BPS Bildungsportal Sachsen GmbH

— Ein Unternehmen sächsischer Hochschulen —

 

ELMAT - Elektronische Übungs- und Bewertungstools für die Mathematikveranstaltungen

Projektlaufzeit: 01.07.2013 – 30.06.2014

 

Gefördert vom Sächsischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst und dem Arbeitskreis E-Learning bei der Landesrektorenkonferenz Sachsen.

 

Projektteilnehmer:

  • Technische Universität Chemnitz, Prof. Dr. Potts
  • Technische Universität Bergakademie Freiberg, PD Dr. Bernstein
  • BPS Bildungsportal Sachsen GmbH

 

Das Projekt ELMAT erweitert die Aufgabenkultur in OPAL, um für mathematisch-naturwissenschaftliche Fragestellungen eine Voraussetzung für elektronische Übungen zu schaffen. Die neuen Aufgabentypen werden in verschiedenen Online-Self-Assessments zur Prüfungsvorbereitung im Mathematikbereich eingesetzt. Erarbeitete Aufgabensets stehen nach Projektende allen sächsischen Hochschulen frei zur Verfügung. Durch die Implementation zeitnaher und kontinuierlicher Kontrollkomponenten, insbesondere für Veranstaltungen mit hohen Teilnehmerzahlen, werden eine höhere Aktivität der Studierenden und individuelle Rückmeldungen zum aktuellen Lernerfolgsstand ermöglicht. Durch Aufgabenformen die eine größere Zahl gleichartiger Fragen automatisch generieren, können Fertigkeiten geübt und mathematische Kompetenzen entwickelt werden. Die Diskrepanz zwischen erworbenem passiven Wissen und wirklich anwendbarem Können kann, durch individuelle Kontrolle und Interaktion mit Hilfe von computergestützten Methoden, vor der abschließenden Prüfungssituation abgebaut werden.

 

Mit dem in OLAT Campus / OPAL integrierten und an den sächsischen Hochschulen etablierten E-Assessment-Tool ONYX existiert bereits eine Lösung zur Erstellung und Verwaltung von Übungsaufgaben.

 

Ziel des Projektes ist es, diese Werkzeuge hinsichtlich der Benutzbarkeit und Funktionalität für MINT-Fächer weiter auszubauen. Im Vordergrund steht dabei die Möglichkeit individuelle E-Assessments speziell für Inhalte der Mathematikausbildung anzubieten. Um diese Projektziele zu erreichen, findet eine enge Zusammenarbeit mit der BPS Bildungsportal Sachsen GmbH statt.

 

Projektziele

 

Zielstellung 1: Unterstützung mathematischer Aufgaben in OLAT Campus / OPAL

 

Beim Arbeiten mit dem ONYX Testeditor können zurzeit mathematische Formeln nur in der Aufgabenstellung eingebunden werden. Ziel ist es, eine einfache Formelerstellung mit Hilfe des Textsatzsystems TEX zu realisieren, welche dann auch auf Antwortebene oder beispielsweise in Lückentextaufgaben angewendet werden kann. Die Möglichkeit Formeln einfach in dem gebräuchlichen Textsystem TEX oder LATEX einzugeben, ist eine notwendige Voraussetzung, um eine breite Akzeptanz und Nutzbarkeit für den Einsatz in mathematischen Lehrveranstaltungen zu erreichen. Dies ist nicht nur für die mathematischen Fakultäten ein sehr wichtiger Anforderungswunsch, sondern auch für alle MINT-Fächer von entscheidender Bedeutung.

Im Projekt wurden verschiedene Möglichkeiten zur Formeleingabe analysiert und aufgearbeitet. Mit Hilfe einer Nutzerumfrage wurden diese Möglichkeiten priorisiert und verbessert.

 

 

Hilfreich waren zudem die abgegebenen Kommentare und Hinweise.

 

Deutlich zeichnete sich ab, dass die Nutzer eine direkte und integrierte Latex-Eingabe wünschen. Aufbauend wurde ein Umsetzungskonzept erarbeitet und schrittweise für den ONYX WebEditor implementiert. Die Erweiterung steht mit dem Release 4.4 allen Nutzern des ONYX WebEditors frei zur Verfügung.

 

 

Zielstellung 2: Automatisch generierte E-Tests

 

Um für jeden Studenten unterschiedliche Tests zu generieren, besteht bereits die Möglichkeit aus den einzelnen Test-Sektionen zufällig Aufgaben auszuwählen. Damit wird zumindest teilweise gewährleistet, dass Lösungen nicht sofort unter den Studierenden verbreitet werden. Von großem Interesse wäre deshalb die Realisierung der Erstellung von Aufgaben mit Zufallsparametern. In Abhängigkeit von diesen Zufallsparametern muss dann die richtige Lösung berechnet werden. In diesem Arbeitsprojekt sind diesbezüglich Studien zur Realisierbarkeit durchzuführen und folgende Fragen zu klären:

  1. Welche Aufgabentypen können realisiert werden?
  2. Wie kann eine einfache Umsetzung für das Erstellen von Aufgaben mit Zufallsparametern erfolgen?
  3. Ist eine Kopplung mit einem Computeralgebrasystem möglich?

Ziel ist die Unterstützung von Template-Variablen in allen Aufgabenbereichen. Variablen sollen sich aus Wertebereichen oder aus Berechnungsvorschriften (ggf. mit anderen Variablen) ergeben. Neben numerischen Variablen sollen auch Text-Variablen unterstützt werden.

 

Integration von Templatevariablen in den ONYX Editor

 

Um ebenfalls die Eingabe von numerischen Werten zu erlauben, die vorher durch eine Berechnungsvorschrift auf Basis der definierten Variablen ermittelt wurden, wird ONYX um einen neuen Aufgabentyp "Berechnung / Calculation" erweitert.

 

Integration von Templatevariablen in den ONYX Editor

 

Im Projekt wurde bereits ein Fach- und Umsetzungskonzept angefertigt. Zur Angabe und Auswertung von Berechnungsvorschriften wird das bereits etablierte Computer-Algebra-System MAXIMA in ONYX integriert. Durch die Nutzung von MAXIMA ergibt sch darüber hinaus zukünftig die Möglichkeit auch Formeleingabe und -vergleiche als neue Aufgabenformen, insbesondere für mathematisch, naturwissenschaftliche Fachrichtungen anzubieten.

 

Konzept "Berechnungsaufgaben durch Unterstützung von Template Variablen"

 

Mit der ONYX Version 5.0 können Parameter für alle in ONYX angebotenen Aufgabenformen und die enthaltenen Textfelder eingebunden werden. Neben der Auswahl einer Zufallszahl in einem Wertebereich, können u.a. Werte aus einer vordefinierten Liste oder abhängig von einer festgelegten Bedingung als Parameter definiert werden. Die definierten Parameter können aufbauend u.a. für Berechnungen genutzt werden. Um komplexe Berechnungen abbilden zu können, wurde das Computer-Algebra-System MAXIMA an die ONYX Testsuite angebunden.

 

In den aktuellen ONYX Versionen werden die neuen Funktionen, entsprechend der Erfahrungen erweitert und verbessert. Ziel ist zudem im ersten Quartal im Jahr 2014 den weiteren Aufgabentyp "Formelvergleich" in ONYX bereitzustellen.

 

Zielstellung 3: Erstellung eines Aufgabenportfolios für die Mathematikausbildung in MINT-Fächern

 

Eine gute Mathematikausbildung bildet die Grundlage für einen erfolgreichen Abschluss eines Hochschulstudiums im MINT-Bereich. Zunehmend müssen dabei oft fehlende Kompetenzen in den ersten Semestern nachgeholt werden. Insbesondere fehlende Rechenfertigkeiten und Probleme mit der „Elementarmathematik“, beeinträchtigen den Erfolg in mathematischen Grundlagenfächern und führen häufig zum Studienabbruch. Um den Übergang Schule - Studium besser zu begleiten, soll die E-Learning Komponente an den antragsstellenden Fakultäten gestärkt werden. Deshalb sollen insbesondere für Studienanfänger zusätzlich zum regulären Übungsbetrieb E-Tests mit entsprechendem Lerncharakter angeboten werden. Um die Erstellung solcher Tests zu erleichtern, soll ein Portfolio von Aufgaben angelegt werden, welche dann in die Mathematikausbildung integriert werden können. Dieses Portfolio wird erprobt und mit Projektabschluss sachsenweit zur Verfügung stehen. Jede Aufgabe ist mit Hilfe einer „Schlagwortkette“ zu identifizieren.

An der TU Chemnitz und der TU Freiberg werden aktiv parametrisierte Testfragen erstellt und im Rahmen der Lehrveranstaltungen der Antragssteller erprobt. Die Lerninhalte werden entsprechend dem Fortschritt im Vorlesungs- und Übungsbetrieb für eine begrenzte Zeit bereitgestellt. Die Tests können in der Regel nur zweimal bearbeitet werden und sind in der Bearbeitungszeit auf maximal 45 Minuten begrenzt. Durch eine Evaluierung zur Durchführung derartiger Tests in den vergangenen Semestern konnten sehr positive Rückmeldungen von den Studierenden erhalten werden.

 

ELMAT Beispielaufgabe

 

Alle Testaufgaben stehen frei zur Verfügung und können durch andere Lehrbeauftragte genutzt werden. Zur Zeit existieren verschiedene Aufgaben zu den Themenkomplexen: Bruchrechnung, Differenzial- und Integralrechnung, Ungleichungen, Komplexe Zahlen, Lineare Algebra, sowie Komplexe Integration. Sie können die Testfragen herunterladen und beispielsweise durch den Import in den ONYX WebEditor auf einfache Weise nachnutzen. Wenn Sie Interesse haben, die Aufgabensammlung zu erweitern kontaktieren Sie uns. Ziel ist es einen aktiven Austausch zu erreichen.

 

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Daniel Potts
Professur für Angewandte Funktionalanalysis
Technische Universität Chemnitz

Telefon: +49-371-531- 22260 oder -32150 (Sekretariat: D. Lange -22100 )
E-Mail: potts@mathematik.tu-chemnitz.de