Das intelligente Lehrsystem SYPROS, das derzeit am Lehrstuhl entwickelt
wird, ist für den Einsatz auf dem Lehrgebiet "Synchronisation
paralleler Prozesse mit Semaphoren" konzipiert.
Das für die Synchronisation grundlegende Konzept der Semaphore nach
Dijkstra wird in SYPROS beispielhaft anhand von kooperierenden
Prozessen eingeübt.
Entscheidend für eine angemessene Modellierung der Lernsituation ist die möglichst realistische Nachbildung der Fähigkeiten eines menschlichen Lehrers. Klassische intelligente Lehrsysteme (ILS) unterscheiden dabei Fähigkeiten aus vier Bereichen:
Das Sachgebietswissen des menschlichen Lehrers wird im sogenannten
Expertenmodul nachgebildet.
Diese Wissensbasis muß alle relevanten Informationen über den
Lehrstoff enthalten.
Dabei genügt nicht nur korrektes Wissen aus dem Sachgebiet.
Auch typische Fehler und Irrtümer des Studenten müssen bekannt sein,
damit sie in ihrer Schwere beurteilt, dem Studenten aufgezeigt und
schließlich Verbesserungen vorgeschlagen werden können.
In SYPROS besteht das Expertenmodul einerseits aus einer Wissensbasis
aus Zielen und Plänen, aus der zu jeder Aufgabe automatisch ein
sog. Ziel-Plan-Baum generiert werden kann, der einen korrekten
Lösungsansatz bzw. weit verbreitete Fehler in der speziellen
Aufgabe beschreibt.
Mit Hilfe dieses Baumes kann die Lösung des Studenten
diagnostiziert werden, d. h. er repräsentiert zu jedem Zeitpunkt
den aktuellen Stand der Problemlösung.
Außerdem ist es möglich, verschiedene Hilfestellungen für den
Studenten, wie die korrekte Lösung, eine Erklärung der Lösung,
Fehlererklärungen, einen Hypothesentest, der überprüft, ob
Teile der Aufbabe bereits richtig sind, und Gegenbeispiele aus den
Informationen im Ziel-Plan-Baum abzuleiten.
Andererseits kann für Aufgabenstellungen oder Lösungsansätze, die mit
der Wissensbasis nicht zufriedenstellend bearbeitet werden können,
in einer zweiten Analysephase festgestellt werden, ob darin noch ein
Fehler enthalten ist.
Dieser kann dann gegebenenfalls in einem Beispielablauf aufgezeigt,
jedoch nicht mehr erklärt werden.
Beim Erlernen der Synchronisation mit Semaphoren ist auch das Testen und Debuggen ein wichtiger Teil. Auch hierzu existieren Ansätze, wie man diesen Aspekt tutoriell aufbereiten kann.
Das didaktische Wissen des menschlichen Lehrers wird im sogenannten Tutormodul nachgebildet. Diese Komponente eines ILS muß grundlegende Strategien für das Vermitteln von Unterrichtsstoff kennen, z.B. die Art des Vorgehens anhand von Übungsaufgaben, das Veranschaulichen von Lehrinhalten durch die Wahl richtiger Beispiele oder die Wahl des Zeitpunkts für Hilfestellungen. In SYPROS hängt die Art und der Zeitpunkt der Interaktion mit dem Lernenden während der Bearbeitung einer Aufgabe vom Wissensstand und der Erfolgsdisposition des Studenten ab. Je nach Lernertyp wird eine passende Lehrstrategie gewählt. Die Weiterentwicklung der Komponente zur Lernzielstrukturierung und Steuerung des Lernweges erfolgt in Kooperation mit der FU Berlin.
Das Wissen des Lehrers über den Studenten, d.h. über seinen Kenntnisstand und seine Arbeitsweise, sind in einem ILS im Studentenmodul enthalten. Diese Komponente zeichnet Informationen darüber auf, in welchem Umfang der Student die Wissenselemente des Lehrgebiets beherrscht, welche Besonderheiten seine Arbeitsweise hat und welchem Lernertyp er zuzuordnen ist. Diese Modellierung stellt die Basis dar, auf der im Tutormodul Entscheidungen über die Gestaltung des Unterrichts getroffen werden. SYPROS verwaltet diese Informationen in einem Arbeitsmodell für die Modellierung des Lerners bei der Bearbeitung der aktuellen Aufgabe und einem Langzeitmodell für alle früher bearbeiteten Probleme.
Schließlich muß ein intelligentes Lehrsystem noch über die Möglichkeit verfügen, Wissen in verständlicher Form zu präsentieren. Dies leistet das Kommunikationsmodul. Dabei stellt die graphische Veranschaulichung von Problemen, eventuell durch bewegte Bilder, eine Lernhilfe dar, die unter Umständen die Möglichkeiten des konventionellen Unterrichts übertrifft. SYPROS bietet Fenster zum Edieren der Prozesse und zum Simulieren von Abläufen. Daneben existiert die Möglichkeit einer graphischen Animation von Abläufen. Außerdem kann das theoretische Wissen zum Sachgebiet in einer adaptiven Hypertext-Komponente nachgelesen werden.
Um die von dem System angebotenen Hilfen besser koordinieren und an den bisherigen Dialog anpassen zu können, wird versucht, die vier Module von SYPROS noch stärker zu integrieren. Dazu soll zusätzlich Wissen über die Korrelationen in einem Lehrsystem und Wissen über den Dialogablauf repräsentiert werden.
Um die in SYPROS entwickelten Konzepte zu validieren und zu erfahren, welche Möglichkeiten sich zusätzlich in anderen Sachgebieten ergeben, wird parallel das Lehrsystem POINTRA entwickelt, das die Programmierung mit Zeigern in Pascal zum Gegenstand hat. Neben dem Lehren des korrekten Programmierens kann hier auch durch die Repräsentation von Programmvarianten im Ziel-Plan-Baum der Programmierstil diskutiert werden.
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