ICTMT 09: Demonstrating, Guiding, and Analyzing Processes in DGS

Auf der ICTMT 09 in Metz (Frankreich) haben Ulli Kortenkamp und ich einen Vortrag über die Verbindung von Jacareto/CleverPHL und dynamischen Geometriesystemen (DGS; z.B. Cinderella) gehalten. Dabei haben wir gezeigt, wie man mit CleverPHL in DGS Prozesse vorführen, lenken und analysieren kann. Der Artikel ist online, auch die Folien und natürlich eine Wiki-Diskussion (die bislang noch leer ist, also bitte kommentiert! :-)) Und darum ging’s im Detail:

Demonstrating, Guiding, and Analyzing Processes in Dynamic Geometry Systems

Process-oriented mathematics education focuses on learning processes rather than on their outcomes only. These processes should be monitored, guided and supported by the teacher. In addition, feedback should be given on the students’ activities, not only on their results. Groups of 30 (school) up to more than 600 (university) learners render it impossible to support processes without appropriate technology. This paper describes the tool CleverPHL that allows for designing process-oriented learning scenarios. Its features are demonstrated with dynamic geometry systems (DGS):

• Actions can be recorded and replayed in order to exemplify processes (process-oriented worked examples).
• Incomplete process demonstrations can be given, and students can be asked to complete them (process-oriented completion problems).
• Processes can be guided by reducing the interface complexity of the DGS or by highlighting elements and drawing directly on the interface of the DGS.
• Recordings can be analyzed using CleverPHL. Records are automatically structured on different levels, and parts of the process can then be selected for replay. Recorded and structured records can also serve as information basis for feedback and reflections.

Educational applications are demonstrated and the technical background is explained. In addition, ideas and first prototypes for future developments are shown.

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DeLFI 2008 Nachlese

Am Mittwoch ist die DeLFI-Tagung zu Ende gegangen (gemeinsam mit den anderen Tagungen des Konferenzverbundes VielMehr). Es war eine sehr anregende Tagung, auf der ich zahlreiche neue Erfahrungen sammeln konnte und von der ich viele neue Ideen mitgenommen habe.

Im Rahmen des E-Learning-2.0-Workshops am Sonntag haben Mo, Tim und ich einen Vortrag zum Thema „Ein Planungsraster zum Weblogeinsatz in der Lehre“ gehalten. Der Vortrag war insofern „besonders“, weil wir ihn nach außen geöffnet haben: Wir haben den Vortrag per ustream.tv live gestreamt, und es haben einige Personen von zu Hause aus den Vortrag mitverfolgt (inkl. Tim, der den Vortrag in Osnabrück gesehen hat). Dabei hatten sowohl die Zuhörer im Raum als auch zu Hause die Möglichkeit, Fragen und Kommentare über Twitter abzusetzen, die zeitnah im Raum an die Wand gebeamt wurden. Hierzu hatte Mo mit Studierenden der RWTH das System Twittopia entwickelt, das neben den Tweets u.a. auch Metainformationen zu einem Vortrag anzeigt. Daneben haben wir auch noch den Vortrag als Screencast aufgezeichnet. Dieser kann jetzt online betrachtet werden. Wer möchte, kann auch den dazugehörigen Artikel lesen. Fragen, Kommentare und Anregungen können auf einer Wiki-Seite diskutiert werden. Marcel hat auch bereits einen Weblog-Artikel dazu geschrieben.

Ich finde, diese interaktive, vernetzte Form des Vortrags ist ein schönes Beispiel, wie man öffentliche Wissenschaft betreiben kann. Die Mittel dazu sind recht einfach, und ich habe mir vorgenommen, diese und ähnliche Möglichkeiten in Zukunft standardmäßig zu nutzen. So gibt man auch Personen außerhalb des kleinen Teilnehmerkreises vor Ort die Möglichkeit, den Vortrag synchron oder asynchron mitzuverfolgen und sogar interaktiv teilzunehmen.

Darüber hinaus haben Ulrik und ich einen Vortrag zum Thema „GUI-Adaptation in Lernkontexten“ gehalten, der sogar mit dem „Best Paper Award“ der DeLFI 2008 ausgezeichnet wurde. Der zugehörige Artikel steht online, und natürlich kann auch hier in einem Wiki weiterdiskutiert werden. Der Beitrag wurde auch im Weblog von e-teaching.org und im E-Learning Blog der RWTH Aachen aufgegriffen.

Der Tagungsort war übrigens auch sehr schön. Lübeck ist eine tolle Stadt! Ein paar Fotos habe ich natürlich auch gemacht. Christoph hat einige Fotos zum Workshop in Flickr eingestellt.

Jacareto-Testlabor

Heute haben die Teilnehmerinnen und Teilnehmer meiner Veranstaltung „Computereinsatz in der Schule“ das Tool Jacareto/CleverPHL auf Herz und Nieren getestet, und zwar im Zusammenspiel mit dynamischer Geometriesoftware. Alles in allem hat es eigentlich ganz gut geklappt (mal abgesehen von den Usability-Problemen, die es bei CleverPHL teilweise immer noch gibt). Probleme, auf die die Teilnehmer gestoßen sind, und teilweise auch Problemlösungen findet man in der Diskussionsseite zum Jacareto-Testlabor.

Flexibler Umgang mit Konstruktionsprozessen in DGS

Neulich ist ein Artikel von Ulrich Kortenkamp und mir erschienen, und zwar im Tagungsband der GDM-Tagung in Berlin 2007: „CleverPHL – ein Werkzeug zum flexiblen Umgang mit Konstruktionsprozessen in DGS“. Darin beschreiben wir die Vermählung zweier Werkzeuge: Jacareto bzw. CleverPHL, ein Werkzeug zum Aufzeichnen, Wiedergeben und Analysieren von Benutzungsprozessen (Maus- und Tastaturaktionen), und Cinderella, ein dynamisches Geometriesystem (DGS). Kurzum: Man kann mit CleverPHL Konstruktionsprozesse in Cinderella aufzeichnen und wiedergeben. Darüber hinaus können Konstruktionsprozesse automatisch analysiert werden, d.h. man kann z.B. feststellen, um was für einen Konstruktionsprozess es sich handelt. Exemplarisch haben wir die Erkennung für die Konstruktion der Mittelsenkrechten implementiert, weitere Algorithmen müssten ebenfalls explizit eingebracht werden. Um dies zu umgehen, planen wir in Zukunft, die Methodik der Konstruktionsprozessanalyse weiter zu vereinfachen.

Wer sich für den Artikel interessiert, hier ist die Literaturangabe:

Spannagel, C. & Kortenkamp, U. (2007). CleverPHL – ein Werkzeug zum flexiblen Umgang mit Konstruktionsprozessen in DGS. In: Beiträge zum Mathematikunterricht 2007 (S. 165-168). Hildesheim, Berlin: Franzbecker.

Animierte Demonstrationen und Training Wheels Interfaces

Im ersten Heft von Interacting with Computers des Jahres 2008 ist jetzt ein Artikel von uns erschienen: Animated Demonstrations and Training Wheels Interfaces in a Complex Learning Environment.

Darin beschreiben wir eine Untersuchung, in der Schülerinnen und Schüler mit einem Tabellenkalkulationssystem Daten eines physikalischen Experiments (Simulation) auswerten mussten. Dabei sollten sie u.a. lernen, wie man in einer Tabellenkalkulation Formeln eingibt und Diagramme erstellt.

Die Schüler wurden beim Lernen unterschiedlich unterstützt: Einige Schüler haben Textbeschreibungen (kleine Manuals) erhalten.  Darin stand, wie die einzelnen Schritte in der Tabellenkalkulation durchzuführen sind. Eine zweite Gruppe betrachtete animierte Demonstrationen (Bildschirmvideos), anstatt Texte zu lesen. In den Bildschirmvideos wurde vorgeführt, wie das Tabellenkalkulationssystem verwendet werden muss. Eine dritte Schülergruppe erhielt neben den Bildschirmvideos ein Training-Wheels-Interface. Training-Wheels-Interfaces („Stützradschnittstellen“) sind Benutzungsschnittstellen, die in ihrer Komplexität reduziert sind, um Anfängern eine sichere und einfache Lernumgebung zu bieten.

Das Tool Jacareto/CleverPHL kam dabei auf zwei Arten um Einsatz: Zum einen wurden damit die animierten Demonstrationen erstellt. Zum anderen wurden die Benutzungsprozesse der Schülerinnen und Schüler automatisch analysiert.

Bei der statistischen Analyse wurden zahlreiche abhängige Variablen einbezogen. Insgesamt lässt sich sagen, dass die animierten Demonstrationen den Textbeschreibungen überlegen waren. Die Training-Wheels-Interfaces wirkten sich nicht oder sogar eher nachteilig aus. Aus den Resultaten lässt sich schließen, dass Schülerinnen und Schüler die Bedienung der Tabellenkalkulation anhand von Bildschirmvideos besser lernten als anhand von Textbeschreibungen.

Wer sich für Details interessiert, der kann ja mal einen Blick in den Artikel werfen:

Spannagel, C., Girwidz, R., Löthe, H., Zendler, A. & Schroeder, U. (2008). Animated Demonstrations and Training Wheels Interfaces in a Complex Learning Environment. Interacting with Computers 20(1), 97-111.

Prozessorientierte completion problems

Am letzten Wochenende fand die Tagung des Arbeitskreises Mathematikunterricht und Informatik der GDM in Soest statt. In diesem Rahmen habe ich einen Vortrag gehalten zum Thema Computerbasierte Aufgaben zum Vervollständigen von Teillösungen. In diesem Vortrag habe ich die Frage beantwortet, wie man prozessorientierte Vervollständigungsaufgaben (process-oriented completion problems) für die Nutzung von Software erstellen kann.

Kurze Erläuterung, was prozessorientierte completion problems sind: Bildschirmvideos sind allseits bekannt als Mittel, Prozesse mit Software aufzuzeichnen (beispielsweise in einer Tabellenkalkulation o.ä.). Andere können sich diese Prozesse dann ansehen und die einzelnen Schritte zur Lösung eines Problems mit der gezeigten Software nachvollziehen. Werden in dem Video auch Problemlösestrategien externalisiert, spricht man von prozessorientierten Lösungsbeispielen (process-oriented worked examples; vgl. van Gog, Paas & van Merriënboer, 2004). Prozessorientierte Vervollständigungsaufgaben (process-oriented completion problems) sind hingegen unvollständige Lösungsbeispiele. In ihnen wird beispielsweise nur der Anfang eines Problemlöseprozesses vorgeführt. Die Aufgabe der Lernenden ist es dann, diesen zu vervollständigen. Prozessorientierte completion problems kann man aber nicht mit normalen Bildschirmvideos herstellen. Wenn der Lerner sich das Video angesehen hat, kann er den Prozess nicht einfach fortsetzen. Er muss zunächst alle im Video gezeigten Schritte in seinem Programm (z.B. der Tabellenkalkulation) durchführen, bevor er weitermachen kann. Praktisch wäre es hingegen, wenn das Bildschirmvideo direkt im Programm ablaufen würde. An dieser Stelle hat mein Vortrag angesetzt: Ich habe gezeigt, wie man mit CleverPHL prozessorientierte completion problems herstellen kann. Die mit CleverPHL aufgezeichneten Aktionen werden nämlich direkt im Programm wiedergegeben. Der Lerner kann nach Betrachten des Videos direkt „weitermachen“.

CleverPHL ist Teil das Capture&Replay-Frameworks Jacareto und kann kostenlos heruntergeladen werden. Es kann Aktionen in Programmen aufzeichnen, die in der Programmiersprache Java geschrieben sind.

Das Ganze wird auch einem Beitrag für den Tagungsband erläutert werden. Für diejenigen, die es nicht erwarten können 😉 : Das Prinzip habe ich auch in meiner Dissertation beschrieben (unter dem Begriff unvollständige Modellierung).

Die Tagung des Arbeitskreises war übrigens sehr schön. Es gab viele wertvolle Diskussionen. Ein Grund, sich auf das Treffen im nächsten Jahr zu freuen.

Literatur:

van Gog, T., Paas, F. & van Merriënboer, J. J. G. (2004). Process-Oriented Worked Examples: Improving Transfer Performance Through Enhanced Understanding. Instructional Science 32, 83–98

Spannagel, C. (2007). Benutzungsprozesse beim Lernen und Lehren mit Computern. Hildesheim, Berlin: Franzbecker.

Jacareto in bugnux

Eben habe ich aus dem Linux Magazin erfahren (und außerdem bei pro-linux News), dass Jacareto in bugnux (eine Linux-Distribtion für das Testen von Software) aufgenommen wurde. Das freut mich natürlich! 🙂

Diplomarbeiten zu Jacareto

An der RWTH Aachen, Abteilung Computer Supported Learning, sind nun zwei Diplomarbeiten ausgeschrieben, die von Prof. Ulrik Schroeder und mir betreut werden. Die Themen sind:

• Aufnahme multimedialer Annotationen zu Interaktionsaufzeichnungen
• Einbindung synchroner Kooperationsmechanismen in das Jacareto Toolkit

Flexibler Umgang mit Konstruktionsprozessen in DGS

Am Donnerstag, den 29.3.2007, halte ich um 14:30 Uhr einen Vortrag auf der gemeinsamen Jahrestagung der DMV und GDM in Berlin. Der Titel des Vortrags lautet „CleverPHL – ein Werkzeug zum flexiblen Umgang mit Konstruktionsprozessen in DGS“. Er findet im Rahmen des Minisymposiums Experimentelle Geometrie statt. Hier die Kurzfassung:

„In fachdidaktischen Diskussionen rücken immer stärker mathematische Prozesse in den Mittelpunkt des Interesses. In der Geometrie spielen dabei Konstruktionsprozesse eine wichtige Rolle. Beim Arbeiten mit DGS bietet es sich an, den flexiblen Umgang mit Konstruktionsprozessen durch entsprechende computerbasierte Werkzeuge zu unterstützen. CleverPHL ist ein Werkzeug, mit dessen Hilfe man Konstruktionsprozesse in javabasierten DGS (wie beispielsweise Cinderella, GEONExT, Zirkel und Lineal und auch GeoGebra) aufzeichnen, wiedergeben und verarbeiten kann.

CleverPHL ermöglicht

• die Erstellung von Konstruktionsdemonstrationen in Echtzeit,
• die unvollständige Modellierung von Konstruktionsprozessen (nach der Betrachtung eines unvollständigen Konstruktionsprozesses kann dieser direkt fortgesetzt werden),
• kollaboratives Konstruieren,
• die Reflexion eigener Konstruktionsprozesse,
• die Analyse von Konstruktionsprozessen und
• die Beschränkung der Konstruktionsmittel durch direkten Eingriff in die Benutzungsschnittstellen der DGS (z.B. Ausblenden oder Abschalten von Buttons und Menü-Elementen).

Im Vortrag wird der aktuelle Entwicklungsstand des Open-Source-Projekts vorgestellt. Da CleverPHL nicht vornehmlich zur Verwendung mit DGS entwickelt wurde, sollen zudem mögliche DGS-spezifische Weiterentwicklungen diskutiert werden.“

Ich bin mal gespannt, wie viele Zuhörer da sein werden… Bitte kommt alle! 🙂

Neues Jacareto-Release

Endlich – nach fast einem Jahr Pause – habe ich ein neues Jacareto-Release herausbringen können. Die größte Neuerung ist dabei der Wechsel zu Java 1.5. Außerdem gibt es einige kleinere Änderungen und Bug Fixes. Die neue Version 0.7.12 kann auf der Jacareto-Projektseite heruntergeladen werden.

Hier die Änderungen im Detail:

• Jacareto needs now Java 1.5.
• improved replay input filter
• new replay mode option: safe mode (enabled/disables the replay input filters)
• Session options are introduced. The first session option is „Full Replay Reset“.
• The default is true which means that everytime when the replay process starts, a new class loader is used. When this option is set to false, the same class loader is used in several „runs“.
• Picorder now accepts more than 9 command line options in Windows.
• Bug fixed: Popup menues now work again with Java 1.5
• Bug fixed: Picorder now first logs the starter and afterwards the semantic events which occur during start-up.
• updated Jakarta commons to 2.3
• new class EnhandedEditor which offers standard methods for adding GUI components.
• The modules directory now has a subdirectory „resources“. In this directory, jar files with resources for the modules (images etc.) can be stored.
• Bug fixed: some components in the drawing window had the wrong background color.
• Bug fixed: method structureElementChanged in ReadAccessRecord threw NullPointerExceptions when starting an application with Picorder (duration changed in the Starter)
• The ComponentsTree shows indicator strings which allow for identifiing components more easily. This indicator string is, for example, the text of a button or a menu item.