Beim Entwurf von Regelungen für technische Prozesse werden klassischerweise modellbasierte Entwurfsmethoden eingesetzt. Diese stoßen jedoch an Grenzen, wenn der Aufwand für eine ausreichend genaue Modellierung zu hoch wird oder das Modell aufgrund der Zeitvarianz des Prozesses seine Validität verliert. Die Alternative besteht darin, zur Entwurfszeit nur einen Sicherheitsrahmen zu stecken und das Detailwissen, wie genau der technische Prozess zu regeln ist, erst zur Laufzeit durch maschinelle Lernverfahren zu optimieren. Um aber den Erfolg und die Sicherheit eines solchen Lernvorgangs gewährleisten zu können ohne wiederum ein formales Modell zu benötigen, muss der zur Entwurfszeit gesteckte Sicherheitsrahmen ausreichend eng sein, darf aber nur Hintergrundwissen nutzen, das dem Entwickler ohne ein Modell auch zur Verfügung steht. In dieser Arbeit wird argumentiert, dass ein entsprechender Sicherheitsrahmen durch in der Literatur vorhandene Entwurfsmethoden grundlegend erreicht werden kann, aber auch gezeigt, dass eine bestimmt Art von solchem Hintergrundwissen, nämlich erwartete funktionale Eigenschaften der zu lernenden Reglerabbildung, in der Literatur bisher nur in Form des SILKE-Ansatzes ausgenutzt wird. Dieser Ansatz wird in der vorliegenden Arbeit erweitert und formal als inkrementelle, lokale Regularisierung dargelegt. Somit lässt sich das Hintergrundwissen über erwartete funktionale Eigenschaften gezielt für einen robusteren Lernvorgang ausnutzen. Diese Arbeit legt die formalen Grundlagen für eine stabile Arbeitsweise der dazu nötigen Algorithmen, entwickelt Entwurfsrichtlinien und zeigt wesentliche Charakteristika des Zusammenspiels von inkrementellem Lernen und inkrementeller Regularisierung. Schließlich wird an realen technischen Prozessen demonstriert, dass ein regularisierter Lernvorgang im geschlossenen Wirkungskreis systematisch robuster wird.

The present paper describes the research of the students’ online learning readiness in a rural university in Bolivia. In particular, it examines through a quantitative research the influences of some variables on the students’ attitudes toward online learning. These variables were established based on theoretical fundaments and selected and confirmed through a qualitative research based in semi-structured interviews with lecturers and directors of the university’s rural centers. This study also provides a way to predict the membership of a student in two groups: “Those who would participate in an online course” and “those who would not participate in an online course” depending on the influencing variables (technology access, technology skills, self-directed learning and online interaction). This analysis also reveals the most important factors to be considered by the university before introducing online courses. The results have shown that the perceived Internet access strongly affected the participation or the lack of participation of students in an online course. Moreover, the student’s attitude toward online learning is influenced mainly by the perception of the quality of his Internet access, by the perception about his capability to interact online (with other students, lecturers and content) and by the individual’s perception about his own computer skills. This study also provides a simple model to analyze the students’ online learning readiness based on their self-assessment.

The present paper describes the research of the students’ online learning readiness in a rural university in Bolivia. In particular, it examines through a quantitative research the influences of some variables on the students’ attitudes toward online learning. These variables were established based on theoretical fundaments and selected and confirmed through a qualitative research based in semi-structured interviews with lecturers and directors of the university’s rural centers. This study also provides a way to predict the membership of a student in two groups: “Those who would participate in an online course” and “those who would not participate in an online course” depending on the influencing variables (technology access, technology skills, self-directed learning and online interaction). This analysis also reveals the most important factors to be considered by the university before introducing online courses. The results have shown that the perceived Internet access strongly affected the participation or the lack of participation of students in an online course. Moreover, the student’s attitude toward online learning is influenced mainly by the perception of the quality of his Internet access, by the perception about his capability to interact online (with other students, lecturers and content) and by the individual’s perception about his own computer skills. This study also provides a simple model to analyze the students’ online learning readiness based on their self-assessment.

In diesem Bericht wurden die Arbeiten und Ergebnisse dargestellt, die am FORWISS im Rahmen des Verbundprojekts AENEAS im Zeitraum vom 1.10.1995 bis zum 31.12.1999 erzielt wurden. Die Forschungsziele des Vorhabens wurden durch eine industrielle Anwendung im Bereich der Stahlverarbeitung motiviert und konzentrierten sich im Wesentlichen auf die folgenden Punkte: • Modellierung von nichtlinearen und zeitvarianten Prozessen, die analytisch nicht fassbar sind und nur durch Messdaten repräsentiert werden. • Modellierung von Größen, die nicht direkt messbar sind, aber auf nichtlineare Weise von anderen, messbaren Größen abhängen. • Kombination von analytischen bzw. statistischen Modellen und Neuronalen Netzen, um die jeweiligen Vorteile der Verfahren zu vereinen. Als Ergebnis des Vorhabens wurden eine Reihe neuer Ansätze zum kontinuierlichen Lernen entwickelt, darunter eine neuartige, lebenslang adaptive Netzarchitektur mit entscheidenden Vorteilen im Bereich des kontinuierlichen Lernens im Vergleich zu allen bisher bekannten Verfahren. Zum zweiten Punkt wurde eine Theorie der Analyse iterierter Prozesse entwickelt, die auf das mathematische Problem der Lösung von Funktionswurzeln führte. Für nichtlineare Systeme gibt es keine analytischen Lösungsmöglichkeiten, daher wurden erstmals Neuronale Netze zur Lösung dieses Problems verwendet. Die Ergebnisse aller grundlagenorientierten Arbeiten flossen in die Lösung eines industriellen Anwendungsproblems ein, bei der End- und Zwischenprofile warmgewalzter Stahlbänder modelliert und prognostiziert werden sollten. Dieser Prozess ist charakterisiert durch Nichtlinearität, Zeitvarianz („Tagesform“ der Anlage) und durch die nicht direkte Messbarkeit der Zwischenprofile, die sich als inverse Iteration (Funktionswurzel) aus dem Endprofil ergeben. Dieses Problem konnte auf elegante Weise durch eine Verknüpfung von analytischen und neuronalen Ansätzen gelöst werden. Neben dem unmittelbaren Wert der Ergebnisse bei der Lösung der beispielhaften Anwendung lassen sich die entwickelten Verfahren zum kontinuierlichen Lernen und zur Analyse iterierter Prozesse auf eine Vielzahl anderer Problemstellungen verallgemeinern und stellen eine gute Basis für weitere Forschungsarbeiten dar.

... The design of advanced blended learning arrangements demands a shift of focus from mere content-based knowledge delivery to moderated interactions between topics, peers and educators. The provision of suitable learning content does not serve primarily as learning resources, but rather as a trigger for active learning as an appropriate combination of individual and collaborative engagement to achieve learning goals which address the higher levels of Bloom’s taxonomy. This triggered interaction benefits strongly by demand-driven and goal-oriented tele-tutorial moderation, perhaps based on deeper insight into learners’ interactions, provided by Learning Analytics. [Aus: Collaborative Online Learning]

To investigate how physics students perceived the sudden shift to online learning at the beginning of COVID-19 pandemic, 18 semistructured interviews were conducted with university students in Austria, Croatia, and Germany. Based on the interviews, a questionnaire was developed and data from N ¼ 578 physics students from five universities in Germany, Austria, and Croatia were gathered. In this paper, we report how students perceived synchronous and asynchronous physics lessons, how their perception correlates with their self-organization skills, which activities and teaching methods were perceived as helpful, and what are the implications for future physics courses. The most common advantages of synchronous course elements reported by students were the possibility to immediately ask questions, the feeling of community and interaction with other students, and the defined daily structure, whereas the most common advantages of asynchronous course elements reported were flexible time management and the possibility to watch videos at their own pace. The data indicate a correlation between preference for synchronous courses and their general self-organization, so instructors should be aware of this connection when planning future courses. Face-to-face lectures at university were perceived as the most helpful course element, followed by the recorded lectures from the instructor and the group work on the assignments, projects, and problems with other students. Furthermore, our results suggest that most students would in the future like to preserve the upload of learning materials and recorded video of the lectures in addition to classroom lectures. Overall, the results of this study suggest that both synchronous and asynchronous course elements should be combined in future online and in-person physics courses.

Die Erforschung der Zusammenstellung kleiner Lerngruppen beschäftigt sich mit dem Problem, eine passende Gruppenzusammensetzung in einer Population von Lernern zu finden, die jeder Gruppe optimalen Nutzen bringen könnte. In letzter Zeit sind viele Studien zu diesem Problem der Kleingruppenzusammenstellung durchgeführt worden. Allerdings waren diese Forschungen nur selten auf den Kontext großer Lerner-Populationen ausgerichtet. Angesichts des zunehmenden Aufkommens von MOOCs muss jedoch das Problem der Gruppenzusammenstellung entsprechend erweitert betrachtet werden, und zwar mit neuen Forschungen, die den Kontext derartig großer Lerner-Populationen berücksichtigen. Anders als in Klassenzimmer-Settings könnte die beobachtete hohe Abbruchquote in MOOCs in einer Unterbesetzung der Gruppengröße resultieren und könnte somit viele Lerner dazu bringen, neue Gruppen zu bilden. Zusätzlich zur Gruppenzusammenstellung muss daher die Gruppenneuzusammenstellung als neues Thema in aktuellen Kontexten großer Lerner-Populationen ebenfalls erforscht werden. Die Untersuchungen der vorliegenden Arbeit gliedern sich in zwei Teile. Der erste Teil beschäftigt sich mit Gruppenzusammenstellung. In diesem Teil stelle ich einen diskreten-PSO Algorithmus zur Zusammenstellung kleiner Lerngruppen vor und vergleiche bislang bestehende Gruppenzusammenstellungs-Algorithmen unter den Gesichtspunkten Zeitaufwand und Gruppierungsqualität. Um Gruppenzusammenstellung in MOOCs anzuwenden wurde ein Gruppenzusammenstellungsexperiment in einem MOOC durchgeführt. Die Hauptergebnisse deuten darauf hin, dass die Gruppenzusammenstellung die Abbruchsquote reduzieren kann, jedoch lediglich einen sehr schwachen Bezug zur Lernperformanz der Lerner aufweist. Der zweite Teil beschäftigt sich mit Gruppenneuzusammenstellung. Die vorliegende Arbeit stellt eine datengesteuerte Herangehensweise vor, die umfassenden Gebrauch von Gruppeninteraktionsdaten macht sowie Gruppendynamik mit einbezieht. Mittels einer in einem Simulationsexperiment durchgeführten Evaluation zeigen sich die Vorteile dieses Verfahrens: Der Lerngruppenzusammenhalt wird verbessert und die Abbruchsquote im Vergleich zu einer Zufallsverteilung reduziert. Darüberhinaus wurde hier ein Gruppen-Lern-Werkzeug entwickelt und für die Praxis vorbereitet, das die Anforderungen des geforderten Ansatzes der Gruppenneuzusammenstellung erfüllt. / Small learning group composition addresses the problem of seeking such matching among a population of students that it could bring each group optimal benefits. Recently, many studies have been conducted to address this small group composition problem. Nevertheless, the focus of such a body of research has rarely been cast to large-scale contexts. Due to the recent come of MOOCs, the topic of group composition needs to be accordingly extended with new investigations in such large learning contexts. Different from classroom settings, the reported high drop-out rate of MOOCs could result in group’s incompletion in size and thus might compel many students to compose new groups. Thus, in addition to group composition, group re-composition as a new topic needs to be studied in current large-scale learning contexts as well. In this thesis, the research is structured in two stages. The first stage is group composition. In this part, I proposed a discrete-PSO algorithm to compose small learning groups and compared the existing group composition algorithms from the perspectives of time cost and grouping quality. To implement group composition in MOOCs, a group composition experiment was conducted in a MOOC. The main results indicate that group composition can reduce drop-out rate, yet has a very weak association with students’ learning performance. The second stage is to cope with group re-composition. This thesis suggests a data-driven approach that makes full use of group interaction data and accounts for group dynamics. Through evaluation in a simulation experiment, it shows its advantages of bringing us more cohesive learning groups and reducing the drop-out rate compared to a random condition. Apart from these, a group learning tool that fulfills the goals of the proposed group re-composition approach has been developed and is made ready for practice.

Die Arbeit beinhaltet den konzeptionellen Entwurf einer Online-Interaktionsplattform (OIP) zur Schaffung einer lernförderlichen Infrastruktur für die multimedial begleitete Lehrausbildung in Verbindung mit dem Wissenstransfer zwischen Universität und Wirtschaft im Rahmen von Forschungszusammenarbeit am Beispiel der Fakultät für Maschinenbau der Technischen Universität Chemnitz. Das Anliegen des Verfassers ist die theoretisch fundierte Gestaltung einer virtuellen Informations-, Kommunikations- und Verwaltungsebene im Internet, die von den drei Interaktionspartnern Hochschuldozenten, Studenten und Wirtschaftsvertretern einvernehmlich genutzt werden kann. Dabei wird hier nicht die Entwicklung einer Lernplattform im herkömmlichen Sinne angestrebt , sondern die Konzeption einer Interaktions-Plattform, die den universitären und außeruniversitären Wissenstransfer in dafür eingerichteten und teilweise von bestimmten Nutzern abgeschotteten Bereichen ermöglicht und zudem Verwaltungsfunktionen für die studentische Ausbildung erfüllen kann. Grundlage der Studie ist eine umfangreiche Online-Evaluation der drei genannten Interaktionspartner, deren Ergebnisse ausführlich dargestellt und interpretiert werden.

Die neue interaktive Online-Bildungsplattform openHPI (https://openHPI.de) des Hasso-Plattner-Instituts (HPI) bietet frei zugängliche und kostenlose Onlinekurse für interessierte Teilnehmer an, die sich mit Inhalten aus dem Bereich der Informationstechnologien und Informatik beschäftige¬n. Wie die seit 2011 zunächst von der Stanford University, später aber auch von anderen Elite-Universitäten der USA angeboten „Massive Open Online Courses“, kurz MOOCs genannt, bietet openHPI im Internet Lernvideos und weiterführenden Lesestoff in einer Kombination mit lernunterstützenden Selbsttests, Hausaufgaben und einem sozialen Diskussionsforum an und stimuliert die Ausbildung einer das Lernen fördernden virtuellen Lerngemeinschaft. Im Unterschied zu „traditionellen“ Vorlesungsportalen, wie z.B. dem tele-TASK Portal (http://www.tele-task.de), bei dem multimedial aufgezeichnete Vorlesungen zum Abruf bereit gestellt werden, bietet openHPI didaktisch aufbereitete Onlinekurse an. Diese haben einen festen Starttermin und bieten dann in einem austarierten Zeitplan von sechs aufeinanderfolgenden Kurswochen multimedial aufbereitete und wann immer möglich interaktive Lehrmaterialien. In jeder Woche wird ein Kapitel des Kursthemas behandelt. Dazu werden zu Wochenbeginn eine Reihe von Lehrvideos, Texten, Selbsttests und ein Hausaufgabenblatt bereitgestellt, mit denen sich die Kursteilnehmer in dieser Woche beschäftigen. Kombiniert sind die Angebote mit einer sozialen Diskussionsplattform, auf der sich die Teilnehmer mit den Kursbetreuern und anderen Teilnehmern austauschen, Fragen klären und weiterführende Themen diskutieren können. Natürlich entscheiden die Teilnehmer selbst über Art und Umfang ihrer Lernaktivitäten. Sie können in den Kurs eigene Beiträge einbringen, zum Beispiel durch Blogposts oder Tweets, auf die sie im Forum verweisen. Andere Lernende können diese dann kommentieren, diskutieren oder ihrerseits erweitern. Auf diese Weise werden die Lernenden, die Lehrenden und die angebotenen Lerninhalte in einer virtuellen Gemeinschaft, einem sozialen Lernnetzwerk miteinander verknüpft. / The new interactive online educational platform openHPI, (https://openHPI.de) from Hasso Plattner Institute (HPI), offers freely accessible courses at no charge for all who are interested in subjects in the field of information technology and computer science. Since 2011, “Massive Open Online Courses,” called MOOCs for short, have been offered, first at Stanford University and then later at other U.S. elite universities. Following suit, openHPI provides instructional videos on the Internet and further reading material, combined with learning-supportive self-tests, homework and a social discussion forum. Education is further stimulated by the support of a virtual learning community. In contrast to “traditional” lecture platforms, such as the tele-TASK portal (http://www.tele-task.de) where multimedia recorded lectures are available on demand, openHPI offers didactic online courses. The courses have a fixed start date and offer a balanced schedule of six consecutive weeks presented in multimedia and, whenever possible, interactive learning material. Each week, one chapter of the course subject is treated. In addition, a series of learning videos, texts, self-tests and homework exercises are provided to course participants at the beginning of the week. The course offering is combined with a social discussion platform where participants have the opportunity to enter into an exchange with course instructors and fellow participants. Here, for example, they can get answers to questions and discuss the topics in depth. The participants naturally decide themselves about the type and range of their learning activities. They can make personal contributions to the course, for example, in blog posts or tweets, which they can refer to in the forum. In turn, other participants have the chance to comment on, discuss or expand on what has been said. In this way, the learners become the teachers and the subject matter offered to a virtual community is linked to a social learning network.

The new interactive online educational platform openHPI, (https://openHPI.de) from Hasso Plattner Institute (HPI), offers freely accessible courses at no charge for all who are interested in subjects in the field of information technology and computer science. Since 2011, “Massive Open Online Courses,” called MOOCs for short, have been offered, first at Stanford University and then later at other U.S. elite universities. Following suit, openHPI provides instructional videos on the Internet and further reading material, combined with learning-supportive self-tests, homework and a social discussion forum. Education is further stimulated by the support of a virtual learning community. In contrast to “traditional” lecture platforms, such as the tele-TASK portal (http://www.tele-task.de) where multimedia recorded lectures are available on demand, openHPI offers didactic online courses. The courses have a fixed start date and offer a balanced schedule of six consecutive weeks presented in multimedia and, whenever possible, interactive learning material. Each week, one chapter of the course subject is treated. In addition, a series of learning videos, texts, self-tests and homework exercises are provided to course participants at the beginning of the week. The course offering is combined with a social discussion platform where participants have the opportunity to enter into an exchange with course instructors and fellow participants. Here, for example, they can get answers to questions and discuss the topics in depth. The participants naturally decide themselves about the type and range of their learning activities. They can make personal contributions to the course, for example, in blog posts or tweets, which they can refer to in the forum. In turn, other participants have the chance to comment on, discuss or expand on what has been said. In this way, the learners become the teachers and the subject matter offered to a virtual community is linked to a social learning network. / Die neue interaktive Online-Bildungsplattform openHPI (https://openHPI.de) des Hasso-Plattner-Instituts (HPI) bietet frei zugängliche und kostenlose Onlinekurse für interessierte Teilnehmer an, die sich mit Inhalten aus dem Bereich der Informationstechnologien und Informatik beschäftige¬n. Wie die seit 2011 zunächst von der Stanford University, später aber auch von anderen Elite-Universitäten der USA angeboten „Massive Open Online Courses“, kurz MOOCs genannt, bietet openHPI im Internet Lernvideos und weiterführenden Lesestoff in einer Kombination mit lernunterstützenden Selbsttests, Hausaufgaben und einem sozialen Diskussionsforum an und stimuliert die Ausbildung einer das Lernen fördernden virtuellen Lerngemeinschaft. Im Unterschied zu „traditionellen“ Vorlesungsportalen, wie z.B. dem tele-TASK Portal (http://www.tele-task.de), bei dem multimedial aufgezeichnete Vorlesungen zum Abruf bereit gestellt werden, bietet openHPI didaktisch aufbereitete Onlinekurse an. Diese haben einen festen Starttermin und bieten dann in einem austarierten Zeitplan von sechs aufeinanderfolgenden Kurswochen multimedial aufbereitete und wann immer möglich interaktive Lehrmaterialien. In jeder Woche wird ein Kapitel des Kursthemas behandelt. Dazu werden zu Wochenbeginn eine Reihe von Lehrvideos, Texten, Selbsttests und ein Hausaufgabenblatt bereitgestellt, mit denen sich die Kursteilnehmer in dieser Woche beschäftigen. Kombiniert sind die Angebote mit einer sozialen Diskussionsplattform, auf der sich die Teilnehmer mit den Kursbetreuern und anderen Teilnehmern austauschen, Fragen klären und weiterführende Themen diskutieren können. Natürlich entscheiden die Teilnehmer selbst über Art und Umfang ihrer Lernaktivitäten. Sie können in den Kurs eigene Beiträge einbringen, zum Beispiel durch Blogposts oder Tweets, auf die sie im Forum verweisen. Andere Lernende können diese dann kommentieren, diskutieren oder ihrerseits erweitern. Auf diese Weise werden die Lernenden, die Lehrenden und die angebotenen Lerninhalte in einer virtuellen Gemeinschaft, einem sozialen Lernnetzwerk miteinander verknüpft.