Schreibdidaktik

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Erika Antoni

Schreibdidaktik

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Aktivierende Lehre

Software Engineering ist von sehr abstrakter und komplexer Natur, weswegen die Lehre des Software Engineering in der Hochschulbildung eine große Herausforderung darstellt (Balzert & Balzert, 2009). Obwohl induktive Lehr- und Lernmethoden seit mehreren Jahren in der Lehre Anwendung finden, gibt es nur wenig Forschung zu Lernhindernissen bzw. zur Klassifikation dieser. Reuter & Kollegen (2017) leiteten einerseits eine Lernhindernisklassifikation auf Basis der Cognitive Load Theory (Sweller, J., 1994) und Lernstrategien (Weinstein, C. E. , Mayer, R.E., 1983) ab und identifizierten außerdem Hindernisse in der Software Engineering-Lehre. Lernhindernisse von Studierenden wurden definiert als Hindernisse, die auf irgendeine Art und Weise vom Lernen abhalten. Die theoretisch identifizierten Kategorien beziehen sich auf emotionale, epistemologische, didaktische, ressourcenbezogene und metakognitive Hindernisse (Reuter & Kollegen, 2017). Um die Lernhindernisse spezifisch bei Software Engineering-Studierenden ausfindig zu machen, wurde ein Fragebogen konstruiert, der ebendiese misst. Da der Fragebogen MSLQ („Motivated Strategies for Learning Questionnaire“ von Pintrich, P. R. & Kollegen (1991) auf denselben theoretischen Annahmen wie die identifizierten Lernhinderniskategorien besteht, wurde dieser zur Evaluation ausgewählt und entsprechend adaptiert. Die Ergebnisse dieser Fragebogenstudie zeigten, dass sich die Items des adaptierten MSLQ klar den Dimensionen der didaktischen, der emotional/motivationalen und der metakognitiven Lernhindernisse zuordnen lassen. Einige Items ließen sich auch den epistemologischen und ressourcenorientierten Lernhindernissen zuordnen, allerdings weniger eindeutig (Reuter, 2018). Zu den Lerninhalten, die Studierenden in einer Befragung die größten Probleme bereitet haben, zählen, die Implementierung, Design Pattern und Konfigurationsmanagement (Reuter, 2018).

Game-based-Learning

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).

Projektbasiertes Lernen

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).

Lehransätze zum Secure Software Engineering

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).

Übungseinheiten zu problembasiertem Lernen

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.

Scaffolding

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.
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Im Online Lerntagebuch (OLTB) werden vorlesungsbegleitende, wöchentliche Fragen seitens der Lehrenden an die Studierenden gestellt, welche sich in fachliche, überfachliche, sowie schreibkompetenzfördernde Schwerpunkte unterteilen lassen. Die Studierenden beantworten diese Fragen schriftlich und arbeiten dabei die Themengebiete der jeweiligen Vorlesung selbständig und reflektorisch auf. Die Antworten werden bis zur darauffolgenden Lehrveranstaltung von den Dozierenden auf Sinnhaftigkeit und Vollständigkeit überprüft, und mögliche Verständnis- bzw. Wissenslücken werden identifiziert. Resultierend daraus lassen sich die einzelnen Unterrichtseinheiten bzgl. des Lernstoffs unmittelbar auf den Wissensstand der Studierenden adaptieren. Ziel dabei ist es, dass eine Analyse vollständiger Problemlösungen gekoppelt an eine ausführliche Rückmeldung im Falle von Fehlern (vgl. Weber, G., 2015) in Zusammenarbeit von Studierenden und Dozierenden stattfinden kann. Dies bietet Studierenden die Möglichkeit, ihre Lernfortschritte eigenständig zu überprüfen. Die Methode des OLTBs begünstigt es, eine den Wissensständen der Lernenden adäquate Prüfung am Ende des Vorlesungszeitraumes zu formulieren. Weiter ist anzunehmen, dass aufgrund der regelmäßigen Begleitung durch Wiederholung und Reflexion der Lehrinhalte der Lernerfolg steigt. Ein nachhaltiger Learning Outcome kann dadurch gesichert werden. Zudem ist ein weiteres Ziel die individuelle Kreativität im technischen Umfeld zu fördern. Mit Hilfe kleiner Schritte sollen durch das OLTB Conceptual-Change Prozesse in der Studentenschaft angeregt werden, da eine Realisierung dieser Prozesse bei einzelnen Lernenden als eher schwer realisierbar gelten (vgl. Stark, R., 2002)

Literatur:

  1. Beslmeisl, M., Krekeler, T., Schroll-Decker, I. & Mottok, J. (2015). Der begleitende Einsatz des Online Lerntagebuchs (OLTB) im Software Engineering als Instrument zur individuellen Lernstandortbestimmung. In: Tagungsband zum 2. HD MINT Symposium 2015. Nürnberg, Germany.
  2. Beslmeisl, M., Reuter, R. & Mottok, J. (2016). Importance of Writing in Software Engineering Education. In: Proc. 19th International Conference on Interactive Collaborative Learning (ICL2016), Belfast, Great Britain.
  3. Kampmann, M. & Mottok, J. (2018). A ‘laboratory’ as an approach to foster writing skills at software engineering studies learning software engineering is easier when writing courses are directly applied to lecture’s content and the problems and examples enrolled in. In: Proc. 9th IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON 2018), Santa Cruz de Teneriffe, Spain.
  4. Stark, R. (2002): Conceptual Change: kognitivistisch oder kontextualistisch? Forschungsbericht Nr. 149. München: Ludwig – Maximilians – Universität, Lehrstuhl für Empirische Pädagogik und Pädagogische Psychologie
  5. Weber, G. (2015): Adaptive Learning. Präsentation im Rahmen eines Gastvortrages. Private Communication. Coburg
  6. Kampmann, M., & Mottok, J. (2019). An Online Learning Diary as a means to develop writing and teaching competencies. In: Proc. 3th EUROSOTL Conference, Bilbao, Spain.

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