Adaptivität im Lernmanagement

AdaptivitätThema

Ablauf

im LernmanagementAblauf

Definition

Kriterien

Methodik

Architektur

Zusammen-fassung

Bedeutung und Verwendungvon Adaptivität in elektronischen Lernzusammenhängen

fassung

Ausblick

in elektronischen Lernzusammenhängen

1M. SteinbergSRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006

Ablauf

Definition von Adaptivitätin der Lerntheoriebei Lernsystemen

Kriterien für AdaptivitätThema

Ablauf Kriterien für AdaptivitätAnsätze für möglichst valide Ermittlung von Adaptivität

Methodik adaptiver Systeme

Ablauf

Definition

Kriterien


Abstrakte Beispiel-Architektur für ein adaptives System

Methodik

Architektur

Zusammen-fassung

Zusammenfassung

fassung

Ausblick

Ausblick


Adaptivität im Lernmanagement

Adaptives Lernen

... versucht die Interaktion zwischen Benutzer und System zu vereinfachen.

... versucht das verfügbare Angebot dem Bedarf des Benutzers anzupassen.Thema

Ablauf

in der LerntheorieWarum adaptiv Lehren? (Salomon, 1972):

Ablauf

Definition

KriterienWarum adaptiv Lehren? (Salomon, 1972):

Beseitigung und Kompensation von Lerndefiziten.Nutzbarmachen von Stärken.

verschiedene Theorien für Lernprozesse

Methodik

Architektur

Zusammen-fassung verschiedene Theorien für Lernprozesse.

z.B.: Organisationales Lernen

b i L t

fassung

Ausblick

bei LernsystemenBeispiel: Hat ein Lerner an einer Stelle Schwierigkeiten, wird das System aktiv und schlägt eine leichtere Lerneinheit vor.


Lerntheorie

Thema

Ablauf

Adaptivität in der Lerntheorie

Ablauf

Definition

Kriterien

Methodik

Architektur

Zusammen-fassungfassung

Ausblick


Lerntheorie OL

Organisationales Lernen (OL) nach Argyris und Schön

Single-Loop-Learning (Adaptives Lernen)

Anpassung der Handlung.Thema

Ablauf p g gNeue Kenntnisse im Rahmen alter Ziele.Ziele (Leitwerte) bleiben unverändert.

Ablauf

Definition

Kriterien

Double-Loop-Learning (Strategisches Lernen)

Veränderungslernen.

Methodik

Architektur

Zusammen-fassung

„Lernen, die Fähigkeiten einer Organisation zu erweitern“ durch Senge (1990).Bisherige Ziele und Handlungen

fassung

Ausblick

g gwerden infrage gestellt.Damit findet "Umlernen" statt, was mit emotionalem Widerstand verbunden sein kann.


Lerntheorie OL

Deutero-Learning (Meta-Lernen)

Prozesslernen.Bisherige Lernprozesse und die Einflussfaktoren (Situationsbedingungen) werden reflektiert, analysiert und neues

Thema

Ablauf Lernverhalten wird entwickelt. Deutero-Learning kann sich sowohl auf Single- als auch auf Double-Loop-Learning beziehen.

Ablauf

Definition

Kriterien

Methodik

Architektur


Ausblick


Lernsysteme

Thema

Ablauf

Adaptivität bei Lehr- und Lernsystemen

Ablauf

Definition

Kriterien

Methodik

Architektur


Ausblick


Adaptation

Mikro-Adaptation

Adaptivität in multimedialen Lehr- und LernsystemenAdaptivität in multimedialen Lehr und Lernsystemen. Die Software erkennt den augenblicklichen 'Standort' des Benutzers und bietet ihm bei entsprechender Nachfrage an den 'Standort' angepasste Hilfen an. Zu Beginn vorgenommene Anpassung des Lehrsystems wird in sehr kurzen Zeitabständen überprüft und aktualisiert

Thema

Ablauf überprüft und aktualisiert.Lernprozesse werden im Sinne eines geschlossenen Wirkungskreises geregelt (feed-back, closed-loop control), wobei die unmittelbaren Ergebnisse der Lehrmaßnahmen dem Lehrsystem rückgekoppelt werden und zur weiteren Verwendung zur Verfügung stehen.

Ablauf

Definition

Kriterien

Makro-Adaptation

Methodik

Architektur

Zusammen-fassung

Adaptierbarkeit in multimedialen Lehr- und Lernsystemen.Veränderung des Auswahlmenüs der Systemfunktionen.Anpassung an den spezifischen Bedarf des Benutzers.Anpassung des Lehrsystems in größeren zeitlichen Abständen (im Gegensatz zur

fassung

Ausblick

p g y g ( gMikroadaption) notwendig.Lernprozesse werden im Sinne eines offenen Wirkungskreises gesteuert (feed-forward, open-loop control), wobei unmittelbare Ergebnisse der Lehrmaßnahmen dem Lehrsystem nicht rückgekoppelt werden und somit keine Regelung im eigentlichen Sinn stattfindet.


Lernsysteme

Thema

AblaufAblauf

Definition

Kriterien

Klassische LernsystemeWeb Based Training / Computer Based Training.Die meisten L(C)MS.

Methodik

Architektur

Zusammen-fassung ( )

Keine Adaptation.

Adaptierbare Lernsysteme

fassung

Ausblick

Zur Steuerung von Lernprozessen.Das System kann auf Grundlage einer extern vorgenommenen Diagnose durch extern vorgenommene Eingriffe so eingestellt werden, dass es dem Unterstützungsbedarf der Benutzer möglichst gut entspricht [1].


Unterstützungsbedarf der Benutzer möglichst gut entspricht [1].

Lernsysteme

Adaptive Lernsysteme

Z R l LZur Regelung von Lernprozessen.Das System greift selbständig regelnd in den Lernprozess ein.Hat ein Lerner an einer Stelle Schwierigkeiten, wird das System aktiv und schlägt z B eine leichtere Lerneinheit vor

Thema

Ablauf schlägt z. B. eine leichtere Lerneinheit vor. Ablauf

Definition

Kriterien

Intelligente Lernsysteme

Neben einer Wissenskomponente, ist eine Diagnosekomponente vorhanden, die im Dialog mit dem Lernenden über die Zeit hinweg zu einem immer

Methodik

Architektur

Zusammen-fassung die im Dialog mit dem Lernenden über die Zeit hinweg zu einem immer

adäquateren Bild seines jeweiligen Wissens führt. Generierung neuer lerner- und situationadäquater Lernangebote.Intelligente Tutorensysteme (ITS)

fassung

Ausblick

Intelligente Tutorensysteme (ITS).


Kriterien für Adaptivität

Thema

Ablauf

Kriterien für Adaptivität in Systemen

Ablauf

Definition

Kriterien

Methodik

Architektur


Ausblick



Bestimmung von Adaptivität in Systemen

Obj kti K it iObjektive KriterienAuszählen implementierter Adaptivitätsattribute.Zeit, Geschwindigkeit.

Thema

Ablauf

Anzahl der Dialogschritte z.B. Litman & Pan, 1999 (Gesamtdauer der Interaktion).Richtigkeit und Genauigkeit (accuracy and precision) z B Billsus &

Ablauf

Definition

Kriterien

Richtigkeit und Genauigkeit (accuracy and precision) z.B. Billsus & Pazzani, 1999.Lernerfolg z.B. Specht, 1998.Verhaltenskomplexität

Methodik

Architektur

Zusammen-fassung Verhaltenskomplexität.

subjektive Kriterien

fassung

Ausblick

jUsability-Fragebögen

Fragen nach Zufriedenheit, Schwierigkeitsgrad, ...



1. Ansatz zur Bestimmung von AdaptivitätS. Graf , B. List - TU Wien

Evaluation von Adaptationskriterien bei OpenSource E-Learning Plattformen

Thema

Ablauf g

Kriterien für Adaptation:Adaptierbarkeit

Ablauf

Definition

Kriterien

AdaptierbarkeitPersonalisierungErweiterbarkeitAdaptivität

Methodik

Architektur

Zusammen-fassung Adaptivität

Anmerkungen zu Lern- und Kommunikationsobjekten.Statische Anpassung von Lerninhalten.Dynamische Anpassung von Lerninhalten

fassung

Ausblick

Dynamische Anpassung von Lerninhalten.



Ergebnis der Evaluation von AdaptationskriterienMoodle schneidet am besten ab.Adaptivität wenig vertreten bei L(C)MS.

Thema

AblaufAblauf

Definition

Kriterien

Methodik

Architektur


Ausblick



2. Ansatz zur Bestimmung von Adaptivität

Cognitive Task AnalysisErmittlung des Idealwegs für einen Benutzer.

GOMS: analytisches Modell für die Beschreibung von Mensch und Thema

AblaufMaschine Interaktionsvorgängen. GOMS steht für die Komponenten des Benutzermodells, nämlich Ziele (Goals), Operatoren (Operators), Methoden (Methods) und Selektionsregeln (Selection Rules) Card Moran & Newell 1983

Ablauf

Definition

Kriterien

(Selection Rules) Card, Moran & Newell, 1983.Verhalten des Benutzers mit Hilfe von Grammatiken überprüfen (z.B. Backus Naur Form bei Reisner, 1984).

Ermittlung des genutzten Weges eines Benutzers (z B

Methodik

Architektur

Zusammen-fassung Ermittlung des genutzten Weges eines Benutzers (z.B.

Rauterberg, Schluep, and Fjeld, 1997).Berechnung verschiedener Maße der Komplexität.mathematisches Modell von nebenläufigen Systemen als

fassung

Ausblick

mathematisches Modell von nebenläufigen Systemen als Bedingungs- oder Ereignisnetz.



2. Ansatz zur Bestimmung von AdaptivitätS. Weibelzahl, G. Weber – Uni Freiburg

Für Evaluation adaptiver Systeme wird Verhaltenskomplexität als objektives, valides Kriterium vorgeschlagen.Adaptivität vereinfacht die Interaktion zwischen Benutzer und System.

Thema

AblaufSchlägt sich in einer Reduktion der Verhaltenskomplexität nieder.Adaptivität reduziert also die Komplexität der Interaktion

Rauterberg, Schluep, and Fjeld (1997)

Ablauf

Definition

Kriterien

Schlagen ein Verfahren zur Beschreibung des Verhaltens eines einzelnen Benutzers vor.Die Interaktion läßt sich begreifen als ein Netz von Systemzuständen, zwischen denen der Benutzer über festgelegte Übergänge (z.B.

Methodik

Architektur

Zusammen-fassung zwischen denen der Benutzer über festgelegte Übergänge (z.B.

Mausklicks, Tastendrücke, Menüauswahl, etc.) hin und her “springt”.Für die Berechnung wird das beobachtete Verhalten als Netz von Zuständen und Übergängen repräsentiert.N t b i d i h f l Si ht i P t i N t h d lt

fassung

Ausblick

Netz, bei dem es sich aus formaler Sicht um ein Petri-Netz handelt, kann aus Protokolldaten extrahiert werden. Dazu werden die vorhandenen Systemzustände festgelegt. Dann kann ermittelt werden, welchen “Weg” der Benutzer genommen hat.


, g g


Beispiel für eine Abbildung als Petri-Netz

Aus der Interaktion eines Benutzers mit einem Produktberatungssystem gewonnen. Berechnung von 4 Komplexitätsmaßen als Abbildung für das Verhalten des Benutzers

Anzahl der verschiedenen aufgetretenen Zustände (States) des Systems.Anzahl der Relationen zwischen den Zuständen.

Relative strukturelle Komplexität.A hl d i N t th lt Z kl

Thema

Ablauf Anzahl der im Netz enthaltenen Zyklen. Zeigt also an, wie häufig ein Benutzer wieder zu einem früheren Zustand zurückgekehrt ist.

Dichte des Netzes in Relation zur maximal möglichen Dichte.

Ablauf

Definition

Kriterien

Methodik

Architektur

Zusammen-fassung

Zustände sind als Rechtecke, Übergänge als Ellipsen

fassung

Ausblick

g g pgekennzeichnet.

Zustände S = 6

Übergänge T = 8


Rauterberg, Schluep, and Fjeld (1997)


Thema

Ablauf


Ablauf

Definition

Kriterien

Methodik

Architektur


Ausblick



Begriffstriade Afferenz – Inferenz – Efferenz3 logisch und zeitlich unterscheidbare Funktionen

1 Aff1 AfferenzRegistrierung von charakteristischen Nutzungsmerkmalen.Wie in einem Nervensystem werden bei der Afferenz alle eingehenden Ereignisse erfasst und der Zentrale gemeldet.Registrierung des Benutzerverhaltens, die man in Bezug auf Menschen auch als Beobachtung

Thema

Ablauf bezeichnen könnte. Ermittlung von regelmäßigen Präferenzen, die Erfassung von Informationen, die der Benutzer abgefragt hat und von denen das System annehmen kann, dass der Benutzer sie nun kennt, um daraus auf sein Wissen bzw. seinen Expertisegrad zu schließen, die Ermittlung von Aufgaben, die der Benutzer bearbeitet, um evtl. die nächste Teilaufgabe vorzubereiten.

2 Inferenz

Ablauf

Definition

Kriterien

2 InferenzAnalyse und Schlussfolgerung für Adaption.In der zentralen Auswertungsstelle werden die eingehenden Ereignismeldungen geordnet, ausgewertet und in Entscheidungen über Adaptionen überführt.beinhaltet die Auswertung der Registrierung auf der Basis von Modellannahmen über Benutzeranforderungen Heuristiken oder Ontologien der Anwendungsdomäne Schlüsse aus den

Methodik

Architektur

Zusammen-fassung Benutzeranforderungen, Heuristiken oder Ontologien der Anwendungsdomäne. Schlüsse aus den

registrierten Daten der Interaktion werden gezogen, um die am besten geeigneten Adaptionen zu identifizieren.

3 EfferenzA füh Ad ti l i t

fassung

Ausblick

Ausführung von Adaptionsleistungen .Das Ergebnis besteht in Adaptionsmaßnahmen, die durch entsprechende Stellglieder ausgeführt werden.beinhaltet die Umsetzung der Adaption, die auf der zweiten Stufe entschieden worden ist, in Form von tatsächlichen Systemveränderungen als adaptierte Präsentationsweise oder als adaptierte Interaktion


Interaktion.

Architektur adaptiver Systeme

Thema

Ablauf

Abstrakte Architektur adaptiver Systeme

Ablauf

Definition

Kriterien

Methodik

Architektur


Ausblick



Abstrakte adaptive Systemarchitektur

Verschiedene Ansätze definieren unterschiedliche Funktionalitäten für dieVerschiedene Ansätze definieren unterschiedliche Funktionalitäten für die Akquisition von Information über Benutzer des Systems, für die Repräsentierung dieser Information und für die Generierung von personalisiertem Inhalt und angepassten Navigationsstrukturen.

Thema

Ablauf ü d e Ge e e u g o pe so a s e e a u d a gepass e a ga o ss u u eDie bereitgestellten Funktionalitäten können organisiert und in verschiedene Schichten unterteilt werden. Ausgehend von diesen Schichten kann ein abstraktes Modell abgeleitet werden. D I f ti fl i d ti S t i t b f ll f hi d S hi ht

Ablauf

Definition

Kriterien

Der Informationsfluss eines adaptiven Systems ist ebenfalls auf verschiedene Schichten abgebildet.

Methodik

Architektur

Zusammen-fassung

Beispielepersonalisiertes E-Learning-System.

Die Domäne des E-Learning besteht aus Lernobjekten mit spezifischem Inhalt, Lehrmethoden und

fassung

Ausblick

g j p ,einer Gruppe von Studenten mit unterschiedlichem Wissensstand und Lernpräferenzen. Während des Lernprozesses bewegt sich ein Student virtuell im Onlinekurs von einem Thema zum nächsten, liest, lernt und löst Aufgaben.

kontext-sensitiver Audioführer für Museen.



1 Sensorschicht als reiner Sammler von Information

Thema

Ablauf

Netzwerk aus Sensoren wird in der Umgebung platziert und mit dem System verbunden.

Sensoren registrieren Veränderungen inAblauf

Definition

Kriterien

Sensoren registrieren Veränderungen in der Umgebung, die sich in den Nutzungsmerkmalen ergeben, und nehmen die Interaktionen der Benutzer mit der Umgebung wahr.

Methodik

Architektur

Zusammen-fassung

Sensoren müssen domänenabhängig konfiguriert werden, die dazugehörigen Softwareobjekte aber sind generalisiert und abstrakt implementiert.fassung

Ausblick

p

Der „Tracking-Sensor“ des E-Learning-Systems liest die momentane URL des Kursabschnitts aus. Weitere Beispiele sind Eingabesensoren für Textfelder

= Afferenz

Schichtenansatz für das Design adaptiver SystemeQuelle: Fraunhofer Institut für Experimentelles Software Engineering IESE

sind Eingabesensoren für Textfelder eines Fragebogens.


Quelle: Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE


2 Semantikschicht

reichert Daten aus Sensorschicht

Thema

Ablauf

semantisch an.

Wissensrepräsentation des adaptiven Systems.

Ablauf

Definition

Kriterien

Kontext, in dem sich die Benutzer und die Umgebung in einem bestimmten Augenblick befinden.

K t t d kt i Di i bMethodik

Architektur

Zusammen-fassung

Kontext deckt vier Dimensionen ab: Identität (Präferenzen, Interessen, etc.), Lokation, Zeit, Umgebung.

Prozess der Profilgenerierung fassung

Ausblick

g gpersonalisierender Applikationen vollständig abgedeckt.

Die folgende Kontrollschicht kann so unterschiedliche Sichtweisen auf die

= Inferenz

unterschiedliche Sichtweisen auf die verarbeiteten Daten erstellen.





3 Kontrollschicht

Basierend auf intelligenten Modellen und

Thema

Ablauf

gaufbereiteten Informationen der Semantikschicht generiert die Kontrollschicht Sequenzen von Befehlen zur Steuerung des adaptiven Systems.

Ablauf

Definition

Kriterien

kontrolliert mit diesen Befehlssequenzen die Komponenten der nachfolgenden Ausführungsschicht.

D K t ll h i i t iMethodik

Architektur

Zusammen-fassung

Der Kontrollmechanismus ist im einfachsten Fall aus einer Menge von Regeln aufgebaut, kann aber auch komplexere Strukturen aufweisen.

fassung

AusblickWird erkannt, dass der Schüler sich eher unschlüssig durch den Kurs bewegt, wechselt das System zur Strategie „Führen“ und schickt den Befehl prompt(visualID)“ raus

= Inferenz

„prompt(visualID) raus.





4 Ausführungsschicht

Ausführendes Organ eines adaptiven

Thema

Ablauf

Systems.

Stellt die Verbindung mit der Umgebung her.

Ablauf

Definition

Kriterien

Programmierschnittstelle und implementiert domänenabhängige Methoden, die variable Parameter der Umgebung verändern können.

Methodik

Architektur

Zusammen-fassung

Der Befehl „prompt(visualID)“ setzt in der E-Learning-Umgebung einen roten, blinkenden Punkt vor den Namen eines Kursabschnittes mit dem Namen fassung

Ausblick„visualID“.

= Efferenz




Zusammenfassung und Ausblick

Thema

Ablauf

Zusammenfassung und Ausblick

Ablauf

Definition

Kriterien

Methodik

Architektur


Ausblick


Zusammenfassung

Im elektronischen Lernmanagement wird Adaptivität für die Regelung von Lernprozessen und Lernsystemen eingesetzt.

Hauptziele des Einsatzes von Adaptivität sindErhöhung des Lernerfolgs durch systemseitige Regelung von Lernprozessen.Vereinfachung und Beschleunigung der Nutzung (Usability).Zeit-, Arbeit- und somit Kostenersparnis.Technische Flexibilisierung

Thema

Ablauf Technische Flexibilisierung.

Adaptionen können sich auf unterschiedliche Dimensionen des Systems auswirken:die Benutzerschnittstelle (Interaktion und Präsentation), die Funktionalität (Werkzeuge, welche in die aktive Anwendung einbezogen bzw. ausgeblendet

d )

Ablauf

Definition

Kriterien

werden), die Geltungsdauer der Adaption: momentan bzw. situativ, dokumentspezifisch, sitzungsspezifisch oder permanent bis zum expliziten Widerruf und einzelne Benutzer oder Benutzergruppen.

Methodik

Architektur

Zusammen-fassung

unterschiedliche Ansätze und Methoden für die Bewertung von Adaptivität in Systemen

nach Vorhandensein adaptiver Funktionalität wieMöglichkeit zu Annotationen an Inhalte, Anpassung der Inhalte an Benutzer.

nach Cognitive Task Analysis

fassung

Ausblick

nach Cognitive Task Analysisanalytische Modelle, wie GOMS, für die Beschreibung von Mensch und Maschine Interaktionsvorgängen.Berechnung von Komplexität z.B. nach Rauterberg.


Ausblick

Ableitungen zwischen Lernprozess und Systemarchitekur für Lernsysteme mit adaptiven Kriterien.

Evaluation möglichst valider Kriterien und Berechnungsverfahren für die B t d ti S t

Thema

Ablauf Bewertung von adaptiven Systemen.

Mö li hk it d t h i h I l ti i b t kt

Ablauf

Definition

Kriterien

Möglichkeiten der technischen Implementierung einer abstrakten Systemarchitektur für adaptive Systeme.

Methodik

Architektur

Zusammen-fassung

Überprüfung einer Eignung von Service Orientierter Architektur für adaptive Lernplattformen.

fassung

Ausblick


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!


Quellen

[1] Ludwig J. Issing, Paul Klimsa im Buch Information und Lernen mit Multimedia (1995) aufSeite 547[2] Oli B d l St f i H k i B h E L i D Wö t b h (2004)[2] Oliver Bendel, Stefanie Hauske im Buch E-Learning: Das Wörterbuch (2004)[3] Patrick Chuh[4] Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE[5] Stephan Weibelzahl, Gerhard Weber, Hochschule Freiburg[5] Stephan Weibelzahl, Gerhard Weber, Hochschule Freiburg[6] S. Graf , B. List, TU Wien[7] Wikipedia DE/EN


Education

Adaptivität im Lernmanagement