Nabla – Nachweislich bessere Lern- und Prüfungsergebnisse durch automatische Aufgabengeneration


Gastbeitrag aus der Lehrpraxis von Prof.  Dr. Karsten Weihe zum Einsatz des Aufgaben-Tool „Nabla“, welches am Fachbereich Informatik entwickelt wurde

 

Konkrete Beispielaufgaben zum selbstständigen „Durchrechnen“ sind eine wesentliche Grundlage für – und für sehr viele Studierende auch der beste Einstieg in – das Verständnis komplexer MINT-Sachverhalte, insbesondere in den kritischen ersten Semestern.

Nabla_300pxNabla stellt durch die automatische Generierung von Übungsaufgaben dafür eine adäquate Systemlösung dar.
Beliebig viele Einmal-Aufgaben eines Aufgabentyps lassen sich aus einer hohen Anzahl ad-hoc zufällig und individuell generieren, die Lösung des Nutzers wird automatisch geprüft, eine ebenfalls ad-hoc generierte Musterlösung wird angezeigt, und im Falle einer falschen Lösung des Nutzers werden die Fehler markiert.
Eine Reihe von Aufgabentypen aus verschiedenen Lehrveranstaltungen sind bereits in Nabla implementiert, an weiteren arbeiten wir.

Erfahrungen zu den Einsatzmöglichkeiten

In Nabla lassen sich adäquate Aufgabentypen prinzipiell für den gesamten MINT-Bereich implementieren. Nach unserer Erfahrung lassen sich auch komplexere Aufgabentypen, die weit über „Rechnen“ hinausgehen, so gestalten, dass Verständnis statt „Kampfrechnen“ abgeprüft wird und dass der Schwierigkeitsgrad der zufällig generierten Einmal-Aufgaben sehr homogen ist. Letzteres ist besonders wichtig, wenn Nabla wie bei uns für individuelle Prüfungstermine eingesetzt wird, in denen für jeden Teilnehmer ad-hoc individuelle Einmal-Aufgaben generiert werden.

Beispiel einer generierten Aufgabe in "Nabla"

Beispiel einer generierten Aufgabe in „Nabla“

Wir haben Nabla in der Zweitsemesterveranstaltung Grundlagen der Informatik II (GdI II) im Sommersemester 2015 mit mehr als 600 Teilnehmern aus diversen Studiengängen eingesetzt, und zwar nicht nur zum freien Üben, sondern auch für die Klausurzulassung:

  • Im Laufe der Vorlesungszeit waren in sechs Runden Testate im Rechnerraum mit sechzehn Bildschirmarbeitsplätzen zu absolvieren, also bis zu sechzehn TeilnehmerInnen gleichzeitig.
  • In jedem Termin ging es um zwei Aufgabentypen.
  • Zu jedem Aufgabentyp konnten die TeilnehmerInnen sich bis zu drei Aufgaben zufällig ad-hoc generieren lassen. Eine davon mussten sie hundertprozentig korrekt lösen, um das Testat zu bestehen, und zwar zu beiden Aufgabentypen im Rahmen von insgesamt einer halben Stunde.
  • Fünf der sechs Testate mussten nach dieser Regel bestanden werden und sogar alle sechs, wenn Defizite in den anderen Teilen der Klausurzulassung zu kompensieren waren (Programmieraufgaben und Stift-und-Papier-Aufgaben waren zusätzlich zu bearbeiten).
  • In jeder Testatrunde haben zwischen 90% und 98% der Teilnehmer bestanden.

Schon zu Beginn der Vorlesungszeit bekamen die Studierenden die Garantie, dass 40% der Klausurpunkte aus Aufgaben zu holen sind, die der Dozent mit Nabla generieren und auf das Klausurblatt übertragen wird (dieselbe Aufgabe für alle Klausurteilnehmer). Konkret gab es dann vier Aufgaben aus insgesamt zwanzig „klausurrelevanten“ Aufgabentypen. Fast alle Klausurteilnehmer konnten nahezu volle Punktzahl in diesen vier Aufgaben erreichen, und die Bestehensquote konnte insgesamt deutlich erhöht werden.

Wir haben zudem beobachtet, dass etliche Studierende sich mit Nabla schon selbstständig in Themen eingearbeitet haben, bevor diese Themen in der Vorlesung besprochen wurden. Obwohl nicht dafür konzipiert, scheint Nabla also für rein selbstständiges Lernen geeignet zu sein und dafür auch angenommen zu werden.

Funktionen

Alle jemals generierten Aufgaben werden dauerhaft anonymisiert gespeichert. Zu jeder Aufgabe wird eine eindeutige Kennung abgelegt sowie die Information,

  • ob die Aufgabe im Testat- oder im Übungsmodus generiert wurde,
  • und ob sie korrekt gelöst wurde oder nicht.

Diese Daten erlauben eine Vielzahl hilfreicher statistischer Auswertungen unter völliger Anonymität.

Mit der TU-ID (zentrale Nutzerauthentifizierung der TU Darmstadt) kann man sich einloggen und erhält Zugriff auf die Aufgaben, die man selbst generiert hat. Durch Weitergabe der ID der Aufgabe kann man diese auch anderen zugänglich machen.

Auch anonym kann man mit Nabla arbeiten. Registrierung via Emailadresse ist geplant.

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