Wissensvermittlung durch computerbasierte Lernumgebungen

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1 Wissensvermittlung durch computerbasierte Lernumgebungen Gestaltung und Evaluation von Lernumgebungen für lokale Anwendungen und das World Wide Web von Jörg Zumbach Internet im Gardez! Herausgeber: Prof. Dr. Norbert Mundorf Band 10 Gardez! Verlag 1999 Elektronische Publikationen im Gardez! Verlag auf CD-ROM und Online im Internet Gardez! Verlag Michael Itschert URL: Meisenweg 2, D St.Augustin, Germany Telefon: (+49)-(0) Telefax: (+49)-(0) Bitte beachten Sie die Hinweise zum Urheberrecht am Ende dieses Dokuments.

2 2 Danksagungen An dieser Stelle möchte ich mich in erster Linie bei Herrn Prof. Dr. Peter Reimann bedanken, der dieses Werk betreut hat. Ihm verdanke ich auch neue Perspektiven und Betrachtungsweisen der Psychologie, die ich zu Beginn meines Studiums niemals für möglich gehalten hätte. Weiterer Dank gilt Frau Dr. Nicola Döring, die für diese Publikation als Lektorin agiert hat. Zudem möchte ich mich Herrn Dipl. Psych. Michael Bosnjak bedanken, der zu Beginn meiner Arbeit als unterstützende Person zu meiner Seite stand. Danken möchte ich zudem Herrn Prof. Dr. Joachim Funke, der sich ebenso wie Herr Prof. Dr. Peter Reimann als Gutachter zur Verfügung stellte. Mein besonderer Dank gilt den Kollegen Sabine Koch, Thomas Sondermann, Knut Kristan Weber, Michael Rohr, Andreas Rapp, Oliver Orth, Tanja Halter und Thomas Schmitt, mit denen ich immer gerne zusammengearbeitet habe. Zudem möchte ich mich bei meinen Eltern, meinen Schwestern und deren Ehegatten bedanken, die mich immer unterstützt haben. Kraichtal im August 1998, Jörg Zumbach

3 3 Abstract The use of computers for educational and instructional purposes has become a more and more important field in Educational Psychology. This work deals with the possibilities of enhancing students motivation and information processing with computer-based learning environments. Central attention is given to the use of hypertextual information in different computer programs. Three different kinds of learning environments have been developed: a Computer-Based Tutorial, a Goal-Based Scenario and a pure Hypertext-environment. All three programs contain the same ecological hypertextual information about the influence and factors of oil and sea and were able to be used on local platforms and through a Web-Browser. Assessing students structural knowledge through a concept-mapping method showed evidence of enhanced knowlege acquisition through the situated learning environment of the Goal-Based Scenario (GBS). An investigation of motivational factors showed significant decrease of learners motivation in the Hypertext and the Tutorial environment, while the GBS supported the maintainance of motivated information processing. Similar results have been found assessing informal reasoning through argumentation. The group participating in the GBS developed a broader, more rational and more balanced reasoning related to a given provocative hypothesis. Tests about the memorizing of single facts showed advantages of the Tutorial.

4 4 Inhaltsverzeichnis 1. EINLEITUNG LERNEN MIT DEM COMPUTER Drill & Practice und tutorielle Lernprogramme Generelle Bestandteile und Verlauf tutorieller Lernprogramme Intelligente tutorielle Systeme Hypertext und Hypermedia Allgemeine Eigenschaften von Hypertexten Informationseinheiten (Knoten) Hyperlinks Kontextuelle Hyperlinks Unterstützende Hyperlinks (Support Links) Navigation in Hypertexten Weitere Eigenschaften von Hypertexten Situierte Lernumgebungen: Simulationen Anchored Instruction Goal-Based Scenarios Komponenten eines GBS Motivationsmodelle beim Lernen mit Computern Exkurs: Situiertes Lernen Experiental Learning und Simulationen Bewertung hypermedialen Lernens WISSENSREPRÄSENTATIONEN Wissenspsychologische Grundlagen Deklaratives Wissen Wissenstrukturen im Bereich des deklarativen Wissens...53

5 Schemas Prozedurales Wissen Strukturelles Wissen Methoden zur Messung strukturellen Wissens Graphentheoretische Ansätze Struktur-Lege-Techniken Concept Maps Expertenwissen vs. Novizenwissen: Wissensrepräsentation durch Argumentation Exkurs: Critical Thinking als Lernstrategie Zusammenfassung UNTERSUCHUNG Methodik der Untersuchung Untersuchungsmaterial Lernumgebungen Werkzeuge zur Datenerhebung Versuchsplan Unabhängige Variable Kontrollvariablen Abhängige Variablen Stichprobe Versuchsablauf Hypothesen der Untersuchung Ergebnisse Motivationale und interessensbezogene Aspekte Diskussion der Ergebnisse zu motivationalen und interessensbezogenen Aspekten Ergebnisse bezüglich strukturellen Wissens...106

6 Diskussion der Ergebnisse zum strukturellen Wissen Ergebnisse im Multiple-Choice Wissenstest Diskussion der Ergebnisse im Multiple-Choice Wissenstest Zielgerichtete Argumentation Diskussion der Ergebnisse zur zielgerichteten Argumentation Ergebnisse der Verwendung des Hypothesen-Editors HypoEd Diskussion der Ergebnisse zur Verwendung des Hypothesen-Editors Verwendung des Critical Thinking Questioning Tools CTQT Weitere Ergebnisse GENERELLE DISKUSSION UND ZUSAMMENFASSUNG LITERATURVERZEICHNIS ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS UND GLOSSAR ANHANG A ANHANG B ANHANG C ANHANG D ANHANG E...149

7 7 1. EINLEITUNG Computer halten mehr und mehr Einzug in Schulen, Universitäten, Betrieben und anderen Einrichtungen, in denen Wissenserwerb gewünscht, ja geradezu notwendig ist. Die immer weiter fortschreitende Entwicklung der Technik hat es mittlerweile ermöglicht, nahezu jede beliebige auditive und visuelle Information in digitaler Form zu speichern und läßt sich zudem innerhalb kürzester Zeit abrufen. Interaktive Programme ermöglichen es, gewünschte Informationen zu selektieren und zusammenzustellen, motivationale Bedürfnisse abzudecken und zu erhalten, Daten beliebig auszutauschen, etc.; kurz: individuelle Lernumgebungen für spezifische Lerninhalte und Lernende zu generieren (Bauer, 1995). Die möglichen Techniken des Zugriffes auf Daten sind dabei nicht mehr ausschließlich auf einzelne Rechner, bzw. physikalische Speichermedien beschränkt, denn durch die stetige Weiterentwicklung von Informationstechnologien im Bereich der Datenkommunikation via Intranet und Internet können beliebige Informationen weltweit erreicht werden. So bieten Courseware-Programme der neuesten Generation bspw. immer mehr die speziell auf diese Distribution ausgerichtete Funktionalität, welche es erlaubt, verschiedenste Lernumgebungen z. B. über das WWW den einzelnen Lernern zugänglich zu machen (Reimann & Zumbach, 1998). Die dabei zur Verfügung stehende Art der Wissensvermittlung bleibt dabei letztlich nicht auf die reine Informationspräsentation (z. B. mittels Hypertexten) beschränkt, sondern kann entsprechend verschiedenster lerntheoretischer Ansätze gestaltet werden. Entsprechend dieser Ansätze werden daher im folgenden die Verwendung, die Gestaltung und die lernerbezogenen Aspekte bezüglich verschiedener Programmtypen näher erörtert. So werden die Grundlagen und Anwendungsaspekte von Drill & Practice und tutoriellen Lernprogrammen, welchen behavioristische Annahmen zugrunde gelegt werden können, eingehend betrachtet. Besondere Aufmerksamkeit kommt desweiteren dem Lernen mit Hypertexten zu. Hypertexte, bzw. Hypermedia, ermöglichen eine den individuellen Bedürfnissen eines Lerners angepaßte Informationsaufnahme und verarbeitung und stellen somit aus konstruktivistischer

8 8 Sicht ein optimales Werkzeug zur Vermittlung von Wissen dar. Als Lernressource von immensem Umfang sollte hierbei auch das World Wide Web (WWW) Beachtung finden, welches an sich als eigenständige Hypertextbasis zu betrachten ist. Neuere Ansätze, die an dieser Stelle diskutiert werden, stellen die Gestaltung von Lernumgebungen nach Prinzipien des Situationismus in den Vordergrund. Die Verwendung von Simulationen nach Aspekten der Cognitive Apprenticeship und der Anchored Instruction wird im weiteren Verlauf dieser Arbeit auf die Gestaltung von Goal-Based Scenarios (GBS) ausgedehnt. Goal- Based Scenarios bilden eine Integration von simulativen Komponenten, welche unter der Vorgabe einer aktiv zu bearbeitenden Zielaussage seitens eines Lerners genutzt werden können. Vorteile einer solchen Art der Wissensvermittlung liegen insbesondere im Bereich der motivationalen Parameter und dem höheren Potential an möglichen Transferleistungen. Neben den Aspekten der Informationspräsentation und der Gestaltung von computerunterstützen Lernumgebungen umfaßt ein zweiter Schwerpunkt die Wissensüberprüfung. In diesem Zusammenhang werden verschiedene Theorien der Wissensrepräsentation dargestellt. Basierend auf Netzwerkmodellen des menschlichen Gedächtnisses steht dabei die Repräsentation strukturellen Wissens im Vordergrund. Dementsprechend werden auch verschiedene Möglichkeiten der Erhebung strukturellen Wissens erörtert. Besondere Bedeutung kommt hierbei graphentheoretischen Verfahren bei, wobei in diesem Kontext einige exemplarische Struktur-Lege-Techniken vorgestellt werden. Verschiedene Methoden der Förderung von Wissenserwerb mittels Critical Thinking und zielgerichteter argumentativer Auseinandersetzung mit Informationen werden zusätzlich diskutiert. Im empirischen Teil dieser Arbeit wird gezeigt, wie verschiedene Lernumgebungen sich auf Wissenserwerb und motivationale Parameter auswirken. Als Untersuchungsmaterial wurden drei Programme mit Hilfe eines Autorensystems entwickelt. Diese Programme konnten sowohl auf lokalen Computern bearbeitet werden, als auch mit Hilfe eines Browsers und dem entsprechen-

9 9 den Plugin online im WWW genutzt werden. Alle Programme beinhalteten ein selbst entwickeltes hypertextbasiertes Umweltinformationssystem über die Problematik von Öl und Meeresverschmutzung und wurden in einer dreistündigen Untersuchung an jeweils zwanzig Versuchspersonen zwischen siebzehn und 53 Jahren appliziert. Die Informationen daraus lehnen zum einen an das Buch Kranke Meere? (Clark, 1992), zum anderen an Zeitungsmeldungen der Badischen Zeitung über dieselbe Thematik aus den letzten zehn Jahren an. Ein Programm wurde dabei als Goal-Based Scenario realisiert, in welchem die Versuchspersonen die Rolle eines Zeitungsredakteurs übernehmen sollten, der hypothesenhafte Pressemeldungen via Telex erhält und dessen Aufgabe darin besteht, diese zu überprüfen und weitere Informationen aus dem Hypertextsystem zu beschaffen, um letztlich einen Kommentar über diese Thematik zu verfassen. Eine zweite Versuchsbedingung wurde in Form eines CBT entwickelt, in dem der Hypertext in sieben kohärente Lektionen aufgeteilt wurde, welche die Versuchspersonen in vorgegebener Zeit zu bearbeiten hatten, um anschließend jeweils acht lektionsbezogene Multiple-Choice-Wissensfragen zu beantworten. Das dritte Programm (Kontrollgruppe) beinhaltete zunächst ein einführendes Strategietraining in kritischem Frageverhalten nach King (1995), anschließend stand das Umweltinformationssystem zur freien Bearbeitung zur Verfügung. Es zeigte sich, daß alle drei Gruppen sich durch das Treatment in der Performanz beim mittels einer Struktur-Lege-Technik überprüften Wissenstest signifikant verbessern konnten, wobei eine überdurchschnittlich bessere Leistung durch das GBS ermöglicht wurde. Bei dieser Gruppe zeigte sich auch eine gleichbleibende motivational hohe Einstellung gegenüber dem Programm, während bei beiden anderen Gruppen eine signifikante Abnahme festgestellt werden konnte. Weitere Vorteile der situierten Lernumgebung konnten bei der argumentativen Auseinandersetzung mit einer provokanten Zielaussage festgestellt werden: Die Versuchspersonen, welche die Rolle des virtuellen Zeitungsredakteurs übernahmen, entwickelten einen ausgewogeneren, sachlicheren und somit expertenähnlichern Argumentationsgang. Deutliche Vorteile in Bezug auf die Überprüfung des Wissenserwerbes, was einzelne Fakten und Daten betrifft, zeigten sich

10 10 beim tutoriellen Lernprogramm, welches den auf einzelnen Fakten bezogenen Wissenserwerb am intensivsten begünstigte. Generell konnten verschiedene Vor- und Nachteile des Lernens mit Computern aufgezeigt werden, um jedoch eine klare Vorstellung über die mögliche Gestaltung computerunterstützter Lernumgebungen zu erhalten soll im folgenden dargestellt werden, wie Lernen am Computer überhaupt zu charakterisieren ist. 2. LERNEN MIT DEM COMPUTER Ein in den letzten Jahren immer häufiger verwendetes Schlagwort, welches in Verbindung mit dem Einsatz von Computern gebracht wird, ist die Bezeichnung Multimedia. Da es im weiteren Kontext dieser Arbeit um den Wissenserwerb mit Hilfe von multimedialen Technologien gehen soll, so wird auch an dieser Stelle eine nähere, wenn auch nur oberflächliche, Betrachtung dieses Begriffes notwendig sein. Hierbei ist erneut anzumerken, daß die bisherigen Begrifflichkeiten sich auf lokale Anwendung beschrämkt waren, jedoch durch neuere Technologie-Ansätze die lokalen Applikationen zusätzlich auch online im WWW genutzt werden können. Auf diese Differenzierung wird im folgenden nicht näher eingegangen, da praktisch keine Unterschiede zwischen beiden Darbietungsmöglichkeiten existieren 1. Erstaunlicherweise findet sich allerdings bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt keine einheitliche Definition, was unter diesem Begriff zu verstehen ist. Je nach Fachrichtung der Personen, die sich mit Multimedia beschäftigen, seien es Politiker, Psychologen, Informatiker, etc., besteht eine unterschiedlich gerichtete Betrachtungsweise dieses Begriffes (Bauer, 1995). Multimedia 1 Sicherlich ist in diesem Zusammenhang die Ladfezeit bspw. über Modem ein Hindernis. Jedoch mit entsprechender Datenübertragungsrate und partiellem Laden über das WWW sind nur minimalste Einschränkungen zu erwarten. Das gleiche gilt auch für das Browser-Fenster, welches bei häufiger Nutzung eines solchen Programmes kaum stören dürfte.

11 11 wird in erster Linie als Oberbegriff für eine Vielzahl verschiedenster Produkte und Dienste in der Computer- und Medienbranche verwendet. All diesen sind jedoch verschiedene Merkmale gemeinsam (vgl. z. B. Booz, Allen & Hamilton, 1995): 1. Die Nutzung dieser Angebote ist interaktiv, d. h. der Nutzer ist nicht nur Empfänger, sondern kann als aktiver Teilnehmer das Medium zur Auslösung entsprechender Gegenreaktionen veranlassen. 2. Verschiedene Typen von Medien werden kombiniert, d. h. dynamische Medien (z. B. Videound Audiosequenzen) werden gemeinsam mit statischen Medien (z. B. Texte, Bilder) angeordnet. 3. Die Basis für Multimedia stellt die digitale Technologie, bspw. die Speicherung auf Datenträgern, dar. Diese globalen Charakteristika von Multimedia reichen jedoch kaum aus, um näher auf den Einsatz dieser Technologie in Lehr/Lern-Kontexten einzugehen. Auch die in Abb. 1 dargestellte Übersicht über die Merkmale von Multimedia reicht hierzu kaum aus. Abb. 1: Merkmale von Multimedia Auditive Elemente Visuelle Elemente Eingabe (Bedien)-Elemente Tastatur Maus Joystick Digitizer-Stift Touch-Screen Mikrophon Sprache Musik Töne Geräusche Computer Bewegtbilder Video/Film Simulation Animation/Trickfilm Standbilder Zeichnung Graphik Photo Schriftzeichen Buchstaben Zahlen Symbole Ausgabe-Elemente Monitor Drucker Datenprojektor Lautsprecher Kopfhörer Datenträger Ausgehend von dieser Problematik der Definition und Klassifikation von multimedialen Lernprogrammen, welche in erster Linie eine eher technische Annäherung darstellen, verzichten auch einige Autoren auf diesen Begriff Multimedia und verwenden bspw. andere Terminolo-

12 12 gien wie Instructional Software (vgl. z. B. Fricke, 1995; Hannafin & Peck, 1988; Hannafin & Carney, 1991), bzw. verwenden andere Klassifikationen. Diese wenden sich von den eher technischen Aspekten von Multimedia ab und legen eher auf lernpsychologische Annäherungen an eine Definition/Klassifikation der Verwendung von Computern in Lehr-Lern-Kontexten ihren Hauptaugenmerk. Eine der ersten Klassifikation dieser Art wurde von Taylor (1980) vorgenommen, welcher die Verwendung von Computern beim Lernen in drei Kategorien einstufte: 1. Die Verwendung als Hilfsmittel (tool): Als Hilfsmittel dient ein Rechner nur indirekt der Wissensvermittlung. Hierbei wird über das Medium keine Information vermittelt, sondern er unterstützt das Lernen durch seine Funktionen, z. B. als Textverarbeitungsprogramm oder zur Erstellung von Graphiken oder zur metakognitiven Auseinandersetzung mit Inhalten, bspw. durch Organisationsdiagamme, Concept-Maps o. ä. 2. Verwendung als Tutor oder Lehrer: In diesem Fall wird durch ein Computerprogramm einerseits das zu lernende Material zur Verfügung gestellt, andererseits auch die Art der Wissensvermittlung und die Kontrolle des Lernerfolges übernommen (z. B. in tutoriellen Lernprogrammen). 3. Der Computer als Schüler (tutee): Bei dieser Verwendung wird eine Rechner vom Lernenden selbst instruiert, bzw. programmiert, d. h. man bringt dem Computer etwas bei. Auf diesem Wege muß der Programmierende selbst das notwendige Wissen erarbeiten, um es an das Medium zu übermitteln. Die Verwendung von Seymour Paperts entwickelter Programmiersprache Logo zur Vermittlung geometrischer Kenntnisse ist beispielhaft für diese Kategorie (Papert, 1994). Alessi und Trollip (1991) unterscheiden multimediale Lernprogramme in vier Kategorien, die eindeutig auf die jeweilige zugrundeliegende didaktische Konstruktion zurückzuführen sind: Drill & Practice, Tutorials, Instruktionelle Spiele und Simulationen. Eine weitere Möglichkeit, Lernprogramme zu klassifizieren, richtet sich nach dem Grad der Interaktivität, die ein entspre-

13 13 chendes Programm aufweisen kann. Hierzu werden bspw. von Midoro, Olimpo et al. (1991, zit. n. Schulmeister, 1997) drei Dimensionen als Basis für einen Interaktionsraum dargestellt: Die Freiheit in der Navigation einer Lernumgebung (Navigability), dem Reaktionspotential eines Programmes auf die Aktionen eines Nutzers (Reactivity) und der Anpassung eines Programmes an die individuellen Leistungen eines Lerners (Adaptivity). Diese bilden einen Rahmen, in welchem wiederum verschiedene Programmtypen einzuordnen sind (vgl. Abb. 2). Abb. 2: Klassifikation von Lernprogrammen nach Midoro, Olimpo et al. (1991, zit n. Schulmeister, 1997, S. 47). Database Navigability Hypertext Encyclopedia Simulation Book Game Diagnostic test Drill & practice Tutorial ITS Adaptivity Microworld Programming environment Reactivity Die Vielzahl an weiteren Möglichkeiten, multimediale Lernsoftware zu klassifizieren, zeigt jedoch prinzipiell zwei Tendenzen: Nach Schulmeister (1997) kann man diese in entweder nach didaktischen Konstruktionsprinzipien oder nach dem Grad der Kontrolle, über die Lerner bei der Nutzung eines solchen Programmes verfügt, einstufen. Verschieden Formen der Kontrolle schildern bspw. Hannafin & Phillips (1987): 1. Die Kontrolle des Lernenden, die diesem zumeist eine unbegrenzte Kontrollmöglichkeit ohne Instruktion oder Rückmeldungen einräumt. 2. Kontrollmöglichkeiten des Programmes: Diese Option ermöglicht es dem Lerner zwar simple Wahlen zu tätigen wie bspw. im Tutorial vor- oder zurückzugehen oder Hilfen in An-

14 14 spruch zu nehmen, die eigentliche Sequenz oder Lernzielkriterien werden jedoch durch die Struktur des Programmes determiniert. 3. Adaptive Kontrolle: Hierbei werden Programm und Bedürfnisse des Nutzers aufeinander abgestimmt, die Kontrollmöglichkeiten des Lernenden werden durch seine Erfolge innerhalb des Tutorial determiniert. 4. Adaptive Anweisungen zeigen dem Nutzenden mögliche Richtungen und Empfehlungen in einer Unterrichtseinheit auf, der Schüler hat die freie Wahl, ob er folgen möchte oder andere Möglichkeiten bevorzugt. Allerdings erscheint an dieser Stelle diese Differenzierung zwischen didaktischen Konstruktionsprinzipien und der Art der Kontrolle eher pragmatischer Natur, als tatsächlich argumentativ belegbar zu sein, da sich diese beiden Klassifikationsrichtungen jeweilig bedingen, bzw. voneinander abhängig zu sein scheinen 2. Mit andere Worten bedeutet dies, daß bspw. das didaktische Konstruktionsprinzip sich direkt auch auf Interaktionsfreiheit auswirkt, wie dies beispielsweise bei Drill & Practice-Programmen, die sich stark an behavioristische Grundannahmen orientieren, der Fall ist. Schulmeister (1997) schlägt eine Klassifikation nach einem eindeutig lerntheoretischen Unterscheidungskriterium vor, dem Grad der Interaktionsfreiheit, die ein Lerner gegenüber einem Programm hat, versus dem Grad der Kontrolle, die ein Programm auf den Lernenden ausübt (vgl. Abb. 3). 2 Generell scheint eine Klassifikation von Lernsoftware nach bestimmten Typen oder Klassen eher rein pragmatischer Natur, als tatsächlich gerechtfertigt. Letztlich können solche Taxonomien nur einzelne Dimensionen beschreiben, innerhalb derer Lernprogramme multi-axial, ähnlich der Vorgehensweise der Klinischen Diagnostik, erfaßt werden sollten. Ein Begründung hierfür liegt in der Komplexität von multimedialen Lernumgebungen, d. h. in einem Lernprogramm können bspw. Simulationen in ein tutorielles Lernprogramm integriert oder Hypertexte Teil einer interaktiven Lernumgebung mit andere Komponenten sein.

15 15 Abb. 3: Zunehmende Interaktionsfreiheit bei verschiedenen Programmtypen. Drill & Practice-Programme Courseware Präsentationen Kiosk-Systeme Guided Tours Electronic Books Hypertext-Systeme Simulationen Interaktive Programme Interaktionsfreiheit Im Hinblick auf den empirischen Teil dieser Arbeit soll in Anlehnung an diese Klassifikation näher auf Drill & Practice-, bzw. tutorielle Lernprogramme, Simulationen und Hypertexte eingegangen werden. Dies entspricht ungefähr auch der von Midoro, Olimpo et al. (1991, zit. n. Schulmeister, 1997) vorgenommene Klassifikation in dem Maße, daß jeweils ein Typus der Dimensionen Adaptivity (Bsp.: Drill & Practice, bzw. tutorielle Lernprogramme), Navigability (Bsp.: Hypertext) und Reactivity (Bsp.: Simulationen, bzw. situierte Lernprogramme) vorgestellt werden soll. Grundsätzlich soll hier beiden Ansätzen der Klassifikation von multimedialen Lernumgebungen Beachtung geschenkt werden. Zum einen werden die wesentlichen Merkmale der jeweiligen Softwaretypen dargestellt, zum andern soll ein Bezug zu den jeweils zugrundeliegenden Paradigmen der Lern- und Instruktionspsychologie geschaffen werden. 2.1 Drill & Practice und tutorielle Lernprogramme Drill & Practice-Programme, bzw. die ersten tutoriellen Lernprogramme, zeigen eine direkte Verbindung zu dem unter behavioristisch orientierten Gesichtspunkten entwickelten Programmierten Unterricht. Prinzipiell liegt der Art dieser Wissensvermittlung der Behaviorismus nach Skinner (1958) mit dem Prinzip der intermittierenden Verstärkung zugrunde. In diesen Pro-

16 16 grammen wurde der Lehrstoff in kleinste Einheiten ( frames ) aufgeteilt und im Anschluß einer jeden solchen Einheit durch eine vom Lerner zu beantwortende Frage ergänzt. Wird eine solche Frage richtig beantwortet, so folgt darauf eine Verstärkung. Im Gegensatz hierzu gilt es, falsche Antworten und daraus resultierendes negatives Feedback zu vermeiden, indem umfangreiche Hilfen und stark suggestive Fragen zur Anwendung kommen (vgl. z. B. Schulmeister, 1997; Alessi & Trollip, 1991). Die Erwartungen, bzw. die Bewertung des Erfolges eines derart gestalteten Ansatzes schienen beinahe grenzenlos zu sein; man versprach sich sogar, gänzlich auf Lehrer verzichten zu können (Skinner, 1958). Dementsprechend zeigte sich auch in den 60er und Anfangs der 70er Jahre ein reges Interesse an den Programmen, die in dieser Tradition der von Skinner entwickelten Programmierten Instruktion entwickelt wurden, insbesondere seitens des Militärs. Allerdings verschwanden diese Programmtypen auch recht schnell wieder, so daß man heute nur noch selten reine Drill & Practice-Programme findet; zumeist werden diese noch für sehr spezielle Trainingszwecke (z. B. Vokabellernen) eingesetzt (Alessi & Trollip, 1991). War der Verlauf der ersten Programme dieser Art von eher starrer Natur, d h. man konnte die Informationen und Fragen lediglich in einer vom Autor fest determinierten Abfolge abrufen, so entwickelte sich teilweise eine Anpassung an individuelle Bedürfnisse von Lernern, indem bspw. die Abfolge größerer Einheiten vom Lerner bestimmt werden konnten oder man den Verlauf in verschiedene Subprogramme ( Verzweigende Programme ) verzweigen konnte; eine erste Annäherung an adaptive Programme wurde somit vollzogen. Die Entwicklung von Verzweigenden Programmen setzte sich fort in der Entwicklung von Autorensystemen und tutoriellen Lernprogrammen. Einige der frühen Projekte dieser Art, die durch die US-Regierung in großem Maßstab gefördert wurden, ist beispielsweise das PLATO-Projekt, welches schon 1960 an der University of Illinois begann (Alpert & Bitzer, 1970). Die praktische Umsetzung des PLATO-Projektes beinhaltete zum ersten Male in größerem Umfang die Integration von Graphik und Text in Lernprogramme und stellte zudem potentiellen Kursentwicklern

17 17 eine der ersten Programmierumgebungen ( Autorensysteme ) für die Computer-Assisted Instruction (CAI) zur Verfügung 3. In den 70er Jahren folgten erste Projekte, die Wissensvermittlung nicht nur auf Informationspräsentation einschränkten, sondern in die der Nutzer auch aktiv eingreifen und eigene Lerninteressen auf einfachem Niveau realisieren konnte. Dadurch, z. B. umgesetzt im TICCIT-Projekt der Mitre Corporation, entstand das Konzept der Learner-Controlled Instruction (Wydra, 1980, zit. nach Alessi & Trollip, 1991). Generell zeigten und zeigen tutorielle Lernprogramme, neben der geringen Freiheit des Nutzers, einige Gemeinsamkeiten, welche im folgenden näher erläutert werden sollen Generelle Bestandteile und Verlauf tutorieller Lernprogramme Der typische Verlauf einer tutoriellen Sitzung kann in verschiedene Teilbereiche gegliedert werden,welche in Abb. 4 dargestellt sind. Abb. 4: Generelle Struktur und Verlauf eines Tutorial Einleitende Sektion Informationspräsentation Frage und Antwort Abschlußsequenz Feedback oder weitere Förderung Beurteilung der Antwort Nach: Alessi, S. & Trollip, S. (1991). Computer-based instruction: methods and developments (2nd ed.). Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall. Einer dieser Teilbereiche stellt die Einführungssektion dar, in der grundlegende Informationen dargeboten werden. Danach setzt ein zirkuläres Vorgehen ein: Informationen werden dargeboten und bearbeitet, eine Frage wird gestellt, der Lerner antwortet, das Programm evaluiert die Ant- 3 Die Fülle von Bezeichnungen für den Einsatz von Computern im instruktionspsychologischen Kontext ist mannigfaltig. In Anlehnung an Alessi und Trollip (1991) verwende ich im weiteren Kontext für die allgemeine computerunterstützte Lehrform den Begriff Computer-Asssisted Instruction (CAI), auch wenn er bspw. von Papert (1994) synonym für Computer-Based Training (CBT) verwendet wird.

18 18 wort des Lernenden und gibt eine Rückmeldung, um Verständnis und zukünftige Lernerfolge zu gewährleisten. Gerade bei dieser Rückmeldung, dem Feedback, zeigt sich hier ein wesentlicher Unterschied von Computer-Based Tutorials (CBT) und Drill & Practice Programmen: Dient die Rückmeldung in Drill & Practice-Programmen im wesentlichen zur Verstärkung im Dienste eines Konditionierungsprozesses, so sind in CBTs die Rückmeldungen wesentlich elaborierter und zeigen nicht nur an, ob eine Antwort richtig oder falsch gegeben wurde, sondern sind durchaus auch in der Lage, zusätzliche Informationen zu einer Antwort zu geben. Pridemore & Klein (1991) unterscheiden hier zwischen einem verification feedback und einem elaboration feedback. Nach dem Ende einer jeden zirkulären Sequenz (vgl. Abb. 4) bietet ein CBT erneut eine einführende Sequenz, in der bestimmt wird, welche Informationen im nächsten Durchlauf behandelt werden sollen. Dieser Kreislauf bleibt solange bestehen, bis entweder der Lerner oder das Programm die Sitzung beendet. An dieser Stelle kann eine Zusammenfassung und Beurteilung, ein verzögertes Feedback ( delayed feedback ) erfolgen. Obwohl nicht alle tutoriellen Programme diese Komponenten in sich vereinen, so weisen doch die meisten tutoriellen Lernprogramme diese Struktur auf (Alessi & Trollip, 1991). Ein häufig genannter Kritikpunkt, der sich im Zusammenhang mit CBTs und Drill & Practice-Programmen ergibt, ist die Modalität der Fragestellung und Antwortevaluation, welche als fester Bestandteil entsprechender Systeme betrachtet wird. Generell werden folgende Frage- Antwort-Typen verwendet (vgl. z. B. Alessi & Trollip, 1991; Schulmeister, 1997): Ja/nein (richtig/falsch) Multiple Choice Lückentext Freie Antwort Entsprechende Variationen dieser Typen

19 19 Die Probleme, die sich im Kontext von ja/nein- und Multiple-Choice-Fragen ergeben, sind geläufig (z. B. die Ratewahrscheinlichkeit, Suggestivität, Recognition, etc.) und sollen an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt werden. Bei Lückentexten ist ebenfalls häufig eine suggestive Art der Aufgabenstellung gegeben, allerdings ergeben sich hier und bei freien Antworten eher Probleme bei der Evaluation von Antworten, in welchen synonyme Begriffe oder Rechtschreibfehler auftreten (Alessi & Trollip, 1991; Schulmeister, 1997; Gerdes, ). Allerdings besitzen letztere Formen eher die Möglichkeit, das Verständnis des gelernten Materials zu überprüfen. Gerade Lückentexte haben sich bspw. als besonders gut zur Vermittlung von Programmiersprachen erwiesen (Reimann, 1997) Intelligente tutorielle Systeme Kennzeichnend für Intelligente Tutorielle Systeme (ITS) ist, daß diese Lernumgebungen eine explizite symbolische Repräsentation des Wissensstandes eines Lerners und/oder dem zu vermittelnden Bereich und, bzw. oder der pädagogischen Strategie beinhalten und nutzen. Eines der ersten Intelligenten Tutoriellen Systeme war das System SCHOLAR, welches zum Erlernen der Geographie Südamerikas entwickelt wurde. Bei diesem Programm wurde mittels eines sokratischen Dialoges zwischen Mensch und Computer das zu erwerbende Wissen Schritt für Schritt vermittelt, wobei eine wesentliche Komponente ein Diagnosesystem darstellte, welches die Schülerantworten analysierte und, auf diesen Analysen basierend, weitere Schritte einleitete (Wenger, 1987; Schulmeister, 1997). Besonders erwähnenswert ist bei dem System SCHOLAR, daß die integrierte Analysefunktion der von den Lernenden erhaltenen Antworten, unabhängig vom Wissensgebiet funktionierte. Gerade diese Funktion stellt eine der vier möglichen Komponenten von ITS dar: Besteht ein System aus einem Wissensmodell, welches den zu vermittelnden 4 Beim Zitieren mehrerer Autoren nenne ich diese in der Reihenfolge, die sich aus dem Grad der Relevanz für das jeweilige Thema ergibt.

20 20 Themenbereich beherbergt (domain model), oder enthält ein Programm das Modell des Lernenden (student model), oder - als möglicher dritter Bestandteil - enthält ein System ein Modell über die pädagogisch-didaktische Vermittlung des Wissens (tutor model) oder - als letzte optionale Komponente - wird eine kommunikative Schnittstelle verwendet (interface), so spricht man von einem ITS. Die Wissensbasis in ITS besteht aus einem umfangreichen Fundus an Materialien zu einem Wissensgebiet und kann als Expertensystem betrachtet werden. Sie enthält deklaratives und prozedurales Wissen, repräsentiert als semantische Netze und zugehörige Regeln. Als weitere Komponente ist häufig auch noch die Speicherung heuristischen Wissens, als Voraussetzung für die Vermittlung von Problemlöseprozessen, bzw. deren Anwendung, in der Wissensbasis notwendig. Man unterscheidet zwischen dem black box model und dem glass box model, wobei gerade bei letzterem die Modellierung der Wissensbasis als Expertensystem erfolgt und hierbei auch der Anspruch, das Problemlöseverhalten eines Experten abzubilden, erhoben wird (vgl. hierzu Schulmeister, 1997; Papert, 1994). Das student model beinhaltet den Teil, der zur Analyse eines Lernvorganges benötigt wird. Hierbei besteht die schwierige Aufgabe, die Tätigkeiten und den Lernerfolg eines Nutzers zu analysieren und entsprechend zu reagieren. Die möglichen Aktivitäten können hier die Korrektur einer falsch ausgeführten Prozedur eines Lerners sein; die elaborative Vorgehensweise, um vorhandenes Wissen eines Lerners weiter auszubauen; das Wechseln der Lernstrategie; das Diagnostizieren der Vorstellungen eines Lerners; das Simulieren möglicher zukünftiger Schritte eines Lernenden und die Evaluation des Lernprozesses eines Nutzers sein. Das Tutorenmodell, als weitere Komponente, soll das Vorgehen eines Lehrers simulieren. Hierzu gehören Wissen und Vorgaben für die Präsentation des Lerninhaltes, Entscheidungsprozesse bzgl. pädagogischer Interventionen und die Generierung adäquater Instruktionen. Die letzte hier aufzuführende Komponente betrifft das Pädagogische Modell, d. h. das Verhalten eines ITS gegenüber dem Lernenden. Eine häufig verwendete Methode stellt hierbei der