Simulationsprogramme

Multimediale LehrMultimediale Lehr-- und Lernumgebungenund Lernumgebungen

Nadia Benaissa David Kim

1. Kurzeinführung Konstruktivismus

2. Simulation2.1 Einführung / Motivation2.2 Klassifikation / Methoden2.3 Beispiele

3. Evaluation3.1 Fahrschule 3D3.2 Genlab

Gliederung

1. Konstruktivismus (1/3)● Der gelernte Inhalt ist abhängig vom Lerner selbst und

seinen Vorkenntnissen

● Wissen wird konstruiert, d.h. aufgenommene Informationen von außen werden zu internen Konstruktionen

● Das konstruktivistische Lernprogramm ist hierbei nur ein passiver Begleiter und besitzt keine führende Funktion

● Dem Lerner wird eine Lernumgebung präsentiert

● Etwas selbst organisiert gelerntes wird nicht so leicht vergessen

1. Konstruktivismus (2/3)● Der Lerner schafft im Lernprozess eine individuelle

Repräsentation der Welt

● Interaktion mit Lernumgebung steht im Mittelpunkt

● Verständnis fürs Ganze wird geprüft

● Ziel ist es eine bestimmte Situation zu bewältigen –(prozesszentriert)

1. Konstruktivismus (3/3)

D.K. 2006

2. Simulation (1/4)

2.1 Einführung / Motivation

● Der größte Teil aus der Definition des Konstruktivismusübertragbar

● Visualisierung des komplexen Zusammenspiels dereinzelnen Faktoren im dynamischen Prozess (Min 1994)

● Näherbringung von Phänomenen die wegen ihrerextremen Geschwindigkeit (zu schnell/langsam) odergefährlichen Bedingungen (z.B. Erdbeben, giftige Gase)nicht zugreifbar sind (Liu 2003)

● Durchleuchtung komplexer Sachverhalte durchTransparente Modelle

2. Simulation (2/4)

2.1 Einführung / Motivation

● preiswertes und sicheres Labor

● Idealbedingungen können geschaffen werden

● konstruktivistisches Lernen möglich

● motivationsfördernd, da das Lernen nicht zu einem linearen Vorgang wird und (physikalisch, geistig) Unerreichbares erreichbar wird

2. Simulation (3/4)

2.2 Klassifikation / Methoden (Vygotsky)

● Free Discovery Learning:Lerner tut und macht was er für sinnvoll hält und bringt sichbestimmte Fähigkeiten beiEr wird jedoch nach einer bestimmten Zeit gelangweilt und wirdwegen der Ziellosigkeit nicht empfohlen

● Coached Learning:Die Simulationsumgebung ist wie oben, jedoch mit Extras, wieerweiterter Hilfe, ganzen Tutorial-Blöcken und einem intelligentenTestgenerator (Min, Ephraim)

• Learning by doing assignmentsDer Lerner stellt Vermutungen auf und schreibt seine Hypothesennieder. Diese werden i.d.R. gleich mit einer Simulation überprüft

2. Simulation (4/4)

● 2.3 Beispiele

● UnterhaltungssimulationenComputerspieleKinofilme

● GesellschaftssimulationenFlugsimulatorenWirtschaftssimulationen (Unternehmensplanspiele)Wettervorhersagen

● Technische SimulationenSchaltungssimulationWindkanalsimulation

● Wissenschaftliche SimulationenChemie-, Biologie- und

Physiksimulationen

Evaluation

1. Fahrschule 3D

2. Genlab

Genlab

1. Was ist Genlab?

2. Was ist das Ziel der Software?

3. Wer soll die Software benutzen?

4. Was wird für GenLab benötigt?

5. Evaluationsbogen

6. Fazit

1. Was ist Genlab?

● „GenLab ist ein multimediales System zum Erlernen der theoretischen und praktischen Grundlagen der Gentechnologie.“

● Das Kernstück ist ein virtuelles Labor zur Simulation gentechnischer Experimente

● Zur Vorbereitung auf die Experimente ist auch eine Theoriekomponente in einemvirtuellen Seminarraum enthalten.

1. Was ist Genlab?● Im virtuellen Genlabor können Einzeltechniken geübt

werden

● Darüber hinaus können vier gentechnische Experimente mit den zuvor erlernten Einzeltechniken durchgeführt werden.

● „GenLab ist eine Gemeinschaftsentwicklung des ldenburgerForschungs- und Entwicklungsinstituts für Informatik-Werkzeuge und -Systeme (OFFIS), des Instituts für Mikrobiologie an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf und Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg. Die Entwicklung der Software ist vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert worden.“

2. Was ist das Ziel der Software?● „Sie können unabhängig von Zeit und Ort im virtuellen

Raum (erste) praktische Laborerfahrungen sammeln.“

● „Mithilfe von GenLab können Sie sich gezielt und umfassend auf reale Laborversuche vorbereiten und darüber hinaus mit Experimenten vertraut machen, die ggf. aus Zeit-oder Kostengründen im Studium bzw. in der Schule nicht durchge-führt werden können.“

3. Wer soll die Software benutzen?

● Für Schüle und Studenten geeignet.Jedoch keine genauere Zielgruppendefinitionangegeben.

● Theoretisches Grundwissen nicht explizit vorausgesetzt, da alle, für die Laborexperimente, relevanten Informationen im „Seminarraum“ nachlesbar sind.

4. Was wird für Genlab benötigt?

● Windows:Intel Pentium III Prozessor (oder kompatibel)Betriebssystem ab Windows 9864 MByte ArbeitsspeicherGrafikkarte 1024 x 768 Auflösung,

High Color (16 bit)

● Macintosh:mind. Power PC G3, 233 MhzBetriebssystem ab Mac OS 8.164 MByte ArbeitsspeicherMonitor 1024 x 768 Auflösung, 32768 Farben

● Quicktime wird für einige Theorieteile benötigt. Wird aber auf de CD mitgeliefert.

Evaluation

Beamerklasse Notebookklasse Selbststudium

Möglich: ● Animationen zum Theorieteil

● Vorführung eines Versuchsablaufs

Jedoch:● Ziel der Software ist das eigenständige Lernen durch probieren

Sinnvoll:● Durchführung eines bestimmen Experimentes mit Anweisungen des Lehrers

Am besten geeignet:● Lernen durch Probieren“

● Wiederholung der individuellen Schwächen

Evaluation (1/8)

● Lerntheorie:behavioristisch:

Nein● Es soll nichts theoretisches eingepaukt werden

kognitivistisch: Teilweise

● Erforderliche Aktionen werden aufgelistet und sollen abgearbeitet werden

● Bei Bedarf lassen sie sich überspringen und vorführenkonstruktivistisch:

Ja● Der Experimentierprozess soll ins Fleisch und Blut gehen● Kein automatisches Vorführen oder Instruktionen für die

Bewältigung der Aktionen

Evaluation (2/8)

● Lernsystemvoraussetzungen:Kontakt(Autor, Verlag) angegeben:

JaEinfache Installation:

JaAbsturzfreier Ablauf:

Ja

Evaluation (3/8)

● Inhalt und Struktur:klare Strukturierung:

JaKapitelvoraussetzung /- Ziel:

Nein / JaAufwandsangabe:

NeinWiederholungsmöglichkeit:

JaEinstiegstest zwecks Selbsteinstufung:

Nein

Evaluation (4/8)

● Bedienung und Benutzerführung:Selbstständige Menüführung:

JaDurchgehendes Hilfemenü:

Teilweise• Allgemeine Hilfe, Querverweise von schwierigen Begriffen• Alles andere soll wie im realen Leben in der Bibliothek

nachgelesen werden (im virtuellen SeminarraumMerkfuntion für den monentanen Arbeitsstand:

Nein• Der spaziergang in den Seminarraum, um sich Videos

anzuschauen oder Texte zu lesen, ändert nichts am aktuellen Arbeitsstand.

Evaluation (5/8)

● Bedienung und Benutzerführung:Möglichkeit der Wissensüberprüfung:

Jein● Da eine Prozedur erlernt werden soll, kein Test sinnvoll● Feedback: Checkliste für Einzelaktionen; gelingen / nicht

gelingen des ExperimentesMehrere Antwortmöglichkeiten:

TeilweiseGlossar:

Ja● Für Grundlagen, Geräte, Zubehör und Substanzen in der

Bibliothek

Evaluation (6/8)

● Pädagogisch-didaktische Gestaltung:Gratis-Demoversion:

Ja • Das getestete Evaluationsobjekt ist solch eine Version

Ausdruck des schriftlichen Lernteils: Ja

Individuelle Anpassung: Nein, nicht sinnvoll

Querverweise: Ja

• Geräte- und SubstanzenlieferantenlinksAbschlusstest:

Nein, nicht sinnvollErfolgserlebnisse: Beurteilung nicht möglich

• in der Testversion ist die Beendigung eines Kapitels nicht möglich

Evaluation (7/8)

● Multimediale Umsetzung:Mehrwert gegenüber textorntm. Lernmaterial:

JaSchwierige Sachverhalte in Animationen:

Ja● Videos, Grafiken und Ton

Gliederung nach Medienformen: Ja

● Animation, Text, Foto, 3D ModellAkustische Elemente:

Ja● Hinweiston, Sprachausgabe in Animationen, realistische

Geräusche im LaborexperimentHypertextartige Struktur einzelner Programmteile:

Ja

Evaluation (8/8)

● Schwächen: Navigation durch eine vorgerenderte Welt (Bewegung im Raum nur in vier Himmelsrichtungen● Schwierigkeiten in der Orientierung● kein echtes 3D Feeling wegen eingeschränkter

Bewegungsmöglichkeit und feste Perspektive auf das Experiment

keine vollständige Simulation● Nur vorgegebene Experimente durchführbar● bestimmte Fehler nicht machbar: z.B. Gleiche Pipettespitze für 2

versch. Substanzen nicht benutzbar, wegen Verschmutzungsgefahr

● Stärken:Ganze Versuchsprotokolle vorhandenViele Links zu relevanten WebsitesSehr stark ausgeprägte MultimedialitätVorführung jedes einzelnen Arbeitsschrittes möglichUmfangreiches Glossar

Fazit+ Preiswerter Einstieg in die Praxis

- Nur als Vorbereitung auf die ersten Versuche brauchbar

+ Gelungene Zusammenfassung der Orientierungsmaterialen

- Wenig Freiraum, als man es für ein Labor erwartet

+ Niedrige Systemanforderung (keine 3D-Karte nötig)

- Harte Bewegungen und eingeschränkte Perspektive

+ Vorführung eines beliebigen Arbeitsschrittes jederzeit möglich

- Keine Statistik über Fehlerrate, Zeit etc.

Diskussion

● Ist ein virtuelles Laborexperiment auf die Praxis überhaupt übertragbar? (Maus-Navigation vs. Touch & Feel)

● Mehrwert gegenüber einer Bilderserie von echten Versuchsfotos?

● Würdet ihr das benutzen?

FRAGEN / ENDE

Danke!