Im Rahmen der Antragstellung in den sächsischen Förderprogrammen zur Umsetzung des DigitalPakts Schule sind entsprechend der Vereinbarung zwischen Bund und Ländern Aussagen zur Wartung und zur technischen Unterstützung der zu fördernden schulischen IT-Infrastruktur und -Ausstattung zu machen. Dafür enthält die Vereinbarung zwischen Bund und Ländern eine Mustererklärung, die auch in den sächsischen Förderprogrammen anzuwenden ist. Dort sind für die Support-Level die jeweils verantwortlichen Personengruppen und Finanzierungsquellen anzugeben. Damit soll sichergestellt werden, dass die finanzierten Investitionen durchgehend und fehlerfrei im schulischen Einsatz betrieben werden. Redaktionsschluss: 05.03.2020

Beschreibung und Bewertung verschiedener Lerntheorien und Prüfung derer auf Eignung in Online-Lernsystemen. Konzept zur Erweiterung der Lernplattform Data Mining Tutor (DaMiT) durch Integration benutzer-adaptiver Funktionen.

Beschreibung und Bewertung verschiedener Lerntheorien und Prüfung derer auf Eignung in Online-Lernsystemen. Konzept zur Erweiterung der Lernplattform Data Mining Tutor (DaMiT) durch Integration benutzer-adaptiver Funktionen.

Am Beispiel moderner Automatisierungssysteme wird deutlich, dass die Steuerung und optimale Führung der technischen Prozesse eng verbunden ist mit der Verfügbarkeit eines möglichst exakten Prozessmodells. Steht jedoch kein Modell des zu steuernden Systems zur Verfügung oder ist das System nicht ausreichend genau analytisch beschreibbar, muss ein adäquates Modell auf der Basis von Beobachtungen (Messdaten) abgeleitet werden. Erschwerend wirken sich hierbei starke Nichtlinearitäten sowie der zeitvariante Charakter der zu identifizierenden Systeme aus. Die Zeitvarianz, beispielsweise durch Alterung oder Verschleiß hervorgerufen, erfordert zusätzlich eine schritthaltende Adaption an den sich verändernden Prozess. Das einmalige, zeitlich begrenzte Erstellen eines Modells ist somit nicht ausreichend. Stattdessen muss zeitlich unbegrenzt "nachtrainiert" werden, was dementsprechend als "Kontinuierliches Lernen" bezeichnet wird. Auch wenn das Ableiten eines Systemmodells anhand von Beobachtungen eine typische Aufgabenstellung für Neuronale Netze ist, stellt die Zeitvarianz Neuronale Netze dennoch vor enorme Probleme. Im Rahmen der Dissertation wurden diese Probleme identifiziert und anhand von unterschiedlichen Neuronalen Netzansätzen analysiert. Auf den sich hieraus ergebenden Ergebnissen steht anschließend die Entwicklung eines neuartigen Neuronalen Netzansatzes im Mittelpunkt. Die besondere Eigenschaft des hybriden ICE-Lernverfahrens ist die Fähigkeit, eine zur Problemkomplexität adäquate Netztopologie selbstständig zu generieren und diese entsprechend des zeitvarianten Charakters der Zielfunktion dynamisch adaptieren zu können. Diese Eigenschaft begünstigt insbesondere schnelles Initiallernen. Darüber hinaus ist das ICE-Verfahren in der Lage, parallel zur Modellausgabe Vertrauenswürdigkeitsprognosen für die aktuelle Ausgabe zur Verfügung zu stellen. Den Abschluss der Arbeit bildet eine spezielle Form des ICE-Ansatzes, bei der durch asymmetrische Aktivierungsfunktionen Parallelen zur Fuzzy-Logik hergestellt werden. Dadurch wird es möglich, automatisch Regeln abzuleiten, welche das erlernte Modell beschreiben. Die "Black-Box", die Neuronale Netze in der Regel darstellen, wird dadurch transparenter. / One of the main requirements for an optimal industrial control system is the availability of a precise model of the process, e.g. for a steel rolling mill. If no model or no analytical description of such a process is available a sufficient model has to be derived from observations, i.e. system identification. While nonlinear function approximation is a well-known application for neural networks, the approximation of nonlinear functions that change over time poses many additional problems which have been in the focus of this research. The time-variance caused for example by aging or attrition requires a continuous adaptation to process changes throughout the life-time of the system, here referred to as continuous learning. Based on the analysis of different neural network approaches the novel incremental construction algorithm ICE for continuous learning tasks has been developed. One of the main advantages of the ICE-algorithm is that the number of RBF-neurons and the number of local models of the hybrid network have not to be determined in advance. This is an important feature for fast initial learning. The evolved network is automatically adapted to the time-variant target function. Another advantage of the ICE-algorithm is the ability to simultaneously learn the target function and a confidence value for the network output. Finally a special version of the ICE-algorithm with asymmetric receptive fields is introduced. Here similarities to fuzzy logic are intended. The goal is to automatically derive rules which describe the learned model of the unknown process. In general a neural network is a "black box". In contrast to that an ICE-network is more transparent.

This article aims to turn the attention of researchers and practitioners in the innovation and engineering management field towards a more fine grained view on the influence of Information Technologies (IT) and New Product Development (NPD) capabilities on innovation outcomes in different stages of maturity. Computer Aided Innovation (CAI), as a specific but often overlooked category of IT-tools for innovation activities, is introduced as having the potential to positively influence the innovation supporting capabilities. Based on current and emerging developments in the fields of CAI and NPD, a revised version of the conceptual model of the CAI-NPD-systems maturity framework is proposed.

Die Bachelorarbeit dokumentiert die Entwicklung eines computerbasierten Lernangebots zum Thema „Gesundheitswesen in Deutschland“, welches als Untersuchungsmaterial in einer experimentellen Studie eingesetzt werden soll. Das Lernziel der Probanden ist, so viel wie möglich über Gesetze und Bestimmungen der Gesundheitsreform herauszufinden, um die Aufgabenbearbeitung und Lernzielerreichung erfolgreich zu absolvieren. Der erste Teil stellt die pädagogisch-psychologisch fundierte theoretische Konzeption eines computerbasierten Lernangebots dar. Dabei werden zunächst theoretische Grundlagen zum E-Learning, Instruktionsdesign, selbstgesteuerten Lernen und unterstützenden Lernaktivitäten gelegt. Danach erfolgt die Vorstellung von Lern- und Testaufgaben als eine Möglichkeit der Selbstregulation. Dabei wird besonders auf die formalen Aspekte von Aufgaben, das Generieren von Lehrzielen sowie die Konstruktion von fehlerbasiertem Feedback eingegangen. Im zweiten Teil erfolgt die darauf aufbauende praktische Umsetzung: Auf Basis des konzipierten Instruktionsdesigns erfolgt die Erarbeitung von Lernaktivitäten, welche von den Versuchspersonen zur Selbststeuerung ihrer Lernprozesse genutzt werden können. Dafür werden insbesondere Lernaufgaben zur fakultativen selbstständigen Wissensüberprüfung sowie Testaufgaben zur Erfassung des Wissenszuwachses konstruiert. Im Anhang sind die zum Thema „Gesundheitswesen in Deutschland“ entwickelten Lehrziele, konstruierten Aufgaben und dazugehöriges Feedback enthalten.

In den letzten Jahren haben Lernvideos im Bereich des informellen und formellen Lernens an Bedeutung gewonnen. Inwieweit Lernende bei der Nutzung von Videos unterstützt werden und Lehrende didaktische Szenarien umsetzen können, hängt jedoch von der eingesetzten Videolernumgebung ab. Es ist Anliegen der vorliegende Arbeit, Prinzipien des User Interface Designs sowie Komponenten und Mechanismen videobasierter Lehr-Lern-Szenarien in Bezug auf Videolernumgebungen zu identifizieren, zu beschreiben und technisch zu realisieren. Das Ziel besteht darin, Gestaltungsprinzipien in Form von Interaction Design Patterns zu erarbeiten und computergestützte videobasierte Lehr-Lern-Szenarien mit Hilfe von CSCL-Scripts durch eine geeignete Spezifikation und Formalisierung zu realisieren. Für die Erarbeitung der Interaction Design Patterns wurden 121 Videolernumgebungen hinsichtlich 50 Kategorien in einer Inhaltsanalyse empirisch untersucht und dokumentiert. Unter Berücksichtigung ähnlicher Patterns aus thematisch verwandten Pattern Languages und den Erfahrungen aus der Implementierung und dem Einsatz von Videolernumgebungen entstanden 45 Interaction Design Patterns für verbreitete Lösungen für wiederkehrende Probleme bei der Gestaltung und Entwicklung von Videolernumgebungen. Diese Patterns wurden auf Pattern Konferenzen diskutiert und im Anschluss evaluiert sowie bei der Konzeption, Entwicklung und Bewertung mehrerer Videolernumgebungen angewendet. Zudem wurde das Software Framework VI-TWO vorgestellt, mit dem sich fast alle Patterns auf einfache Weise in Web-Anwendungen realisieren lassen. Zur Spezifikation videobasierter CSCL-Scripts wurden existierende videobasierte und nicht videobasierte Scripts analysiert. Im Ergebnis unterschieden sich videobasierte CSCL-Scripts von allgemeinen CSCL-Scripts vor allem hinsichtlich der mit dem Video verknüpften oder darin verankerten Aufgaben und Aktivitäten. Videos werden dabei nicht als monolithische Einheiten, sondern als zeitkontinuierliche Medien betrachtet, in denen weitere Informationen zeitgenau verankert und Lernaktivitäten stattfinden können. Außerdem ließen sich drei Typen videobasierter CSCL-Scripts identifizieren: (1) Scripts zur Analyse und Diskussion von Videoinhalten, (2) Peer Annotation Scripts einschließlich dem Peer Assessment und (3) Jigsaw-Scripts, die das problembasierte Lernen mit Hilfe von Videos ermöglichen. Unabhängig davon variiert die Komplexität der Scripts auf drei Stufen: (1) sofern voneinander abgegrenzte zeitliche Phasen von Lernaktivitäten bestehen, (2) wenn darüber hinaus die Teilnehmer innerhalb von Gruppen Aufgaben bearbeiten (intra-group) und (3) falls außerdem Aufgaben auch gruppenübergreifend bearbeitet werden (inter-group). Auf Grundlage der Spezifikation konnte ein Datenmodell und ein Modell für die nutzerseitige Modellierung von Scripts verschiedener Komplexitätsstufen sowie Typen entwickelt und in dem CSCL-System VI-LAB realisiert werden. Diese Arbeit leistet in zweifacher Hinsicht einen Beitrag zur Forschung im Bereich E-Learning. Zum einen beschreiben die Interaction Design Patterns wiederkehrende User Interface Lösungen und stellen somit ein Hilfsmittel für Designer, Software Entwickler und Lehrende bei der Gestaltung und Implementierung von Videolernumgebungen dar. Zum anderen wurden durch die Spezifikation und softwareseitige Umsetzung videobasierter CSCL-Scripts Voraussetzungen geschaffen, die den praktischen Einsatz und die weitere Untersuchung des kollaborativen Lernens mit Videos ermöglichen.

In den letzten Jahren haben Lernvideos im Bereich des informellen und formellen Lernens an Bedeutung gewonnen. Inwieweit Lernende bei der Nutzung von Videos unterstützt werden und Lehrende didaktische Szenarien umsetzen können, hängt jedoch von der eingesetzten Videolernumgebung ab. Es ist Anliegen der vorliegende Arbeit, Prinzipien des User Interface Designs sowie Komponenten und Mechanismen videobasierter Lehr-Lern-Szenarien in Bezug auf Videolernumgebungen zu identifizieren, zu beschreiben und technisch zu realisieren. Das Ziel besteht darin, Gestaltungsprinzipien in Form von Interaction Design Patterns zu erarbeiten und computergestützte videobasierte Lehr-Lern-Szenarien mit Hilfe von CSCL-Scripts durch eine geeignete Spezifikation und Formalisierung zu realisieren. Für die Erarbeitung der Interaction Design Patterns wurden 121 Videolernumgebungen hinsichtlich 50 Kategorien in einer Inhaltsanalyse empirisch untersucht und dokumentiert. Unter Berücksichtigung ähnlicher Patterns aus thematisch verwandten Pattern Languages und den Erfahrungen aus der Implementierung und dem Einsatz von Videolernumgebungen entstanden 45 Interaction Design Patterns für verbreitete Lösungen für wiederkehrende Probleme bei der Gestaltung und Entwicklung von Videolernumgebungen. Diese Patterns wurden auf Pattern Konferenzen diskutiert und im Anschluss evaluiert sowie bei der Konzeption, Entwicklung und Bewertung mehrerer Videolernumgebungen angewendet. Zudem wurde das Software Framework VI-TWO vorgestellt, mit dem sich fast alle Patterns auf einfache Weise in Web-Anwendungen realisieren lassen. Zur Spezifikation videobasierter CSCL-Scripts wurden existierende videobasierte und nicht videobasierte Scripts analysiert. Im Ergebnis unterschieden sich videobasierte CSCL-Scripts von allgemeinen CSCL-Scripts vor allem hinsichtlich der mit dem Video verknüpften oder darin verankerten Aufgaben und Aktivitäten. Videos werden dabei nicht als monolithische Einheiten, sondern als zeitkontinuierliche Medien betrachtet, in denen weitere Informationen zeitgenau verankert und Lernaktivitäten stattfinden können. Außerdem ließen sich drei Typen videobasierter CSCL-Scripts identifizieren: (1) Scripts zur Analyse und Diskussion von Videoinhalten, (2) Peer Annotation Scripts einschließlich dem Peer Assessment und (3) Jigsaw-Scripts, die das problembasierte Lernen mit Hilfe von Videos ermöglichen. Unabhängig davon variiert die Komplexität der Scripts auf drei Stufen: (1) sofern voneinander abgegrenzte zeitliche Phasen von Lernaktivitäten bestehen, (2) wenn darüber hinaus die Teilnehmer innerhalb von Gruppen Aufgaben bearbeiten (intra-group) und (3) falls außerdem Aufgaben auch gruppenübergreifend bearbeitet werden (inter-group). Auf Grundlage der Spezifikation konnte ein Datenmodell und ein Modell für die nutzerseitige Modellierung von Scripts verschiedener Komplexitätsstufen sowie Typen entwickelt und in dem CSCL-System VI-LAB realisiert werden. Diese Arbeit leistet in zweifacher Hinsicht einen Beitrag zur Forschung im Bereich E-Learning. Zum einen beschreiben die Interaction Design Patterns wiederkehrende User Interface Lösungen und stellen somit ein Hilfsmittel für Designer, Software Entwickler und Lehrende bei der Gestaltung und Implementierung von Videolernumgebungen dar. Zum anderen wurden durch die Spezifikation und softwareseitige Umsetzung videobasierter CSCL-Scripts Voraussetzungen geschaffen, die den praktischen Einsatz und die weitere Untersuchung des kollaborativen Lernens mit Videos ermöglichen.:1 Einführung 19 1.1 Motivation 19 1.2 Herausforderungen und Forschungsfragen 20 1.2.1 Interaction Design Patterns 20 1.2.2 Videobasierte CSCL-Scripts 22 1.3 Kapitelübersicht und Forschungsmethoden 25 1.3.1 Kapitelübersicht 25 1.3.2 Forschungsmethoden je Kapitel 27 2 Lernen mit Videos 29 2.1 Terminologie, Einsatzfelder und Potentiale von Lernvideos 30 2.1.1 Begriffsbestimmung 30 2.1.2 Einsatzfelder und Szenarien für das Lernen mit Videos 32 2.1.3 Potentiale des Medium Video 34 2.2 Videos im Kontext kognitiver Lerntheorien 36 2.2.1 Theorie der kognitiven Last 36 2.2.2 Kognitive Theorie des Lernens mit Multimedia 38 2.3 Interaktivität audiovisueller Lernmedien 44 2.4 Lernformen 48 2.4.1 Rezeptives Lernen 49 2.4.2 Selbstgesteuertes Lernen 50 2.4.3 Kollaboratives Lernen 52 2.5 Zusammenfassung 56 3 Videolernumgebungen und Hypervideos 59 3.1 Terminologie und Modelle 60 3.1.1 Videolernumgebung 60 3.1.2 Terminologie: Video, Hypervideo und interaktives Video 62 3.1.3 Spezifikationen für Hypervideo-Dokumente 65 3.1.4 Modelle des zeitlichen Layouts 66 3.2 Human Video Interface 69 3.2.1 Gestaltungsraum von Hypervideos 70 3.2.2 Usability-Herausforderungen von Human Video Interfaces 74 3.3 Technische Herausforderungen 76 3.3.1 Download und Cache-Management / Echte Nicht-Linearität 77 3.3.2 Synchronisierung von Video und Annotationen 78 3.3.3 Adressierung und Abruf von Medienfragmenten 78 3.3.4 Deklarative Ansätze der Repräsentation von Multimedia 80 3.4 Produktion und Integration in Lernumgebungen 81 3.4.1 Produktion: Vorgehensweisen und Paradigmen 82 3.4.2 Integration in Lernumgebungen und Zusammenspiel mit Diensten im WWW 85 3.5 Zusammenfassung 87 4 Interaction Design Patterns für Videolernumgebungen 91 4.1 Einführung in Design Patterns 92 4.1.1 Design Patterns 95 4.1.2 Mustersprache 101 4.1.3 Verwandte Ansätze im Interaction Design 104 4.1.4 Verwandte Pattern Languages 106 4.2 Systematische Elaboration von Design Patterns 109 4.2.1 Stand der Forschung bzgldem Pattern Mining 110 4.2.2 Inhaltsanalyse von Videolernumgebungen 112 4.2.3 Analyse und Integration ähnlicher Muster bzwMustersprachen 128 4.2.4 Verfassen sowie Revision und Evaluation der Muster 130 4.2.5 Konstruktion der Pattern Language 135 4.3 Pattern Language für Videolernumgebungen 140 4.3.1 Struktur der Pattern Language 140 4.3.2 Angrenzende Mustersprachen 144 4.3.3 Repräsentation in einer Wissensbasis 145 4.3.4 Anwendungs- und Einsatzszenarien 148 4.3.5 Exemplarische Interaction Design Patterns 151 4.4 Zusammenfassung 168 5 Videobasierte CSCL-Scripts 171 5.1 Einführung 172 5.1.1 Hintergrund zu Scripts und CSCL-Scripts 172 5.1.2 Definition videobasierter CSCL-Scripts 175 5.1.3 Mehrwert und Potentiale 177 5.1.4 Typisierung videobasierter CSCL-Scripts 178 5.2 Spezifikation videobasierter CSCL-Scripts 184 5.2.1 Script-Komponenten 185 5.2.2 Script-Mechanismen 194 5.3 Modellierung von CSCL-Scripts 197 5.3.1 Komplexitätslevel 200 5.3.2 Verwandte Systeme und Ansätze zur Modellierung von Scripts 201 5.3.3 Konzept für eine formale Repräsentation 206 5.3.4 Konzept zur Modellierung im User Interface 209 5.4 Zusammenfassung 212 6 Realisierung von Patterns und Scripts 215 6.1 VI-TWO: JavaScript Framework für interaktive Videos 216 6.1.1 Anforderungen 217 6.1.2 Verwandte Arbeiten 219 6.1.3 Architektur von VI-TWO 222 6.1.4 Videoplayer 224 6.1.5 Videoannotationen 225 6.1.6 Makrointeraktivität in Kollektionen von Videos 229 6.1.7 Autorenwerkzeuge 232 6.2 VI-LAB: CSCL-System für videobasierte CSCL-Scripts 235 6.2.1 Anforderungen 236 6.2.2 Architektur von VI-LAB 238 6.2.3 Modellierung videobasierter CSCL-Scripts 241 6.2.4 Monitoring 244 6.3 Anwendungsbeispiele für VI-TWO und VI-LAB 246 6.3.1 Vi-Wiki 246 6.3.2 IWRM education 247 6.3.3 VI-LAB (Version 1) auf Basis von Wordpress 247 6.3.4 VI-LAB (Version 2) auf Basis von node.js 248 6.3.5 Theresienstadt explained 249 6.4 Zusammenfassung 252 7 Schlussbetrachtung 255 7.1 Beitrag der Arbeit zur Forschung 255 7.2 Kritische Würdigung 256 7.3 Ausblick 257

In unserem Vortrag stellen wir die verbesserte Version des vor zwei Jahren präsentierten Kanu KI Analysators vor. Die automatische Paddel- und Paddelwinkelerkennung ist mit einer Trefferquote von über 99% sehr robust geworden. Die Erkennung der Paddelposen des Technikleitbildes hat sich von 37% auf 60% verbessert. / In our presentation, we introduce the improved version of the Canoe AI Analyzer presented two years ago. The automatic paddle and paddle angle detection has become very robust with an accuracy rate of over 99%. The paddle pose detection of the technique guide has improved from 37% to 60%.

Die Bachelorarbeit dokumentiert die Entwicklung eines computerbasierten Lernangebots zum Thema „Gesundheitswesen in Deutschland“, welches als Untersuchungsmaterial in einer experimentellen Studie eingesetzt werden soll. Das Lernziel der Probanden ist, so viel wie möglich über Gesetze und Bestimmungen der Gesundheitsreform herauszufinden, um die Aufgabenbearbeitung und Lernzielerreichung erfolgreich zu absolvieren. Der erste Teil stellt die pädagogisch-psychologisch fundierte theoretische Konzeption eines computerbasierten Lernangebots dar. Dabei werden zunächst theoretische Grundlagen zum E-Learning, Instruktionsdesign, selbstgesteuerten Lernen und unterstützenden Lernaktivitäten gelegt. Danach erfolgt die Vorstellung von Lern- und Testaufgaben als eine Möglichkeit der Selbstregulation. Dabei wird besonders auf die formalen Aspekte von Aufgaben, das Generieren von Lehrzielen sowie die Konstruktion von fehlerbasiertem Feedback eingegangen. Im zweiten Teil erfolgt die darauf aufbauende praktische Umsetzung: Auf Basis des konzipierten Instruktionsdesigns erfolgt die Erarbeitung von Lernaktivitäten, welche von den Versuchspersonen zur Selbststeuerung ihrer Lernprozesse genutzt werden können. Dafür werden insbesondere Lernaufgaben zur fakultativen selbstständigen Wissensüberprüfung sowie Testaufgaben zur Erfassung des Wissenszuwachses konstruiert. Im Anhang sind die zum Thema „Gesundheitswesen in Deutschland“ entwickelten Lehrziele, konstruierten Aufgaben und dazugehöriges Feedback enthalten.:Inhaltsverzeichnis 3 Zusammenfassung 5 1 Einleitung 6 1.1 Motivation 6 1.2 Zielsetzung 6 1.3 Aufbau 7 2 Vorerklärungen 8 2.1 E-Learning 8 2.2 Lernen 8 2.3 Selbstgesteuertes Lernen 8 2.4 Lernumgebung, Lernangebot 9 2.5 Lehr- und Lernziele 9 I Theoretische Konzeption 10 3 Zu Grunde liegendes Instruktionsdesign 10 3.1 Ausgangsbedingungen 10 3.2 Didaktische Designentscheidungen 12 4 Selbststeuerung 15 4.1 Anforderungen an selbstgesteuertes Lernen 15 4.2 Lernaktivitäten zur Selbstregulation 18 5 Aufgaben als Aktivität der Selbststeuerung 21 5.1 Funktionen von Aufgaben 21 5.2 Testaufgaben 22 5.3 Lernaufgaben 23 6 Konstruktion von Lernaufgaben 25 6.1 Aufgabeninhalte und Lehrziele 25 6.2 Lehrziele 26 6.3 Formale Aspekte 32 6.4 Motivationale Aspekte 35 6.5 Fehlerbasiertes Feedback II Umsetzung der Konzeption 46 7 Selbststeuerung 46 7.1 Planung und Vorbereitung 46 7.2 Lernhandlungen 48 7.3 Kontrolle, Handlungsregulation, Rückmeldung und Bewertung 49 7.4 Motivation und Konzentration 51 8 Lern- und Testaufgaben 52 8.1 Aufgabeninhalte 52 8.2 Formale Aspekte 57 8.3 Motivationale Aspekte 62 8.4 Fehlerbasiertes Feedback 63 9 Schlussbemerkung und Ausblick 65 Abkürzungsverzeichnis 66 Literaturverzeichnis 67 Tabellenverzeichnis 75 Abbildungsverzeichnis 77 A Anhang 78 A.1 Lehrziele 79 A.2 Lehrziel-Matrizen 85 A.3 Testaufgaben 90 A.4 Lernaufgaben 104