Constraint-basierte Diagnose für interaktive Lernsysteme

• Applicant: Professor Dr. Wolfgang Menzel
• Subject Area: Image and Language Processing, Computer Graphics and Visualisation, Human Computer Interaction, Ubiquitous and Wearable Computing
• Term: from 2005 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 13900894

Anwendungsbereiche, in denen produktive Fertigkeiten und nicht nur die Reproduktion von Wissen bzw. dessen Anwendung für analytische Tätigkeiten im Mittelpunkt der Ausbildung stehen, stellen besondere Anforderungen an die Gestaltung von computergestützten Lernumgebungen. Beispiele hierfür sind etwa der Fremdsprachenunterricht, aber auch die Programmierausbildung. In beiden Fällen soll der Lernende in die Lage versetzt werden, kreativ an Lösungen für eine gegebene kommunikative Aufgabe bzw. ein Softwareentwicklungsproblem zu arbeiten. Die Vorgabe von Musterlösungen, bzw. die Auswahl aus vorgefertigten Lösungsalternativen behindert in einer solchen Situation den Lernprozess eher, da sie imitatives Lernen fördert, dem Lernenden die Erarbeitung eines eigenen Problemlösungsansatzes abnimmt und ihn damit von der entscheidenden (kreativen) Phase der Problemlösung ausschließt. Soll in einem derartigen Kontext der Grad an Interaktivität zwischen Lernendem und Lernumgebung erhöht werden, muss das Lernsystem über präzise und tiefreichende diagnostische Fertigkeiten verfügen. Erst dadurch wird es in die Lage versetzt, Feedback zu generieren, das es dem Schüler ermöglicht, die Mängel seiner derzeitigen Lösung zu erkennen und zu überwinden. Für Aufgabenbereiche, die einen hohen kreativen Anteil seitens des Lernenden erfordern, hat sich ein Diagnoseansatz auf der Basis von Constraints als erfolgreich bzw. erfolgversprechend herausgestellt. Constraints beschreiben Bedingungen für eine akzeptable Schülerlösung in einer Weise, die es gestattet, aus Constraintverletzungen Rückschlüsse auf Mängel der Lösung und die sie verursachenden Fehlkonzeptionen zu ziehen. Über geeignete Interventionen kann der Lernende dann schrittweise an eine verbesserte Lösung herangeführt werden. Als besonderer Vorzug des constraint-basierten Ansatzes erweist sich dabei, dass er verhältnismäßig robust gegenüber Lücken im Wissensbestand des Lernsystems ist und auch partielle Schülerlösungen problemlos bewerten kann. Das Projekt soll anhand der beiden Anwendungsdomänen Fremdsprachenunterricht und Programmierausbildung untersuchen, welche Voraussetzungen für eine erfolgreiche Anwendung des constraint-basierten Paradigmas in interaktiven Lernsystemen gegeben sein müssen und wie die Arbeitsteilung zwischen den grundlegenden Komponenten eines solchen Systems gestaltet werden kann. Über einen kontrastiven Vergleich soll dabei ein vertieftes Verständnis für die Vorteile und die inhärenten Beschränkungen des constraint-basierten Ansatzes erreicht werden

• DFG Programme: Research Grants