PyRope Demo, Tutorial, Tutor-Pakete, Aufgabenpool

(a) stark divergierende, teils unzureichende Vorkenntnisse für MINT-Studiengänge möglichst schon im Vorfeld (Vorkurse), spätestens aber zu Studienbeginn auffangen

und so Frustrationen und daraus resultierenden vermeidbaren Studienabbrüchen begegnen,

(b) Bereitschaft und Fähigkeit der Studierenden zu eigenständiger, zeitlich und örtlich unabhängiger Wissensaneignung fördern,

(c) Aufwand für Lehrkräfte bei der Aufgabenerstellung reduzieren

Für Lehrkräfte ergibt sich aus dem PyRope-imanenten Grundprinzip “Coden statt Clicken” eine Fülle von Möglichkeiten, mittels der sehr leistungsfähigen, dennoch ein-

fach zu handhabenden freien Programmierung in der Programmiersprache Python Aufgaben individuell, randomisiert und dem jeweiligen Zweck (Übungen, Prüfungen) angepasst zu entwickeln, ohne sich mit Handling und Restriktionen herk¨ommlicher E-Assessment Tools wie z.B. Onyx befassen zu müssen.

Studierende können die Aufgaben und Tutorien von zu Hause aus, auch offline, z.B. über Jupyter-Notebooks, ohne zeitliche Beschränkungen und frei von Versagensängsten bearbeiten, auch dank der Randomisierung schwierige Passagen beliebig oft wiederholen und sich so schrittweise und im eigenen Lerntempo den Stoff erschließen. Ein lösungsabhängiges Feedback, das verbal, numerisch, grafisch und in Form von Weblinks gestaltet werden kann, gibt Auskunft über den Erfolg der Übungen und dient der Orientierung über den aktuellen Leistungsstand.

Das Tutorium zum Thema Stochastik wurde im Rahmen der entsprechenden bzw. darauf aufbauenden Vorlesung für BA-Studierende erprobt und evaluiert. Aus dem Aufgabenpool wurden einschlägige Aufgaben in die Vorlesung Nichtlineare Optimierung für MA-Studierende eingebunden sowie auch Aufgaben zu den mathematischen Grundlagen Analysis und Analytische Geometrie/ Lineare Algebra in Lehrveranstaltungen der Fakultät FDIT integriert.

An der HTWK haben die Lehrenden und die Studierenden der MINT-Studiengänge standardmäßig Zugriff auf einen Jupyter-Hub, auf dem PyRope bereits installiert ist, so dass hier die Einstiegshürden zur Python-Programmierung niedrig waren. Eine weitere wesentliche Voraussetzung war natürlich die inhaltliche Eignung der Lehrveranstaltungen, in denen die erwähnten Elemente der Maßnahme zum Einsatz kamen. Ferner sind eine möglichst große und bezüglich Kenntnisstand repräsentative Teilnehmerzahl in den betreffenden Lehrveranstaltungen geben sowie die Bereitschaft zur Teilnahme an der Evaluierung notwendig – die Ergebnisse wurden über einen Fragebogen erhoben, der auf die Situation ausgerichtet zunächst konzipiert werden musste.

Hervorzuheben wäre als Alleinstellungsmerkmal die freie Programmierbarkeit, durch die eine hohe Flexibilität bei der Gestaltung der Aufgaben erreicht wird, die keines der auf dem Befüllen von Eingabemasken beruhenden E-Assessments bietet. Die scheinbare Hürde des Beherrschens der Programmiersprache Python wird mehr als durch den Vorteil aufgewogen, sich nicht mit der Bedienung – und den zahlreichen Restriktionen – einer speziellen Bedienoberfläche befassen zu müssen. Ein entscheidender Vorteil für die studentische Nutzung liegt im Unterschied zu herkömmlichen Aufgabensammlungen in nicht nur in den numerischen Werten, sondern, wo sinnvoll, auch bezüglich Funktionstypen, Operatoren, etc. randomisierten Aufgaben und der daraus sich ergebenden Möglichkeit, sich dem Thema in immer wieder neuen Varianten zu nähern, was sie, im Verein mit den in den Tutorien enthaltenen Theorieanteilen, zu einer sehr effektiven Ergänzung, wo nicht Alternative, zu Präsenzveranstaltungen macht.

Die parallel laufende Entwicklung des Software-Pakets PyRope einerseits und des Aufgabepools andererseits hatte 2 sich wechselseitig beeinflussende Effekte:

(a) Durch die zyklisch immer wieder neu erforderliche Anpassung der Aufgaben an den aktuellen Stand und Funktionsumfang von Pyrope ergab sich eine schrittweise

Erweiterung sowie auch Verbesserung der Aufgaben;

(b) Durch die im Laufe der Aufgabenentwicklung zutage tretenden Anforderungen seitens der Aufgabenentwicklung an die Funktionalitäten von Pyrope wurden umge-

kehrt zahlreiche Impulse für die Entwicklung von PyRope gesetzt.

Bei der Aufgabenentwicklung die Nützlichkeit

(a) einer ausführlichen Quelltext-Kommentierung, insbesondere bei häufig erforderlicher Ergänzung/Neubearbeitung;

(b) der Archivierung von Implementationsvarianten zur späteren Verwendung;

(c) der Protokollierung offener Fragen und Probleme bei der Umsetzung der Funktionalitäten;

(d) von Notizen zu (noch) nicht befriedigenden Lösungen

Nein

Neben den Learnings (s.o.) lässt sich – ungeachtet der Tatsache, dass bei der Softwareentwicklung eine individuelle, auf persönlichen Erfahrungen und Stärken beruhende Herangehensweise gefunden und befolgt werden sollte – vielleicht als ein weiterer allgemeingültiger Erfahrungswert festhalten, dass es besser ist, zunächst eine funktionierende, wenn auch nicht die optimale Lösung für ein Problem zu implementieren, um diese in der Folge nach Maßgabe neuer Erkenntnisse schrittweise zu verbessern, als sofort die ultimative Lösung anzustreben.

Die Verwendung von Jupyter-Notebooks bietet Studierenden sehr viel Flexibilität bzw. Gestaltungsfreiheit, auch im Hinblick darauf, Ihren eigenen Lernfortschritt zu dokumentieren und zu reflektieren. Im Sinne des Student-as-Partners-Ansatz können Studierende auch selbst interessante Aufgaben erstellen, austauschen und peer-reviewen lassen und so einerseits ihre metakognitiven Fähigkeiten weiterentwickeln und andererseits zum Wachstum eines gemeinsam nutzbaren Aufgabenpools beitragen.