Entwicklung digitaler Mathematik-Atlas „matlas“

Vor Projektbeginn waren Lernmaterialien an vielen Orten und in sehr vielen unterschiedlichen Formaten zugänglich. Sie waren auf Laufwerke, Lernplattformen und Clouds verteilt. Die Materialien waren auf die jeweiligen Themen beschränkt und nicht vernetzt. Außerdem gab es keine globale Übersicht über die wesentlichen Themen der Mathematik im Grundstudium.

Es wurde das Software-Framework matlas erstellt. Dieses ermöglicht den Studierenden eine interaktive Exploration aller wichtigen Teilgebiete der Mathematik. Zusätzlich wurden mithilfe der Software-Bibliothek manim didaktisch konzipierte Lernvideos erstellt. Zudem wurden die Lernmaterialien in ein möglichst einheitliches Erscheinungsbild konvertiert und in matlas integriert.

Der Mathematik-Atlas matlas wurde im Rahmen des Teilprojekts „Digitales Mathematikwissen im Grundstudium“ erstellt und anhand von einigen Kapiteln der Grundlagenmathematik (Lineare Gleichungssysteme, Komplexe Zahlen, Differenzengleichungen) exemplarisch vorlesungsbegleitend eingesetzt. Darüber hinaus wurden die Prototypen mehrfach durch Studierende evaluiert. Dies erfolgte durch Fragebögen und Einzelinterviews.

Für die Erstellung der Lernvideos wurde die Programmier-Bibliothek manim gesucht und gefunden, mit deren Hilfe Videos per Skripting-Technologie erstellt werden können. Dieses Konzept erleichtert die Wartung und Pflege der Videos beträchtlich und sorgt für nachhaltige und stets aktuelle Lerninhalte.

Der Einsatz von matlas wurde in Studierenden-Evaluationen positiv beurteilt. Insgesamt wurden von den Studierenden noch mehr Lernmaterialien dieser Art nachgefragt. Das Interesse der Studierenden an matlas ist über die Zeit gewachsen und besteht unvermindert. Der Aufbau einer derartigen Lernumgebung lohnt sich insbesondere für Grundlagenthemen, die für einen großen Kreis von Studierenden relevant sind und die sich nicht sprunghaft ändern.

Die Erstellung von Videos ist extrem zeitaufwendig. Unter Nutzung der eingesetzten Scripting-Technologie werden die Lernvideos quasi programmiert. Es wird ein Programmcode erzeugt, der den Inhalt und Ablauf der Videos detailliert beschreibt. Dieser Code wird übersetzt und anschließend automatisiert in ein Video gerendert. Nur durch diese eingesetzte Technologie, bleiben die Ergebnisse wartbar und können bei Bedarf aktualisiert werden.

Es muss sichergestellt werden, dass das Software-Framework dauerhaft gewartet wird. Hierfür müssen personelle Ressourcen vorgehalten werden.

- Lernmaterialien sind umso beliebter, je multimedialer sie aufbereitet werden. Dies haben die durchgeführten Studierenden-Evaluationen gezeigt. Durch unterschiedliche Formate soll sichergestellt werden, dass die Studierenden möglichst aktiv lernen.

- Lernmaterialien mit explizit ausgewiesenem Schwierigkeitsgrad, etwa anhand einer Stern-Klassifikation, werden von den Studierenden als besonders hilfreich empfunden.

- Die Erstellung von guten Lernvideos ist ein mehrstufiger Prozess und erfordert hohen zeitlichen Aufwand.

- Features mit Bugs verlieren schnell die Akzeptanz der Studierenden.

- Das Software-Knowhow sollte nicht auf eine einzelne Person beschränkt sein. Durch Personalfluktuation geht schnell wertvolles Wissen verloren. Die Einarbeitung neuer Personen ist zeitaufwändig.

Vom ersten Tag an sollte eine mittel- und langfristige Perspektive entwickelt werden, wie das Lernangebot erstellt und vor allem gewartet und weiterentwickelt wird. Ein fakultäts- und studiengangübergreifender Mathematik-Atlas ist ein größeres Projekt. Selbst die reine Pflege der Software und der fachlichen Inhalte erfordert regelmäßig Wartungsaufwand. Ein derartiges Lernangebot ist kein fertiges Produkt.

Es lohnt sich in jedem Fall, jenseits von YouTube und unzähligen anderen - mehr oder weniger verlässlichen – Quellen, eine Plattform für das Fachgebiet Mathematik im Grundstudium an der eigenen Hochschule zu etablieren. Sorgfältig selbst erstellte, hochwertige Lernmaterialien bilden einen wichtigen und wertvollen Gegenpol zu unscharfen und teilweise falschen über KI generierten Lösungen und Antworten.