The Development Process of a Teaching and Learning Environment featuring Digital Media for a Poetic "Textwerkstatt Deutsch" - Constructing the Domain Model in a Didactic Design Process

Nach wie vor existieren kaum Lernsoftware-Produkte bzw. digitale Lern-Arrangements, die deutschdidaktischen Ziel-, Inhalts-, Methoden- und Lernwirksamkeitsansprüchen genügen. Grundlage für die Auseinandersetzung mit diesem Defizit war ein interdisziplinäres Forschungsprojekt zwischen dem Fach Deutsch und der Bildungsinformatik. Initiiert durch das ursprüngliche Bestreben, das besondere Potenzial eines lyrik-didaktischen Gegenstands in ein digitales Medium umzusetzen, werden in der Arbeit über diesen Einzelfall hinausreichende, bildungsinformatische Modelle für Didaktische Designprozesse (didactic design process, DDP) entwickelt. Die methodischen Implikationen dieser Modelle bilden die Grundlage für das Didaktische Drehbuch (didactic storyboard, DSB), einem im Projekt entwickelten Instrument, dessen Einsatz im DDP dargestellt wird. Beim Versuch, unmittelbar das Produktziel zu verwirklichen, stößt man auf erhebliche Schwierigkeiten, die sowohl für die angewandte Mediendidaktik als auch die angewandt Informatik, insbesondere das Software Engineering (SE), oft typisch sind: Die Modellierung der fachlichen Lösung – im vorliegenden Fall der fachdidaktischen Lösung – fällt einer einseitigen Konzentration auf die dinglichen Qualitäten bzw. materialen Eigenschaften des angestrebten Endprodukts zum Opfer. Wenn man bestimmte, herkömmliche SE-Methoden für das didaktische Design einsetzt, kann es sogar zu einer Multiplikation negativer Effekte kommen. Bestimmte Formen des Prototyping-Verfahrens führen beispielsweise zu einem naiven Technizismus. Ähnliche Zusammenhänge werden in Literatur und Praxis unter anderem mit dem Sprachproblem (im vorliegenden Fall zwischen eher geisteswissenschaftlich und formalwissenschaftlich geprägten Disziplinen) oder verschiedenen, aus dem SE bekannten Phänomenen, wie der „pragmatischen Lücke“ oder dem „requirements creeping“, in Verbindung gebracht. Die eigenen Erfahrungen im Projekt deckten darüber hinaus eine tiefer liegende, prinzipielle Schwierigkeit auf: didaktische Modelle können generell kaum bis ins Detail explizit angegeben werden. Die Konzepte sind oft sehr lückenhaft. (Im Präsenzunterricht können derartige „Lücken“ durch „Improvisieren“ geschlossen werden – was u.U. die Qualität des Unterrichts sogar erhöht –, nicht jedoch bei digitalen Lernumgebungen.) Es müssen also neue Mittel und Wege für das didaktische Design gefunden werden. Schwerpunkt der Arbeit ist deshalb nicht das Ergebnis, sondern der Designprozess selbst. Ähnliche Betrachtungen im Zusammenhang mit digitalen Lern-Arrangements finden sich in anwendbarer Form in der Mediendidaktik und -pädagogik bisher kaum, in der Fachdidaktik Deutsch gar nicht. Das SE hingegen stellt Vorgehensmodelle für die Softwareentwicklung bereit; diese sind jedoch nicht ohne weiteres auf den DDP übertragbar. In Kapitel 3 werden deshalb eigene, genuin bildungsinformatische Modelle entwickelt: Ein Prozessmodell für den DDP sowie ein Produktmodell für Lern-Arrangements, das offen genug ist, sowohl das didaktische Feld zu beschreiben, als auch den Bezug zu technischen Produktmerkmalen herzustellen. Es werden die Spezifika von iterativ-inkrementellen und hermeneutisch-zyklischen DDPs, insbesondere auch das Konzept der Subprozesse, erarbeitet. Dabei ist der entscheidende Schritt zur Lösung des didaktischen Modellierungsproblems die regelrechte „Umkehr der Konstruktionsrichtung“: Zur Modellierung des Fachkonzepts ist ein spezifisches Konstruktionsverfahren, das einen erheblichen Anteil am Prozess hat, notwendig. Das bloße Abfragen von Anforderungen als Vorgaben für den Medienentwurf ist nicht ausreichend und sogar kontraproduktiv. Das Didaktische Drehbuch (DSB), das im 4. Kapitel vorgestellt wird, unterstützt ein solches Verfahren. Es bezeichnet ein Instrument, eine Methode und ein Artefakt für die Hilfestellung bei der Lösung des Sprach-, Konstruktions- und Anforderungsproblems. Ein wesentliches Konzept des DSB ist das Handlungskonstrukt, das kontrastierend zum Anforderungs- und Objektkonstrukt aus dem SE verwendet wird. Das DSB unterstützt differenzierte Heuristiken. Markant ist die „Heuristik der Spiegelung“, die Gegenüberstellung von Lehr- und Lernhandlungen. Es bestehen Zusammenhänge mit Basis- und Notationskonzepten aus der Systemanalyse („system analysis“, „business modelling“) des SE. Die Anwendung des DSB wird an einem Standard-Beispiel aus dem SE und Proben aus der Projektarbeit gezeigt. Ein softwaregestütztes DSB-Tool wird in Grundzügen beschrieben. Für die Weiterentwicklung der Modelle und Instrumente gibt es zwei Hauptrichtungen: Die Nutzung für primär didaktische Zwecke, wie z.B. eine „analytische Unterrichtsplanung“, sowie die Nutzung für die didaktisch qualifizierte Produktion von digitalen Lehr-Lern-Systemen. Das DSB verspricht auch neue Impulse für die Validierung und Evaluation von Lehr-Lern-Systemen im Kontext des didaktischen Feldes.The German “Didaktik” is the science of teaching and learning. Didactic experts of German as a school subject criticize the mostly low “didactic” quality of learning software and multimedia learning tools concerning their domain, in spite of the increasing technical possibilities of multimedia. These inadequacies result in a low effectiveness on the learning processes of students and pupils. Our research project at a university of education dealt with this problem. The objective was to find ways and methods for designing learning software including more (subject) didactic aspects. Didactic experts of the subject of German literature, especially poetry, and experts for applied computer science, especially software engineering, cooperated closely in this project. A first approach toward a solution was to use standard engineering methodology. Software engineering (SE) offers heavyweight and lightweight processes for application in software development. When using such methods of SE in order to design, the typical result might be a one-sided focus on material features of the product, thus neglecting the didactic aspects such as didactic objectives, contents and methods. For example the application of a particular concept of throwaway prototypes might produce the very simplistic effect of “technical featurism”. Literature and practice concerning SE discuss different reasons and aspects regarding these phenomena, such as the “pragmatic gap”, “requirements creeping” and especially the “communication problem” between workers of different domains (in our case specialists for poetry versus engineers). All these aspects do apply; however, when modelling a “didactic concept” a deeper, essential problem emerges: The didactic concept itself is insufficient; and as a matter of principle it is difficult to explicitly specify the didactic model. To solve this problem a new methodology is necessary: It has to integrate SE methods such as approaches to “system analysis” and “business modelling” as well as multiple didactic approaches such as learning theory, instructional design, best practices, knowledge of teachers and so on. Didactic experts must be especially involved into the design process. To realize this, a set of generic models is developed in the thesis: fundamentals of a “didactic design process” (DDP) and its products, learning-environments and “didactic media”. (We call it learning-environments or -systems rather than teaching-environments, because learning may happen without teaching. We don't call it "instructional systems", because learning-environments can be more or less "instructional"). The reversion of the “direction of construction” distinguishes the DDP from “conventional” development processes. First of all the didactic model itself has to be constructed, regardless of the architectural model of the product or any technical or media aspects. As a result of the research project, the Didactic Storyboard (DSB) offers a method to do this systematically: It is a method, a tool and an artefact that supports the “didactic modelling”. It focuses on pedagogical and didactic aspects; the technical features are derived from those. It differs from SE concepts, as, for example, it employs activities (“Handlungen”) instead of using “requirements”, “use cases” or “object-oriented” concepts. It offers different heuristic methods, e.g. the detailed contrasting of learning and teaching activities. The DSB supports practical, creative work within the design process. Concerning further development of the DSB and the DDP there are two main points of focus. In terms of form, a software tool has to be developed in order to use it ergonomically and efficiently. In terms of content, there are two main directions. Firstly, in the field of didactics, e.g. teacher education, the DSB can help to overcome the gap between theory and practice by modelling, analysing, reflecting and evaluating scenarios of lessons for specific subjects. Secondly, in software production the DSB can promote the improvement of learning-environments

Entwicklung einer Methodik zur Flexibilitätsbewertung von Produktionssystemen : Messung von Mengen-, Mix- und Erweiterungsflexibilität zur Bewältigung von Planungsunsicherheiten in der Produktion

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung der Bewertungsmethodik "ecoFLEX", mit der sich die Mengen-, Mix- und Erweiterungsflexibilität von Produktionssystemen verschiedener Branchen konkret messen lässt. Der Betrachtungsraum erstreckt sich hierbei über die Ebenen Arbeitsplatz, Linie, Segment, Fabrik und ermöglicht somit auf den jeweiligen Verwendungszweck fokussierte Flexibilitätsbetrachtungen, was anhand eines umfangreichen Verifikationsbeispiels nachgewiesen wird

Entwicklung und Erprobung eines Instruments zur Messung informatischer Modellierungskompetenz im fachdidaktischen Kontext

Die Auswertung der Ergebnisse internationaler Vergleichsstudien haben Mängel am deutschen Bildungssystem aufgedeckt. In diesem Zusammenhang rückte die Vermittlung von Kompetenzen in das Zentrum bildungspolitischer Lösungsstrategien. Um die Qualität des deutschen Bildungssystems zu sichern, wird die Entwicklung nationaler Bildungsstandards gefordert, die verbindliche Anforderungen an das Lehren und Lernen in der Schule darstellen. Diese Bildungsstandards sollen sich nach Vorgaben des Bildungsministeriums für Bildung und Forschung auf wissenschaftlich fundierte Kompetenzmodelle stützen, die in Zusammenarbeit von Fachdidaktikern, Fachwissenschaftlern und Psychologen entwickelt werden. Ebenso wird hier explizit die Einbeziehung und Entwicklung entsprechender Verfahren zur Testentwicklung gefordert.In Anbetracht dieser bildungspolitischen Umstände, beschreibt die vorliegende Dissertationsschrift die Entwicklung eines wissenschaftlich fundierten Kompetenzstrukturmodells und eines Kompetenzmessinstruments für einen zentralen Teilbereich der informatischen Bildung, der objektorientierten Modellierung. Um die Bedeutung des Gegenstandsbereichs zu verdeutlichen, wird die Relevanz der Modellierung für die Informatik aus fachwissenschaftlicher und fachdidaktischer Perspektive erörtert. Im weiteren Verlauf wird dargestellt, wie die Gestaltung eines Kompetenzstrukturmodells in zwei Schritten erfolgen kann. Zunächst erfolgt eine normativ theoretische Ableitung von Kompetenzdimensionen und -komponenten anhand von einschlägiger Fachliteratur. In einem weiteren Schritt findet die empirische Verfeinerung des theoretischen Rahmenmodells durch eine Expertenbefragung (durchgeführt in 2009 und 2010), bei der Fachwissenschaftler, Fachdidaktiker und Fachleiter für das Fach Informatik befragt wurden, statt. Auf Grundlage des wissenschaftlich fundierten Kompetenzmodells wirdBased on the outcomes of international studies, which show the inadequateness of the German education system, fostering learners' competencies becomes increasingly relevant. In order to further improve the quality of the German education system, educational policy requires the education system to implement national educational standards. These standards delineate how learning and teaching in schools should take place. Teaching and learning should be based on empirically-grounded competence models that should be developed by domain experts and psychologists cooperatively. For the evaluation of these competence models, educational policy demands the development of appropriate instruments to measure relevant competencies as well. In order to fulfill these demands, the development of an empirically-grounded competence model and a respective instrument will be described for the domain of computer science modeling. First, the relevance of object-oriented modeling for computer science education will be shown. Hereafter, the development of an empirically-grounded competence model and an associated test instrument will be shown.The development of the competence model requires two intermediate steps: In the first step it will be shown how the dimensions and components of the model can be derived theoretically. In a second step, the competence model will be refined empirically by referring to the results of the qualitative content analysis of experts interviews conducted in 2009 and 2010. In the interviews, three groups of experts have been interviewed: (1) experts of computer science, (2) experts of computer science education and (3) expert computer science teachers.Based on the empirically-grounded competence model, the development of an instrument for measuring competencies will be described. Here, the creation of items to prove the respective competencies covered in the competence model will be illustrated.Tag der Verteidigung: 05.06.2013Paderborn, Univ., Diss., 201

Konstruktion geschäftsprozessorientierter operativ-dispositiver Komponentenarchitekturen

Geschäftsprozesse bilden die Lösungsverfahren betrieblicher Systeme und gleichzeitig die zentralen Artefakte zur Realisierung der unternehmerischen Ziele. In Zeiten dynamischer Märkte mit intensivem Wettbewerb ist es umso wichtiger, zeitnah auf Veränderungen am Markt sowie Ereignisse in den Prozessen selbst zu reagieren. In der Konsequenz gilt es, die eigenen Geschäftsprozesse stetig zu hinterfragen und Maßnahmen zu deren effizienterer und innovativerer Durchführung abzuleiten. Mit dem geschäftsprozessorientierten Data-Warehouse-System (gpDWH-System) wird ein Konzept vorgestellt, das an dieser Stelle ansetzt. Entscheidungsrelevante Ablaufdaten werden sowohl auf Aufgabenträgerebene angeboten als auch in den Kontext der betrieblichen Leistungserstellung auf Aufgabenebene eingeordnet. Ein Geschäftsprozess kann damit umfassend aus unterschiedlichen Perspektiven analysiert werden. Abgeleitete prozessbezogene Maßnahmen als Reaktion auf Ereignisse im Markt- und Kundenverhalten sind schließlich mit unterschiedlichem Zeitverzug zu realisieren. Das Spektrum kann vom kurzfristigen, automatisierten steuernden Eingreifen in eine Prozessinstanz bis hin zur mittelfristigen Anpassung der Prozessstrukturen reichen. Es wird eine Referenzarchitektur vorgeschlagen, die zu diesem Zweck operative und dispositive Anwendungssysteme über das gpDWH-System integriert. Der Herausforderung der stetigen Anpassung von Geschäftsprozessen und damit der zugehörigen Anwendungssysteme wird zum einen durch die Grundsätze der Komponentenorientierung begegnet. Zum anderen wird ein Datenschema für gpDWH-Systeme vorgeschlagen, das als stabil im Falle sich verändernder Prozesse angesehen werden kann. Zur Anwendung in betrieblichen Szenarien sowie zur Unterstützung des Entwicklers wird eine Entwicklungsmethodik mit Berücksichtigung von Referenzarchitektur und Datenschema bereitgestellt. Als Grundlage dienen dabei das etablierte Semantische Objektmodell (SOM) sowie das Semantische Data-Warehouse-Modell (SDWM). Die resultierende Methodik ist jedoch auch unabhängig von diesen Ansätzen gültig und anwendbar. Die Konzeption operativer und dispositiver Anwendungssysteme, deren Integration sowie Entwicklung stellen komplexe Tätigkeiten dar. Zur Beherrschung dieser Komplexität folgt die gestaltungsorientierte Arbeit der durchgängigen Metapher von Angebot und Nachfrage. Anhand dieser werden Teilsysteme gebildet und jeweils auf Aufgaben- und Aufgabenträgerebene beschrieben. Zur Demonstration und zum Nachweis von Referenzarchitektur, Datenschema und Entwicklungsmethodik dient eine durchgehende Fallstudie zur Vermietung von Elektrofahrzeugen

Entwicklung eines wissensbasierten Systems zur wirtschaftlichen und ökologischen Bewertung der Minimalmengenschmierung bei der Planung flexibler Fertigungssysteme

Mit steigender Relevanz ökologischer Nachhaltigkeit erfahren ressourceneffiziente Produkte und Prozesse eine stetig steigende Nachfrage. Der Bereich der Metallbearbeitung bietet zahlreiche Ansätze zur Hebung von Effizienzpotenzialen. In diesem Kontext gewinnt die bereits seit Mitte der Neunzigerjahre erforschte Minimalmengenschmierung zunehmend an Bedeutung. Manager und Fabrikplaner stehen der vergleichsweise neuen Technologie allerdings skeptisch gegenüber – zu unberechenbar sind die fallspezifische Umsetzbarkeit sowie ihre ökologischen und monetären Vorteile angesichts der derzeitigen Faktenlage. In der vorliegenden Arbeit wurde diese Problemstellung aufgegriffen. Am Beispiel der spanenden Fertigung in der Automobilindustrie wurde eine Methode entwickelt, um den Einsatz der Minimalmengenschmierung ökologisch und wirtschaftlich zu bewerten und seine Umsetzbarkeit zu beurteilen

Tag des Baubetriebs 2010 - Tagungsbeiträge "Modellierung von Prozessen zur Fertigung von Unikaten" : Forschungsworkshop zur Simulation von Bauprozessen

Am 25. März 2010 veranstaltete die Professur Baubetrieb und Bauverfahren im Rahmen der jährlich stattfindenden baubetrieblichen Tagungsreihe gemeinsam mit der Arbeitsgruppe „Unikatprozesse“ in der Fachgruppe „Simulation in Produktion und Logistik“ (SPL) im Rahmen der Arbeitsgemeinschaft Simulation – ASIM einen ganztägigen Workshop mit dem Titel: „Modellierung von Prozessen zur Fertigung von Unikaten“. Viele Bauprozesse sind dadurch gekennzeichnet, dass sie Unikatcharakter besitzen. Unikate sind durch prototypische Einmaligkeit, Individualität, vielfältige Randbedingungen, einen geringen Grad an Standardisierung und Wiederholungen gekennzeichnet. Das erschwert die realitätsnahe Modellierung zur Simulation sogenannter Unikatprozesse. Dieser Besonderheit widmet sich die überwiegende Zahl der Tagungsbeiträge, die in diesem Band widergegeben sind

Tag des Baubetriebs 2010 - Tagungsbeiträge "Modellierung von Prozessen zur Fertigung von Unikaten" : Forschungsworkshop zur Simulation von Bauprozessen

Am 25. März 2010 veranstaltete die Professur Baubetrieb und Bauverfahren im Rahmen der jährlich stattfindenden baubetrieblichen Tagungsreihe gemeinsam mit der Arbeitsgruppe „Unikatprozesse“ in der Fachgruppe „Simulation in Produktion und Logistik“ (SPL) im Rahmen der Arbeitsgemeinschaft Simulation – ASIM einen ganztägigen Workshop mit dem Titel: „Modellierung von Prozessen zur Fertigung von Unikaten“. Viele Bauprozesse sind dadurch gekennzeichnet, dass sie Unikatcharakter besitzen. Unikate sind durch prototypische Einmaligkeit, Individualität, vielfältige Randbedingungen, einen geringen Grad an Standardisierung und Wiederholungen gekennzeichnet. Das erschwert die realitätsnahe Modellierung zur Simulation sogenannter Unikatprozesse. Dieser Besonderheit widmet sich die überwiegende Zahl der Tagungsbeiträge, die in diesem Band widergegeben sind