Induktives Lehren und Lernen ist ein umfassender Begriff, welcher verschiedene Methoden wie beispielsweise Forschungsbasiertes Lernen, Problembasiertes Lernen, Projektbasiertes Lernen, Fallbasiertes Lernen, oder Just-in-time-teaching umfasst. Eine Gemeinsamkeit dieser Ansätze ist das Lerner-zentrierte Design, was bedeutet, dass die Verantwortung für das eigene Lernen, im Vergleich zu traditionellen Lehr/-Lernansätzen, mehr auf Seiten des Lernenden liegt (Prince, M. J., Felder, R. M., 2006). Der Einsatz induktiver Lehrmethoden wird gestützt von Forschungsergebnissen, welche besagen, dass Studierende lernen, indem sie neue Informationen in bestehende kognitive Strukturen einordnen. Wenn es nur wenige Verbindungen zum bestehenden Wissen der Studierenden gibt, ist es unwahrscheinlich, dass Lernen stattfinden kann. Induktiven Lehrmethoden liegt der Konstruktivismus zugrunde, welcher auf der Ansicht basiert, dass jeder Lernende seine eigene Version der Realität konstruiert, statt bloßes Wissen zu absorbieren, welches von Seiten der Lehrkräfte präsentiert wird. Methodische Anwendungsbeispiele am Standort Regensburg sind die Verwendung von vorlesungsvorbereitenden Leseaufgaben, Quizfragen während der Lehrveranstaltung, Ein- und Ausgangstests vor bzw. nach der Vorlesungseinheit, die Festlegung von Lernzielen und eine Bereitstellung von Rubrics im Verlauf der Lehrveranstaltungen. Solche Methoden involvieren die Studierenden, indem sie anregen Fragestellungen zu diskutieren und Probleme in Gruppen zu lösen (aktives Lernen, gemeinschaftliches und kooperatives Lernen (Prince, M. J., Felder, R. M., 2006).

Literatur:

1. J. Mottok, F. Joas. Aktivierende Lehre in der Erwachsenenbildung- Erfahrungen mit dem konstruktivistischen Methodenbaukasten in der Software Engineering Ausbildung. In: Deutsche Gesellschaft für wissenschaftliche Weiterbildung und Fernstudium e. V., 2010.
2. U. Stumvoll, B. Rösel, and J. Mottok. Ein Lernarrangement zur systematischen Softwareentwicklung am Beispiel der FIRST LEGO League für Schüler und Schülerinnen. In: Embedded Software Engineering Congress, Sindelfingen, Germany, 2012.
3. M. Schumm, S. Joseph, I. Schroll-Decker, M. Niemetz, and J. Mottok. Required Competences in Software Engineering- Pair Programming as an Instrument for Facilitating Life-long Learning. In: Proc. 15th International Conference on Interactive Collaborative Learning / 41th International Conference on Engineering Pedagogy, Villach, Austria, 2012.
4. G. Hagel, J. Mottok, and M. Müller-Amthor. Drei Feedback-Zyklen in der Software Engineering-Ausbildung durch erweitertes Just-in-Time-Teaching. In: Spillner, A. / Lichter, H. (Hrsg.): Software Engineering im Unterricht der Hochschulen SEUH 2013, Aachen, Germany, 2013.
5. S. Joseph, M. Schumm, O. Rummel, A. Soska, M. Reschke, J. Mottok, M. Niemetz, and I. Schroll-Decker. Teaching Finite State Machines with Case Method and Role Play. In: Proc. Global Engineering Education Conference (EDUCON’13), Berlin, Germany, 2013.
6. M. Schumm, S. Joseph, M. Reschke, A. Soska, I. Schroll-Decker, and J. Mottok. Software Engineering aktiviert lernen- Erfahrungen mit dem konstruktivistischen Methodenbaukasten. In: Proc. HD-MINT Kongress, Nürnberg, Germany, 2013.
7. A. Soska, and J. Mottok. Design, development and evaluation of experiments in learning to improve the acquirement of functional and non-functional knowledge in software engineering. In: Proc. Applied Research Conference 2013, Deggendorf, Germany, 2013.
8. A. Soska, I. Schroll-Decker, and J. Mottok. Implementation of Practical Exercises in Software Engineering Education to Improve the Acquirement of Functional and Non-Functional Competences. In: 2014 International Conference on Interactive Collaborative Learning (ICL), Dubai, UAE, 2014.
9. Y. Tao, L. Guozhu, J. Mottok, R. Hackenberg, and G. Hagel. Just-in-Time Teaching in software engineering: A Chinese-German empirical case study. In: Global Engineering Education Conference EDUCON, Istanbul, Turkey, 2014.
10. Ye Tao, Guozhu Liu, J. Mottok, R. Hackenberg, G Hagel. Just-in-Time-Teaching experience in a Software Design Pattern course. In: Proc. 5th IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON 2015), Tallinn, Estland, 2015.
11. R. Reuter, J. Mottok. Extending the Family of Inductive Teaching and Learning Methods Agile Teaching and Learning as Feature or Method ? In: Proc. European Conference on Software Engineering Education (ECSEE 2016), Seeon, Germany, 2016.
12. Y. Tao, G. Liu, J. Mottok, R. Hackenberg, G. Hagel. Ranking task activity in teaching software engineering. In: Proc. 6th IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON 2016), Abu Dhabi, UAE, 2016.
13. Prince, M. J. & Felder, R. M. (2006). Inductive teaching and learning methods: Definitions, comparisons, and research bases. In: Journal of Engineering Education, vol. 95, no. 2, pp. 123-138.

Im Game-Based Learning (GBL) werden Spiele als Methode des Lernens und Lehrens verwendet, in welchen die Lernenden Aufgaben und Problemstellungen zu bestimmten Lerninhalten selbständig bearbeiten, lösen und sich dabei benötigtes Wissen aneignen (Kettler, C. & Kauffeld, F., 2019). Ähnlich zu Problem-basiertem Lernen, wird den Studierenden hierbei keine direkte Lösung bereitgestellt, sondern die Lernenden sollen das Problem zuerst selbst erkennen, und anschließend deren Wissen anwenden (learning by doing) (Sedelmaier, Y. & Landes, D., 2015). GBL kann dabei durch seine Lerner-zentrierte und induktive Charakteristik den induktiven Lehrmethoden zugeordnet werden. Durch das selbstständige und, in Kombination mit GBL, spielerische Auseinandersetzen mit den Lernmaterialien, soll ein tieferes und nachhaltigeres Verständnis und mehr Motivation für den Lerninhalt angeregt werden (Prince, M. J., & Felder, R. M., 2006). Für die Generation, die in der digitalen Welt aufgewachsen ist, stellt GBL dabei eine besonders motivierende Lernumgebung dar. Durch Spiele wird unter anderem erlernt, wie man (1) Informationen verschiedener Quellen verwendet um schnell Entscheidungen zu treffen, (2) Regeln bestimmter Spielkonstellationen selbst deduziert statt sie durch den Lehrenden zu erhalten, (3) Strategien zur Hindernisüberwindung entwickelt, und (4) komplexe Systeme durch Experimentieren erlernt (Prensky, M., 2003). Um die Möglichkeiten des Einsatzes von GBL im Kontext des Software Engineering zu untersuchen, wurden am Standort Regensburg dabei unter anderem mehrere Lernspiele konzipiert und evaluiert. Im Bereich des klassischen Software Engineering einzuordnen sind SOFFTY, ein Kartenspiel zum Erlernen von Software Testing (Soska, A. & Kollegen, 2017), sowie ein Puzzle Game zum Lernen von Programmieren (Soska, A. & Mottok, J., 2017). Dem speziellen Bereich des Secure Software Engineering widmen sich zwei Educational Escape Rooms zu den Themen Kryptografie und Angriffstypen, um Grundlagen für die sichere Software Entwicklung zu vermitteln (Seebauer, S., 2019 & Seebauer, S., 2020). In Kooperation der beiden Standorte Kempten und Regensburg entstand in diesem Kontext außerdem das Manifest für spielifizierte Hochschullehre (Bartel, A. & Kollegen, 2017).

Literatur:

1. Bartel, A., Soska, A., Wolff, C., Hagel, G., & Mottok, J. Entwicklung eines Manifests für spielifizierte Hochschullehre. In M. Burghardt, R. Wimmer, C. Wolff, & C. Wormser-Hacker (Eds.), Mensch und Computer 2017. Regensburg: Gesellschaft für Informatik e.V., 2017.
2. Kettler C., Kauffeld S. (2019) Game-based Learning. In: Kauffeld S., Othmer J. (eds) Handbuch Innovative Lehre. Springer, Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-22797-5_18 Prensky, M. (2003). Digital game-based learning, in: Computers in Entertainment (CIE), vol.1
3. Prince, M. J., Felder, R. M. (2006). Inductive teaching and learning methods: Definitions, comparisons, and research bases. In: Journal of Engineering Education, vol. 95, no. 2, pp. 123-138
4. Seebauer, S., Jahn, S., Mottok, J. (2019) ESCAPE ROOMS FOR TEACHING IT-SECURITY, ICERI2019 Proceedings, pp. 6815-6824.
5. Seebauer, S., Jahn, S., Mottok, J. (2020), „Learning from Escape Rooms? A Study Design Concept Measuring the Effect of a Cryptography Educational Escape Room,“ 2020 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON), Porto, Portugal, pp. 1684-1685, doi: 10.1109/EDUCON45650.2020.9125333.
6. Soska, A., Mottok, J., Wolff, C. (2017) Pattern oriented card game development: SOFTTY- A card game for academic learning of software testing. In Proceedings of 2017 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON). Date and venue: 25-28 April 2017, Athens.
7. Soska, A., Mottok, J. (2017) An Experimental Card Game for Software Testing. In Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg (Ed.), Forschungsbericht 2017. Regensburg: Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg.
8. Soska, A. and Mottok, J.. A New Conceptual Contribution for Serious Games in Academic Software Engineering Education. In: Proceedings of European Conference on Software Engineering Education 2014 (ECSEE), Aachen, Germany, 2014.
9. Soska, A., Mottok, J. (2017) An Integrated Puzzle Game for Learning Programming Based on Students Syntactical Errors. In M. Pivec & J. Gründler (Eds.), The 11th European Conference on Game-Based Learning. Reading, UK: Academic Conferences and Publishing International Limited.
10. Soska, A., Mottok, J., Wolff, C.. Playful learning in academic software engineering education. In: Proc. 5th IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON 2015), Tallinn, Estland, 2015.

Im Problembasierten Lernen (PBL) stellt eine authentische und komplexe Problemstellung die Ausgangsgrundlage dar. Dabei lernen die Studierenden in Form von Gruppenarbeit, Fragestellungen zum Problem zu finden und wichtige Begriffe des Problems ausfindig zu machen und zu definieren. Anschließend wird das Problem analysiert, Bestandteile des Problems werden mit bestehendem Wissen verknüpft und Hypothesen können aufgestellt werden. Diese Hypothesen werden bewertet und priorisiert. Im Weiteren werden basierend auf den Hypothesen Lernziele festgelegt und es wird herausgefunden, wie diese Lernziele erreicht werden können und welche Ressourcen dafür notwendig sind. Anschließend versucht jeder Teilnehmer, diese Lernziele selbstständig oder in Kleingruppen zu erreichen. Nach Beenden der Lernphase überprüfen die Lernenden die erarbeiteten Informationen miteinander (vgl. Schmidt, H.G., 1983). Dieser Lehransatz wurde am Standort Regensburg einerseits im Rahmen der Prüfungsvorbereitung eingesetzt, andererseits diente er beispielsweise auch zur Einführung der Themen „Ethik im Software Engineering“, „Secure Software Engineering“ und „Design Pattern“ und wurde innerhalb dieser Themen zur methodischen Orientierung für viele unterschiedliche Lehreinheiten genutzt.

Literatur:

1. Prince, M. J. & Felder, R. M. (2006). Inductive teaching and learning methods: Definitions, comparisons, and research bases. In: Journal of Engineering Education, vol. 95, no. 2, pp. 123-138.
2. Schmidt, H.G. (1983). Problem-based learning: rationale and description. In: Medical Education, Vol. 17, pp. 11-16

Das projektbasierte Lernen (PBL) ist ein Lernansatz, bei welchem Studierende eigenständig Lernen und von einer Lehrperson unterstützt werden. Studierende lenken ihren eigenen Lernprozess durch gemeinsames und forschendes Arbeiten und kreieren Projekte, die ihren Wissensstand reflektieren (Bell, S., 2010). Projektbasiertes Lernen ist durch fünf Schlüsselelemente gekennzeichnet (Krajcik J.S., Blumenfeld P.C., 2006):

1. Es gibt eine Problemstellung die gelöst werden soll.
2. Studierende erforschen zentrale Fragestellungen, indem sie in authentischen Problemlöseprozessen teilnehmen, welche zentral für hohe Performanz in dieser Disziplin sind.
3. Studierende, Lehrpersonen und weitere Personen engagieren sich in gemeinsamen Aktivitäten um Lösungen für die zentrale Fragestellung zu finden.
4. Während des Forschungsprozesses werden den Studierenden Unterstützungen bereitgestellt, die es ihnen ermöglichen, über ihre bestehenden Fähigkeiten hinaus zu wachsen.
5. Studierende kreieren greifbare Produkte, welche die zentrale Fragestellung adressieren.

Die zentrale Fragestellung ist dafür da, die Aktivitäten des Projektes zu organisieren und anzutreiben. Außerdem stellt die Fragestellung den Rahmen dar, in welchem die Studierenden Lernziele und Praktiken benutzen und erforschen, und sie bildet den roten Faden des Gesamtpaketes an Projektaktivitäten. So können Studierende Lösungswege verfolgen und grundlegendes Verständnis von Schlüsselkonzepten, -prinzipien und –praktiken erhalten (Krajcik J.S., Blumenfeld P.C., 2006). Während der Projektwoche “Software Engineering im Team” am Standort Regensburg arbeiten die Studierenden eigenverantwortlich in Teams und weisen sich selbst Rollen zu. Die Studierendenteams wählen selbst ein geeignetes Vorgehensmodell zur Softwareentwicklung aus, wobei sowohl klassische aber auch agile Methoden wie z.B. Scrum gewählt werden können. Innerhalb einer Woche bearbeiten die Teams eine Problemstellung und durchlaufen dabei alle Phasen der Softwareentwicklung, von der Anforderungsermittlung bis hin zum “Go-Live” ihres Produktes. Dozierende begleiten den Entwicklungsprozess durch tägliche Reviews und Beratung in der Rolle von Mentoren und stellen geeignete Unterstützung nach Bedarf bereit (Klopp, M., 2020).

Literatur:

1. Bell, S. (2010). Project-Based Learning for the 21st Century: Skills for the Future, The Clearing House: A Journal of Educational Strategies, Issues and Ideas, 83:2, 39-43, DOI: 10.1080/00098650903505415
2. Klopp, M., Gold-Veerkamp, C., Abke, J., Borgeest, K., Reuter, R., Jahn, S., Mottok, J., Lehmann, A., Sedelmaier, Y., Landes, D. (2020). Totally Different and yet so Alike: Three Concepts to Use Scrum in Higher Education. Association for Computing Machinery, 12-21. https://doi.org/10.1145/3396802.3396817
3. Krajcik, J. S., Blumenfeld P. C. (2006). Projekt based Learning. In: The Cambridge Handbook of the Learning Sciences. (2006). R. Keith Sawyer (ed). Cambridge University Press

Im Zeitalter des Internet of Things ist das Thema IT-Sicherheit über die letzten Jahre in der Softwareentwicklung immer wichtiger geworden. Um sichere Software zu entwickeln, wird das traditionelle Software Engineering heutzutage durch spezifische Methoden ergänzt, die die IT-Sicherheit und die entsprechenden Sicherheitsziele von Beginn des Softwareentwicklungsprozesses an integrieren (Paulus, S. 2010), was heute als Secure Software Engineering bekannt ist. Es gibt verschiedene Prozesse und Frameworks, die eine Vielzahl von Methoden zur Integration von Sicherheitsmaßnahmen während des Entwicklungsprozesses vorschlagen. Einige Beispiele sind die Common Criteria for Information Technology Security Evaluation (CC), das Software Assurance Maturity Model des Open Web Application Security Project (OWASP SAMM) oder der Microsoft Secure Development Lifecycle (Microsoft SDL). Um die akademische Software Engineering Lehre nun um diese Methoden und Prozesse zu erweitern und zu verbessern, werden am Standort Regensburg induktive Lehransätze für das Thema Secure Software Engineering erforscht. In diesem Zuge werden Lehreinheiten entworfen, implementiert und im Lehreinsatz evaluiert, um den Studierenden ein Bewusstsein und Grundverständnis für die sichere Softwareentwicklung zu vermitteln. Hierfür wurden zunächst studentische Vorstellungen zum Thema IT-Sicherheit und Secure Software Engineering erhoben (Jahn & Kollegen, 2019), die zusammen mit aktuellen Secure Software Engineering-Praktiken und -Lehrinhalten aus Literatur, Forschung und Lehrplänen als Basis der Lehreinheiten dienen soll. Basierend auf den Vorstellungen und Themen werden geeignete induktive Lehrmethoden, bspw. Problem-basiertes Lernen, ausgewählt und die Lehreinheiten entsprechend konzipiert (Jahn, S., Mottok, J., 2020).

Literatur:

1. Jahn, S., Gold-Veerkamp, C., Reuter, R., Mottok, J., Abke, J. (2019) Secure Software Engineering in Academic Education: Students‘ Preconceptions of IT Security, ICERI2019 Proceedings, pp. 6825-6834.
2. Jahn, S., Mottok, J. (2020). „Work in Progress: Towards an Academic Secure Software Engineering Curriculum for Engineers,“ 2020 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON), Porto, Portugal, pp. 1713-1717, doi: 10.1109/EDUCON45650.2020.9125210.
3. Paulus, S. (2011). Basiswissen Sichere Software. dpunkt.verlag.

Als Scaffolds bezeichnet man die Hilfsmittel bzw. die Unterstützung, die den Studierenden während der Übungseinheiten angeboten werden. Scaffolding ist ein grundlegendes Konzept im Rahmen der Methodik des „cognitive apprenticeship (Merrienboer, J.J.G., Kirschner, P., 2003). Scaffolding bezieht sich auf eine Kombination aus Unterstützung für die Performanz der Studierenden und “Fading”. Die Unterstützung hilft dem Lernenden ein Ziel zu erreichen, welches ohne die Unterstützung nicht zu erreichen wäre. Ist das Ziel erreicht, lässt die Unterstützung allmählich nach, bis sie nicht mehr benötigt wird. Dabei ist es wichtig, eine passende Art und Intensität an Unterstützung zu finden und sie angemessen zu verringern (fading). Scaffolds lassen sich unterscheiden in “Soft Scaffolds” und „Hard Scaffolds“. Hard Scaffolds sind statische Unterstützungen, die im Vorhinein basierend auf Schwierigkeiten, die typischerweise bei Studierenden auftreten, antizipiert und geplant werden können. Beispielsweise kann man konzeptuelle Hilfsmittel bereitstellen, die Studierenden dabei helfen, Wissen zu organisieren und zu verbinden. Im Gegensatz dazu sind sogenannte „Soft Scaffolds“ eine Form von Hilfsmitteln, die dynamisch und situationsgebunden sind. Diese Art Scaffolds benötigen eine Lehrperson, die kontinuierlich analysiert, was die Lernenden verstehen und basierend darauf Unterstützung anbietet (Saye, 2002). Während Scaffolding in anderen Disziplinen breiten Einsatz findet, ist dieser Ansatz in der SE-Lehre noch unterrepräsentiert. Für ein Lehr-Lern-Arrangement zur Einführung von Design Pattern wurde am Standort Regensburg ein Scaffolding Konzept entwickelt (Soska & Kollegen, 2017). Außerdem wurden an den Standorten Coburg und Regensburg bei einer Analyse von Problemen Studierender während der Modellierung eines Softwaresystems Studierende nach Hilfsmitteln gefragt, die sie sich wünschen würden. Dazu zählen folgende: Dokumente wie Vorlesungsunterlagen, Definitionen, Spickzettel, sowie einfache und komplexe Beispiele, Live-Beispiele, Tutorials, Feedback, Musterlösungen und Vorschläge, sowie Kollaborationsmöglichkeiten (Reuter & Kollegen, 2020). In der Literatur findet sich ein breites Feld an unterschiedlichen Ansätzen zu Scaffolds und es lässt sich keine Tendenz ausmachen: Evaluiert wurden beispielsweise der Einsatz von Advanced Organizers, Review-Fragen, Quizzes, Simulationen, aber auch zur Verfügung gestellte Bibliotheken mit Beispielen oder Vorgehensweisen von Experten, Chats, und Prompts in verschiedenen Ausprägungen.

Literatur:

1. Merrienboer, J.J.G. & Kirschner, P. (2003). Taking the Load off a Learner’s Mind. In: Instructional Design for Complex Learning. In: Educational Psychologist
2. Reuter, R., Stark, T., Sedelmaier, Y., Landes, D., Mottok, J. & Wolff, C. (2020). Insights in Students‘ Problems during UML Modeling. EDUCON Proceedings, 591-600.
3. Saye, J. W. & Brush, T. (2002). Scaffolding critical reasoning about history and social issues in multimedia-supported learning environments. Educational Technology Research and Development, 50(3), 77-96. https://doi.org/10.1007/BF02505026
4. Soska, A., Reuter, R., Hauser, F., Reiß, M. & Mottok, J. (2017). Scaffolding in der Lehre von Design Pattern. Tagungsband zum 3. Symposium zur Hochschullehre in den MINT-Fächern, 112-116.