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Arno Wilhelm-Weidner, 8 e-Learning für Theoretische Informatik im LMS Moodle - Konzept und Evaluation in:

Sabrina Zeaiter, Jürgen Handke (Ed.)

Inverted Classroom - The Next Stage, page 77 - 82

Lehren und Lernen im 21. Jahrhundert

1. Edition 2017, ISBN print: 978-3-8288-4015-7, ISBN online: 978-3-8288-6782-6, https://doi.org/10.5771/9783828867826-77

Tectum, Baden-Baden
Bibliographic information
e-Learning für Theoretische Informatik im LMS Moodle - Konzept und Evaluation Arno Wilhelm-Weidner The main goal of the project presented in this article is to enhance an already existing teaching module about basics of Theoretical Computer Science such as Formal Lan‐ guages and Automata with digital learning units for self-regulated studying in additi‐ on to the existing course and its material. The units are created based on design prin‐ ciples that are derived from well-known theories on the processing of instructions by learners and from expert knowledge on common mistakes. These units will be evalua‐ ted in studies to gain further understanding on how motivation and knowledge trans‐ fer can be increased in a field that is unpopular with many students and often has high failure rates. Motivation Das derzeit noch laufende Forschungsvorhaben, das in diesem Beitrag vorgestellt werden soll, orientiert sich in der methodischen Vorgehensweise an Design-Based Research (Design-Based Research Collective, 2003). In diesem Vorhaben werden Ler‐ neinheiten zu Grundlagen der Theoretischen Informatik als e-Learning Einheiten in Moodle1, einem weit verbreiteten Open Source Lernmanagementsystem (LMS), er‐ stellt. Die Motivation des Vorhabens ist hierbei, dass es bisher generell wenige Umset‐ zungen von e-Learning für dieses Gebiet gibt und noch seltener strukturierte wissen‐ schaftliche Evaluation. Module, die Grundlagen der Theoretischen Informatik vermitteln, haben häufig mit hohen Durchfallquoten zu kämpfen (Knobelsdorf & Kreitz, 2013). Von der An‐ reicherung der bestehenden Veranstaltung mit der Möglichkeit individuell getaktet Teile des Stoffs online zu lernen und zu vertiefen, erhoffen wir uns bei den Studieren‐ den eine Verbesserung der Motivation. Der Ansatz soll auch auf andere Standorte übertragbar sein. 8 8.1 1 https://moodle.org/ 77 Konzept Das betreffende Modul mit dem Titel Formale Sprachen und Automaten (FoSA) ist ein Pflichtmodul für Erstsemester im Bachelor Informatik an der Technischen Uni‐ versität Berlin mit einer hohen Anzahl an Teilnehmenden. Der Modulinhalt wird von den Studierenden als sehr schwierig wahrgenommen. Es soll untersucht werden, ob und, wenn ja, wie die Einführung multimedialer Lerneinheiten die Lernmotivation und den Kompetenzerwerb bei heterogenen Studierenden gezielt steigern können. Für den Aufbau der Studien werden Lerneinheiten zu zwei verschiedenen zwei‐ wöchigen Teilen des Kurses erstellt. Der erste Teil behandelt das Pumping-Lemma, Deterministische Endliche Automaten und Nichtdeterministische Endliche Automa‐ ten, der zweite Teil die Minimierung von Automaten und Kellerautomaten. Die in‐ haltliche Gestaltung orientiert sich dabei an den Kompetenzen aus der Modulbe‐ schreibung und den Empfehlungen der Gesellschaft für Informatik für den Bachelor Informatik. Expertenwissen, insbesondere im Hinblick auf typische Fehler der Studie‐ renden wird ebenfalls einbezogen. Gestaltung Als Theoretische Grundlagen für die Gestaltung werden die Cognitive Load Theory nach Sweller (1994), die Cognitive Theory of Multimedia Learning nach Mayer (2001), die Cognitive-Affective Theory of Learning with Media nach Moreno (2005) und die Theorie der Lernstile nach Felder & Silverman (1988) verwendet. Die folgen‐ den Gestaltungsempfehlungen sind aus diesen Theorien abgeleitet und dienen als Richtlinien für die Umsetzung der Lerneinheiten: 1. die Verwendung von geführten Übungsaufgaben, die den Lösungsweg mit vorge‐ ben, 2. die Reduktion zeitgleich angezeigter Elemente, 3. die Darstellung größerer Zusammenhänge im Stoff, 4. der Einsatz motivationsfördernder Elemente, 5. die Verwendung von umgangssprachlichen Erklärungen in den Instruktionen statt rein sachlichen Ansätzen, 6. die zur Verfügung Stellung interaktiver Elemente und Aufgaben. Die Lerneinheiten werden in Moodle-Kursräumen umgesetzt und bestehen aus Text, Grafiken, Screencasts, Animationen und interaktiven Übungen. Derartige Übungen können einerseits im Rahmen der Plattform Moodle gestellt werden, beispielsweise durch den Einsatz von Quiz im Multiple-Choice und Single-Choice-Format, durch Drag & Drop-Aufgaben, Lückentexte oder die Einbindung von extern erstellten SCORM-Paketen. Andererseits auch durch Aufgabenstellungen mit Verweis auf an‐ dere Webseiten und Programme um eine noch größere Vielfalt an Aufgaben zu er‐ möglichen. Diese Lerneinheiten dienen dazu, multimedial den Inhalt der Veranstal‐ tung zu vermitteln und die Motivation der Studierenden zu steigern. Dabei werden 8.2 8.3 8 e-Learning für Theoretische Informatik im LMS Moodle - Konzept und Evaluation 78 die Studierenden durch anpassbare Schwierigkeitsgrade gezielt dazu aktiviert, indivi‐ dualisiert und selbstorganisiert zu lernen. Evaluation Vor der Evaluation werden die Lerneinheiten durch Lehrende der Theoretischen In‐ formatik, der Informatik-Didaktik und durch Studierende auf fachliche Korrektheit und ihren didaktischen Aufbau und die Umsetzung der Gestaltungsrichtlinien ge‐ prüft. Ablauf der Evaluation Die Evaluation wird entsprechend des in Abb. 1 dargestellten Ablaufs mittels vierwö‐ chiger Studien an mehreren Standorten realisiert. Dabei wird in einem within-Design untersucht, inwiefern die Nutzung der Lerneinheiten die Lernmotivation und den Lernzuwachs der Studierenden abhängig von deren Vorbildung, Affinität zum On‐ 8.4 Abbildung 1: 8.4 Evaluation 79 line- und selbstregulierten Lernen, Herkunft oder Geschlecht beeinflusst. Im Folgen‐ den wird der Aufbau dieser Evaluation tiefergehend ausgeführt. Die Studierenden werden auf Grundlage einer Vorabumfrage zu den bereits ge‐ nannten Merkmalen und ihrem Vorwissen bezüglich der gesamten vier Wochen möglichst gleichmäßig auf zwei Gruppen A und B verteilt. Wie einige dieser Faktoren, insbesondere die Fähigkeit selbstreguliert zu Lernen, für die Umfrage operationali‐ siert werden, ist derzeit noch nicht abschließend geklärt. Zusätzlich werden sie mittels des „Index of Learning Styles Questionnaire“ nach Felder & Soloman (2005) zu ihrem Lernstil und des „FAM: Fragebogen zur Erfassung aktueller Motivation in Lern- und Leistungssituationen“ nach Rheinberg, Vollmeyer und Burns (2001) zu ihrer aktuellen Lernmotivation befragt, um die spätere Erfassung der Motivation mit diesem Wert vergleichen zu können. Gruppe A erhält nun zwei Wochen lang Zugriff auf die erste Lerneinheit, während der Kurs für beide Gruppen normal weiterläuft. Nach diesen zwei Wochen wird in Moodle eine Befragung zur aktuellen Lernmotivation mittels des FAM und zu den erworbenen Kompetenzen mit beiden Gruppen durchgeführt. Danach erhält Gruppe B zwei Wochen lang Zugriff auf die zweite Lerneinheit, wo‐ nach erneut eine Befragung zu Motivation mittels des FAM und zum Kompetenzer‐ werb durchgeführt wird. Danach werden die Lerneinheiten für beide Gruppen geöff‐ net und am Semesterende werden mit einer abschließenden Befragung Details zur Nutzung der Lerneinheiten, zur – aus Datenschutzgründen gerundeten – erworbenen Note und zu Verbesserungsvorschlägen für die Lerneinheiten erhoben. Fazit Die Auswertung der Evaluation soll Rückschlüsse auf die Auswirkungen der Einfüh‐ rung der multimedialen Lerneinheiten als Ergänzung zu dem bestehenden Kurs be‐ ziehungsweise vergleichbaren Kursen an anderen Standorten geben. Im Fokus sind dabei sowohl die Ergebnisse im Kurs, die fachlichen Kompetenz als auch die Lernmo‐ tivation der Studierenden an den verschiedenen Standorten. Des Weiteren sollen die Rückmeldungen dazu dienen mehr Wissen über die Nutzung der Lerneinheiten durch die Studierenden zu erlangen, die Möglichkeit bieten, die Lerneinheiten selbst weiter zu verbessern und Rückschlüsse auf die zugrundeliegenden Theorien zu zie‐ hen. Literaturverzeichnis Design-Based Research Collective. (2003). Design-based Research: An Emerging Paradigm for Edu‐ cational Inquiry. Educational Researcher, 32(1), S. 5-8. Felder, Richard M. & Silverman, Linda K. (1988). Learning and Teaching Styles in Engineering Edu‐ cation. Engineering Education, 78(7), S. 674-681. Felder, Richard M. & Soloman, Barbara. (2005). Index of Learning Styles Questionnaire. URL: http:/ /www.engr.ncsu.edu/learningstyles/ilsweb.html. 8.5 8.6 8 e-Learning für Theoretische Informatik im LMS Moodle - Konzept und Evaluation 80 Knobelsdorf, Maria & Kreitz, Christoph. (2013). Ein konstruktivistischer Lehransatz für die Einfüh‐ rungsveranstaltung der Theoretischen Informatik. Commentarii informaticae didacticae: (CID), (5): S. 21-32. Mayer, Richard E. (2001). Multimedia Learning. Cambridge University Press, New York, NY, USA. Moreno, Roxana. (2005). Instructional technology: Promises and pitfalls. In L. Pytlikzillig, M. Bo‐ dvarsson & R. Bruning (editors), Technology-based education: Bringing researchers and practi‐ tioners together, (S. 1-19). CT: Information Age Publishing, Greenwich. Rheinberg, Falko, Vollmeyer, Regina & Burns, Bruce D. (2001). FAM: Ein Fragebogen zur Erfassung aktueller Motivation in Lern- und Leistungssituationen. Diagnostica, 47, S. 57-66. Sweller, John. (1994). Cognitive load theory, learning difficulty and instructional design. Learning and Instruction, 4: S. 295-312. 8.6 Literaturverzeichnis 81

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References

Zusammenfassung

Nun schon zum sechsten Mal fand die „Inverted Classroom Konferenz“ statt, seit 2016 im jährlichen Wechsel zwischen der Philipps-Universität Marburg und der Fachhochschule St. Pölten in Österreich. Die Konferenz hat sich als fester Bestandteil der deutschsprachigen Community von Lehrkräften und Interessenten, die sich der Digitalisierung der Lehre verschrieben haben, etabliert und wird mit jeder Durchführung thematisch ausgebaut und erweitert. Der Organisator der „Inverted Classroom Konferenz“, Jürgen Handke, wurde 2013 mit dem 2. Projektpreis des hessischen Hochschulpreises für Exzellenz in der Lehre ausgezeichnet, im Oktober 2015 wurde ihm dann mit dem Ars legendi-Preis für digitales Lehren und Lernen der am höchsten dotierte und renommierteste deutsche Lehrpreis verliehen. Der Erfolg der „Inverted Classroom Konferenz“ mit all ihren Community-Mitgliedern dürfte bei diesen Errungenschaften einen wichtigen Beitrag geleistet haben. Neben speziellen Themen zum Inverted Classroom in all seinen Facetten standen bei der 6. Inverted Classroom Fachtagung 2017 unter anderem Anwendungsbeispiele aus den Fächern Wirksamkeitsstudien, Fragen nach der Erzeugung digitaler Inhalte sowie Open Educational Resources oder auch Roboter zur Nutzung in digital unterstützten Lehrszenarien zur Debatte. Der Tagungsband „Inverted Classroom – The Next Stage“ fasst nicht nur die Ergebnisse dieser 6. Fachtagung zusammen, sondern er bietet anhand ausgewählter Fallstudien und Untersuchungen auch einen Einblick in die Arbeit all derjenigen, die sich mit der Digitalisierung der Lehre im Allgemeinen und mit dem Inverted Classroom im Speziellen befassen.