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Das Lehr- und Lernsystem LON-CAPA
LearningOnline Network with Computer-Assisted Personalized
Approach
Gerd KortemeyerMichigan State University
Juni 2006
Fachhochschule Braunschweig-Wolfenbüttel
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Gliederung
• Teil 1: Geschichte• Teil 2: Aufbau des Systems
Verteilte Inhaltsbibliothek Inhaltszusammenstellung Kursverwaltung
• Teil 3: Übungs- und Prüfungsaufgaben• Teil 4: Effektivität• Teil 5: Ausblick
Teil 1
• Teil 1: Geschichte
Geschichte
• 1992: CAPA (Computer-Assisted Personalized Approach) wird erstmalig in einer Physikvorlesung mit 90 Studierenden eingesetzt.
• Reines Hausübungssystem• Wurde bald an einer Reihe anderer Unis
eingesetzt• Jährliche Konferenzen• “Tauschbörsen”:
Austausch von Übungen
CAPA
Problems
Geschichte
• 1997: LectureOnline
• Hausübungen und Lehrmaterialien
• Gemeinsames Pool von Materialien innerhalb einer Uni
• Werkzeuge zur Inhaltszusammenstellung innerhalb von Kursen
• Andere Unis verwenden das System
Inhalts-bibliothekInhalts-
bibliothek
Kurs-Verwaltung
Kurs-Verwaltung
Inhalts-zusammenstellung
Inhalts-bibliothek
Inhalts-bibliothek
Kurs-Verwaltung
Kurs-Verwaltung
Inhalts-zusammenstellung FTP
Geschichte
• 1999: Zusammenarbeit von CAPA und LectureOnline
• Start des LearningOnline Network with Computer-Assisted Personalized Approach (LON-CAPA)
• 2000: National Science Foundation Information Technology Research Grant
• Investigation of a Model for Online Resource Creation and Sharing in Educational Settings
• 5-Jahres Projekt• 2,1 Millionen Dollar
Geschichte
• Ziele des Projektes: Aufbau einer über Institutionsgrenzen
hinweg nutzbaren Bibliothek wiederverwendbarer Lernobjekte
Entwicklung von Geschäftsprozessen innerhalb des Verbundes
Entwicklung von didaktischen Leitlinien zur Erzeugung effektiver Lernobjekte
Entwicklung von Mechanismen zur Qualitätskontrolle der Lernobjekte
Geschichte
• 2006: Ende des NSF Projektes 40 Schulen 40 Hochschulen 6 Verlagsgesellschaften 150.000 online Resources Über 30.000 Studierende jedes Semester
• Nachhaltigkeit erreicht durch Kommerzielle Ausgründung Gemeinnütziges LON-CAPA Academic
Consortium
Ausgründung
• eduCog, LLC• Gegründet 2005• Stellt heute LON-
CAPA bereit für2 Hochschulen32 Schulen6 Verläge
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LON-CAPA Academic Consortium
• Gründungsmitglieder: Michigan State University und University of Illinois at Urbana-Champaign
• Haben jeweils $200k/Jahr auf fünf Jahre hinaus zur Unterstützung des Projektes garantiert.
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Teil 2
• Teil 2: Aufbau des Systemes
Campus A Campus B
Logischer Aufbau
Verteilte Inhaltsbibliotheküber Campusgrenzen hinaus
Inhalts-zusammenstellungs
-werkzeuge
Inhalts-zusammenstellungs
-werkzeuge
KursverwaltungssystemKursverwaltungssystem
Inhalts-zusammenstellungs
-werkzeuge
Inhalts-zusammenstellungs
-werkzeuge
KursverwaltungssystemKursverwaltungssystem
Campus A Campus B
Logischer Aufbau
Verteilte Inhaltsbibliotheküber Campusgrenzen hinaus
Inhalts-zusammenstellungs
-werkzeuge
Kursverwaltungssystem
Inhalts-zusammenstellungs
-werkzeuge
Kursverwaltungssystem
Verteilte Inhaltsbibliothek
• Netzwerk von ständig verbundenen Servern
• Aufgeteilt in „Domains“, z.B. „MSU“ oder „FSU“
Entsprechend: Verteilte Rollen
• Verteilte Rollen
• Jeder Server im Netzwerk kann jede Resource für jede Nutzerin in jedem Kurs darstellen
• Systemweite Lastverteilung
Verteilte Inhaltsbibliothek
“Supermarkt”
• Virtuelles Filesystem• Geordnet nach
Domain Autor Verzeichnisstruktur des
Autors
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Verteilte Inhaltsbibliothek
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• Hausübungs- und Testprobleme
• Verschiedene Optionen, Bilder, Nummern, Graphen, etc
• Gleiches Problem, zwei Studierende
• Mehr dazu später
Verteilte Inhaltsbibliothek
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• 38.300 HTML/XML Inhaltsseiten • 52.600 Hausübungs- und
Prüfungsprobleme• 49.300 Bilder• 6.600 Inhaltszusammenstellungen• 1,100 Simulationen und Animationen• 500 Filme• Verlagsbibliotheken mit
Aufgabensammlungen zu Textbüchern
Verteilte Inhaltsbibliothek
Verteilte Inhaltsbibliothek
• Die URL ist die ID einer Resource• Jeder Rechner im Verbund kann jede
Resource unter ihrer URL auffinden und darstellen
• Replikation Resource näher am Benutzer Unabhängigkeit vom Server des Autors Automatisches Update durch “Subscription”
• Persistant systemweite URL
Verteilte Inhaltsbibliothek
• Veröffentlichung: Metadaten werden weitestgehend automatisch erzeugt und
abgefragt Server im Verbund werden benachrichtigt Eine neue Version wird erstellt
/res/msu/kortemey/physicslib/oscillation/pendulum.5.problem
Verteilte Inhaltsbibliothek
Verteilte Inhaltsbibliothek
Verteilte Inhaltsbibliothek
• Copyright ist immer beim Autor• Möglichkeiten für Nutzungsrechte:
Kann nur vom Autor verwendet werden Kann nur innerhalb der eigenen Uni verwendet werden; Studierende
sehen das Material nur, wenn es ein Dozent ausgewählt hat Kann systemweit verwendet werden; Studierende sehen das Material
nur, wenn es ein Dozent ausgewählt hat Ist frei (ohne Einloggen) verfügbar Konfigurierbare Rechteverwaltungsdatei (häufig Verlage)
• Unabhängig: XML Quellcode verfügbar oder nicht
• Aufgabensammlungen zu Vorlesungstexten
• Verlage beauftragen Firmen, die Aufgaben in LON-CAPA Format bereitzustellen
• Bibliotheken werden freigeschaltet für Kurse, die diese Texte benutzen
• Keine zusätzlichen Kosten, stattdessen Anreiz für Lehrende, dieses Buch auszuwählen
Verteilte Inhaltsbibliothek
• Alle Daten (Seiten, Aufgaben, Rechtedateien, Metadaten, Inhaltszusammenstellungen, etc) sind intern in XML oder XHTML dargestellt
• Gesamtsystem: eingebaute Runtime-Umgebung• Keine Kompatibilitätsprobleme, kein Import/Export notwendig• Ein Quellcode, viele Darstellungsziele• Umsetzung von XML nach Darstellung on-the-fly
Verteilte Inhaltsbibliothek
Quellcode Online
Druck
Konfigurierbare Onlinedarstellung
Als HTML (tth) Als Bild Mit Mathtype-Fonts
Weitgehend Browserkonfigurationbrowserkompatibel Sehr kompatibel notwendig
Geringe Bandbreite Hohe Bandbreite Geringe Bandbreite
Eingebaute Runtimeumgebung: KombinationXML/LaTeX
Verteilte Inhaltsbibliothek
Druck:HTML->LaTeXPDF Ausgabe
Eingebaute Runtimeumgebung: KombinationXML/LaTeX
Verteilte Inhaltsbibliothek
Campus A Campus B
Logischer Aufbau
Verteilte Inhaltsbibliotheküber Campusgrenzen hinaus
Inhalts-zusammenstellungs
-werkzeuge
Inhalts-zusammenstellungs
-werkzeuge
Kursverwaltungssystem
Inhalts-zusammenstellungs
-werkzeuge
Inhalts-zusammenstellungs
-werkzeuge
Kursverwaltungssystem
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Inhaltszusammenstellung
Schreibt Modul überstatistisches Mittel
Schreibt Modul überstatistische Fehler
Schreibt Modul über Meinungsforschung
Benutzt dies inseinem Kurs
Verteilte Inhaltsbibliothek
“Supermarkt”
• Einkaufswagen: Resource Assembly Tools
Inhaltszusammenstellung
• Verschachtelte Struktur
• Keine festgelegten Granularitäten
• Leute können sich darauf nicht einigen
• Lernobjekte existieren auf jeder Stufe und können auf jeder Stufe wiederverwendet werden
Inhaltszusammenstellung
• Inhalts-zusammen-stellung
• Lehrpfads-festlegung
Inhaltszusammenstellung
• Das Auffinden von Resources kann schwer sein
• Statische Metadaten häufig nicht vollständig ausgefüllt
• Keine Information über die Qualität der Resources
• Lösung: dynamische Metadaten
Campus A Campus B
Logischer Aufbau
Verteilte Inhaltsbibliotheküber Campusgrenzen hinaus
Inhalts-zusammenstellungs
-werkzeuge
Inhalts-zusammenstellungs
-werkzeuge
KursverwaltungssystemKursverwaltungssystem
Inhalts-zusammenstellungs
-werkzeuge
Inhalts-zusammenstellungs
-werkzeuge
KursverwaltungssystemKursverwaltungssystem
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• Statische Metadaten: Dublin Core, IMS• Katalogisierungsunterstützung• Dynamische Metadaten: Verwendungsdaten
Inhaltszusammenstellung
• Suchrelevanz
Inhaltszusammenstellung
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Inhaltszusammenstellung
• Browsing
Campus A Campus B
Logischer Aufbau
Verteilte Inhaltsbibliotheküber Campusgrenzen hinaus
Inhalts-zusammenstellungs
-werkzeuge
KursverwaltungssystemKursverwaltungssystem
Inhalts-zusammenstellungs
-werkzeuge
KursverwaltungssystemKursverwaltungssystem
Kursverwaltung
• Übliche Werkzeuge Navigation Diskussionsforen Benotung Kalender usw.
• Nicht allesbesprechen
• Siehe http://www.edutools.info/
Kursverwaltung
Kursverwaltung
• Mittlere Ebene: Inhaltszusammen-stellung
• Navigation wird daraus dynamisch erzeugt
Kursverwaltung
Anbindung an Verwaltungssysteme
Teil 3
• Teil 3: Übungs- und Prüfungsaufgaben
Übungs- und Prüfungsaufgaben
• Natürlich das Übliche: Mehrfachauswahlen Klicke-auf-Bild Zuordnungsaufgaben Rankordnungsaufgaben
• Alles kann mit Medien angereichert werden
Mathematische Aufgaben
• Auswertung symbolischer Ausdrücke
Aufgaben für die Chemie
• Chemische Formeln und Strukturen
Aufgaben für die Physik
• Unterstützung physikalischer Einheiten
Graphen
• Dynamische Erzeugung von Graphen
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Nichtautomatische Benotung
Nichtautomatische Benotung
• Einreichen von Dateien aus dem Portfolio
• Mehrere HiWis benoten: Queue
Übungsaufgaben
• Feedback an den Studierenden “mache ich ausreichend Fortschritte?” “was wird erwartet?”
• Feedback an den Lehrenden “wie kommen meine Studiernden voran?” “worauf muss ich in der Vorlesung näher
eingehen und worauf nicht?” Just-In-Time Teaching
(Probleme fällig vor der Vorlesung)
Feedback an den Lehrenden
Feedback to Instructor
Problem Analysis
Feedback an den Lehrenden
Feedback an den Lehrenden
Feedback an den Lehrenden
• Individuelle Nachrichten
Feedback an den Lehrenden
Prüfungsaufgaben
Prüfungsaufgaben
Prüfungsaufgaben zur Nachbereitung
Prüfungsaufgaben zur Nachbereitung
Teil 4
• Teil 4: Effektivität
Effektivität
• Übung macht den Meister
• Zeit mit dem Material verbringen
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x5Zeit mit dem Material
Zeit mit dem Material
Akademisches Jahr 2004/2005
Circa 12.600 (Herbst) and 10.800 (Frühling) Studierende an der MSU
100.000 Logins in den ersten 16 Tagen des Semesters
1.000.000 Logins im März, sieben Monate später
Zeit mit dem Material
Prüfungs- und Kursnoten
Vorher/Nachher
Gender Differential
phy231: ohne CAPA
phy232: mit CAPA
Geschlechter-unterschied
Teil 5
• Teil 5: Ausblick
MSU: Usability Testing
• Zusammenarbeit mit dem MSU Usability Lab
• Testet LON-CAPA Usability für Studierende Lehrende Autoren
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Symbolische Mathematik
• Integration eines symbolischen Algebrasystems
• Maxima
• Zusammenarbeit mit Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbüttel
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Übungen im Hörsaal
Hörsaalnutzung von LON-CAPA
“Next generation clickers”
• Zusammen-arbeit mit Mazur Gruppe an Harvard und Bill Junkin an Erskine College
Importiert, wird gerade korrigiert
Übungen im Hörsaal
Öffentliche Portfolios
• Öffentlicher Zugang zu Portfoliodateien
• Bekanntgabe
Ausblick: RSS, Podcasts, Calendars
• Herunterladen des Kalenders mit Fälligkeitsdaten, etc, nach iCalendar on PDAs, etc.
• Ankündigungen mit RSS• Podcasting von Portfolio
Dateien, Vorlesungsmitschnitten, etc.
• Blogs• “Mobile Learning”
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• Direktes Einscannen nach LON-CAPA
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Prüfungen im Hörsaal
Ausblick
• 2007 LON-CAPA Conference and Workshop: University of Illinois at Urbana-Champaign
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80
Anerkennung: Förderung
• Anfänglich an der Michigan State University entwickelt
• Weitere Unterstützung von den Sloan und Mellon Foundations
• Derzeit finanziell unterstützt von Michigan State University und der National Science Foundation, sowie akademischen Partnerinstitutionen
http://www.lon-capa.org/