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Technologiegestütztes Lernen spielt auf allen Ebenen des Bildungswesens eine immer größere Rolle. Der Einsatz von computergestützten Lernumgebungen und der durch ihre Nutzung entstehenden Daten eröffnen vielfältige Möglichkeiten, um Lernangebote durch Personalisierung und individualisiertes Feedback auf die Bedürfnisse der Lernenden auszurichten. Insbesondere zur Entwicklung von komplexen, prozessbezogenen Kompetenzen sind solche auf den individuellen Lernprozess ausgerichteten Lernumgebungen notwendig.
Ziel dieser Arbeit ist es herauszufinden, nach welchen Gestaltungsprinzipien eine computergestützte Lernumgebung aufgebaut sein muss, um Studierende bei der Bearbeitung von prozessbezogenen Lernaufgaben individuell zu unterstützen und zu fördern. Im Rahmen eines entwicklungsorientierten Forschungsansatzes (Design-Based Research) wurde hierzu ein Architekturmodell entwickelt, das prototypisch umgesetzt und in mehreren iterativen Entwicklungszyklen im Hochschulkontext eingesetzt und evaluiert wurde. Das Architekturmodell umfasst im Wesentlichen zwei Komponenten: Lernprogramme mit semi-automatischem Assessment zur schrittweisen Bearbeitung von prozessbezogenen Lernaufgaben und eine Learning-Analytics-Infrastruktur zur Aufzeichnung und Auswertung der stattgefundenen Lösungsprozesse. Durch das Zusammenspiel von automatischen und manuellen Analysen auf verschiedenen Ebenen des Architekturmodells, lässt sich mit dem vorgeschlagenen System ein umfassender formativer Assessmentprozess in der Hochschullehre umsetzen.
Durch den erfolgreichen Einsatz eines prototypisch umgesetzten Lernprogramms mit semi-automatischem Assessment und der Learning-Analytics-Infrastruktur in drei Hochschul-veranstaltungen konnte die Praktikabilität und die Umsetzbarkeit des vorgeschlagenen Ansatzes gezeigt werden. Eine Befragung der teilnehmenden Studierenden sowie die Auswertung der im Rahmen der Evaluation automatisch aufgezeichneten Lerndaten in Bezug auf die beobachtete Nutzungshäufigkeit des Lernprogramms und die Nutzungsintensität der prozessbezogenen Rückmeldungen belegen die Akzeptanz dieses Unterstützungsangebots bei der selbständigen Aufgabenbearbeitung. Weiterführende Analysen der Lerndaten zeigten, dass durch statistische Auswertungen der Prozessaufzeichnungen kritische Punkte im Lösungsprozess erkannt werden können. Diese Punkte liefern Hinweise darauf, wann zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden sollten, um den Lernprozess zu unterstützen. Die an der Evaluation beteiligten Lehrenden bewerten den Einsatz von Lernprogrammen mit semi-automatischem Assessment und deren Einbindung in eine Learning-Analytics-Infrastruktur vorteilhaft und sehen sowohl in den Lernprogrammen als auch in den Auswertungen der aufgezeichneten Lerndaten einen didaktischen Mehrwert.
Mit der Übertragung des vorgeschlagenen Modells auf ein weiteres Anwendungsgebiet wurde gezeigt, dass sich das Modell als allgemeingültiger Ansatz für die prozessorientierte Lernunterstützung im Hochschulkontext eignet. Insgesamt wird mit dem vorgeschlagenen Modell aufgezeigt, wie eine innovative Lernumgebung und –infrastruktur aussehen kann, in der computergestütztes Assessment, Methoden aus dem Bereich Learning Analytics und menschliche Expertise kombiniert werden, um Studierende individuell und prozessorientiert zu unterstützen.
Durch die wachsende Landschaft digitaler Lehr-/ Lernangebote stehen angehende Lehrkräfte vor der Herausforderung, diese für den Gebrauch im eigenen Unterricht auf ihre Eignung hin zu bewerten und ggf. selbst erstellen zu können. Dies erfordert sowohl fach- als auch mediendidaktisches Grundwissen. Da sich Lehrkräfte unmöglich mit allen neuen Lernmedien in der Tiefe auseinandersetzen können, bedarf es wissenschaftlich fundierter Handreichungen, die sie bei dieser Aufgabe unterstützen.
Die vorliegende Arbeit untersucht hierzu den Einsatz von Augmented Reality (AR) in der technischen Bildung und fokussiert sich auf die Forschungsfrage, welche Auswirkungen die Interaktionsform auf die kognitive Belastung, den Lernerfolg und die Technologieakzeptanz hat. Grundlage der Studie bildet eine AR-Anwendung, die es Lernenden erlaubt, die Grundprinzipien eines Elektromotors durch Konstruieren und Experimentieren kennenzulernen. Die Anwendung wurde im Rahmen des Design-based Research (DBR) in mehreren Entwicklungszyklen erstellt, wobei prozessbegleitende Evaluationen durchgeführt wurden, um Antworten auf die Forschungsfrage zu erhalten.
Einsatz von Semi-automatischem Assessment in Lehr- und Lernumgebungen im Bereich der 3D-Modellierung
(2025)
Mediendidaktik im Bereich gestalterischer Wissensgebiete sieht sich der Problemstellung gegenüber, Wissen und Fertigkeiten der Lernenden durch offene Aufgabenstellungen vermitteln und bewerten zu müssen. Diese wissenschaftliche Arbeit widmet sich dem Wissenstransfer im speziellen Gebiet der 3D-Modellierung und zeigt einen Ansatz für semi-automatisches, formatives Assessment und Feedback auf, wodurch die Handlungskompetenzentwicklung der Lernenden in diesem Bereich positiv beeinflusst werden soll.
Durch diese semi-automatische Methode ist eine Verschiebung des Lehrpensums in das Selbststudium möglich und eröffnet so Möglichkeiten, die vorhandene Präsenzzeit weiterführend und vertiefend zu nutzen.
Um die Wirksamkeit der Lehrkonzeption und der Assessmentmethode zu überprüfen, wurde eine quasi-experimentelle Feldstudie im laufenden Modulzeitraum der Hochschule Mittweida durchgeführt und ausgewertet. Ergebnisse bestätigen die Hypothese, dass sowohl das Erlernen der Handhabung der Software als auch die Einschätzung der eigenen Arbeitsqualität klassischen Lehransätzen ebenbürtig ist, zusätzlich aber den Studierenden die Möglichkeit bietet, selbstgesteuert auf eine Verbesserung des akademischen Selbstkonzepts durch formatives Feedback hinzuwirken.
Während Adaptivität, gemeint als algorithmische Anpassung zur Laufzeit, in Computerspielen und im computerbasierten Lernen bereits auf längere Praxis zurückblicken kann, bestehen in deren Verschmelzung – dem adaptiven Game-based Learning – offene Probleme. Die bestehende Literatur entwickelte ein breites Spektrum von Modellen für adaptives Game-based Learning, von denen sich jedoch keines als Standard durchsetzen konnte. Festzustellen ist ein offener Bedarf nach einem allgemeinen Adaptionsmodell.
Die Arbeit verwendet das iterative Vorgehen des Educational Design Research, um in aufeinanderfolgenden Durchläufen theoretische wie auch praktische Einsichten zu gewinnen. Ziel ist das Lösen praktischer Probleme, welches gleichzeitig auf deren analytisches Verständnis zurückwirkt.
Die erste Iteration zeigt, dass existierende Modelle des Game-based Learning didaktische Kriterien überwiegend unbefriedigend umsetzen. Das zu entwickelnde allgemeine Modell übernimmt hier Ansätze aus Adaptionsmodellen unterhaltender Computerspiele. Die folgende Iteration technischer Kriterien ergibt, dass die bisherigen Modelle vielfach die Möglichkeiten und besonderen Eigenschaften des Mediums Computerspiel nicht ausnutzten. Auch hier übernimmt das allgemeine Modell Adaptionslösungen von unterhaltenden Computerspielen. Die dritte Iteration setzt die Ergebnisse der didaktischen und der technischen Iteration zu einem Modell zusammen, welches die festgestellten Probleme adressiert. Es gelingt, ein allgemeines Modell adaptiven Game-based Learnings zu entwickeln, welches das „Spiel“ in „Lernspiel“ betont, auf praktische Einschränkungen alltäglicher Unterrichtssituationen eingeht, und eine Mechanik konstruiert, vermittels derer eine Anpassung sowohl an leistungsschwache als auch leistungsstarke Lernende möglich ist. Das Modell wird im Fortgang übersetzt in eine Intervention in Form eines nach grundsätzlichen gestalterischen und technischen Maßstäben fertiggestellten adaptiven Lernspieles.
Die Evaluation dieser Implementierung ergibt, dass die generelle Wirksamkeit der Adaptivität des allgemeinen Modells anhand des Prototypen schwierig zu schätzen ist, was vor allem die Komplexität der Evaluation adaptiver Systeme insgesamt widerspiegelt. Die Ergebnisse verschieben den Fokus von der reinen Modell-Umsetzung auf deren Zusammenspiel mit modell-externen Aspekten der Implementierung sowie der Notwendigkeit einer fortlaufenden Anwendungsprüfung, begleitend zum Entwicklungsprozess.
