Modellierung in der Lehre an Hochschulen: Thesen und Erfahrungen

Zusammenfassung: Nicht erst seit Modellierung zum Modewort geworden ist, ist Modellierung ein wichtiges Thema in der Informatikausbildung. Dieser Beitrag beleuchtet in zwölf Thesen das Warum, Was, Wie viel, Wo, Wann und Wie von Modellierung in der Lehre im Rahmen informatikbezogener Studiengänge. Die Thesen basieren auf der Erfahrung des Verfassers mit einer seit über zehn Jahren gehaltenen Modellierungsvorlesung an der Universität Zürich sowie dem Gedankenaustausch mit anderen Hochschullehrerinnen und -lehrern im Rahmen der GI-Workshopreihe ,,Modellierung". Zusätzlich liefert eine Befragung von Absolventinnen und Absolventen an der Universität Zürich empirische Evidenz für eine Reihe der These

Conceptualizations of action in paradigms of research on teaching

Konzepte für Unterricht - gefasst als Modelle, Theorien oder Schemata - wurden sowohl in Allgemeiner Didaktik als auch in der Lehr-Lern-Forschung entwickelt. Durch eine Analyse von Konzepten beider Paradigmen sollen Gemeinsamkeiten und Unterschiede in den Konzeptualisierungen von Handeln identifiziert werden. Die Analyse geschieht durch eine Aufschlüsselung von Theorien beider Paradigmen in ihre Komponenten. Ausgehend von identifizierten Herausforderungen der Konzeptualisierung von Handeln werden im Resümee konzeptuelle, methodologische und empirische Perspektiven skizziert, durch die Handeln im Unterricht untersucht werden kann. (DIPF/Orig.)Concepts of teaching - in the form of models, theories, or schemes - have been developed both in general didactics and in research on teaching and learning. Through an analysis of concepts of both paradigms, commonalities and differences in the conceptualizations of action will be identified. The analysis is carried out by breaking down into their components theories of both paradigms. On the basis of identified challenges of the conceptualization of action, conceptual, methodological, and empirical perspectives, through which action in classroom teaching can be examined, will be sketched in the contribution\u27s resume. (DIPF/Orig.

Informatikdidaktische Diskussion über das Design eingebetteter Systeme

Die Ausbildung künftiger Entwickler eingebetteter Systeme ist heute geprägt von einer subjektiven, kulturspezifischen Gestaltung von Lehr-Lernprozessen, welche die Ergebnisse der Kompetenzforschung zumeist nicht berücksichtigen. Es besteht Konsens, dass in Kompetenzmodellen strukturierte Kompetenzen –kognitive Fähigkeiten und Fertigkeiten, um bestimmte Probleme zu lösen –notwendig sind, um zwischen abstrakten Bildungszielen und konkreten Lehr-Lernprozessen zu vermitteln. Damit stellen die Erforschung von Kompetenzmodellen und Pfaden der Kompetenzaneignung grundlegende Forschungsbedarfe zur Hochschuldidaktik der technischen Informatik dar. In dieser Arbeit werden Konzepte zur theoretischen Fundierung von Laborpraktika der technischen Informatik entwickelt, welche auf Ergebnissen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projektes Kompetenzentwicklung mit eingebetteten Mikro- und Nanosystemen (KOMINA) aufbauen. In der vorliegenden Arbeit wird das Verständnis von eingebetteten Systemen als Teil informatischer Curricula insofern erweitert, als dass sich diese Systeme als Lerngegenstand eignen, um Kompetenzen verschiedener Informatikdisziplinen zu fördern und damit nicht auf die technische Informatik beschränkt sind. Eine Taxonomie zur Vergleichbarkeit fachdidaktischer Publikationen zu eingebetteten Systemen wird weiterentwickelt und angewandt, um institutionelle Besonderheiten sowie die Vielseitigkeit des Praxisfeldes zu erfassen. Forschungsgegenstand ist das im Rahmen von KOMINA entwickelte Entwurfs- und Anwendungspraktikum für eingebettete Systeme. Zielgruppe sind Studierende der Informatik. Es werden typische Lernhürden identifiziert, wodurch neue Erkenntnisse, über die formative Evaluation des unter Beteiligung des Autors entwickelten und durchgeführten Praktikums hinaus, gewonnen werden. Diese Erkenntnisse begründen die Notwendigkeit neuer didaktischer Konzepte und lernförderlicher Software unter Berücksichtigung institutioneller Besonderheiten sowie zielgruppenspezifischer Vorkenntnisse. Kognitive Strukturen als Komponente didaktischer Systeme werden in diesem Forschungsprojekt erforscht. Sie dienen als Basis für die informatikdidaktische Verfeinerung des in KOMINA empirisch evaluierten Kompetenzstrukturmodells für das Entwickeln eingebetteter Mikro- und Nanosysteme. Bislang wurden Erarbeitungsreihenfolgen informatorischer Fachkonzepte in didaktischen Systemen betrachtet, welche drei Funktionen besitzen. Die Orientierung der Lernenden im Fachgebiet, die Organisation zur Planung von Lehr-Lernprozessen sowie die Diskussion didaktischer Entscheidungen. In diesem Beitrag zur Grundlagenforschung zur Hochschuldidaktik der technischen Informatik steht die Diskussion didaktischer Entscheidungen bei der Gestaltung von Lehr-Lernprozessen und Pfaden der Kompetenzaneignung im Vordergrund. Deshalb werden die Anforderungen an die Darstellung kognitiver Strukturen – Ausdrucksstärke, Übersichtlichkeit und Nachvollziehbarkeit – zugunsten der Diskussion didaktischer Entscheidungen angepasst. Der Autor stellt Forschern zur Hochschuldidaktik der technischen Informatik Konzepte bereit, die es ermöglichen Fachkonzepte und Lehr-Lernprozesse zu analysieren sowie durch Anpassung an institutionelle Besonderheiten theoretisch fundiert zu gestalten. Dies sind insbesondere eine Taxonomie zur Identifikation von Lernhürden, die Methodik zur Ausdifferenzierung von Kompetenzen mit Bezug zu den identifizierten Lernhürden, die Visualisierung kognitiver Strukturen mit diesen Kompetenzen im Zentrum sowie die in der Hauptverantwortung des Autors entwickelte lernunterstützende Software Explorative Learning and Visualization Environment. Diese dient als Beispiel für den Einsatz von Simulationen in Laborpraktika der technischen Informatik. Es wird damit exemplarisch gezeigt, wie die informatikdidaktische Verfeinerung des Kompetenzstrukturmodells in Verbindung mit kognitiven Strukturen und lernförderlicher Software zur Überwindung der mithilfe der entwickelten Taxonomie identifizierten Lernhürden eingesetzt werden können.Today, the education of future developers of embedded systems is characterized by a subjective, culture-specific design of teaching and learning processes. This design, mostly, does not take the results of research on competences into account. There is a consensus that competences – cognitive abilities and skills used to solve specific problems – and competence models are needed to mediate between abstract and concrete educational goals of teaching and learning processes. Therewith, the exploration of competence models and paths of competence acquisition are fundamental research needs for didactics of computer engineering at university. Within this work, based on the results of the project competence development with embedded micro- and nanosystems (KOMINA) funded by the German Research Foundation, approaches for a theoretical foundation of laboratory courses of computer engineering have been developed. Within this thesis, the understanding of embedded systems as a part of computer science curricula has been broadened since it is not limited to computer engineering. While these systems are also suitable as learning objects to promote competences within various computer science disciplines. A taxonomy to foster the comparability of research on didactics of computer engineering is further developed and applied in order to conceive institutional particularities and the versatility of the practice field. The design and application laboratory for embedded systems, developed in the context of KOMINA, is the object of research. Students of computer science are the target group. In addition to the formative evaluation of the developed laboratory the taxonomy enables the identification of typical learning barriers. These findings justify the need for new educational concepts as well as learning software, taking institutional particularities and target group specific knowledge into account. Cognitive structures as a component of Didactic Systems are investigated. As they serve as a basis for the refinement of the empirically evaluated competence structure model for the development of embedded micro- and nanosystems. So far, the sequences of teaching units have been considered in Didactic Systems, which posses three functions. The orientation of the learner in the topic, the organization of the planning of teaching and learning processes as well as the discussion of didactic decisions. In this work, regarding the contribution to basic research on didactics of computer engineering at university, the discussion of didactic decisions in the design of educational processes and paths of competence acquisition has priority. Therefore, the demands on the representation of cognitive structures – expressiveness, clarity and comprehensibility – are adjusted in favor of the discussion of didactic decisions. The author provides concepts which allow researchers to analyze technical concepts as well as to develop educational processes in a theoretically established manner. These are, in particular, a taxonomy to identify learning barriers, the methodology for the differentiation of competences related to the identified learning hurdles, and the visualization of cognitive structures with these competences at center. Additionally, the learning software Exploratory Learning and Visualization Environment, that has been developed with the author’s responsibility, is presented. This software serves as an example for the use of simulations in laboratory courses of computer engineering. Thus, the combination of the refinement of the competence structure model in conjunction with cognitive structures in addition to learning software, which can be applied to overcome the identified learning hurdles, is shown as an example

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

Vom Hochschulseminar zum interdisziplinären E-Lehrverbund

Die Nutzung von Formen des E-Learning an Hochschulen muss im Zusammenhang mit den traditionellen Lehrformen bewertet werden. Wir schlagen vor, dass der Gebrauch von digitalen Medien und Kommunikationswerkzeugen im akademischen Unterrichtsbereich nicht unabhängig von der komplexen Lernstruktur des klassischen Seminars betrachtet wird. Zuerst verlangt dies eine Analyse des gemeinschaftlichen Aufbauprozesses von Wissen. Nur vor diesem Hintergrund kann dann das didaktische Potential der entsprechenden medientechnischen Gestaltungen bewertet werden. Mit Erfahrungen aus dem bundesweiten Lehrverbund RION sollen Möglichkeiten, Probleme und Vorzüge eines didaktischen Designs, das auf Zusammenarbeit fokussiert, veranschaulicht werden

DeutschlehrerInnen im Spannungsfeld gesellschaftlicher Modernisierungsprozesse: eine typologische Rekonstruktion individueller didaktischer Konzepte zur Entwicklung (kultur-)historischen Bewusstseins im Literaturunterricht

Zweitveröffentlichun

Leseanforderungen im Kontext beruflicher Arbeit als Ausgangspunkt für die Entwicklung adressatenspezifischer integrierter Konzepte zur Förderung von Lesestrategien

Eine unzureichende Lesekompetenz vieler Berufsschüler/innen wird durch verschiedene Studien nachgewiesen (z.B. PISA, ULME I). Auch ein Zusammenhang zwischen Lesekompetenz und berufsfachlicher Kompetenzentwicklung ist erkennbar. Gleichzeitig führen nach dem Konzept des Reciprocal Teaching durchgeführte Interventionen zur Förderung der Lesekompetenz im Berufsschulunterricht, sowie auch andere Fördermaßnahmen, kaum zu den erhofften positiven Effekten. Eine weitere Untersuchung zur Wirksamkeit des Reciprocal Teaching-Ansatzes in Kleingruppen stützt die Vermutung, dass u.a. die problematische motivationale Einstellung der Schüler/innen zum Lesen der Wirksamkeit von Fördermaßnahmen entgegensteht. Offensichtlich gelingt es kaum, Schüler/innen die Relevanz von Lesekompetenz im beruflichen Kontext zu verdeutlichen. Sinnvoll scheint [den Autoren] daher, die Entwicklung von Interventionskonzepten, die von beruflichen Leseanforderungen ausgehen, um damit den Aspekt der subjektiven Bedeutsamkeit von Lerninhalten noch stärker zu gewichten. Der vorliegende Aufsatz skizziert zunächst Konzepte zur Leseförderung für die berufliche Bildung. Im Zentrum stehen Befunde einer Ergänzungsstudie zu Reciprocal Teaching in gewerblich-technischen Bildungsgängen, woraus weiterer Forschungsbedarf im Kontext von Lesekompetenzförderung abgeleitet, im Rahmen einer Projektskizze konkretisiert wird und erste Befunde berichtet werden. (DIPF/Orig.

Reader zum Workshop Standardisierung im eLearning : Begleitveranstaltung zum Förderprogramm Neue Medien in der Bildung ; 10./11. April 2002 Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt/Main

Bei der Entwicklung und vor allem bei der institutions- und projektübergreifenden Nutzung von eLearning Modulen oder Lernobjekten spielen Standards und Spezifikationen zu deren Beschreibung und Verwaltung eine immer wichtigere Rolle. Nur auf deren Basis können sich langfristig Verwaltungs- und Verwertungsmodelle entwickeln, die eine breite Nutzung von eLearning Modulen bis hin zur Entwicklung eines entsprechenden Marktes ermöglichen. Aufgrund allgemeingültiger Spezifikation für die Beschreibung von Lernobjekten bis hin zu standardisierten Angaben für komplette online Kurse werden Anbieter und Nachfrager in Tauschbörsen, institutionsübergreifenden Kooperationen, fachspezifischen Datenbanken und Bildungsservern eLearning Ressourcen anbieten und nutzen. Projekte und Initiativen stehen jetzt vor der Aufgabe, sich einen Überblick über vorhandene Standards und Spezifikationen zu verschaffen, um für sich selbst die geeigneten auswählen und anwenden zu können. Oft werden aufgrund der projektspezifischen Anforderungen zudem eigene Beschreibungen entwickelt. Dadurch entsteht eine Vielzahl von Beschreibungen, die den Austausch und das Auffinden von Modulen über die Projektgrenzen hinaus schwierig wenn nicht unmöglich machen. Der in diesem Band dokumentierte Workshop "Standardisierung im eLearning" hat das Ziel, die aktuelle Diskussion um die Entwicklung und Anwendung von Standards aufzugreifen, transparent zu machen und fortzuführen. Veranstalter des Workshops sind das Kompetenzzentrum für Neue Medien in der Lehre der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt/Main und der Projektträger Neue Medien in der Bildung + Fachinformation. Die Veranstaltung setzt die Reihe von themenspezifischen Begleitworkshops im Rahmen des Förderprogramms Neue Medien in der Bildung fort. Eine Übersicht zu bereits durchgeführten und in Planung befindlichen Begleitveranstaltungen finden Sie auf dem Internet-Portal des Projektträgers (http://www.medien-bildung.net)