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Research on the deployment and use of technology to assist learning has seen a significant
rise over the last decades (Aparicio et al., 2017). The focus on course quality, technology,
learning outcome and learner satisfaction in e-learning has led to insufficient attention by
researchers to individual characteristics of learners (Cidral et al., 2017 ; Hsu et al., 2013). The current work aims to bridge this gap by investigating characteristics identified by previous works and backed by theory as influential individual differences in e-learning. These learner characteristics have been suggested as motivational factors (Edmunds et al., 2012) in decisions by learners to interact and exchange information (Luo et al., 2017).
In this work e-learning is defined as interaction dependent information seeking and sharing enabled by technology. This is primarily approached from a media psychology perspective. The role of learner characteristics namely, beliefs about the source of knowledge (Schommer, 1990), learning styles (Felder & Silverman, 1988), need for affect (Maio & Esses, 2001), need for cognition (Cacioppo & Petty, 1982) and power distance (Hofstede, 1980) on interactions to seek and share information in e-learning are investigated. These investigations were shaped by theory and empirical lessons as briefly mentioned in the next paragraphs. Theoretical support for investigations is derived from the technology acceptance model(TAM) by psychologist Davis (1989) and the hyper-personal model by communication scientist Walther (1996). The TAM was used to describe the influence of learner characteristics on decisions to use e-learning systems (Stantchev et al., 2014). The hyper-personal model described why computer-mediated communication thrives in e-learning (Kaye et al., 2016) and how learners interpret messages exchanged online (Hansen et al., 2015). This theoretical framework was followed by empirical reviews which justified the use of interaction and information seeking-sharing as key components of e-learning as well as the selection of learner characteristics. The reviews provided suggestions for the measurement of variables (Kühl et al., 2014) and the investigation design (Dascalau et al., 2015). Investigations were designed and implemented through surveys and quasi experiments which were used for three preliminary studies and two main studies. Samples were selected from Germany and Ghana with same variables tested in both countries. Hypotheses were tested with interaction and information seeking-sharing as dependent variables while beliefs about the source of knowledge, learning styles, need for affect, need for cognition and power distance were independent variables. Firstly, using analyses of variance, the influence of beliefs about the source of knowledge on interaction choices of learners was supported. Secondly, the role of need for cognition on interaction choices of learners was supported by results from a logistic regression. Thirdly, results from multiple linear regressions backed the influence of need for cognition and power distance on information seeking-sharing behaviour of learners. Fourthly, the relationship between need for affect and need for cognition
was supported. The findings may have implications for media psychology research, theories used in this work, research on e-learning, measurement of learner characteristics and the design of e-learning platforms. The findings suggest that, the beliefs learners have about the source of knowledge, their need for cognition and their power distance can influence decisions to interact and seek or share information. The outlook from reviews and findings in this work predicts more research on learner characteristics and a corresponding intensity in the use of e-learning by individuals. It is suggested that future studies investigate the relationship between learner autonomy and power distance. Studies on inter-cultural similarities amongst e-learners in different populations are also
suggested.
In der Unterrichtsmethode Flipped Classroom sind schulische und häusliche Aktivitäten vertauscht. Instruktionale Elemente werden in online verfügbare Lernvideos ausgelagert, welche die Schüler als häusliche Vorbereitung ansehen. Im Unterricht stehen dann schülerzentrierte Tätigkeiten im Vordergrund, in denen die Schüler ihr Wissen anwenden und vertiefen können. Durch die Auslagerung von Inputphasen wandelt sich die Rolle des Lehrers vom Instructor zum Lernbegleiter.
Die vorliegende quasi-experimentelle Studie im Pre-/Postdesign mit Kontrollgruppe untersuchte die Wirkungen des Flipped Classroom in Physikkursen der Oberstufe (Grundkursniveau) an zwei deutschen Gymnasien mit N = 151 Schülerinnen und Schülern. Acht Physikkurse der 11. Jahrgangsstufe nahmen an der Studie teil, die sich über einen Zeitraum von zwei Schuljahren erstreckte (2015/16 und 2016/17). Vier der fünf teilnehmenden Lehrkräfte unterrichteten sowohl einen Kontroll- als auch einen Treatmentkurs. Sämtliche Lernvideos wurden von den Lehrkräften selbst erstellt. Dabei integrierten sie reale Experimente, um dem Anspruch physikauthentischen Unterrichts gerecht zu werden. Die Forschungsfragen richteten sich sowohl auf die Leistung in einem Fachwissenstest als auch auf affektive Lernmerkmale wie die Motivation, das Interesse und das Selbstkonzept. Zusätzlich wurden die wahrgenommene Lehrerunterstützung und das Hausaufgabenverhalten untersucht.
Die Anwendung von Flipped Classroom im Physikunterricht zeigte größtenteils positive Effekte. Die Schülerinnen und Schüler im Flipped Classroom hatten einen höheren kognitiven Lernzuwachs und ein besseres Selbstkonzept als ihre Mitschüler, die traditionell unterrichtet wurden. Das Leistungsniveau und das Geschlecht der Schülerinnen und Schüler hatten dabei keinen Einfluss auf diese Effekte. Während die Motivation, sich mit Physik zu beschäftigen, in der Kontrollgruppe sank, blieb sie in der Treatmentgruppe auf konstantem Niveau. Bei genauerem Blick zeigte sich, dass die Motivation bei Schülerinnen im Flipped Classroom anstieg, bei Schülerinnen im traditionellen Unterricht jedoch abnahm. Das Interesse am Unterrichtsfach Physik wurde in beiden Gruppen geringer. Sowohl die wahrgenommene Lehrerunterstützung als auch die Hausaufgabendauer blieben in beiden Gruppen zwischen Pre- und Posttest unverändert. Die Hausaufgabendisziplin war im Flipped Classroom jedoch deutlich höher, was zeigt, dass die Schülerinnen und Schüler eher bereit waren, sich instruktionale Lernvideos anzusehen als klassische Hausaufgaben zu bearbeiten.
Bei Lernprozessen spielt das Anwenden der zu erlernenden Tätigkeit eine wichtige Rolle. Im Kontext der Ausbildung an Schulen und Hochschulen bedeutet dies, dass es wichtig ist, Schülern und Studierenden ausreichend viele Übungsmöglichkeiten anzubieten. Die von Lehrpersonal bei einer "Korrektur" erstellte Rückmeldung, auch Feedback genannt, ist jedoch teuer, da der zeitliche Aufwand je nach Art der Aufgabe beträchtlich ist.
Eine Lösung dieser Problematik stellen E-Learning-Systeme dar. Geeignete Systeme können nicht nur Lernstoff präsentieren, sondern auch Übungsaufgaben anbieten und nach deren Bearbeitung quasi unmittelbar entsprechendes Feedback generieren. Es ist jedoch im Allgemeinen nicht einfach, maschinelle Verfahren zu implementieren, die Bearbeitungen von Übungsaufgaben korrigieren und entsprechendes Feedback erstellen. Für einige Aufgabentypen, wie beispielsweise Multiple-Choice-Aufgaben, ist dies zwar trivial, doch sind diese vor allem dazu gut geeignet, sogenanntes Faktenwissen abzuprüfen. Das Einüben von Lernzielen im Bereich der Anwendung ist damit kaum möglich.
Die Behandlung dieser nach gängigen Taxonomien höheren kognitiven Lernziele erlauben sogenannte offene Aufgabentypen, deren Bearbeitung meist durch die Erstellung eines Freitexts in natürlicher Sprache erfolgt. Die Information bzw. das Wissen, das Lernende eingeben, liegt hier also in sogenannter „unstrukturierter“ Form vor. Dieses unstrukturierte Wissen ist maschinell nur schwer verwertbar, sodass sich Trainingssysteme, die Aufgaben dieser Art stellen und entsprechende Rückmeldung geben, bisher nicht durchgesetzt haben. Es existieren jedoch auch offene Aufgabentypen, bei denen Lernende das Wissen in strukturierter Form eingeben, so dass es maschinell leichter zu verwerten ist. Für Aufgaben dieser Art lassen sich somit Trainingssysteme erstellen, die eine gute Möglichkeit darstellen, Schülern und Studierenden auch für praxisnahe Anwendungen viele Übungsmöglichkeiten zur Verfügung zu stellen, ohne das Lehrpersonal zusätzlich zu belasten.
In dieser Arbeit wird beschrieben, wie bestimmte Eigenschaften von Aufgaben ausgenutzt werden, um entsprechende Trainingssysteme konzipieren und implementieren zu können. Es handelt sich dabei um Aufgaben, deren Lösungen strukturiert und maschinell interpretierbar sind.
Im Hauptteil der Arbeit werden vier Trainingssysteme bzw. deren Komponenten beschrieben und es wird von den Erfahrungen mit deren Einsatz in der Praxis berichtet: Eine Komponente des Trainingssystems „CaseTrain“ kann Feedback zu UML Klassendiagrammen erzeugen. Das neuartige Trainingssystem „WARP“ generiert zu UML Aktivitätsdiagrammen Feedback in mehreren Ebenen, u.a. indem es das durch Aktivitätsdiagramme definierte Verhalten von Robotern in virtuellen Umgebungen visualisiert. Mit „ÜPS“ steht ein Trainingssystem zur Verfügung, mit welchem die Eingabe von SQL-Anfragen eingeübt werden kann. Eine weitere in „CaseTrain“ implementierte Komponente für Bildmarkierungsaufgaben ermöglicht eine unmittelbare, automatische Bewertung entsprechender Aufgaben.
Die Systeme wurden im Zeitraum zwischen 2011 und 2014 an der Universität Würzburg in Vorlesungen mit bis zu 300 Studierenden eingesetzt und evaluiert. Die Evaluierung ergab eine hohe Nutzung und eine gute Bewertung der Studierenden der eingesetzten Konzepte, womit belegt wurde, dass elektronische Trainingssysteme für offene Aufgaben in der Praxis eingesetzt werden können.
Die vorliegende Arbeit entstand durch die Notwendigkeit, den Histopathologiekurs der Zahnmedizinstudierenden an der Universität Würzburg u.a. wegen verbrauchter Präparate neu zu konzipieren. Nach der Anschaffung eines Präparatescanners lag es nahe, zeitgemäße multimediale Lernmethoden und virtuelle Mikroskopie in den Studierendenkurs einzuführen. Nun gibt es ein Online-Projekt, in welchem kursbegleitend virtuell mikroskopiert werden kann. Ein solches Projekt existierte vorher, speziell den Bedürfnissen der Würzburger Zahnmedizin-Studierenden angepasst, nicht und stellt daher eine Innovation dar. Im Falle des Würzburger Histopathologiekurses wurden erst vorhandene Online-Projekte anderer Universitäten miteinander verglichen und besonders positive Aspekte herausgearbeitet. Diese sollten in das eigene Projekt übernommen werden. Unter Berücksichtigung studentischer Wünsche wurden daraufhin neu zusammengestellte Präparate eingescannt und auf eine Onlineplattform gestellt. In der retrospektiven Evaluation hielten die Studierenden das Angebot einer virtuellen Mikroskopiermöglichkeit für eine ausgezeichnete und ausbaufähige Lernergänzung und sind bereit, diese kursbegleitend zu nutzen. Die virtuelle Mikroskopie stellt das ideale Werkzeug für multimediale Lernangebote in der medizinischen Hochschulausbildung im Fach Pathologie dar.
Das webbasierte elektronische Portfolio der Sprachen epos, das der Bremer Sprachenrat verantwortet, ist ein Instrument des lebenslangen Sprachenlernens. Es enthält neben allen Elementen eines Papierportfolios einige Features, die es besonders zur Förderung der Lernautonomie geeignet werden lässt. Dazu gehört, dass es der oder dem Lernenden überlassen ist, ob er oder sie seine Sprachenbiographie einem Tutor oder einer Tutorin gegenüber offenbart und sie oder ihn zum Kommentar auffordert. Auch Produkte des Sprachenlernens, welche im Dossier abgelegt werden, können dem Tutor oder der Tutorin gegenüber zum Zweck der Kommentierung offenbart werden – so erweitert sich epos zur Lernplattform, die für Blended E-Learning nutzbar ist. Die Rolle der Tutorinnen und Tutoren wandelt sich vom Instruktor zum Moderator von Lernprozessen – zugleich verändert sich der Unterricht durch Orientierung auf Produkte hin zum aufgabenorientierten Lernen. Die Einbindung in Konzepte von formativer Leistungsbewertung ist weiter zu entwickeln.
This thesis is devoted to Bernoulli Stochastics, which was initiated by Jakob Bernoulli more than 300 years ago by his master piece 'Ars conjectandi', which can be translated as 'Science of Prediction'. Thus, Jakob Bernoulli's Stochastics focus on prediction in contrast to the later emerging disciplines probability theory, statistics and mathematical statistics. Only recently Jakob Bernoulli's focus was taken up von Collani, who developed a unified theory of uncertainty aiming at making reliable and accurate predictions. In this thesis, teaching material as well as a virtual classroom are developed for fostering ideas and techniques initiated by Jakob Bernoulli and elaborated by Elart von Collani. The thesis is part of an extensively construed project called 'Stochastikon' aiming at introducing Bernoulli Stochastics as a unified science of prediction and measurement under uncertainty. This ambitious aim shall be reached by the development of an internet-based comprehensive system offering the science of Bernoulli Stochastics on any level of application. So far it is planned that the 'Stochastikon' system (http://www.stochastikon.com/) will consist of five subsystems. Two of them are developed and introduced in this thesis. The first one is the e-learning programme 'Stochastikon Magister' and the second one 'Stochastikon Graphics' that provides the entire Stochastikon system with graphical illustrations. E-learning is the outcome of merging education and internet techniques. E-learning is characterized by the facts that teaching and learning are independent of place and time and of the availability of specially trained teachers. Knowledge offering as well as knowledge transferring are realized by using modern information technologies. Nowadays more and more e-learning environments are based on the internet as the primary tool for communication and presentation. E-learning presentation tools are for instance text-files, pictures, graphics, audio and videos, which can be networked with each other. There could be no limit as to the access to teaching contents. Moreover, the students can adapt the speed of learning to their individual abilities. E-learning is particularly appropriate for newly arising scientific and technical disciplines, which generally cannot be presented by traditional learning methods sufficiently well, because neither trained teachers nor textbooks are available. The first part of this dissertation introduces the state of the art of e-learning in statistics, since statistics and Bernoulli Stochastics are both based on probability theory and exhibit many similar features. Since Stochastikon Magister is the first e-learning programme for Bernoulli Stochastics, the educational statistics systems is selected for the purpose of comparison and evaluation. This makes sense as both disciplines are an attempt to handle uncertainty and use methods that often can be directly compared. The second part of this dissertation is devoted to Bernoulli Stochastics. This part aims at outlining the content of two courses, which have been developed for the anticipated e-learning programme Stochastikon Magister in order to show the difficulties in teaching, understanding and applying Bernoulli Stochastics. The third part discusses the realization of the e-learning programme Stochastikon Magister, its design and implementation, which aims at offering a systematic learning of principles and techniques developed in Bernoulli Stochastics. The resulting e-learning programme differs from the commonly developed e-learning programmes as it is an attempt to provide a virtual classroom that simulates all the functions of real classroom teaching. This is in general not necessary, since most of the e-learning programmes aim at supporting existing classroom teaching. The forth part presents two empirical evaluations of Stochastikon Magister. The evaluations are performed by means of comparisons between traditional classroom learning in statistics and e-learning of Bernoulli Stochastics. The aim is to assess the usability and learnability of Stochastikon Magister. Finally, the fifth part of this dissertation is added as an appendix. It refers to Stochastikon Graphics, the fifth component of the entire Stochastikon system. Stochastikon Graphics provides the other components with graphical representations of concepts, procedures and results obtained or used in the framework of Bernoulli Stochastics. The primary aim of this thesis is the development of an appropriate software for the anticipated e-learning environment meant for Bernoulli Stochastics, while the preparation of the necessary teaching material constitutes only a secondary aim used for demonstrating the functionality of the e-learning platform and the scientific novelty of Bernoulli Stochastics. To this end, a first version of two teaching courses are developed, implemented and offered on-line in order to collect practical experiences. The two courses, which were developed as part of this projects are submitted as a supplement to this dissertation. For the time being the first experience with the e-learning programme Stochastikon Magister has been made. Students of different faculties of the University of Würzburg, as well as researchers and engineers, who are involved in the Stochastikon project have obtained access to Stochastikon Magister via internet. They have registered for Stochastikon Magister and participated in the course programme. This thesis reports on two assessments of these first experiences and the results will lead to further improvements with respect to content and organization of Stochastikon Magister.