1. Thema
Ablauf
Adaptivität
Definition
Kriterien
im Lernmanagement
Methodik
Architektur
Zusammen-
fassung
Ausblick
Bedeutung und Verwendung
von Adaptivität
in elektronischen Lernzusammenhängen
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 1

2. Ablauf
Definition von Adaptivität
in der Lerntheorie
bei Lernsystemen
Thema
Ablauf Kriterien für Adaptivität
Definition Ansätze für möglichst valide Ermittlung von Adaptivität
Kriterien
Methodik Methodik adaptiver Systeme
Architektur
Zusammen-
fassung
Abstrakte Beispiel-Architektur für ein adaptives System
Ausblick
Zusammenfassung
Ausblick
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 2

3. Adaptivität im Lernmanagement
Adaptives Lernen
... versucht die Interaktion zwischen Benutzer und System zu vereinfachen.
Thema
... versucht das verfügbare Angebot dem Bedarf des Benutzers anzupassen.
Ablauf
Definition
Kriterien
in der Lerntheorie
Methodik
Warum adaptiv Lehren? (Salomon, 1972):
Architektur
Beseitigung und Kompensation von Lerndefiziten.
Nutzbarmachen von Stärken.
Zusammen-
fassung verschiedene Theorien für Lernprozesse
Lernprozesse.
Ausblick z.B.: Organisationales Lernen
bei L
b i Lernsystemen
t
Beispiel: Hat ein Lerner an einer Stelle Schwierigkeiten, wird das System
aktiv und schlägt eine leichtere Lerneinheit vor.
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 3

4. Lerntheorie
Thema
Ablauf
Definition
Kriterien Adaptivität in der Lerntheorie
Methodik
Architektur
Zusammen-
fassung
Ausblick
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 4

5. Lerntheorie OL
Organisationales Lernen (OL)
nach Argyris und Schön
Single-Loop-Learning
Thema (Adaptives Lernen)
Ablauf
Anpassung der Handlung.
p g g
Neue Kenntnisse im Rahmen alter
Definition Ziele.
Kriterien Ziele (Leitwerte) bleiben unverändert.
Methodik
Architektur
Double-Loop-Learning
(Strategisches Lernen)
Zusammen-
fassung Veränderungslernen.
„Lernen, die Fähigkeiten einer
Ausblick
Organisation zu erweitern“ durch
Senge (1990).
Bisherige Ziele und Handlungen
g g
werden infrage gestellt.
Damit findet "Umlernen" statt, was
mit emotionalem Widerstand
verbunden sein kann.
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 5

6. Lerntheorie OL
Deutero-Learning
(Meta-Lernen)
Prozesslernen.
Thema Bisherige Lernprozesse und die Einflussfaktoren
(Situationsbedingungen) werden reflektiert, analysiert und neues
Ablauf
Lernverhalten wird entwickelt.
Definition
Deutero-Learning kann sich sowohl auf Single- als auch auf Double-
Kriterien Loop-Learning beziehen.
Methodik
Architektur
Zusammen-
fassung
Ausblick
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 6

7. Lernsysteme
Thema
Ablauf
Definition
Kriterien Adaptivität bei Lehr- und Lernsystemen
Methodik
Architektur
Zusammen-
fassung
Ausblick
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 7

8. Adaptation
Mikro-Adaptation
Adaptivität in multimedialen Lehr und Lernsystemen
Lehr- Lernsystemen.
Die Software erkennt den augenblicklichen 'Standort' des Benutzers und bietet ihm bei
entsprechender Nachfrage an den 'Standort' angepasste Hilfen an.
Thema
Zu Beginn vorgenommene Anpassung des Lehrsystems wird in sehr kurzen Zeitabständen
Ablauf überprüft und aktualisiert.
aktualisiert
Lernprozesse werden im Sinne eines geschlossenen Wirkungskreises geregelt (feed-back,
Definition
closed-loop control), wobei die unmittelbaren Ergebnisse der Lehrmaßnahmen dem
Kriterien Lehrsystem rückgekoppelt werden und zur weiteren Verwendung zur Verfügung stehen.
Methodik
Architektur
Makro-Adaptation
Zusammen-
fassung
Adaptierbarkeit in multimedialen Lehr- und Lernsystemen.
Ausblick Veränderung des Auswahlmenüs der Systemfunktionen.
Anpassung an den spezifischen Bedarf des Benutzers.
Anpassung des Lehrsystems in g
p g y größeren zeitlichen Abständen ( Gegensatz zur
(im g
Mikroadaption) notwendig.
Lernprozesse werden im Sinne eines offenen Wirkungskreises gesteuert (feed-forward,
open-loop control), wobei unmittelbare Ergebnisse der Lehrmaßnahmen dem Lehrsystem
nicht rückgekoppelt werden und somit keine Regelung im eigentlichen Sinn stattfindet.
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 8

9. Lernsysteme
Thema
Ablauf
Definition
Kriterien
Methodik
Klassische Lernsysteme
Architektur
Web Based Training / Computer Based Training.
Zusammen-
fassung Die meisten L(C)MS.
( )
Ausblick Keine Adaptation.
Adaptierbare Lernsysteme
Zur Steuerung von Lernprozessen.
Das System kann auf Grundlage einer extern vorgenommenen Diagnose durch
extern vorgenommene Eingriffe so eingestellt werden, dass es dem
Unterstützungsbedarf der Benutzer möglichst gut entspricht [1].
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 9

10. Lernsysteme
Adaptive Lernsysteme
Zur Regelung von L
Z R l Lernprozessen.
Das System greift selbständig regelnd in den Lernprozess ein.
Thema
Hat ein Lerner an einer Stelle Schwierigkeiten, wird das System aktiv und
Ablauf schlägt z B eine leichtere Lerneinheit vor
z. B. vor.
Definition
Kriterien
Methodik
Intelligente Lernsysteme
Architektur
Zusammen- Neben einer Wissenskomponente, ist eine Diagnosekomponente vorhanden,
fassung
die im Dialog mit dem Lernenden über die Zeit hinweg zu einem immer
Ausblick adäquateren Bild seines jeweiligen Wissens führt.
Generierung neuer lerner- und situationadäquater Lernangebote.
Intelligente Tutorensysteme (ITS).
(ITS)
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 10

11. Kriterien für Adaptivität
Thema
Ablauf
Definition
Kriterien Kriterien für Adaptivität in Systemen
Methodik
Architektur
Zusammen-
fassung
Ausblick
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 11

12. Kriterien für Adaptivität
Bestimmung von Adaptivität in Systemen
Objektive K it i
Obj kti Kriterien
Auszählen implementierter Adaptivitätsattribute.
Thema
Ablauf
Zeit, Geschwindigkeit.
Definition
Anzahl der Dialogschritte z.B. Litman & Pan, 1999 (Gesamtdauer
Kriterien
der Interaktion).
Methodik
Richtigkeit und Genauigkeit (accuracy and precision) z B Billsus &
z.B.
Architektur
Pazzani, 1999.
Zusammen-
Lernerfolg z.B. Specht, 1998.
fassung
Verhaltenskomplexität.
Verhaltenskomplexität
Ausblick
subjektive Kriterien
j
Usability-Fragebögen
Fragen nach Zufriedenheit, Schwierigkeitsgrad, ...
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 12

13. Kriterien für Adaptivität
1. Ansatz zur Bestimmung von Adaptivität
S. Graf , B. List - TU Wien
Thema Evaluation von Adaptationskriterien bei OpenSource E-
Ablauf
Learning Plattformen
g
Definition
Kriterien Kriterien für Adaptation:
Methodik
Adaptierbarkeit
Architektur
Personalisierung
Zusammen-
Erweiterbarkeit
fassung Adaptivität
Ausblick Anmerkungen zu Lern- und Kommunikationsobjekten.
Statische Anpassung von Lerninhalten.
Dynamische Anpassung von Lerninhalten
Lerninhalten.
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 13

14. Kriterien für Adaptivität
Ergebnis der Evaluation von Adaptationskriterien
Moodle schneidet am besten ab.
Adaptivität wenig vertreten bei L(C)MS.
Thema
Ablauf
Definition
Kriterien
Methodik
Architektur
Zusammen-
fassung
Ausblick
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 14

15. Kriterien für Adaptivität
2. Ansatz zur Bestimmung von Adaptivität
Cognitive Task Analysis
Thema
Ermittlung des Idealwegs für einen Benutzer.
Ablauf
GOMS: analytisches Modell für die Beschreibung von Mensch und
Maschine Interaktionsvorgängen. GOMS steht für die
Definition
Komponenten des Benutzermodells, nämlich Ziele (Goals),
Kriterien Operatoren (Operators), Methoden (Methods) und Selektionsregeln
Methodik (Selection Rules) Card Moran & Newell 1983
Card, Newell, 1983.
Architektur Verhalten des Benutzers mit Hilfe von Grammatiken überprüfen
(z.B. Backus Naur Form bei Reisner, 1984).
Zusammen-
fassung
Ermittlung des genutzten Weges eines Benutzers (z B
(z.B.
Ausblick Rauterberg, Schluep, and Fjeld, 1997).
Berechnung verschiedener Maße der Komplexität.
mathematisches Modell von nebenläufigen Systemen als
Bedingungs- oder Ereignisnetz.
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 15

16. Kriterien für Adaptivität
2. Ansatz zur Bestimmung von Adaptivität
S. Weibelzahl, G. Weber – Uni Freiburg
Für Evaluation adaptiver Systeme wird Verhaltenskomplexität als objektives,
Thema valides Kriterium vorgeschlagen.
Ablauf
Adaptivität vereinfacht die Interaktion zwischen Benutzer und System.
Schlägt sich in einer Reduktion der Verhaltenskomplexität nieder.
Definition
Adaptivität reduziert also die Komplexität der Interaktion
Kriterien
Rauterberg, Schluep, and Fjeld (1997)
Methodik
Schlagen ein Verfahren zur Beschreibung des Verhaltens eines
Architektur einzelnen Benutzers vor.
Zusammen- Die Interaktion läßt sich begreifen als ein Netz von Systemzuständen,
fassung zwischen denen der Benutzer über festgelegte Übergänge (z.B.
Ausblick
Mausklicks, Tastendrücke, Menüauswahl, etc.) hin und her “springt”.
Für die Berechnung wird das beobachtete Verhalten als Netz von
Zuständen und Übergängen repräsentiert.
Netz, bei dem es sich aus f
N t b id i h formaler Si ht um ein P t i N t h d lt
l Sicht i Petri-Netz handelt,
kann aus Protokolldaten extrahiert werden.
Dazu werden die vorhandenen Systemzustände festgelegt. Dann kann
ermittelt werden, welchen “Weg” der Benutzer genommen hat.
, g g
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 16

17. Kriterien für Adaptivität
Beispiel für eine Abbildung als Petri-Netz
Aus der Interaktion eines Benutzers mit einem Produktberatungssystem gewonnen.
Berechnung von 4 Komplexitätsmaßen als Abbildung für das Verhalten des Benutzers
Anzahl der verschiedenen aufgetretenen Zustände (States) des Systems.
Thema Anzahl der Relationen zwischen den Zuständen.
Relative strukturelle Komplexität.
Ablauf Anzahl d i N t enthaltenen Z kl
A hl der im Netz th lt Zyklen.
Definition Zeigt also an, wie häufig ein Benutzer wieder zu einem früheren Zustand zurückgekehrt
ist.
Kriterien Dichte des Netzes in Relation zur maximal möglichen Dichte.
Methodik
Architektur
Zusammen-
fassung
Ausblick
Zustände sind als Rechtecke,
Übergänge als Ellipsen
g g p
gekennzeichnet.
Zustände S = 6
Übergänge T = 8
Rauterberg, Schluep, and Fjeld
(1997)
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 17

18. Methodik adaptiver Systeme
Thema
Ablauf
Definition
Kriterien Methodik adaptiver Systeme
Methodik
Architektur
Zusammen-
fassung
Ausblick
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 18

19. Methodik adaptiver Systeme
Begriffstriade Afferenz – Inferenz – Efferenz
3 logisch und zeitlich unterscheidbare Funktionen
1 Aff
Afferenz
Registrierung von charakteristischen Nutzungsmerkmalen.
Wie in einem Nervensystem werden bei der Afferenz alle eingehenden Ereignisse erfasst und der
Thema Zentrale gemeldet.
Ablauf
Registrierung des Benutzerverhaltens, die man in Bezug auf Menschen auch als Beobachtung
bezeichnen könnte. Ermittlung von regelmäßigen Präferenzen, die Erfassung von Informationen, die
der Benutzer abgefragt hat und von denen das System annehmen kann, dass der Benutzer sie nun
Definition kennt, um daraus auf sein Wissen bzw. seinen Expertisegrad zu schließen, die Ermittlung von
Aufgaben, die der Benutzer bearbeitet, um evtl. die nächste Teilaufgabe vorzubereiten.
Kriterien
Methodik 2 Inferenz
Analyse und Schlussfolgerung für Adaption.
Architektur In der zentralen Auswertungsstelle werden die eingehenden Ereignismeldungen geordnet, ausgewertet
und in Entscheidungen über Adaptionen überführt.
Zusammen-
fassung
beinhaltet die Auswertung der Registrierung auf der Basis von Modellannahmen über
Benutzeranforderungen,
Benutzeranforderungen Heuristiken oder Ontologien der Anwendungsdomäne Schlüsse aus den
Anwendungsdomäne.
registrierten Daten der Interaktion werden gezogen, um die am besten geeigneten Adaptionen zu
Ausblick identifizieren.
3 Efferenz
Ausführung von Ad ti
A füh Adaptionsleistungen .
l i t
Das Ergebnis besteht in Adaptionsmaßnahmen, die durch entsprechende Stellglieder ausgeführt
werden.
beinhaltet die Umsetzung der Adaption, die auf der zweiten Stufe entschieden worden ist, in Form
von tatsächlichen Systemveränderungen als adaptierte Präsentationsweise oder als adaptierte
Interaktion.
Interaktion
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 19

20. Architektur adaptiver Systeme
Thema
Ablauf
Definition
Kriterien Abstrakte Architektur adaptiver Systeme
Methodik
Architektur
Zusammen-
fassung
Ausblick
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 20

21. Architektur adaptiver Systeme
Abstrakte adaptive Systemarchitektur
Verschiedene Ansätze definieren unterschiedliche Funktionalitäten für die
Akquisition von Information über Benutzer des Systems,
Thema für die Repräsentierung dieser Information und
Ablauf für d e Ge e e u g von pe so a s e e Inhalt u d a gepass e Navigationsstrukturen.
ü die Generierung o personalisiertem a und angepassten a ga o ss u u e
Die bereitgestellten Funktionalitäten können organisiert und in verschiedene Schichten
Definition
unterteilt werden.
Kriterien
Ausgehend von diesen Schichten kann ein abstraktes Modell abgeleitet werden.
Methodik Der Informationsfluss eines adaptiven S t
D I f ti fl i d ti Systems ist ebenfalls auf verschiedene S hi ht
i t b f ll f hi d Schichten
Architektur
abgebildet.
Zusammen-
fassung
Ausblick Beispiele
personalisiertes E-Learning-System.
Die Domäne des E-Learning besteht aus Lernobjekten mit spezifischem Inhalt, Lehrmethoden und
g j p ,
einer Gruppe von Studenten mit unterschiedlichem Wissensstand und Lernpräferenzen.
Während des Lernprozesses bewegt sich ein Student virtuell im Onlinekurs von einem Thema zum
nächsten, liest, lernt und löst Aufgaben.
kontext-sensitiver Audioführer für Museen.
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 21

22. Architektur adaptiver Systeme
1 Sensorschicht als reiner Sammler
von Information
Netzwerk aus Sensoren wird in der
Umgebung platziert und mit dem System
Thema verbunden.
Ablauf Sensoren registrieren Veränderungen in
der Umgebung, die sich in den
Definition Nutzungsmerkmalen ergeben, und
Kriterien nehmen die Interaktionen der Benutzer
mit der Umgebung wahr.
Methodik
Sensoren müssen domänenabhängig
Architektur konfiguriert werden, die dazugehörigen
Zusammen- Softwareobjekte aber sind generalisiert
fassung und abstrakt implementiert.
p
Ausblick Der „Tracking-Sensor“ des E-Learning-
Systems liest die momentane URL des
= Afferenz Kursabschnitts aus. Weitere Beispiele
sind Eingabesensoren für Textfelder
eines Fragebogens.
Schichtenansatz für das Design adaptiver Systeme
Quelle: Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE
Fraunhofer Institut
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 22

23. Architektur adaptiver Systeme
2 Semantikschicht
reichert Daten aus Sensorschicht
semantisch an.
Thema Wissensrepräsentation des adaptiven
Systems.
Ablauf
Kontext, in dem sich die Benutzer und
Definition die Umgebung in einem bestimmten
Kriterien Augenblick befinden.
Methodik Kontext d kt i Di
K t t deckt vier Dimensionen ab:
i b
Identität (Präferenzen, Interessen, etc.),
Architektur Lokation, Zeit, Umgebung.
Zusammen-
fassung g
Prozess der Profilgenerierungg
personalisierender Applikationen
Ausblick vollständig abgedeckt.
= Inferenz Die folgende Kontrollschicht kann so
unterschiedliche Sichtweisen auf die
verarbeiteten Daten erstellen.
Schichtenansatz für das Design adaptiver Systeme
Quelle: Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE
Fraunhofer Institut
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 23

24. Architektur adaptiver Systeme
3 Kontrollschicht
Basierend auf intelligenten Modellen und
g
aufbereiteten Informationen der
Semantikschicht generiert die
Thema Kontrollschicht Sequenzen von Befehlen
zur Steuerung des adaptiven Systems.
Ablauf
kontrolliert mit diesen Befehlssequenzen
Definition die Komponenten der nachfolgenden
Kriterien Ausführungsschicht.
Methodik Der Kontrollmechanismus i t i
D K t ll h i ist im
einfachsten Fall aus einer Menge von
Architektur Regeln aufgebaut, kann aber auch
Zusammen- komplexere Strukturen aufweisen.
fassung
Wird erkannt, dass der Schüler sich eher
Ausblick unschlüssig durch den Kurs bewegt,
wechselt das System zur Strategie
= Inferenz „Führen“ und schickt den Befehl
„prompt(visualID) raus
prompt(visualID)“ raus.
Schichtenansatz für das Design adaptiver Systeme
Quelle: Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE
Fraunhofer Institut
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 24

25. Architektur adaptiver Systeme
4 Ausführungsschicht
Ausführendes Organ eines adaptiven
Systems.
Stellt die Verbindung mit der Umgebung
Thema
her.
Ablauf
Programmierschnittstelle und
Definition implementiert domänenabhängige
Methoden, die variable Parameter der
Kriterien
Umgebung verändern können.
Methodik
Der Befehl „prompt(visualID)“ setzt in
Architektur der E-Learning-Umgebung einen roten,
blinkenden Punkt vor den Namen eines
Zusammen-
fassung Kursabschnittes mit dem Namen
„visualID“.
Ausblick
= Efferenz
Schichtenansatz für das Design adaptiver Systeme
Quelle: Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE
Fraunhofer Institut
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 25

26. Zusammenfassung und Ausblick
Thema
Ablauf
Definition
Kriterien Zusammenfassung und Ausblick
Methodik
Architektur
Zusammen-
fassung
Ausblick
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 26

27. Zusammenfassung
Im elektronischen Lernmanagement wird Adaptivität für die Regelung von
Lernprozessen und Lernsystemen eingesetzt.
Hauptziele des Einsatzes von Adaptivität sind
Erhöhung des Lernerfolgs durch systemseitige Regelung von Lernprozessen.
Vereinfachung und Beschleunigung der Nutzung (Usability).
Thema
Zeit-, Arbeit- und somit Kostenersparnis.
Ablauf Technische Flexibilisierung
Flexibilisierung.
Definition
Adaptionen können sich auf unterschiedliche Dimensionen des Systems auswirken:
Kriterien die Benutzerschnittstelle (Interaktion und Präsentation),
die Funktionalität (Werkzeuge, welche in die aktive Anwendung einbezogen bzw. ausgeblendet
Methodik werden),
d )
die Geltungsdauer der Adaption: momentan bzw. situativ, dokumentspezifisch, sitzungsspezifisch oder
Architektur permanent bis zum expliziten Widerruf und
Zusammen-
einzelne Benutzer oder Benutzergruppen.
fassung
unterschiedliche Ansätze und Methoden für die Bewertung von Adaptivität in
Ausblick
Systemen
nach Vorhandensein adaptiver Funktionalität wie
Möglichkeit zu Annotationen an Inhalte, Anpassung der Inhalte an Benutzer.
nach Cognitive Task Analysis
analytische Modelle, wie GOMS, für die Beschreibung von Mensch und Maschine
Interaktionsvorgängen.
Berechnung von Komplexität z.B. nach Rauterberg.
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 27

28. Ausblick
Ableitungen zwischen Lernprozess und Systemarchitekur für Lernsysteme mit
adaptiven Kriterien.
Thema
Evaluation möglichst valider Kriterien und Berechnungsverfahren für die
Ablauf
Bewertung von adaptiven Systemen.
B t d ti S t
Definition
Kriterien
Methodik Möglichkeiten d t h i h I l
Mö li hk it der technischen Implementierung einer abstrakten
ti i b t kt
Architektur Systemarchitektur für adaptive Systeme.
Zusammen-
fassung
Ausblick
Überprüfung einer Eignung von Service Orientierter Architektur für adaptive
Lernplattformen.
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 28

29. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 29

30. Quellen
[1] Ludwig J. Issing, Paul Klimsa im Buch Information und Lernen mit Multimedia (1995) auf
Seite 547
[2] Oli
Oliver B d l St f i H
Bendel, Stefanie Hauske i B h E L
k im Buch E-Learning: D Wö t b h (2004)
i Das Wörterbuch
[3] Patrick Chuh
[4] Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE
[5] Stephan Weibelzahl, Gerhard Weber, Hochschule Freiburg
[6] S. Graf , B. List, TU Wien
[7] Wikipedia DE/EN
SRA - Adaptivität im Lernmanagement - 06.02.2006 M. Steinberg 30