Mathematische Übungen digital abbilden

Kurzbeschreibung

SEITE IN ENTSTEHUNG

In jeder Lehrveranstaltung mit mathematischen Inhalten ist der Lernerfolg von Studierenden auch davon abhängig, dass die erlernten Inhalte ausreichend geübt werden. Digitale Übungsbeispiele können die selbstständige Auseinandersetzung mit dem Stoff fördern und Studierenden automatisiertes Feedback beim Üben bereitstellen.

Digitale Aufgaben können in Lehrveranstaltungen vielfältig verwendet werden, sei es in einer Beispielsammlung, zur Wiederholung von Vorlesungsinhalten oder als klassische Übungsbeispiele. Ausgewählte Stoffgebiete können auch digital aufbereitet werden, um Studierenden eine interaktive Auseinandersetzung mit den Inhalten zu ermöglichen.

Die automatisierte Bewertung von digitalen Aufgaben kann auch für Tests und Prüfungen genutzt werden. Dieser Aspekt ist jedoch nicht Gegenstand dieses Beitrags.

Tools

Die Übungsbeispiele der unten vorgestellten Tools können über TUWEL einfach als „Externes Tool“ eingebunden werden. Durch eine LTI-Verbindung [Link Glossar_Learning Technology Interface] können die Punkte aus den Tools direkt nach TUWEL übertragen werden. 

1.  Möbius

Was ist das? Möbius ist ein Testing- und Assessmentsystem basierend auf dem Computer Algebra Programm Maple. Mit Möbius können unterschiedlichste Arten von digitalen Aufgaben erstellt werden. Neben klassischen 1:1 Überprüfungen können auch komplexere Ausdrücke, wie Integrale und Differentiale, Mengen, Vektoren sowie Matrizen, bewertet werden. Studierende erhalten eine automatische Bewertung ihrer Lösungen und individuelles Feedback durch das System.

TUWEL bietet unterschiedliche Aufgabentypen:

• klassische Frage-Antwort Aufgaben
• adaptive Aufgaben (je nach Antwort des/der Studierenden erfolgen Anpassungen des Lernangebots)
  
• Multiple und Single Choice
• und einige mehr.

An der TU Wien entwickelte Libraries ermöglichen es, Beispielangaben mittels Randomisierung so zu verändern, dass jeder Aufruf des Beispiels eine Angabe mit individuellen Werten liefert. Dies erhöht den Übungseffekt der Studierenden.

• Anleitungen: Weitere Information zu Möbius finden Sie unter https://www.digitaled.com/mobius/
• Beispielhafter Screenshot:

• Weitere Info: Wenn Sie Möbius gerne in Ihrer Lehrveranstaltung verwenden oder Demo-Beispiele sehen möchten, kontaktieren Sie bitte mse@asc.tuwien.ac.at.

2.  MATLAB Grader

Was ist das? Der MATLAB Grader ist ein Produkt von MathWorks, mit dem MATLAB Aufgaben erstellt, geteilt und automatisch bewertet werden können. Durch die automatische Bewertung erhalten Studierende sofort Feedback zu Ihrer Lösung.

Des Weiteren kann auch MATLAB Code, welcher in den Vorlesungen präsentiert wurde, über den MATLAB Grader zur Verfügung gestellt werden. Dadurch können Studierende schnell und unkompliziert auf Inhalte der Lehrveranstaltung zugreifen.

• Demos: Im MATLAB Grader Demo Kurs in TUWEL können Sie die Verwendung von MATLAB testen.
  
• Anleitungen: Neben einer kurzen Einführung für Lehrende finden Sie
  

  Dokumentation: https://www.mathworks.com/help/matlabgrader/index.html?s_tid=CRUX_lftnav
  
  Video "Aufgaben erstellen": https://de.mathworks.com/videos/matlab-grader-overview-1532608334621.html 

• Beispielhafter Screenshot: 

• Weitere Info: Sollten Sie Interesse an der Verwendung des MATLAB Graders haben, wenden Sie sich an mse@asc.tuwien.ac.at.

Anwendungshinweise und Stolpersteine

Empfehlungen für gute mathematische Beispiele

Bei komplexeren Aufgaben ist es sinnvoll, diese in mehrere Abschnitte zu unterteilen. Durch die automatische Bewertung können Zwischenschritte abgefragt und z.B. Folgefehler leichter vermieden werden. Nutzen Sie auch die Möglichkeit, auf falsche Lösungen Feedback zu geben. Dabei kann der richtige Lösungsweg skizziert oder auf häufige Fehler eingegangen werden.

Das Layout von Beispielen sowie die darin vorkommende Notation sollte konsistent gehalten werden. Dies ist vor allem dann von Bedeutung, wenn mehrere Personen beim Erstellen von Aufgaben beteiligt sind.

Wenn Beispiele mit randomisierten Werten eingesetzt werden, sollte auf vergleichbaren Schwierigkeitsgrad geachtet werden.

Digitale Beispiele sollten einen Mehrwert gegenüber klassischen Aufgaben auf dem Papier haben. Je nach Lehrveranstaltung kann dies sehr unterschiedlich aussehen. Überlegen Sie sich, bei welchen Inhalten Studierende z.B. von einer automatisierten Bewertung, interaktiven Lektionen oder personalisiertem Feedback profitieren könnten.

Holen Sie regelmäßig das Feedback von Studierenden ein. Dadurch können Sie auch herausfinden, welche Art von Aufgaben für Studierende am hilfreichsten sind bzw. ob bestimmte Beispiele Probleme bereiten. Dafür können Sie zusätzlich auch die Fehlerstatistiken der einzelnen Beispiele überprüfen.

Folgende Stolpersteine sollten Sie beachten

Der zeitliche Aufwand des erstmaligen Erstellens von Beispielen darf nicht unterschätzt werden. Andererseits amortisiert sich diese Investition bei mehrfacher Wiederverwendung. Des Weiteren ist es wichtig, neu erstellte Beispiele sorgfältig zu testen. Dies gilt insbesondere für Beispiele, die in irgendeiner Art bewertet werden. Fehlerhafte Beispiele können schnell zu Frustration bei Studierenden führen.

Auch wenn digitale Beispiele oftmals eigenständiges Üben erfordern, ist es empfehlenswert, die Studierenden damit nicht alleine zu lassen. Sie sollten die Möglichkeit haben, Fragen zu stellen (z.B. im Rahmen einer Fragestunde oder eines betreuten Frageforums). Auch im Fall von technischen Problemen sollten Studierende sich an jemanden wenden können. Vor allem bei Aufgaben mit Bewertung oder einer Deadline ist es wichtig, auf die Probleme zeitnah reagieren zu können.

Wenn zu Beginn der Lehrveranstaltung alle Funktionen des Programms ausreichend kommuniziert werden, lassen sich einige Probleme schon im Voraus vermeiden.

Digitale Aufgaben können viel Korrekturaufwand einsparen. Allerdings sollte man auch bedenken, dass das Erstellen und Testen von Aufgaben ebenso Zeit in Anspruch nimmt.

Bei längeren Rechenwegen kann es außerdem trotz automatischer Bewertung sinnvoll sein, diese manuell zu kontrollieren.

Weiterführende Informationen

Weitere Information zu Möbius finden Sie unter https://www.digitaled.com/mobius/. In folgender Referenz können Sie den Einfluss von Möbius (damals noch Maple TA genannt) nachlesen. https://www.isec.pt/pt/eventos/SEFIMWG2017/documents/Proceedings_v1_COMInd_v3_comISBN.pdf#page=121

Möbius kann auch für Prüfungen und Tests eingesetzt werden. Das System bietet hierzu eine „Proctored Browser“-Einstellung an, wodurch Studierenden untersagt wird, den PC anderweitig zu nutzen.

Weitere Informationen zum MATLAB Grader sind unter https://www.mathworks.com/products/matlab-grader.html verfügbar.

Für Angehörige der TU Wien ist die MATLAB Lizenz kostenfrei unter https://www.mathworks.com/academia/tah-portal/technische-universitat-wien-30338656.html erhältlich.

Hier können Sie die Funktionen von MATLAB Grader testen: https://grader.mathworks.com/  Dazu ist eine Anmeldung mit einem MathWorks-Account notwendig.