Informatik und Schule 1991

Seit nahezu 40 Jahren wird versucht, Computer nicht nur zum Rechnen, sondern auch zur Unterstützung und teilweise sogar als Ersatz für menschliche Lehrer einzusetzen. Es gab Phasen der Euphorie, die geprägt wurden durch große Projekte wie z.B. das PLATO-Projekt an der University of Illinois Mitte der 70er Jahre, die Projekte Athena am MIT [3], Andrew an der CMU [17], das HECTOR-Projekt an der Universität Karlsruhe [12,13], sowie das COSTOC-Projekt, über das hier berichtet wird (COSTOC = Computer Supported Teaching of Computer-Science).

Der Konflikt zwischen einer expandierenden Informationstechnik einerseits und der Lebenswelt andererseits, führt zu der Frage, inwiefern das Verhältnis zwischen Mensch und Technik neu bedacht werden muß. Eine Analyse der Vorstellung vom Menschen als ein informationsverarbeitendes System zeigt, daß der Mensch die Informationstechnik benutzt, um sich von seiner Lebenswelt theoretisch und praktisch-politisch abzukoppeln. Die Infragestellung dieses Anthropozentrismus führt zu einer Neubestimmung der Technik, die jetzt nicht mehr als Maske einer weltlosen Subjektivität, sondern als Lebensform aufgefaßt wird. So gesehen, gehört die Gestaltung der Informationstechnik in den Bereich des privaten und öffentlichen Diskurses und sie bleibt den vielfältigen ethischen und ästhetischen Dimensionen der Lebenswelt verpflichtet.

„Informatik” sollte nicht ständig als neu begündet werden, aber die Entwicklung zum erfolgreichen Schulfach ist fortzusetzen. Dazu sind gute Erfahrungen zu bewahren. Aus erkanntem Mangel folgt die Suche nach Elementen, die den Lehrgegenstand bereichern, ohne ihn zu überladen. Dazu gehören in stärkerem Maße theoretische Grundlagen für praktisches Handeln. Die Techniken der geistigen Arbeit beschränken sich nicht auf die Anwendung einer Programmiersprache. Modelle suchen, deren Objekte und Strukturen bestimmen, ihre Leistungsfähigkeit bewerten, das alles besitzt hohen persönlichkeitsbildenden Wert in einer Zeit, da qualifizierter Umgang mit Informationen den Zugang zu anderen Disziplinen beeinflußt. Informatikunterricht kann zeigen (und erlebbar machen), daß zu verschiedenen Problemen die passenden Darstellungsformen für das Ausgangswissen und das abzuleitende Wissen (Lösung) auszuwählen sind, und nicht das Problem zurechtgebogen werden sollte. Der Umgang mit dem Wissen (Gewinnung, Darstellung, Verarbeitung) und dessen komplizierte Eigenschaften (unvollständig, unsicher, zeitabhängig) wird zur Verbindungslinie zwischen Grundmodellen und aktuellen Anwendungen.

At the end of 1987 we started a teaching Software project for the Basic Course on Mathematical Logic for first-year students. The decision to use the Computers was initially caused by poor Performance of the students in two subjects: programming Turing Machines and the construction of the proofs in formal theories. In the process of the work we have added two more simple themes: truth-table exercises and the algebraic manipulation of the formulas.

Die Anforderungen an Informatik-Ausbildung im betriebswirtschaftlichen Studium wachsen ständig. Veränderungen der Studienpläne, etwa die Anpassung der Stundenzahl, gestalten sich als schwierig; eine Erhöhung des Anteils der Informatik-Vorlesungen wäre mit Kürzungen anderer Veranstaltungen verbunden. Aus der Sicht des Verfassers ist eine kontinuierliche Anpassung an den Bedarf nur möglich, indem andere Lern- und Lehrmethoden als bisher zum Einsatz kommen.Der Beitrag beschreibt ein Experiment an einer Fachhochschule, die Ausbildungsinhalte zu intensivieren. Es wurde gleichermaßen Wert gelegt auf den Erwerb von Kenntnissen (Fakten), das kausale Denken (Zusammenhänge) und Fertigkeiten (Übungen am Rechner). Auf diese Ziele ausgerichtet sind sowohl die Vorlesung, die Lernmittel, als auch die Gestaltung der Prüfung. Die ersten Erfahrungen zogen bereits beachtliche Erfolge nach sich. Im Vergleich mit den konventionell abgehaltenen früheren Vorlesungen konnte bei gleicher Wochenstundenzahl mehr Stoff behandelt werden. Die Prüfungen sind trotzdem besser ausgefallen als bisher.

Übernimmt man als Informatiker einen Informatik-Grundkurs für Mathematiker oder Naturwissenschaftler, so stellt man sich mitten in ein Feld von Widersprüchen und Schwierigkeiten, bevor man überhaupt die erste Vorlesung gehalten hat. Das geht schon los, wenn man mit den Kollegen des Fachbereiches spricht, aus dem die Studenten kommen werden. „Hauptsache, die Studenten lernen ordentlich programmieren“, ist zumeist die Quintessenz der Gespräche.

Der Artikel beschreibt eine grafische Simulationsumgebung, die den Ablauf von Kommunikationsprotokollen visualisieren soll. Anhand der Abarbeitung eines HDLC-Protokolls werden Protokollmechanismen wie Blockbildung und Blocknumerierung, sowie Begriffe aus dem ISO-OSI-Referenzmodell wie Dienstzugangspunkt, Protokolldateneinheit, Schichtung und Dienst veranschaulicht. Das Simulationsprogramm wurde auf einem Atari-ST-Computer implementiert und für die Studentinnenausbildung im Rahmen eines Praktikumsversuchs eingesetzt.

Für alle Studenten der Informatik am Institut für Informatik der Technischen Universität München ist der Besuch der Grundlagen-Vorlesung „Technische Grundlagen der Informatik“ Pflicht. Ebenso verpflichtend ist der Besuch des gleichnamigen Praktikums, bei uns TGI-Praktikum genannt, das sich mit der kompletten Hardware der Rechnertechnik beschäftigt. Dieses Praktikum beginnt mit Versuchen zur Aufnahme von Bauteilkennlinien und endet mit Versuchen zu verschiedenen Mikroprozessoren. Die Zwischenstufen beschäftigen sich mit logischen Schaltungen, Verstärkern und Mikroprogrammierung.

Im vorliegenden Beitrag wird der Editor VISAGE vorgestellt, mit dem zum einen statische graphische Strukturen interaktiv manipuliert, zum anderen „Trickfilme“ erstellt und zur Ausführung gebracht werden können. Neben der strukturierten Repräsentation und Abspeicherung der Informationen in einer relationalen Datenbank zeichnet sich dieses System einerseits durch die Möglichkeit aus, die Graphen einem automatischen Layout zu unterwerfen, andererseits kann der Editor auch vermöge der speziell für diesen Zweck entworfenen Sprache VISA-Skript nicht-interaktiv gesteuert werden. Dadurch wird es möglich, Applikationen zu erstellen, die dieses Tool als Animationswerkzeug - z.B. zur Veranschaulichung von Algorithmen - verwenden.Das System ist auf einer UNIX-Workstation unter X Window, System 11, Release 4 und dem relationalen Datenbanksystem TransBase in C implementiert.

Am Rahmen einer informations- und kommunikationstechnischen Grundbildung sollen alle Heranwachsenden eine Einführung in die wesentlichen Anwendungen der Informations- und Kommunikationstechniken erfahren. Insbesondere behinderte Menschen sind von den Möglichkeiten und Auswirkungen betroffen. Neue Chancen, aber auch Risiken, sind mit der Einführung dieser Technologien verbunden. Um behinderten Schülerinnen und Schülern eine entpsrechende Grundbildung zu erschließen, bedarf es Unterrichtssoftware, die auch die behinderungsspezifischen Problemstellungen berücksichtigt. Es werden einige Kriterien bzw. Prinzipien zur Gestaltung von Unterrichtsmaterialien und Unterrichts Software genannt und an einem Beispiel zum Lernbereich Prozeßdatenverarbeitung konkretisiert. Die Medien wurden zur Unterstüzung eines binnendifferenzierenden Unterrichts an Sonderschulen für lernbehinderte, körperbehinderte, sehbehinderte, gehörgeschädigte und sprachbehinderte Mädchen und Jungen im Rahmen der Integration an allemeinen Schulen entwickelt und erprobt. Die grafische Benutzungsoberfläche zur Prozeßsteuerung „GRAF PROZ“ kann im Fachunterricht Arbeitslehre, Informatik und in Schülerarbeitsgemeinschaften zur schülerorientierten Einführung in die Darstellung von Problemlösungen in algorithmischer Form verwendet werden.

Modellbildung und Simulation erweisen sich als zunehmend relevant bei der Entwicklung und Bewertung von komplexen Systemen, sei es zum Studium bereits existierender Systeme oder als Entscheidungshilfe zur Auswahl von mehreren Entwicklungsalternativen. Diesem Sachverhalt muß auch in der Studentenausbildung Rechnung getragen werden. Um Studenten in die Thematik der rechnergestützten Simulation einzuführen, ohne sie mit allzu großem Programmieraufwand zu belasten, wurde der Simulationsbaukasten PROST entwickelt. An einem einfachen Beispiel wird die Handhabung des „Baukastens“ erläutert.

Computerunterstützter Unterricht (CUU) ist gemessen an der Vielfalt flexibel einsetzbarer methodischer Hilfsmittel und dem Variantenreichtum von Ausdrucksformen beim Lehrer-Schüler-Dialog im Rahmen konventionellen Unterrichts vergleichsweise unterentwickelt.

In einem wissenschaftlich begleiteten Schulversuch wird untersucht, nach welchen Gesichtspunkten ein Programm zum lückenschließenden Üben im Mathematikunterricht der Grundschule gestaltet werden sollte, und welche Wirkungen es im langfristigen Unterrichtseinsatz zeigt. Elementare Grundsätze der Programmentwicklung sind die Einbeziehung der Anregungen und Wünsche der Lehrerinnen und Lehrer der beteiligten Schulen, die Umsetzung fast aller Themen des Lehrplans und die Adaptivität des Programms an die Leistungsfähigkeit des individuellen Schülers. Die größte Herausforderung bei der Erstellung des Programms besteht in der Gestaltung von dialogisierten Sequenzen, die Schülern helfen sollen, Fehler sofort nach deren Auftreten zu überwinden.

Eine wesentliche Orientierung für den Modellversuch COMPIG lieferte das Forschungsvorhaben zum Thema „Computer in der Grundschule“ vom August 1988 bis März 1989 und das daran anschließende Symposion zum gleichen Thema (Soest 1989).

Die Einführung neuer Technologien im Bereich Konstruktion und Fertigung verändert Arbeitsinhalte und Qualifikationserfordernisse. Rechnergesteuerte Konstruktion und Fertigung revolutioniert den volkswirt-schaftlich wichtigsten Bereich hochindustrialisierter Staaten und sollte daher auch zentrales Thema einer umfassenden und differenzierten Informationstechnischen Bildung werden. Grundlage für einen hand- lungs- und produktionsorientierten Unterricht kann eine sachadäquate Ausstattung der entsprechenden Fachbereiche mit geeigneten produktionsfähigen Maschinen und Software sein.

Vor etwa fünf Jahren wurde in der DDR begonnen, ein Konzept für die Informatik-Ausbildung an all-gemeinbildenden Schulen zu realisieren. Dieses — dem algorithmenorientierten Ansatz folgende — Konzept wird in dem Beitrag einer kritischen Wertung unterzogen. Damit ist zugleich die Motivation für den zu beschreibenden einjährigen Unterrichtsversuch mit Schülern einer 11. Klasse gegeben. Es werden Ziele und Inhalte des Unteirichtsversuchs dargestellt. Dabei werden auch die eingesetzten Aufgaben mit ihren unterschiedlichen didaktischen Funktionen diskutiert.

Datenbanken versprechen, dem Nutzer das “Wissen der Welt” zu jeder Zeit an jedem Ort zur Verfügung zu stellen. Können Datenbanken und Telekommunikation im Unterricht und in der Unterrichtsvorbereitung als ein neues Medium eingesetzt werden? Dies war die Zielfrage des Modellversuchs “Nutzung von Datenbanken für Schule und Unterricht (MODIS)”. In den letzten drei Jahren sind umfassende Ergebnisse gesammelt und exemplarische Beispiele entwickelt und erprobt worden.

Die im folgenden angestellten Überlegungen zu Hypertext nehmen ihren Ausgangspunkt in einem genuin philologischen Erkenntnisinteresse, nämlich der Grundfrage aller textorientierten Wissenschaften „Was ist ein Text?“. Wie es Grundfragen so an sich haben, werden sie im wissenschaftlichen Normalbetrieb eher beiseite gelassen, treten aber dann in den Vordergrund, wenn eine Disziplin in eine Phase der methodologischen Reorientierung eintritt. Die Antworten, die auf die Frage nach dem, was einen Text ausmacht, gegeben werden, konstituieren jeweils schon bestimmte Paradigmen der Textwissenschaften: Wenn die Editionswissenschaft des 19.Jahrhunderts den bis dahin gültigen Textbegriff, der sich weitgehend mit dem physischen Dokument gleichsetzte, als naiv und für eine „kritische Philologie“ unbrauchbar darstellt, so wird das Problemfeld der Philologie insgesamt neu abgezirkelt. In noch weit fundamentalerer Weise brachte die Entwicklung der Schrift eine Neuformulierung des Textualitätsbegriffs mit sich: Orale, also schriftlose Kulturen, besitzen sehr wohl Texte im Sinne hochstrukturierter und auch reproduzierbarer Kommunikationshandlungen, das Medium Schrift macht jedoch Texte möglich, die nicht mehr unmittelbar pragmatisch verankert sind.

In der wirtschaftberuflichen Ausbildung wird zunehmend ein systemisches Denken und Handeln in kom-plexen wirtschaftlichen Zusammenhängen gefordert. Probleme der unterrichtlichen Umsetzung sind u. a. in fehlenden Beschreibungs verfahren für Prozesse und Abläufe in sozio-technischen Systemen, wie Betriebe, begründet. ERM als theoretisch fundiertes und praktisch erprobtes Beschreibungs- und Gestaltungsverfahren der WI wird als ein Verfahren betrachtet, das die Komplexität betrieblicher Zusammenhänge bei einem hohen Abstraktionsniveau auf kaufmännische Grundbegriffe reduzieren kann, leicht verständliche Darstellungsformen bietet und als Entwurfsverfahren unmittelbar den Schritt zur Realisierung kaufmännischer Probleme zeigt. Im vorliegenden Beitrag wird am Beispiel der Beschaffung im Handelsbetrieb der Aspekt der Komplexitätsreduzierung in den Vordergrund gestellt.

Möglichkeiten der Nutzung von Lernsoftware in der betrieblichen Weiterbildung stehen im Mittelpunkt eines Forschungsschwerpunktes, der gegenwärtig vom Bundesinstitut für Berufsbildung in Berlin betreut wird. Eine der in diesem Zusammenhang interessierenden Fragen lautet, ob, unter welchen Bedingungen und mit welchem Erfolg im Arbeitsumfeld kaufmännisch-verwaltender Fachkräfte interaktive Lernmedien arbeitsplatznah eingesetzt werden können. Ausgangspunkt ist die Beobachtung, daß die Umstrukturierung von Tätigkeitsinhalten und -ablaufen mittlerweile auch vor den kaufmännischen und technischen Büros nicht mehr Halt macht. Daraus erwächst ein ständig zunehmender Qualifizierungsbedarf, der mit den überkommenen Formen betrieblicher Weiterbildung kaum noch bewältigbar erscheint.

In einem vom Bundesinstitut für Berufsbildung betreuten Modellversuch wurden fünf Module für eine multimediale Ausbildung in der computergestützten Warenwirtschaft entwickelt. Der Artikel beschreibt die Planung und Entwicklung der Medien.

Soll das grundlegende didaktische Postulat einer lernergemäßen Vermittlung von Lehr-/Lerninhalten auch im Zusammenhang des computerunterstützten Lernens (CUL) eine Bedeutung besitzen, dann sind Erkenntnisse über den Zusammenhang von Zielgruppenvoraussetzungen und Gestaltungsvarianten von CUL grundlegend. Solche Erkenntnisse liegen derzeit nur fragmentarisch vor. Aus diesem Grunde wurde in einer qualitativ angelegten Untersuchung die verfügbare Literatur zu dieser Fragestellung ausgewertet und in Interviews validiert. Ziel der Untersuchung war es, zentrale Anhaltspunkte für die Auswahl und Gestaltung von zielgruppenbezo- gener Lernsoftware bereitzustellen. Im einzelnen wird begründet, unter welchen Voraussetzungen der Zielgruppe ein besonderer didaktischer Aufwand bei der Gestaltung von Ablaufsteuerung, Interaktion und Infor-mationspräsentation innerhalb einer Lernsoftware sinnvoll ist.

Der folgende Beitrag thematisiert die Anforderungen, die durch den Einsatz des Computers als Gegenstand und als Medium des Lernens auf Curriculumplaner und -revisoren zukommen.

Ausgehend von Überlegungen zum Einsatz von Computern im Unterricht der einzelnen Fächer wird zur Notwendigkeit und zu pädagogisch-didaktischen Fragen der systematischen Coursewareentwicklung argumentiert. Am Beispiel der Arbeit mit dem in Dresden entwickelten Autorensystem DAUS können Möglichkeiten der praktischen Realisierung einer Coursewaretechnologie vorgestellt werden.

Am Beispiel des Dresdner AUtorenSystems DAUS werden Möglichkeiten der Nutzung wissensbasierter Moduln in Autorensystemen untersucht. Dabei liegt der Schwerpunkt der Betrachtungen auf der Bereitstellung von Werkzeugen zu einer möglichst genauen Analyse der Schülerantworten. Exemplarisch wird gezeigt, wie mit Hilfe eines Prologprogramms die Kontrolle der Antwort eines Lernenden realisiert werden kann.

Die Qualitätsicherung beim Erstellen interaktiver Lernprogramme erstreckt sich über den gesamten Entwicklungsprozeß. Sie umfaßt die Aufgaben Qualitätsplanung, -prüfung und -lenkung. Ohne eine Planung bzw. Vorgabe der erforderlichen Qualität, ist eine laufende bzw. abschließende Überprüfung nicht möglich. Maßnahmen zur Qulitätssicherung beschränken sich nicht nur auf die Produktqualität, sondern schliessen die Qualität der Vorgehensweise beim Entwickeln mit ein. Qualitätssicherung ist jedoch ohne eine Planung bzw. Vorgabe der erforderlichen Qualität nicht möglich. Diese erfolgt über sogenannte Qualitätsmerkmale, die um aussagekräftig zu sein in mehrere Stufen unterteilt werden müssen. Um die Qualität des Entwicklungsprozesses sicher zu stellen, untergliedert man diesen in einzelne Phasen, die durch Zwischenergebnisse, sogenannte Meilensteine mit definiertem Inhalt gekennzeichnet sind. Die Meilensteine müssen nach ihrer Fertigstellung einer Qualitätsprüfung unterzogen werden und falls diese positiv verlaufen ist, vor der Weiterentwicklung explizit freigegeben werden.

Heute verfügbare Autorensysteme geben einem Autor mächtige Werkzeuge mit einer Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten an die Hand. Hilfen für gutes Kursdesign und didaktisch sinnvollen Aufbau von Lernsoftware fehlen jedoch. Wir beschreiben eine Erweiterung des Autorensystems Course of Action™1 um vordefinierte Kurssequenzen, die sowohl Design- als auch Didaktikwissen beinhalten und dadurch den Autor beim Lernsoftware-Entwurf unterstützen.

Über ein gängiges Phasenmodell des Courseware-Entwicklungsprozesses werden an einem einfachen Beispiel Mängel in der Unterstützung durch konventionelle Autorensysteme und der daraus resultierenden Vorgehens weise offengelegt. Die daraus gezogenen Folgerungen fordern die Unterstützung des Autors durch Software bereits für die Analysephase der Courseware-Entwicklung durch explizite Repräsentation von Inhaltsstrukturen, die in implementierbare didaktische Strukturen transformiert werden können.

Es wird das Modellbildungssystem MODUS vorgestellt, welches — neben der grafischen Repräsentation von Modellen dynamischer Systeme nach der System-Dynamics-Methode — ein leistungsfähiges Teilmodellkonzept beinhaltet. Dieses Konzept erlaubt die Umsetzung sehr unterschiedlicher Vorgehensweisen im Unterricht Die Funktionalität des Modellbildungssystems wird dargestellt. An zwei Beispielen (PID-Regelung bzw. Bevölkerungsentwicklung) werden mögliche Unterrichtsgänge skizziert, die dem Top-Down- bzw. Bottom-Up-Konzept folgen.

Ein dynamisches System ist ein Gefüge von zeitabhängigen und miteinandervernetzten Variablen, dessen Zustand sich in gesetzmäßiger Weise verändert. Das Verstehen von und der adäquate Umgang mit dynamischen Systemen erfordern eine Form des Denkens, die hier als „Systemdenken“ bezeichnet werden soll. Wie die Erfahrung zeigt, fällt uns das „Denken in Systemen“ nicht leicht; wir Menschen neigen ganz generell zu einem monokausalen Denken, einem Denken, welches Ereignisse auf eine Kette von Ursachen und Wirkungen zu reduzieren trachtet und Neben- oder Rückkopplungseffekte eines Ereignisses weitgehend unberücksichtigt läßt (vgl. Dörner, 1989, Riedl, 1982, Vester, 1984). Demgegenüber bedeutet Systemdenken „Denken in Zusammenhängen. Nur dies verhindert, daß ein Teil für das Ganze genommen, von der Veränderung eines Aspektes linear auf die Veränderung des Ganzen geschlossen wird“ (Willke, 1991, S. 150).

Es werden Unterrichtseinheiten vorgestellt, bei denen das Modellbildungswerkzeug MODUS zum Einsatz kommt. MODUS erlaubt es, ein dynamisches System vollständig auf einer grafischen Oberfläche zu modellieren und es anschließend in seinem zeitlichen Verlauf zu simulieren. Die behandelten Beispiele sind stammen aus den Fächern Mathematik (Wachstum), Wirtschaft (Wirtschaftskapitän), Biologie (Lebensgemeinschaft Wald); und Chemie (Kohlenstoff-Flüsse). Über erste Unterrichtserprobungen wird berichtet.

In dem Maße wie die gesellschaftliche Prägekraft von Technik wächst, wird Technikgestaltung zu einer Dimension sozialer und politischer Gestaltung. Dies heißt umgekehrt, daß für das Verstehen und Beeinflussen bestimmter politischer und sozialer Prozesse ein gewisses technisches Schlüsselwissen unabdingbar wird. Vor allem in Phasen technologischer Umbrüche darf sich auch politische Bildung nicht zieren, dieses zu vermitteln.

Das Planspiel-Seminar TAU (Technik, Arbeit, Umwelt) wurde Ende der 80er Jahre für die Weiterbildung von Beamten des höheren Verwaltungsdienstes entwickelt. Seither wird das Seminar als drei- bis fünftägige Fortbildungsveranstaltung bei der Bundesakademie für öffentliche Verwaltung in Bonn, der Führungsakademie des Landes Baden-Württemberg in Karlsruhe und der Landeszentrale für politische Bildung von Rheinland-Pfalz in Mainz durchgeführt.

Im Beitrag wird ein Kreatives Computerprojekt für Mädchen vorgestellt, dem ein ganzheitlich-integriertes Bildungskonzept zugrunde gelegt wurde. Theoretische Elemente der Integrativen Bewegungserziehung, der Gestaltpädagogik und des Theaters der Unterdrückten wurden genutzt, um rationales und sinnliches Erkennen zu integrieren sowie eine Unterstützung bei der Wahrnehmung tradierter Rollenbilder und der Veränderung des Selbstkonzepts zu geben, um darüber den Mädchen neue Handlungsperspektiven zu eröffnen. Die Komponenten „Arbeiten am Computer mit einem Grafikprogramm“, Körper- und Theaterarbeit wurden integriert. Dieses im außerschulischen Rahmen durchgeführte Projekt zeigt Möglichkeiten für eine innovative Praxis einer Informations- und Kommunikationstechnologischen Bildung in der Schule auf.

Kooperative Systeme gewähren benutzerspezifische Hilfen in Stocksituationen. Das sind Situationen in denen ein Problemloser mit seinem Domänenwissen in der Problemlösung nicht mehr weiter kommt. Diese Hilfen ermöglichen die Wissenserweiterung des Benutzers, so daß er die Stocksituation auf der Basis der Hilfen und schwacher domänenunspezifischer Heuristiken überwinden kann. Wir stellen eine kognitive Wissenserwerbstheorie (ISP-DL) vor, die es erlaubt, eine Taxonomie der Stocksituationen und damit eine Taxonomie der Hilfen zu entwickeln. Es wird an Hand von vier konkreten kooperativen Systemen skizzenhaft untersucht, ob derartige Bezüge herstellbar sind.

Es wird die Konzeption eines Hilfesystems vorgestellt, das Personen bei der Modellierung mit Petrinetzen auf verschiedenen Entwurfsebenen mit wissensstandsbezogenen Hilfen unterstützen soll. Das Hilfesystem soll Benutzern mit unterschiedlichem Erfahrungshintergrund zu jedem Zeitpunkt optimale, dem aktuellen Wissensstand des jeweiligen Benutzers angepaßte Hilfen zur Verfügung stellen. Unerfahrenen Benutzern soll es möglich sein, sich durch die Interaktion mit dem System in die Modellierung mit Petrinetzen einzuarbeiten und das hierfür erforderliche Wissen schrittweise zu erwerben und zu optimieren.Der Wissenserwerbsprozeß soll in zwei Phasen erfolgen. Zum einen soll es den Benutzern möglich sein, durch “freies”, ungeleitetes Problemlösen eigenständige Lösungsentwürfe zu vorgegebenen Aufgaben zu entwickeln und sich dabei von dem System individualisierte Lösungshilfen geben zu lassen. Dabei werden die Lösungsentwürfe des Benutzers mit Transformationsregeln untersucht. Nicht erkennbare Entwürfe werden mit einer Verifikationskomponente überprüft, und es werden ggf. neue Transformationsregeln abgeleitet. Zum anderen soll die Möglichkeit zu regelgeleitetem, durch adaptive Transformationshilfen unterstütztem Problemlösen bestehen. Die Transformationshilfen sind visuelle Repräsentationen der Transformationsregeln.Die Generierung wissensstandsbezogener Lösungs- und Transformationshilfen setzt wissensstandsbezogene Transformationsregeln und somit detaillierte Annahmen über das aktuelle Wissen des Benutzers (Benutzermodell) voraus. Grundlage für diese Annahmen ist die über den Benutzer rechnerseitig erfaßbare Information und ihre Interpretation mit Hilfe differenzierter Hypothesen zum Wissenserwerbsprozeß. Solche Hypothesen werden auf Basis der IDL-SDL-Theorie (“impasse-driven learning — success-driven learning”) sowie empirischer Einzeluntersuchungen gewonnen, bzw. in Vorarbeiten gewonnene Hypothesen werden weiterentwickelt. Vorarbeiten zur Analyse von Lösungsentwürfen, zur Generierung von Hilfen und zur Modellierung hilfegeleiteter Wissenserwerbsprozesse wurden in unserem DFG-Projekt ABSYNT für die Domäne des funktionalen Programmierens durchgeführt.

Es wird der ELM-LISP-Tutor, ein “Intelligentes Tutorielles System” zum Erlernen der Programmiersprache LISP vorgestellt. Nach einer Beschreibung der allgemeinen Hilfen bei der Bearbeitung von Programmier-aufgaben durch das tutorielle System wird gezeigt, wie eine Individualisierung der Lernunterstützung in diesem System realisiert ist. Grundlage der Individualisierung ist ein episodisches Lerner-Modell (ELM), in dem das von einer kognitiven Diagnosekomponente analysierte Wissen über den Schüler repräsentiert wird. Episodisches Wissen wird zur individuellen Anpassung der kognitiven Diagnose an den Schüler genutzt und schafft die Voraussetzung für eine tutorielle Komponente, individuelle Hilfestellungen geben zu können. Eine empirische Evaluation der aktuellen Version des ELM-LISP-Tutors zeigt sowohl eine bessere Akzeptanz des Systems durch die Lernenden als auch eine deutlich verbesserte Unterstützung besonders der schwächeren Schüler.

We discuss the role examples play in problem solving, what the obstacles are in using them effectively, and how students can be supplied with Computer support to overcome these obstacles. Two situations are disünguished where support could be helpful. For one, Computers can be used as somewhat intelligent retrieval tools which help a Student to find the „right“ examples or former problem solutions in the context of a current task. The right ones are those that are structurally, not only superficialis similar. The second fiinction of intelligent help pertains to the Situation where the Student does not solve a problem but studies an example in order to prcpare her/himself for later problem solving. In this Situation, the Computer should support the Student in mentally encoding the example so that it can be retrieved later on in the correct context and can be adapted flexibly. For both situations, we describe existing systems and report on our own work in progress.

Eine wesentliche Komponente aller Tutorsysteme, insbesondere jener, die in der Vermittlung von Programmierkenntnissen eingesetzt werden, ist ein Debugger, der die Korrektheit der Schülerlösung überprüft. SHERLOCK (Mehmanesch & Krems, 1988) erweitert die herkömmlichen algorithmischen Methoden um Prozeduren, die Lehrer- oder Expertenverhalten in der Suche von in Anfängerprogrammen häufig zu beobachtenden semantischen oder algorithmischen Fehlern emulieren.SHERLOCK ist ein wissensbasiertes System mit Blackboard-Architektur. Als Komponente eines Tutors für CommonLisp werden AI-Techniken (Blackboard, Truth main- tenance) verwendet, um sowohl das domänenspezifische, deklarative Experten wissen als auch die Debuggingheuristiken und -Strategien zu implementieren. Diese betreffen in erster Linie die Auswahl fehlerverdächtiger Codesegmente (z.B. Rekursionsaufruf) und ‘mentaler Aktivitäten’ (z.B. Evaluation von Code, syntaktische Überprüfung). In einer mehrstufigen Diagnose kann SHERLOCK in der Analyse von Schülerlösungen verwendet werden, die fehlerhaft sind und in denen die Fehler nicht durch eine ‘algorithmische’ Komponente (z.B. TALUS) identifiziert werden können.