Problemlösestrategien

Prozessbegleitende automatisierte Identifizierung der Vorgehensweisen von Lernenden in der Sekundarstufe I beim Lösen algorithmischer Probleme

Die Algorithmik wird im Informatikunterricht der Sekundarstufe mit verschiedenen altersgerecht gestalteten Lern- und Programmierumgebungen gelehrt. Diese geben allerdings den Lernenden oft nicht an deren individuelle Vorgehensweise angepasste, rein "technische" Fehlermeldungen aus. Um eine bessere Adaption der Systemrückmeldungen an die von den Lernenden eingesetzten Problemlösestrategien zu erreichen, wird untersucht, auf welche Art und Weise die Lernenden beim Erstellen von Algorithmen vorgehen. Entwickelt wurde dazu bereits eine Aufzeichnungs-Software, die in Abhängigkeit von der Zeit protokolliert, welche Schritte die Lernenden bei der Lösung einer gestellten Aufgabe mit der Programmierumgebung durchführen. Die gesammelten quantitativen empirischen Daten der Aufzeichnungs-Software wurden mit parallel dazu erhobenen qualitativen Daten (Interview, "Laut-denken-lassen") im Hinblick auf typische Vorgehensmuster gemeinsam ausgewertet. Durch die Verknüpfung beider Informationsmengen wurde die Grundlage für Konzeption und Entwicklung einer Diagnosekomponente der Untersuchungssoftware gelegt. In weiteren Studien wurde die Praxistauglichkeit der entwickelten Softwarewerkzeuge untersucht. Einige verschiedene Muster in den aufgezeichneten Daten sind identifizierbar und können bestimmten Problemlösestrategien zugeordnet werden. Basierend auf empirischen Methoden aus dem Bereich der Psychologie werden diese Ergebnisse validiert. Hierbei wird zusätzlich eine möglichst feine Kategorisierung der automatisiert identifizierbaren Vorgehensweisen angestrebt. Ziel ist es, große Mengen von Daten hinsichtlich der Vorgehensweise der Lernenden zu sammeln und automatisiert auszuwerten. Für die prozessbegleitende, automatisierte Erkennung der individuellen Vorgehensweisen werden aus der Mustererkennung (insbesondere der automatischen Spracherkennung) bekannte Methoden eingesetzt, die auf verborgenen Markow-Modellen basieren. Aus den auf diese Weise automatisiert identifizierten Vorgehensmustern werden Rückschlüsse auf die von den Lernenden eingesetzten Problemlösestrategien gezogen. Die Resultate des entwickelten Identifizierungswerkzeugs wurden mittels einer Studie validiert, deren Daten unter Verwendung der qualitativen Inhaltsanalyse ausgewertet wurden. Weiterhin wird in die Untersuchungswerkzeuge eine Komponente zur automatisierten Bewertung der Qualität der Lösungsversuche der Lernenden integriert. Unter Berücksichtigung aller Ergebnisse können schließlich Rückschlüsse gezogen werden sowohl hinsichtlich Verbesserungsmöglichkeiten bei den verwendeten Lernumgebungen als auch der didaktischen Aufbereitung des Lehrstoffes. Die entwickelten Softwarewerkzeuge können in verschiedenen Jahrgangsstufen eingesetzt werden, so dass vergleichende Beobachtungen (Algorithmik in Jahrgangsstufen 7, 9 und 10) möglich werden. Somit sind gute Rückschlüsse auf die Vorgehensweise und Probleme der Schülerinnen und Schüler im Bereich der Erstellung von Algorithmen zu erwarten.  

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