Neue Medien zur Unterstützung selbstorganisierter E-Learning-Prozesse im MINT-Bereich unter besonderer Berücksichtigung von E-Assessment

Was lief gut im Projektverlauf?

Die Ergebnisse der durchgeführten Erhebungen belegen die prinzipielle Eignung des im Projekt entwickelten und erprobten didaktischen Konzepts "thermoSOL" zur Aktivierung, Sensibilisierung und zur Verbesserung des Studienerfolgs. Die Befragung der Lernenden ergab, dass ein Großteil der Studierenden das Angebot positiv wahrgenommen hat. In Summe konnten die Lehr- /Lernsituation und der Studienerfolg im Transfermodul deutlich verbessert werden.

Welche Herausforderungen ergaben sich bei der Projektdurchführung?

Die Erfahrungen aus Vorgängerprojekten und die Ergebnisse der kontinuierlich durchgeführten Maßnahmen im Bereich der Qualitätssicherung der Lehre (Lehrevaluationen, unabhängige Befragungen von Studierenden etc.) zeigen, dass neue E-Learning-Ansätze in Kombination mit E-Assessments hier besonders gut geeignet sind zu einer Sicherung des Studienerfolgs beizutragen. Für die Umsetzung von Maßnahmen zur Unterstützung selbstorganisierter Lernprozesse zur Förderung mathematisch-methodischer Kompetenzen (mit OPAL/ONYX) fehlte es allerdings bislang an nutzbaren Instrumenten und Leitlinien. Fragen zu den didaktischen und technischen Anforderungen für den Einsatz entsprechender Übungsformen (E-Assessments) sind hier nicht ganzheitlich gelöst bzw. nicht direkt aus den Erfahrungen der Geistes- und Sozialwissenschaften auf den MINT-Bereich übertragbar. Eine der besonderen Herausforderungen ist es, die hier typischen methodisch-mathematischen Komplexaufgaben im Rahmen eines E-Assessments adäquat abzubilden. Der Einsatz derartiger Methoden im MINT-Bereich ist daher an sächsischen Hochschulen und Universitäten wenig verbreitet. Zwar gab es erste Projekte zur Entwicklung elektronischer Assessment-Instrumente, jedoch handelte es sich oftmals um fachspezifische Anwendungen mit unzureichender Übertragbarkeit auf andere Inhalte bzw. Fächer. thermoE, ein Projekt, das an der HSZG zusammen mit der Technische Universität Dresden durchgeführt wurde (Projektlaufzeit 07/2013 – 12/2014, gefördert durch das SMWK), gehört zu den Projekten, die den Bedarf an weiterführenden Maßnahmen zur Implementierung kompetenzorientierter E-Assessments für den MINT-Bereich aufzeigen.

Traten unerwartete Schwierigkeiten auf? Wenn ja, welche?

Im Rahmen des Projekts zeigten die derzeitigen Grenzen des dargestellten Formats und weisen auf verschiedene Forschungs- und Entwicklungsbedarfe hin. So konnte das "thermoE-Verfahren" eine geeignete Methode um Berechnungsaufgaben als E-Assessment abzubilden bestätigt werden. Die Überführung mathematisch-methodischer Komplexaufgaben in mehrere einzeln überprüfbare E-Assessment-Fragen führt die ONYX-Testsuite jedoch an technische Grenzen. Folgefehler können in ONYX nur unzureichend automatisch erfasst werden. Komplexe Aufgaben, bei denen unterschiedliche Lösungswege möglich sind, lassen sich bislang nicht adäquat abbilden bzw. automatisiert auswerten. Die (MINT-typischen) Korrelationen zwischen Stoffwerttabellen und Formeln bzw. die daraus resultierenden Abhängigkeiten im Lösungsweg sind nicht in der Komplexität abbildbar, wie es die Anforderungen der Lehrkonzepte vorgeben. Zwar sehen aktuelle Entwicklungsansätze zusätzlich Features vor um technische Lösungen für die genannten Probleme anzubahnen, für den "normalen ONYX-Autor" – ohne weiterführende Programmierkenntnisse, sind dieses jedoch kaum anwendbar. Die Vergabe eines automatischen Aufgabenfeedbacks komplexerer Selbsttests ist daher nur bedingt möglich. Insbesondere im Bereich "E-Assessment" zeigt sich weiterer Forschungs- und Entwicklungsbedarf. Themenschwerpunkte wie zum Beispiel adaptive Feedbackszenarien zur selbstgesteuerten Lernzielkontrolle, der Umgang mit Folgefehlern und Ansätze um Unterschiedliche Lösungswege bei mathematisch-methodischen Komplexaufgaben stehen derzeit ganz oben auf der Prioritätenliste der beteiligten Akteure.

Was würden Sie aus Ihren Erfahrungen heraus für ähnlich angelegte Projekte empfehlen?

Für die Kompetenzentwicklung und den Wissenstransfer zur Fragen der Didaktik und zum Medieneinsatz bieten Facharbeitskreise (wie z.B. FAK "Mathematik/Physik und E-Learning" in Sachsen) oder Weiterbildungsformate (z.B. E-Teaching-Zertifikat) wertvolle Plattformen!

Weitere „Lessons-Learned“:

Das Ziel, mehr Zeit für die individuelle Betreuung der Lernenden zu erreichen, konnte aufgrund der ressourcenintensiven Prozesse der Contenterstellung bisher nur teilweise erreicht werde. Es zeigt sich jedoch, dass der entwickelte Aufgaben-pool sowie die Selbstlerninhalte einfach widerverwendbar sind und daher zukünf-tig mit geringeren Aufwendungen für die technische Umsetzung und somit freien Ressourcen für die persönliche Betreuung der Studierenden gerechnet werden kann.

Nachnutzungsmöglichkeiten

Die Hochschule Zittau/Görlitz stellt auch nach Projektende die organisatorischen Rahmenbedingungen zur Verfügung um den Wissenstransfer zu unterstützen und die Projektergebnisse allen interessierten Lehrenden zugänglich zu machen. Die entwickelten Konzepte und realisierten Szenarien (inkl. dazugehörige Schulungsunterlagen) wurden dokumentiert und stehen bei Bedarf zur Nachnutzung zur Verfügung. Das Zentrum für OPAL arning -Zfe- (HSZG), als feste Einrichtung der HSZG, betreut auch nach Projektende den Bereich "selbstorganisiertes E-Learning im MINT-Bereich" sowohl praktisch (Beratung, Dienstleistung) als auch konzeptuell, da das Zfe sich als hochschulweiter Dienstleister im E-Learning-Bereich definiert und E-Assessment als prototypischen Teil seines Angebotes betrachtet. Die Dokumentation enthält Leitfäden für die technische Realisierung, die didaktische Konzeption sowie elektronische Übungsaufgaben im QTI-Format (mit speziellen QNYX-Features):
- Aufgabenset Thermodynamik I – Energielehre
- Aufgabenset Thermodynamik II – Wärmelehre

Zur Veranschaulichung der Features wurde ein "Beispielkurs" im Lernmanagement-system OPAL erstellt und für alle interessierten User der Hochschule Zittau/Görlitz zugänglich gemacht. Der Kurs enthält zudem die zentralen Ergebnisse der Projektdokumentation und die o.g. Leitfäden und Handlungsempfehlungen zur Erstellung und Durchführung derartiger E-Learningszenarien. Durch diese Art der Bereitstellung als Online-Ressource können Erweiterungen und Weiterentwicklungen ressourcenschonend umgesetzt werden, so dass die Zielgruppe der Studierenden immer vom aktuellen Stand der technologischen und didaktischen Entwicklung im fokussierten Schwerpunktbereich profitieren kann (Open Educational Ressource).
Link (ESF-Projekt E-AssessMINT) – Demo-Onlinekurs Technische Thermodynamik: https://bildungsportal.sachsen.de/opal/auth/RepositoryEntry/15390441475?3
Die Dokumentationen der technischen Weiterentwicklungen der E-Learningsoftware wurde auf der Webseite der BPS-GmbH veröffentlich und damit alles interessierten Usern zugänglich gemacht.
Link (Releases ONYX Testsuite): https://www.bps-system.de/help/display/OR/Releases+ONYX+Testsuite

Die im Rahmen des Projektes gewonnenen Erkenntnisse, erarbeiteten Konzepte und Handlungsleitlinien werden allen Interessierten kostenfrei zur Verfügung gestellt. Auf diese Weise können die Projektergebnisse (inkl. der technischen Infrastrukturen) für den konkreten Einsatz an anderen Einrichtungen genutzt werden. Die gesamten Maßnahmen zielen darauf ab, das Projekt als modellhafte Vorlage für weitere, ähnlich gelagerte E-Learning-Szenarien an allen deutschlandweiten Bildungseinrichtungen adaptierbar zu machen. Zur Sicherung der Nachhaltigkeit des Projektes und seiner Ergebnisse wurden folgende Maßnahmen umgesetzt:
- Integration des Aufgabenpools in die Lernplattform OPAL. Damit besteht die Möglichkeit einer sachsen- bzw. deutschlandweiten Nutzung der E-Assessment-Aufgaben auch über das Projektende hinaus.
- Die Projektergebnisse wurden so aufbereitet, dass sie auf auch auf andere Kernfächer des MINT-Bereichs übertragbar sind. Es wurden die Ergebnisse auf Tagungen, in Journals und im Rahmen einer Hochschul-didaktischen Weiterbildungen vor Lehrenden präsentiert. Dies unterstützt die Anwendung kann des Format und der technischen Entwicklungen für vergleichbare Studiengänge an anderen Hochschulen Sachsens.
- Für die Nachnutzung der Projektergebnisse sind am Standort folgende Dokumente im "E-AssessMINT OPAL-Kurs" für Lehrende der Hochschule Zittau/Görlitz verfügbar.
o E-AssessMINT-Didaktisches_Konzept_fuer_Selbstlernformat.
o E-AssessMINT-Konzept_fuer_Formative_Lernzielkontrolle.
o E-AssessMINT-Leitfaden-Erstellung_von_E-Assessmentaufgaben.
- Die Projektergebnisse wurden über die am Medienzentrum der Technischen Universität Dresden entwickelte "E-Learning-Projekt-Datenbank" allen Interessierten zugänglich zu machen

Zur Gewährleistung der Nachnutzung wurden folgende Rahmenbedingungen festgelegt:
- Die Projektergebnisse fließen auch nach Projektende in die Lehre der HSZG ein.
- Die in Zusammenarbeit mit der Bildungsportal Sachsen GmbH erarbeiteten Optimierungen in den Funktionalitäten innerhalb der Lernplattform OPAL sind alle User gleichermaßen auch über das Projektende hinaus nutzbar.
- Das Zentrum für OPAL arning der Hochschule Zittau/Görlitz als E-Learning-Beratungsstruktur wird Projektende als Ansprechpartner zur Verfügung stehen.
- Ergebnisse des Projektes werden durch "Lehrpraxis im Transfer plus" auf weiteren Konferenzen und in Fachgruppen präsentiert und damit ein überregionaler Anwenderkreis erreicht. Auf diese Weise werden die Projektergebnisse dem Fachpublikum vorgestellt und die Nachnutzung gefördert.

Im Rahmen des BMBF-Projekts "thermoACTIVE" (01.04.2018 – 31.03.2019) wird das Format der elektronischen Übungen im Fach "Technische Thermodynamik" spezifisch weiterentwickelt. In Zusammenarbeit zw. der TUBA Freiberg (Fakultät Maschinenbau, Verfahrens- und Energietechnik, Professur: Technische Thermodynamik) und der Hochschule Zittau/Görlitz (Fakultät Maschinenwesen, Fachgebiet: Technische Thermodynamik) wird ein didaktisches Konzept konzipiert und erprobt, dass auf die aktive Verständnissicherung und eine differenzierte Leistungsförderung im Modul Technische Thermodynamik ausgerichtet ist.

Generelles

Produkte:
- Handlungsempfehlungen für E-Assessment im MINT-Bereich
– Leitfaden für die Erstellung von E-Assessment- Aufgaben im MINT-Bereich
– Konzept für die formative Lernzielkontrolle
- elektronische Übungsaufgaben
– Aufgabenset Thermodynamik I – Energielehre
– Aufgabenset Thermodynamik II – Wärmelehre
- Optimierung der Online-Test-Software ONYX für Individuelles Feedback
– ONYX-Update 7.3:
https://www.bps-system.de/help/display/OR/ONYX+Testsuite+7.3
– Mehr Informationen:
https://www.bps-system.de/help/display/ONYX/Feedback+festlegen
– ONYX-Update 8.0:
https://www.bps-system.de/help/display/OR/ONYX+Testsuite+8.0
– Mehr Informationen:
Neue Bewertungsoption für Auswahlaufgaben, um auch nicht markierte Antworten in die Bewertung
einzubeziehen. Es können für zutreffende und markierte sowie für nicht zutreffende und nicht markierte
Antworten jeweils Teilpunkte vergeben werden, sowie für nichtzutreffende und markierte sowie für zutreffende
und nicht markierte Antworten jeweils Teilpunkte abgezogen werden.
- DEMO-Kurs in OPAL (Zugang für Lehrende der HSZG)

Für weitere Informationen zu Handlungsempfehlungen für E-Assessment im MINT-Bereich, elektronische Übungsaufgaben sowie zur Optimierung der Online-Test-Software ONYX für Individuelles Feedback wenden Sie sich bitte an die Kontaktperson(en).

Literatur

Freudenreich, R.; Herrmann, S.; Kretzschmar, H-J.: thermoSOL – Ein integrierter Workshopansatz zur Unterstützung selbstorganisierter Lernprozesse im Modul Technische Thermodynamik. In: Kammasch, G.; Petzold, J. (Hg., 2018): Diversität und Kulturelle Vielfalt – differenzieren, individualisieren – oder integrieren? Wege zu technischer Bildung. Referate der 13. Ingenieurpädagogischen Regionaltagung 2018, Bochum, in Veröffentlichung

Freudenreich, R.; Breitkopf, C, Kretzschmar, H.-J. (2017): E-AssessMINT – Formative Lernzielkrolle im MINT-Bereich mittels E-Assessment. In: Franke, K. (Hrsg.) Perspektiven guter Lehre, Hochschuldidaktisches Zentrum Sachsen (HDS)-Journal, ISSN 2195-0334, S. 56 – 61

Freudenreich, R.; Grau, C.; Breitkopf, C.; Kretzschmar, H-J.: thermoE – Ein Verfahren zur Erstellung elektronischer Übungsaufgaben im MINT-Bereich. In: Kammasch, G.; Petzold, J. (Hg., 2017): Digitalisierung in der Hochschullehre – Ihr Beitrag zum Profil technischer Bildung. Wege zu technischer Bildung. Referate der 12. Ingenieurpädagogischen Regionaltagung 2017, ISBN978-3-9818728-1-1, S. 177-182