Einführung von WeBWorK in die mathematische Hochschullehre an der Universität Siegen

Kurzbeschreibung des Lehrprojekts

Im Rahmen eines vom Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen geförderten Fellowships für Innovationen in der digitalen Hochschullehre wurden etwa 1.500 Aufgaben für die auf mathematische Aufgaben spezialisierte Aufgabenplattform WeBWorK aus einer über 36.000 Aufgaben umfassenden englischsprachigen Aufgabenbibliothek ins Deutsche übersetzt. Ferner wurden neue Aufgaben für WeBWorK entwickelt, die den Anforderungen in der Lehre an der Universität Siegen entsprechen. Teile dieser Aufgaben wurden in mathematischen Vorkursen der Fakultät IV sowie im Vorkurs Mathematik für Wirtschaftswissenschaftler sowohl im Sommersemester 2017 als auch im Wintersemester 2017/18 erfolgreich eingesetzt. Im Wintersemester 2017/18 wurde WeBWorK zum ersten Mal im Übungsbetrieb zur Vorlesung „Lineare Algebra 1“ eingesetzt. Der Zugriff auf WeBWorK geschieht dabei aus dem Moodle-Kurs zur Vorlesung heraus, was für Studierende besonders komfortabel ist. Jeder Studierende eine eigene Version jeder Aufgabe. Diese unterscheiden sich durch unterschiedliche Zahlen, sind sonst aber vergleichbar. Dies stellt sicher, dass Studierende weiterhin zusammenarbeiten können, ein blindes Kopieren von Lösungen aber nicht möglich ist. WeBWorK interpretiert die Antworten der Studierenden in Abhängigkeit des mathematischen Kontexts der Aufgabe. Die Studierenden erhalten unmittelbar nach dem Absenden ihrer Antworten ein Feedback über deren Korrektheit. Im Fall von nicht korrekten Antworten erhalten sie teilweise Hinweise auf mögliche Fehler. Dieses direkte Feedback ermöglichst es Studierenden im Falle einer falschen Antwort ihre Fehler zu finden und bei einem erneuten Versuch die richtige Antwort abzusenden. Diese Möglichkeit zur Korrektur einer zunächst fehlerhaften Lösung durch Studierende ist bei traditionellen Hausaufgaben, die durch Tutoren korrigiert werden und zeitlich verzögert besprochen werden, normalerweise nicht gegeben. Die von den Studierenden erreichten Punkte werden an Moodle zurückgemeldet, was Lehrenden einen raschen Überblick über den Lernerfolg ermöglicht.

Die zu WeBWorK gehörende Open Problem Library enthält über 36.000 Aufgaben. Diese sind nicht nur für mathematische Veranstaltungen interessant, sondern auch in anderen Disziplinen, in denen Aufgaben mathematisch formuliert werden, wie etwa in den Ingenieurwissenschaften, der Physik, Chemie, den Wirtschaftswissenschaften oder in Disziplinen, in denen Statistik eine Rolle spielt.

Das Ziel des Projektverantwortlichen ist der Aufbau einer gemeinsam genutzten Aufgabenbibliothek. Lehrende, die Interesse an WeBWorK oder dem Einsatz in ihren eigenen Lehrveranstaltungen haben, können ihn gern kontaktieren. Eine Nutzung des universitätseigenen WeBWorK-Servers ist möglich.

Das Lehrprojekt befindet sich in der Durchführung.

Verwendete Plattformen und Tools

WeBWorK, integriert in Moodle

WeBWork (PDF)

Ansprechpartner

Florian Heiderich
Fakultät IV – Department Mathematik
Lehrstuhl für reine Mathematik

Kontakt
Florian Heiderich
heiderich@mathematik.uni-siegen.de

Elektronischer Übungsbetrieb in der Informatik-Grundausbildung

Kurzbeschreibung des Lehrprojekts

In den Veranstaltungen Objektorientierte und funktionale Programmierung und Algorithmen und Datenstrukturen wird seit dem Sommersemester 2007 der Übungsbetrieb elektronisch unterstützt durchgeführt. Dazu werden die wöchentlichen Übungsaufgaben über ein webbasiertes System den Studierenden zur Verfügung gestellt.

Von 2007 bis zum Wintersemester 2016/17 haben wir die Eigenentwicklung DUESIE eingesetzt. Bei diesem System konnten die Studierenden ihre Lösungen hochladen und das System hat diese Lösungen dann den Tutoren vorbewertet bereitgestellt. Gerade bei den Modellierungsaufgaben mit UML und den Programmieraufgaben mit Java/SML und C++ konnte so die Möglichkeit geschaffen werden, wöchentliche Übungsblätter zu bewerten. Systembedingt mussten wir dann aber zum Sommersemester 2017 den Betrieb einstellen.

Seit dem Sommersemester 2017 setzen wir das externe System der Firma Examio ein. Auch hier handelt es sich um ein webbasiertes System bei dem die Studierenden die Aufgaben online einsehen und ihr Lösungen hochladen können. Zurzeit ist es noch nicht möglich, die Auswertungskomponente von DUESIE zu verwenden, dies wird jedoch in den nächsten Semestern zur Verfügung stehen. Dafür bietet das System von Examio den Mehrwert, dass auch die Vorlesungsfolien mit Übungsaufgaben angereichert werden können. Für jeden Studierenden gibt es die Möglichkeit, sich individuelle Lernpfade anzuzeigen. Inhaltliche Screencasts dienen dazu, den Studierenden weiterführende Informationen zu liefern. Durch so genannte Online-Sprechstunden (oder auch Webinare) können Studierende orts- und zeitunabhängig sich mit ihren Tutoren in Verbindung setzen.

Zukünftig wollen wir die automatische Auswertungskomponente aus DUESIE auch in Examio integrieren. Des Weiteren wollen wir versuchen die Präsenzphasen in den Übungen zu optimieren. So ist mittelfristig geplant, die Präsenzübungen weitestgehend durch Online-Übungen abzulösen.

In der Durchführung seit 2007, Systemwechsel zum SoSe 2017

Verwendete Plattformen und Tools

2007 – 2017 DUESIE, seit 2017 die online-basierte Lernplattform Examio.

Elektronischer Übungsbetrieb in der Informatik-Grundausbildung (PDF)

Ansprechpartner

AR Dr.-Ing. Andreas Hoffmann
Fakultät IV – Department ETI
Lehrstuhl Betriebssysteme und verteilte Systeme,

Kontakt
AR Dr.-Ing. Andreas Hoffmann
andreas.hoffmann@uni-siegen.de

Neue Medien im Mathematikunterricht (Mathematikdidaktik – Fachdidaktische Ergänzung/Vertiefung)

Kurzbeschreibung des Lehrprojekts

Da Kinder neuen Medien bereits in jungen Jahren ausgesetzt sind und diese verwenden, sollte die Vermittlung von Medienkompetenz so früh wie möglich beginnen. Durch die Medienerziehung in der Schule können wir Kinder auf eine Zukunft vorbereiten, die in allen Lebensbereichen von neuen Medien geprägt ist und Risikobewusstsein bei der Verwendung dieser schaffen.

Die Hauptaufgabe von (digitalen) Medien in der Bildung ist hauptsächlich die Unterstützung des Lehrers und seines Unterrichts. Digitale Medien werden als Bereicherung des Mathematikunterrichts, als „Mathematik Enhancement“, im Sinne der Allgemeinbildung gesehen. Die Bildung mit digitalen Medien kann einen positiven Lerneffekt liefern, wenn aktive Lernende geschaffen werden (vgl. Bachmair, 1979).

Unter anderem stellen Herselman & Botha (2014) fest, dass die teacher professional development (berufliche Weiterentwicklung der Lehrer, TPD) Komponente der ICT4RED Initiative (http://www.ict4red.co.za/), die in Südafrika durchgeführt wurde, diese zum Erfolg machte. ”Attendance was high and teachers started their own co-creation of content, lessons plans and sharing this in communities of practice with similar teachers in their area.“ (Herselman & Botha, 2014).

In Kooperation mit dem Council for Scientific and Industrial Research (CSIR), der University of South Africa (UNISA) und der University of Pretoria werden Konzepte zu Fortbildungen und Workshops für Lehrer/-innen und Studierende im Kontext von digitalen Medien in der Lehre und Informations- und Kommunikationstechnologie für die Entwicklungszusammenarbeit (ICT4D) entwickelt und erprobt. (Dies geschah unter anderem auch im Rahmen meiner DAAD-geförderten Kurzzeitdozentur.)

Die Durchführung von TPDs in der Art von ICT4RED in Schulen und speziell während der Lehrerausbildung kann zur Optimierung der Lehre beitragen. Eine solche Komponente wird durch diese Seminare fachbegleitend in das Lehramtstudium integriert, um möglichst viele Lehrkräfte erreichen und auf den späteren Schulunterricht und den Umgang mit digitalen Medien vorbereiten zu können.

Im Rahmen solcher fachdidaktischer Seminare könnten Studierende des Lehramtes Medienkompetenzen für den Mathematikunterricht erwerben und gleichzeitig Material für die Lehreraus- und Weiterbildung generieren. Die Ergebnisse solcher Seminare können als Open Educational Resources (OER) in Wikiversity festgehalten werden. Durch die Erstellung eines Wikis zu einem Seminar oder einer Vorlesung innerhalb von Wikiversity durch Studierende können sowohl fachliche Inhalte (Lernen durch Autorentätigkeit), als auch Medienkompetenzen erworben werden.

Beispiele für die Verwendung von Wikiversity in meiner Lehre sind folgende:
https://de.wikiversity.org/wiki/OpenSource4School
https://de.wikiversity.org/wiki/Kryptologie_-_Mathematische_Vertiefung_(PH_Freiburg_SS_2017)
https://en.wikiversity.org/wiki/E-Proof

Um den Studierenden die erworbenen Kompetenzen zu zertifizieren, werden Open Badges über ein freies Badge Management System verliehen. (vgl. Niehaus et al., 2017)

Zur Weiterentwicklung und Optimierung der TPDs wird fachdidaktische Entwicklungsforschung betrieben.

Literatur

  • Bachmair, B. (1979): Medienverwendung in der Schule. Analyse- und Planungsbeispiele für den Unterricht mit audiovisuellen Medien. Berlin: Volker Spiess.
  • Herselman, M. & Botha, A. (2014). Designing and implementing an Information Communication Technology for Rural Education Development (ICT4RED) initiative in a resource constrained environment: Cofimvaba school district, Eastern Cape, South Africa. Pretoria, South Africa: CSIR Meraka.
  • Niehaus, E., Platz, M., Botha, A. & M. Herselman: Using Digital Badges in South Africa informing the validation of a multi-channel Open Badge system at a German University, in IST-Africa 2017 Conference Proceedings, Paul Cunningham and Miriam Cunningham (Eds), IIMC International Information, Management Corporation, 2017.

Verwendete Plattformen und Tools

Wikiversity, Android Tablets, Android Smartphones, Laptops (bring-your-own-device); OpenSource Software und OpenContent (Open Educational Ressources)

Neue Medien im Mathematikunterricht (PDF)

Ansprechpartnerin

Vert. Prof. Dr. Melanie Platz
Fakultät IV – Department Mathematik
Didaktik der Mathematik

Kontakt
Melanie Platz
platz@mathematik.uni-siegen.de

COMALAT – Competence Oriented Multilingual Adaptive Language Assessment and Training System

Kurzbeschreibung des Lehrprojekts

COMALAT ist eine web-basierte E-Learning Plattform und Mobile App für Android Smartphones zur Vermittlung von Sprachkompetenz. Das System fokussiert mithilfe von bereitgestellten Lernmaterialien (Deutsch, Englisch, Spanisch im Einsteiger- und Fortgeschrittenen-Niveau) vor allem die passiven Sprachkompetenzen und bietet ebenfalls einführende Lernmaterialien in den job-orientierten Themenbereichen Gesundheitswesen, Tourismus, Wissenschaft und Technik sowie Wirtschafts- und Fachsprache.

COMALAT besitzt im Gegensatz zu bestehenden Sprachenlernsystemen einen uneingeschränkten, kostenfreien Zugang zu allen Materialien und bietet einen gewissen Grad an Adaptivität (basierend auf statistischer Auswertung), um auf Schwächen des Benutzers, durch die Empfehlung von zusätzlichen Lernmaterialien, einzugehen.

Die Lernmaterialien sind als Open Educational Ressource (OER) für alle EU-Bürger kostenlos zugänglich.

An COMALAT (Erasmus+, Leitaktion 2 Strategische Partnerschaften) beteiligt waren neben der Universität Siegen (Fachgruppe Praktische Informatik und Institut für Wissensbasierte Systeme und Wissensmanagement), die Aristoteles Universität Thessaloniki, Griechenland und das Sprachenzentrum an der Universität Alicante, Spanien.

Projektlaufzeit: September 2014 – August 2017.

COMALAT ist eine offene Lernplattform (Training Platform) für
Sprachkompetenzen im Anfänger- und Fortgeschrittenenlevel
in Deutsch, Englisch und Spanisch. Mit COMALAT lassen sich
vor allem die so genannten passiven Sprachkompetenzen wie
Wortschatz, Lesen und Hörverstehen trainieren. COMALAT
orientiert sich an den Stärken und Schwächen des Benutzers,
da der Lernfortschritt, im sog. Competence Assessment,
kontinuierlich überwacht wird und nach jedem Lerneinheits-
abschnitt bei Bedarf passende Zusatz-Aufgaben durch das
System empfohlen werden. Bei der Empfehlung von
zusätzlichen Materialien spielen eigene Testbewertungen und
die Bewertungen anderer Lerner in der Plattform eine Rolle. Im
COMALAT Projekt wurde Fuzzy Grading entwickelt – eine
statistische Auswertung (Statistical Analysis and Machine
Learning) von Testresultaten, die es ermöglicht, Fälle zu
beurteilen, die genau an der Grenze des Bestehens/Nicht-
Bestehens von Lernabschnitten liegen. Außerdem wurde ein
Verfahren implementiert, das Lernertypen (Archetypal
Analysis) identifizieren kann und so dem Lehrer bzw. dem
Lernmaterialersteller Aufschluss darüber geben kann, wie
Lerner im Vergleich zu den Referenztypen bewertet werden.
Um die angesprochene Adaptivität (Adaptive Training) zu
gewährleisten, erfordert das System eine entsprechende
Konfiguration des Lernmaterials, der möglichen Lernpfade und
der verschiedenen Varianten des Feedbacks. Hierfür wurde eine eigene Systemkomponente (Authoring Tool) entwickelt, die das Configuration Mapping unterstützt.

Welche Plattformen und/oder digitalen Tools verwenden Sie im Rahmen Ihres Lehrprojekts?

COMALAT verwendet das Learning Management System „Sakai“ als Basisplattform. Erweitert wurde Sakai um zwei selbst programmierte Tools, Guide und Authoring.

  • Die Guide-Komponente dient der Präsentation und Empfehlung von Lernmaterialien (erklärende Lernmaterialien in HTML, aber auch eingebundene Tests im speziellen E-Learning Format).
  • Authoring ist eine zusätzliche Autorenumgebung, die dabei hilft neue Lernmaterialien ins System einzupflegen, diese zu bearbeiten oder die Sequenz an Lernmaterialien zu verändern.

Material:

www.comalat.eu/app
http://www.comalat.eu/mobile
http://www.comalat.eu/oer

COMALAT (PDF)

Ansprechpartner

Prof. Dr. Udo Kelter
Fakultät IV – Institut für Praktische Informatik

Prof. Dr.-Ing. Madjid Fathi
Fakultät IV – Institut für Wissensbasierte Systeme und Wissensmanagement

Kontakt:
Johannes Zenkert
johannes.zenkert@uni-siegen.de

Einführung in Geoinformation –Digitales 3D-Stadtmodell Siegen

Kurzbeschreibung des Lehrprojekts

Die Autorin setzt seit 2003 erfolgreich die Erzeugung, Bearbeitung und Analyse des digitalen 3D-Stadtmodells Siegen zur Ausbildung angehender Bauingenieure/-innen im Umgang mit Geodaten ein. Im Zuge der Einführung in die Geoinformation werden Grundlagen der theoretischen Rauminformation in praktischer Projektarbeit mit der Entwicklersoftware ArcGIS der Firma ESRI Inc. (Environmental
Systems Research Institute, US-amerikanischer Softwarehersteller und Marktführer von Geoinformationssystemen GIS) vermittelt. Die thematische Ausrichtung „Digitales 3D-Stadtmodell“ ist somit unmittelbar mit der didaktischen Herausforderung verknüpft, Hochschullehre digital zu gestalten. In der digitalen                   3D-Stadmodellierung werden die Erfassung und Darstellung des Status Quo der Stadtsituation ebenso wie zeitliche Vorblicke in die Zukunft und Rückblicke in die Vergangenheit umgesetzt.

Aktuell findet ein Ausschnitt des digitalen Stadtmodells
Siegen 3D-geplottet Einsatz im Siegerlandmuseum der Stadt
Siegen. Die digitale Modellierung des Siegbergs stellt
dort die digitale Grundlage dar für die Erarbeitung von
„Erinnerungsorten“ im Rahmen des Projektes ZEIT.RAUM
Siegen (http://www.zeitraum-siegen.de/).

Als ZEIT.RAUM2 –Siegen Unter Tage soll aktuell in Fortsetzung der digitalen Modellierung des 3D-Stadtmodells die thematische Ausrichtung in die Tiefe erweitert werden. Mit der Umsetzung dieses Vorhabens werden eine Vielzahl von Grenzen überschritten:

a) Die räumliche Beschränkung eines haptischen 3D-Modells (Siegerlandmuseum) wird aufgehoben zugunsten der räumlich unbegrenzten Ausdehnung des virtuellen Modells.

b) Die optische Beschränkung auf die Erdoberfläche wird aufgehoben zugunsten der virtuellen Einblicke in die Tiefe.

c) Die thematische Beschränkung des 3D-Stadtmodells wird erweitert auf die Geschichte von Industrie und Bergbau des Siegerlandes.

d) Die Widmung für die Lehre wird thematisch ausgeweitet von der Bearbeitung der Geodaten auf Aspekte der Geschichte und der Geografie.

e) Die Widmung für die Lehre wird in der Orientierung
ausgeweitet von der universitären Lehre auf das schulische Umfeld ebenso wie auf außerschulische Lernszenarien.

Das Projekt befindet sich seit 2003 in Durchführung und stetiger Weiterentwicklung.

Verwendete Plattformen und Tools

PC-Pool des Departments/ ArcGIS der US-amerikanischen Firma Esri (Environmental Systems Research Institute)

Einführung in Geoinformation (PDF)

Ansprechpartnerin

Univ.- Prof. Dr.-Ing. Monika Jarosch
Fakultät IV – Dep. Bauingenieurwesen
Lehrstuhl für Praktische Geodäsie und Geoinformation

Kontakt:
Univ.- Prof. Dr.-Ing. Monika Jarosch
Jarosch@vermessung.uni-siegen.de