Entwicklung eines Umfrage- und Evaluationssystems für die Hochschullehre

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1 Fakultät für Informatik und Mathematik Lehrstuhl für Informatik mit Schwerpunkt Eingebettete Systeme Prof. Dr. Matthias Kranz Entwicklung eines Umfrage- und Evaluationssystems für die Hochschullehre Implementation of a voting- and evaluationsystem in higher education Dominik Dusold Bachelor-Arbeit Verfasser: Dominik Dusold Anschrift: Matrikelnummer: Prüfer: Prof. Dr. Matthias Kranz Betreuer: M.Sc. Tobias Stockinger Beginn: Abgabe:

2 Fakultät für Informatik und Mathematik Lehrstuhl für Informatik mit Schwerpunkt Eingebettete Systeme Prof. Dr. Matthias Kranz Erklärung Hiermit erkläre ich an Eides statt, dass ich diese Bachelor-Arbeit zum Thema Entwicklung eines Umfrage- und Evaluationssystems für die Hochschullehre Implementation of a voting- and evaluationsystem in higher education selbstständig verfasst und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel verwendet habe. Passau, den Dominik Dusold Dominik Dusold

3 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis iii 1 Einleitung 1 2 Vergleichbare Arbeiten Vor- und Nachteile eines Abstimmungssystems in der universitären Lehre Mobiles Lernen (M-Learning) Ähnliche Android Abstimmungsapplikationen Newcastle University evoting von NCL-CS SMILE der Universität Freiburg Socrative Zusammenfassung Konzept des EduVote Voting Systems Aufbau und bereitgestellte Funktionen Smartphone als Abstimmgerät Stärken des EduVote Systems Implementierung des EduVote Systems Design Datenbank Sicherheitsaspekte der User-Tabelle Votings Collections Answers Applikation Programming Interface (API) Android Android API Version und Actionbar Sherlock Abstimmen über Link und QR-Code Anzeigen von Ergebnissen Erstellen von Abstimmungen und Sammlungen Bearbeiten von Abstimmungen und Sammlungen iii

4 INHALTSVERZEICHNIS iv Verlauf Beispielszenario in der universitären Lehre Diskussion Schwachstellen Vergleich des EduVote Systems mit ähnlichen Tools Evaluation Schluss Zusammenfassung Ausblick A API Dokumentation 41 A.1 activatevoting A.2 checkcollectionpassword A.3 checkvotingpassword A.4 createcollection A.5 createmultiplechoice A.6 createscala A.7 createsinglechoice A.8 createtruefalse A.9 deletecollection A.10 deletevoting A.11 editcollection A.12 editmultiplechoice A.13 editscala A.14 editsinglechoice A.15 edittruefalse A.16 getanswers A.17 getcollection A.18 getcollectionid A.19 getcollectionshortlink A.20 getmycollections A.21 getmyvotings A.22 getvoting A.23 getvotingid A.24 getvotingshortlink A.25 isactive A.26 ispasswordprotectedcollection... 73

5 INHALTSVERZEICHNIS v A.27 ispasswordprotectedvoting A.28 login A.29 register A.30 terminatevoting A.31 votemultiplechoice A.32 votescala A.33 votesinglechoice A.34 votetruefalse B API Fehler-Codierung 83 C Datenbank Schema 87 D EduVote Flowchart 89 Abbildungsverzeichnis 91 Tabellenverzeichnis 92 Abkürzungsverzeichnis 93 Literaturverzeichnis 94

6 Kapitel 1 Einleitung Durch die fortschreitende Entwicklung moderner Technik wird in immer stärkerem Umfang die universitäre Lehre unterstützt. Folien können im Internet gefunden oder Vorlesungen über Televeranstaltungen gehört werden. Es stellt sich die Frage, inwiefern diese Entwicklung auch die Interaktivität der traditionellen Frontallehre ändern kann. Nach wie vor steht der Dozent im Mittelpunkt und der Student hört zu. Gerade bei stark besuchten Vorlesungen erweist sich die Interaktivität als schwierig umzusetzen. Oftmals sollen in Vorlesungen oder Vorträgen die Meinung des Auditoriums zu bestimmten Themen abgefragt werden, sei es zur Qualität des Vortrags, zum Abprüfen des Wissens der Zuhörer, für Schätzungen oder allgemeine Meinungsäußerungen. Eine herkömmliche Methode ist eine Abstimmung mit einfachem Handzeichen oder Zwischenrufe. Das Problem dabei ist, dass dies weder übersichtlich noch statistisch sicher ist, da sich manche ihre eigene Überzeugung nicht zu äußern trauen, sondern sich der Mehrheit anschließen [1, S.190]. Des Weiteren sinkt in einer einseitigen Lehre innerhalb kürzester Zeit die Motivation und Aufmerksamkeit von Studenten und nur noch ein Bruchteil des Wissens kann übermittelt werden [2, S.66]. Mittlerweile ist jedoch ein großer Teil der Bevölkerung und insbesondere der Studentenschaft im Besitz eines internetfähigen mobilen Gerätes 1. Dadurch erö net sich die Möglichkeit, Meinungsabfragen über eine Applikation für Smartphones, Tablet und Laptop zu gestalten. Der Vorteil dabei ist, dass man durch anonymes Abstimmen seine Meinung frei und ohne Angst vor Diskriminierung durch die Kommilitonen oder Dozenten bei einer falschen oder kritisierenden Antwort äußern kann. Die Abstimmung kann über einen längeren Zeitraum erfolgen und im Anschluss genaue Daten liefern, die in übersichtlichen Graphen dargestellt werden können. Es bietet sich außerdem die Möglichkeit, verschiedene Abstimmungsformen wie Skalenwertungen einzubinden. Diese Arbeit soll von einer derartigen Applikation handeln, die speziell an die Bedürfnisse einer Vorlesung an der Hochschule angepasst ist. So soll der Dozent oder die Dozentin in einem großen 1 ( ) 1

7 Kapitel 1 Einleitung 2 Vortrag die Studenten befragen können, ob ihnen die Qualität der Präsentation zusagt, wie etwa Sprechlautstärke, Geschwindigkeit oder bildliche Unterstützung des Gesagten. Er kann zum Abschluss einer Vorlesung überprüfen, wie viel des Präsentierten bei den Studierenden angekommen ist. Es bietet die Möglichkeit einer Terminumfrage für Klausuren oder auch die interaktive Beantwortung von Lernfragen in einer Gruppe. Die herkömmlichen Methoden sind zwar bei wenigen Zuhörern gut anwendbar, stoßen aber bei einer größeren Vorlesung an ihre Grenzen. Mit dieser Arbeit soll ein Beitrag zu einer besseren und aktiveren Lehre geleistet werden. Im Folgenden sollen vergleichbare Arbeiten betrachtet und im Anschluss die grundlegenden Konzepte von EduVote erläutert werden. Des Weiteren soll die genaue Struktur und Implementierung dargestellt werden. Zum Schluss sollen die Vor- und Nachteile gegenüber anderen Arbeiten diskutiert und ein Ausblick auf zukünftige Erweiterungen gegeben werden.

8 Kapitel 2 Vergleichbare Arbeiten In diesem Kapitel werden anhand von bereits implementierten Electronic Voting System(s) (EVS) sowohl die Vorteile eines Abstimmungssystems in der universitären Lehre als auch die verschiedenen Umsetzungen gezeigt. Im Anschluss werden die Grundkonzepte des mobilen Lernens aufgeführt und dargestellt, welche Möglichkeiten eine smartphonegestützte Implementierung eines Abstimmungssystems bietet. Zuletzt werden bereits vorhandene Android-Abstimmungssysteme betrachtet. 2.1 Vor- und Nachteile eines Abstimmungssystems in der universitären Lehre Bereits 1999 hat Jones erkannt, dass zwar viel Aufmerksamkeit in die Einführung von computergestützter Technologie gesteckt wird, um Lerninhalte auf den Desktop zu bekommen, jedoch zu wenig, um diese Technologie in Vorlesungen zu verwenden [3]. Ausgehend von dieser Aussage, der fehlenden Interaktivität bei größeren Zuhörerzahlen in Vorlesungen und dem stetigen Fortschritt der technischen Möglichkeiten haben viele Hochschulen damit begonnen, die Verwendung von EVS in der universitären Lehre zu untersuchen und zu evaluieren. Eine Fallstudie von Masikunas et al. zeigt die Auswirkung auf das Lernverhalten von Studenten bei Einführung eines solchen EVS [4]. Dafür sind große Marketing- und Businessvorlesungen von Studierenden im ersten Semester fünf Jahre lang untersucht worden. Vor der Einführung des EVS sind die Studenten befragt worden, was sie an der traditionellen Frontal -Vorlesung kritisieren würden. Häufig ist fehlendes Engagement im Einsatz von Lernmaterialien während der Vorlesung sowie die mangelnde Interaktion mit Gleichaltrigen beklagt worden. Ein weiteres Problem sei, dass große Vorlesungsgruppen einzelnen Studenten nicht die Möglichkeit bieten, ihre Meinung zu äußern und daraufhin ein Feedback zu ihrer Antwort zu bekommen. Außerdem ist es dem Dozenten kaum möglich, in Erfahrung zu bringen, ob Studenten das behandelte Thema verstanden haben, bevor er das nächste Thema beginnt. Von der Einführung eines Abstimmungssystems 3

9 Kapitel 2 Vergleichbare Arbeiten 4 (Personal Response System (PRS)) der Firma Educue hat sich die Kingston University versprochen, diese Probleme zu lösen und das Lernverhalten der Studenten zu verbessern. Dafür werden die Studenten in kleine Gruppen von vier bis fünf Personen unterteilt. Jede Gruppe bekommt ein Abstimmgerät, mit dem sie die vom Dozenten freigeschaltete Frage beantworten oder Aufgaben bearbeiten kann. Dabei sollen die einzelnen Gruppenmitglieder sich untereinander interaktiv beraten, diskutieren und zusammen eine Gruppenentscheidung tre en. Diese Antworten werden mittels des Abstimmgeräts an einen zentralen Computer gesendet, der die Ergebnisse in einem Histogramm oder Balkendiagramm präsentiert. Im Folgenden hat der Dozent die Möglichkeiten: Die richtige Antwort zu markieren und in einer o enen Diskussion die Entscheidungen der einzelnen Gruppen zu behandeln Die Frage in einer o enen Diskussion zu behandeln ohne die richtige Antwort zu markieren. Im Anschluss bekommen die Gruppen die Möglichkeit, erneut abzustimmen. Dadurch kann ein statistischer Vergleich zwischen den beiden Abstimmvorgängen berechnet werden. Die richtige Antwort zu markieren, diese zu erläutern und die Aufgabenstellung erneut zusammenzufassen. Das Ergebnis dieser Nutzerstudie zeigt, dass von Studenten die aktive Teilnahme subjektiv als positiv empfunden wurde. Außerdem ermöglicht der Einsatz von elektronischen Abstimmungen eine e ektive und e ziente Möglichkeit für Studenten, eine schnelle Rückmeldung zu geben. Der Vorteil dieses Systems liegt in der Gruppenarbeit, welches durch gemeinsames Beantworten von Fragen die Interaktivität zwischen den Studenten ermöglicht und verbessert. Die gewährte Möglichkeit zur Bearbeitung von Aufgaben über das Abstimmgerät kann das eigenständige Recherchieren und Lernen bzw. die Teamfähigkeit der Studenten fördern. Eine gestellte Frage mit dem Abstimmgerät kann sofort von einer größeren Anzahl an Studenten beantwortet werden und ermöglicht so den schnellen Erhalt von Feedback. Dadurch können einerseits Studenten konstruktives Feedback auf ihre Fragen erhalten, andererseits ermöglicht dies auch dem Dozenten, Feedback auf die Qualität der Vorlesung zu erhalten und diese anzupassen. Cutts und Kennedy haben eine dreijährige Untersuchung von elektronischen Abstimmungssystemen in Programmierungsvorlesungen durchgeführt [5]. Diese EVS sollen das Lernmodell von Laurillard [6] unterstützen, welches den Lernprozess als Dialog zwischen Lernenden (L) und Lehrenden (T) beschreibt (vgl. 2.1). Dabei stellt der Dozent eine Frage (1), die der Studierende anhand seines bisherigen Wissens verarbeitet (2) und dem Dozenten eine Rückmeldung (3) gibt. Der Dozent gleicht diese Rückmeldung mit seiner eigenen Antwort ab (4) und gibt, falls große Abweichungen auftreten, den Studierenden wiederum Feedback, hilft bei Beseitigung von aufgetretenen Fragen oder gibt Hilfestellungen (1). Dieser Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden, jedoch beschreiben Cutts und Kennedy

10 Kapitel 2 Vergleichbare Arbeiten 5 Abbildung 2.1: Vereinfachtes Dialogmodell von Laurillard. Teacher (Dozent) (T) stellt Frage (1), Learner (Student) (L) verarbeitet die Frage (2), Student gibt Antwort (3), Dozent reagiert auf die Antwort(4). Dieser Vorgang ist beliebig oft wiederholbar. diesen Vorgang in größeren Gruppen in einer Frontal -Vorlesung als kaum anwendbar. Es sei für Studenten schwierig, aktiv das vermittelte Wissen zu verarbeiten, und es sei noch schwieriger, diesen Ablauf anzuwenden und das Verständnis des Lerninhaltes zu fördern. Die Einführung eines EVS ermöglicht genau diese Art von Dialog in einer Vorlesung einzubringen, indem der Dozent eine Frage stellt (1), die wiederum von den Studenten bearbeitet wird (2). Jedoch wird das Ergebnis über ein Abstimmgerät an einen zentralen Computer geschickt (3). Dort kann das Ergebnis vom Dozenten betrachtet und diskutiert werden (4). Die Tatsache, dass dieses Verfahren anonym stattfindet, ermutigt laut Cutts und Kennedy mehr Studenten, auf die Frage tatsächlich zu antworten. Durch diese erhöhte Bereitschaft, auf Fragen zu antworten, können die Ergebnisse als Basis für grundlegende Diskussionen genutzt werden. Ebenfalls zeigt sich, dass Studenten, die eine Antwort abgeben, auch bereitwilliger sind, an anschließenden Diskussionen teilzunehmen. Vor der Einführung solcher EVS sind in diesen Programmierungsvorlesungen periodisch Übungen angeboten worden, in denen die Studierenden über eine gewisse Zeit die Aufgaben bearbeiten sollen. Cutts beschreibt in einer anderen Publikation, dass sich viele Studenten gar nicht an der Bearbeitung dieser Fragen versuchen, sondern warten, bis Kommilitonen diese erfolgreich gelöst haben [7]. Für den Dozenten kann es frustrierend sein, dass einerseits Studenten das Lösen der Aufgaben nicht versuchen und andererseits sich keine Möglichkeit bietet, selbstständige Lösungen von Abgeschriebenen zu unterscheiden. Durch die Einführung des EVS können laut Cutts schon in einem frühen Stadium mögliche Missverständnisse beseitigt werden und Studenten, die auf die Lösung eines Kommilitonen warten, motiviert werden, die Aufgabe selbstständig zu lösen. In der Evaluation von Cutts und Kennedy bewerten Studenten die Tatsache, sich in Vorlesungen selbst einzubringen und einen tatsächlichen E ekt auf die Qualität der Vorlesung zu haben, als positiv. So antworten doppelt so viele Studenten auf eine Frage, wenn diese über ein EVS gestellt wird [5]. Ebenfalls zeigt die Evaluation von Cutts und Kennedy, dass Studenten, die aktiv an Vorlesungen teilnehmen, auch eine bessere Bewertung erhalten. Daher ist der Einsatz von EVS in großen Vorlesungen (mehr als 200 Studenten) als Erfolg zu verzeichnen. Mit der Einführung von elektronischen Abstimmungssystemen versuchen auch S. W. Draper und M. I. Brown, die Interaktivität in Vorlesungen zu verbessern. In ihrer Publikation beschreiben sie die ersten zwei Jahre der Einführung eines EVS in acht verschiedenen Fakultäten [8]. Ne-

11 Kapitel 2 Vergleichbare Arbeiten 6 ben Multiple Choice Fragen bietet ein solches EVS noch weitere pädagogische Möglichkeiten, um den Lernerfolg und die Interaktivität in großen Vorlesungen zu fördern. So können Studenten eigenständig Prüfungsfragen mit sofortigem Feedback üben oder sich mit ihren Kommilitonen vergleichen und sehen, wie gut sie den Lerninhalt verstanden haben. Durch anonymes Feedback an den Dozenten kann dieser entscheiden, die Geschwindigkeit der Vorlesung zu erhöhen oder weitere Beispiele vorzubringen, um den Studierenden nochmals die Möglichkeit zu geben, den Lerninhalt zu verarbeiten. Neben der Möglichkeit, die Interaktivität in Vorlesungen durch ein EVS zu verbessern, diskutieren Draper und Brown auch die traditionellen Methoden, wie etwa die Abstimmung per Handzeichen. Jedoch beschreiben sie dieses Verfahren bei mehr als 200 Personen in einer Vorlesung als schwierig, da man aus Gründen der Unübersichtlichkeit in dieser Größenordnung die Stimmenanzahl jeder Antwort nicht genau bestimmen kann. Ein weiterer Kritikpunkt, den Draper und Brown anmerken, ist die fehlende Anonymität bei diesen Verfahren, da viele Studenten Angst haben, vor einer großen Menge eine falsche Antwort zu geben. Das daher verwendete PRS 1 besteht aus einem infrarotgestützten Klicker und einem zentralen Empfänger, der mit der seriellen Schnittstelle eines PC verbunden ist, auf dem die Software läuft. Über diese Klicker können mehrere Studenten zeitgleich auf eine vom Dozenten gestellte Frage antworten. Zudem kann die Benutzung eines PRS die Interaktivität zwischen den Studenten fördern. Ein Beispiel hierfür wäre die zuerst eigenständige Bearbeitung einer gestellten Frage und die darauf folgende Gruppendiskussion bezüglich der gewählten Antwort 2. Über einen Projektor können übermittelte Daten in einem Balkendiagramm angezeigt werden. Die Klicker können für die Benutzung in einer Vorlesung zu Beginn, z.b. bei Eintritt in den Vorlesungsraum, ausgeteilt werden. Eine andere Möglichkeit ist das Ausleihen dieser Klicker über einen längeren Zeitraum gegen Pfand. Dies hätte aber laut Draper und Brown zur Folge, dass rund 5% der Geräte nicht zurückgegeben werden und, auch nach mehrfacher Ankündigung in Vorlesungen, 25-35% der Studenten den Klicker an einem besagten Tag zu Hause vergessen. Eine Evaluation des EVS zeigt sowohl Vorteile als auch Nachteile. Die Vorzüge eines solchen Systems sind nicht nur der Spaß mit den Klickern in den Vorlesungen, sondern auch die von Draper und Brown angestrebte erhöhte Interaktivität, die durch Gruppenaktivitäten und dem Einbeziehen einer größeren Anzahl an Studenten ermöglicht wird. Durch die gewährte Anonymität werden mehr Studenten ermutigt, ihre Meinung zu äußern, und können dadurch auch sehen, was andere Studenten zu einem Thema denken. Durch das vermehrte Feedback können nun schneller Probleme identifiziert und gelöst werden und dem Dozenten eine messbare Möglichkeit gegeben werden, seine Vorlesung zu bewerten. Als Nachteile geben einige befragte Studenten an, die Benutzung eines Klicker dauere zu lange und der Missbrauch, etwa das zufällige Abstimmen einer Frage, liefere falsche Ergebnisse. Andere Studenten kritisieren, der Fokus der Vorlesung läge im Gebrauch der Klicker und nicht auf den Lerninhalten. Außerdem entstehe der Eindruck, viele Professoren stellen nur Fragen via EVS, damit dieses genutzt wird [9]. Im Allgemeinen seien die meisten Studenten und Dozenten mit der Benutzung eines Klickers 1 ( ) 2 ( )

12 Kapitel 2 Vergleichbare Arbeiten 7 zufrieden und bewerten die Einführung als erfolgreich. Die Interaktivität in Vorlesungen wird auch von Siau et al. als ein wichtiger Teil der Lehre und des Lernens betrachtet. Sie sei der Schlüssel zum Erfolg bei traditionellen Vorlesungen und kann zu einem e ektiveren Lernen führen [10]. In dieser Publikation werden die pädagogischen Probleme von Interaktivität in Vorlesungen beschrieben. Einer der aufgeführten Punkte ist das Problem, dass bei gestellter Frage nur ein Student antworten kann und daher die aktive Teilnahme am Unterricht begrenzt ist. Zudem weigern sich viele Studenten aus Scham, eine falsche Antwort abzugeben, auf Fragen überhaupt zu antworten. Neben der begrenzten Vorlesungszeit ist auch noch die fehlende Möglichkeit des Dozenten, den Fortschritt von Studenten genauer zu betrachten, ein wichtiger Punkt, der von Siau et al. kritisiert wird. Durch die Einführung des PRS Hyper- Interactive Teaching Technology (H-ITT) sollen diese Probleme gelöst werden. H-ITT ermöglicht das Sammeln und Anzeigen von studentischen Antworten auf eine Multiple Choice oder True/False Frage, die ein Dozent mit Hilfe des Systems gestellt hat. Dadurch können mehrere Studenten in die Vorlesung miteinbezogen und das Ergebnis als Basis für neue Diskussionen genutzt werden. Die Auswertung zeigte, dass durch die Verwendung eines mobilen und drahtlosen PRS die Studenten dieser Vorlesungen eine verbesserte Lehre erhielten. Jedoch kann diese noch leicht verbessert werden. Wie sich in den aufgeführten Arbeiten zeigen lässt, können durch die Einführung eines EVS oder PRS die Vorlesungen verbessert und den Studenten eine verbesserte Lehre geboten werden. Nachteile, wie der richtige Einsatz von EVS in Vorlesungen oder der Zeitmangel, können durch einfache Schulungen von Dozenten verbessert werden, wohingegen die mutwillige Sabotage von Abstimmungen durch zufälliges Abstimmen nur schwer unterbunden werden kann. Dieses Problem tritt jedoch ebenfalls in einer traditionellen Abstimmung auf und kann somit nicht als spezieller negativer Punkt des EVS angesehen werden, sondern als generelles Problem in der universitären Lehre und in Abstimmungen. Durch die einfache Möglichkeit zur Gruppenarbeit oder dem spontanen Entschluss, eine Diskussion durch eine gestellte Frage zu beginnen, erhöht sich die aktive Teilnahme von Studenten und die Interaktivität in Vorlesungen wird somit verbessert. Mit der Verfügbarkeit des Abstimmungssystems auch außerhalb von Vorlesungen wird dem Studenten ein zusätzliches Angebot der selbstständigen Lehre geboten. Auch wenn das System einige Nachteile und Probleme aufzeigt, überwiegen nach eigener Meinung jedoch die Vorteile. Somit kann durchaus von einem verbesserten System als in der traditionellen Lehre gesprochen werden. 2.2 Mobiles Lernen (M-Learning) Wie ein EVS kann auch das System des M-Learning helfen, das universitäre Lernen interaktiver und pädagogischer zu gestalten. Der rasante Anstieg an leistungsfähigen und internetfähigen mo-

13 Kapitel 2 Vergleichbare Arbeiten 8 bilen Geräten (Smartphones) über die letzten zehn Jahre ermöglicht die Betrachtung einer neuen Sparte des elektronischen Lernens (E-Learning), das mobile Lernen (M-Learning). Ein großer Vorteil von E-Learning ist das zeit- und ortsunabhängige Lernen. Jedoch kann dies auch mit einem mobilen Laptop nicht vollständig erreicht werden [11]. Die immer wichtiger werdende Rolle eines Smartphones bei Jugendlichen 3 und dessen erhöhte Nutzung 4 können Zugang zu einigen wichtigen Lernmethoden auf dem mobilen Endgerät geben. Holzinger et al. beschreiben in ihrer Publikation drei wichtige Methoden des mobilen Lernens [11]. Mit Problem Based Learning (Problembasiertes Lernen) werden typische Probleme durch Projektarbeit erörtert und gelöst. Ziel dabei ist es, dem Lernenden ein flexibles Wissen und Teamfähigkeit anzueignen. Beim Exploratory Learning (Untersuchendes Lernen) untersuchen Lernende selbstständig ein Themengebiet. Dabei geschieht dies nicht unbeaufsichtigt, sondern mit Hinführung auf ein späteres Ziel, welches die Lernenden durch Erforschen und durch Experimente verstehen sollen. Der Grundgedanke von situiertem Lernen ist die Kombination aus kognitiven und konstruktivistischen Lernansätzen und sollen dem Lernenden durch einen sozialen und kulturellen Kontext Wissen vermitteln. Durch eine geeignete mobile Applikation, wie die in der Publikation erwähnte Mobile Learning Engine, lassen sich diese Lernszenarien auf ein mobiles Endgerät adaptieren und ermöglichen so dem Lernenden eine verbesserte Lernumgebung. Trotz der Vorteile einer mobilen Lernapplikation sollte diese, laut Holzinger et al., das traditionelle e-learning nicht ersetzten, sondern unterstützen. In einer weiteren Publikation schildern Möller et al. das Problem, dass in vielen Ländern universitäre Vorlesungen nicht von speziell ausgebildeten Dozenten, sondern von Hilfskräften ohne eine didaktische Ausbildung gehalten werden [12]. Um diese Hilfskräfte und Dozenten mit wenig Lehrerfahrung bei der universitären Lehre zu unterstützen, ist die mobile E-Learning Plattform Mobidics [13, 14] entwickelt worden. Mobidics [15] bietet eine Sammlung von didaktischen Methoden an, die zu einem speziellen Lernziel ein passendes didaktisches Konzept bereitstellt. Diese können einfach via eines mobilen Endgerätes durchsucht und genauer betrachtet werden. Hierfür stellt Mobidics eine genauere Beschreibung der Methode, Bilder und Informationen zum verwendeten Material bereit. Bereits in der Evaluation des Prototypen der Applikation zeigt sich laut der Publikation der Erfolg von mobilen Lernplattformen wie Mobidics. So geben 51% der 103 befragten Smartphonebesitzer, die die Video-Präsentation gesehen haben, an, sie würden die Applikation gerne bzw. sehr gerne verwenden. Motiwalla beschreibt in seiner Publikation die Vorteile des mobilen Lernens [16]. So können Lernende abseits des Vorlesungs- oder Klassenraums, z.b. auf Reisen, und in ihrer eigenen Geschwindigkeit Lernmaterial verarbeiten und studieren. In dessen Evaluation zeigt Motiwalla, dass pädagogische Lernmethoden wie konstruktives Lernen [17] oder Konversationstheorien [18] auf 3 ( ) 4 ects_ pdf ( )

14 Kapitel 2 Vergleichbare Arbeiten 9 ein mobiles Endgerät adaptiert werden können. Jedoch kann das mobile Lernen nicht als eigenständige Lernmethode betrachtet werden, da z.b. das vermittelte Wissen in einer zweistündigen Vorlesung auf einem mobilen Gerät einen geringeren Umfang besitzt als in einer traditionellen Vorlesung. Die Stärken des mobilen Lernens liegen laut Motiwalla in der Ergänzung traditioneller Vorlesungen oder E-Learning-Plattformen durch Erinnerungen, personalisierten Inhalten oder Kommunikationshilfen, die helfen, freie, sonst nicht nutzbare Zeit produktiv zu nutzen. Wie auch das EduVote System kann eine M-Learning Plattform helfen, eine Vorlesung und deren vermittelten Lernsto interaktiver zu gestalten und den Studentinnen und Studenten eine verbesserte Lehre zu bieten. 2.3 Ähnliche Android Abstimmungsapplikationen Aufgrund der steigenden Relevanz von mobilen Endgeräten wie Smartphones und Tablets sollen in diesem Abschnitt bereits vorhandene Android-Abstimmungsapplikationen (Apps) und der aktuelle Stand der Technik in Bezug auf die Entwicklung und Implementierung von Abstimmungssystemen auf mobilen Endgeräten gezeigt werden Newcastle University evoting von NCL-CS Da die Applikation nur als Client für das universitäre Abstimmungssystem der Newcastle University dient, kann der Nutzer keine Abstimmungen erstellen [19]. Die Teilnahme hingegen erfolgt über eine Election Session ID und einem Passcode. Der Coordinator, im Normalfall ein Dozent, kann hierbei zwischen einem Gruppen- oder einem individuellen Passcode entscheiden. Mit einem Gruppenpasscode können alle Studenten einer Vorlesung mit einem einzigen Schlüssel an einer Abstimmung teilnehmen. Der Nachteil hierbei ist, dass Studenten mit diesem Schlüssel mehrfach teilnehmen können. Möchte man die Mehrfachteilnahme verhindern, besteht neben dem Gruppenpasscode die Möglichkeit, für jeden Studenten in einer Vorlesung einen individuellen Schlüssel zu generieren, mit welchem ein Student nur einmalig teilnehmen kann. Hat der Nutzer die richtige ID und Passcode eingegeben, kann er an einer Session teilnehmen. Diese umfasst mehrere Fragen, die vom Typ Mehrfachantworten, Einfachantworten, einfache Zahleneingabe oder einfache Texteingabe sind. Hat der Nutzer alle Fragen beantwortet, erhält er einen Überblick über alle bereits gegebenen Antworten in Form eines Balkendiagramms. In einer mit der Entwicklung abschließenden Evaluierung ist der pädagogische Wert eines Abstimmungssystems in Hörsälen bestätigt worden. Die Mehrheit der 27 befragten Studenten hat Spaß bei der Benutzung eines Abstimmungssystems. Da laut Hao et al. Spaß ein wichtiger Faktor für die Motivation von Studenten sei, kann damit vermehrt die Aufmerksamkeit von Studenten und Studentinnen gewonnen und so ihr Lernerfolg verbessert werden.

15 Kapitel 2 Vergleichbare Arbeiten 10 Abbildung 2.2: Screenshot: Newcastle University evoting. Teilnahme an einer Abstimmung über einen Election Session ID (links). Teilnahme an einer Single Choice Abstimmung (mitte). Auswertung mehrerer Fragen nach einer Abstimmung (rechts) SMILE der Universität Freiburg Mit dem SMILE Projekt entwickelt die Universität Freiburg seit 2010 eine Smartphone-Applikation für die universitäre Lehre [20]. Die Applikation ermöglicht Studenten mit der Live-Feedback- Funktion über einen Schieberegler, dem Dozenten mitzuteilen, ob sie der Vorlesung noch folgen können. Dabei wird eine Änderung des Schiebereglers sofort erkannt und an das SMILE System geschickt. Dort können die Veränderungen über einen bestimmten Zeitraum vom Dozenten betrachtet werden und anhand des Mekko-Diagramms 5 entschieden werden, wichtige Informationen zu wiederholen oder das Tempo einer Vorlesung anzuheben. Eine weitere Funktion der SMILE Applikation ist die Möglichkeit, ein Multiple Choice Quiz oder Single Choice Quiz zu erstellen. Dieses kann von Dozenten vor einer Vorlesung vorbereitet werden und bei Bedarf aktiviert werden. Über einen Countdown, welcher nach Ablaufen das Quiz automatisch beendet, kann der Dozent die Dauer eines Quizzes bestimmen. Bei abgelaufenen Quizfragen wird sowohl die eigene ausgewählte Antwort weiterhin angezeigt als auch das richtige Ergebnis und eine ausführliche Musterlösung. Die Ergebnisse einer Multiple Choice Frage können in einem Balkendiagramm, Single Choice Fragen in einem Kreisdiagramm betrachtet werden. Im Gegensatz zu den in der Vorlesung gestellten Vorlesungsfragen können Studenten in SMILE anders als bei der Newcastle App sogenannte Lernfragen erstellen, die von Kommilitonen beantwortet werden können. Dies 5 ( )

16 Kapitel 2 Vergleichbare Arbeiten 11 fördert den Lerne ekt und steigert die Interaktion zwischen den Studenten. Studenten und Studentinnen mit entsprechenden Rechten können die erstellten Lernfragen markieren und ermöglichen somit anderen Studenten ein schnelles Einschätzen, ob das gestellte Quiz relevant und korrekt ist. Mit der Question & Answer Funktion, ähnlich einem Forum, können SMI- LE Benutzer Nachrichten verfassen und die Mitteilungen anderer Benutzer positiv oder negativ markieren. Eine hohe positiv markierte Nachricht kann somit schneller vom Dozenten als wichtig betrachtet und falls nötig auch in der Vorlesung darauf eingegangen werden. Ist die gestellte Frage bereits von einem anderen Studenten beantwortet worden, besitzt der Dozent die Möglichkeit, diese Antwort als richtig zu markieren. In einer formativen Studie stellt Kändler die Ergebnisse des Einsatzes von SMILE dar [21]. So finden die Quiz großen Anklang bei den Studenten und Studentinnen und ein Großteil wünscht sich, dass diese öfter als dreimal pro Vorlesung angesetzt werden. Im Gegensatz dazu ist die Live-Feedback-Funktion nur selten genutzt worden, da die Studenten keinen signifikanten Unterschied bzw. explizite Reaktion des Dozenten bemerken, falls diese der Vorlesung nicht mehr folgen können. Das Problem, dass ca. 50% der Studenten keine Möglichkeit haben, mit einen eigenen Gerät an SMILE teilzunehmen, ist mit der dadurch entstandenen Gruppenarbeit zu einem Vorteil geworden. Es kann dadurch eine erhöhte Interaktivität zwischen den Studentinnen und Studenten gescha en werden und darüber hinaus zeigt sich eine deutlich gesteigerte verbale Aktivität der Studierenden, nachdem ein Quiz durchgeführt worden ist. So sind Studenten nach der Ausführung bereitwilliger, an einer anschließenden Diskussion teilzunehmen und aufgetretene Schwierigkeiten zu erläutern Socrative Socrative 6 ist ein intelligentes student response system, welches Dozentinnen und Dozenten erlaubt, mit Hilfe von didaktischen Übungen und Spielen die Lehre interaktiver zu gestalten. So können Dozenten sich über ihr eigenes Smartphone, Tablet oder Laptop in die Applikation oder die Webanwendung einloggen und von dort alle Aktivitäten verwalten. Jedem Dozenten wird eine Raumnummer zugeordnet, über die Studenten sich mit den Dozenten verbinden können. Studenten, die einem vom Dozenten erstellten Raum beigetreten sind, befinden sich in einer Warteposition, bis der Dozent eine neue Aktivität startet. Hierfür stehen Dozenten einfache einzelne Fragen, wie Multiple Choice, True/False oder eine Texteingabe zur Verfügung, die der Dozent an das Auditorium stellt. Studentinnen und Studenten können dann über die Applikation oder der Webanwendung abstimmen. Die dabei erhaltenen Antworten werden dem Dozenten sofort in der Anwendung angezeigt. Eine weitere verfügbare Aktivität ist das Ausführen eines Quiz. Studenten haben hier die Möglichkeit, eine Reihe von vorbereiteten Fragen in eigener oder einer vom Dozenten gesteuerten Geschwindigkeit zu beantworten. Mit der Exit Ticket Aktivität kann der Dozent durch ein vorbereitetes Quiz den Lernerfolg von Studenten am Ende der Vorlesung 6 ( )

17 Kapitel 2 Vergleichbare Arbeiten 12 erfragen. Ein vorbereitetes Quiz kann ebenfalls als Space Race Spiel gestartet werden. Hierfür werden die Studenten in bis zu zehn Teams eingeteilt (automatisch oder durch eigene Wahl). Sobald das Quiz gestartet worden ist, können Studenten anhand mehrere Balkendiagramme, die mit Raketen illustriert sind, den Fortschritt der Teams betrachten. Mit der Durchführung eines solchen Space Race werden Studenten motiviert, besser als ihre Kommilitonen abzuschneiden. Durch die Auflockerung dieser Quizart werden demotivierte und abgelenkte Studenten wieder an den Vorlesungsverlauf aktiv angebunden. Jedoch müssen solche Quiz vorbereitet werden, da die Erstellung in einer Vorlesung zu lange dauern würde. Die Integration von Socrative gestützten Fragen ermöglicht auch bei großen Zuhörerzahlen ein gutes Feedback für den Dozenten und verbesserte Interaktivität bei Studenten. 2.4 Zusammenfassung Die Publikationen zu den Applikationen zeigen auf, dass diese Abstimmungen über Smartphones bei den Studenten zu höherer Interaktivität und Freude am Lernen führen. Sie fühlen sich motiviert, an den Vorlesungen aktiv teilzunehmen. Auf diesen Applikationen aufbauend wird im Folgenden dargelegt, wie EduVote verschiedene Ideen der genannten Applikationen aufgreift und ausbaut.

18 Kapitel 3 Konzept des EduVote Voting Systems Mit der Entwicklung von EduVote soll die Interaktivität in großen Vorlesungen, Tutorien und andere universitäre Veranstaltungen e zienter und die Qualität verbessert werden. Ziel ist es, durch die Möglichkeit des Erstellens und der Teilnahme an entsprechenden Abstimmungen (vgl. Kapitel Vergleichbare Arbeiten) die Interaktivität in großen Hörsälen zu verbessern. Dabei soll dies so einfach wie möglich und auch für technisch weniger versierte Dozenten und Studenten umsetzbar sein. Über eine Webseite sollen Dozenten die Möglichkeit besitzen, Abstimmungen zu erstellen, bzw. Studenten, daran teilzunehmen. Zusätzlich soll das Erstellen und die Teilnahme durch eine mobile Android Applikation ermöglicht werden. Die Kommunikation der Webseite und der Android App mit der Datenbank soll über eine universelle Programmierschnittstelle (engl. Application Programming Interface (API)) erfolgen und damit die Möglichkeit bieten, weitere mobile Applikationen für andere Betriebssysteme dem EduVote System hinzuzufügen. Im Folgenden soll der konzeptionelle Aufbau und die bereit gestellten Funktionen genauer betrachtet werden. 3.1 Aufbau und bereitgestellte Funktionen Ein registrierter Benutzer, im Normalfall ein Dozent, kann auf der Webseite oder mit der mobilen Android App schrittweise eine Abstimmung erstellen (siehe Abbildung 3.1). Hierbei soll besonders darauf geachtet werden, dass die von technisch weniger versierte Dozenten ebenfalls ohne Probleme durchgeführt werden kann. Zu Beginn kann der Benutzer auswählen, welche Art von Fragetyp er erstellen möchte. Je nach Fragetyp gelangt der Benutzer dann auf eine für den Fragetyp angepassten Seite, auf der er die Frage, optional eine genauere Beschreibung oder einen Hinweis und die Antworten eingeben kann. Möchte er speziellere Anpassungen an der Abstimmung vornehmen, wie etwa das Schützen der Abstimmung mit einem Passwort, der Start- und Endzeitpunkt oder die Verwendung eines Decknamen (Alias), kann dies über die erweiterten Einstellungen der Abstimmung erfolgen. Durch das Schützen einer Abstimmung mit einem Passwort kann der Dozent sicher gehen, dass 13

19 Kapitel 3 Konzept des EduVote Voting Systems 14 Abbildung 3.1: Ablaufdiagramm zur Erstellung einer Abstimmung nur Studenten einer bestimmten Vorlesung oder universitären Veranstaltung an der Abstimmung teilnehmen. Hierfür gibt der Dozent neben dem URL-Link der Abstimmung noch das benötigte Passwort in der Veranstaltung bekannt. Mit dem Start- und Endzeitpunkt kann der Dozent die Gültigkeitsdauer für eine Abstimmung bestimmen. Eine Teilnahme ist nur innerhalb dieses Zeitraums möglich. Werden die Zeitpunkte nicht explizit bei der Erstellung geändert, ist eine Abstimmung immer sofort nach dem Erstellen aktiv und hat eine Gültigkeitsdauer von einer Woche. Die Alias-Funktion ermöglicht dem Ersteller, einen Decknamen anstelle seines Benutzernamens bei Abstimmungen anzeigen zu lassen. Nachdem die Abstimmung erstellt worden ist, kann über einen QR-Code [22] odereinerspeziellen kurzen URL an einer aktiven Abstimmung teilgenommen werden. Aktiv ist eine Abstimmung, wenn sie innerhalb der Start- und Endzeitpunkte liegt. Bei der Auswahl der Fragetypen bietet EduVote vier Möglichkeiten: Multiple Choice Abstimmungen ermöglichen dem Befragten aus einer vorgegebenen Auswahl an Antworten eine beliebige Menge auszuwählen und abzustimmen. Die Auswahlmöglichkeit ist dabei auf maximal zehn Antworten begrenzt, da diese vermutlich für die universitäre Lehre ausreichend sind. Multiple Choice kann zum Beispiel bei Klausurterminen oder anderen wichtigen Ereignissen verwendet werden, um einen für die meisten Beteiligten passenden Termin zu finden. Ebenso kann dieser Fragetyp für Fragen verwendet werden, für die es mehrere richtige Antworten gibt.

20 Kapitel 3 Konzept des EduVote Voting Systems 15 Single Choice Abstimmungen erlauben, anders als Multiple Choice, dem Benutzer nur die Auswahl einer einzigen Antwort. Die vorgegebene Auswahl ist wie bei Multiple Choice auch auf maximal zehn Antwortmöglichkeiten begrenzt. Dieser Fragetyp wird bei Fragen mit nur einer richtigen Antwort verwendet oder kann für das Erstellen eines Quiz genutzt werden. True/False Abstimmungen stellen prinzipiell eine Single Choice Abstimmung mit zwei dichotomen Antworten dar. Das bedeutet, dass sich die Antwortmöglichkeiten gegenseitig ausschließen, z.b. bei der Frage nach dem Geschlecht: Mann oder Frau. Neben diesem Beispiel kann man die True/False Abstimmung auch für ja/nein oder auch wahr/falsch Fragen nutzen. Scala Abstimmungen bieten die Möglichkeit, einen bestimmten Wert zwischen zwei festgelegten Grenzen zu wählen. Hierbei wird dem Ersteller die Möglichkeit gegeben, zwischen den Skalenwerten eins bis fünf oder eins bis zehn zu wählen. Der Nutzer hat dann die Möglichkeit, einen dazwischen liegenden Wert auszuwählen und abzustimmen. Diese Art von Abstimmung kann vom Dozenten für Meinungs- oder Tendenzfragen genutzt werden (1 = Sehr Gut, 2 = Gut, 3 = Neutral, 4 = Schlecht, 5 = Sehr Schlecht). Die für die Speicherung der Fragen und Antworten benötigte Datenbank ist so entworfen (siehe Abschnitt 4.2), dass spätere Implementierungen von neuen Fragetypen, wie Übungsaufgaben oder Brainstorming, problemlos durchgeführt werden können. Die Teilnahme an einer Abstimmung soll ohne Probleme und großem Aufwand möglich sein. Daher ermöglicht EduVote eine Teilnahme durch das Eingeben einer speziellen URL oder durch das Scannen eines QR-Codes. Im Falle der URL wird eine mit Bitly 1 gekürzte Version des originalen Links verwendet und erleichtert somit die Eingabe einer sehr langen URL in einen Browser des Smartphones, Tablets oder Laptops. Bitly ist ein Webservice, der eine übergebene, beliebig lange URL in die Form bringt. Durch den Aufruf dieser spezifischen URL in einem Browser wird man automatisch auf die originale URL weitergeleitet. Der verwendete QR-Code enthält ebenfalls den gekürzten Link und kann durch einfaches Scannen des Codes mit der EduVote Android Applikation die Teilnahme an der entsprechenden Abstimmung ermöglichen. Die Teilnahme an einer Abstimmung geschieht ausschließlich anonym und gewährt somit die von vielen Studenten gewünschte Sicherheit [8]. Weiterhin ermutigt eine anonyme Teilnahme viele Studenten, ihre Meinung frei zu äußern und schwächt die Angst vor falschen Antworten ab. Durch die Verwendung eines Decknamens (Alias) bei der Erstellung einer Abstimmung wird auch dem Ersteller dieser Abstimmung die Möglichkeit auf Anonymität gegeben. So wird beim Verwenden dieser Funktion nicht der Benutzername des Erstellers bei Abstimmungen angegeben, sondern der verwendete Deckname. 1 https://bitly.com/ ( )

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