Universität Hannover
Lange Laube 3, 30159 Hannover
{henze,nejdl}@kbs.uni-hannover.de
Das KBS Virtual Classroom Project:
Informatik-Ausbildung über das Internet
Nicola Henze und Wolfgang Nejdl
Zusammenfassung:
Internet-gestütztes Lehren und Lernen ist Forschungsgegenstand in
zahlreichen Forschungsprojekten. Als erster Schritt wird meist das
Internet für die Bereitstellung von Unterlagen bestehender Vorlesungen
benutzt. Danach jedoch liegt die Kernaufgabe darin, die volle
Funktionalität internet-basierter Techniken zu nutzen, um Lernen und
Lehren in solch einer Umgebung weiter zu verbessern und effektiv zu
gestalten. In diesem Artikel stellen wir das KBS Virtual
Classroom Project vor, seine theoretische Grundlage in Form des
konstruktivistischen Ansatzes in der Lehre, die Umsetzung in unseren
Vorlesungen und den derzeitigen Implementationsstands des Projekts.
Innerhalb des KBS Virtual Classroom
Projects
arbeiten wir seit 1996 an einer virtuellen Lernumgebung auf der
Grundlage des Internet und des World Wide Web. Ein Hauptziel
dieses Projekts ist es, internetbasierte Techniken zur
Verbesserung von Lehre und Lernen in unseren Vorlesungen
einzusetzen und nicht einfach bisherige Vorlesungs- und
Übungspraktiken in eine internetgestützte Vorlesung zu
übertragen. In diesem Artikel stellen wir die didaktischen
Grundideen unseres Ansatzes vor sowie die Konzepte und Techniken,
die wir zur Realisierung unserer Lernumgebung eingesetzt haben.
Zu Beginn stellen wir die wesentlichen Punkte konstruktivistischen
Lehrens und Lernens vor und diskutieren unseren Ansatz der
Goal-Based Scenarios. Wir analysieren die Konzepte und Folgerungen,
die sich aus der Verwendung von Goal-Based Scenarios ergeben sowie
deren Realisierung im Rahmen unserer Vorlesungen und Übungen. Wir
stellen die technische Umsetzung unserer Ansätze auf Basis des
Internet und World Wide Web vor und evaluieren unsere derzeitige
Lernumgebung.
Eine Vielzahl von Projekten setzt sich mit den verschiedenen Formen
multimedialer Lehre auseinander. Aufgrund der großen, geradezu
explosionsartigen Verbreitung des Internets und des WWW basieren viele
dieser Projekte auf diesen Technologien, da sie gerade in Beziehung
auf Interaktivität neue Möglichkeiten bieten. Diese Projekte lassen
sich im wesentlichen in folgende Kategorien [6] einteilen
(manche Projekte fallen dabei ev. in mehr als eine Kategorie):
- Remote Lecturing (Video / Audio /
Hochgeschwindigkeitsnetze / MBone),
- Internet-basierte Vorlesungsunterstützung mit
Studenteninteraktionen (High-Bandwidth),
- Internet-basierte Vorlesungsunterstützung mit
Studenteninteraktionen (Low-Bandwidth),
- virtuelle Universität und universitätsweite Projekte und
- Electronic und Hypermedia Books.
Die Anwendungsbereiche dieser Projekte befinden sich zum einen in der
Primärausbildung in den Schulen (vgl. die Initiative
``Schulweb'', oder das
Comenius-Projekt),
zum anderen an Universitäten und Weiterbildungseinrichtungen. Da es
uns Platzgründen nicht möglich ist, eine ausführlichere Beschreibung
der Projekte und ihrer Einordnung gemäß der obigen Charakterisierung
zu geben, möchten wir auf unseren Artikel ``Multimedia und Internet in
der Lehre'' [6] verweisen.
Der Aufbau und die Intention von virtuellen Lernumgebungen profitieren von
einem fundierten Lehrkonzept, das besonders auf die Erfordernisse dieser
Lernumgebungen zugeschnitten ist. Ein einfaches Übertragen der bisherigen
Lehrweise in eine virtuelle Lernumgebung bringt nicht nur die (bekannten)
Nachteile, nur in einem neuen Gewand, mit sich, sondern nutzt auch die
Möglichkeiten, die der Einsatz neuer Technologien bringen könnte, nicht in
genügendem Maße aus.
Lehrkonzepte, die sich in diesem Zusammenhang als vielversprechend
erweisen, und (nicht nur) in der akademischen Ausbildung große
Vorteile bringen können, sind konstruktivistische Lehr- und
Lernmethoden (vgl. z.B. die Diskussion in [1]). Kritische
Elemente während des Designs konstruktivistischer Lernumgebungen sind
die Spezifikation und die Einbindung von authentischen und komplexen
Aktivitäten in den Lernprozeß [7]. Diese authentischen
Aktivitäten bilden die Handlungsweise in der realen Welt nach: Eine
Vielzahl von Zusammenhängen besteht, der Kontext der Aufgabenstellung
ist komplex und die Auswirkungen des eigenen Handelns müssen
berücksichtigt werden. Außerdem sollen diese Aktivitäten einen Teil
der Verantwortung für das Lernen und die Durchführung von Übungen und
Projekten von den Lehrenden auf die Lernenden übertragen. Während die
Studenten an ihren Aufgaben arbeiten (in einer ``realen Situation''),
müssen sie sich das notwendige Wissen und die Fertigkeiten
(zumindestens teilweise) selbst aneignen. Passives Konsumieren des
zugrundeliegenden Lernstoffs ohne jegliche kritische Reflexion wird so
für den Lernenden deutlich erschwert, bzw. das Interesse der Studenten
für ihre Aufgaben und daher für die notwendigen Grundlagen
verstärkt. Desweiteren wird durch komplexe Aufgabenstellungen
gewährleistet, daß sich die Lernenden eine Vielzahl eigener Gedanken
über die Aufgaben und ihre Lösung machen und sind dann dementsprechend
besser vorbereitet, sich den in der Welt außerhalb einer Vorlesung
vorkommenden Aufgaben zu stellen.
Die Aufgabe eines Lehrers in diesem Lehrszenario ist es, die Studenten
als Mentor zu betreuen und ihnen die grundlegenden Zusammenhänge und
Anfangsfertigkeiten zu vermitteln, die zur Aufgabenbearbeitung
notwendig sind, sowie die Aufgaben so auszuwählen, daß sie (im Rahmen
einer Lehrveranstaltung) die wesentlichen Konzepte des Lehrinhalts
widerspiegeln.
Während Abstraktion auf ein einziges Konzept natürlich notwendig ist
und kleinere Übungen benutzt werden können, um spezielle Themen
darzustellen und zu diskutieren, kann projektbasiertes Lernen
eingesetzt werden, um die Komplexität einer Aufgabe der realen Welt
widerzuspiegeln. Der globale Kontext des Projekts bestimmt die
Perspektive des Lernenden auf seine Aufgabe, Teilaufgaben in einem
kleineren Kontext werden zur Anleitung und Führung innerhalb des
Lernprozesses genutzt. Die Fähigkeit, verschiedene, alternative
Gesichtspunkte eines Problems zu sehen, ist ebenfalls ein zentraler
Punkt für das Durchführen solcher Projekte. Die Zusammenarbeit der
Studenten in Teams und die Diskussion von Teams untereinander
unterstützt den gegenseitigen Austausch und Diskussion über
verschiedene Lösungsansätze.
Konstruktivistische Lernmethoden und projektbasiertes Lernen können
mittels verschiedener Ansätze realisert werden (Vgl. [8]).
Wir haben uns entschieden, Goal-Based Scenarios als ein Framework für
unsere Lernumgebungen einzusetzen, die sowohl den Szenario-Kontext
gemäß einer authentischen Anwendung als auch die Szenario-Struktur
bereitstellen.
Innerhalb dieser Goal-Based Scenarios stellen wir sowohl den Kontext
und die Motivation für die von den Studenten durchzuführenden Projekte
als auch die benötigten Lehrmaterialien zur Verfügung. Die Projekte
sind so ausgewählt, daß eine gewisse Basis an Wissen und Techniken
benötigt wird, um die Projekte durchzuführen sowie zusätzliches,
weiterführendes Wissen über spezialisiertere Probleme. Lehrer und
Tutoren helfen den Studenten, indem sie ihre Fragen beantworten oder
ihre Lösungen kommentieren. Im Idealfall ist das ein
Just-In-Time-Beantworten der Fragen: Wenn die Studenten Fragen
entwickeln oder auf Probleme stoßen, sollen sie schnellstmöglich
einen Betreuer finden, der ihnen weiterhilft. Studenten werden dazu
angehalten, ihre Ansätze und Lösungsvorschläge mit
Mitstudierenden zu diskutieren.
Zusätzlich benötigen die Studenten Zugriff auf eine Wissensbank, die
Lehrmaterial, weiterführende Informationen, Problemlösungsstrategien
usw. enthält. Diese Materialen sollten in der Wissensbank idealerweise
anhand von Fallbeispielen geordnet sein, bzw. solche zumindest
enthalten. Beispielfälle oder schon gelöste Projekte mit
vollständigen Lösungen, Materialien und Strategien enthalten die
Informationen, die die Studenten zur Projektbearbeitung benötigen.
Wenn Studenten und Lehrer diese Wissensbank erweitern, wird
sie auch als Repository für bereits durchgeführte Projekte dienen.
Die Rolle der Lehrer als Betreuer und Mentor setzt voraus, daß die
Studenten ihre Lehrer auch außerhalb bestimmter Sprechzeiten erreichen
können. Genauso macht eine wie oben geschilderte Wissensbank nur dann
wirklich Sinn, wenn sie durchgängig von den Studenten eingesehen und
benutzt werden kann; Teamarbeit an Problemen in einem
wirklichkeitsgetreuen Umfeld kann nicht durch fehlende Kommunikation
unterbrochen werden. Die Lösung all dieser Punkte ist entscheidend für
die Realisierung konstruktivistischer Lernumgebungen und kann
(insbesonderer bei großer Studentenzahl) normalerweise nicht
hinreichend in einer traditionellen Lernumgebung erfüllt werden.
Zur Umsetzung von Goal-Based-Scenarios können Internet und World Wide
Web genauso wie Datenbank-, Künstliche-Intelligenz- und
Hypermedia-Techniken genutzt werden, um mit ihrer Hilfe die folgenden
Funktionalitäten zu ermöglichen:
- Verfügbarkeit von Lernumgebung und
Kommunikationsmöglichkeiten.
Studenten und Lehrer haben jederzeit den zur Durchführung und
Betreuung der Projekte notwendigen Zugriff auf die
Lernumgebung. Ebenso stehen durchgängig Kommunikations- und
Diskussionsmöglichkeiten zur Verfügung, um kursrelevante Themen zu
besprechen.
- Teamorientiertes Lernen.
Kleine Lerngruppen, die an Projekten arbeiten, ermöglichen
teamorientiertes Arbeiten, erhöhen die Lerneffizienz und die
Fähigkeit der Studenten zur Teamarbeit.
- Persönliche Mentoren.
Studenten benötigen einen persönlichen Ansprechpartner, der ihre
Arbeit beaufsichtigt und ihnen individuell bei der Bearbeitung von
Projekten hilft; Diskussion mit anderen Studenten unterstützt
ebenfalls den individuellen Lernprozeß. Eine Lernumgebung muß daher
flexible Kommunikationsmöglichkeiten zur Verfügung stellen.
- Orts- und zeitunabhängiger Zugriff auf die Kurs-Wissensbank.
Die Studenten sollten darauf jederzeit zugreifen können,
sowohl, um sich mit Informationen zu versorgen, als auch, um die
Wissensbank durch die eigenen Projekte zu erweitern.
- Adaptive Kurs-Wissensbank. Studenten benutzen die
Kurs-Wissensbank auf unterschiedliche Arten und zur Erreichung
unterschiedlicher Ziele. Dabei sind besonders ihr Projekt-Fortschritt
und ihr Vorwissen in dem Anwendungsumfeld des Projektes entscheidend
für die Art, wie auf die Datenbank zugegriffen wird und welche
Anforderungen an sie gestellt werden: Anfänger benötigen
zusätzliches, einführendes Material, während Fortgeschrittene auf
Spezialwissen zugreifen wollen.
- Erweiterbare Kurs-Wissensbank.
Da die Wissensbank von Lehrern und Studenten erweitert werden
soll, muß ihre Struktur, die Navigations- und
Visualisierungsmöglichkeiten sowie die Benutzeranpassung explizit
modelliert werden, um eine einfache Erweiterungsmöglichkeit zu schaffen.
In diesem Abschnitt diskutieren wir die wichtigsten Aspekte unserer
derzeitigen Lernumgebung und legen dar, wie wir die Anforderungen, die
wir in Kapitel 3.1 vorgestellt haben,
erfüllt haben bzw. welche weiteren Schritte dafür geplant sind. Unsere
Lernumgebung wird zur Zeit erweitert, um alle unsere Kurse und Labore
zu unterstützen.
Wir beginnen mit einer Beschreibung der gemeinsamen Funktionalitäten
unserer Lernumgebung und stellen danach einzelne Kurse und ihre
Unterstützung durch die Lernumgebung vor.
Um die Lernumgebung jederzeit verfügbar zu halten, ist der Zugriff auf
alle Teile der Lernumgebung einschließlich sämtlicher, zur Verfügung
stehender Materialien und Software-Tools, über das Internet
möglich. Studenten können das Internet von Computerpools innerhalb der
Universität nutzen, oder sich mittels Modem in den Studierenden-Server
einwählen, der als kostenfreier Internet-Provider fungiert und vom
Rechenzentrum der Universität sowie den Studenten selbst verwaltet
wird. Selbstverständlich kann jeder beliebige Internet-Provider ebenso
als Einwählpunkt genutzt werden - jedoch ist diese Lösung mit
zusätzlichen Kosten gegenüber der Studierenden-Server-Lösung
verbunden, da neben den Telefonkosten bis zum Einwählpunkt hier noch
monatliche Grund- und eventuell Verbrauchsgebühren anfallen. Die
meisten der in den Vorlesungen und Laboren genutzten Tools sind auf
allen gängigen Betriebssystemen verfügbar, so daß die Studenten diese
herunterladen und auf den (jeweiligen) von ihnen verwendeten Rechnern
lokal nutzen können. Wenn diese Möglichkeit durch
Lizensierungsbeschränkungen nicht gegeben ist - wie das bei einem von
uns verwendeten Softwaretechnik Tool der Fall ist - bleibt
zumindest die Zugriffsmöglichkeit online über das Internet erhalten
(z.Z.über X11-Schnittstelle).
In den meisten unserer Vorlesungen und Laboren arbeiten wir mit
speziellen, auf den Kursinhalt zugeschnittenen Projekten, die Teile
des Semesters oder auch das ganze Semester ausfüllen. Im derzeitigen
Programmierpraktikum (Grundstudium) werden von den Studenten zwei
Projekte durchgeführt, die jeweils ein halbes Semester umspannen. In
der Softwaretechnik-Vorlesung wird ein zwei Semester umfassendes
Projekt durchgeführt: Ein Email-Client wird erstellt und der gesamte
Softwaretechnik-Prozeß anhand dieses Beispiels durchgeführt. In
der Vorlesung über Künstliche Intelligenz und einem Oberstufenlabor
werden Projekte aus dem Bereich Expertensysteme und intelligente
Agenten behandelt. Alle Projektergebnisse (Programme, Dokumentation,
Projektarbeit) werden im World Wide Web veröffentlicht, so daß sie von
anderen Studentengruppen sowie Studenten in nachfolgenden Semestern
eingesehen werden können. Dies ist auch als Anreiz gedacht, die
Studenten nicht nur an wirklichkeitsgetreuen, komplexeren Projekte
arbeiten zu lassen, sondern diese auch für die Präsentation nach außen
vorzubereiten. Zwischenergebnisse der Projekte werden meist ebenfalls
publiziert und sind somit Gegenstand zahlreicher Diskussionen.
Projektbasiertes Lernen wird in Kleingruppen mit jeweils zwei bis vier
teilnehmenden Studenten durchgeführt. Diese Gruppen werden meist zu
Beginn des Semester von den Studenten gebildet und bleiben das ganze
Semester über bestehen. Eine Gruppe arbeitet gemeinsam an einem
Projekt und präsentiert auch die erzielten Ergebnisse als Gruppe, so
daß die Zusammenarbeit ein wesentlicher Bestandteil der Arbeit
wird. Jede Gruppe besitzt einen Persönlichen Mentor; dies kann
ein fortgeschrittener Student, ein Doktorand oder Professor sein. Die
Mentoren können - nach Verabredung - persönlich getroffen werden und
sind jederzeit durch Nutzung elektronischer Kommunikationstools
erreichbar. Gruppentreffen und Diskussionen können wahlweise durch
persönliches Treffen oder - mittels elektronischem Support - virtuell
stattfinden. Zur Verwaltung ihrer Dokumente benutzen die meisten
Gruppen ein zentrales Repository mit Versionsverwaltung (wobei Distribution
und Update auf den lokalen Rechnern der Studenten über das
Internet realisiert ist) oder zumindest ein directory auf einem
zentralen WWW-Server.
Für jeden Kurs, den wir mit unserer Lernumgebung unterstützen, haben
wir ein Gruppenkommunikationszentrum eingerichtet, das
Email-Listen zur Erreichung der einzelnen Gruppen, Email-Listen zur
Erreichung einzelner Gruppen zusammen mit ihrem Mentor, Zugriff auf
den Communication Room einer Gruppe (mit Lese- und
Schreibberechtigung nur für die Gruppenmitglieder und ihren Mentor),
Zugriff auf den Presentation Room einer Gruppe
(Leseberechtigung für alle Studentengruppen und auch für jeden anderen
mit Zugriff auf das Internet) und Zugriff auf die
Dokumentationsverwaltung (basierend auf einer Client/Server-Version
des CVS) mit Konfigurations- und Versionsmanagement
bereitstellt.
Desweiteren werden für jede Vorlesung drei Diskussionsgruppen
(realisiert durch Newsgroups) eingerichtet. Die erste beinhaltet
offizielle Ankündigungen (Announcements), generelle
Diskussionen, Fragen und kursrelevante Themen / Übungen. Die Antworten
der Studenten finden in der Newsgroup Discussion Forum statt,
während eine dritte Newsgroup, das Cyber Café beliebigen
Diskussionsthemen offen steht. Die Announcements und das Discussion
Forum werden automatisch archiviert, indiziert und wieder über das WWW
verfügbar gemacht. Zur synchronen Kommunikation steht das
(text-basierte) KBS Online Chat Forum zur Verfügung (das
allerdings zur Zeit kaum genutzt wird). Alle aufgeführten
Möglichkeiten bzw. Client-Programme sind für die meisten
Betriebssysteme verfügbar.
Der Institutsserver dient als zentrales Repository für alle
kurs-relevanten Materialien, wie z.B. Vorlesungsfolien, Tutorials,
Web-Seiten, unseren Hyperbooks [3, 4, 2],
Programmen, etc. Die von den Studenten genutzten Repositories (CVS,
WWW, Communication- und Presentation Room) sind ebenfalls auf diesem
Server zu finden. Eine Vielzahl von Arbeitsmöglichkeiten mit der
Lernumgebung wird unterstützt: Arbeiten an einem Client im Institut
mit Zugriff auf die Daten über Ethernet / NFS, Zugriff auf die
Lernumgebung vom PC zu Hause per Modemverbindung zum Einwählknoten im
Institut, Arbeiten im Computerpool der Universität oder Zugriff auf
die Lernumgebung vom Studenten-PC über eine Modemverbindung zum
Studentenserver, der eine große Anzahl paralleler Modem- und
ISDN-Verbindungen zur Verfügung stellt.
Diese
Grundstudiumsvorlesung,
die derzeit von etwa 100 Studenten gehört wird, wird vollständig durch
unsere Lernumgebung unterstützt. Die Vorlesung erstreckt sich über
zwei Semester: Im ersten Semester wird eine zweistündige Vorlesung und
eine einstündige Übung gehalten, im zweiten Semester findet eine
zweistündige Übung in Form eines Programmierpraktikums
statt. Studenten der Vorlesung arbeiten in Gruppen von zwei bis vier
Teilnehmern an Projekten, nutzen die Kommunikationsmöglichkeiten
(insbesondere das Diskussionsforum und e-mail) der Lernumgebung, um
miteinander zu arbeiten, sich mit anderen Studenten auszutauschen und
ihren Mentor zu kontaktieren. Im gegenwärtigen Wintersemester 1997/98
umspannt ein Projekt (mit verschiedenen Schwierigkeitsstufen und
Teilaufgaben) das gesamte Semester, ein strukturell ähnliches Projekt
wird auch im Rahmen der Vorlesung vorgestellt. Studenten mit sehr
guten Vorkenntnissen im Programmieren wird hierbei die Möglichkeit
eingeräumt, das Projekt vorzeitig abzuschließen, während zusätzliche
Informationen für Programmierneulinge bereitgestellt werden. Die
Ergebnisse der Studentengruppen im weiterführenden
Programmierpraktikum des Sommersemesters können auf der
Präsentationsseite des
Programmierpraktikums
eingesehen werden.
Diese
Lehrveranstaltung
umfaßt zwei Semester und besteht aus Vorlesung und Übung. Während der
Vorlesung werden die Grundlagen zur Durchführung von
Softwaretechnik-Projekten vorgestellt. Die eigentliche Arbeit und
der Schwerpunkt der Lehrveranstaltung liegen in den Übungen, in denen
Studentengruppen an einem Projekt (im Sommersemester 1996 bezog sich
dieses Projekt auf die Erstellung eines Email-Clients) arbeiten und in
ständigem Austausch mit den Lehrern stehen. Im ersten Semester wird
die Analyse und das Design eines Software-Projekts behandelt und in
den Übungen durchgeführt, das zweite Semester widmet sich der
Implementation, dem Testen und weiteren, fortgeschrittenen Themen, die
dann von den Studenten ausgearbeitet werden. Mögliche Lösungen,
alternative Ansätze und Ergebnisse werden hauptsächlich während der
Übungsstunden und bei zusätzlichen Gruppentreffen diskutiert;
Ergebnisse werden wöchentlich im WWW präsentiert.
Die Studentenprojekte vom Sommersemester 1997
können auf der Softwaretechnik
Präsentationsseite
eingesehen werden.
Die Vorlesung Einführung in die Künstliche
Intelligenz erstreckt
sich ebenfalls über zwei Semester. Im ersten Semester werden
allgemeine KI-Techniken vorgestellt, im zweiten Semester und im
parallel stattfindenden Oberstufenlabor werden weiterführende
Techniken und intelligente Agenten behandelt. Insbesondere im
Oberstufenlabor verwenden wir wieder ein durchgehendes Thema für jede
Gruppe (z.B. mit Teilaufgaben zur theoretischen Analyse von Agenten,
Agenten-Architekturen, Frameworks für die Implementierung, sowie
Implementierung eines Agenten). Auch hier arbeiten die Studenten in
Gruppen mit zwei bis drei Mitgliedern. Jede Gruppe hat einen
persönlichen Mentor, die Zwischen- und Endergebnisse werden
präsentiert.
Die Studentenprojekte des Sommersemester 1997 (weiterführende
Veranstaltung) können auf der
Präsentationsseite der Vorlesung Künstliche
Intelligenz und
der Präsentationsseite des
Oberstufenlabors
eingesehen werden. Während die weiterführende KI-Vorlesung, die zum
ersten Mal gehalten und nur von wenigen Studenten besucht wurde, ein
nicht ganz erwartungsgemäßes Resultat lieferte (vermutlich
hervorgerufen durch die sehr inhomogene Studentengruppe), waren die
Ergebnisse im Oberstufenlabor (die Studenten hatten in diesem Semester
kein Vorwissen in Künstlicher Intelligenz) sehr gut und werden als
zusätzliches Material in den nachfolgenden Kursen eingesetzt.
Die gegenwärtige Vorlesung Künstliche Intelligenz I begann aufgrund
eines Mitarbeiterwechsels relativ konventionell, und behandelt nun
nach zwei Monaten als Ergänzung zu den logischen Grundlagen und
Wissensrepräsentationstechniken ein vierwöchiges Projekt
(währenddessen ein Expertensystem in Prolog implementiert wird).
In diesem Kapitel diskutieren wir im Hauptteil unsere
Evaluationsergebnisse des Kurses Grundzüge der Informatik -
Einführung in die Programmierung (da wir hier die größte
Studentenzahl und damit Datenbasis haben). Das Kapitel schließt mit
einigen allgemeinen Bemerkungen zu Erfolgen und möglichen
Verbesserungen.
Die Lehrveranstaltung Grundzüge der Informatik erstreckt
sich über zwei Semester und wird von ca. 100 Studierenden (in der
Regel Studierende der Fachrichtungen Elektrotechnik und Technische
Informatik) besucht. Das erste Semester umfaßt eine zweistündige
Vorlesung und eine einstündige Übung, im zweiten Semester wird eine
zweistündige Übung in Form eines Programmierpraktikums abgehalten. Im
Wintersemester 1996/97 haben wir Vorlesung und Übung mit unserer
Lernumgebung unterstützt. Eine Befragung der Studenten [5] in
diesem Semester hat ergeben, daß die Studenten in der Mehrzahl die
Lernumgebung akzeptierten und der Meinung waren, daß sich ihr
Lernprozeß durch die Verwendung der Lernumgebung verbessert hat.
Ein Teil dieser Befragung befaßte sich mit der Struktur der Gruppen,
ihrem Arbeitsprozeß und der gruppeninternen Diskussion und
Kommunikation. Die Untersuchung hat zum einen bestätigt, daß gerade
in solchen grundlegenden Vorlesungen Studenten mit sehr
unterschiedlichem Wissensstand Beachtung finden müssen: Mehr als 40%
der Studenten gaben an, zu Beginn der Vorlesung bereits über sehr gute
bzw. gute Programmierkenntnisse zu verfügen, ca. 30 % besaßen wenig
Erfahrung im Programmieren, während die übrigen keine
Programmiererfahrung mitbrachten. Bis auf eine Gruppe waren alle
Studentengruppen homogen in Bezug auf Vorwissen im Programmieren. Die
meisten teilnehmenden Studenten nutzten die Gelegenheit, ihren
persönlichen Mentor jederzeit während der Woche zu erreichen. Ca. 20%
der Studentengruppen benutzten ausschließlich Email, um ihren
Mentor zu kontaktieren, 50% nutzten sowohl persönliche Treffen als
auch Email zur Kommunikation. Die gewählte Kommunikationsunterstützung
innerhalb der Gruppen unterscheidet sich jedoch von diesem Bild:
Ca. 70% des Austausches innerhalb der Gruppe basierte hauptsächlich
auf persönlichen Treffen, keine Gruppe nutzte ausschließlich Email für
diese Belange, 10% der Studentengruppen favorisierten das Telefon.
Ein weiterer Teil der Befragung befaßte sich mit einem Vergleich der
Gruppen, ihren Interessen und Erfolgen in der Vorlesung. Dazu wurde
die Meinung der Mentoren (nicht notenrelevant) über die Leistung der
einzelnen Gruppen mit den Ergebnissen der einzelnen Gruppenmitgliedern
in den Testaten (die von Institutsmitgliedern bewertet wurden)
verglichen. Hiernach wurden 10% der Gruppen als ``sehr gut''
beschrieben, 45% als gut, 35% als durchschnittlich und 10% als nur
mangelnd interessiert. Der Versuch, die guten Gruppen zu
charakterisieren, ergab einen signifikanten Unterschied im Vergleich
zu den übrigen Gruppen: Gute Gruppen arbeiten gut als Team zusammen.
Im Sommersemester 1997 wurde das an die Vorlesung anschließende
Programmierpraktikum mit unserer Lernumgebung unterstützt. Studenten,
die am Programmierpraktikum teilgenommen haben, haben zwei größere
Programmierprojekte durchgeführt, von denen jedes ungefähr ein halbes
Semester umfaßte. Das erste Projekt wurde unter Zuhilfenahme der
Programmiersprache Ada 95, die im Wintersemester unterrichtet wurde,
implementiert. Für die Durchführung des zweiten Projektes konnten die
Studenten zwischen C++ und Java wählen. Für diese Programmiersprachen
wurde Online-Material zur Verfügung gestellt.
Die Aufteilung der einzelnen Arbeitsschritte zur Durchführung der
Projekte sowie die Einteilung der einzelnen Aufgaben wurde von den
Studentengruppen in Eigenverantwortung erledigt. 59% der Studenten
gaben an, daß ihnen die Einteilung ihrer gemeinsamen Arbeit keine
nennbaren Schwierigkeiten gemacht hat, 23% hatten mehr oder weniger
große Hindernisse zu überwinden. In einigen (wenigen) Gruppen beruhte
dies auch darauf, daß Gruppenmitglieder während des Semesters ihre
Arbeit an der Vorlesung und damit am Projekt einstellten. Auf der
anderen Seite gaben bereits 71 % der Studenten an, gut oder sehr gut
als Team zusammenzuarbeiten. Während des gesamten
Programmierpraktikums benutzten die Studierenden Email, um ihre
Mentoren zu erreichen, nur ein Viertel der Gruppen traf sich
darüberhinaus regelmäßig mit ihrem Mentor. Dieses Verhalten ist sehr
unterschiedlich im Vergleich zur vorangegangen Vorlesung im
Wintersemester - dies kann an der größeren Programmier- und
Lernerfahrung der Studenten im Programmierpraktikum liegen.
Der Einsatz des internetbasierten Versionsverwaltungssystem (CVS 1.9)
wurde nicht erwartungsgemäß von den Studenten angenommen. Zwei
mögliche Gründe können dieses Resultat erklären: Zunächst einmal wurde
CVS nicht im Wintersemester eingesetzt, so daß sich die Studenten
bereits ihre eigenen Lösungen zur Dokumentenverwaltung innerhalb ihrer
Gruppen ausgedacht hatten, z.B. durch Benutzung von Email, um das
aktuell gültige Programm an die Gruppenmitglieder zu schicken oder
durch die Einrichtung eines speziellen Directories im Verzeichnis
eines Gruppenmitglieds, in dem immer die aktuelle Version zu finden
ist. Ein weiterer Grund mag darin liegen, daß die Projekte, obwohl sie
relativ groß waren und ein halbes Semester umfaßten, dennoch zu klein
waren, um die Vorteile einer Versionsverwaltung wirklich zu erfassen.
Einige wenige Gruppen nutzten den Communication Room und damit die
Möglichkeit, ihren Projekt-Fortschritt innerhalb der Gruppe zu
dokumentieren. Die abschließende Präsentation der Ergebnisse im
Presentation Room (public access) jedoch war sehr erfolgreich:
Etwa 88% der Studenten fanden die Möglichkeit, die eigenen Arbeiten
im World Wide Web zu präsentieren, sehr gut. Die Ergebnisse können
auf der
Programmierpraktikums-Seite
eingesehen werden. Die Projekte sind
mit einer vollständigen Dokumentation versehen (README und
INSTALL-Dateien, mit Beschreibungen der Programmstruktur und der
verwendeten Algorithmen) sowie mit Testprotokollen. Die Basis-Struktur
der Präsentation wurde durch die Anforderungen an eine vollständige
Programmdokumentation vorgegeben, die Studenten zeigten darüberhinaus
sehr großes Engagement, ihre Arbeit und ihre Gruppe vorzustellen.
Auf allgemeine positive Zustimmung stieß (auch in den anderen
Lehrveranstaltungen) die schnelle Verfügbarkeit der Lernmaterialien,
die Heim-PC-Umgebung, die Präsentation der Projektergebnisse sowie die
Mentoren. Insbesondere bei Grundzüge der Informatik wurde das
elektronische Diskussionsforum sehr gut angenommen, während es bei
kleinerer Studentenanzahl eher zögerlich benutzt wurde.
Gruppenprojekte und Selbstverantwortung wurden von den Studierenden
gut angenommen, einige Schwierigkeiten gab es aber
diesbezüglich bei der Grundstudiumsveranstaltung, möglicherweise bei
inhomogenen Gruppen, oder auch durch mangelnde Motivation bzw. nicht
adäquaten Arbeitsstil. Schließlich ist die Größe der Projekte immer
noch eine Gradwanderung, die sowohl zu einfache Aufgaben wie auch
Überforderung der Studierenden vermeiden muß. Auch stellte sich eine
regelmäßige Präsentation der Ergebnisse als notwendig heraus, um eine
gleichmäßige Mitarbeit zu motivieren.
Verbesserungsbedürftig ist teilweise noch die Benutzbarkeit und
Leistungsfähigkeit der bereitgestellten Tools, sowie die Produktion
eines ausgedruckten Skripts (notwendig insbesondere vor der Prüfung)
aus den bereitgestellten Hypertext-Materialien. Auch erleichtern zwar
die elektronischen Medien die tutorielle Betreuung der Studenten
bzw. machen sie in dieser Form erst möglich, ein nicht
unbeträchtlicher Arbeitsaufwand muß jedoch trotz aller modernen
Hilfsmittel eingerechnet werden.
In diesem Artikel haben wir das KBS Virtual Classroom Project
und seine Implementierung vorgestellt. Wir haben die Anforderungen an
das Design unserer Lernumgebung analysiert, die auf
konstruktivistischen Lehr- und Lernmodellen basiert und die Umsetzung
in unserer internetbasierten virtuellen Lernumgebung
aufgezeigt. Weiters haben wir den Einsatz unserer Lernumgebung in
verschiedenen Vorlesungen beschrieben und eine vorläufige Evaluation
gegeben. Der aktuelle Stand unseres Projektes kann auf unserer
Projektseite: KBS Virtual Classroom
Project im
Internet eingesehen werden. Unseren Implementationsansatz zur
Gestaltung einer Kurs-Wissensbank durch Adaptive Hyperbooks
haben wir nicht diskutiert, möchten aber auf die Beschreibung unserer
Arbeit in [2, 3, 4] verweisen. Im weiteren
werden wir uns mit der Verbesserung unserer
virtuellen Lernumgebung und ihrer Integration in Adaptive Hyperbooks
befassen, die es uns erlauben, adaptive und erweiterbare
Kurs-Wissensbanken zu implementieren.
Literatur
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T. Duffy and D. Jonassen, editors.
Constructivism and the Technology of Instruction.
Lawrence Erlbaum Associates, 1992.
- 2
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Conceptual modeling for educational hyperbooks.
In Pung Hung Keng and Chua Tat Seng, editors, Multimedia
Modeling: Modeling Multimedia Inforamtion and Systems (MMM'97), Singapore,
November 1997. World Scientific.
- 3
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Peter Fröhlich, Nicola Henze, and Wolfgang Nejdl.
Meta-modeling for hypermedia design.
In Proc. of Second IEEE Metadata Conference, Maryland,
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- 4
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Peter Fröhlich and Wolfgang Nejdl.
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In Proceedings of the Workshop ``Intelligent Educational Systems
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Constructivism and the design of learning enivronments: Context and
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In NATO Advanced Workshop on the Design of Constructivist
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Roger Schank and Chip Cleary.
Engines for Education.
Lawrence Erlbaum Associates, 1994.
Das KBS Virtual Classroom Project:
Informatik-Ausbildung über das Internet
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The command line arguments were:
latex2html -split 0 deutsche_Version.
The translation was initiated by Nicola Henze on Thu Dec 18 17:32:15 MET 1997
- ...Projects
- http://www.kbs.uni-hannover.de/project/internet.html
- ...``Schulweb''
- http://www.schulweb.de
- ...Comenius-Projekt
- http://www.ponton.de/projects/comenius.html
- ...Grundstudiumsvorlesung
- http://www.kbs.uni-hannover.de/info1/informatik1.html
- ...Programmierpraktikums
- http://www.kbs.uni-hannover.de/praktikum/praktikum97/presentation/
- ...Lehrveranstaltung
- http://www.kbs.uni-hannover.de/se/se.html
- ...Präsentationsseite
- http://www.kbs.uni-hannover.de/se/teilnehmer.html
- ...Intelligenz
- http://www.kbs.uni-hannover.de/ki/ki2.html
- ...Intelligenz
- http://www.kbs.uni-hannover.de/ki/teilnehmer.html
- ...Oberstufenlabors
- http://www.kbs.uni-hannover.de/labor/labor97/teilnehmer.html
- ...Programmierpraktikums-Seite
- http://www.kbs.uni-hannover.de/praktikum/praktikum97/teilnehmer.html
- ...Project
- http://www.kbs.uni-hannover.de/project/internet.html