EP2225748A2 - Eteacher - elektronischer lehrer zum vermitteln komplexer lerninhalte - Google Patents

Eteacher - elektronischer lehrer zum vermitteln komplexer lerninhalte

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Publication number
EP2225748A2
EP2225748A2 EP08866227A EP08866227A EP2225748A2 EP 2225748 A2 EP2225748 A2 EP 2225748A2 EP 08866227 A EP08866227 A EP 08866227A EP 08866227 A EP08866227 A EP 08866227A EP 2225748 A2 EP2225748 A2 EP 2225748A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
student
action
teaching
program
tree
Prior art date
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Ceased
Application number
EP08866227A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Krumhauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eteacher GbR
Original Assignee
Krumhauer Peter
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Krumhauer Peter filed Critical Krumhauer Peter
Publication of EP2225748A2 publication Critical patent/EP2225748A2/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B19/00—Teaching not covered by other main groups of this subclass
    • G09B19/0053—Computers, e.g. programming

Definitions

  • the invention relates to a program system that simulates a teacher who teaches a student in a private lesson a complex program system. Areas of application are all educational areas, from the housewife who wants to learn Word to the graduate engineer who wants to learn a new complex design program.
  • E-teaching belongs to the field of e-leaming. Many different technologies are already known for this, which are used for didactically different representations. The most popular variants are web and computer based training applications, authoring systems, simulations, videoconferencing / teleteaching, learning (content) management systems and digital learning games. All of these technologies are primarily intended to provide the user with material independent of space and time.
  • the aim of the present patent application is therefore to develop a program system that simulates a teacher as completely as possible, easy to use and generate and is also available as a cost-effective teaching option to a wide circle of users. It is intended to give the student as much freedom as possible in the repetition and to help him with errors and difficulties as efficiently as possible.
  • a lesson generally consists of 2 parts: 1. In the first part, the teacher will teach a lesson to the student.
  • the student can repeat the lesson. It verifies the correctness of its actions - if they do not help to solve the lesson's tasks, the student receives an indication of his mistake.
  • an object is any unit of a program system - eg a menu function or also a part of a structure - which can be called up by clicking on it)
  • FIG. 3 shows, as an example, an action tree with AND and OR branches, where AND branches show that they must be performed parallel to the other AND branches, while in OR branches only one of the branches of the action tree is traversed got to.
  • the action tree represents the following overall task:
  • the 3 And branches each represent a cell grouping with its task: • And1:
  • the cell group A1: B1 must first be marked (2 alternative options in OM and Or2 and then bold (And1-1), red (And1-2) and in 15p (And1-3) are formatted
  • the tree view is used for graphical rendering because it reflects the dependencies optically well - for the internal programmer representation, the tabular form is chosen because it is easier to program.
  • the branch And3 would z. B. in this form look like this:
  • FIG. 4 shows the branch And3 of the action tree in FIG. 3 in tabular representation, wherein the branches are represented by the indication of the parent cell. action paths This results in the pursuit of the mothers - the left branch of And3 results (here from bottom to top) z. B.
  • Tree representation and table display can be transferred into each other without loss.
  • FIG. 5 shows the overall task in tabular representation shown in the action tree in FIG. 3:
  • the three table rows show the same subtasks:
  • the enrollment of the student's actions as a parameter of a table is actually the representation of a result of an action, in contrast to the first analysis method where the action itself was analyzed - the second method of registering table parameters can thus be considered as a subform of the result check ,
  • FIG. 6 shows the generation of a formula.
  • this formula there are many possibilities - eg. Eg by marking the formula cell E4 and then • activating the sum symbol
  • results of teachers and students z. B. be analyzed by bitmap comparison.
  • Objects that are to be used for several teaching units are determined in this step. These are z.
  • the menu functions that must be activated and their activation must be recognized by the program based on stored analysis parameters - in Excel for example.
  • the Bold menu function bolds a selected cell content.
  • the object type determines how to recognize which object has been activated by clicking on it. There are different object types for different program systems (with partially specific parameters). B.
  • Pixel Object - its activation is detected by its verification pixels - s. u. • Position Object - it is detected by the fact that the cursor is on activation in an activation field whose vertices are stored
  • Fig. 7a shows the object 'BoId' in the non-active state before the cursor enters the activation area
  • Fig 7b the same object in the active state after the cursor has entered the activation area. It can be seen that individual pixels of the object change their color in the active state. This color change can be used to check if the student has activated this object: 2 (sometimes automatic) pixels with changed color are saved to the object - the 'verification pixels' (see in Fig. 2b the two pixels in the bottom) Frame) and their color on the student's screen compared with the stored colors - they are the same, the student has activated the object.
  • Figure 8a shows the creation of a line in the Solid Edge program that is not exactly horizontal.
  • Figure 8b shows how the horizontal / vertical marker (the symbol next to the line) is automatically added by the program when the end point of the line is at exactly the same height or width as the starting point, therefore the line is exactly horizontal or vertical is. In the case shown, this symbol is always in the same position as the cursor - in other cases it is in the same position as an object.
  • FIG. 9 shows a section of an action tree which describes an action - the formatting of a marked cell or of a cell group - which will occur in several lessons for the program system Excel.
  • Such action units can be combined into one superobject: act Bold2, where Bold2 represents a superobject with the parameter 'condition' (here: if font is not yet active) stored in cell A3.
  • the superobject stores the tree, the name of the superobject, the parameters and their assignment to the tree.
  • FIG. 10 shows a detail of an action tree, which in turn describes a frequent action unit: two ways to mark a cell group.
  • the tree is summarized as a superaction: Mark A1 / B1, where A1 is stored as the start cell in B1 and B1 as the end cell in D5 and Mark is the name of the superaction.
  • FIG. 11 shows an example of an action path with already combined superunits. Again, it is a frequently recurring action: the formatting of a cell assembly. This sequence of actions is in turn combined into a superaction:
  • the menu tree contains all the menu objects of a program system (in FIG. 12, a section of the menu tree of Excel is shown). In addition, the menu tree contains all actions that do not handle objects: The action jnstr Ctrl + Shift + B 'generates z. For example, enter the string Ctrl + Shift + B by key entry and format the selected cell group Bold (bold). Other possibilities of the same function: act BoIdI (B1: the Bold button) or Bold2 (after activating Format and then CeIIs and then - if not already active - Font and then Bold2.
  • Function objects form a special form of the menu objects: they are different objects with the same task - in FIG.
  • the menu objects BoIdI and Bold2 and the string Ctrl + Shift + B perform the same task (to format bold). They form the common function object Bold. act Bold would be the instruction to use one of the three possibilities (shown above) to mark a marked cell or cell group in bold.
  • the menu tree is stored only for the visual display in the form shown above - internally it is also stored in tabular form with naming the respective mother (see above).
  • Fig. 13 shows once again (as already Fig. 5) a simple example of a tabular representation of the tasks.
  • Has z For example, if the student marks cell group B3: E3, then he must format this according to the table in bold (bold).
  • FIG. 12 After the illustration of the menu tree (FIG. 12), he has 3 approaches to the solution through the menu tree. His actions are now checked to see if he takes any of these approaches: act format would z. If, for example, a correct action is taken to solve this problem, one of the three possible solutions can be followed from here. Act Tools would be a wrong action that does not lead to one of the three solutions of the menu tree. You would with the error comment, This would not lead to the solution of the task! ' acknowledged. In the next step would be z. B. act CeIIs a correct action - the analysis program knows the current position in the menu tree (format) and recognizes that the task (the bold formatting) can be achieved via CeIIs.
  • This analysis can be used for every function of the menu tree.
  • the lesson's graphical representation is the lesson graph, which - similar to the unit graph - is a spreadsheet representation of actions and comments. An example of this lesson graph is shown in the section (see Fig. 14 Lesson graph).
  • the Lesson Graph contains sections and comments. Sections are autonomous parts of a lesson that can work out for themselves. They therefore contain their own start screen and all tables that are needed for the process. Lesson comments are assigned to the sections.
  • the control of the actions of the student is based on the fact that the objects of his actions are recognized by the Analyzer program. This is not a problem as long as these are menu items with a known location on the screen. However, it can be a problem when it comes to objects that are generated by the pupil - eg. B. a design drawing. Should z. If lines are to be dimensioned, they must first be activated. To verify that the student has activated the correct object, its parameters must be saved. If the teacher can activate this object z. B. its verification pixels are assigned to the object and stored. However, this is often not possible for the student's objects. Here comes the "Reset the screen '(see above) to bear: After the student has created the drawing and now wants to dimension the teacher intervenes:
  • the analyzer can check this. It is important that this reset takes place only when the previous actions of the student - here the drawing of the rectangle - have been checked!
  • Each lesson is offered - for students with different learning speeds - with different educational progress.
  • These different teaching speeds can z. B. be created in the editing that additional wells inserted or explanatory additions of the teacher when editing are deleted. However, lessons can also be created from the beginning with different teaching speeds.
  • the expected learning speed of the student is determined by a number of questions and assigned to the student profile. If the student makes too many mistakes during the following lessons, or if he can work through the lessons without errors, the learning speed in his profile will be lowered or raised and the lessons for that learning speed will be offered to him.
  • the teaching is based on the following profiles: • The learner's learning speed profile (see above).
  • the target profile of the student is determined by the learner's objective, which he defines at the beginning of the lesson together with a program
  • Each lesson in turn, has its own teaching profile: the sum of the teaching content it conveys.
  • the knowledge profile is adjusted via the protocol of the unit - all teaching contents are entered there together with the quality of their mastery (how many mistakes were there, a recess requested ...) - this then leads back to the current gap and learning speed profile.
  • the current gap profile then becomes the ideal next lesson, as the one whose teaching profile best meets the gaps shown in the gap profile to achieve the learning goal. Creation of the finished teaching unit Generation of the teaching unit graph
  • Fig. 15 shows again (as in Fig. 14) the action path of the teacher. It is easy to see that the action 2 to 8 information is relatively easy to insert into a Zeilverbund table with the following parameters:
  • table parameters can be taken from the lesson path: z.
  • the object 'rectangle' has been marked as a table object with its parameters in a design program in the preparation phase, and it is now invoked in the action path, it will be installed as a new table object and the following actions will be taken. Dimensioning, for example - then create the table parameters for this.
  • the lesson graph represents the teacher's action path with the actions he chooses to solve the tasks of the lesson. However, the student may choose others Choosing solutions - for the analysis of his actions, therefore, the action tree with all possible solutions must be present.
  • This extension can be partially automatic in the following steps:
  • the action path of the lesson graph ( Figures 14 and 15) is examined action by action for whether fragments of the path are complete branches of stored supagacions, superobjects, or menu branches of the menu tree:
  • Fig. 16 shows the automatic extension of the action path of the lesson graph into the condensed representation of the action tree of the lesson graph in 3 steps: 10
  • the 1st and 2nd step - the action path of the lesson graph is shown on the left - bordered are path fragments, also called complete branches of super units (super actions, superobjects or functions) are present:
  • This error comment is generally stored in relation to the action in the action tree (if the action tree analysis is present) or to a parameter in the table set (in the case of the tablet analysis) that is violated by the student's action.
  • composite comments with general and specific comment parts can be used - eg.
  • general elements 'caution' and'is already active ' which is generated whenever the parameter act () is violated and the specific part .Font' of the object associated with the injured object.
  • the commentary is composed: 'caution' + .font '+ .is already active!' Compound parts greatly simplify the entirety of the error comments.
  • the analyzer offers the following help: If the problem occurs in the demonstration phase:
  • the student does not have to wait until the end of the teacher's performance - he can demand the repetition of the one shown so far at any earlier time - in extreme cases, he may also request a single split screen split: Here's a screen for the teacher and one for the student - each action of the teacher is first repeated by the student.
  • the two screens can be arranged next to each other or partially overlap, always one of them is in the foreground. Offer for further training with the same content but without presentation
  • the student After the repetition of the presented teaching unit, the student receives the offer to solve a similar task with the same teaching contents. However, this is not demonstrated by the teacher.
  • the student may choose a setting that stores the protocol of his / her teaching (its action paths, errors, and communication with the analyzer) and automatically sends it over the Internet to the developer of the lesson from time to time. There they are automatically evaluated and then serve to improve the teaching units.
  • a common source of error in program systems is that the test is done by the same developers or by people from the same company who have similar levels of knowledge as the developer. It often results that the testers do not recognize the potential difficulties of the user.
  • Fig. 1 Representation of an action in the unit graph
  • Fig. 2 Representation of an action path in the unit graph
  • Fig. 3 Action tree with branches
  • FIG. 5 Table form of the action tree in FIG. 3
  • Fig. 7a Object Bold not activated
  • Fig. 7b Object 'BoId' activated and with 2 verification pixels
  • Fig. 8a non-horizontal line
  • Fig. 8b horizontal line with property symbol. Horizontal, vertical '
  • Fig. 9 Part of an action tree for the superobject Bold2
  • Fig. 10 Part of an Action Tree for the Super Action Mark Fig. 11: Action Path with Super Action and Super Object
  • Fig. 12 Detail of the menu tree
  • Fig. 15 Action path of the lesson Fig .: 16: Automatic extension of the action path into the action tree
  • Fig. 17 teaching unit with And branches

Landscapes

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  • Electrically Operated Instructional Devices (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Programmsystem, das einen Lehrer simuliert, der einem Schüler in Einzelunterricht ein komplexes Programmsystem beibringt. Anwendungsgebiete sind alle Bildungsbereiche, von der Hausfrau, die Word lernen möchte bis zum Diplomingenieur, der ein neues komplexes Konstruktionsprogramm lernen möchte. Zielsetzung der vorliegenden Patentanmeldung ist es daher, ein Programmsystem zu entwickeln, das einen Lehrer möglichst vollständig simuliert, einfach zu bedienen und zu generieren ist und außerdem als kostengünstige Lehrvariante einem breiten Anwenderkreis zur Verfügung steht. Es soll dem Schüler bei der Wiederholung möglichst viel Freiheit lassen und ihm bei Fehlern und Schwierigkeiten möglichst effizient zu Hilfe kommen. Zur Erfindung gehört auch eine Vorrichtung zum Generieren von Lehrprogrammen, wobei die Lehrprogramme aus mehreren einzelnen Lehreinheiten zusammengesetzt sind, die einzeln vom Schüler durchgeführt werden.

Description

Eteacher - elektronischer Lehrer zum Vermitteln komplexer Lerninhalte
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Programmsystem, das einen Lehrer simuliert, der einem Schüler in Einzelunterricht ein komplexes Programmsystem beibringt. Anwendungsgebiete sind alle Bildungsbereiche, von der Hausfrau, die Word lernen möchte bis zum Diplomingenieur, der ein neues komplexes Konstruktionsprogramm lernen möchte.
Stand der Technik
E-teaching gehört in den Bereich des E-Leaming. Dafür sind mittlerweile bereits viele verschiedene Technologien bekannt, die für didaktisch unterschiedliche Darstellungen genutzt werden. Die populärsten Varianten sind Web- und Computerbasierte Trainingsanwendungen, Autorensysteme, Simulationen, Videokonferenzen / Teleteaching, Learning (Content) Management Systeme und Digitale Lernspiele. All diese Technologien dienen in erster Linie dazu, dem Anwender Lehrstoff räumlich und zeitlich unabhängig zu vermitteln.
Die Nachteile der am Markt erhältlichen Produkte liegen jedoch vor allem darin, dass die herkömmlichen Lehrprogramme zwar in der Lage sind, einen Lehrstoff vorzuführen, meistens tun sie das jedoch auf einer künstlichen Oberfläche. Sie engen des weiteren die Möglichkeiten des Schülers stark ein, indem sie meistens nur eine (die vorher vorgeführte) Aktion bei der Wiederholung akzeptieren. Es fehlen auch intelligente Reaktionen bei Schwierigkeiten des Schülers - und damit ein sehr wichtiger Bestandteil einer normalen Schulung: die Rückkopplung des Lehrers auf Aktionen des Schülers!
Zielsetzung des neuen Verfahrens
Zielsetzung der vorliegenden Patentanmeldung ist es daher, ein Programmsystem zu entwickeln, das einen Lehrer möglichst vollständig simuliert, einfach zu bedienen und zu generieren ist und außerdem als kostengünstige Lehrvariante einem breiten Anwenderkreis zur Verfügung steht. Es soll dem Schüler bei der Wiederholung möglichst viel Freiheit lassen und ihm bei Fehlern und Schwierigkeiten möglichst effizient zu Hilfe kommen.
Das Projekt wird daher - parallel zum ,Elearning' .Eteacher' - electronic teacher - genannt. Diese Zielstellung wird durch die Ansprüche der vorliegenden Erfindung gelöst. Die hier verwendeten Beispiele sind zum Teil in englischer Sprache angeführt.
Allgemeiner Vorgang der Lehre mit dem Eteacher
Eine Lehreinheit besteht im Allgemeinen aus 2 Teilen: 1. 1m ersten Teil wird dem Schüler vom Lehrer eine Lektion vorgeführt.
2. Im zweiten Teil kann der Schüler die Lektion wiederholen. Es wird hierbei die Richtigkeit seiner Aktionen überprüft - tragen sie nicht dazu bei, die Aufgaben der Lektion zu lösen, erhält der Schüler einen Hinweis auf seinen Fehler.
Vorgang der Analyse der Aktionen des Schülers im Vergleich zur demonstrierten Lektion
Es kommen hierbei drei grundsätzliche Analysemethoden zur Anwendung, die auch gemischt werden können:
1. Die Überprüfung der einzelnen Aktionen durch Vergleich mit dem Aktionsbaum der Lektion
2. Die Überprüfung von Parametern von Tabellen, die durch die Aktionen eingetragen werden.
3. Die Überprüfung der Ergebnisse der Aktionen des Schülers
Diese Analysemethoden sollen hier grundsätzlich erläutert werden:
Analyse der Aktionen des Schülers durch Überprüfung der Einhaltung des Aktionsbaums der Lehreinheit
Darstellung der Aktionen einer Einheit im Einheiten Graphen
Die Aktionen des Lehrers und des Schülers werden hierbei in einer Tabellenkalkulati- ons- Umgebung dargestellt - sie bestehen grundsätzlich aus 2 Elementen:
• dem Objekt, das durch die Aktion aktiviert wird (ein Objekt ist jede Einheit eines Programmsystems - z. B. eine Menüfunktion oder auch ein Teil einer Struktur - die durch Anklicken aufgerufen werden kann)
• der Aktion, die angibt, was mit diesem Objekt geschehen soll:
In Fig. 1 (Darstellung einer Aktion im Einheitengraphen) ist BoIdI (Fetti ) das Objekt (die Schaltfläche Bold in Excel), dass durch Anklicken aktiviert (act = activate) wird. Erzeugung von Aktionspfaden im Einheitengraph
Aktionen, die nacheinander ausgeführt werden, werden in einem Aktionspfad dargestellt - z. B.: Fig. 2 (Darstellung eines Aktionspfades im Einheitengraphen) Hier werden im Programmsystem Excel • die Zelle A1 aktiviert und damit markiert, dann
• von hier aus mit gedrückter linker Maustaste der Cursor in die Zelle B1 gezogen (drag) dann
• das Objekt BoIdI (die Schaltfläche BoIdI - Fetti ) aktiviert und damit der Inhalt des Zellverbands A1 :B1 fett formatiert.
Erweiterung der Aktionspfade zu Aktionsbäumen durch Einfügen von Verzweigungen
Fig. 3 zeigt als Beispiel einen Aktionsbaum mit Und- und Oder- Verzweigungen, wobei Und- Verzweigungen zeigen, dass sie - parallel zu den anderen Und- Verzweigungen - durchgeführt werden müssen, während bei Oder- Verzweigungen nur einer der Äste des Aktionsbaums durchlaufen werden muss. Der Aktionsbaum stellt die folgende Gesamtaufgabe dar:
Die 3 And- Zweige stellen jeweils einen Zellverband mit seiner Aufgabenstellung dar: • And1 : Der Zellverbund A1 :B1 muss zunächst markiert (2 alternative Möglichkeiten in OM und Or2 und dann fett (And1-1 ), rot (And1-2) und in 15p (And1-3) formatiert werden
• And2: E3 (eine Einzelzelle) soll den String .Quarter Sales' erhalten.
• And3: B3:E3 muss zunächst markiert (Or1 und Or2) und dann fett formatiert werden
Interne Darstellung der Aktionsbäume in Tabellenform
Die Baumdarstellung wird für die graphische Wiedergabe benutzt, da sie die Abhängigkeiten optisch gut widerspiegelt - für die interne programmtechnische Darstellung wird die Tabellenform gewählt, da sie einfacher zu programmieren ist. Der Zweig And3 würde z. B. in dieser Form folgendermaßen aussehen:
Fig. 4 zeigt den Zweig And3 des Aktionsbaums in Fig. 3 in Tabellendarstellung wobei die Verzweigungen durch die Angabe der Mutterzelle dargestellt sind. Aktionspfade ergeben sich hierbei über die Verfolgung der Mütter - der linke Zweig von And3 ergibt sich (hier von unten nach oben) z. B.
Name Mutter-Nr. Name der Mutter
End3 11 act Bold act Bold 9 (+1O) End1
End1 6 drag E3 drag E3 4 Or1...
zu End3/ act Bold/ End1 / drag E3/ ... Baumdarstellung und Tabellendarstellung lassen sich verlustlos ineinander überführen.
Überprüfung der Einhaltung des Aktionsbaums
Die Überwachung der Einhaltung des Aktionsbaums bei den Aktionen des Schülers soll am Beispiel des Baums in Fig. 3 erläutert werden: • act B3- er aktiviert die Zelle B3 - diese Aktion ist im Zweig And3 dargestellt: Ok!
- die mögliche nächste Aktion wäre entweder zur Zelle E3 zu ziehen (drag E3) oder die Shift- Taste gedrückt zu halten (hold Shift).
• hold Shift - auch diese Aktion ist erlaubt, da sie im Unterzweig Or2 der Oder- Verzweigung im Baum enthalten ist. Die nächste mögliche Aktion ist ,act E3'- er hätte damit den Zellverbund B3:E3 markiert
• act E3 - ok! - seine nächste mögliche Aktion ist ,act Bold' - er würde damit den Inhalt des Zellverbundes B3:E3 fett formatieren
• act Italic - falsch: Der Schüler verlässt den Baum und damit wird eine Fehlermeldung gegeben - z. B. .Achtung, dies ist nicht der richtige Fontstil! ..."
Analyse der Aktionen des Schülers durch Überprüfung der von ihm erzeugten Tabellenparameter
Eine andere Art der Speicherung der durch die Demonstration des Lehrers vorgegebenen Lösungswege ist die der Tabellenform: Fig. 5 zeigt die im Aktionsbaum in Fig. 3 dargestellt Gesamtaufgabe in Tabellendarstellung: Die 3 Tabellenzeilen zeigen die gleichen Teilaufgaben:
• A1 :B1 muss fett (functioni ), rot (function2) und in 15p (function3) formatiert werden
• E3 (eine Einzelzelle) soll den String .Quarter Sales' (String) erhalten. • B3:E3 muss fett (functioni ) formatiert werden
Der in Fig. 3 dargestellte Aktionspfad des Schülers (mit Verbesserung seines Fehlers) würde folgendes bewirken • act B3 eine Einzelzelle B3 ist nicht vorgegeben aber sie ist die Startzelle des Verbundes B3:E3 : ok!
• hold Shift keine Veränderung sondern nur Vorbereitung zum Markieren des Verbunds : ok!
• act E3 die Endzelle E3 erweitert den Verbund zu B3:E3 - dieser Zellver- bund ist jetzt in der Tabelle aktiv : ok!
• act Bold die Funktion Bold ist vom Schüler aktiviert worden - fniok wird daher =1 gesetzt : ok! - zur vollständigen Lösung aller Aufgaben der Tabelle müssen jetzt noch die anderen fnok und das strok =1 gesetzt werden!
Ein anderes Beispiel für die Möglichkeiten der Tabellenanalyse bildet die Menüfunktion .Rechteck' in Solid Edge:
Wird diese Funktion aufgerufen, wird vom Programm ein neues Rechteck- Objekt als Tabelle mit den folgenden Parametern und Unterparametern aufgerufen:
• Name • Startpunkt / Position (in Solid Edge wird das Rechteck durch Angabe der beiden diagonalen Eckpunkte definiert)
• Endpunkt / Position
• Obere Linie / Startpunkt / Position + Endpunkt / Position / Maß
• Unter Line /Startpunkt / Position + Endpunkt / Position / Maß • ...
Werden nun Menüfunktionen aufgerufen, die Informationen zu diesen Parametern liefern - z. B. die Funktion Bemaßung - werden ihre Daten zu den entsprechenden Parametern gespeichert. Man kann erkennen, dass es sich bei der Tabellendarstellung im Vergleich zur Aktionsbaum- Darstellung um eine einfacheres Abbild der Gesamtaufgabe handelt - sie setzt allerdings voraus, dass es sich um Aufgaben handelt, deren Lösung in Tabellenform darstellbar sind. Analyse der Aktionen des Schülers durch Überprüfung seiner Resultate
Die Eintragung der durch die Aktionen des Schülers als Parameter einer Tabelle ist im eigentlichen Sinn die Darstellung eines Resultats einer Handlung im Gegensatz zur ersten Analysemethode, wo die Handlung selbst analysiert wurde - die zweite Methode der Eintragung von Tabellenparametern kann also als Unterform der Resultatsüberprüfung angesehen werden.
Hierfür soll eine weiteres Beispiel erläutert werden:
In Fig. 6 ist die Erzeugung einer Formel dargestellt. Für die Erzeugung dieser Formel gibt es viele Möglichkeiten - z. B. durch Markierung der Formel- Zelle E4 und dann • der Aktivierung des Summensymbols
• der Eingabe der Formel über die Tastatur
• die Aktivierung des Gleichheitssymbols und dann durch Eingabe des Rests der Formel...
Die Darstellung aller Möglichkeiten durch einen Aktionsbaum würde einen sehr großen Baum verlangen - für eine Parameterdarstellung in einer Tabellenanalyse müsste der String nach Eingabe vorliegen - wenn die Zellen jedoch z. B. nicht geschrieben sondern angeklickt werden kann er nicht als Parameter in eine Tabelle eingetragen werden. Hier wird der Inhalt der Eingabezeile als Resultat der Formeldarstellung des Schü- lers benutzt: die Formel in der Zeile wird mit Hilfe von OCR (optische Zeichenerkennung) erkannt und bei der Analyse mit der des Lehrers verglichen.
Standardisierung der in der Kommandozeile dargestellten Formel
Die richtige Formel für das obige Beispiel ist (siehe Fig. 6) ,=SUM(B4:D4)' Akzeptiert wird von Excel oder auch
, = Sum ( d4:b4 )' also mit zusätzlichen Leerzeichen und Vertauschung der Zellen. Nicht akzeptiert wird jedoch
,=SUM(B4 : D4)1 also mit Leerzeichen zwischen den Zellen!
Diese Mehrdeutigkeit wird für eine eindeutige Kontrolle dadurch überwunden, dass vor der Prüfung eine automatische Standardisierung der Formel erfolgt, die z. B. aus ,= sum (d4:B4 )' die standardisierte Form ,=SUM(B4:D4)' macht. Werden bei dieser Standardisierung Fehler erkannt - z. B. ein Leerzeichen zwischen den Zellen wird eine spezifische Fehlermeldung ausgegeben - z. B. .Zwischen Doppelpunkt und Zelle darf kein Leerzeichen sein!' Weitere Formen der Analyse von Resultaten
Andere Möglichkeiten von Resultaten ergeben sich z. B. bei Konstruktionsprogrammen durch die graphische Auswertung von Zeichnungen, wobei die Ergebnisse von Lehrer und Schüler z. B. durch Bitmapvergleich analysiert werden.
Wahl der Analyseform für eine Lektion bzw. für einen Teil einer Lektion
Die optimale Analyseform ist weitgehend von der der Art der Objekte abhängig:
Tabellenanalyse
Immer dann, wenn das Objekt eine feste Anzahl von Operationen zulässt, können diese als Parameter zum Objekt gespeichert werden. Beispiele hierfür sind:
• Zellen von Tabellenkalkulationsprogrammen (wie Excel) mit ihrer begrenzten Art von Prozeduren • Strukturen, wie z. B. Rechteck, Kreis usw. - auch hier gibt es im Allgemeinen eine begrenzte Anzahl von Operationen und Parametern - für das Rechteck z. B. die Parameter Maß oder Symmetrie zum Nullpunkt oder die Operation .Verrun- dung von Ecken'
Ergebnisanalyse
Immer dann, wenn das Zustandekommen eines Ergebnisses wesentlich schwieriger ist als das Ergebnis selbst und wenn sich das Ergebnis gut analysieren lässt, ist diese A- nalyseform geeignet - ein Beispiel ist (wie oben dargestellt) die Eingabe einer Formel in Excel.
Aktionsbaumanalyse
Diese Analyseform ist immer möglich. Sie hat außerdem den Vorteil, dass Fehler des Studenten frühzeitig erkannt und sehr spezifische Fehlerkommentare ausgegeben werden können. Wie oben bereits angeführt, können diese Analyseformen in einer Lektion auch gemischt werden. Vorgang der Erzeugung von Lehrprogrammen
Der Programmentwicklungs- Kern für alle Programmsysteme
Es gibt für die Entwicklung der Lehrprogramme für unterschiedliche Programmsysteme einen gemeinsamen Entwicklungskern. Dieser Kern enthält alle Programmierwerkzeu- ge, die im Allgemeinen - unabhängig von dem zu lehrenden Programmsystem - für die Entwicklung der Lehrprogramme nötig sind - wie z. B. Werkzeuge zum Erkennen der aktivierten Objekte (als ein Objekt wird hier jede Einheit im Programmsystem bezeichnet, dass durch Anklicken aktiviert werden kann).
Die Entwicklung für einzelne Programmsysteme
Entwicklung der programmspezifischen Werkzeuge für mehrere Lehreinheiten
Während die Werkzeuge, die für mehrere Programmsysteme benötigt werden, im Entwicklungskern enthalten sind, werden die programmspezifischen Werkzeuge, die für mehrere Lehreinheiten benötigt werden, in diesem Entwicklungsschritt erarbeitet. Als Beispiel sei hier das Werkzeug Tool-Position-to-Cell für das Programmsystem Excel genannt, dass eine Cursorposition in die entsprechende Zelle umrechnet.
Bestimmung der programmspezifischen Objekte für mehrere Lehreinheiten
Objekte, die für mehrere Lehreinheiten benutzt werden sollen, werden in diesem Schritt bestimmt. Dies sind z. B. die Menüfunktionen, die aktiviert und deren Aktivierung vom Programm anhand von gespeicherten Analyseparametern erkannt werden müssen - in Excel z. B. die Menüfunktion Bold, die einen markierten Zellinhalt fett formatiert. Die Bestimmung dieser Objekte und die Erzeugung ihrer Analyseparameter soll hier an Beispielen erläutert werden:
Eintragung des Objekts in die Objekttabelle des Programmsystems
Es werden hierzu alle relevanten Parameter des Objekts in eine Tabelle eingetragen, diese können z. B. sein: Name des Objekts Das Objekt wird durch seinen Namen aufgerufen. Objekttyp
Der Objekttyp bestimmt, wie erkannt wird welches Objekt durch Anklicken aktiviert wurde. Für unterschiedliche Programmsysteme gibt es unterschiedliche Objekttypen (mit teilweise spezifischen Parametern) z. B.
• Pixel Object - seine Aktivierung wird durch seine Verifikationspixel erkannt - s. u. • Position Object - es wird dadurch erkannt, dass der Cursor bei der Aktivierung sich in einem Aktivierungsfeld befindet, dessen Eckpunkte gespeichert sind
• Text Object - es wird dadurch erkannt, dass bei seiner Aktivierung in einem festgelegtem Fenster eine gespeicherter Text erscheint, der über OCR (optische Zeichenerkennung) ausgelesen wird • CursorMarker Object - diese Objekte erzeugen, wenn der Cursor sie aktivieren kann einen spezifischen Marker, dessen Position sich mit dem Cursor bewegt - z. B. einen Marker, der die Mitte einer Linie anzeigt. Zur Bestimmung, ob dieses Objekt aktiviert wurde, wird untersucht, ob sich die gespeicherte Bitmap des Markers in der spezifischen relativen Position zum Cursor befindet • FixMarker Object - auch hier wird ein Marker angezeigt; dieser befindet sich jedoch in einer festen Position Aktivierung Dieser Parameter gibt an, ob das Objekt aktiviert ist oder nicht
Verifizierung von Pixel Objekten
Die Verifizierung von Pixel Objekten soll hier am Beispiel des Objekts Bold gezeigt werden. Bei .Pixel Objekten' wird die Tatsache ausgenutzt, dass in den meisten Programmen die Objekte die Farbe ihrer Schaltfläche ändern wenn sie aktivierbar sind, Fig. 7a zeigt das Objekt ,BoId' im nichtaktivem Zustand bevor der Cursor in die Aktivierungsflä- che tritt und Fig. 7b das gleiche Objekt im aktiven Zustand nachdem der Cursor in die Aktivierungsfläche getreten ist. Es ist zu erkennen, dass einzelne Pixel des Objekts im aktiven Zustand ihre Farbe ändern. Diese Farbänderung kann dazu benutzt werden, zu überprüfen, ob der Schüler dieses Objekt aktiviert hat: Es werden (teilweise automatisch) 2 Pixel mit geänderter Farbe zum Objekt gespeichert - die .Verifikations- Pixel' (siehe in Fig. 2b die beiden Pixel im unteren Rahmen) und deren Farbe auf dem Bildschirm des Schülers mit den gespeicherten Farben verglichen - sind sie gleich, hat der Schüler das Objekt aktiviert. Automatische Bestimmung und Speicherung von Marker- Objekten
Bei einigen Programmen werden bestimmte Eigenschaften von Objekten graphisch dargestellt. In einem Beispiel zeigt Fig. 8a die Erzeugung einer Linie im Programm Solid Edge, die nicht genau horizontal verläuft.
Fig. 8b zeigt, wie der Marker .Horizontal/Vertical' (das Symbol neben der Linie) automatisch vom Programm hinzugefügt wird, wenn der Endpunkt der Linie genau auf gleicher Höhe oder Breite liegt wie der Startpunkt, wenn daher die Linie genau horizontal oder vertikal ist. Im dargestellten Fall liegt dieses Symbol immer in einer gleichen Lage zum Cursor - in anderen Fällen liegt es in gleicher Lage zu einem Objekt.
Bei Aktivierung wird der Marker erkannt und in diesem Beispiel der Parameter Hori- Verti der Linie =1 gesetzt.
Verdichtung von Teilen von Aktionsbäumen zu einem Superobjekt
Fig. 9 zeigt einen Ausschnitt aus einem Aktionsbaum, der eine Handlung beschreibt - die Formatierung einer markierten Zelle oder eines Zellverbunds - die in mehreren Lektionen für das Programmsystem Excel vorkommen wird.
Solche Handiungseinheiten können zu einem Superobjekt zusammengefasst werden: act Bold2, wobei Bold2 ein Superobjekt mit dem Parameter .Bedingung' (hier: Wenn Font noch nicht aktiv ist), gespeichert in Zelle A3 darstellt. Zu dem Superobjekt wird der Baum, der Namen des Superobjekts, die Parameter und ihre Zuordnung zum Baum gespeichert.
Erzeugung einer Superaktion
Fig. 10 zeigt einen Ausschnitt aus einem Aktionsbaum, der wiederum eine häufige Handlungseinheit beschreibt: zwei Möglichkeiten, einen Zellverbund zu markieren. Hier wird der Baum zu einer Superaktion zusammengefasst: Mark A1/B1 , wobei A1 als Startzelle in B1 und B1 als Endzelle in D5 gespei- chert sind und Mark der Name der Superaktion ist.
Die Parameter können hierbei ausgetauscht werden: Der Ausdruck Mark D5/E6 würde entsprechend einen Zellverbund D5:E6 markieren. Zusammenfassung von Superobjekten und Superaktionen zu weiteren Superein- heiten
Fig. 11 zeigt ein Beispiel eines Aktionspfades mit bereits zusammengefassten Super- einheiten. Auch hier handelt es sich um eine häufig wiederkehrende Handlung: die Formatierung eines Zellverbands. Diese Aktionsfolge wird wiederum zu einer Superak- tion zusammengefasst:
Format E4/G6/Bold2, wobei Format der Namen der Superaktion und E4 bis Bold2 seine Parameter darstellen. Auch hier sind die Parameter wieder auswechselbar - Format D5/F7/Italic2 würde entsprechend den Zellverbund E4:G6 kursiv formatieren.
Erstellung des Menübaums des Programmsystems
Weitere Superaktionen und Superobjekte können automatisch mit Hilfe des Menübaums erzeugt werden. Der Menübaum enthält alle Menüobjekte eines Programmsystems (in Fig. 12 wird ein Ausschnitt aus dem Menübaum von Excel gezeigt). Zusätzlich enthält der Menübaum noch alle Aktionen, die nicht Objekte handhaben: Die Aktion jnstr Ctrl+Shift+B' erzeugt z. B. durch Tasteneingabe den String Ctrl+Shift+B und formatiert dadurch den markierten Zellverbund Bold (Fett). Weitere Möglichkeiten der gleichen Funktion: act BoIdI (B1 : die Schaltfläche Bold) oder Bold2 (nach Aktivierung von Format und dann CeIIs und dann - wenn noch nicht aktiv - Font und dann Bold2.
Alle Menüobjekte des Menübaums bilden automatisch Superaktionen: act Regulär wäre eine solche Superaktion, sie ersetzt den Pfad:
• act Format
• act CeIIs • act Font (wenn nicht schon aktiviert)
• act Regulär
Definition von Funktionsobjekten
Funktionsobjekte bilden eine besondere Form der Menüobjekte: sie sind verschiedene Objekte mit der gleichen Aufgabe - in Fig. 12 würden z. B. die Menüobjekte BoIdI und Bold2 und der String Ctrl+Shift+B die gleiche Aufgabe (fett zu formatieren) erfüllen. Sie bilden das gemeinsame Funktionsobjekt Bold. act Bold wäre so die Anweisung, eine der drei (oben dargestellte) Möglichkeiten zu nutzen, eine markierte Zelle oder Zellverbund fett zu markieren. Auch der Menübaum wird nur für die optische Darstellung in der oben dargestellten Form gespeichert - intern ist auch er in Tabellenform mit Nennung der jeweiligen Mutter gespeichert (siehe oben).
Überprüfung der Relevanz von Aktionen des Schülers bei Verwendung der Tabellenanalyse unter Verwendung des Menübaums
Fig. 13 zeigt noch einmal (wie schon Fig. 5) ein einfaches Beispiel einer Tabellendarstellung der Aufgaben. Hat z. B. der Student den Zellverbund B3:E3 markiert, dann muss der diesen nach der Tabelle fett (Bold) formatieren. Nach der Darstellung des Menübaums (Fig. 12) hat er hierfür 3 Lösungswege durch den Menübaum. Seine Aktionen werden jetzt daraufhin überprüft, ob er einen dieser Lösungswege einschlägt: act Format wäre z. B. eine richtige Aktion um diese Aufgabe zu lösen, von hier aus einer der drei Lösungswege beschritten werden kann act Tools wäre eine falsche Aktion, das sie nicht zu einer der drei Lösungswege des Menübaums führt. Sie würde mit dem Fehlerkommentar ,Dies würde nicht zur Lösung der angefangenen Aufgabe führen!' quittiert. Im nächsten Schritt wäre z. B. act CeIIs eine richtige Aktion - das Analyseprogramm kennt die augenblickliche Position im Menübaum (Format) und erkennt, dass über CeIIs die Aufgabe (der fetten Formatierung) erreicht werden kann.
Diese Analyse kann für jede Funktion des Menübaums eingesetzt werden.
Erzeugung der Lektion durch den Lehrer mit Hilfe des Recorders
Alle bisher genannten Erläuterungen beschäftigten sich mit Aufgaben, die allgemein, das heißt nicht spezifisch für eine Lektion gedacht sind. Jetzt wird im nächsten Schritt die Lektion für diese Einheit erzeugt, die dem Schüler zu Beginn der Lehreinheit vorgeführt wird. Dies enthält
• alle Aktionen des Lehrers (wie z. B. Maus- oder Tastenaktionen) und
• parallel dazu alle Kommentare des Lehrers. Diese werden mit dem Programm .Recorder' aufgezeichnet und können dann wieder abgespielt werden.
Die graphische Repräsentation der Lektion ist der Lektionsgraph, der - ähnlich wie der Einheitengraph - eine Tabellenkalkulationsdarstellung der Aktionen und der Kommentare ist. Eine beispielhafte Darstellung dieses Lektionsgraphen zeigt der Ausschnitt, (s. Fig. 14 Lektionsgraph)
Neben den Aktionen und Objekten enthält der Lektionsgraph Abschnitte und Kommentare. Abschnitte sind autonome Teile einer Lektion, die für sich ablaufen können. Sie enthalten daher einen eigenen Startbildschirm und alle Tabellen, die für den Ablauf benötigt werden. Lektions- Kommentare werden den Abschnitten zugeordnet.
Zurücksetzen des Bildschirms
Die Kontrolle der Aktionen des Schülers basiert darauf, dass die Objekte seiner Aktionen vom Programm Analyser erkannt werden. Dies ist solange kein Problem, wie es sich hierbei um Menüobjekte mit bekannter Lage auf dem Bildschirm handelt. Ein Problem kann es jedoch werden, wenn es sich um Objekte handelt, die vom Schü- ler erzeugt werden - z. B. eine Konstruktionszeichnung. Sollen hier z. B. Linien bemaßt werden, müssen sie vorher aktiviert werden. Um zu überprüfen, ob der Schüler das richtige Objekt aktiviert hat, müssen seine Parameter gespeichert sein. Wenn der Lehrer dieses Objekt aktiviert können z. B. seine Verifikationspixel dem Objekt zugeordnet und gespeichert werden. Dies ist jedoch für die Objekte des Schülers häufig nicht mög- lieh. Hier kommt das .Zurücksetzen des Bildschirms' (s. o.) zum Tragen: Nachdem der Schüler die Zeichnung erzeugt hat und jetzt bemaßen will greift der Lehrer ein:
• er gibt den Kommentar ,Lass mich jetzt Deine Darstellung durch meine ersetzen!'
• der Bildschirm mit der Zeichnung des Lehrers - mit den bekannten und gespei- cherten Verifikationspixeln erscheint.
Wenn der Schüler jetzt für eine Bemaßung Linien aktivieren will, kann der Analyser dies überprüfen. Wichtig ist, dass dieses Zurücksetzen erst dann erfolgt, wenn die vorherigen Aktionen des Schülers - hier das Zeichnen des Rechtecks - überprüft worden sind!
Zusätze für langsameres und Streichungen für schnelleres Lernen
Jede Lehreinheit wird - für Schüler mit unterschiedlichem Lerntempo - mit unterschiedlichen Lehrfortschritten angeboten. Diese unterschiedlichen Lehrgeschwindigkeiten können z. B. bei der Editierung dadurch erzeugt werden, dass zusätzliche Vertiefungen eingefügt oder erklärende Zusätze des Lehrers beim Editieren gestrichen werden. Es können jedoch auch von Anfang an Lektionen mit unterschiedlichen Lehrgeschwindigkeiten erzeugt werden.
Anpassung der Lektion an die Lerngeschwindigkeit des Schülers
Beim ersten Start einer Lektion im Programmsystem wird die zu erwartende Lerngeschwindigkeit des Schülers durch eine Anzahl von Fragen ermittelt und dem Schülerprofil zugeordnet. Macht der Schüler während der folgenden Lektionen zu viele Fehler, oder kann er die Lektionen ohne Fehler durcharbeiten, wird die Lerngeschwindigkeit in seinem Profil abgesenkt oder angehoben und es werden ihm die Lektionen für diese Lerngeschwindigkeit angeboten.
Lehr- , Kenntnis- und Lerngeschwindigkeits- Profile
Grundlage der Lehre sind die folgenden Profile: • Das Lerngeschwindigkeits- Profil des Schülers (siehe oben).
• das Zielprofil des Schülers wird durch sein Lernziel des Schülers vorgegeben, das dieser zu Beginn der Lehre zusammen mit einem Programm definiert
• das Kenntnisprofil des Schülers gibt an, welche der Lehrinhalte des Lernziels ihm schon bekannt sind, was durch einen Test am Anfang ermittelt wird • aus beiden zusammen ergibt sich sein Lückenprofil: alle Lehrinhalte, die dem
Schüler zur Erreichung des Lernziels noch fehlen
• jede Lehreinheit hat wiederum ein eigenes Lehrprofil: Die Summe der Lehrinhalte, die sie vermittelt.
Anpassung des Kenntnisprofils des Schülers und Auswahl der nächsten Lehr- einheit
Nach jeder durchgeführten Lehreinheit wird über das Protokoll der Einheit das Kenntnisprofil angepasst - alle Lehrinhalte werden dort zusammen mit der Güte ihrer Beherrschung (wie viele Fehler gab es, wurde eine Vertiefung angefordert...) eingetragen - hieraus ergibt sich dann wieder das aktuelle Lücken- und Lerngeschwindigkeits- Profil. Aus dem aktuellen Lückenprofil ergibt sich dann die ideale nächste Lehreinheit, als diejenige, deren Lehrprofil die im Lückenprofil gezeigten Lücken für das Erreichen des Lernziels am besten deckt. Erstellung der fertigen Lehreinheit Erzeugung des Lehreinheitsgraphen
Manifestation der Lehreinheit ist der Lehreinheitsgraph, der alle Informationen enthält, die das Analyseprogramm für die Überprüfung der Aktionen des Schülers benötigt. Je nach Analyseform sehen diese Informationen unterschiedlich aus:
• Für die Tabellenanalyse und für die Ergebnisanalyse ist es ein Satz von Tabellen
• Für die Aktionsbaumanalyse ist es der vollständige Aktionsbaum.
Für die Tabellen- und die Ergebnis- Analyse: Automatische Erstellung der Tabellen aus dem Aktionspfad der Lektion
Fig. 15 zeigt noch einmal (wie schon in Fig. 14) den Aktionspfad des Lehrers. Es ist leicht erkennbar, dass die Informationen zu Aktion 2 bis 8 sich relativ leicht in eine Zeilverbundstabelle einfügen lassen mit den folgenden Parametern:
• Name: A1 :B1 • Startzelle: A1
• Endzelle: B1
• Funktioni : Fontstil Bold (Fett)
• Funktion2: Fontfarbe Red(Rot)
• Funktion3: Fontgröße 15(Punkt) Auch die späteren Aktionen können leicht in Parameter umgewandelt werden.
Genauso kann z. B. auch die Formel leicht als der Parameter String einer Zelle gedeutet werden (siehe Fig. 5)
So können auch andere Tabellenparamter aus dem Lektionspfad entnommen werden: Ist z. B. das Objekt .Rechteck' in einem Konstruktionsprogramm in der Vorbereitungsphase als Tabellenobjekt mit seinen Parametern gekennzeichnet worden, und wird es jetzt im Aktionspfad aufgerufen wird es als neues Tabellen- Objekt installiert und die folgenden Aktionen - wie z. B. Bemaßen - erzeugen dann die Tabellenparameter hierzu.
Für die Aktionsbaum- Analyse:
Automatische Erweiterung des Aktionspfades der Lektion zum Aktionsbaum
Der Lektionsgraph stellt den Aktionspfad des Lehrers mit den von ihm gewählten Aktionen für die Lösung der Aufgaben der Lehreinheit dar. Der Schüler kann jedoch andere Lösungen wählen - für die Analyse seiner Aktionen muss daher der Aktionsbaum mit alle möglichen Lösungen vorliegen. Diese Erweiterung kann teilweise automatisch in den folgenden Schritten erfolgen:
Der Aktionspfad des Lektionsgraphen (Fig. 14 und 15) wird Aktion für Aktion daraufhin 5 untersucht, ob Fragmente des Pfades vollständige Zweige von gespeicherten Superak- tionen, Superobjekten oder von Menüzweigen des Menübaums sind:
Fig. 16 zeigt die automatische Erweiterung des Aktionspfades des Lektionsgraphen in die verdichtete Darstellung des Aktionsbaums des Lehreinheitengraphen in 3 Schritten: 10 Hier der 1. und 2. Schritt - links ist der Aktionspfad des Lektionsgraphen dargestellt - umrandet sind Pfadfragmente, die auch als vollständige Zweige von Supereinheiten (Superaktionen, Superobjekten oder Funktionen) vorhanden sind:
• act A1 + drag B1 ist ein vollständiger Zweig der Superaktion Mark/A1/B1 (Fig. 10)
15 • act BoIdI ist vollständiger Zweig des Menübaums (Fig. 12) und über die
Funktionstabelle mit der Funktion Bold verbunden und kann daher durch act Bold ersetzt werden
Beide ersetzen in der erweiterten Darstellung die ursprünglichen Aktionen. In einer weiteren Erweiterung bilden beide wiederum den vollständigen Zweig der Su- 20 peraktion Format/A1/B1/Bold (Fig. 11 ) - dieser bildet jetzt die verdichtete Darstellung auf der rechten Seite. Die expandierte und die verdichtete Darstellung bilden den gleichen Baum ab - die eine wird für die Analyse benutzt, der zweite für einfache Editierung des Aktionsbaums.
25 Erweiterung des Aktionsbaums durch Und- Verzweigungen
-, In einem weiteren Schritt werden jetzt eine Gliederung der Lehrinhalte vorgenommen: Teile, deren Reihenfolge nicht festliegt, können über eine Und- Verzweigung parallel angeordnet werden - ein Beispiel zeigt Fig. 17 - andere Teile, die alternative Lösungswege vorzeigen, können durch Oder- Verzweigungen gekennzeichnet werden.
30
Analyse der Wiederholung der Lektion durch den Schüler
Dieser Schritt ist bereits bei der Vorstellung der verschiedenen Analysemöglichkeiten
• der Tabellenanalyse
• der Resultatanalyse und • der Aktionsbaumanalyse dargestellt worden.
Fehlerkommentare Erzeugung von Fehlerkommentaren
Erweist sich eine Aktion des Schülers als falsch wird ein Fehlerkommentar ausgegeben.
Dieser Fehlerkommentar ist im Allgemeinen zu der Aktion im Aktionsbaum (bei Vorliegen der Aktionsbaum- Analyse) oder zu einem Parameter in dem Tabellensatz (bei Vorliegen der Tabeilenanalyse) gespeichert, die durch die Aktion des Schülers verletzt wird.
Aktiviert der Schüler z. B. Italic (Kursiv) statt - wie in der Tabelle oder im Aktionsbaum vorgesehen Bold, erhält er z. B. zunächst einen allgemeinen Fehlerkommentar: ,Dies ist nicht richtig!' • .Möchtest Du es noch einmal versuchen FV
• .Möchtest Du eine Erklärung des Fehlers F2'
• .Möchtest Du, dass ich Dir die richtige(n) Aktionen noch einmal zeige F3' Wählt der Student z. B. F3 wird der Abschnitt mit der gewünschten Aktion wiederholt.
Zusammengesetzte Kommentare
Für eine spezifische Kennzeichnung eines Fehlers können zusammengesetzte Kommentare mit allgemeinen und spezifischen Kommentarteilen verwendet werden - z. B. mit den allgemeinen Bestandteilen .Achtung' und .ist bereits aktiv', der immer dann erzeugt wird, wenn der Parameter akt() verletzt wird und dem spezifischen Teil .Font' des Objekts, der dem verletzten Objekt zugeordnet ist.
Zusammengesetzt heißt der Kommentar: .Achtung' + .Font' + .ist bereits aktiv!' Zusammengesetzte Teile vereinfachen die Gesamtheit der Fehlerkommentare erheblich.
Vertiefungen
Es gibt Fälle, in denen Schüler unterschiedlich reagieren - selbst die, die mit der gleichen Lernqualifikation eingestuft wurden und daher Lehreinheiten mit gleicher Lehrgeschwindigkeit erhalten. Ein Beispiel ist die Formel für die Ermittlung des Bonus (siehe oben in Fig. 1 ): Für manche mag diese Formel auf den ersten Blick verständlich sein, für andere ist sie schwer verständlich!
Für diese Schüler wird in diesem Abschnitt auf Wunsch eine Vertiefung angeboten, in der die Grundlage der Formeln an einfachen Beispielen erläutert wird.
Das Hilfe- Schaltfeld - die Hilfetaste
Neben der oben dargestellten Kommunikation zwischen Schüler und Lehrer - gesteuert vom Analyseprogramm - kann der Schüler jederzeit das Hilfe- Schaltfeld oder die Hilfetaste (das Fragezeichen) aktivieren, wenn er etwas nicht verstanden hat. In diesem Fall bietet ihm der Analyser die folgenden Hilfestellungen an: Falls das Problem in der Vorführungsphase auftritt:
• .Möchtest Du die letzte Aktion noch einmal sehen? F1 '
• ,SoII ich den letzten Abschnitt noch einmal vorführen? F2'
• .Möchtest Du eine Vertiefung zum letzten Abschnitt? F3' (Dies nur wenn zum Abschnitt eine Vertiefung gespeichert ist)
• .Geht Dir meine Vorführung zu schnell? F4'
Der letzte Abschnitt wird mit der Ausführung mit langsamerer Lehrgeschwindigkeit vorgeführt - dies nur, wenn nicht schon die langsamste Lehrgeschwindigkeit vorliegt.
Falls das Problem in der Wiederholungsphase auftritt:
• .Möchtest Du sehen, welche Aktion(en) Du jetzt machen könntest? F1 '
• ,SoII ich den entsprechenden Abschnitt noch einmal vorführen? F2'
Vorzeitiges Wiederholen und Einzelwiederholung mit ,split screen'
Der Schüler muss nicht bis zum Ende der Vorführung des Lehrers warten - er kann auch zu einem beliebigen früheren Zeitpunkt die Wiederholung des bis dahin gezeigten fordern - im Extremfall kann er auch eine Einzelwiederholung mit ,split screen' fordern: Hier gibt einen Bildschirm für den Lehrer und einen für den Schüler -jede Aktion des Lehrers wird zunächst vom Schüler wiederholt. Die beiden Bildschirme können dabei nebeneinander angeordnet sein oder sich teilweise überlappen, wobei immer einer von beiden im Vordergrund steht. Angebot für weiteres Training mit den gleichen Lehrinhalten aber ohne Vorführung
Nach erfolgter Wiederholung der vorgeführten Lehreinheit erhält der Schüler das Angebot, eine ähnliche Aufgabe mit den gleichen Lehrinhalten zu lösen. Diese wird jedoch nicht vom Lehrer vorgeführt.
Rückkopplung der Fehler des Schülers über das Internet
Der Schüler kann beim Start der Programme eine Einstellung wählen, die das Protokoll seiner Lehreinheit (seine Aktionspfade, seine Fehler und die Kommunikation mit dem Analyser) speichert und dieses automatisch von Zeit zu Zeit über das Internet an die Entwickler der Lehreinheit sendet. Dort werden sie automatisch ausgewertet und dienen dann der Verbesserung der Lehreinheiten.
Zum Anreiz können ihm Punkte für jedes übermittelte Protokoll angeboten werden, für die er z. B. eine Preisermäßigung für das nächste Update erhält.
Ermittlung von Programmfehlern durch unabhängige Tester
Eine häufige Fehlerquelle von Programmsystemen kommt daher, dass der Test von den gleichen Entwicklern vorgenommen wird oder doch von Personen aus der gleichen Firma, die über einen ähnlichen Kenntnisstand wie der Entwickler verfügen. Hieraus ergibt sich häufig, dass die Tester die möglichen Schwierigkeiten des Anwenders nicht erkennen.
Für den Eteacher wird eine andere Testmöglichkeit vorgeschlagen: Die einzelnen Lehreinheiten werden mehreren Personen zugeführt, die die gleichen Kenntnisse und eine ähnliche Lerngeschwindigkeit haben wie der zu erwartende Nut- zer. Wichtig ist, dass die Tester das Programmsystem noch genauso wenig kennen wie der Nutzer
Wenn nun einer dieser Tester das Programm testet, werden alle seine Aktionen in einem Testprotokoll aufgezeichnet - sobald sich bei ihm Schwierigkeiten ergeben, kann er diese in einem Fenster eintragen. Dieses Testprotokoll wird dann dem Entwickler zur Verfügung gestellt und das verbesserte dann wieder an einen weiteren Tester weitergeleitet. Legende zu den Abbildungen
Fig. 1 : Darstellung einer Aktion im Einheitengraphen
Fig. 2: Darstellung eines Aktionspfades im Einheitengraphen Fig. 3: Aktionsbaum mit Verzweigungen
Fig. 4: Aktionsbaum in Tabellendarstellung
Fig. 5: Tabellenform des Aktionsbaums in Fig. 3
Fig. 6: Formeldarstellung in der Eingabezeile
Fig. 7a: Objekt Bold nicht aktiviert Fig. 7b: Objekt ,BoId' aktiviert und mit 2 Verifikations- Pixeln
Fig. 8a: nicht horizontale Linie
Fig. 8b: horizontale Linie mit Eigenschaftssymbol .Horizontal, Vertikal'
Fig. 9: Teil eines Aktionsbaums für das Superobjekt Bold2
Fig. 10: Teil eines Aktionsbaums für die Superaktion Mark Fig. 11 : Aktionspfad mit Superaktion und Superobjekt
Fig. 12: Ausschnitt aus dem Menübaum
Fig. 13.: Darstellung der Aufgaben der Lektion in Tabellenform
Fig. 14: Lektionsgraph
Fig.: 15: Aktionspfad der Lektion Fig.: 16: Automatische Erweiterung des Aktionspfades in den Aktionsbaum
Fig. 17: Lehreinheit mit And- Verzweigungen

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Generieren von Lehrprogrammen
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Lehrprogramme aus mehreren einzel- nen Lehreinheiten zusammengesetzt sind, die einzeln vom Schüler durchgeführt werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der grundsätzliche Aufbau einer Lehreinheit darin besteht, dass zunächst in einer Vorführungsphase ein Lehrstoff vorgeführt wird und dieser dann in einer Wiederholungsphase vom Schüler nachgemacht werden kann.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es für unterschiedliche Lernqualifikationen unterschiedliche Lehreinheiten mit unterschiedlicher Lehrgeschwindigkeit erzeugt werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei bei der Vorführung weitgehend eine Unter- richtung durch einen Lehrer dadurch simuliert wird, dass hierbei die Originaloberfläche des zu lehrenden Programms verwendet wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schüler bei der Wiederholung einen Weg einschlagen kann, der anderes ist als der vom Lehrer vorgeführte, solange seine Aktionen die in der Vorführung gestellten Aufgaben lösen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Aktion des Schülers bei der Wiederholung durch ein Analyseprogramm kontrolliert wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei dieser Analyse ein Aktionsbaum, der alle möglichen Aktionen des Schülers enthält mit den Akti- onen des Schülers verglichen wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei dieser Analyse Tabellen mit ihren Parametern, die alle möglichen Aktionen des Schülers beschreiben, mit den vom Schüler generierten Tabellen verglichen wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei dieser Analyse ein Lösungsresultat - z. B. ein Text oder eine Graphik - mit dem vom Schüler erzeugten Resultat verglichen wird.
11.Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorführung der Lehreinheit durch den Lehrer - die Lektion - durch das Programmteil Recorder erfolgt, dass alle Aktionen des Lehrers (Mausbewegungen und -Tastendrücke und Tastatureingaben) zusammen mit seinen gesprochenen Kommentaren auf- zeichnet, wobei eine Aktion immer eine Aktionsanweisung und ein Objekt - eine aktivierbare Einheit - enthält.
12. Vorrichtung nach Anspruch 3, 8, und 11 , dadurch gekennzeichnet, dass hierbei ein .Lektionsgraph' erzeugt wird, der jeden Kommentar, jeden Abschnitt und jede Aktion des Lehrers in geschriebener Form aufzeichnet, wobei ein Abschnitt ein autonomer Teil der Lehreinheit mit eigenem gespeichertem Startbildschirm ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Lektionsgraph durch die Tabelle eines Tabellenkalkulationsprogramms dargestellt wird.
14. Vorrichtung nach Anspruch 3, 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieser
Graph mit den Standardbefehlen des Tabellenkalkulationsprogramms editiert werden kann.
15. Vorrichtung nach Anspruch 3, 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass für eine interne Darstellung dieser Graph automatisch in eine Tabellenform umgewandelt werden kann, wobei zu jeder Aktion die Mutteraktion über ihr gespeichert wird.
16. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Lektionsgraphen - teilweise automatisch - der Lehreinheitengraph erzeugt wird, der - bei Vorliegen der Aktionsbaum- Analyse in einem Aktionsbaum alle möglichen Aktionen des Schülers und ihre Verzweigungen enthält.
17. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen der Tabellenanalyse aus dem Lektionsgraphen - teilweise automatisch - der Satz von Tabellen generiert wird, der alle für die Analyse des Schülers notwendigen Informationen enthält.
18. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass auch dieser Graph - bei Vorliegen der Aktionsbaumsanalyse eine Tabelle eines Tabellenkalkulationsprogramms mit allen Aktionen, Objekten und deren Verzweigungen darstellt.
19. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass Aktionspfade und Aktionsbäume mit Verzweigungen zu Superaktionen mit Parametern zusammengefasst werden können, wobei der Aktionspfad und die Position der
Parameter im Pfad oder Baum gespeichert werden.
20. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass diese Superaktionen wiederum in gleicher Weise in größeren Superaktionen zusammengefasst werden können.
21. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Lehreinheitengraphen mit dem Aktionsbaum ein Menügraph mit dem Menüobjektbaum erzeugt wird, der alle Menüobjekte des zu lehrenden Programmsystems und alle Aktionen und Aktionspfade enthält, die Aufgaben lösen ohne mit Objekten zu arbeiten - z. B. durch Eingabe von Tastenkombinationen.
22. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe dieses Menübaums Funktionen definiert werden können, die durch Aktionspfade in diesem Baum ausgeführt werden.
23. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass auch Funk- tionen definiert werden können, die einem Teil- Menübaum im Menügraphen entsprechen und die z. B. unterschiedliche Lösungen dergleichen Aufgabe entsprechen.
24. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erweiterung des im Lektionsgraphen dargestellten Aktionspfades Fragmente des Pfades daraufhin untersucht werden, ob sie in gleicher Art in einem vollständigen Zweig einer Superaktion, eines Superobjektes oder des Menübaums vorkommen - in diesem Fall werden sie durch die Superaktion, das Superobjekt oder die dazugehörige Funktion ersetzt, so dass sie jetzt - statt der einen Lösung des Lektionsgraphen - auch alle weiteren Lösungen enthalten.
25. Vorrichtung nach Anspruch 3, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Analyseprogramm bei Fehlern des Schülers einen Fehlerkommentar ausgibt, der - je nach Vorgabe des Schülers - gesprochen oder geschrieben sein kann.
26. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 25, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Kommentar zum Objekt oder zur Aktion oder zur Funktion gespeichert ist, das bei diesem Fehler .verletzt' wurde.
27. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 25 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommentar auch aus unspezifischen und für das Objekt, die Aktion oder die Funktion spezifischen Teilen bestehen kann, die hierfür zusammengesetzt werden.
28. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für besondere Abschnitte der Lehreinheit Vertiefungen angeboten werden, die tiefer in den dargestellten Stoff eindringen.
29. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Strukturen, die der Schüler erzeugt hat, durch Strukturen des Lehrers ersetzt werden können, so dass alle ihre Positionen auf dem Bildschirm für eine weitere Behandlung als Objekte bekannt sind.
30. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung der vom Schüler aktivierten Objekte dadurch erfolgen kann, dass zu ihnen Verifikationspixel gespeichert sind, deren Position und Farbe mit denen der Objekte im Aktionsbaum oder Menübaum verglichen werden. Diese Verifikationspixel können von Hand festgelegt oder vom Programm auch automatisch generiert werden.
3 I .Vorrichtung nach Anspruch 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass Eigen- schaftssymbole, die vom Programm automatisch dargestellt werden (z. B. einen horizontalen oder vertikalen Verlauf) vom Programm erkannt werden und dazu verwendet werden, zu überprüfen, ob der Schüler diese Eigenschaft erreicht hat.
32. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass es weitere Objekttypen gibt mit anderen Erkennungsmechanismen - z. B. Positionsobjekte, die über ihre Position auf dem Bildschirm erkannt werden.
33. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schüler vor Beginn der Lehre mit Hilfe eines Programmteils sein Lernziel festlegt, für das Zielprofil als Summe aller Wissensinhalte gespeichert ist, die das Erreichen dieses Ziels ermöglichen.
34. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Definition des Lernziels ein Programmteil das aktuelle Kenntnisprofil des Schülers ermittelt und hierdurch das Lückenprofil als Differenz des Lernzielprofils und des aktuellen Kenntnisprofils bildet.
35. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Lehrein- heit ein Lehreinheitenprofil gespeichert ist, das die Lehrinhalte der Lehreinheit enthält.
36. Vorrichtung nach Anspruch 3, 34 und 35, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abschluss jeder Lehreinheit das Kenntnisprofil des Schülers aktualisiert wird.
37. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass auf- grund des aktuellen Kenntnisprofil und des Zielprofil des Schülers, diejenige
Lehreinheit als nächste bestimmt wird die sein Lückenprofil am besten schließt und seinem Lemgeschwindigkeits- Profil am besten angepasst ist.
38. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schüler bei Schwierigkeiten bei der Vorführung eine Hilfe- Schaltfläche aktivieren oder eine Hilfetaste drücken kann, die ihm eine Wiederholung der letzten Aktion oder des letzten Abschnitts durch den Lehrer, eine Vertiefung des dargestellten Stoffs (wenn sie vorliegt) oder eine Veränderung der eingestellten Lehrgeschwindigkeit anbietet.
39. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schüler auf
5 Wunsch die Vorführung des Lehrers unterbrechen kann und eine sofortige Wiederholung des bis dahin gelehrten Stoffs beginnen kann.
40. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Schüler und der Lehrer jeder über seinen eignen Bildschirm verfügt und der Schüler jede einzelne Aktion des Lehrers wiederholt - wobei die beiden Bildschirme neben-
10 einander angeordnet sein können oder sich teilweise verdecken und jeweils für den Lehrer oder für den Schüler aktiviert werden.
41. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schüler nach Abschluss der Wiederholungsphase angeboten wird, eine ähnliche Aufgabe mit den gleichen Lerninhalten ohne Vorführung durch den Lehrer zu lösen.
15 42. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer unbekannten Programmoberfläche ein Programmteil .Crawler' die Bestimmung der Parameter der Programmoberfläche, der Menüobjekte und deren Fenster automatisch bestimmt.
43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Programm 0 über einen simulierten Cursor verfügt, der durch das Programmsystem beliebig auf der Oberfläche des Schülers bewegt werden kann.
44. Vorrichtung nach Anspruch 42 und 43, dadurch gekennzeichnet, dass das Programm Maustastendrücke und Tasteneingabe im Programm des Schülers aktivieren und deren Reaktionen durch Auswertung der Bildschirmoberfläche aus- 5 werten kann.
45. Vorrichtung nach Anspruch 42 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass das Programm den Font des Lehrprogramms des Schülers durch Tastatureingaben darstellen und analysieren kann und daraus eine Zeichenerkennung von auf der Oberfläche des Schülers dargestellten Zeichenfolgen durchführen kann.
30 46. Vorrichtung nach Anspruch 42 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass die erkann-
}\ ten Zeichenfolgen nach gespeicherten Vorgaben standardisiert werden können so dass Mehrdeutigkeiten, die das Lehrprogramm für Zeichenfolgen erlaubt, beseitigt werden können.
47. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schüler einen Lernmodus wählen kann, der alle seine Fehler über das Internet zurück an den Entwickler der Einheit sendet.
48. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Testen von Lehreinheiten von Personen durchgeführt wird, die über eine ähnliche Lerngeschwindigkeit und ein ähnliches Kenntnisprofil wie der zu erwartende Nutzer haben.
49. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 48, dadurch gekennzeichnet, dass der Testvorgang dieser Tester ein Testprotokoll erzeugt, das alle seine Aktionen auf- zeichnet und ihm erlaubt, Schwierigkeiten beim Testen zu protokollieren und dass dieses Testprotokoll an die Entwickler der Einheit weitergeleitet wird.
50. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass zu den einzelnen Aktionen gespeichert werden kann, welche vorherigen Aktion oder Aktionen abgeschlossen sein muss bevor diese neue Aktion gestartet werden darf und dass bei Verletzung dieser Bedingung ein entsprechender Fehlerkommentar ausgegeben wird.
5 I .Vorrichtung nach Anspruch 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass zu den einzelnen Funktionen der Tabellen gespeichert werden kann, welche vorherige Aktion oder Aktionen abgeschlossen sein muss, bevor diese neue Funktion gestar- tet werden darf und dass bei Verletzung dieser Bedingung ein entsprechender
Fehlerkommentar ausgegeben wird.
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