P356 - DELFI 2024 - Die 22. Fachtagung Bildungstechnologien

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Schroeder, Ulrik

Strickroth, Sven

Görzen, Sergej

Harrer, Andreas

Schiffner, Daniel

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Informiertes Zustimmungsmanagement für Learning Analytics in Lernmanagementsystemen
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Judel, Sven; Zeise, Christopher; Schroeder, Ulrik; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Dieser Beitrag präsentiert ein Konzept um Lernende angemessen über Learning Analytics zu informieren und ihnen das Management von Zustimmungen zu Datensammlungen und -verarbeitungen einfach aber vollständig zu ermöglichen. Drei Komponenten übernehmen die Aufklärung, die Zustimmungsabfrage beim ersten Aufruf des Lernmanagementsystems sowie jedes Lernraums und die Anpassung der Zustimmungen zu jeder Zeit. Die Komponenten zum Management wurden beispielhaft für Moodle umgesetzt und mit Studierenden evaluiert. Die Ergebnisse deuten auf eine gute und sichere Nutzbarkeit hin, welche den Lernenden mehr Kontrolle über ihre Daten gibt.
DELFI 2024 - Complete Volume
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Phasen der Problemlösekompetenz bei der Korrektur elektrischer Schaltkreise in einer VR-Lernumgebung
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Wiepke, Axel; Hacke, Alexander; Lucke, Ulrike; Manz, Christian; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Die Herausforderungen im alltäglichen Leben werden zunehmend durch mehr Komplexität und Dynamik bestimmt. Dadurch ist es für Lernende seltener möglich, routinierte Vorgehensweisen zur Überwindung auftretender kognitiver Barrieren zu nutzen. In solchen Fällen sind Problemlösekom- petenzen gefragt, die meist auf Interaktion mit dem Problem beruhen, was Stift-und-Papier-Studien erschwert. Digitale Lernanwendungen ermöglichen es, Prozessdaten in interagierbaren Szenarien zu erfassen, können aber auf Kosten der ökologischen Validität gehen. Die immersive Eigenschaft von Virtual Reality (VR)-Lernanwendungen kann dabei ein möglicher Faktor zur Verbesserung der ökologischen Validität sein. Der vorliegende Beitrag analysiert eine VR-Lernanwendung hinsichtlich des Gefühls in der VR zu sein. In der Anwendung werden teilweise fehlerhafte, elektrische Schaltkreise präsentiert, die Lernende diagnostizieren und korrigieren sollen. Durch einen virtuellen Fragebogen werden Daten in den verschiedenen Phasen des Problemlöseprozesses erfasst. Die Ergebnisse zeigen ein kontinuierliches, befriedigendes Präsenzerleben.
Neugestaltung eines Mixed Reality Prototypen für das SchülerlARbor Chemie
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Meinhardt, Felix; Görzen, Sergej; Werkes, Richard; Pelzer, Philipp; Krause, Daniel; Schroeder, Michael; Schroeder, Ulrik; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Augmented Reality (AR) stellt großes, noch unausgeschöpftes Potenzial für Lernanwen- dungen dar. Im Chemieunterricht bietet sich etwa das Visualisieren von mikroskopischen Prozessen oder Modellen mithilfe von AR an. Diese Demo stellt einen quelloffenen AR Prototypen für die Microsoft HoloLens vor, welcher Begleitmaterialien für verschiedene Module im Schülerlabor für Chemie der RWTH Aachen bietet. Die Themen der aktuellen Version behandeln Piezokristalle, den Aufbau und die Funktionsweise von Lithium-Ionen-Akkus sowie virtuelle Experimente zu den Konfigurationsmöglichkeiten dieser Akkus. Zusätzlich ist eine Einführung in HoloLens-Interaktionen enthalten, um die Einstiegsbarriere für diese moderne Technologie zu mindern. Evaluiert wurde zunächst die Bedienbarkeit der Applikation.
FAIR Learning Technologies with Web Components and Packages
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Salmen, Frederic; Breuer, Martin; Görzen, Sergej; Persike, Malte; Schroeder, Ulrik; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Making the diverse software artifacts of the learning technologies community findable, accessible, interoperable, and reusable (FAIR) can be a technical challenge. We introduce a concept informed by our research involving packages and components to achieve FAIRness for web-based artifacts. This result is presented as a guideline to make FAIR technology choices when creating web-based learning technologies. The guideline compares classic choices with new paths afforded by technological innovation of the web platform. Supported by practical examples (learning analytics dashboards, e-assessment, and explorables) we discuss practical applications of our result.
Relation between struggle and learning personality in programming exercises
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Deriyeva, Alina; Dannath, Jesper; Paaßen, Benjamin; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Personality-related characteristics can have an impact on learning experiences and learning outcomes. Moreover, understanding learning approaches of students can help to make personalized pedagogical decisions. Particularly, this has a potential to improve learning outcomes and mitigate user attrition in digital learning environments (DLEs). We hypothesize that persistent individual characteristics may influence a learners’ tendency to struggle during programming exercises. In a study within a digital learning environment for Python programming (N=55), we evaluated the relation between learners’ self-reported personality characteristics and their tendency to struggle during the exercises. We find that, in our sample, some problem solving approaches and all learning preferences are related to struggle indicators. These results indicate that it may be helpful to include personality-related features, like problem solving strategies, as context information for pedagogical modeling in DLEs.
360°-Perspektiven: von der physischen zur virtuellen Ausstellung im Hochschulkontext
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Mascher, Ulrike; Fernes, David; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Das Paper gibt Einblick in die Entwicklung, Umsetzung und Evaluation einer 360°- Ausstellung im Hochschulkontext. Nach einer kurzen Einführung zum Lernen mit Hilfe von 360°-Technologie wird zunächst der Umsetzungsprozess von der physischen Ausstellung zur 360°- Ausstellung dargestellt. Schließlich werden die Ergebnisse einer Nutzendenbefragung – mittels System Usability Scale sowie Freitexteingaben – vorgestellt. Basierend auf dem Feedback der Nutzer*innen wurde die 360°-Ausstellung in einem nächsten Schritt weiterentwickelt. Die identifizierten Stärken, wie der 360°-Panoramablick, der räumliche Eindruck, selbstgesteuerte, explorative Wissenserschließung, sowie ein hoher Interaktivitäts- und Individualisierungsgrad zeigen das Potenzial der Anwendung. Die dargestellten Erfahrungen und Erkenntnisse können als Best-Practice-Beispiel Orientierung für ähnliche Projekte bieten.
Problem-Specific Visual Feedback in Discrete Modelling
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Herwig, Maurice; Hundeshagen, Norbert; Hundhausen, John; Kablowski, Stefan; Lange, Martin; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Discrete modelling as the basis of problem solving is an essential skill for computer scientists, but the correct use of formal languages like propositional logic for such purposes remains a big challenge for undergraduate students. The DiMo tool provides support for the acquisition of formal modelling competencies using propositional logic. We extend the tool by generic capabilities to generate problem-specific feedback to students. This allows them to visualise the result of their modelling attempts in terms of the modelled problem at hand, thus helping students to initiate corresponding learning cycles.
A Multidisciplinary Approach to AI-based self-motivated Learning and Teaching with Large Language Models
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Ranzenberger, Thomas; Freier, Carolin; Reinold, Luca; Riedhammer, Korbinian; Schneider, Fabian; Simic, Christopher; Simon, Claudia; Freisinger, Steffen; Georges, Munir; Bocklet, Tobias; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
We present a learning experience platform that uses machine learning methods to support students and lecturers in self-motivated online learning and teaching processes. The platform is being developed as an agile open-source collaborative project supported by multiple universities and partners. The development is guided didactically, reviewed, and scientifically evaluated in several cycles. Transparency, data protection and the copyright compliant use of the system is a central part of the project. The system further employs large language models (LLMs). Due to privacy concerns, we utilize locally hosted LLM instances and explicitly do not rely on available cloud products. Students and lecturers can interact with an LLM-based chatbot in the current prototype. The AI-generated outputs contain cross-references to the current educational video’s context, indicating if sections are based on the lectures context or world knowledge. We present the prototype and results of our qualitative evaluation from the perspective of lecturers and students.
Adaptive Learning Systems in Programming Education: A Prototype for Enhanced Formative Feedback
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Lohr, Dominic; Berges, Marc; Chugh, Abhishek; Striewe, Michael; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Formative feedback is crucial in programming education, yet many learning systems fall short, concentrating mostly on pinpointing errors rather than guiding learners on how to resolve them. This is particularly unhelpful for novices who often lack advanced skills like debugging. Feedback is considered more valuable when it addresses error causes rather than just symptoms. However, this is challenging using only conventional methods like unit testing. Identifying error causes requires detailed information about both the error and the learner. Our proposed prototype introduces a new approach to integrating programming exercises into adaptive learning systems. It directly categorizes student code into so-called answer classes using a combination of static and dynamic code analysis. When integrated with data derived from a learner model, this approach enables tailored feedback that lowers the barrier to learning programming while keeping motivation high.
(Re)-Using the Data: Address Challenges in Research Data via FAIR and APIs
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Schiffner, Daniel; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
With the increasing interest in research data, research data centers (RDCs) face several challenges with the collection, storage and dissemination of data. This keynote highlights some of the intricacies of managing and maintaining research data. It does so from a computer science lens to focus on storage infrastructures, API integration, and usability aspects. Moreover, the FAIR principles are a cornerstone guiding recent developments. This presentation will explore how adhering to these principles fosters open science and accelerates scientific processes. By aligning infrastructure development with the FAIR principles, RDCs and the National Research Data Infrastructure (NFDI) project aim to harmonize data management practices across disciplines, institutions, and borders. Their goal is to promote collaboration and maximizing the utility of research data in the long run. In this context, APIs play a pivotal role to facilitate seamless interaction with diverse data sources and platforms. By leveraging innovative approaches and emerging technologies, researchers can navigate and report research data more effectively, uncovering valuable insights and driving scientific progress.
Hackathon als Pflichtmodul im ersten Semester - Eine Fallstudie
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Stelzner, Marc; Scheer, Sarah; Kaussow, Max; Fischer, Stefan; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Alternative Lehrformate wie Hackathons gewinnen im akademischen Lehrbetrieb zuneh- mend an Bedeutung, um Studierende zu erreichen und zu motivieren. Im Rahmen eines Pflichtmoduls für die Erstsemester der Informatik-Studiengänge der Universität zu Lübeck wurde ein semesterbeglei- tendes Projekt modernisiert und erstmalig als zweitätiger Hackathon durchgeführt, um Studierende in einem Gemeinschaftsgefühl spielerisch für das Thema Programmierung zu begeistern. In der Auswertung des Hackathons wurden dafür u.a. auch die wahrgenommene Schwierigkeit, Vorbereitung, Organisation, sowie die Auswirkung des Wettbewerbs analysiert. Auch wenn das Lehrformat dabei auf grundlegend positive Resonanz sowie den Wunsch nach Fortsetzung und Ausbau stieß, haben sich einige Fallstricke im Rahmen der angemessenen Schwierigkeit und Skalierung ergeben. Die Ergebnisse legen nahe, dass der Hackathon ein motivierendes und innovatives Werkzeug in der Lehre sein kann, jedoch eine große Planungssorgfalt erfordert, um alle Studierenden zu inkludieren.
Schleif-R: Handwerkliches Schleifen in VR
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Schlicker, Marc; Zender, Raphael; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Die Ausbildung an Schleifgeräten gestaltet sich oft als herausfordernd und ist aus verschiedenen Gründen begrenzt, wie aufgrund des Mangels an qualifizierten Lehrkräften, zeitlichen Einschränkungen, Kosten und dem potenziellen Risiko von Verletzungen und Gesundheitsproblemen. Die korrekte Bedienung von Schleifgeräten ist für viele Berufe jedoch von großer Bedeutung. Dieser Beitrag zielt darauf ab, das Potenzial von Virtual Reality (VR) in der beruflichen Bildung zur Vermittlung der Bedienung eines Exzenterschleifers in Diskussion zu stellen. Er präsentiert eine virtuelle Umgebung für die Schleifausbildung. Diese bietet eine Simulation des Schleifprozesses und benutzt einen speziell entwickelten VR-Controller, der das taktile Erlebnis eines tatsächlichen Schleifers nachahmt.
A novel project assignment fostering self-competence and reflection using robotics for first-year CS students
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Baur, Melanie; Sedlmair, Johanna; Speiser, Sebastian; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
We developed and evaluated a novel project assignment tailored to computer science Bachelor freshmen, which challenges them to program a self-driving car using robotics, as part of orientation week at our university. The project assignment is a main element of our orientation week, supporting the transition of our new students into the higher education system. Therefore, we facilitate peer-to-peer interaction, encourage students to reflect on their academic role, and focus on skills they need for studying. A requirements analysis is the basis for the redesign, leading to improvements in achieving the program objectives. Evaluation results support the significant effectiveness of the redesign. The requirements developed can serve as a blueprint for creating engaging project assignments for various other degree programs and beyond. The assignment is available on the ZOERR platform licensed under Creative Commons.
Towards Nonverbal Communication in Multi-User Virtual Reality Learning Environments: A Systematic Review
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Wehrmann, Frank; Zender, Raphael; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Virtual Reality is uniquely positioned to enable multi-user interactions through embodiment in virtual environments. Beyond verbal communication, this embodiment allows for various modes of nonverbal communication, such as body language, facial expressions, gestures, and avatar design. Nonverbal communication plays a significant role in face-to-face communication and is especially relevant in inclusive education, where both the diversity of expression of the students and their various communicative needs can be better catered to with a wider range of available communicative means. To explore the current state of practices and perceived benefits of nonverbal communication in multi-user virtual reality learning environments, a systematic review was conducted. The review identifies 14 relevant papers but concludes that this area represents a research gap. A discussion of potentials for nonverbal learning highlights future directions to address this gap.
Supporting Constructive Alignment: Visualization of the Alignment of Teaching Goals and Developed Assignments
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Azaiz, Imen; Strickroth, Sven; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
In higher education, aligning educators’ goals with students’ diverse needs is a major challenge, especially in large classes that make it difficult for educators to monitor students’ progress. This paper introduces a novel approach grounded in constructive alignment principles, enhancing the integration of learning objectives and competency models. By aligning teaching goals and developed assignments, our approach fosters deep insights, enabling adaptive teaching and promoting differentiated learning activities. It demonstrates whether assignments comprehensively cover the course’s learning objectives based on assignment annotations. This comprehensive alignment analysis provides a comprehensive overview, aiding educators in developing assignments that match the learning objectives and in planning targeted interventions to support students. The feasibility of the general approach was tested using data from an introductory computer science course.
Konzeption eines adaptiven Systems für Augmented Reality Lehr-Lernsysteme mit individuellen Lernszenarien
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Wohlers, Dennis; Schröder-Kroll, Roland; Golovanev, Svetlana; Geis, Michael; Mushoff, Maximilian; Varney, Valerie; Metternich, Joachim; Weißbach, Rüdiger; Wagenitz, Axel; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Adaptives Lernen, ein personalisierter Lehransatz der Lerninhalte an die individuellen Bedürfnisse der Lernenden anpasst, führt bei der Integration in Augmented und Virtual Reality (AR, VR) Lernumgebungen zu vielversprechenden Ergebnissen im Kontext lernförderlicher Faktoren. Im Bereich von AR Lehr-Lernsystemen, die es Lehrenden erlauben, unabhängig vom Lehrgegenstand selbstständig Lernsimulationen zu erstellen, konnten in der Literatur keine bestehenden Ansätze für adaptive Modelle identifiziert werden. Für das gegenwärtige Forschungsprojekt „easyARguide“ erscheint die Integration von Adaptivität als vielversprechender Weg, um den Lerntransfer zu verbessern. In dem Paper wird ein adaptives AR-Lehr-Lernsystem mit anpassbaren Lehrinhalten entwickelt. Das System adressiert eine flexible Lerngestaltung, um die individuelle Präferenz von Lehrenden bei der Lernumgebungserstellung zu gewährleisten und gleichzeitig eine unabhängige Anwendung auf diverse Lerngebiete sicherzustellen. Dieser Ansatz ist als konzeptionelle Ausarbeitung zu verstehen, dessen Wirksamkeit noch nicht empirisch untersucht worden ist. Das entwickelte Modell soll als Grundlage für weitere Forschungsarbeiten fungieren.
Entwicklung und Evaluation einer KI-Assistenz zur didaktisch-pädagogischen Unterstützung des Lernprozesses mit Programmieraufgaben
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Kießling, Peter; Funke, Florian; Hofmann, Sven; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Der Einsatz von Chat-Systemen mit KI-generierten Antworten nimmt in allen Lebens- bereichen kontinuierlich zu. Auch im Schulkontext wird vermehrt auf KI als Unterstützungssystem bspw. für die Erstellung von Aufgaben zurückgegriffen [Ma23]. Chatbots wie ChatGPT liefern hierbei oft vollständige Lösungen für gestellte Aufgaben. Dadurch lösen Lernende grundlegende Aufgaben mithilfe eines Werkzeugs, welches den Anspruch an die eigene kognitive Leistung der Lernenden verringert. Gleichzeitig eröffnet dies neue Lernansätze. Im Schulkontext ergeben sich jedoch zwei Probleme: Erstens steht die Generierung von vollständigen Lösungen einem produktiven Lernprozess entgegen. Zweitens verfügen die Lernenden unter Umständen über keinen eigenen Zugang zu solchen Systemen. Um diesen Problemen entgegenzuwirken, wird in diesem Beitrag die Entwicklung und Evaluierung eines eigenen Unterrichtswerkzeugs vorgestellt. Der sogenannte Programmier-Copilot beantwortet Fragen der Schülerinnen und Schüler und versucht dabei gleichzeitig ein hohes Maß an kognitiver Aktivierung zu erhalten. Im folgenden Beitrag werden die Entwicklung sowie die Erprobung der Wirksamkeit eines solchen Tools im Unterricht dargestellt.
Term Extraction for Domain Modeling
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Kruse, Theresa; Lohr, Dominic; Berges, Marc; Kohlhase, Michael; Moghbeli, Halimeh; Schütz, Marcel; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Adaptive learning systems need to use domain and learner models to provide meaningful support for learners. Building fine-grained domain models by hand is very time-consuming, so the demand for partial automation is high. This paper investigates how term extraction tools can support constructing a domain model. Therefore, we study if different automatic term extraction tools give comparable results to a human annotator. Our results show that the current extraction tools support the process, but their results are not directly usable and still need human adjustments.
Enhanced Program Comprehension: Individualized Learning of Code Tracing with the Feedback Buddy
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Koch, Nadine Nicole; Kapfenstein, Ann-Kathrin; Meißner, Niklas; Wirzberger, Maria; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
The increasing importance of programming skills for various professions highlights the necessity of laying solid foundations for these skills in school. One critical step when learning programming is code tracing, i.e., the ability to analyze program code to predict the data changes when the code is executed. Considering the diverse levels of prior knowledge in computer science classes, it is essential to implement tailored teaching approaches, which can enhance the respective learning outcomes. To create personalized learning paths, we developed the tutoring system Feedback Buddy that teaches if-else branches, for loops, and combinations of them using tracing tables. Thereby, the Feedback Buddy adapts its feedback and task difficulty based on learners’ affective, cognitive, and metacognitive states. Extending former systems, our approach focuses on school education and uses 𝑡h growth mindset feedback. Evaluation with 10 positive results, affirming the usability and usefullness of the Feedback Buddy in secondary school education.

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