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Adaptivität im Lernmanagement
 

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    Adaptivität im Lernmanagement Adaptivität im Lernmanagement Presentation Transcript

    • ThemaAblauf AdaptivitätDefinitionKriterien im LernmanagementMethodikArchitekturZusammen-fassungAusblick Bedeutung und Verwendung von Adaptivität in elektronischen Lernzusammenhängen SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 1
    • Ablauf Definition von Adaptivität in der Lerntheorie bei LernsystemenThemaAblauf Kriterien für AdaptivitätDefinition Ansätze für möglichst valide Ermittlung von AdaptivitätKriterienMethodik Methodik adaptiver SystemeArchitekturZusammen-fassung Abstrakte Beispiel-Architektur für ein adaptives SystemAusblick Zusammenfassung Ausblick SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 2
    • Adaptivität im Lernmanagement Adaptives Lernen ... versucht die Interaktion zwischen Benutzer und System zu vereinfachen.Thema ... versucht das verfügbare Angebot dem Bedarf des Benutzers anzupassen.AblaufDefinitionKriterien in der LerntheorieMethodik Warum adaptiv Lehren? (Salomon, 1972):Architektur Beseitigung und Kompensation von Lerndefiziten. Nutzbarmachen von Stärken.Zusammen-fassung verschiedene Theorien für Lernprozesse Lernprozesse.Ausblick z.B.: Organisationales Lernen bei L b i Lernsystemen t Beispiel: Hat ein Lerner an einer Stelle Schwierigkeiten, wird das System aktiv und schlägt eine leichtere Lerneinheit vor. SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 3
    • LerntheorieThemaAblaufDefinitionKriterien Adaptivität in der LerntheorieMethodikArchitekturZusammen-fassungAusblick SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 4
    • Lerntheorie OL Organisationales Lernen (OL) nach Argyris und Schön Single-Loop-LearningThema (Adaptives Lernen)Ablauf Anpassung der Handlung. p g g Neue Kenntnisse im Rahmen alterDefinition Ziele.Kriterien Ziele (Leitwerte) bleiben unverändert.MethodikArchitektur Double-Loop-Learning (Strategisches Lernen)Zusammen-fassung Veränderungslernen. „Lernen, die Fähigkeiten einerAusblick Organisation zu erweitern“ durch Senge (1990). Bisherige Ziele und Handlungen g g werden infrage gestellt. Damit findet "Umlernen" statt, was mit emotionalem Widerstand verbunden sein kann. SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 5
    • Lerntheorie OL Deutero-Learning (Meta-Lernen) Prozesslernen.Thema Bisherige Lernprozesse und die Einflussfaktoren (Situationsbedingungen) werden reflektiert, analysiert und neuesAblauf Lernverhalten wird entwickelt.Definition Deutero-Learning kann sich sowohl auf Single- als auch auf Double-Kriterien Loop-Learning beziehen.MethodikArchitekturZusammen-fassungAusblick SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 6
    • LernsystemeThemaAblaufDefinitionKriterien Adaptivität bei Lehr- und LernsystemenMethodikArchitekturZusammen-fassungAusblick SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 7
    • Adaptation Mikro-Adaptation Adaptivität in multimedialen Lehr und Lernsystemen Lehr- Lernsystemen. Die Software erkennt den augenblicklichen Standort des Benutzers und bietet ihm bei entsprechender Nachfrage an den Standort angepasste Hilfen an.Thema Zu Beginn vorgenommene Anpassung des Lehrsystems wird in sehr kurzen ZeitabständenAblauf überprüft und aktualisiert. aktualisiert Lernprozesse werden im Sinne eines geschlossenen Wirkungskreises geregelt (feed-back,Definition closed-loop control), wobei die unmittelbaren Ergebnisse der Lehrmaßnahmen demKriterien Lehrsystem rückgekoppelt werden und zur weiteren Verwendung zur Verfügung stehen.MethodikArchitektur Makro-AdaptationZusammen-fassung Adaptierbarkeit in multimedialen Lehr- und Lernsystemen.Ausblick Veränderung des Auswahlmenüs der Systemfunktionen. Anpassung an den spezifischen Bedarf des Benutzers. Anpassung des Lehrsystems in g p g y größeren zeitlichen Abständen ( Gegensatz zur (im g Mikroadaption) notwendig. Lernprozesse werden im Sinne eines offenen Wirkungskreises gesteuert (feed-forward, open-loop control), wobei unmittelbare Ergebnisse der Lehrmaßnahmen dem Lehrsystem nicht rückgekoppelt werden und somit keine Regelung im eigentlichen Sinn stattfindet. SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 8
    • LernsystemeThemaAblaufDefinitionKriterienMethodik Klassische LernsystemeArchitektur Web Based Training / Computer Based Training.Zusammen-fassung Die meisten L(C)MS. ( )Ausblick Keine Adaptation. Adaptierbare Lernsysteme Zur Steuerung von Lernprozessen. Das System kann auf Grundlage einer extern vorgenommenen Diagnose durch extern vorgenommene Eingriffe so eingestellt werden, dass es dem Unterstützungsbedarf der Benutzer möglichst gut entspricht [1]. SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 9
    • Lernsysteme Adaptive Lernsysteme Zur Regelung von L Z R l Lernprozessen. Das System greift selbständig regelnd in den Lernprozess ein.Thema Hat ein Lerner an einer Stelle Schwierigkeiten, wird das System aktiv undAblauf schlägt z B eine leichtere Lerneinheit vor z. B. vor.DefinitionKriterienMethodik Intelligente LernsystemeArchitekturZusammen- Neben einer Wissenskomponente, ist eine Diagnosekomponente vorhanden,fassung die im Dialog mit dem Lernenden über die Zeit hinweg zu einem immerAusblick adäquateren Bild seines jeweiligen Wissens führt. Generierung neuer lerner- und situationadäquater Lernangebote. Intelligente Tutorensysteme (ITS). (ITS) SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 10
    • Kriterien für AdaptivitätThemaAblaufDefinitionKriterien Kriterien für Adaptivität in SystemenMethodikArchitekturZusammen-fassungAusblick SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 11
    • Kriterien für Adaptivität Bestimmung von Adaptivität in Systemen Objektive K it i Obj kti Kriterien Auszählen implementierter Adaptivitätsattribute.ThemaAblauf Zeit, Geschwindigkeit.Definition Anzahl der Dialogschritte z.B. Litman & Pan, 1999 (GesamtdauerKriterien der Interaktion).Methodik Richtigkeit und Genauigkeit (accuracy and precision) z B Billsus & z.B.Architektur Pazzani, 1999.Zusammen- Lernerfolg z.B. Specht, 1998.fassung Verhaltenskomplexität. VerhaltenskomplexitätAusblick subjektive Kriterien j Usability-Fragebögen Fragen nach Zufriedenheit, Schwierigkeitsgrad, ... SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 12
    • Kriterien für Adaptivität 1. Ansatz zur Bestimmung von Adaptivität S. Graf , B. List - TU WienThema Evaluation von Adaptationskriterien bei OpenSource E-Ablauf Learning Plattformen gDefinitionKriterien Kriterien für Adaptation:Methodik AdaptierbarkeitArchitektur PersonalisierungZusammen- Erweiterbarkeitfassung AdaptivitätAusblick Anmerkungen zu Lern- und Kommunikationsobjekten. Statische Anpassung von Lerninhalten. Dynamische Anpassung von Lerninhalten Lerninhalten. SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 13
    • Kriterien für Adaptivität Ergebnis der Evaluation von Adaptationskriterien Moodle schneidet am besten ab. Adaptivität wenig vertreten bei L(C)MS.ThemaAblaufDefinitionKriterienMethodikArchitekturZusammen-fassungAusblick SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 14
    • Kriterien für Adaptivität 2. Ansatz zur Bestimmung von Adaptivität Cognitive Task AnalysisThema Ermittlung des Idealwegs für einen Benutzer.Ablauf GOMS: analytisches Modell für die Beschreibung von Mensch und Maschine Interaktionsvorgängen. GOMS steht für dieDefinition Komponenten des Benutzermodells, nämlich Ziele (Goals),Kriterien Operatoren (Operators), Methoden (Methods) und SelektionsregelnMethodik (Selection Rules) Card Moran & Newell 1983 Card, Newell, 1983.Architektur Verhalten des Benutzers mit Hilfe von Grammatiken überprüfen (z.B. Backus Naur Form bei Reisner, 1984).Zusammen-fassung Ermittlung des genutzten Weges eines Benutzers (z B (z.B.Ausblick Rauterberg, Schluep, and Fjeld, 1997). Berechnung verschiedener Maße der Komplexität. mathematisches Modell von nebenläufigen Systemen als Bedingungs- oder Ereignisnetz. SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 15
    • Kriterien für Adaptivität 2. Ansatz zur Bestimmung von Adaptivität S. Weibelzahl, G. Weber – Uni Freiburg Für Evaluation adaptiver Systeme wird Verhaltenskomplexität als objektives,Thema valides Kriterium vorgeschlagen.Ablauf Adaptivität vereinfacht die Interaktion zwischen Benutzer und System. Schlägt sich in einer Reduktion der Verhaltenskomplexität nieder.Definition Adaptivität reduziert also die Komplexität der InteraktionKriterien Rauterberg, Schluep, and Fjeld (1997)Methodik Schlagen ein Verfahren zur Beschreibung des Verhaltens einesArchitektur einzelnen Benutzers vor.Zusammen- Die Interaktion läßt sich begreifen als ein Netz von Systemzuständen,fassung zwischen denen der Benutzer über festgelegte Übergänge (z.B.Ausblick Mausklicks, Tastendrücke, Menüauswahl, etc.) hin und her “springt”. Für die Berechnung wird das beobachtete Verhalten als Netz von Zuständen und Übergängen repräsentiert. Netz, bei dem es sich aus f N t b id i h formaler Si ht um ein P t i N t h d lt l Sicht i Petri-Netz handelt, kann aus Protokolldaten extrahiert werden. Dazu werden die vorhandenen Systemzustände festgelegt. Dann kann ermittelt werden, welchen “Weg” der Benutzer genommen hat. , g g SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 16
    • Kriterien für Adaptivität Beispiel für eine Abbildung als Petri-Netz Aus der Interaktion eines Benutzers mit einem Produktberatungssystem gewonnen. Berechnung von 4 Komplexitätsmaßen als Abbildung für das Verhalten des Benutzers Anzahl der verschiedenen aufgetretenen Zustände (States) des Systems.Thema Anzahl der Relationen zwischen den Zuständen. Relative strukturelle Komplexität.Ablauf Anzahl d i N t enthaltenen Z kl A hl der im Netz th lt Zyklen.Definition Zeigt also an, wie häufig ein Benutzer wieder zu einem früheren Zustand zurückgekehrt ist.Kriterien Dichte des Netzes in Relation zur maximal möglichen Dichte.MethodikArchitekturZusammen-fassungAusblick Zustände sind als Rechtecke, Übergänge als Ellipsen g g p gekennzeichnet. Zustände S = 6 Übergänge T = 8 Rauterberg, Schluep, and Fjeld (1997) SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 17
    • Methodik adaptiver SystemeThemaAblaufDefinitionKriterien Methodik adaptiver SystemeMethodikArchitekturZusammen-fassungAusblick SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 18
    • Methodik adaptiver Systeme Begriffstriade Afferenz – Inferenz – Efferenz 3 logisch und zeitlich unterscheidbare Funktionen 1 Aff Afferenz Registrierung von charakteristischen Nutzungsmerkmalen. Wie in einem Nervensystem werden bei der Afferenz alle eingehenden Ereignisse erfasst und derThema Zentrale gemeldet.Ablauf Registrierung des Benutzerverhaltens, die man in Bezug auf Menschen auch als Beobachtung bezeichnen könnte. Ermittlung von regelmäßigen Präferenzen, die Erfassung von Informationen, die der Benutzer abgefragt hat und von denen das System annehmen kann, dass der Benutzer sie nunDefinition kennt, um daraus auf sein Wissen bzw. seinen Expertisegrad zu schließen, die Ermittlung von Aufgaben, die der Benutzer bearbeitet, um evtl. die nächste Teilaufgabe vorzubereiten.KriterienMethodik 2 Inferenz Analyse und Schlussfolgerung für Adaption.Architektur In der zentralen Auswertungsstelle werden die eingehenden Ereignismeldungen geordnet, ausgewertet und in Entscheidungen über Adaptionen überführt.Zusammen-fassung beinhaltet die Auswertung der Registrierung auf der Basis von Modellannahmen über Benutzeranforderungen, Benutzeranforderungen Heuristiken oder Ontologien der Anwendungsdomäne Schlüsse aus den Anwendungsdomäne. registrierten Daten der Interaktion werden gezogen, um die am besten geeigneten Adaptionen zuAusblick identifizieren. 3 Efferenz Ausführung von Ad ti A füh Adaptionsleistungen . l i t Das Ergebnis besteht in Adaptionsmaßnahmen, die durch entsprechende Stellglieder ausgeführt werden. beinhaltet die Umsetzung der Adaption, die auf der zweiten Stufe entschieden worden ist, in Form von tatsächlichen Systemveränderungen als adaptierte Präsentationsweise oder als adaptierte Interaktion. Interaktion SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 19
    • Architektur adaptiver SystemeThemaAblaufDefinitionKriterien Abstrakte Architektur adaptiver SystemeMethodikArchitekturZusammen-fassungAusblick SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 20
    • Architektur adaptiver Systeme Abstrakte adaptive Systemarchitektur Verschiedene Ansätze definieren unterschiedliche Funktionalitäten für die Akquisition von Information über Benutzer des Systems,Thema für die Repräsentierung dieser Information undAblauf für d e Ge e e u g von pe so a s e e Inhalt u d a gepass e Navigationsstrukturen. ü die Generierung o personalisiertem a und angepassten a ga o ss u u e Die bereitgestellten Funktionalitäten können organisiert und in verschiedene SchichtenDefinition unterteilt werden.Kriterien Ausgehend von diesen Schichten kann ein abstraktes Modell abgeleitet werden.Methodik Der Informationsfluss eines adaptiven S t D I f ti fl i d ti Systems ist ebenfalls auf verschiedene S hi ht i t b f ll f hi d SchichtenArchitektur abgebildet.Zusammen-fassungAusblick Beispiele personalisiertes E-Learning-System. Die Domäne des E-Learning besteht aus Lernobjekten mit spezifischem Inhalt, Lehrmethoden und g j p , einer Gruppe von Studenten mit unterschiedlichem Wissensstand und Lernpräferenzen. Während des Lernprozesses bewegt sich ein Student virtuell im Onlinekurs von einem Thema zum nächsten, liest, lernt und löst Aufgaben. kontext-sensitiver Audioführer für Museen. SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 21
    • Architektur adaptiver Systeme 1 Sensorschicht als reiner Sammler von Information Netzwerk aus Sensoren wird in der Umgebung platziert und mit dem SystemThema verbunden.Ablauf Sensoren registrieren Veränderungen in der Umgebung, die sich in denDefinition Nutzungsmerkmalen ergeben, undKriterien nehmen die Interaktionen der Benutzer mit der Umgebung wahr.Methodik Sensoren müssen domänenabhängigArchitektur konfiguriert werden, die dazugehörigenZusammen- Softwareobjekte aber sind generalisiertfassung und abstrakt implementiert. pAusblick Der „Tracking-Sensor“ des E-Learning- Systems liest die momentane URL des = Afferenz Kursabschnitts aus. Weitere Beispiele sind Eingabesensoren für Textfelder eines Fragebogens. Schichtenansatz für das Design adaptiver Systeme Quelle: Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE Fraunhofer Institut SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 22
    • Architektur adaptiver Systeme 2 Semantikschicht reichert Daten aus Sensorschicht semantisch an.Thema Wissensrepräsentation des adaptiven Systems.Ablauf Kontext, in dem sich die Benutzer undDefinition die Umgebung in einem bestimmtenKriterien Augenblick befinden.Methodik Kontext d kt i Di K t t deckt vier Dimensionen ab: i b Identität (Präferenzen, Interessen, etc.),Architektur Lokation, Zeit, Umgebung.Zusammen-fassung g Prozess der Profilgenerierungg personalisierender ApplikationenAusblick vollständig abgedeckt. = Inferenz Die folgende Kontrollschicht kann so unterschiedliche Sichtweisen auf die verarbeiteten Daten erstellen. Schichtenansatz für das Design adaptiver Systeme Quelle: Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE Fraunhofer Institut SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 23
    • Architektur adaptiver Systeme 3 Kontrollschicht Basierend auf intelligenten Modellen und g aufbereiteten Informationen der Semantikschicht generiert dieThema Kontrollschicht Sequenzen von Befehlen zur Steuerung des adaptiven Systems.Ablauf kontrolliert mit diesen BefehlssequenzenDefinition die Komponenten der nachfolgendenKriterien Ausführungsschicht.Methodik Der Kontrollmechanismus i t i D K t ll h i ist im einfachsten Fall aus einer Menge vonArchitektur Regeln aufgebaut, kann aber auchZusammen- komplexere Strukturen aufweisen.fassung Wird erkannt, dass der Schüler sich eherAusblick unschlüssig durch den Kurs bewegt, wechselt das System zur Strategie = Inferenz „Führen“ und schickt den Befehl „prompt(visualID) raus prompt(visualID)“ raus. Schichtenansatz für das Design adaptiver Systeme Quelle: Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE Fraunhofer Institut SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 24
    • Architektur adaptiver Systeme 4 Ausführungsschicht Ausführendes Organ eines adaptiven Systems. Stellt die Verbindung mit der UmgebungThema her.Ablauf Programmierschnittstelle undDefinition implementiert domänenabhängige Methoden, die variable Parameter derKriterien Umgebung verändern können.Methodik Der Befehl „prompt(visualID)“ setzt inArchitektur der E-Learning-Umgebung einen roten, blinkenden Punkt vor den Namen einesZusammen-fassung Kursabschnittes mit dem Namen „visualID“.Ausblick = Efferenz Schichtenansatz für das Design adaptiver Systeme Quelle: Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE Fraunhofer Institut SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 25
    • Zusammenfassung und AusblickThemaAblaufDefinitionKriterien Zusammenfassung und AusblickMethodikArchitekturZusammen-fassungAusblick SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 26
    • Zusammenfassung Im elektronischen Lernmanagement wird Adaptivität für die Regelung von Lernprozessen und Lernsystemen eingesetzt. Hauptziele des Einsatzes von Adaptivität sind Erhöhung des Lernerfolgs durch systemseitige Regelung von Lernprozessen. Vereinfachung und Beschleunigung der Nutzung (Usability).Thema Zeit-, Arbeit- und somit Kostenersparnis.Ablauf Technische Flexibilisierung Flexibilisierung.Definition Adaptionen können sich auf unterschiedliche Dimensionen des Systems auswirken:Kriterien die Benutzerschnittstelle (Interaktion und Präsentation), die Funktionalität (Werkzeuge, welche in die aktive Anwendung einbezogen bzw. ausgeblendetMethodik werden), d ) die Geltungsdauer der Adaption: momentan bzw. situativ, dokumentspezifisch, sitzungsspezifisch oderArchitektur permanent bis zum expliziten Widerruf undZusammen- einzelne Benutzer oder Benutzergruppen.fassung unterschiedliche Ansätze und Methoden für die Bewertung von Adaptivität inAusblick Systemen nach Vorhandensein adaptiver Funktionalität wie Möglichkeit zu Annotationen an Inhalte, Anpassung der Inhalte an Benutzer. nach Cognitive Task Analysis analytische Modelle, wie GOMS, für die Beschreibung von Mensch und Maschine Interaktionsvorgängen. Berechnung von Komplexität z.B. nach Rauterberg. SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 27
    • Ausblick Ableitungen zwischen Lernprozess und Systemarchitekur für Lernsysteme mit adaptiven Kriterien.Thema Evaluation möglichst valider Kriterien und Berechnungsverfahren für dieAblauf Bewertung von adaptiven Systemen. B t d ti S tDefinitionKriterienMethodik Möglichkeiten d t h i h I l Mö li hk it der technischen Implementierung einer abstrakten ti i b t ktArchitektur Systemarchitektur für adaptive Systeme.Zusammen-fassungAusblick Überprüfung einer Eignung von Service Orientierter Architektur für adaptive Lernplattformen. SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 28
    • Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 29
    • Quellen[1] Ludwig J. Issing, Paul Klimsa im Buch Information und Lernen mit Multimedia (1995) aufSeite 547[2] Oli Oliver B d l St f i H Bendel, Stefanie Hauske i B h E L k im Buch E-Learning: D Wö t b h (2004) i Das Wörterbuch[3] Patrick Chuh[4] Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE[5] Stephan Weibelzahl, Gerhard Weber, Hochschule Freiburg[6] S. Graf , B. List, TU Wien[7] Wikipedia DE/ENSRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 30