TU-WAS: Technische Universität Darmstadt – Webbasierte Aufgabensammlung mit STACK

Was ist TU-Was?
Das Projekt TU-WAS am Fachbereich Mathematik der TU Darmstadt ist Teil des Projekts „Hessenhub“ und steht für „Technische Universität Darmstadt – Webbasierte Aufgabendatenbank mit STACK“. Das Projekt richtet sich inhaltlich vorrangig an Mathematik-Lehrveranstaltungen ingenieurwissenschaftlicher Studiengänge des ersten Studienjahres. Die Präsenzlehre in Form von Vorlesung und Übung soll durch den Einsatz von digitalen Aufgaben ergänzt werden, um einerseits Übungsleitende hinsichtlich der Übungsbetreuung und des Korrekturaufwands zu entlasten, andererseits Studierenden mithilfe eines digitalen Aufgabenarrangements differenzierend und individuell Unterstützung anbieten zu können. Innerhalb des TU-WAS Projekts wurden dabei unterschiedliche Arbeitsschritte fokussiert:

• Konzeptualisierung und Entwicklung digitaler Mathematikaufgaben mit STACK
• Entwicklung zweier Kriterienkataloge sowohl zur Erstellung qualitativ hochwertiger digitaler Aufgaben, als auch zur Prüfung und Evaluierung dieser Aufgaben bezüglich fachdidaktischer, mathematischer und technischer Aspekte.
• Technischer Support zur adäquaten Einbindung und Umsetzung von STACK und Maxima (siehe Abschnitt STACK) in das universitätsweite Moodle-Netzwerk in Kooperation mit dem Hochschulrechenzentrum und der hochschuldidaktischen Arbeitsstelle, sowie dem Fachbereich für Informatik
• Schulungen für Assistierende und Lehrende im Umgang mit der Aufgabendatenbank sowie zur Erstellung von Aufgaben mit STACK

Wer ist TU-Was?
Der Fachbereich Mathematik wird im Rahmen des TU-WAS Projekts vertreten durch:
Prof. Dr. Ulrich Reif
M.Sc. Ömer Genc
M.Sc. Ingmar Metzler
Unterstützung erfährt das Projekt durch den Arbeitsbereich E-Learning der Hochschuldidaktischen Arbeitsstelle (HDA), geleitet von Dipl.-Päd. Christian Hoppe. Das Projektteam steht dabei außerdem in engem Kontakt mit dem Hochschulrechenzentrum der TU Darmstadt sowie dem GWDG der Universität Göttingen.

Projektziele
Ziel des digitalen Aufgabenarrangements ist es, den Studierenden die Möglichkeit zu bieten, selbständig und abseits von Präsenszeiten Inhalte der Lehrveranstaltung zu wiederholen sowie zu vertiefen und dabei unmittelbare und vor allem individuelle Rückmeldung hinsichtlich ihrer Leistungen zu erhalten. Durch die Einbettung digitaler Hausübungen (einzureichende und benotete Hausübungen) mit automatischer und fehleradaptiver Rückmeldung ist es zudem möglich, Übungsleitende der entsprechenden Lehrveranstaltung hinsichtlich etwaiger Korrekturarbeiten zu entlasten, so dass diese sich bei ihrer Arbeit auf verständnisförderndes, qualitatives Feedback fokussieren können. Das fehleradaptive Feedback sorgt zudem aus didaktischer Sicht für selbstregulative Prozesse, die ein Lernen initiieren bzw. intensivieren können. Zusätzlich zum fehleradaptiven Feedback sind die Aufgaben randomisiert und forcieren somit einerseits ein eigenständiges Bearbeiten der Aufgabe (jeder Studierende bearbeitet den identischen Aufgabentyp, jedoch mit verschiedenen Zahlbeispielen) und ermöglichen andererseits Trainingsszenarien für Klausuren. Durch die Unterstützung in Form der digitalen Aufgabendatenbank, welche in den beschriebenen Szenarien beliebig eingesetzt werden kann, soll die mathematische Studierfähigkeit der Studierenden im ersten Studienjahr verbessert, der Übergang von der Schule zur Hochschule erleichtert sowie die Abbruch- und Durchfallquoten im mathematischen Ingenieurstudium gesenkt werden.

STACK
Die Implementierung der Aufgaben erfolgt mithilfe des Moodle-Plugins STACK. Mit diesem lassen sich Aufgaben konzipieren, zu deren Bearbeitung mathematische Ausdrücke eingegeben und vom angebundenen Computeralgebra-System Maxima ausgewertet werden können. Auf diese Weise ist es möglich, die Eingabe der Studierenden auf mathematische Eigenschaften zu prüfen und zu entscheiden, ob und in welchem Umfang die jeweilige Aufgabe korrekt gelöst wurde. Durch diese Innovation lassen sich neue Aufgabenformate realisieren, die über eine reine Kalkülorientierung hinausgehen und die auch verschiedene Lösungen ermöglichen. Des Weiteren können Aufgaben, deren Antworteingabe über eine numerische hinausgeht, nun auch über offene Antwortformate valider abgebildet werden, da insbesondere keine gegebenen Antwortmöglichkeiten, wie beim MC-Format ein Identifizieren möglicher Antworten, erlauben. Mithilfe von STACK ist es möglich, einen Abgleich der Antworteingabe mit typischen Fehlern zu erreichen, sodass darauf aufbauend ein Feedback generiert werden kann. Hierdurch erhalten Lernende ein an ihren individuellen Wissens- und Könnensstand angepasstes fehleradaptives Feedback. Es kann somit im Rahmen eines self-monitorings der individuelle Lernstand und etwaige Lernzuwachs der Studierenden sichtbar gemacht werden, wodurch sich STACK Aufgaben als Diagnoseinstrument eignen. Darüber hinaus ist es möglich, durch individualisierte Aufgaben und fehleradaptive Rückmeldungen das Selbststudium der Studierenden zu initiieren und somit ein semesterbegleitendes Lernen und Üben zu intensivieren. Etwaige Effekte von digitalen Aufgaben (eingesetzt als flexibles Aufgabenarrangement während des Semesters und digitalen Hausübungen) auf das individuelle Lernverhalten von Studierenden und dem Arbeitsaufwand von Übungsleitenden werden zudem parallel im Rahmen einer Dissertation wissenschaftlich untersucht.

Bisheriger Einsatz und Ausblick
Die Aufgabendatenbank wurde im Wintersemester 2020/21 und Sommersemester 2021 erfolgreich in den Lehrveranstaltungen Mathematik I für Maschinenbau und Mathematik II für Maschinenbau sowie im Wintersemester 2021/22 und Sommersemester 2022 in den Lehrveranstaltungen Mathematik I für Bau und Mathematik II für Bau eingesetzt. Nach dieser zweijährigen Testphase, wird die digitale Aufgabendatenbank zum Wintersemester 2022/2023 dem gesamten Fachbereich Mathematik und allen Lehrenden zur Verfügung gestellt, um entsprechende Lehrveranstaltungen bereichern zu können. Im Wintersemester 2022/2023 werden die folgenden Lehrveranstaltungen die digitale Aufgabendatenbank nutzen, sodass ca. 1700 Studierende von diesem Angebot profitieren können: Mathematik I für Bauingenieure, Mathematik I für Maschinenbauingenieure, Höhere Mathematik I, Analysis I, Lineare Algebra I für Physiker, Lineare Algebra I, sowie Mathematik für Informatiker. Insgesamt stehen ca. 250 funktionstüchtige Aufgaben im Bereich der Ingenieurmathematik zur Verfügung, welche im Rahmen eines Qualitätssicherungsprozesses von studentischen Hilfskräften anhand eines eigens entwickelten Kriterienkatalogs evaluiert worden sind. Weitere Aufgaben befinden sich derzeit in der Entwicklungsphase, um die Aufgabendatenbank in Tiefe und Breite zu erweitern. Der Übungsbetrieb wird semesterbegleitend durch die fehleradaptiven, automatisch korrigierenden Aufgaben ergänzt – in Ingenieursveranstaltungen mindestens zur Hälfte, was zu einer massiven Entlastung der studentischen Hilfskräfte führt und es ihnen ermöglicht ihre Korrekturkapazitäten auf qualitative Aufgaben zu fokussieren und somit verständnisfördernd einzusetzen. Das Moodle Plugin STACK steht außerdem beginnend mit dem Wintersemester 2022/2023 der gesamten TU Darmstadt zur Verfügung, sodass Lehrende STACK nach eigenen Vorstellungen verwenden können. Das Projektteam TU-WAS bietet hierfür entsprechende Schulungen an, um den Einsatz von und den Umgang mit STACK innerhalb von Moodle zu demonstrieren.

Weitere Informationen und Kontakt
www.tu-was.jetzt