Allerdings liegt bislang kein Modell vor, das spezifisch auf den Einsatz von 5G oder auf eine explizit zunehmende Vernetzung ausgerichtet ist. Daher dient das Reifegradmodell in diesem Kapitel als heuristische Struktur, um den durch 5G ermöglichten Vernetzungsgrad – und damit eine Intensivierung der Digitalisierung – in unterrichtlichen Anwendungsbeispielen gewerblich-technischer und kaufmännischer Bildungsgänge zu illustrieren.

In Anlehnung an Euler und Wilbers (2018, S. 428–429), die digitale Technologien in Arbeitsinstrumente, Lerninstrumente und Universalinstrumente differenzieren, lassen sich die drei digitalen Reifegrade anhand der exemplarischen Lernszenarien sowohl hinsichtlich der Rolle von 5G als Lerninstrument zur Gestaltung lernortübergreifender Prozesse als auch seiner Funktion als Arbeitsinstrument innerhalb beruflicher Arbeits- und Geschäftsprozesse einordnen. Die ausgewählten Szenarien (Kapitel 3.1, 3.2 und 3.3) verdeutlichen damit zweifach, wie 5G im Unterricht didaktisch wirksam wird: Einerseits unterstützt es als mediales Lerninstrument die Kooperation zwischen Schulen, Lernorten und betrieblichen Partnern, indem es Kommunikation, Interaktion und authentische Einblicke in berufliche Praxisprozesse ermöglicht. Andererseits bereitet der Einsatz von 5G als Arbeitsinstrument die Lernenden auf veränderte Anforderungen der digitalen Transformation vor, die durch eine zunehmende Vernetzung höhere Informationsdichten und gesteigerte Prozessgeschwindigkeiten geprägt ist. Das Lernen mit 5G beschreibt somit den pädagogischen Einsatz der Technologie zur Gestaltung innovativer Unterrichtsarrangements, während das Lernen für 5G die Fähigkeit der Lernenden adressiert, in digitalisierten Arbeitsumgebunden kompetent zu handeln und neue technologische Entwicklungen kritisch-reflexiv einzuordnen.

Insgesamt lassen sich in Hinblick auf die entwickelten 5G-Lernszenarien drei digitale Reifegrade identifizieren. Der erste Reifegrad umfasst punktuelle, durch 5G unterstützte Interaktionen wie einzelne Videoanrufe sowie die grundlegende Vermittlung von Wissen zu 5G. Der zweite Reifegrad beschreibt eine sequenzielle, stärkere vernetzte Zusammenarbeit aus dem Klassenraum heraus. Hierzu zählen insbesondere parallel geführte 5G-Videoanrufe sowie der Einsatz von AR- und VR-Applikationen. Der dritte Reifegrad markiert die höchste Intensität des unterrichtlichen Einsatzes von 5G. In diesem Stadium erhalten Lernende Echtzeitdaten von Maschinen der schulnahen Lernfabrik 4.0 oder von Modellanlagen regionaler Unternehmen. Die kontinuierliche Abfrage dieser Daten erfordert eine permanente 5G-Verbindung und verdeutlicht den maximalen Vernetzungsgrad im Rahmen des vorliegenden Modells. Anhand der in Kürze skizzierten Reifegrade werden nun die damit erprobten Best-Practice-Anwendungen, die an dieser Stelle eine Auswahl der entwickelten 5G-Lernsituationen darstellen, vorgestellt.

Abbildung 1: Drei Reifegrade im Kontext des Einsatzes von 5G in der unterrichtlichen Umsetzung

3.1 Unterrichtliches Anwendungsbeispiel des ersten digitalen Reifegrades im Kontext des 5G Einsatzes

Der erste Reifegrad des 5G-Einsatzes in Schulen entspricht in der vorliegenden Konzeption einem punktuellen, technisch niedrigschwelligen 5G-Videoanruf. Die Umsetzung erfolgt in der Regel über ein mit dem 5G-Netz verbundenes Smartphone, das mit einem Laptop per USB-Tethering verbunden wird, um aus dem Klassenraum heraus eine synchrone Verbindung aufzubauen. Auf Seiten der angebundene Produktionsumgebungen nutzen Mitarbeitende 5G häufig aufgrund der erforderlichen räumlichen Flexibilität: In großflächigen Fabrikhallen kann ein WLAN-basiertes Netz oftmals keine ausreichende Abdeckung gewährleisten. Daher empfiehlt es sich auch für die Produktionsstätten selbst der Einsatz von 5G, um eine stabile, ortsunabhängige Kommunikation zu ermöglichen (siehe 2.2.1 & 2.2.2). Analoges gilt für die Netzauslastung in Schulen. An den Berufsschulen in Ostwestfalen-Lippe war die WLAN-Stärke teils stark limitiert, insbesondere wenn bereits andere Klassen damit gearbeitet haben. Ein Ausweichen auf das öffentliche 5G Netz stellt dabei eine mögliche Alternative dar.

Abbildung 2: Punktuelle 5G-Verbindung als äquivalent zum 1. digitalen Reifegrad

Der punktuelle Einsatz von 5G bietet im Unterricht vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Im vorliegenden Beitrag wird der erste digitale Reifegrad exemplarisch durch einen 5G-Videoanruf umgesetzt. Ein solcher Anruf, der im Klassenraum projiziert wird, ermöglicht authentische und kontextsensitive Einblicke in betriebliche Abläufe, die über die Informationsdichte von Schulbuchdarstellungen, Webseiten oder vorproduzierten Videos deutlich hinausgehen. Zugleich eröffnet die synchrone Kommunikation mit Unternehmensvertreter:innen bzw. Fachexpert:innen die Möglichkeit, Rückfragen zu stellen und individuelle, situationsbezogene Aspekte zu vertiefen. Lernende können im Vorfeld gezielt Fragestellungen entwickeln und diese direkt adressieren.

Diese Form des Einsatzes findet sowohl in der gewerblich-technischen Berufsbildung als auch in kaufmännischen Bildungsgängen, etwa im Bildungsgang der staatlich geprüften kaufmännischen Assistent:innen (Szenario: „Fertigungsverfahren 4.0“) Anwendung. Eine gekürzte Ausgestaltung der Lernsituation mit dem besonderen Fokus des Lernens mit und für 5G ist der Tabellen 1 zu entnehmen, die in Anlehnung an die Lernsituationsvorlage der (QUA-LiS NRW, 2025) entwickelt wurde und aus Gründen der Übersichtlichkeit stark gekürzt abgebildet wird. Darüber hinaus wird die technische Umsetzung in Hinblick auf 5G hervorgehoben. Damit sollen einerseits praxisnahe Handlungshilfen für Kooperationspartner bereitgestellt, andererseits die konkrete Planung und Durchführung der Unterrichtssequenzen transparent nachvollziehbar gemacht werden.

Tabelle 1 : Lernsituation Fertigungsverfahren 4.0 (gekürzt)

Bildungsgang: Staatl. geprüfte kaufmännische Assistent:innen Handlungsfeld: Leistungserstellung Anforderungssituation: Kennenlernen und Beurteilen von Fertigungsverfahren (ergänzbar mit AF3.3 Qualitätskontrollen)
Einstiegsszenario (Handlungsrahmen) Ausgangspunkt ist ein Vergleich zweier Lernfabriken, die identische Bluetooth-Lautsprecher herstellen, jedoch zu unterschiedlichen Preisen am Markt auftreten. Aufgrund eines gering automatisierten und zeitintensiven Fertigungsprozesses liegt der Verkaufspreis der Lernfabrik des Carl-Miele-Berufskollegs bei 81,50 €, während ein benachbartes Berufskolleg das gleiche Produkt für 74,99 € anbieten kann. Die Lernenden untersuchen vor diesem Hintergrund, welche organisatorischen und technologischen Optimierungsmöglichkeiten zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der eigenen Lernfabrik beitragen können.	Handlungsprodukt/Lernergebnis In dieser Anforderungssituation erhalten die Schüler:innen mithilfe digitaler Werkzeuge und 5G-Technologie vertiefte Einblicke in Einzel-, Serien- und Massenfertigung. VR- und AR-Anwendungen ermöglichen ihnen einen unmittelbaren, handlungsorientierten Zugang zu den Produktionsprozessen. Die Lernenden halten ihre Beobachtungen in einer Übersichtstabelle fest, diskutieren ihre Ergebnisse gemeinsam und erstellen abschließend ein Erklärvideo, indem sie Optimierungsmöglichkeiten und Herausforderungen verschiedener Losgrößen darstellen.
Wesentliche Kompetenzen Die zentralen Kompetenzen liegen in der fachlichen Analyse der drei Fertigungsverfahren sowie in der Bewertung ihrer Automatisierungs- und Rationalisierungspotenziale. Dazu beobachten die Lernenden reale Produktionsabläufe und vergleichen unterschiedliche Zugangsformen wie Live-Übertragungen, VR-Rundgänge und Expertengespräche. Diese Perspektiven werden methodisch reflektiert und durch Austausch mit Produktionsmitarbeitenden und Ingenieur:innen regionaler Unternehmen vertieft.	Konkretisierung der Inhalte · Beobachtung der Fertigungsverfahren (Einzel-, Serien- und Massenfertigung) · Nutzung verschiedener Zugänge zu Produktionsprozessen (u. a. Live-Video, VR, Vor-Ort-Einblicke) · Methodische Reflexion der eingesetzten Zugänge und Lernsettings · Fachlicher Austausch mit Mitarbeitenden und Ingenieur:innen regionaler Unternehmen · Erstellung eines abschließenden Feedback-Videos
Lern- und Arbeitstechniken z. B. Advance Organizers, Multisensorisches Lernen, Digitale Erkundungsstrategien, Expertengespräche, Reflexion unterschiedlicher Lernzugänge
5G Einsatz Der 5G-Einsatz ermöglicht die Zuschaltung externer Expert:innen sowie die Verbindung zu weiteren Lernfabriken und Unternehmen. Dadurch unterstützt er das Lernen mit 5G durch technologisch erweiterte Lernsettings und bereitet zugleich das Lernen für 5G vor, indem die Lernenden die Bedeutung leistungsfähiger Netze für betriebliche Wertschöpfungsprozesse erkennen.

Weitere unterrichtliche Anwendungsbeispiele im Kontext des 1. digitalen Reifegrades finden sich bspw. in Form von „digitalen Praktika“. Hier werden zwecks Berufsorientierung und Betriebsbesichtigungen den Schüler:innen die Möglichkeit gegeben Einblicke in Unternehmen zu bieten. Durchgeführt wurden diese Einheiten in vollzeitschulischen Bildungsgängen des Metallbereichs.

3.2 Unterrichtliche Anwendungsbeispiel zweiten Grades

Im Gegensatz zum ersten digitalen Reifegrad, der vor allem punktuelle 5G-gestützte Videoanrufe umfasst, beschreibt der zweite digitale Reifegrad eine sequenzielle, kollaborative Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Berufsgruppen und Lernenden über eine 5G-basierte AR-Videotelefonie. Damit geht ein deutlich erhöhter Vernetzungs- und Leistungsumfang einher, der technisch anspruchsvoller ist und ein leistungsstarkes, stabiles Netz, wie das 5G-Netz voraussetzt.

Während im ersten Reifegrad lediglich ein 5G-fähiges Endgerät genutzt und dessen Bildschirm im Klassenraum projiziert wurde, eröffnet der zweite Reifegrad komplexere Interaktionsformen. So findet etwa im Ausbildungsberuf Mechatroniker:in das Szenario „AR-Wartung“ Anwendung: Die Lernenden führen parallel in Gruppen Wartungsaufträge an 3D-Druckern durch, wobei sie über eine AR-gestützte Videotelefonie sowohl visuelle Unterstützung als auch kontextbezogene Hinweise erhalten. Die Integration von AR-Elementen dient der Kommunikations- und Handlungssicherheit und erfordert eine erhöhte Datenrate sowie ein verlässliches, abgesichertes Netz.

Abbildung 3: Sequenzielle 5G Verbindung als äquivalent zum 2. digitalen Reifegrad

Die folgenden Tabelle 2, veranschaulicht exemplarisch die unterrichtlichen Anwendungen des zweiten digitalen Reifegrades im gewerblich-technischen Bildungsgang: Industriemechaniker durch das Szenario „Fernwartung eines 3D Druckers mit AR“.

Tabelle 2: Fernwartung eines 3D Druckers mit AR (gekürzt)

Bildungsgang: Industriemechaniker:in Lernfeld 12: Wartung und Pflege Handlungsfeld 4: Instandhaltung von technischen Systemen
Einstiegsszenario (Handlungsrahmen) Für eine neue firmenübergreifende Ausbildungswerkstatt wird eine ehemalige Werkhalle mit gebrauchten Werkzeugmaschinen ausgestattet. Künftig sollen Auszubildende verschiedener Betriebe und Ausbildungsjahre dort gemeinsam lernen und projektorientiert arbeiten. Die Auszubildenden des ersten Ausbildungsjahres erhalten den Auftrag, mehrere 3D-Drucker ohne vorhandene Dokumentation in einen funktionsfähigen Soll-Zustand zu überführen. Dazu sollen sie die Geräte einrichten, systematisch warten und die Ergebnisse so dokumentieren, dass nachfolgende Jahrgänge auf dieser Grundlage weiterarbeiten können.	Handlungsprodukt/Lernergebnis Im Wartungsszenario erarbeiten die Schüler:innen ein vollständiges, digital aufbereitetes Wartungspaket für den 3D-Drucker der Ausbildungswerkstatt. Dieses umfasst eine aus der Ausgangssituation entwickelte Problem- und Zielbeschreibung, ein visualisiertes Vorgehenskonzept in Form eines Fischgrätendiagramms sowie eine übersichtliche Wartungsdokumentation mit klar ausgewiesenen Wartungspunkten am Gerät. Ergänzend erstellen die Lernenden in einer AR-Software eine Wartungsanleitung und bereiten zentrale Inhalte als Videoanleitung auf, die über 5G-Technologie gesichert und für den wiederholten Einsatz in Ausbildungssituationen nutzbar gemacht wird. Sinnbilder zu Schmierstoffen und deren Anforderungen werden in geeigneter Form integriert, sodass ein konsistentes, praxisorientiertes Wartungshandbuch für den 3D-Drucker entsteht.
Wesentliche Kompetenzen Das Szenario stärkt bei den Schüler:innen insbesondere die Fähigkeit, betriebliche Ausgangslagen systematisch zu durchdringen, diese in eine nachvollziehbare Problem- und Zielperspektive zu überführen und ihr Handeln mit Hilfe strukturierender Methoden wie dem Fischgrätendiagramm zu organisieren. Fachlich vertiefen sie ihr Verständnis zentraler Begriffe und Tätigkeiten der Instandhaltung und lernen, Wartungserfordernisse technisch fundiert einzuordnen. Gleichzeitig bauen sie medien- und informationsbezogene Kompetenzen aus, indem sie mit AR-Technologie in Form der HoloLens und SPHERE-Software arbeiten, technische Unterlagen adressatengerecht weiterentwickeln, Schmierstoffkennzeichnungen mithilfe des Tabellenbuchs interpretieren und 5G-basierte Anwendungen in den eigenen Arbeitsprozess einbinden.	Konkretisierung der Inhalte · Analyse des Auftrags und Kennenlernen der zentralen Fachbegriffe · Planung der Vorgehensweise zur Instandhaltung · Durchführung des Filamentwechsels in Kleingruppen als Remote-Assistance · Erstellung eines Wartungsplans als AR-gestützte Schritt-für-Schritt-Anleitung
Lern- und Arbeitstechniken z. B. Interaktionen in immersiven Umgebungen, Remote-Assistance-Kommunikation, Rückmelde- und Feedbackstrategien, Entwicklung von Problemlösestrategien
5G Einsatz Für das AR-Videotelefonat zwischen Fachkräften und Spezialisten wird 5G eingesetzt, da geringe Latenzzeiten und hohe Bildqualität erforderlich sind. So können AR-Inhalte wie Markierungen, Dokumente oder Videos stabil und zuverlässig in das Sichtfeld der Lernenden eingeblendet werden.

Neben gewerblich-technischen Einsatzfeldern lassen sich auch kaufmännische Anwendungen auf dieser Reifegradstufe identifizieren. Insbesondere Bildungsgänge, die bereits routiniert mit digitalen Endgeräten arbeiten, profitieren von den erweiterten Möglichkeiten der parallelen Kollaboration. Im Bildungsgang der Kaufleute im E-Commerce wurde dies exemplarisch umgesetzt: Die Klasse arbeitete in mehreren Gruppen zu verschiedenen Aspekten nachhaltiger Gestaltung des Onlinehandels. Jede Gruppe führte eigenständig Videotelefonate mit Mitarbeitenden regionaler Unternehmen, um spezifische Nachhaltigkeitsmaßnahmen kennenzulernen. Die Gespräche fanden simultan statt und banden unterschiedliche Expert:innen ein. Für diese Form hochgradig vernetzter Gruppenarbeit ist eine entsprechend leistungsfähige 5G-Infrastruktur von Vorteil.

3.3 Unterrichtliche Anwendungsbeispiel dritten Grades

Der dritte Reifegrad bildet die bislang anspruchsvollste und zugleich intensivste Stufe des 5G-gestützten Unterrichtseinsatzes. In diesem Reifegrad erfolgt ein unmittelbarer Zugriff auf Maschinen in Echtzeit – sowohl auf Anlagen innerhalb regionaler Unternehmen als auch auf Maschinen der schuleigenen Lernfabrik. Der Ansatz findet in gewerblich-technischen ebenso wie in kaufmännischen Bildungsgängen Anwendung.

Das vorliegende Szenario „Energiemanagement“ stellt eine ein bildungsgangübergreifendes Szenario dar, indem kaufmännische und gewerblich-technische Ausbildungsberufe – im vorliegenden Fall Industriekaufmann/-frau und Elektroniker/-in für Betriebstechnik – zusammengeführt werden und die Schüler:innen kollaborativ zusammenarbeiten. Über 5G erhalten die Lernenden Zugriff auf aktuelle Energieverbrauchsdaten, die im Unterricht unmittelbar ausgelesen, angepasst und analysiert werden können. Basierend auf den übertragenen digitalen Zwillingen lässt sich der Umgang mit Datenmengen üben, sowie gemeinschaftliche Rückschlüsse ziehen. Gleichwohl können die Informationen bspw. hinsichtlich einer zirkulären Kreislaufwirtschaft (Weber & Achtenhagen, 2024) oder hinsichtlich des Predictive Maintenance Maßnahmen (Serradilla et al., 2022) interpretiert werden.

Die Arbeit mit Echtzeitdaten fördert insbesondere Kompetenzen, die als zentral für das 21. Jahrhundert gelten: den professionellen Umgang mit Daten, die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen technischen und kaufmännischen Berufsgruppen sowie ein vertieftes Verständnis nachhaltiger Produktionsprozesse

Abbildung 4: Permanente 5G Verbindung als äquivalent zum 3. digitalen Reifegrad

Tabelle 3: Lernsituation Energiemanagement (gekürzt)

Bildungsgang: Elektroniker für Betriebstechnik und Industriekaufleute Lernfeld 3 „Installieren elektrischer Betriebsmittel“ und 5. „Leistungserstellungsprozesse planen, steuern und kontrollieren“
Einstiegsszenario (Handlungsrahmen) Die Bluetooth4OWL GmbH soll für den Media Store 500 Lautsprecher liefern. Konkurrenz durch die Mags Laut GmbH, die ein vergleichbares Produkt für 81,50 € anbietet, erfordert eine Preissenkung auf 80,00 €. Einsparpotenziale bestehen insbesondere beim Energieverbrauch der Produktion. Die Entscheidung über die Auftragsannahme muss bis zum (Fristablauf) getroffen werden.	Handlungsprodukt/Lernergebnis Als Handlungsprodukt erstellen die Schüler:innen einen professionell aufgebauten Energie- und Kostenanalysebericht, der als Entscheidungsgrundlage für die Geschäftsführung der Bluetooth4OWL GmbH dient. Der Bericht dokumentiert den vollständigen Lern- und Arbeitsprozess und führt zu einer begründeten Empfehlung hinsichtlich der Annahme oder Ablehnung des Kundenauftrags des Media Stores.
Wesentliche Kompetenzen Die Schüler:innen untersuchen den Leistungserstellungsprozess der Bluetooth-Lautsprecher, erstellen Stücklisten und beurteilen Vor- und Nachteile von Eigen- und Fremdfertigung. Zugleich wählen sie geeignete Messgeräte zur Erfassung elektrischer Leistung und Energie der Produktionsanlagen aus, führen Messungen durch, dokumentieren die Ergebnisse, vergleichen die Verbräuche und nutzen diese Informationen, um begründet Rückmeldungen zu individuellen Angebotsanfragen zu geben.	Konkretisierung der Inhalte · Gemeinsames Kennenlernen von Produkt (Bluetooth-Lautsprecher) und Fertigungsprozess; Erstellung von Stücklisten und Identifikation von Einsparmöglichkeiten, insbesondere Energieverbrauch · Elektroniker: Messung und Aufbereitung der Energieverbräuche, Präsentation der Daten in Echtzeit · Industriekaufleute: Vertiefung von Produkt- und Prozessverständnis, virtuelle Fabriktour, Berechnung der Energiekosten pro Stück · Gemeinsame Diskussion der Ergebnisse und Entscheidung über Auftragsannahme; Erarbeitung weiterer Energieeinsparpotenziale
Lern- und Arbeitstechniken z. B. Umgang mit Daten (Volume, Variety, Velocity), interdisziplinäre Zusammenarbeit, modellhafte Prozessabbildung durch die Lernfabrik 4.0, Entwicklung von Nachhaltigkeitsstrategien
5G Einsatz Mithilfe von 5G werden die Messdaten der Produktionsanlagen über das Campusnetz an einen Server übertragen, dort gespeichert oder bei Bedarf in „Echtzeit“ abgerufen. So wird die 5G-Anwendung mMTC (massive Machine-Type Communication) anschaulich dargestellt. Gleichzeitig ermöglicht 5G den Echtzeitzugriff auf die aktuellen Energieverbräuche, die mit den tagesaktuellen Energiepreisen der Großhändler verknüpft sind. Dadurch kann die Fertigung flexibel an Zeitpunkte mit günstigeren Strompreisen angepasst werden, was einen innovativen Aspekt für die Produktions- und Einkaufsplanung darstellt.

Neben dem „Energiemanagement“ wurden auch in weiteren Szenarien, wie dem Szenario „Remote- Maschinenzugriff“ aus regionalen Unternehmen für weitere Bildungsgänge realisiert. Die Daten wurden durch das sichere 5G-Netz in Echtzeit übermittelt und den Schüler:innen zur Vertiefung des Umgangs mit Daten zur Verfügung gestellt.

4 Lernen mit 5G und für 5G in den unterrichtlichen Anwendungsbeispielen

Bereits an dieser Stelle wird deutlich, dass sowohl das Lernen mit 5G als auch das Lernen für 5G jeweils eigene pädagogische und fachliche Vorteile bieten. Diese Aspekte werden im weiteren Verlauf vertieft. Ergänzt ist jedoch festzuhalten, dass ein grundlegendes Lernen „über“ 5G Voraussetzung für eine erfolgreiche Umsetzung im Unterricht und in der schulischen Infrastruktur ist.

Der technische Teil der Arbeit zeigt, dass für eine sinnvolle Integration von 5G zunächst fundierte Entscheidungen zur Auswahl des geeigneten Netzes getroffen werden müssen (vgl. Kapitel 2.1.2 Analyse der Netzvarianten). Ebenso hängen die schulischen Einsatzmöglichkeiten stark vom angestrebten digitalen Reifegrad ab. Kapitel 3 stellt hierzu die drei gewählten Entwicklungsstufen dar – vom punktuellen über den sequenziellen bis hin zu permanenten 5G-Einsatz – und erläutert deren jeweilige Einbindung in Unterrichtsszenarien. Im Anschluss rückt die Darstellung der konkreten Unterrichtsanwendungen in den Mittelpunkt und zeigt auf, wie sowohl das Lernen mit 5G als auch das Lernen für 5G didaktisch umgesetzt werden können.Lernen mit 5G beschreibt dabei den Einsatz von 5G als Medium, Werkzeug und technologische Grundlage, um Lernprozesse authentisch und praxisnah zu gestalten. Eine besondere Betonung liegt dabei auf die gegebenen Vernetzungsmöglichkeiten mittels 5G.Lernen für 5G hingegen bezieht sich auf die neuen Anforderungen der digitalen Transformation, die sich sowohl gesellschaftlich als auch im beruflichen Kontext auswirken und somit in schulische Lernprozesse integriert werden müssen. Hierzu zählen zum einen eine stärkere situative Kommunikation, als auch eine vermehrte Verarbeitung von Daten. Im Folgenden wird das Lernen mit, sowie das Lernen für 5G anhand der dargestellten Anwendungsbeispiele resp. der drei digitalen Reifegrade aus Kapitel 3 abstrahiert.

Zentrales Merkmal des 1. digitalen Reifegrades ist der punktuelle Einsatz eines 5G-Videoanrufs, wie er unter anderem in der oben dargestellten unterrichtlichen Anwendung Fertigungsverfahren 4.0 (siehe Kapitel 3.1) exemplarisch umgesetzt wurde. Der 5G-Videoanruf ermöglicht eine institutionsübergreifende Kommunikation und unterstützt damit die Lernortkooperation zwischen Schule und Praxispartnern. Dank hoher Datenraten, geringer Latenz, ortsunabhängiger Reichweite und stabiler Netzabdeckung kann ein verlässlicher Austausch stattfinden – auch dann, wenn vor Ort keine geeignete lokale Infrastruktur wie WLAN verfügbar ist, etwa in Produktionshallen. Dies erlaubt es, Prozesse, Produktionsschritte oder Produkte live zu präsentieren, wichtige betriebliche Einblicke zu vermitteln und unmittelbare Rückfragen zu stellen. 5G wird somit zu einem Lernmedium, das realitätsnahe und interaktive Unterrichtssituationen ermöglicht. Im ersten digitalen Reifegrad zeigt sich das Lernen für 5G darin, dass neue Formen beruflicher Kommunikation geschult werden. Kompetenzen wie visuelles Beobachten, gezieltes Nachfragen und situatives Kommunizieren gewinnen an Bedeutung. Da im Zuge der digitalen Transformation klassische Kommunikationsformen – wie textbasierte Berichte oder lange E-Mails – an Relevanz verlieren und kurze, audiovisuelle Austauschformate zunehmen, muss der Unterricht diese Entwicklungen aufgreifen. So werden Schüler:innen frühzeitig auf berufliche Kommunikationsanforderungen in zunehmend digitalisierten Arbeitsumgebungen vorbereitet.

Der 2. digitale Reifegrad zeichnet sich durch sequenzielle und simultane Videoanrufe aus, die vor allem mithilfe von AR-Technologie umgesetzt werden. Im Unterricht wird dies exemplarisch in der Anwendung Fernwartung eines 3D-Druckers (siehe Kapitel 3.2) deutlich.

Durch den simultanen 5G-Videoanruf erfahren die Lernenden, wie Kommunikation und Handeln in technisch anspruchsvollen Situationen digital unterstützt werden können. In der skizzierten unterrichtlichen Anwendung nutzen die Schüler:innen AR-Brillen, die über eine 5G-Tethering-Verbindung stabil und latenzarm arbeiten. So können sogar mehrere Kleingruppen parallel ein Wartungsszenario durchführen. Während ein Teil der Lernenden die Rolle von Wartungsmitarbeitern einnimmt und den 3D-Drucker vor Ort bedient, agiert die andere Gruppe als externe Wartungsexperten, die den Prozess aus der Distanz begleiten und mittels AR-Markierungen oder Einblendungen anleiten. Die Leistungsfähigkeit von 5G ermöglicht damit die Durchführung eines komplexen, mehrperspektivischen Wartungsszenarios. Gleichzeitig fördert diese Anwendung das Lernen für 5G, indem sie Lernende zunehmend auf Kommunikations- und Problemlösesituationen in digitalen und virtuellen Arbeitsumgebunden vorbereitet. Die präzise Anleitung eines Filamentwechsel – sowohl sprachlich als auch digital durch visuelle AR-Impulse – verlangt eine präzise technische Koordination. Dadurch werden nicht nur fachliche Kompetenzen gestärkt, sondern ebenso Kommunikationsfähigkeit, Problemlösekompetenzen sowie die Zusammenarbeit über Berufsgrenzen hinweg. Insgesamt dient der zweite digitale Reifegraf somit als vertiefende Stufe, die Lernende schrittweise an professionelle Interaktionsformen in technologiebasierten Arbeitskontexten heranführt.

Als dritter digitaler Reifegrad kristallisiert sich der permanente Abruf maschineller Daten mittels 5G heraus. Eine exemplarische unterrichtliche Anwendung stellt hierbei das Energiemanagement dar (siehe Kapitel 3.3). In diesem Szenario werden über 5G maschinelle Daten wie Leistung, Temperatur und auch Stromverbräuche in Echtzeit erfasst und übertragen. Die permanente 5G-Anbindung ermöglicht einen virtuellen Zugang zur Lernfabrik, wodurch authentische Produktions- und Handlungsprozesse didaktisch sinnvoll abgebildet werden können. Das Lernen mit 5G zeigt sich im Energiemanagement vor allem in der Nutzung des Netzes als technologische Infrastruktur für die Echtzeitdatenerfassung. Die Lernenden arbeiten damit in einer realitätsnahen Umgebung, in der Produktionsdaten unmittelbar beobachtbar und analysierbar werden. Das Lernen für 5G umfasst im dritten digitalen Reifegrad mehrere Kompetenzbereiche. Erstens rückt die Fähigkeit zur Datenverarbeitung und -interpretation in den Vordergrund. Durch das Aggregieren großer, vielfältiger und hochfrequenter Datenmengen (Volume, Variety & Velocity) entwickeln die Schüler:innen ein Verständnis für datengetriebene Entscheidungsprozesse. Zweitens werden sie darauf vorbereitet, in einer zunehmend daten- und technologiedominierten Arbeitswelt fundierte Rückschlüsse zu ziehen – etwa zur Effizienz von Maschinen oder zur Bewertung nachhaltiger Produktionsweisen. Drittens fordert das Szenario eine multiperspektive Betrachtung der Daten, beispielsweise aus kaufmännischer Sicht (Energiekosten, Lastspitzenmanagement) und aus gewerblich-technischer Sicht (Maschinenleistung, Prozessoptimierung). Damit wird nicht nur fachliches Wissen angebahnt, sondern auch ein vernetztes Denken gefördert, das für zukünftige berufliche Handlungsfähigkeit zentral ist.

5 Von der Infrastruktur zum Lernraum: Rückblick und Schlussfolgerungen zum Einsatz von 5G

Der Beitrag macht deutlich, dass 5G in der beruflichen Bildung weder als rein technologische Innovation noch als singuläres Unterrichtsthema zu verstehen ist, sondern als infrastrukturelle Grundlage einer zunehmend vernetzten Arbeitswelt. Ausgehend von einer systematischen Analyse verschiedener Vernetzungsoptionen – von kabelgebundenen Lösungen über WLAN bis hin zu Campusnetzen und Network Slicing – wird der spezifische Mehrwert von 5G für industriell geprägte Arbeitsumgebungen herausgearbeitet. Die entwickelten und dargestellten Lernszenarien sind dabei in authentische Handlungskontexte eingebunden und unterscheiden sich hinsichtlich ihrer digitalen Reife. Im ersten Reifegrad ermöglichen punktuelle 5G-Videoanrufe, wie im Szenario „Fertigungsverfahren 4.0“, einen niederschwelligen Zugang zu realen Produktionsumgebungen und fördern zugleich die kommunikativen Kompetenzen im Umgang mit digitalen, synchronen Kommunikationsformen. Im zweiten Reifegrad werden durch AR-gestützte Remote-Szenarien wie die „Fernwartung eines 3D-Druckers” kollaborative Problemlöseprozesse und berufsübergreifende Kommunikation gefördert. Im  dritten Reifegrad werden schließlich kontinuierlich übertragene Echtzeitdaten wie im Szenario „Energiemanagement“ genutzt, um datenbezogene Kompetenzen, ein vertieftes System- und Prozessverständnis sowie eine reflektierte Auseinandersetzung mit Nachhaltigkeit und betriebswirtschaftlicher Effizienz zu fördern. 5G fungiert dabei als Medium der Lernortkooperation und als Arbeitsinstrument in vernetzten Produktionsprozessen.

Gleichzeitig werden Grenzen und Herausforderungen sichtbar. Die dargestellten Szenarien sind eng an die Infrastruktur einer modellhaften Lernfabrik und an ausgewählte Berufskollegs in Ostwestfalen-Lippe gebunden. Hinzu kommt, dass der Aufbau und Betrieb eines eigenen 5G-Campusnetzes erhebliche technische, rechtliche und organisatorische Ressourcen erfordert, die nicht an allen Standorten in gleicher Weise verfügbar sind. Das vorgeschlagene Reifegradmodell verfolgt ausdrücklich einen heuristischen Charakter: Es bietet eine anschlussfähige Strukturierung didaktischer Entwicklungsarbeit, ersetzt aber keine curriculare Verankerung. Dabei ist zu betonen, dass 5G-gestützte Lernszenarien stets mit einer parallelen Qualifizierung des Lehrpersonals und abgestimmte Medien- und Ausstattungskonzepte der Schulen einhergehen müssen.

Ausblickend lässt sich festhalten, dass die Kombination aus technischer Analyse, heuristischer Reifegradstruktur und konkreten Lernsituationen einen praktikablen Rahmen für weitere Entwicklungs- und Forschungsarbeiten bietet. Perspektivisch erscheint es naheliegend, die skizzierten Reifegrade im 5G-bezogenen Kontext auf weitere Domänen wie etwa Logistik, Energiewirtschaft oder Gesundheitsberufe zu übertragen. 5G wird damit zum Anlass, soziotechnische Systeme stärker in der beruflichen Bildung in Hinblick auf aktuelle Entwicklungen der Arbeitswelt zu nehmen, in der Konnektivität, Datenkompetenz und interdisziplinäre Kooperation zentrale Ressourcen professionellen Handelns sind.

Einordnung

Die beschriebenen Inhalte sowie der Workshopbeitrag selbst sind im Rahmen des Projekts „5G-Lernorte für die Ausbildung der Zukunft (5G-Lernorte OWL)“ entstanden, an dem neben der Universität Paderborn zahlreiche weitere Partner beteiligt waren und das durch das Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert wurde (siehe: https://www.ostwestfalenlippe.de/projekte/5g-lernorte-owl/). Als wichtige inhaltliche Grundlage des technischen Kapitels diente das im Projekt entwickelte Begleitheft „Hintergrundwissen zu 5G, WLAN und Kabel“, das maßgeblich von Dr. Felix Winkelnkemper konzipiert und ausgearbeitet wurde.