Einsatz digitaler Mathematikaufgaben

Lehrende wollen den studentischen Lernprozess unterstützen und sehen sich einer heterogenen Studierendenschaft und Personal- und Zeitmangel gegenüber. Studierende wollen viele Übungsaufgaben, eine Bewertung mit Feedback und auf ihrem Lernstand abgeholt werden. Außerdem sollen die Aufgaben didaktisch und technisch ansprechend gestaltet sein, wozu das E-Assessmentsystem OPAL/ONYX stetig angepasst werden muss. Der Lehrende braucht Einarbeitungszeit in das Lernmanagementsystem, hier OPAL/ONYX.

Zur Unterstützung des Lernprozesses der Studierenden wurden digitale Aufgaben eingesetzt, die durch Parametrisierung und das Hinzufügen von Feedback individualisiert wurden. Durch die automatische Bewertung erhielt der Studierende eine sofortige Rückmeldung. Einmal erstellte Aufgaben sind wiederholt von den Lehrenden einsetzbar und durch Nutzung und Ausbau eines Aufgabenpools über verschiedene Hochschulen entstehen Synergieeffekte. Die stetige Weiterentwicklung und Anpassung von OPAL/ONYX an neue technische Möglichkeiten, wie hier z.B. JSXGraph, erforderte die Einwerbung von Projektgeldern, um die Produktentwicklung durch die BPS GmbH zu finanzieren. Durch entsprechende Vorarbeiten zur Integration neuer Features gestaltete sich die finale Einbettung recht problemfrei. Die Entlastung der Lehrkräfte durch die Unterstützung mittels wiss. Mitarbeiter und Studierender ermöglichte eine auf die Lernziele ausgerichtete Auswahl und Anpassung der Aufgaben an die jeweilige Lehrveranstaltung.

Die Nutzung und Weiterentwicklung des Aufgabenpools erfolgt u.a. an der HTWK Leipzig, TU Chemnitz und WH Zwickau. Digitale Aufgaben werden in mathematischen Lehrveranstaltungen für fachfremde als auch für mathematische Studiengänge in Form von freiwilligem Übungsangebot, verpflichtenden Prüfungsvorleistungen und auch Prüfungen eingesetzt. Digitale englischsprachige Übungs- wie auch Prüfungsaufgaben kommen im Selbstlernkurs des internationalen Masterprogramms an der TU Chemnitz zum Einsatz.

Die Unterstützung durch wissenschaftliche Mitarbeiter und Studierende, finanziert aus Projektgeldern, erwies sich als entscheidend. Ohne diese Unterstützung wäre die Umsetzung des Angebots digitaler Aufgaben aufgrund der hohen Arbeitsbelastung der Lehrkräfte an Hochschulen nicht möglich gewesen. Die direkte Integration von studentischen Rückmeldungen in das Feedback digitaler Aufgaben führte zu gezielten Verbesserungen. Für die Weiterentwicklung und Integration neuer Funktionalitäten im Lernmanagementsystem (LMS) sind zusätzliche Mitarbeiterstellen erforderlich, die über ausreichende zeitliche Ressourcen verfügen. Materialien zur Einarbeitung in die entsprechenden Tools standen bereit und waren effektiv nutzbar. Der vorhandene Grundstock des Aufgabenpools ersparte einen initialen Aufbau. Ein enger Kontakt zu den Entwicklern des E-Assessment-Tools (wie beispielsweise der BPS GmbH bei OPAL/ONYX) ist unerlässlich, ebenso wie umfassende Kenntnisse des Systems und entsprechende Vorarbeiten.

Der Einsatz der digitalen Aufgaben in den erstellten Übungsserien, Prüfungsvorleistungen und auch Prüfungen in verschiedenen Lehrveranstaltungen über mehrere Semester und Jahre und verschiedene Hochschulen hinweg haben den Erstellungsaufwand gerechtfertigt. Die mehrfache Nutzung durch Lehrende als auch Lernende zeigt, dass die digitalen Aufgaben den qualitativen Ansprüchen gerecht werden können.

Es ergeben sich immer wieder neue Verbesserungs- bzw. Erweiterungswünsche für das E-Assessmentsystem, wodurch die Handhabung an Komplexität stetig zunimmt. Damit erhöhen sich für Lehrende möglicherweise die Einstiegshürden.

In digitalen Aufgaben kann der Lösungsweg mathematischer Aufgaben ohne Vorgabe einer gewissen Struktur und somit Hinweisen zur Lösung nur schwer abgefragt werden. Damit kann auch die Fähigkeit zum sauberen und strukturierten Arbeiten aktuell nicht direkt gefördert werden.

Die Einbettung von JSXGraph lieferte die Möglichkeit weitere Tools wie z.B. TikZ (verfügbar über TikZJax) oder andere JavaScript-Bibliotheken wie Meclib (entwickelt von Prof. Kraska, TH Brandenburg) einzubinden, was für andere Fachbereiche wie z.B. Technische Mechanik von Interesse ist.

Unterschiedliche Aufgabentypen sorgen für Abwechslung bei den Studierenden. Durch interaktive Aufgaben, die durch JSXGraph nun möglich sind, kann eine andere Art der Visualisierung und des Verständnisses mathematischer Sachverhalte erzeugt werden, die den Lernprozessen der Studierenden förderlich sind.

Die studentische Bereitschaft, freiwillige Übungsangebote zu nutzen, ist sehr unterschiedlich. Dies ist von vielen Faktoren abhängig, u.a. auch in welcher Form und unter welchen Bedingungen die Prüfungsleistung am Ende der Lehrveranstaltung erbracht werden muss.

Nein, die langfristige und anhaltende (Weiter-)Entwicklung des Aufgabenpools und zugehörigen Netzwerks sind ein essentieller Bestandteil derselbigen.

Eine klare (Ordner-)Strukturierung sowie der bewusste Umgang mit Lizenzen sowie Metadaten (Schlagworte, etc.) sollten unbedingt von Anfang an gepflegt werden.