InterSim: A self-determined learning system with

Dino Carl Novak (St. Augustin, Germany)
InterSim:
Ein selbstbestimmtes Lernsystem mit
interaktiver Führung und
Autorenkomponente
InterSim:
A self-determined learning system with
interactive guidance and authoring
component
Zusammenfassung
Summary
Ein wesentlicher Aspekt für den Erfolg
einer Lernsoftware ist die Akzeptanz
durch den Lernenden. Die Akzeptanz ist
von einer Vielzahl von Aspekten abhängig. Als wichtigste Punkte sind hier zu
nennen: Relevanz, Authentizität, Lernerzentrierung, Effizienz und Effektivität
Dieser Beitrag möchte am Beispiel des
interaktiven Lehr- und Lernsystems InterSim ein Teil der Möglichkeiten aufzeigen,
die die Attraktivität und somit Akzeptanz
einer Lernsoftware steigern könnten.
A substantial aspect for the success of
learning software is the acceptance by the
learner. The acceptance depends on a variety of aspects. Some of the most important
points are: relevance, authenticity, centered to the learner, efficiency and effectiveness. This paper wants to show on the
example of the interactive teaching and
learning system InterSim what are the possibilities to raise the attractiveness and
with this the acceptance of learning software.
1
Einführung
InterSim ist ein Lehr-/Lernsystem für die Medizinerausbildung mit interaktiver
Führung und einer Autorenkomponente, welches vom GMD Institut FIT entwickelt
wird. Anhand eines Prototypen aus dem Bereich der Hals-Nasen-Ohrenheilkunde genauer: über das menschliche Ohr - werden die besonderen Aspekte des Lernsystems
erläutert. Dieses sind insbesondere: die interaktive Führungskomponente und die
Lernstandsübersicht.
InterSim basiert auf einem Lernkonzept, welches davon ausgeht, dass Lernen um
so erfolgreicher ist, je stärker die Handlungs- und Wahrnehmungsmöglichkeiten des
Lernenden angesprochen und kontinuierlich in den Lernprozess aktiv einbezogen
werden. Hinter diesem Lernkonzept steht die Annahme, dass sich Lernende inter- und
intraindividuell unterscheiden und ihnen daher unterschiedliche und entsprechend
angepasste Präsentationsformen und Lernwege durch ein Lernsystem geboten werden
sollten. Abhängig von der aktuellen Position auf dem Lernweg sind immer wieder
unterschiedliche Präsentationsformen sinnvoll. Das Lernkonzept von InterSim bietet
dem Lernenden freie Steuerungsmöglichkeiten mit der Orientierung an eine Führungskomponente, der eine sinnvolle Vorbelegung zugrunde liegt.
Neben der Führungskomponente besitzt InterSim eine integrierte Lernstandsübersicht (siehe Abb. 4). Diese bietet dem Lernenden neben einer Navigations- und Orientierungsfunktion die Möglichkeit, eine Übersicht über bereits bearbeitete und noch zu
bearbeitende Lernbereiche zu bekommen.
Die beiden von InterSim unterstützen Lernprozesse des selbstbestimmten und des
geführten Lernens werden durch drei Arbeitsformen unterstützt: Lernen, Aufgaben
und Überprüfung. Im Modus Lernen erhalten die Lernenden multimediale Präsentationen zum Betrachten, Lesen, Anhören und Explorieren. Der Modus Aufgaben enthält
Testaufgaben zur Überprüfung, ob die Lernenden den Gegenstand verstanden und
behalten haben. Die Lösungen der Lernenden werden durch InterSim kommentiert,
Fehler werden korrigiert und Alternativlösungen vorgeschlagen. Im dritten Modus
Überprüfung wird das erworbene Wissen ebenfalls durch Testaufgaben überprüft,
jedoch bietet InterSim keine Hilfe. Dieser Modus entspricht der realen Prüfungssituation, beispielsweise im Examen.
Die in InterSim integrierte Autorenkomponente ermöglicht es dem Lehrenden eigenes Lernmaterial in Form von Texten und Bildern einzufügen und zu editieren. Das
so erstellte Lernmaterial kann ergänzend zum bestehenden Inhalt von InterSim eingesetzt werden, es können aber auch völlig eigenständige Inhalte von den Autoren erzeugt werden.
2
Lehr-/Lernsystem »InterSim«
2.1
Design-Grundlagen
Bei der Medizinerausbildung geht es weitgehend um das Verständnis von Ursache,
Erkennung und Behandlung von Erkrankungen des Menschen. Zum Erlernen dieses
Verständnisses sind besonders multimediale Darstellungsformen geeignet.
Multimediale Lernsysteme sollten bestimmten Design-Prinzipien folgen, dazu
zählen beispielsweise Transparenz (Einfachheit und Verständlichkeit), Konsistenz
(gleichbleibendes Aussehen und gleichbleibende Anordnung wiederkehrender Ele-
mente), direkte Manipulationsmöglichkeiten (Klick-sensitive Bereiche auf dem Bildschirm), Fehlerfreundlichkeit (einfache Fehlermeldungen und Hilfen), Reversibilität
(Möglichkeit, einzelne Schritte rückgängig machen zu können) und Orientierungshilfen (Navigation) (Tulodziecki 2000, 66).
Die grafische Oberfläche von InterSim (siehe Abb. 1) ist in einen Navigationsbereich (links) und in einen Lernbereich (rechts) aufgeteilt. Um die Orientierung zu
erleichtern und die Konzentration auf das Wesentliche zu fördern, ist die Gestaltung
der grafischen Oberfläche absichtlich schlicht und einfach gehalten. Es wurde bewußt
auf den Einsatz von Scrollbars und Rahmen verzichtet. Der Text ist in einer serifenlosen Schrift gehalten, die auf dem Bildschirm leichter lesbar ist, die Farben sind insgesamt dezent und einheitlich.
keit zwischen verschiedenen Lernformen mit entsprechender Unterstützung durch das
System. Lernabschnitte (C) – hier finden sich die einzelnen systematischen Abschnitte
eines Fachgebiets (beispielsweise »Anatomie«). Übersicht (D) – Durch Klicken auf
diesen Button erhält der Nutzer jederzeit eine vollständige Übersicht des Lernbereichs
mit entsprechender Lernstandsanzeige (siehe auch Abb. 4). Systemeinstellungen (E) –
Hier kann der Nutzer das System für seine Ansprüche konfigurieren und sich jederzeit
Hilfe vom System geben lassen.
Abb. 2 Darstellung der einzelnen Bereiche der grafischen Oberfläche
Abb. 1 Beispiel einer interaktiv steuerbaren Animation
In Abbildung 2 sind die beiden Hauptbereiche Navigations- und Lernbereich optisch auseinandergezogen, um die Strukturierung besser erkennen zu können. Im folgenden Text werden diese Haupt- und Unterbereiche genauer erläutert.
Der Navigationsbereich (A) ist immer und auf jeder Seite sichtbar. Er besteht aus
folgende Elementen (von oben nach unten): Lernformen (B) – mit Auswahlmöglich-
Der Lernbereich besteht aus folgenden drei Strukturelementen (von oben nach unten):
Textbereich mit Haupttext (F) – Hier werden dem Nutzer allgemeine oder einführende
Informationen zum ausgewählten Lernabschnitt präsentiert. Im Text befinden sich
unterschiedlich hervorgehobene Begriffe, die mit entsprechenden Funktionen versehen sind. Durch Klicken auf blau markierte Begriffe werden entsprechende Bildstrukturen hervorgehoben. Diese Strukturen können auch direkt im Bild angeklickt werden
und werden dabei in gleicher Weise hervorgehoben. Grün markierte Begriffe zeigen
ebenfalls Strukturen im Bild auf, beziehen sich aber auf Elemente von zusammengesetzten Objekten, d.h. im Bild selber sind diese Strukturen nicht anklickbar. Begriffe
mit Unterstreichungen führen zu anderen Kapiteln und werden als Exkursionen behandelt. Zentraler Bildbereich (G) – Hier werden die jeweiligen Abbildungen eines
Lernabschnitts gezeigt. Das Bildfenster selber nimmt den größten Teil des Lernbereichs ein. Durch Überfahren der einzelnen Strukturen mit dem Cursor werden aktive
Bereiche durch farbliche Umrandungen hervorgehoben. Durch Klicken in diese Hervorhebungen werden Name und zugehöriger Text in einem PopUp-Fenster (H) eingeblendet. Der Text des PopUp-Fensters präsentiert (Detail)Informationen zur entsprechenden Struktur. Textbereich mit Meldungen (I) – Hier erscheinen Meldungen der
Führungskomponente, die dem Nutzer unterschiedliche Informationen geben. Ist
beispielsweise ein Kapitel erfolgreich bearbeitet worden, so erscheinen in dem Textbereich Vorschläge für weitere und zum Lernablauf passende Kapitel. Arbeitet der
Nutzer zu passiv mit der Präsentation, regt die Führungskomponente ihn mit entsprechenden Meldungen zu aktiverem Lernen an.
Bildbereiches plazierten Einführungs- oder Haupttext, zum anderen durch Texte in
PopUp-Fenstern.
Textinformationen sind bewusst knapp gehalten und auf das Wesentliche reduziert, um das Lesen auf dem Bildschirm zu erleichtern. Texte dienen insbesondere
beim entdeckenden Lernen der Erläuterung und ergänzen die visuelle Darstellung.
Visuelle und textliche Präsentationen werden dabei so eingesetzt, dass sie dem Inhalt
gerecht werden, d.h. abhängig von der Situation und vom Inhalt ist der Schwerpunkt
unterschiedlich zu setzen. Um die Konzentration auf das Bildliche zu fördern, werden
einleitende Texte auf Wunsch akustisch vorgetragen. Bei komplexen Abbildungen,
erst recht bei dynamischen Animationen oder Videosequenzen, ist die sprachliche
Erläuterung in Form von schriftlichen Texten unzureichend. Lautsprachliche Kommentierung als Präsentationsmodalität ist hier der schriftlichen überlegen. Die Lernenden erhalten synchron zur Betrachtung der Abbildung bzw. zum Film die inhaltliche Erklärung. Diese Präsentationsform bietet den Vorteil, das der Lernende nicht mit
dem Auge ständig umherwandern muss (Weidenmann 1995, 73).
Das komplexe Bild wird auf diese Weise mental zerlegt, einzelne Elemente erhalten sequenziell bei den Lernenden ihren semantischen Gehalt und ihre Verknüpfung.
Sie können sich kontinuierlich mit den Augen auf die Darstellungen richten, brauchen
also nicht zwischen Text und Bild zu springen. Die lautsprachliche Erläuterung kann
als Führung angelegt sein. Sie führt den Betrachter durch das visuelle Material. Lautsprachliche Präsentationen sind also zeitgebunden und damit „flüchtig". Die Präsentation hat eine vom Autor festgelegte Sequenz. Zusätzliche schriftliche Präsentation
kann diesen Mangel ausgleichen; Lernende können den Text vorab oder nachfolgend
überfliegen, auf einzelne Passagen wiederholt zugreifen, um schwierige Sachverhalte
zu verstehen. Auf diese Weise kann das Potenzial der bildlichen Präsentation, die
Codierung als Vorstellung und als Bezeichnung (siehe die Doppelcodierungsfunktion
(Paivio 1986)) voll ausgeschöpft und durch Animationen noch verstärkt werden
(Schulmeister 1997, 88).
2.2
Abb. 3 Beispiel einer interaktiv steuerbaren Animation
InterSim basiert in erster Linie auf der visuellen Präsentation von Informationen;
Dazu zählen Abbildungen, Grafiken und Videos. Abbildungen und Grafiken sind in
den meisten Fällen jedoch nicht selbsterklärend, so dass Lernende Hilfen zum Verstehen durch sprachliche Erläuterungen benötigen. Diese werden in InterSim zusätzlich
zu den Abbildungen in zweierlei Weise angeboten: Zum einen durch den oberhalb des
Lernermodelle
Durch multimediale Präsentationen soll das Verständnis von medizintypischen
komplexen Strukturen und funktionale Zusammenhänge durch angemessene Modalitäten (geschriebene und gesprochene Sprache) und angemessene Codierung (Text,
Tabelle, Grafik, 3D-Modell, Bild, Video, Animation) unterstützt werden. Lernende
werden in InterSim kognitiv und motivational unterstützt durch aussagekräftig gestaltete Präsentationen mit hoher Interaktivität und Explorierbarkeit (siehe Abb. 4).
Exploration als aktives Erkunden des Lernraumes unterstützt die Eigenständigkeit
der Lernenden. Sie können aufgrund eigener Präferenzen den jeweiligen Lerngegenstand und den Lernweg bestimmen, sie können Fragen nachgehen, die durch das
eigene Interesse angeregt werden. Ermöglicht wird Exploration in der Lernumgebung
durch Angebote, die den Lernenden eigene Aktionen der Anfrage und der Verknüpfung erlauben (Paul 1995). Am ausführlichsten wird exploratives Erkunden unterstützt
durch Modelle, die Verhaltensweisen im Sinne von Ursache-Wirkungsketten beinhalten, anhand derer die Lernenden Hypothesen prüfen und damit ihr Verstehen schrittweise aktiv konstruieren und ggf. korrigieren können.
2.3
Interaktive Führung
InterSim bietet es eine gezielte und interaktive Führungsunterstützung für die Lernenden, indem ihr Lernverhalten hinsichtlich der zu einem bestimmten Lernzeitpunkt
bereits bearbeiteten Lerninhalte ausgewertet wird; Abweichungen von den Lernempfehlungen sind ausdrücklich erlaubt und werden bei der weiteren Führung berücksichtigt.
Abbildung 4 zeigt beispielhaft die Lernstandsübersicht zum Lernabschnitt Anatomie, die einen schnellen Überblick ermöglicht aber auch eine detailierte Auflistung
aller Strukturen eines Lernabschnitts. Für jeden Lernabschnitt gibt es eine entsprechende Übersicht. Für den schnellen Überblick werden verschiedene Symbole angewandt: Jedes Kapitel eines Lernabschnitts wird durch einen Knoten (Rechteckige
»Schaltflächen« mit Beschriftung) repräsentiert. Links neben diesem Knoten befindet
sich ein Indikator in Form eines »Schauglases«, der die Menge des bereits präsentierten Stoffes dieses Kapitels anzeigt. Oberhalb der Skala befindet sich eine Kontrolllampe (»Leuchtdiode«), die solange gelb aufleuchtet, bis die jeweiligen Selbstüberprüfungsaufgaben vollständig und erfolgreich bearbeitet worden sind. Erst dann wechselt
ihre Farbe zu grün.
Die Führungskomponente folgt dem Konzept des »Exploration-Space-Control«
(Kashihara, Oppermann, Kinshuk, Rashev, & Simm 1997) und ist eng im Zusammenhang mit dem freien Explorieren zu sehen. Das freie Bewegen im Lernraum bedeutet
für den Lernenden einen Raum ohne Einschränkungen und Vorschriften, beziehungsweise das Fehlen von einengenden Lernpfaden (in dem Sinne, es gibt nur »einenbesten-Weg«), die keine oder wenig Rücksicht auf individuelle Unterschiede nehmen.
Durch das freie Explorieren sind individuelle Assoziationen und Hypothesen möglich.
Als Nachteil kann auf der anderen Seite gesehen werden, dass leicht eine Desorientierung in dem jeweiligen Lernraum entstehen kann. Davor soll die Führungskomponente schützen. Sie soll den Lernenden in ihrem Lernverhalten folgen, auf mögliche
Auslassungen hinweisen und die sinnvollen nächsten Schritte anzeigen.
Die Führungskomponente toleriert ausdrücklich Abweichungen von ihren Empfehlungen und schlägt »nachsichtig« neue Fortsetzungen vor, wenn die Lernenden
einmal von dem empfohlenen Pfad abgewichen sind. Empfohlene Pfade sind also
lediglich Leitlinien, an denen sich die Lernenden orientieren können, ohne für Abweichungen durch Tadel oder Ignorieren bestraft zu werden. Die Führungskomponente
beinhaltet verschiedene Lernräume und -pfade für die jeweiligen Curricula der beteiligten Zielgruppen.
2.4
Lernstandsübersicht
Während des Lernens sollen die Lernenden jederzeit wissen bzw. abfragen können, wo im Lernraum sie sich gerade befinden, was sie bereits bearbeitet haben und
was sie noch bearbeiten sollten. Hierzu wird eine Navigations- und Übersichtsfunktion
angeboten, die den Inhaltsraum hierarchisch strukturiert, um die einzelnen Einheiten
im Kontext anzuzeigen und adressierbar zu machen.
Abb. 4 Lernstandsanzeige am Beispiel des Lernabschnitts Anatomie
Zusätzlich zu der symbolhaften Darstellung kann sich der Lernende alle Informationen zu vorhandenen Strukturen und Aufgaben in Form von Listen anzeigen lassen.
Durch Klicken auf die Symbole mit der Maus werden weitere Darstellungsformen
sichtbar: Über das Schauglas wird eine vollständige Liste aller Strukturen einer Seite
angezeigt (ein Häkchen hinter dem Begriff zeigt an, das diese Struktur schon besucht
worden ist) und über die Leuchtdiode werden alle Fragen zu diesem Abschnitt aufge-
zeigt (ebenfalls mit Häkchen bei erfolgreicher Beantwortung). Durch weiteres Klicken
– auf beispielsweise einen Begriff aus der Strukturliste – wird der Lernende direkt zur
entsprechenden Struktur geführt, die dann optisch hervorgehoben wird. Die Lernstandsanzeige ist von jeder Seite aus aufrufbar und ermöglicht somit jederzeit eine
Orientierung.
se einsetzen und bei Gelegenheit jederzeit zwischen beiden Lernformen wechseln. Die
interaktive Führung unterstützt sie hierbei durch Orientierungs- und Motivationshilfen, ohne sie in ihrem individuellen Lernverhalten einzuschränken oder ihnen Lernpfade vorzuschreiben.
2.5
3.1
Autorenkomponente
InterSim bietet neben dem Lehr- und Lernsystem eine Autorenkomponente zur effizienten Modifikation und Weiterentwicklung des im Ausgangssystem enthaltenen
Lernraumes. So ist beispielsweise das im Prototypen behandelte Mittelohr auf das
gesamte Ohr, andere Bereiche der Hals-Nasen-Ohrenheilkunde und andere Fachgebiete der Medizin durch Lehrende erweiterbar.
Die Lehrenden setzen bei InterSim auf einem fertigen Lehrsystem auf, haben jedoch die Möglichkeit, Materialien und präferierte Vorgehensweisen aus ihrer eigenen
Lehr- und Arbeitspraxis in das Lehr- und Lernsystem zu integrieren. Die Autorenumgebung erlaubt somit die Einbettung mit Erstellung, Nutzung und Annotation des
Lernraumes in die klinische Praxis, so dass eine enge Verbindung von theoretischer
und fallbezogener Lehre erreicht wird (situiertes Lernen – siehe (Mandl, Gruber, &
Renkl 1995)).
3
Zusammenfassung
Aussichten
In der nächsten Entwicklungsstufe soll InterSim um eine fallorientierte Lernweise
erweitert werden, die sowohl den Erwerb von theoretischem Wissen wie auch die
Befähigung zu kompetentem Handeln in realen Situationen unterstützt. Diese Lernweise bildet eine wichtige Ergänzung neben dem systematischen Lernangebot, indem
theoretische Kenntnisse unmittelbar angewandt und in ihrer Bedeutung nachvollzogen
werden können. Die Falldarstellung bestehen aus verschiedenen Videoclips mit dazu
passenden Grafiken, Abbildungen, Animationen und Simulationen. Der zentrale Videoclip ist dabei so organisiert, dass der Fall schrittweise präsentiert wird und jederzeit von den Lernenden unterbrochen und selbstständig fortgeführt werden kann. Aus
dem Videoclip heraus gibt es immer wieder Verzweigungen und Verweise zu den
bestehenden statischen visuellen Informationen. Diese dienen dazu, beispielsweise
Detailinformationen zu liefern oder Basiswissen aufzufrischen.
Desweiteren soll die weitere Ausgestaltung der Lerninhalte und Präsentationsformen in enger Zusammenarbeit mit den Lernenden erfolgen. Geplant ist eine intensive
Überprüfung von InterSim durch Lernende, um so noch näher an die realen Bedürfnisse und Wünsche der Lernenden zu kommen.
Durch die interaktive Führung und die Lernstandsübersicht weist InterSim zwei
wesentliche Komponenten auf, die geeignet sind, die Lernenden zu unterstützen ohne
sie in ihrem individuellen Lernverhalten einzuschränken oder ihnen »enge« Lernpfade
aufzuzwingen.
Die Autorenkomponente soll hinsichtlich ihrer Ergonomie optimiert werden, damit
Lehrende leichter und schneller ihre eigenen Inhalte in InterSim integrieren können.
Die in InterSim angewandten Design-Prinzipien unterstützen die Lernenden und
motivieren sie zum eigenverantwortlichen Erwerb neuer Wissensbereiche. Gestärkt
wird diese Ausrichtung durch die Lernstandsübersicht, die einfach und übersichtlich
den vom System angebotenen Inhalt auf mehreren Ebenen visualisiert. Auf der ersten
Ebene genügt ein Blick, um die Verhältnisse zu erfassen; auf der zweiten Ebene werden detailierte Informationen gegeben, die durch die Verknüpfung mit den sie beschreibenden Strukturen einen direkten Zugriff auf diese Strukturen ermöglichen.
4
Die interaktive Führungskomponente bietet den Lernenden ein Werkzeug, welches
sie verlässlich durch einen definierten Lernraum führt. Unterschiedliche Lernertypen
werden durch InterSim untersützt: Lernende, die sich aus eigenem Interesse Wissensbereiche erschließen wollen und das freie und explorierende Lernen bevorzugen und
Lernenden, die schnell und zielgerichtet lernen wollen, um beispielsweise eine Prüfung zu bestehen. Beide Lernertypen können InterSim für ihre spezifischen Bedürfnis-
Referenzen
Kashihara, A., Oppermann, R., Kinshuk, Rashev, R., & Simm, H. (1997, 2 - 6 December 1997). An Exploration Space Control as Intelligent Assistance in
Enabling Systems. Paper presented at the International Conference on Computers in Education, Kuching Hilton International Hotel, Sarawak, Malaysia.
Mandl, H., Gruber, H., & Renkl, A. (1995). Situiertes Lernen in multimedialen Lernumgebungen. In L. J. Issing & P. Klimsa (Eds.), Information und Lernen mit
Multimedia (pp. 167 - 178). Weinheim: Psychologie Verlags Union.
Paivio, A. (1986). Mental Representations. New York: Oxford University Press.
Paul, H. (1995). Exploratives Agieren. Ein Beitrag zur ergonomischen Gestaltung
interaktiver Systeme. Frankfurt am Main: Peter Lang Verlag.
Schulmeister, R. (1997). Grundlagen hypermedialer Lernsysteme. Theorie - Didaktik Design. 2. Auflage. München: R. Oldenbourg Verlag.
Tulodziecki, G. (2000). Computerunterstütztes Lernen aus mediendidaktischer Sicht.
In R. Kammerl (Ed.), Computerunterstütztes Lernen (pp. 53 - 72). München:
R. Oldenbourg Verlag.
Weidenmann, B. (1995). Multicodierung und Multimodalität im Lernprozeß. In L. J.
Issing & P. Klimsa (Eds.), Information und Lernen mit Multimedia (pp. 65 84). Weinheim: Psychologie Verlags Union.