Bewertung von Computerlernprogrammen hinsichtlich ihrer Implementierung in pädagogische
In diesem Kapitel soll auf der Basis eines zu entwickelnden Anforderungsprofils für Computerlernprogramme, deren sinnvoller Einsatz in pädagogischen Kontexten diskutiert werden. Hierbei wird auf eine empirische Untersuchung verzichtet, die den Rahmen dieser Arbeit sprengen würde. Anstelle dieser empirischen Untersuchung werden zwei Beispielprogramme analysiert. Dabei steht weniger der Umgang des Lernenden mit einem Programm im Mittelpunkt, als vielmehr die Möglichkeiten, die das jeweilige Programm dem Benutzer offeriert, um sein Ziel, eine bestimmte Fähigkeit zu erwerben, zu erreichen. Neben diesen Lernzielen soll die Lernsituation in die Bewertung mit einfließen. D.h. in welcher Lernumgebung wird das jeweilige Programm genutzt. Schließlich soll untersucht werden auf welchen Lerntheorien das Programm basiert.
BAUMGARTNER weist darauf hin, dass immer einige Schwierigkeiten bei der Bewertung von Lernprogrammen vorliegen werden. So können Kriterienkataloge nie einem Anspruch auf Vollständigkeit genügen, da die Entwicklungen im Bereich der Lernpsychologie und der Computertechnologie zu rasant voranschreiten, um die Aktualität zu wahren. Desweiteren hinterfragt BAUMGARTNER die Objektivierbarkeit von Bewertungskatalogen. So stünden zwar jedem Evaluator eine Reihe von Lerntheorien zur Verfügung, dennoch, so BAUMGARTNER, seien die Kriterien, die eine gute von einer schlechten Software unterschieden, einer Gewichtung des jeweiligen Pädagogen unterworfen. „Damit ist es mit der scheinbaren Objektivität von Kriterienkatalogen vorbei.“ (Issing/Klimsa,1995: S.242) Dem ist jedoch zu Widersprechen, da es Anforderungen an ein Lernprogramm gibt, die nicht der Beliebigkeit unterliegen. Es sind doch gerade die Lernziele, die der Überprüfbarkeit unterliegen müssen. Es sind aber auch die Lernsituationen und die Postulate, die sich aufgrund der Lerntheorien formulieren lassen, die allgemein gültig sein müssen. Das Bewertungsergebnis kann jedoch durch die Subjektivität des Pädagogen gefärbt sein.
Dieser Abschnitt beleuchtet explizit nur solche Komponenten, die zur Förderung von Lernprozessen beitragen, wie sie in Kapitel 2 beschrieben wurden. Die lerntheoretische Betrachtung von Lernprogrammen hat ergeben, dass der Wissenserwerb individueller Natur ist. Es ist deshalb wichtig diese Individualität deutlich hervorzuheben, um sie in eine kritische Beziehung zu den regelgeleiteten, symbolverarbeitenden Maschinen zu setzten. Individualität des Lernprozesses bedeutet hierbei jedoch nicht, sich alleine einen Wissensstoff anzueignen, sondern eine Fähigkeit oder einen Inhalt so zu erlernen, wie es für den Einzelnen am effektivsten ist. SCHANDA schreibt dazu: „Zu zweit am Gerät lässt sich, entsprechende Motivation vorausgesetzt, die Konzentration und Ausdauer fördern. Verständnisprobleme des einen können zumindest zum Teil vom anderen oder im gemeinsamen Gespräch geklärt werden.“ (Schanda: S.35)
Zum methodischen Vorgehen der Bewertung von Lernprogrammen ist folgendes zu sagen: In Anlehnung an PUPPES Darstellung der Komponenten eines Expertensystems (Kap. 1.3.2.) sollen auch Lernprogramme in Abhängigkeit ihrer Nutzungsmöglichkeiten segmentiert werden. Deshalb werden im ersten Abschnitt dieses Kapitels die einzelnen Komponenten, die zu einem Lernprogramm gehören, beschrieben, so dass es möglich wird, anhand der Funktionsweise eines Lernprogramms auf dessen Komponenten zu schließen. Im zweiten und dritten Abschnitt dieses Kapitels soll auf der Basis einer strukturellen Bestandsaufnahme erklärt werden, welchen Beitrag das Lernprogramm aufgrund vorhandener Komponenten zum Lernprozess leisten kann, und welchen Aufgaben es aufgrund fehlender Komponenten nicht gerecht werden kann. So ist es möglich die Stärken und Schwächen einzelner Computerlernprogramme in pädagogischen Kontexten herauszustellen. Es wird dabei eine lerntheoretische Positionierung vollzogen, wobei das Einlösen von Lernzielen und die Beschreibung der Lernsituation mit berücksichtigt werden soll.
Wie im ersten Kapitel mit einem Hinweis auf CRUSE/DEAN/RITTER schon festgestellt wurde, ist es schwer, intelligentes Verhalten auf nur eine Eigenschaft zu reduzieren. Vielmehr unterliegt Intelligenz einer Dimensionierung, bei der vor allen Dingen bei Lernprogrammen die Fähigkeiten zur Adaption und zur Interaktivität für einen konstruktiven Wissenserwerb zugrunde liegen sollten. Diese KI-Anforderungen lassen sich in den folgenden drei Komponenten realisieren:
Ziel eines jeden intelligenten Lernprogramms ist die Adaption an den Lernenden. (vgl. Kap. 2.2.3.3.) Dabei soll das Programm entsprechend dem Wissensstand des Lerners das Lernangebot zusammenstellen. VOSS bezieht diese Fähigkeit auf die Navigationskomponente und postuliert: „Insbesondere dann, wenn größere Informationsmengen bereitgestellt werden, ist es außerordentlich wichtig, dass ‚intelligente‘ Suchalgorithmen zur Verfügung stehen. Nur so kann in akzeptabler Zeit der Informationsvorrat unter den interessierenden Gesichtspunkten durchsucht werden. Sehr große Datenbanken wären fast wertlos, wenn nicht mit geeigneten Suchalgorithmen rasch auf die Daten zugegriffen werden könnte.“ (Voss, 1985: S.76) Diagnosefähigkeit heißt also, den zu suchenden Begriff in den Zusammenhang des bisher Erlernten zu stellen, um so speziell für den Benutzer wichtige Informationen bereitstellen zu können, die ihn nicht aufgrund einer Überfülle an Auswahlmöglichkeiten verwirren, sondern sich nahtlos in den Lernprozess eingliedern.
Die Installation einer Problemlösungskomponente, die in der Lage ist, aufgrund von programmierten Regelsystemen parallel zum Benutzer Aufgaben zu lösen, könnte eine konstruktive Hilfe für den Lernenden sein. Dadurch, dass ein solches Programm eine gestellte Aufgabe mit Hilfe der vom Experten definierten Regeln berechnet, ist es auch in der Lage, eventuelle Fehler bei der Lösung des Problems zu analysieren und kann somit auch ein spezifisches Feedback an den Benutzer weitergeben. (siehe auch Kap. 3.1.2.1. und 1.3.4.)
Einen Definitionsansatz bezüglich der Interaktion zwischen Mensch und Computer benennt HAACK: „Dieser Begriff bezeichnet sowohl das reale Nutzungsgeschehen zwischen Mensch und Computer, als auch die entsprechende Teildisziplin der Informatik, die sich mit der Beschreibung, Erklärung und Optimierung dieser Vorgänge befasst.“ (Issing/Klimsa, 1995: S.152) Da in dieser Arbeit das reale Nutzungsgeschehen im Vordergrund stehen soll, wird im Folgenden anhand eines Zitates von SCHANDA dieser Bereich weiter spezifiziert: „Spricht man von Interaktion(smöglichkeiten) der Lernenden mit dem Programm, so ist es sinnvoll, zu unterscheiden zwischen
Diese beiden sehr unterschiedlichen Qualitäten von Interaktionsmöglichkeiten sollen an dieser Stelle deutlich herausgearbeitet werden. Im ersten Fall hat der Benutzer die Möglichkeit nonverbal und autorendefiniert in das Programm einzugreifen. Er kann z.B. mit dem Mauszeiger auf vom Autor vorher bestimmte Items „klicken“ und somit in den Programmverlauf eingreifen. Eine andere Interaktionsform ist die verbal-schriftliche, wobei dem Benutzer ein Eingabefeld zur Verfügung steht, in das eine beliebige Frage oder Aufforderung eingegeben wird, worauf das Programm reagieren soll. Solche Maschine-Mensch-Schnittstellen gehören seit langem zu den Aufgaben der KI-Forschung, weil das Programm selbständig eine Aktion ausführen soll, die nicht explizit definiert wurde. Wie allerdings in Kapitel 1.2.3./1.2.4. nachgewiesen wurde, sind symbolverarbeitende Maschinen bis heute nicht in der Lage den geschriebenen Worten einen kontextabhängigen Sinn zu verleihen, also zu verstehen. An dieser Stelle soll auch noch einmal auf das Zitat von MANDL und HRON im zweiten Teil dieser Arbeit hingewiesen werden, in dem gesagt wurde, ein Lernprogramm sei nur dann intelligent, wenn es in der Lage sei, einen „flexiblen und adaptiven Dialog mit dem Lernenden zu führen.“ (vgl. Kap. 2.2.2.3. S.20) Nach dieser Funktionsbestimmung sind damit den intelligenten Lernprogrammen Grenzen gesetzt, die mit symbolverarbeitenden Maschinen zur Zeit nicht zu überwinden sind. Deshalb ist nur theoretisch von einer intelligenten Interaktionskomponente auszugehen, praktisch jedoch sind die natürlich-sprachlichen oder verbal-schriftlichen Interaktionen zwischen einer Maschine und einem Menschen immer sehr unzureichend geblieben. Es bleibt dennoch bei den zu bewertenden Lernprogrammen zu untersuchen, inwieweit die Interaktionskomponente verwirklicht wurde. Die Grenzen sind schwimmend.
Aufgrund dieser unterschiedlichen Qualitäten von Interaktionsmöglichkeiten ist es nicht eindeutig möglich, sie den KI-Anforderungen unterzuordnen und wie festgestellt wurde ist dies, wenn auch nur theoretisch, denkbar.
Für jeden Lernstoff bieten sich unterschiedliche Lernmethoden an. Deshalb sind heutige Lernprogramme nicht mehr nur einer Lerntheorie entlehnt, sondern in einem Programm sind unterschiedliche lerntheoretische Erkenntnisse für einen erfolgreichen Lernprozess zusammengeführt worden. Aus diesem Grund sind aus den drei in Kapitel zwei vorgestellten Lerntheorien für dieses Kapitel drei Komponenten abgeleitet worden, die die unterschiedlichen Lerntheorien repräsentieren sollen.
Extrahiert aus den behavioristischen Lerntheorien wird hierdurch eine Lernstrategie repräsentiert, die sich auf eine einseitige Informationsdarbietung beschränkt, nach dem Vorbild eines Lehrervortrags. Dies kann z. B. durch eine Videoeinspielung oder dem Abspielen einer Audiodatei oder der einfachen Darbietung eines Textes verwirklicht werden. Während der Wissensvermittlung ist der Lerner in einer reaktiven Haltung. Häufig werden zu diesem Zweck Drill&Practice-Programmkomponenten verwendet. Dabei ist die Drillkomponente eine gute Möglichkeit, um dem Benutzer gesichert Faktenwissen zu vermitteln. Sie dient zur Einführung in unbekannte Wissensgebiete. Gerade Anfänger können hierdurch in komplexe Problemstellungen eingewiesen werden. Im Anschluss an die Drill-Komponente hat der Lerner meist die Möglichkeit, ähnlich einer programmierten Instruktion (vgl. Kap. 2.1.2.1.) mit Hilfe der Practice-Komponente das zuvor Vorgetragene in einem kurzen Übungsteil zu wiederholen, wobei er mit Hilfe einer konstruktiven Rückmeldung in die Lage versetzt wird, selbständig herauszufinden, wie gut er einen bestimmten Lernstoff verstanden hat.
COHEN gibt einige allgemeine Kriterien für die Gestaltung von Rückmeldungen an:
Die Practice-Komponente arbeitet nach den behavioristischen Gesetzen der Verhaltenskonditionierung. So werden richtig wiedergegebene Inhalte durch ein Lob verstärkt, während falsche Inhalte durch eine entsprechende Deklaration gelöscht werden.
Die tutorielle Komponente ist z.B. durch eine Form des Coaching oder den sokratischen Dialog in der Lage, Begriffsnetze bei dem Lerner zu erzeugen. Hierbei steht weniger die Vermittlung von Faktenwissen, also deskriptiver Konstrukte, als vielmehr die Aneignung von Regeln, also explikativer Konstrukte im Vordergrund.
Inhaltlich gehört die tutorielle Komponente zu den lerntheoretischen Komponenten, programmiertechnisch ist sie allerdings den KI-Komponenten zuzuordnen, da sie auf dem Dialog basiert. (vgl. Kap. 2.2.2.3.) Deshalb soll die tutorielle Komponente im Kapitel der lerntheoretischen Anforderungen beschrieben werden, aber dennoch den KI-Komponenten zugeordnet werden. (vgl. Kap. 3.1.4.)
Die forschend-entdeckende Komponente soll dem Benutzer eine dem entdeckenden Lernen nahestehende Umgebung offerieren. Hierdurch soll die aktive Rolle des Lerners gefördert werden, um sich den Lernstoff anzueignen, den der Lerner selbst für sinnvoll erachtet. Eine schon beschriebene und als geeignet befundene Benutzeroberfläche ist der Hypertext. Hierbei wird der Benutzer z.B. mit einem bestimmten Lernziel in die explorative Lernumgebung entlassen und hat so die Möglichkeit, seine eigenen Wissensstrukturen zu konstruieren. Hält der Benutzer das Lernziel für erreicht, kann er z.B. mit Hilfe einer Practice-Komponente nachprüfen, ob seine Wissensstrukturen den Anforderungen des Lernziels entsprechen.
Ein gutes Programmdesign soll den Benutzer motivieren können. Es sollte ansprechend sein und die Bildschirmoberfläche so strukturieren, dass es dem Benutzer leicht fällt, ohne entsprechendes Vorwissen mit dem Programm umzugehen. BONSIEPE beschreibt die Aufgabe der Infodesigner folgendermaßen: „Ein Infodesigner wird sich den Kommunikationsaufgaben nicht nur, vielleicht nicht einmal überwiegend, unter der Perspektive der Visualisierung, als vielmehr unter der Perspektive der Organisation und Strukturierung von Informationen nähern. Gerade die digitalen Medien machen deutlich, dass visuelle Gestaltung nicht eine illustrative Zusätzlichkeit ist, sondern die hinter dem Sichtbaren liegenden Strukturen angeht.“ (Bonsiepe, 1996: S.75) Erst durch ein gutes, das heißt prägnantes Design (vgl. Kap. 3.1.3.4.) ist es möglich, eine Information so zu strukturieren, das der Lerner sie leicht aufnehmen, also assimilieren kann und so die Komplexität des Lernstoffes geringer wird. Aus den Erkenntnissen der Gestaltpsychologie soll im Rahmen dieser Arbeit der Teil der Ergebnisse dargelegt werden, der sich mit der Wahrnehmung graphischer Darstellungen befasst. Die Gestaltpsychologie leitet sich aus dem Bereich der Phänomenologie ab und beschäftigt sich als solche mit beobachtbaren Phänomenen. Der Begriff der Wahrnehmung spielt deshalb eine entscheidende Rolle. BRÄUER definiert den Begriff „Wahrnehmung“ folgendermaßen: „Wahrnehmung ist also der Prozess der Reizaufnahme und das Ergebnis derselben (Erkenntnis dessen, was die Reizkonfiguration bedeutet).“ (Bräuer, 1994: S.49) Je klarer und unmissverständlicher also das Design ist, umso höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Lerner leicht die Inhalte aufnehmen kann, die zur Erreichung des Lernzieles beitragen. Im Folgenden sollen einige Gestaltgesetze, die für ein Interfacedesign von Bedeutung sein können referiert werden. (vgl. Bräuer, 1994 und Abb.5)
Bei dreidimensionalen Objekten in der zweidimensionalen Ebene ist der Beobachter nicht mehr in der Lage, Gegenstände hervorzuheben. Es entstehen sogenannte Kippfiguren. D.h. die Figur kann zum Hintergrund werden, oder aber der Hintergrund wird zur Figur. Die Wahrnehmung des Benutzers wird dabei stark strapaziert.
Der Beobachter folgt bei der Kreuzung zweier Linien immer der dominanteren, d.h. der längeren, wobei auch die eindeutige geometrische Positionierung (senkrecht/waagerecht) für den Betrachter eine große Strukturierungshilfe ist.
BRÄUER unterscheidet drei Grundformen der Symmetrie: Die Symmetrie von Dingen, von Eigenschaften und von Relationen (vgl. Bräuer, 1994: S.63). Im Zusammenhang mit der Interfacegestaltung ist die Symmetrie von Dingen von besonderer Bedeutung, da sie sich auf die visuell wahrnehmbare Symmetrie bezieht. So nimmt man z.B. einen rechten Winkel im Gegensatz zu einem 40 Grad Winkel als sehr angenehm wahr. Ein rechter Winkel ist in der Lage zu strukturieren. Auch ein Kreis, ein Rechteck oder ein Quadrat sind dem Menschen geläufige Darstellungen, die eine Benutzeroberfläche strukturieren können.
BRÄUER schreibt an anderer Stelle: „Im Wahrnehmungssystem scheint Symmetrie als eine starke Tendenz zur Prägnanz angelegt zu sein.“ (Bräuer, 1994: S.64) Bei graphischen Darstellungen hat also die unterschiedliche Ausprägung von Prägnanz einen entscheidenden Einfluss auf den Wahrnehmungsprozess.
RAUSCH hat einige Aspekte der Prägnanz benannt, z.B. Gesetzmäßigkeit vs. Zufälligkeit. Die gesetzmäßige Ordnung von Taskleisten wirkt so auf den Benutzer strukturierter als eine zufällige Anordnung. Desweiteren benennt RAUSCH den Aspekt Abgeleitetheit vs. Eigenständigkeit, wobei davon auszugehen ist, dass die sich wiederholende Ableitung einer Darstellung für den Benutzer einprägsamer wird, als eine ständig neue eigenständige Darstellung. Es geht also um den „roten Faden“. Erst mit seiner Hilfe wird es dem Lernenden möglich, ohne Vorwissen ähnliche Interfaces zu erkennen und zu bedienen. Ein weiterer Aspekt ist Gestörtheit vs. Integrität. Hiermit meint RAUSCH, dass sich unterschiedliche Darstellungen nicht überlagern dürfen und die Kumulation vieler Abbildungen den Benutzer verwirren wird. RAUSCH legt auch Wert auf die Einfachheit einer Veranschaulichung, damit der Lernende einerseits die wichtigen Inhalte sofort erkennt und diese Inhalte andererseits für den Lernenden einprägsamer werden. Soll allerdings eine Darstellung prägnant sein, so muss sie auch realistisch die Komplexität, Ausdrucks- und Bedeutungsfülle wiedergeben können. Dazu sollte die Darstellung einfach sein aber nicht vereinfachen und dadurch komplexe Sachverhalte reduzieren. Es muss dem Betrachter möglich sein, die Komplexität eines Objekts wahrzunehmen. Allerdings dürfen die Eigenschaften eines Objektes nicht verfälscht werden, nur dann kann der Lernende die Ausdrucks- und Bedeutungsfülle erkennen.
Das gewohnte Ganze sollte immer als solches zusammenbleiben. So ist z.B. die graphische Darstellung eines Kuchendiagramms als nebeneinanderstehende Kuchenstücke für den Betrachter ungewohnt. Er ist gewohnt, die Stücke als Teil eines Kreises zu betrachten. Dann ist es ihm auch möglich, die Aussage eines Kuchendiagramms einfacher zu überschauen.
Es spielt eine erhebliche Rolle im Wahrnehmungsprozess, in welcher räumlichen Entfernung die graphischen Elemente angelegt werden. Nach dem Gesetz von Gruppen und Grenzen unterscheidet der Betrachter hierdurch Elementengruppen voneinander. Eine Benutzeroberfläche, die solche Erkenntnisse nicht umsetzt, würde den Lernenden verwirren.
Wie schon in Kap. 2.3.2.3. erklärt wurde, bestehen Lernprogramme heute nicht mehr aus nur einer Komponente, sondern der Begriff Hypermedia wird mit einem Konglomerat aus ganz vielen unterschiedlichen Lernprogrammkomponenten assoziiert.
Es müssen jedoch nicht alle Komponenten in einem Hypermediaprogramm vorkommen. Es sind nötige und hinreichende Komponenten zu unterscheiden. Ganz grundsätzlich muss ein Lernprogramm aus einer Wissensbasis bestehen, desweiteren sollte eine der drei Wissensvermittlungskomponenten (Drillkomponente, Tutorielle Komponente, Forschend-entdeckende Komponente) vertreten sein. Schließlich ist es eine nötige Voraussetzung für ein Computerlernprogramm, dass es mit einer Navigationskomponente versehen ist, um die Bedienbarkeit des Lernprogramms zu gewährleisten. Alle anderen Komponenten sind als hinreichende Voraussetzungen zu betrachten und dienen somit eher der Ergänzung des Lernangebots.
Innerhalb dieses Kapitels soll es nicht nur um die Bewertung von Lernprogrammen gehen, sondern auch um die Bedeutung eines Lernprogramms in seinem pädagogischen Kontext. Aus diesem Grund wurden Lernprogramme aus zwei unterschiedlichen Lernumgebungen ausgewählt, zum einen ein computergestütztes Lernprogramm (CBT) und zum anderen ein sogenannter Lernserver aus dem world wide web (WBT). Während die CBTs meist auf einer CD oder einem ähnlichen Datenträger gespeichert sind, werden WBTs dem Lerner im Internet zur Verfügung gestellt. Während also das CBT dem Lerner einen abgesteckten Raum zur Verfügung stellt, sind Benutzer von WBTs in der Lage in der unendlich scheinenden Informationsfülle des Internet arbeiten zu können. Beide Lernumgebungen haben ihre Stärken und Schwächen, die durch die folgende Analyse herausgestellt werden sollen. Darüber hinaus wurden die Lernprogramme aufgrund ihres starken exemplarischen Charakters ausgewählt, wobei es nicht möglich war, Lernprogramme mit implementierter KI aufzufinden. Hierfür lassen sich mehrere Gründe anführen. Zum einen stellt BORK fest, „dass die Programme der künstlichen Intelligenz in der Entwicklung zu kostenintensiv sind und zu teure Hardware voraussetzen.“ (Schulmeister, 1997: S.417) Hinzukommt, dass zu lange Entwicklungszeiten von KI-Programmen nicht dem Aspekt der Aktualität genügen können. Lehrpläne und damit auch Lerninhalte haben sich neuen Anforderungen angepasst, so sind viele Programme veraltet, wenn sie zum Einsatz kommen sollen. Für den Verfasser der Arbeit stellt sich die Situation so dar: Aufgrund der Interaktions- und damit auch Adaptionsmöglichkeiten des Internets, werden KI-spezifische Erkenntnisse im Bereich der Maschine-Mensch-Schnittstellen substituiert durch einfache Mensch-Mensch-Schnittstellen im Bereich des Chats im Internet. Dies bedeutet im Folgenden für die Bewertung der Lernprogramme, dass neben dem Fokus des pädagogischen Kontextes auch die Defizite aufgezeigt werden sollen, die aus dem Fehlen der KI-Komponenten resultieren, um zu verdeutlichen welche Vorteile die Implementierung von KI in Computerlernprogramme haben könnte.
Die Bewertung des Lernprogramms lässt sich in drei Teile zergliedern. Zuerst sollen die einzelnen Komponenten, die in PHYSIKUS verwendet wurden, analysiert werden und in einem zweiten Schritt sollen diese Komponenten in einer Struktur miteinander verknüpft und bewertet werden. In einem dritten Schritt geht es darum zu bewerten, was dieses Lernprogramm leisten kann, bzw. welche Defizite es im Hinblick auf Lernziele und lerntheoretische Betrachtungen aufweist.
PHYSIKUS gehört in den Bereich der Lernspiele. Es ist in einen Lernteil und einen Spielteil eingeteilt. Beide Teile lassen sich über die Anfangsseite des Spiels direkt anwählen. Trotz der sehr klaren Trennung in zwei unterschiedliche CDs ist der Spielteil sehr eng mit dem Lernteil verwoben. Der Lernteil jedoch ist unabhängig vom Spielteil zu benutzen. In 5 Themengebieten der Physik kann der Benutzer das Wissen sammeln, das nötig ist, um bestimmte Maschinen innerhalb des Spiels in Gang zu setzten. Im Folgenden wird zunächst die Geschichte von PHYSIKUS kurz referiert, um dann die einzelnen Teile des Lernprogramms darzustellen und diese auf die zuvor beschriebenen Strukturkomponenten hin zu untersuchen.
Durch einen Meteoriteneinschlag auf einem kleinen Planeten hört dieser auf zu rotieren. Von jenem Zeitpunkt an gibt es eine der Sonne zugewandte Seite, die von der glühenden Hitze ausgedörrt wird und eine der Sonne abgewandte Seite, auf der extrem tiefe Temperaturen ein Leben unmöglich machen. Ein Professor möchte diese gefährliche Situation beheben, indem er eine riesige Impulsmaschine baut, mit deren Hilfe der Planet wieder in Rotation versetzt werden kann. Kurz vor der Fertigstellung seiner Maschine muss der Professor jedoch aufgrund extrem lebensunfreundlicher Bedingungen fliehen. Nun wird der Lernende aufgefordert fünf Generatoren soweit in Stand zu setzten, dass sie die Impulsmaschine mit Strom versorgen können. Die Mechanismen der Maschinen innerhalb eines Generators unterliegen jedoch physikalischen Gesetzmäßigkeiten. Mit Hilfe des physikalischen Grundwissens, welches der Professor auf seinem Laptop gespeichert hat, sollen die Maschinen durch den Lernenden funktionstüchtig gemacht werden.
Aus der Ich-Perspektive des Benutzers erhält man einen Einblick in die Spielwelt. (siehe Abb.6) Diese erschließt sich dem Benutzer deshalb auch nur nach und nach, eine Gesamtansicht der Aktionsfläche bleibt dem Lernenden verwehrt. Durch eine Veränderung des Mauszeigers wird dem Spielenden deutlich gemacht, dass bestimmte Gegenstände innerhalb eines Bildes zu benutzen oder für den Spielverlauf von Relevanz sind. Im unteren Bildschirmviertel befindet sich die Navigationsleiste. Zum einen ist es möglich, durch einen ON-Schalter das Lernlaptop zu aktivieren, um somit auch in den Lernteil wechseln zu können, zum anderen steht dem Benutzer eine Interaktionskomponente in Form eines Scanners zur Verfügung. Der Scanner hat die Funktion, Gegenstände zu „nehmen“ und sie in einem anderen Zusammenhang zu aktivieren. In der oberen rechten Ecke des Bildschirms befindet sich eine Hilfeleiste, durch die der Lernende auf entsprechende Verweise im Lernteil aufmerksam gemacht wird.
Das Laptop des Professors, wie die Programmierer von PHYSIKUS den Lernteil genannt haben, bietet dem Lernenden auf der Anfangsseite fünf Wissensgebiete an, die nach einer Auswahl einen sofortigen Einstieg in das Lernprogramm bieten. Die Mitte des Bildschirms wird dominiert von einer Animation, die gekoppelt ist mit einem links darüber stehenden Text. (siehe Abb.7) Dem Benutzer steht es frei, den Sprecher über die Navigationsleiste zu aktivieren oder nicht, um so den Fokus auf die Animation zu richten. In vielen Fällen wird nach der Instruktion die Animation zur Interaktion freigegeben. Hierdurch wandelt sich die Animation zu einer Simulation um, bei der der Benutzer durch das Einsetzen verschiedener Variablen die Änderung des Endzustandes miteinander vergleichen kann. Der Benutzer wird über die „Tu-was-Zeile“ am linken unteren Bildschirmrand darauf hingewiesen, dass er mit dem Mauszeiger in die Simulation eingreifen kann. Über die Pfeiltasten in der Navigationskomponente am unteren rechten Rand des Bildschirms ist es möglich, innerhalb einer Lektion vor- oder zurückzugehen oder mit Hilfe der Doppelpfeile ein Kapitel zu überspringen bzw. zu wiederholen. Mit Hilfe des Kassettenitems kommt man zu einer kompletten Kapitelübersicht mit allen im Lernprogramm möglichen Lektionen. Durch den OFF-Schalter kann der Benutzer das Laptop schließen und zum Spielteil zurückkehren.
Im Folgenden soll unter Rückbezug auf die oben beschriebenen Komponenten aufgezeigt werden, ob das Programm PHYSIKUS in der Lage ist, einer pädagogischen Bewertung standzuhalten.
PHYSIKUS ist nicht mit KI-Anteilen ausgestattet worden. Das bedeutet auf der anderen Seite natürlich auch, dass das Programm nicht in der Lage ist, sich dem Lernenden anzupassen, wodurch ein wichtiges Element im Lernprozess fehlt. Der Lernende bleibt dem ständigen Gefühl überlassen, innerhalb des Programms auf sich allein gestellt zu sein. Das hat an vielen Stellen des Spiels zur Folge, dass die Motivation, weiterzuspielen strapaziert wird.
Der Lernteil ist so angelegt, dass die Animationen die Instruktionen visuell unterstützen und der Lerner somit in die Lage versetzt wird, durch zwei verschiedene Sinneskanäle (auditiv und visuell) Zugang zum Lernstoff zu erlangen. (siehe Abb.7) EDELMANN weist darauf hin, dass PAVIO diese duale Form der Informationsaufnahme und -speicherung hervorgehoben hat. „Im Zusammenhang mit dualer Kodierung kann man aber auch die sinnvolle Hypothese aufstellen, dass bestimmte Wissensstoffe leichter erfasst und besser behalten werden, wenn sie sowohl bildhaft, als auch sprachlich-inhaltlich verarbeitet werden.“ (Edelmann, 1996: S.220-221) Der Lernteil folgt nur bedingt den von GAGNE aufgestellten Postulaten des Wissenserwerbs. So werden neu eingeführte Begriffe definiert, um sicherzustellen, dass sie zu jedem Zeitpunkt die gleiche Bedeutung haben. Anschließend werden die neu eingeführten Begriffe an Beispiele gekoppelt. In einem dritten Schritt wird der erlernte Sachverhalt im Spielteil in einem anderen Zusammenhang angewendet, um sicher zu stellen, dass eine Regel erlernt wurde und nicht nur ein Begriff. Bis hierhin entspricht der Wissenserwerb dem von GAGNE erforschten Verlauf. Es gibt jedoch zwei Optionen, die gegen eine klare Durchhaltung des Erwerbs von Regelhierarchien nach GAGNE verstoßen:
Das Wiedererkennen von erlernten Sachverhalten setzt ein Abstraktionsvermögen voraus, das PIAGET als „hypothetisch-deduktiv“ bezeichnet. Diese dem Jugendlichen eigentümliche Fähigkeit manifestiert sich, wenn„ a) einfache Annahmen, die mit der Wirklichkeit oder mit dem, was das Subjekt wirklich glaubt, in keiner notwendigen Beziehung stehen und b) wenn es der Notwendigkeit des Schlusses als solchem, im Gegensatz zur Übereinstimmung seiner Folgerungen mit der Erfahrung, vertraut.“ (Piaget, 1974: S.167) Je nach Entwicklung des Kindes sind solche formalen Operationen jedoch erst ab ca.11-12 Jahren möglich. Deshalb müsste das Mindestalter für dieses Lernprogramm auf 12 Jahre datiert werden, während es nach Angaben der PHYSIKUS-Mitarbeiter keine Altersbeschränkung gibt.
Neben diesen kognitivistisch orientierten Lernprozessen, ist jedoch auch darauf hinzuweisen, dass die Instruktionen des Lernteils den behavioristischen Lernstrategien folgen. Es ist eine Ähnlichkeit zu den Instruktionsprogrammen der 50-er und 60-er Jahre zu erkennen, mit dem Unterschied, dass nach der Instruktion keine Prüfung des Erlernten Wissens ansteht, sondern die Nutzung einer Simulation vorgeschlagen wird, um das Erlernte nachzuvollziehen. Hierdurch ergibt sich für den Lerner keine Möglichkeit nachzuprüfen, ob er das Erlernte verstanden hat oder nicht.
Festzustellen ist auch eine stringente Autorensteuerung im Spielteil (vgl. Abb.6), die es dem Lernenden nicht erlaubt, zu jeder programmierten Spielsituation zu „surfen“. Nur durch die erfolgreiche Inbetriebsetzung einer Maschine ist der Benutzer in der Lage, im Spielverlauf voranzuschreiten. Gerade in diesem Fall kommt der Autorensteuerung eine ambivalente Bedeutung zu. Auf der einen Seite ist es dem Lerner nicht möglich selbstgesteuert und eigenverantwortlich zu lernen, auf der anderen Seite ist es vor allen Dingen die Linearität, die es dem Benutzer gestattet, aufeinander aufbauende Sachverhalte zu erlernen. Hinzu kommt, dass die Lernmotivation gerade dadurch entfacht wird, dass der Lerner nicht zusammenhangslos Wissen auswendig lernt (mechanisch nach AUS-UBEL), sondern den Lernprozess sinnvoll-rezeptiv gestalten muss, wenn er in der Lage sein will, erlernte Gesetzmäßigkeiten auf andere Zusammenhänge zu übertragen. Nach AUSUBEL ist diese Form des Wissenserwerbs die beste, da der Schüler verstehend lernt. (vgl. Kap. 2.2.1.2.) Aufgrund der Linearität des Wissenserwerbs ist das Programm auch für das Selbststudium geeignet. Während am Anfang des Spiels triviale Aufgaben vom Lerner zu lösen sind, werden diese zum Ende zunehmend komplexer.
Das Interface-design folgt den gestaltpsychologischen Postulaten. So dient die Einfassung des Aktionsfensters (im Spielteil) durch das Lernlaptop einer klaren Strukturierung (siehe Abb.7) und folgt den Gesetzen der Symmetrie. Durch die räumliche Nähe der einzelnen Komponenten (im Lernteil) wird es dem Benutzer leicht fallen Beziehungen herzustellen und andere entferntere Komponenten einer anderen Einheit zuzuordnen (siehe Kap.3.1.3.6.). In diesem Zusammenhang ist jedoch die Installation der Hilfezeile für die Navigationskomponente ungünstig gewählt worden, da sie gerade gegen das Gesetz von Gruppen und Grenzen verstößt. An dieser Stelle wird aufgrund der räumlichen Distanz die Beziehung zwischen diesen beiden Einheiten erst relativ spät deutlich.
Die Bewertung von Lernprogrammen kann immer nur unter der Berücksichtigung der konkreten Lernsituation erfolgen da sie meistens vorher durch die Autoren des Programms definiert wurden. Hierzu gehören zum einen die Beweggründe des Lerners, ein Lernprogramm zu benutzen und gehört zum anderen der Zusammenhang, in dem das Lernprogramm genutzt wird. PHYSIKUS spricht eine große Bandbreite von Nutzern an. So kann das Programm sinnvoll von Schülern und Erwachsenen gleichermaßen im Sinne der Weiterbildung oder auch zum Zweck des Erwerbs von Grundkenntnissen genutzt werden. Der Wissenserwerb kann sowohl in einer Gruppe als auch alleine vollzogen werden. Das Programm sollte jedoch nicht im schulischen Umfeld benutzt werden, da es aufgrund seiner Linearität keinen lehrplanspezifischen Zugriff ermöglicht, sondern einen allgemeinen Überblick über einzelne Teilbereiche der Physik verschafft. Es ist also für den Schüler unterrichtsergänzend einzusetzen, für den Erwachsenen unterrichtssubstituierend, d.h. um sich selbst physikalische Grundkenntnisse beizubringen.
PHYSIKUS ist in den Bereich der Lernspiele einzuordnen, da eine Geschichte im Vordergrund des Erscheinungsbildes steht. An dieser Stelle soll noch einmal auf die strukturierende Funktion einer Geschichte innerhalb eines Lernprogramms hingewiesen werden (vgl. Kap. 2.3.1.2.), jedoch auch auf die Gefahren, wenn der Spielteil, wie bei Physikus zu dominant wird und so erlerntes Wissen dem spielerischen Aspekt untergeordnet wird (vgl. Kap.3.2.2.2.).
Der Benutzer ist während des Spiels keinen Sackgassen ausgeliefert, an denen ein Weiterkommen im Spielverlauf unmöglich wird, da das Programm keine falschen Lösungen zulässt. Das bedeutet jedoch auf der anderen Seite durch die schmale Ausstattung der Diagnosekomponente, dass das Programm autorendeterminiert ist, was sich nicht zuletzt auf die Anzahl der Lösungsvarianten auswirkt. Zu jedem Problem gibt es genau eine Lösung aber mehrere Lösungsmöglichkeiten, wodurch oftmals trial and error zur Problemlösungsmethode wird und nicht, wie man es nach dem Studium eines Lernkapitels erwarten sollte, eine vernünftige Lösung im Vordergrund steht. So ist der Lernende nach den Instruktionen des Lernprogrammes zwar theoretisch in der Lage das Problem zu lösen, doch scheitert die Umsetzung meist am Fehlen eines bestimmten Gegenstands, oder weil das Programm eine bestimmte vom Benutzer logisch durchdachte Lösung nicht vorsieht.
Abschließend sollen die Defizite und Vorteile des Programms auf der Basis der Bewertung der Einzelkomponenten benannt werden:
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