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Computer in der Ausbildung
Verwendete Lehrstrategien und Beispiele
Hilfesysteme
Lernergesteuerte Systeme
Trainingssysteme
Tutorielle Systeme
Simulationssysteme
Spielesysteme
Problemlösungssysteme
TS - WS 06/07
Diplm.-Inform. (FH) Thomas Wendt
1
Was ist E-Learning?
TS - WS 06/07
Diplm.-Inform. (FH) Thomas Wendt
2
Was ist E-Learning

entzieht sich formaler Definition, da …

junge Disziplin (ca. 1998)
 Praxisbegriff, der oft ganz unterschiedliche Dienstleistungen beschreibt
 entwickelt sich rasant [Minass2002]


in der Literatur findet man keine (de) oder sehr
unterschiedliche Definitionen (engl.)
Gemeinsamkeiten:




Systeme, die Lernen ermöglichen und Lerninhalte darbieten
Örtliche Unabhängigkeit
Individuelles und Gruppenbezogenes Lernen
Nicht Einheitlich:

Zeitliche Synchronität vs. Asynchronität
 Ausmaß der Technologie (www, internet, netzwerk, digitale techn., elektronische techn.)
 Reine Lernkomponenten oder Zusatzfunktionalität
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3
Was ist E-Learning
"E-Learning sind Systeme, die zeit- und
ortsunabhängig Lerninhalte mittels digitaler
Medien an Gruppen und Individuen
vermitteln." [Minass 2002, S.27]
Schreibweise: E-Learning, e-Learning, eLearning, E-learning
Synonyme:
First Term
Second Term
Third Term
Computer
Assisted
Aided
Based
Enhanced
Mediated
Interactive
Instruction
Learning
Education
Training
Teaching
Study
siehe [Minass 2002, S. 27] oder [Schulmeister 2002]
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4
Wissensvermittlung kontra Wissensverwaltung
Lernumgebung
Kursumgebung
TS - WS 06/07
Diplm.-Inform. (FH) Thomas Wendt
5
Wissensvermittlung kontra Wissensverwaltung
Lernumgebung
Administration
Kurseinschreibungen
Finanzen
Statistiken
Rechtevergabe …
Kursumgebung
Content Managment
Lehrtexte
Onlinebibliothek
Materialsammlungen …
TS - WS 06/07
Diplm.-Inform. (FH) Thomas Wendt
Skill Managment
Expertennetzwerk
Projekterfahrungen
Besuchte Kurse
Yellow Pages …
Community
Chat
Foren
FAQ
Blog
Wiki
Eventbase
Homepages …
6
Wissensvermittlung kontra Wissensverwaltung
Lernumgebung
Administration
Kurseinschreibungen
Finanzen
Statistiken
Rechtevergabe …
Kursumgebung
Skill Managment
Expertennetzwerk
Projekterfahrungen
Besuchte Kurse
Yellow Pages …
Kursplaner
Study/Training
Center
Content Managment
Lehrtexte
Onlinebibliothek
Materialsammlungen …
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Virtuelles
Klassenzimmer
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Community
Chat
Foren
FAQ
Blog
Wiki
Eventbase
Homepages …
7
Wissensvermittlung kontra Wissensverwaltung
Lernumgebung
Administration
Kurseinschreibungen
Finanzen
Statistiken
Rechtevergabe …
Kursumgebung
Kursplaner
Skill Managment
Expertennetzwerk
Projekterfahrungen
Besuchte Kurse
Yellow Pages …
Hier steckt die
(K)I der TS
Study/Training
Center
Content Managment
Lehrtexte
Onlinebibliothek
Materialsammlungen …
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Virtuelles
Klassenzimmer
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Community
Chat
Foren
FAQ
Blog
Wiki
Eventbase
Homepages …
8
Wie kann man TS klassifizieren?
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9
Kriterien für die Klassifikation
Steuerung des Lernprozesses






Programmgesteuert
Adaptiv
Adaptiv beratend
Adaptierbar
Lernergesteuert
Selbststeuerbarkeit

Lernziel

Kognitive Lernziel
Wissen, Verstehen, Anwenden, Analysieren, Synthetisieren, Evaluieren

Affektive Lernziele
Aufnehmen, Werten, Reagieren, Werte ordnen, Durch Werte bestimmt
sein

Psychomotorische Lernziele
Imitieren, Manipulieren, Präzisieren, Handlungen gliedern,
Naturalisieren
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10
Kriterien für die Klassifikation
Lehrinhalte






Fakten und kontextfreie Regeln
Kontextabhängige Regeln
Problemlösung
Komplexe Situation
Gestalt- und Mustererkennung
Subjektivitätsgrad

Prolog lernen
Syntax
Semantik
Pragmatik
Schemas
Beispiel
Aufgabe
Methodik [Bodendorf1990]








Lernen durch Hinweis
Selbstgesteuertes Lernen
Lernen durch Übung
Angeleitetes Lernen
Entdeckendes Lernen
Unterhaltendes Lernen
Learning by Doing
Sokratisches Lernen
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11
Klassifizierung

Die Klassifizierung von Lernersoftware orientiert sich an der
prinzipiellen Methodik








Hilfesysteme (passive und aktive)
Lernergesteuerte Systeme
Trainingssysteme
Tutorielle Systeme (passive und aktive)
Simulationssysteme
Spielsysteme
Problemlösungssysteme
Neben der Klassifizierung spielen auch die Fragen nach der
Effizienz der Ausbildung sowie Kosten-/Nutzenkriterien eine
Rolle bei der Beurteilung von Lernersoftware.
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Hilfesysteme
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13
Hilfesystem –Allgemein



Ein wesentliches Kriterium der Benutzerfreundlichkeit von
Dialogsystemen ist die Selbsterklärungsfähigkeit.
Hilfesysteme haben die vorrangige Aufgabe, Informationen
über die Handhabung und Nutzung der Software
bereitzustellen und Handlungsfehler seitens des Benutzers
zu beheben bzw. zu vermeiden.
Unter pädagogischen Gesichtspunkt können man ein
Lehrziel wie folgt definieren:
Herausbilden des Verstehens und Beherrschen einer
gegebenen Anwendungssoftware.
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14
Hilfesysteme – Passiv

Viele Programme liefern ein einführendes Tutorial mit, um
dem Benutzer einen ersten Überblick zu verschaffen





Videopräsentationen
Hypertext-Dokumente
Kommentierte Trainingsbeispiele (z.B. Flash MX)
Oftmals besitzen Programme einen sogenannten LaienModus bzw. "Tip-des-Tages"-Modus. Dabei wird das
Hilfesystem nicht erst auf Anforderung gestartet, sondern
eine "Erklärungshülle" um das Programm gebildet.
Eine Verbesserung der Hilfesysteme erhofft man sich durch
die Verwendung natürlichsprachlicher Interfaces. Dabei
erfolgt die Auswahl der Informationen nicht mehr
ausschließlich über Menüs, sondern es wird mit Hilfe
dynamischer Formulierungen kommuniziert. (Microsoft)
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Hilfesysteme – Passiv
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17
Hilfesysteme – Aktiv


Systeme, die Probleme bzw. inkorrektes Verhalten des
Benutzers erkennen und diagnostizieren können, nennt
man aktive Hilfesysteme.
Wurde ein Fehlverhalten erkannt, schaltet sich das
Programm selbstständig ein und präsentiert Hilfen oder
Tipps.

Bsp.: Ein Benutzer markiert einen Textabschnitt, versetzt den
Textcursor an eine andere Stelle und betätigt die Funktion
"Einfügen" – natürlich passiert nichts bzw. nicht das Richtige.
Erfolgen diese Aktionen mehrmals hintereinander, könnte das
Programm annehmen, das der Vorgang des Kopierens nicht
beherrscht wird und eventuell eine Hilfe vorschlagen.
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18
Hilfesysteme – Aktiv


Wird auch der Kontext (z.B. vorhergehende Hilfeleistungen)
und das aktuelle Verhalten des Benutzers mit einbezogen,
dann spricht man von adaptiven Systemen.
Je nach Situationsanalyse (z.B. durch Auswertung von
Aktionsprotokollen) werden die Erklärungen den
Vorkenntnissen und Bedürfnissen des Benutzers
angepasst.

Bsp.: Der Benutzer erhielt erste Informationen zum Kopieren mittels
Menü. Allerdings kopiert er sehr häufig Text. Durch Analyse des
Verhaltens erkennt das Programm dies (z.B. Anzahl der
Kopiervorgänge in einem Betrachtungszeitraum). Deshalb schlägt
es dem Benutzer andere Wege vor: Kopieren durch Drag-und-Drop,
mittels Tastenkombination oder Kontextmenü.
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Hilfesysteme – Wissensbasiert

Fortgeschrittene Formen von Hilfesystemen, bei denen der
Anwender durch eine Art Tutor bekleidet wird, der
kontrolliert, berät und auch lehrt, bezeichnet man als
intelligente bzw. wissensbasierte Hilfesysteme. In der Regel
umfassen sie die folgenden Komponenten:





Anwendungsmodell: Informationen über Funktion und Anwendung
des Anwendungsprogramms.
Benutzermodell: Individuelle Informationen über jeden Benutzer
(personalisierte Menüsysteme bzw. Desktop-Einstellungen).
Vermittlungswissen: Didaktische und pädagogische Regeln für die
Hilfepräsentation.
Monitor: Beobachten des Benutzerverhaltens, Erkennen der
Intentionen, entscheiden, welche Hilfen eventuell anzubieten sind,
Erweitern des Benutzermodells ( Aktionsprotokoll)
Berater: Realisierung der vom Monitor oder Benutzer angeforderten
Hilfefunktion.
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20
Hilfesysteme – Wissensbasiert
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Benutzerschnittstelle
Monitor
Anforderung
Beobachtung Nutzerverhalten
Benutzerhistorie
Anwendungsmöglichkeiten
Tutorial
Intervention der Beraters
2
Anwendung
1
6
Berater
5
Didaktikkomponente
4
3
Benutzer
modell
Anwendungsmodell
Hilfesystem
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21
Lernergesteuerte Systeme
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22
Lernergesteuerte System

Konzept lernergesteuerter Lehrsysteme beinhaltet drei
Grundprinzipien:
1.
2.
3.
Präsentation von Lehreinheiten durch das System:
Zu den Elementen des Lehrstoffes können Faktenwissen,
Prinzipien, Konzepte, Prozesserläuterungen, Beispiele, Übungen
und Test gehören. Diese Einheiten sind meist nach thematischen
Gesichtspunkten geordnet (Themen-DVD's).
Auswahl der Lehreinheiten durch den Benutzer:
Die Abfolge der Lehreinheiten wird vom Lernenden gesteuert, d.h.,
dieser legt die Sequenz der zu präsentierenden Einheiten selbst
fest. Er bestimmt somit über die Art und den Umfang der Lektionen,
über Beispiele und Test u.s.w. (WikiPedia)
Auswahl der Lehreinheiten durch einen menschlichen Tutor:
Die Abfolge der Lehreinheiten kann frei zusammengestellt werden,
allerdings nur von einem Tutor. Er erstellt unter pädagogischen
Gesichtspunkten einen Lehrplan und legt fest, was in welchem
Umfang und in welcher Reihenfolge präsentiert wird. (FernUni)
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Lernergesteuerte System – Beispiele

Hilfesysteme und lernergesteuerte System verwenden immer häufiger
Autorensysteme bzw. multimediataugliche Programmierumgebungen:

Asymetrix Instructor (ToolBook): buchbasiertes Autorenwerkzeug
 Macromedia Authorware: Ablaufbasiertes Autorenwerkzeug
 Macromedia Director: filmbasiertes Autorenwerkzeug
 HTML: viele Browser sind in der Lage, multimediale Informationen
bereitzustellen (Text, Bilder, Videos, Animationen, Audio)

Weiterentwicklung sind "elektronische Bücher". Die Idee dabei ist, den
Inhalt eines Lehrbuches (das Wissen) zusammen mit dem strukturellen
Aufbau (Bilder, Grafiken, Beispiele ...) in Form einer vernetzten
Datenbasis auf dem Computer bereitzustellen

Lexika: z.B. Microsoft Encarta Plus 2001...
 Lehrbücher: z.B. WinFunktion Physik 9.0...
 Populärwissenschaftliche Bücher: z.B. Welt der Wunder ...
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25
Lernergesteuerte System – Beispiel (2)
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26
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Lernergesteuerte System – Fazit


Positiv: Durch die Individualisierung des
Unterrichtsablaufes, der durch den Benutzer vorgegeben
wird, kann im allgemeinen eine besonders schlechte
Stoffvermittlung (einseitig, unmotiviert bzw. "am Ziel
vorbei") vermieden werden.
Negativ: ein besonders gutes Selbststudium wird
allerdings in vielen Fällen auch nicht erreicht;


der Benutzer ist oft nicht in der Lage, eine günstige Lernsequenz
aufzubauen und dafür geeignete Beispiel, Übungen und Tests
einzubeziehen bzw.
die Ergebnisse der Tests richtig auszuwerten.
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Trainingssysteme
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Trainingssysteme




Trainingssystem werden oft im Sinne "Drill and Practice"
verwendet.
Bei solch einem Programm geht man davon aus, das der
Anwender schon ein gewisses Vorwissen besitzt, das es
einzuüben gilt.
Der Dialogverlauf ist dabei fast umgekehrt zu passiven
Hilfesystemen: das Trainingssystem stellt Fragen und
erwartet vom Lernenden eine passende Antwort. Ist dieser
dazu nicht in der Lage, wird eine Erklärung geliefert.
Zu Beachten: Es wird mit solchen Programmen keine
ausführliche Wissensvermittlung erricht, sondern allenfalls
werden Wissenslücken geschlossen.
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30
Trainingssysteme – Module: Einführung

Nach dem Start ist es bei diesem System üblich, den
Benutzer zu parametrisieren (Benutzermodell)





Auswahl des Stoffgebietes
Festlegung des Schwierigkeitsgrades
Anzahl der Fragen
Ausgefeiltere Systeme können diese
Variationsmöglichkeiten über das Benutzermodell
dynamisch entsprechend dem Dialogverlauf steuern.
Ebenfalls kann es nötig sein, in der Einführungsphase
mit der allgemeinen Bedienung vertraut zu machen bzw.
Systemvoraussetzungen zu prüfen



z.B. welche Grafikauflösung eingestellt ist oder welche Farbtiefe
ist in Internet-Zugang vorhanden oder nicht ...
existiert auf dem Computer ein ganz bestimmtes Programm
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32
Trainingssysteme – Module: Frageselektion

Es gibt verschieden Strategien, die Fragen auszuwählen und
zu präsentieren, z.B.

Zufallsauswahl:
die Fragen werden nach einem verhältnismäßig leicht zu
implementierenden Zufallsmechanismus ausgewählt. Diese
Verfahren ist jedoch bezüglich des Trainingseffektes
ineffizient: die Wiederholung von richtig beantworteten
Fragen nimmt im Verhältnis zur Fragenanzahl zu, die
Wiederholung falsch beantworteter Fragen nimmt ab.
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Zufallsprinzip
Fragenpool
Frageliste
Falsch beantwortete
bzw. neue Frage
Schon einmal richtig
beantwortetet Frage
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34
Trainingssysteme – Module (3)

Warteschlangentechnik:
Durch geschickte Organisation einer
Warteschlange versucht man, die Auswahl und
Wiederholung von Fragen vom Antworterfolg
abhängig zu machen  Karteikartenprinzip

Intervallmethode:
Verfeinerung der Intervallmethode; alle Fragen
sind zu Beginn mit n Wiederholungen zufällig in der
Warteschlange verteilt; wird eine Frage falsch
beantwortet, wird die Frage aus allen Positionen
entfernt und dann in einem festen Intervallmuster
wieder eingefügt.
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35
Karteikasten
Ein Tag
Nach einer Woche
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36
Trainingssysteme – Module (4)

Fragestellung, Antwortanalyse und Feedback
 Diese
Punkte entsprechen den Gegebenheiten bei
Tutoriellen Systemen und werden deshalb dort
behandelt

Abschluss:
 Für
die Beendigung einer Trainingssitzung gibt es
verschiedene Möglichkeiten:





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Abbruch durch den Benutzer; er kann das Programm an jeder
beliebigen Stelle verlassen und gegebenenfalls wird ein
Bookmark gesetzt.
Richtige Beantwortung einer gewissen Anzahl von Fragen
Richtige Beantwortung eines Mindestprozentsatzes der
vorgegebenen Fragenserie
Ablauf einer festgelegten Zeit
Erreichen einesDiplm.-Inform.
bestimmten
Schwierigkeitsgrades
37
(FH) Thomas
Wendt
Trainingssysteme – Fazit


Zur Leistungskontrolle sollten dem Benutzer
entsprechende Daten zur Verfügung gestellt
werden.
Trainingsprogramme werden hauptsächlich
eingesetzt, um Faktenwissen zu festigen bzw. zu
erweitern
 Wortschatzübungen
 Definitionen
und feste Daten
 Test wie z.B. Fahrschule ...
 Rechentests
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38
Tutorielle Systeme
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39
Tutorielle Systeme (TS)

Im Gegensatz zu lernergesteuerten Systemen
übernehmen Tutorielle System nicht nur die Präsentation
von Informationseinheiten, sondern auch die Aufgabe
eines Tutors (Lehrers)

TS führen den Lernenden auf einem didaktisch
vorgeplanten Weg durch das Stoffgebiet.

Die Qualität der Umsetzung von "Lehrerwissen" und die
Flexibilität des Systems in Bezug auf die
Wissensvermittlung bilden eine Skala zur Bewertung und
Klassifizierung von Tutoriellen Systemen.
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40
Tutorielle Systeme (Einteilung)

"Einfache TS": behavioristisch motivierte Systeme, bei
denen die Prinzipien des PU umgesetzt werden.


"Adaptive TS":



Auch Trainingssysteme kann man zu diesen "Einfachen TS"
zählen: der Trainer (Coach) gibt Aufgaben in einer Reihenfolge
vor, die ein "simples" Memorieren gestatten.
Adaptierbare Systeme können durch einen externen Eingriff auf
bestimmte Lernsituationen/-bedingungen angepasst werden.
Adaptive Systeme passen sich intern durch Beobachten und
Analyse des Lernerverhalten an.
"Intelligente Tutorielle Systeme (ITS)": Systeme, die auf
KI-Methoden aufsetzen und sowohl das Expertenwissen
eines Tutors (Wie wird gelehrt) als auch das Wissens
eines Experten der Lehrdomäne (Was wird gelehrt)
enthält. Gleichzeitig passt sich dieses System – in
Analogie zu einen menschlichen Lehrer – selbstständig
an den Lerner an.
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



Definition der Lernziele und
Lerninhalte
Inhaltsverzeichnis in
Menüform/Sitemap
Dialogführung und
Systembedienung
Durchführung eines Einstiegs- oder
Einstufungstestes
Komplexitätszunahme
Tutorielle Systeme - Einführung
"Einfache" TS
Adaptive TS
Intelligente TS

Bezugnahme auf
Vorwissen/Lerngeschichte
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Tutorielle Systeme – Informationspräsentation

Ein tutorielles System besitzt



Generell unterscheidet man bei der
Informationspräsentation zwei Arten:



verschiedene Arten von Lerneinheiten: Erklärungen, Beispiele,
Übungen, Tests  Lehratome
unterschiedliche Darstellungsformen: Text, Grafik, Video,
Audiosequenzen, Animationen
Introduction-Frame: die Einführung neuer Fakten
Link-Frame: die Assoziierung mit bekannten Wissen
Neben der Darstellung der Informationseinheiten ist der
didaktische Aufbau eines Tutorials von Bedeutung.
Dieser sollte den Prinzipien der nichtcomputerunterstützten Unterweisung folgen 
Lernpsychologie und Pädagogik
 Curriculum
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Tutorielle Systeme – Informationspräsentation (2)

Vorschläge zur Gestaltung (Auswahl)

Länge der Textdarstellung:




Grafiken und Animationen:




Günstig für Erst- und Übersichtsinformationen
Keine zu starke Detaillierung
Gleichzeitiges Darstellen von Erklärungstexten
Farbgestaltung:





Aufteilung in möglichst kleine Abschnitte
Max. sieben Items bei einer Aufzählung
Möglichst keine Scrollen einer Bildschirmseite
Farbe nur als Zusatz-, nicht als Kerninformation
Nicht mehr als vier Farben gleichzeitig
Vermeidung von direkten Rot/Blau, Grün/Blau, Rot/Grün und
Blau/Gelb-Kombinationen
Vermeidung von blinkenden und funkelnden Farbanimationen
Handling:



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Kontrolliertes Vor- und Zurückblättern
Einfache Eingabemöglichkeiten (Zielgruppe)
Hilfefunktionen Diplm.-Inform. (FH) Thomas Wendt
45
Tutorielle Systeme – Fragestellung und Antwortanalyse


Ein Merkmal eines TS ist, wie oft und in welcher Form
Fragen an den Benutzer gestellt werden und wie die
Konsequenzen aus den Antworten aussehen.
Man unterscheidet im Allgemeinen zwei Formen von
Fragen:



Fragen mit Auswahlantworten: Vorgabe einer Reihe von
Antwortmöglichkeiten, aus denen zu selektieren ist.
Fragen mit freien Antworten: Unreglementierte Eingabe durch
den Lernenden.
Es erfordert einen relativ hohen Aufwand, um die
Beherrschung eines Lehrstoffes zu prüfen. Um diesen
Aufwand zu begrenzen, benutzen die meisten
konventionellen TS Multiple Choise-, Ergänzungs- oder
Kurzantworten.
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46
Tutorielle Systeme – Fragestellung und Antwortanalyse

Die inhaltliche Antwortanalyse kann zu folgenden Ergebnissen
kommen:







Die Antwort ist korrekt.
Die Antwort ist teilweise korrekt und enthält vorhergesehene Fehler.
Die Antwort ist teilweise korrekt und enthält unerwartete Angaben.
Die Antwort ist vollständig inkorrekt und enthält vorhergesehene Fehler.
Die Antwort ist vollständig inkorrekt und enthält unerwartete Angaben.
Die Antwort enthält eine Anforderung, z.B. mehr Informationen,
Hilfefunktion aufrufen oder Zurückblättern ...
Bei "einfachen" Trainingssystemen werden im allgemeinen nur
Fehlerpunkte gesammelt. Bei TS sollte die Analyse der Antworten
Einfluss auf die weitere Stoffpräsentation nehmen.
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47
Tutorielle Systeme – Fragestellung und Antwortanalyse

Konnte die Fehleranalyse Aufgaben bewerten, ohne auf
unerwartete Fehler zu stoßen, so lassen sich die Fehler
klassifizieren in:





R – Richtig
Die Antwort stimmt mit den Vorgaben vollständig überein.
U – Unvollständig
Die Antwort enthält nur korrekte Angaben, aber nicht alle.
T – Teilweise
Die Antwort enthält korrekte und falsche Angaben.
F – Die Antwort enthält in sämtlichen Teilen unrichtige Daten.
Die unerwarteten Fehler werden der Klasse N (Nichtidentifizierbar) zugeordnet und lassen sich didaktisch oft
nicht auswerten.
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48
Tutorielle Systeme – Fragestellung und Antwortanalyse

Auswahlantworten:




Alternativantworten: Treffen binärer Entscheidungen
Multiple Choise-Antworten: Spezifikation einer oder mehrerer
Antworten aus einem vorgegebenen Menü
Zuordnungsantworten: Bildung von Zuordnungspaaren aus
Elementen zweier Listen
Markierungsantworten: Direkte Kennzeichnung von Elementen
der Informationsdarstellung
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49
Variation einer Aufgabe



Gezeigt werden soll, wie sich die Typisierung bzw.
Gestaltung einer Zuordnungsaufgabe in der Praxis
auswirkt.
An Hand eines einfachen Beispiels werden drei
verschiedene Varianten durchgespielt und gezeigt,
welche Auswirkungen die Gestaltung auf die
Aussagekraft der Lernerantwort hat.
Ausgangspunkt (Variante 1) ist eine klassische MultipleGraph
Choise-Aufgabe "N aus 5"
Welche der aufgeführten Ringgefährten sind
Hobbits?
Frodo
Aragon
Strukturmatrix
Sam
S = (10110)
Pippin
Gimli
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50
Variation einer Aufgabe

Profil von Variante 1:




MC-Frage mit 5 Antwortmöglichkeiten, jede Antwort einzeln
selektierbar
3-aus-5 – Frage (es sind immer drei richtige unter den fünf
Antwortmöglichkeiten)
Antwortraum besteht aus 31 Elementen (25-1)
Sinnvolle Antwortwerte:





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R(ichtig): 1
U(nvollständig): 6
T(eileweise richtig): 21
F(alsch): 3
Wahrscheinlichkeitsverteilung der Antwortmenge bei
zufälliger Auswahl
(R = 0,032; U = 0,194; T = 0,677; F = 0,097)
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51
Varianten einer Aufgabe

Variante 2 wird als eine Folge von Alternativen betrachtet
(Ja/Nein-Sequenze)
Graph
JA
NEIN
Welche der aufgeführten Ringgefährten sind
Hobbits?
Frodo
JA
NEIN
Aragon
JA
NEIN
Sam
JA
NEIN
Pippin
JA
NEIN
Gimli
JA
NEIN
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Strukturmatrix
1 0 1 1 0

S  
0 1 0 0 1
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52
Variation einer Aufgabe

Profil von Variante 2:


Antwortraum besteht aus 32 Elementen (25)
Sinnvolle Antwortwerte kommen




R(ichtig) (genau 1)
T(eileweise richtig): 30
F(alsch) (genau 1)
Wahrscheinlichkeitsverteilung der Antwortmenge bei zufälliger
Auswahl
(R = 0,031; T = 0,938; F = 0,031)
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53
Varianten einer Aufgabe

Variante 3 wird als eine Zuordnung durch Markierung aus einem
begrenzten Vorrat realisiert
Graph
Welche der aufgeführten Ringgefährten sind
Hobbits?
Frodo
Aragon
Sam
Pippin
Gimli
TS - WS 06/07
Strukturmatrix
S  1 0 1 1 0
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54
Variation einer Aufgabe

Profil von Variante 3 ("3-aus-5"):


Antwortraum besteht aus 10 Elementen
Sinnvolle Antwortwerte kommen





R(ichtig) (genau 1)
T(eileweise richtig): 9
Keine Falsch-Antworten, da nur zwei falsche Möglichkeiten
Wahrscheinlichkeitsverteilung der Antwortmenge bei zufälliger
Auswahl
(R = 0,1; T = 0,9)
Variante 3b (es müssen nicht alle Elemente vergeben
werden):


Antwortraum nun 25 Elemente
Wieder dabei U, F
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Tutorielle Systeme – Fragestellung und Antwortanalyse

Freie Antworten:

Ergänzungsantworten: Meist Ausfüllen von Textlücken.
Der Hobbit _______ war der Ringträger. Sein treuer Freund
______, seines Zeichen Gärtner, half ihm, wo er konnte.

Kurzantworten: Angabe von Stichworten, Zahlen oder Symbolen
Wann war die "Maueröffnung": ____________

Natürlichsprachliche Antworten: Eingabe frei formulierter Texte.
Was ist KI: ???
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Tutorielle Systeme – Fragestellung und Antwortanalyse

Um den Aufwand der Antwortanalyse weiter zu reduzieren, räumt
man den Lernenden eine gewisse Freiheit bei der Beantwortung von
Fragen ein:

Akzeptieren unerwarteter Groß- oder Kleinschreibung:
Mit was fuhr Frank auf den Markt?  FaHrrad

Tolerierung von Tippfehlern:
Stromstärke == Stromstarke == Stromstörke

Ausblenden von Füllwörtern sowie irrelevanten Leer- und
Sonderzeichen:
Durch die Stromstärke und die Spannung  Stromstärke Spannung

Erkennen richtiger Antwortteile
 Zulassen von Toleranzen bei numerischen Antworten:
Wie groß ist PI?  4 (falsch) 3.1 (zu ungenau) 3.14 (okay)
3.14159 (okay)
 Akzeptieren ungefährer Rechenergebnisse
Um welchen Faktor vermehrt sich die Population A?  5.6 (korrekt
wäre 5.8, wird aber wegen  0.5 akzeptiert)
TS - WS 06/07
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57
Tutorielle Systeme – Feedback


Bei korrekten Antworten: positives, bestärkendes Echo
Bei negativen Antworten (je nach Analyse):






Dieselbe Frage wird in einer anderen Form präsentiert.
Hinweise in verschiedenen Ausführlichkeitsstufen werden angeboten.
Bei komplexen Fragestellungen können Teile der richtigen Antwort
gezeigt werden.
Es kann ein ähnliches, gelöstes Beispiel gezeigt werden.
Es wird eine Musterlösung bzw. eine allgemeines Lösungsschema
gezeigt.
"Intelligente" Systeme können einen breiten Kontext an
Informationen und das bisherige Verhalten des Lernenden in die
Analyse der Antwort einfließen lassen und so ein individuelles und
systematisches Fehlverhalten erkennen. Das Ergebnis der Analyse
könnte dann

zu einer Rückwärtsverzweigung und Wiederholung,
 einem Vorwärtssprung im Stoff,
 zur Präsentation von Zusatzlektionen oder
 weiteren, angepassten Tests u.ä. führen.
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58
Tutorielle Systeme – Feedback (2)

Es werden mehrere Stufen bei der Ablaufsteuerung in
einem TS unterschieden:
1.
2.
3.
4.
Response Insensitive: Verzweigungen basieren ausschließlich
auf der letzten Antwort des Lernenden; das Ablaufschema ist
fest vorgegeben.
Response Sensitive: Das System bildet sich aufgrund der
bisherigen Antwort ein Modell von der Stoffbeherrschung des
Lernenden und verzweigt flexibel.
Ideographic: Zur Steuerung des Unterrichts werden zusätzliche
Charakteristika des Lernenden hinzugezogen, wie z.B.
Neigung, Lerngewohnheiten, Alter oder Vorbildung (meist
explizit) (Adaptierbare Systeme).
Student Model: Mit wissensbasierten Methoden wird ein
umfangreiches Modell des Lernenden abgeleitet, das zur
Bestimmung einer individuellen Lehrstrategie dient (meist
implizit) (Adaptive Systeme).
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59
Tutorielle Systeme – Abschluss




Daten der Dialogsitzung werden für eine spätere Sitzung
gespeichert
Zusammenfassung des behandelten Stoffes
Erfolgsstatistik des zu behandelten Stoffes
Empfehlungen für die nächste Anwendung
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60
Simulationssysteme
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61
Simulationsmodelle


Hauptziel von Simulationsmodellen ist es, dem
Lernenden ein mentales Modell eines realen Objektes
oder Prozesses zu vermitteln sowie ein aktives
Verhalten, Manipulieren und Testen dieses Modells
vorzusehen.
Dabei wird das Lernen durch Entdecken und die
Möglichkeit, mit erworbenen Wissen zu hantieren,
favorisiert.
Einführung
Szenariopräsentation
Aktionsanstoss
Abschluss
Reaktion
Aktion
(Lernender)
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62
Simulationsmodelle – Typen

Objektmodell:
ein gegebenes Objekt, z.B. eine Maschine, ein Vulkan,
der Mensch ..., wird als abstrahiertes Modell mittels
Computer dargestellt. Das Modell gestattet eine
interaktive Untersuchung des Aufbaus, des Verhaltens
und des Zusammenwirkens der Einzelkomponenten 
Oft ist eine gleichartige Untersuchung des realen
Objektes nicht möglich ( Voxel-Man)
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63
Simulationsmodelle – Typen

Prozessmodell:
Mittels Computer wird ein Prozessablauf dargestellt und
oft auch visualisiert, der im Realen oft nicht beobachtbar
wäre. Der Lernende kann mittels Eingabeparameter
Einfluss auf den Prozess nehmen und so durch
Experimentieren ein Verständnis für den Prozess
gewinnen.
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64
Simulationsmodelle – Typen

Aktionsmodelle:
Hauptaugenmerk bei diesen Simulationen ist die
Vermittlung von Fähigkeiten.
Der Computer simuliert reale Objekte und Verhältnisses,
die aktiv beeinflusst und beherrscht werden müssen.
Beispiele: Flugsimulatoren, Fahrsimulatoren, Virtuelle
Maschinen, Virtuelle Operationen an Virtuellen Patienten
u.s.w. ...
Charakteristisch für Aktionsmodelle ist, das auf jede
Aktion des Benutzers sofort eine Reaktion des Modells
erfolgt (meist in Echtzeit), die zu einer neuen Situation
führt, die eine andere Aktion erzwingt u.s.w. ...
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65
Simulationsmodelle – Typen

Mikrowelten:
Eine weitere Art von Modellen beschreibt ein Szenario,
in dem der Lernenden integriert ist, er spielt eine
bestimmte Rolle und wird dadurch zu einem handelnden
Bestandteil des System,
z.B. der Qualitätskontrolleur in einer Modellfabrik, der
Entscheidungen über die Art, den Umfang und die
Häufigkeit der Kontrollen treffen muss.
Im Gegensatz zu Aktionsmodellen wird hier meist nicht
in Echtzeit gehandelt.
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66
Simulationssysteme – Beispiele 1

VisualBEFORE (UfZ Leipzig-Halle GmbH, Fr. Cindy
Löther)


Simulation und Visualisierung eines naturbelassenen
Ökosystems – des Buchenurwaldes
"Das Simulatuionsmodell BEFORE stellt die Entwicklung eines
Buchenurwaldes in Form eines Mosaiks der Entwicklungsstadien
dar (zellulärer Automat) zu rein wissenschaftlichen Zwecken.
VisualBEFORE dagegen soll einen 3D Film der Entwicklung des
Buchenurwaldes zeigen, der es auch Laien ermöglicht, diese
Entwicklung nachzuvollziehen" [Löther, 2003]
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67
Simulationssysteme – Beispiele 2

Simulation dynamischer Systeme: Fuchs und Hase




In einem begrenzten Ökosystem liefern sich Fuchs und Hase
einen Überlebenskampf.
Verschiedene Parameter haben Auswirkungen auf diesen
Kampf: z.B. Geburtenrate, Mutationsrate, Nahrungsbedarf …
Ziel ist es, zum Beispiel eine Gleichgewicht des Systems zu
erlagen. Die Frage ist: Gelingt das und wie müssen die
Parameter eingestellt sein.
Verschiedene Herangehensweisen an die Simulation:


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Diffenzialgleichungen
Evolutionäre Algorithmen
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68
Simulationssysteme – Beispiele 3 / 4


Simulation von Logischen Schaltungen
Simulation von Suchverfahren in Graphen
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69
Spielesysteme
TS - WS 06/07
Diplm.-Inform. (FH) Thomas Wendt
70
Spielsysteme


Spielsysteme haben große Ähnlichkeit mit
Simulationssystemen; allerdings überwiegt bei ihnen oft
der Unterhaltungswert – durch eine Konkurrenz- bzw.
Wettkampfsituation wird der Benutzer dazu gebracht,
seine Leistungen ständig zu verbessern.
"Gegner" können dabei entweder der Computer oder
auch andere Mitspieler sein.
Einführung
Szenariopräsentation
Abschluss
Reaktion
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Aktionsanstoss
Aktion
(Gegenspieler)
Aktion
(Lernender)
71
Spielsysteme (2)




Einführung:
enthält Zieldefinition, Spielregeln, Bedienungshinweise
und die Einstellung der Anfangsparameter.
Szenariopräsentation / Aktionsanstoß:
Das System stellt eine Ausgangssituation her.
Aktion (Lernender):
Der Benutzer trifft nun bzgl. der vorgegeben Situation
Entscheidungen. Dabei müssen oft die potentiellen
Handlungen der Konkurrenten in die Überlegung
einbezogen werden. ( Strategiespiele, Schach, GO ...)
Abschluss:
Auswertung der gezeigten Leistungen in Form von
Ranglisten; liefern von Kritiken und
Verbesserungsvorschlägen
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72
Spielsysteme (3)


Der Unterschied der Spielsysteme zu "klassischen"
Computerspielen liegt im didaktischen Konzept.
Beispiele:



Unternehmensplanspiele: als Leiter einer virtuellen Firma
muss man sich zwar auf dem "Weltmarkt behaupten" und Profit
anhäufen, allerdings dient solch ein Spiel meist dazu,
betriebswirtschaftliches Fakten- und Handlungswissen zu
vermitteln bzw. zu üben.
Aufbaustrategie (Völker, Age of Empire, Culture ...): Diese
Spiele besitzen zwar einen überwiegenden Unterhaltungswert
und benutzen meist Fantasy-Welten, jedoch lehren sie
grundlegenden Konzepte  Ohne Ackerbau kein Getreide –
ohne Getreide keine Nahrungsmittel – ohne Nahrungsmittel
keine Wirtschaft – ohne Wirtschaft keine finanzielle Stabilität ...
Adventure-Spiele: viele dieser Spiele basieren auf den
Entdecken und Lösen logischer Rätsel. Bei guten Spielen
können diese Rätsel aus "realen" Naturgesetzen beruhen (
Physikus, Informaticus, Chaos am Set?) oder üben ganz
allgemein das logische Denkvermögen.
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Problemlösungssysteme

Problemlösungssysteme behandeln komplexe
Fragestellungen, zu deren Lösung
Zusammenhangswissen und integratives Denken
(Vernetztes Denken) notwendig ist. Dabei können
folgende Zielrichtungen unterschieden werden:

Synthetischer Ansatz: Ein Ziel wird exakt beschrieben und ein
"Baukasten" mit Bauteilen und Instrumenten vorgegeben.


Z.B. Vorgabe eine Problems  Entwicklung eines
Problemlösungsalgorithmus und Realisierung in einer
Programmiersprache ( Mindstrom-Roboterspielzeug)
Analytischer Ansatz: Ein Problem wird vorgegeben, das
analysiert werden muss, um eine Lösung zu finden.

TS - WS 06/07
Z.B. Auffinden von Gerätefehlern oder medizinische Diagnostik
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