Bitte kein aufwendiges und wenig nutzbringendes Online-Proctoring!

In Reaktion auf ein schönes amtliches Dokument zu Online-Prüfungen, die „Ordnung zur Bewältigung der durch die Coronavirus SARS-CoV-2-Epidemie an den Betrieb der Bergischen Universität Wuppertal gestellten Herausforderungen in Studium, Lehre und Prüfungen„, in der Ideen zur Abwicklung für mündliche und schriftliche Online-Prüfungen und z.B. auch der Umgang mit (technischen) Störungen zusammengefasst sind, habe ich mal ein paar Gedanken zum Umgang und zur Abwicklung solcher Prüfungen verschriftlicht, weil ich davon ausgehe, dass auch anderen Hochschulen in Kürze ähnliche Ordnungen bevorstehen.

Hier ein erster Auszug aus dem Dokument:

Durchfuehrungsbestimmungen_mit_Markierungen

Mir erschließt sich z.B. nicht so ganz, wo der Vorteil liegen soll, den Studierenden die Prüfungsunterlagen per Post zuzuschicken (was aufwendig, teuer und bei internationalen Studierenden im Ausland auch logistisch schwierig ist) und diese auch wieder per Post einreichen zu lassen. Es ist außerdem sehr schwierig, 25 Studierende per Videokamera gleichzeitig dabei zu beaufsichtigen, wie sie auf Kommando die Briefe öffnen und diese dann 90 min später auf Kommando auch wieder sicher versiegeln. Ich sehe auch schon viele Studierende nach „briefe aufdampfen wie in sonnenallee“ googlen ;-).

Warum verzichtet man nicht einfach auf die Nutzung von speziellem Klausurpapier und stellt den Studierenden die Prüfungsaufgaben just-in-time per Moodle oder E-Mail zur Verfügung, gern auch als zertifiziertes PDF-Dokument inklusive eines Hashwertes, den die Studierenden zu Beginn der Prüfung verifizieren sollen. Stimmt der Hashwert nicht, löst der Prüfling also potentiell einen verfälschten Aufgabenzettel, fällt das sofort auf. Randomisierte Aufgaben und große Aufgabenpools erfordern eine eigenständige Lösung der Studierenden. Kompetenz- und nicht wissensreproduktions-orientierte Aufgaben ermöglichen das Konzept von Open-Book-Klausuren umzusetzen, die es ja vorher in Präsenzprüfungszeiten auch schon als sogenannte „Kofferklausuren“ gab.

Die gleiche Online-Variante würde auch bei der Einreichung funktionieren. Die Studierenden fotografieren Ihre handschriftlichen Lösungsblätter ab (was ja bei unseren personalisierten Aufgaben auch sehr gut funktioniert), generieren ein Hashwert und reichen den Hashwert sofort, die eigentlichen Dateien bei geringer Bandbreite zur Not auch zeitverzögert per Moodle oder E-Mail ein. Eine nachträgliche Manipulation ist damit technisch ausgeschlossen. Die dafür nötigen Hashwerte zu generieren ist nicht aufwendig, das geht einfach im Browser. Die somit sofort digital vorliegenden Lösungen können dann auch direkt digital an die korrigierenden Personen verteilt werden und man hat keinen Papierkrieg. Was ist z.B. auch, wenn einer der Prüfungsbriefe verloren geht? Werden diese per Einschreiben mit Rückschein verschickt? Haftet die Post für eine nichtbestandene Prüfungsleistung? Das erscheint mir alles wenig durchdacht.

Ansonsten halte ich die gleichzeitige Videoüberwachung aller Studierenden für sehr paranoid, befremdlich, datenschutzrechtlich bedenklich und auch unnötig. Es entspricht auch nicht unserem Leitbild Lehre, in dem es heißt: „Die Basis unserer Informations- und Kommunikationskultur sind Vertrauen und Transparenz.“

Wenn jemand betrügen möchte, wird er oder sie es auch mit Videoüberwachung schaffen. Dritte Personen können sich sonstwo in einem Raum verstecken, man kann falsche, vorproduzierte Kamerabilder einspeisen, beim Ton ist das noch einfacher, etc. Wer es als MINT-Student*in nicht schafft, seine eigenen Atem-, Schreib- und eventuell auch Tippgeräusche in Dauerschleife aufzuzeichnen und in ein Videokonferenzsystem einzuspeisen, sollte sowieso keinen MINT-Abschluss bekommen ;-). Die permanente Videoüberwachung benötigt auch unnötige Bandbreite und ist technisch anfällig. Außerdem ist auch sehr fraglich, was nun passiert, wenn absichtlich oder unabsichtlich (wie will man aus der Ferne unterscheiden, ob ich bei meiner Fritz!Box den Stecker rausgezogen oder der Bagger vorm Haus das Kabel gekappt hat) die Verbindung zusammenbricht.

Wenn man es richtig machen würde, sollte man z.B. den Prüfling, seinen Schreibtisch und einen Computermonitor im Bild haben, auf dem z.B. eine bestimmte Webseite geöffnet ist. Diese Webseite wechselt in beliebigen Abständen die Hintergrundfarbe in nicht-vorhersagbarer Reihenfolge. Damit würde in einer Proctoring-Überwachung sofort auffallen, wenn von einem Prüfling kein Live-Bild sondern etwas Vorproduziertes in Dauerschleife läuft. Die Frage ist, ob man den Studierenden so viel Misstrauen entgegen bringen möchte. Außerdem benötigen die Studierenden dafür mindestens zwei digitale Endgeräte bzw. eine Webcam mit genügend langem USB-Kabel.

Wenn man solche technischen Raffinessen aber nicht nutzt, ist alles Online-Proctoring (Ausweisen der Studierenden durch Lichtbildausweis, Kameraschwenk durch den Raum, etc.) umsonst, weil es sich vergleichsweise einfach durch Einspeisen von vorproduziertem Material umgehen lässt.

Hier ein zweiter Auszug aus dem Dokument:

Durchfuehrungsbestimmungen2_mit_Markierungen

Außerdem finde ich es organisatorisch sehr spannend, wie eine aufsichtsführende Person für eine z.B. 90-minütige Prüfung nacheinander

  1. alle studentischen Ausweise mit Lichtbild kontrolliert (was ist mit Webcams mit Festfokus auf die typischen 50 cm Distanz, da kann man sonstwas in die Kamera halten, kleine Sachen scharf darzustellen, ist unmöglich, wie lange wird so etwas wohl dauern, 25 mal x Sekunden?)
  2. bei allen Studierenden einen Kameraschwenk im Raum macht (sehen diesen dann auch die anderen Studierenden oder macht die Aufsicht das in 25 separaten Breakout-Räumen?, wie lange wird so etwas wohl dauern, 25 mal x Sekunden?)
  3. dann alle (gleichzeitig?) dabei beaufsichtigt, wie die vorher natürlich nicht manipulierten Briefumschläge geöffnet werden (wie stark muss man vorher seine Kameralinse mit fettigen Fingern anfassen und gegen das Licht ausrichten, damit der kleine wieder zugeklebte Schlitz an der Briefunterseite nicht auffällt?)
  4. dann (optional) die Aufgaben diktieren (!?, wie sieht es da mit der Barrierefreiheit aus)
  5. immer mal wieder Studierende, die den Eindruck erwecken, unnötig nach links oder rechts zu schauen und seltsam unsynchrone Lippenbewegungen zu machen (was ist eigentlich mit Bauchredner*innen?) bittet, weitere Kameraschwenks durch den Raum zu machen, worauf sich die promovierte Hilfsperson immer schnell unterm Jugendbett versteckt
  6. Studierende zwischenfragen, ob und wie lange sie mal die heimische Toilette aufsuchen dürfen (um mal schnell ein paar Sachen auf den Smartphone zu googlen)
  7. am Ende alle (wieder gleichzeitig?) dabei beaufsichtigt, den Briefumschlag zu versiegeln (MINT-Sonderfrage: Wie viel dpi muss ein Scanner und Farbdrucker haben, damit man selbst oder jemand anderes während der Prüfung das Siegel reproduziert, so dass es bei verschmierter Kameralinse mit Festfokus echt genug aussieht? Gibt es dann wenigstens für jede Prüfung ein anderes Siegel, so dass die Studierenden sich immerhin den Aufwand leisten müssen, es jedes mal neu einzuscannen und auszudrucken und nicht einfach das von der letzten Prüfung aus der WhatsApp-Gruppe zu nehmen.)

Fragen über Fragen, beliebig viele Angriffsvektoren, richtig durchdacht scheint mir das Konzept noch nicht. Ich frage wirklich, was und wo das Problem ist, auf den ganzen Zauber zu verzichten, ordentliche, sinnvolle, randomisierte und kompetenzorientierte Prüfungsfragen zu stellen und auf eine Eigenständigkeitserklärung der Studierenden zu vertrauen (gern auch mit mehreren kleinen Prüfungen über das Semester verteilt, statt einer großen Abschlussprüfung). Alles andere macht nur beliebig viel Aufwand und bringt dafür beliebig wenig Nutzen.

 

Feedbackbogen zur Zwischenevaluation einer Online-Lehrveranstaltung

Unsere Online-Lehrveranstaltung zu den Grundlagen der Elektrotechnik ist mittlerweile in der 5. Woche. Zeit, sich nach der Anfangsbefragung mal ein kurzes Zwischenfeedback von den Studierenden einzuholen.

Liebe Studierende,

auch ich vermisse weiter den persönlichen Kontakt zu Ihnen. Wir haben bisher versucht, Sie so gut es geht mit Lehrmaterialen, Aufgaben und Quizfragen zu den Grundlagen der Elektrotechnik zu versorgen, viele Fragen zu beantworten und Ihnen bestmöglich individuelle Rückmeldung zu geben. Wir würden gern wissen, wie gut uns das gelungen ist. Deshalb finden Sie im Folgenden einen kurzen Fragebogen. Ich würde mich sehr über Ihre Rückmeldung freuen.

Viele Grüße und bleiben Sie gesund!

  • Wie geht es Ihnen? (sehr schlecht, schlecht, geht so, gut sehr gut)
  • Haben Sie Kontakt zu Ihren Kommiliton*innen (per Telefon, Skype, WhatsApp, Instagram, etc.) bzw. einer Lerngruppe? (mehrmals täglich, täglich, mehrmals wöchentlich, wöchentlich, seltener)
  • Haben Sie in den letzten Wochen genügend Erfahrung mit digitalen Lehrangeboten gesammelt, um diese sinnvoll für den Rest des Semester nutzen zu können? (nein, eher nein, eher ja, ja)
  • Was hat Ihnen bisher am meisten beim Selbstlernen geholfen? (Freitext)
  • Was hat Sie bisher am meisten am Selbstlernen gestört bzw. davon abgehalten? (Freitext)
  • In welchem Umfang haben Sie sich die Einstiegsaufgaben zum Thema xxx angeschaut und bearbeitet? (komplett, zum Teil, gar nicht)
  • Wünschen Sie sich weitere Einstiegsaufgaben zu den anderen Themen? (ja, unbedingt, eher ja, eher nein, auf keinen Fall)
  • Wie gefällt Ihnen die Online-Vorlesung? (Freitext)
  • Haben Sie schon einen der Online-Sprechstunden-Termine wahrgenommen, und wenn nein, warum nicht? (Freitext)
  • Wie gefallen Ihnen die bisherigen Quiz-Fragen im E-Learning-Kurs? (Freitext)
  • Wie gefallen Ihnen die bisherigen personalisierten Zusatzaufgaben? (Freitext)
  • Was wünschen Sie sich für den Rest des Semesters? (Freitext)
  • Wenn morgen eine 90-minütige Leistungskontrolle mit fünf Aufgaben (zu den Themen u, v, w, x, und y) wäre, wie gut fühlen Sie sich darauf vorbereitet?(sehr gut, gut, mittelmäßig, schlecht, sehr schlecht)
  • Das wollte ich noch loswerden. (Freitext)

Vielen Dank für Ihre Rückmeldung. Diese hilft uns sehr, ein geeignetes Online-Lehrformat für die nächsten Wochen zu entwickeln.

Bisher haben innerhalb einer Woche leider nur 6 Studierenden den Bogen ausgefüllt. Eine gute, repräsentative und aussagekräftige Rücklaufquote zu erreichen, halte ich auch immer noch für die größte Herausforderung bei reinen Online-Befragungen.

Mist, schon wieder versprochen, dann fang ich noch mal an …

Stufe 1: Präsenzlehrende kennen das Problem, sich in großen Hörsälen mit Funkmikrofon und Lautsprecheranlage an den Klang der eigenen Stimme gewöhnen zu müssen. Nach ein paar Wochen ist das dann das Normalste der Welt.

Stufe 2: Sich selbst das erste Mal über Mikrofon und Lautsprecher auf Englisch (oder einen anderen Fremdsprache) sprechen zu hören, war zumindest für mich auch wieder eine Zeit lang gewöhnungsbedürftig.

Stufe 3: Die eigene Stimme per Mikrofon z.B. für ein Erklärvideo aufzuzeichnen und zu wissen, dass das jetzt nicht nur so live gesprochen wurde sondern für immer und alle Zeit „im Internet“ steht, klingt erst mal schwierig, war interessanterweise für mich aber auch nur eine weitere Gewöhnungssache.

Kurzum, ich kann verstehen, wenn Lehrende Bedenken haben und es ihnen eventuell peinlich ist, sich in Erklärvideos zu versprechen und diese Videos dann trotzdem im Internet zu veröffentlichen. Nichtsdestotrotz stelle ich alle meine Videos seit Jahren frei verfügbar auf YouTube (und auf unsere universitätsinterne Mediasite, auf der sie aber leider kaum jemand findet) und habe bisher ausschließlich positive Rückmeldung von unseren (und natürlich auch universitätsfremden) Studierenden bekommen. Ich habe mittlerweile auch keine Angst vor möglichen Versprechern und Verhasplern. Auch nach dem fünften Bier in der Baracke [ein beliebter Studierenden-Club in Magdeburg] hat mir noch keine(r) der Studierenden erzählt „Herr Magdowski, ich finde das übrigens voll lol wie Sie sich immer einen abstammeln in Ihren Videos“, was ich manchmal tatsächlich tue.

Da meine Videos unter CC-BY-SA-Lizenz veröffentlicht sind, könnten die Studierenden auch mal ein Best-Of meiner schönster Fehler und Versprecher zusammenschneiden und veröffentlichen, sogar legal, auch das hat bisher noch niemand getan (mal schauen, ob es jetzt jemand tut).

Statt Angst vor Versprechern zu haben, würde ich mittlerweile auch schwer davon abraten, einen Text für ein Video vorzuformulieren und dann von einem Teleprompter oder etwas Ähnlichem abzulesen. Es gibt zahlreiche solcher Videos, z.B. hier von der Fernuniversität Hagen.

Ich finde solche Videos, insbesondere das zur Zielgruppenanalyse sehr langweilig, nicht inhaltlich, aber von der Erzählweise her. Man merkt halt deutlich, dass das Video besonders gut werden sollte, weshalb man vorher einen Text geschrieben hat und diesen sicher mehrfach korrekturgelesen, korrigiert und perfekt ausformuliert hat. Jeder Satz sollte wohlüberlegt klingen. Diesen fertigen Text hat man dann möglichst ebenso perfekt vor- bzw. abgelesen. Damit ist der Text aber tot. Es ist keine Lesung und auch „Vorlesungen“ waren schon immer eine schlechte Idee. Statt besonders gut zu werden ist das Video jetzt besonders langweilig geworden.

Warum überlegt man sich für ein Erklärvideo stattdessen nicht eine grobe Struktur, macht sich eine paar wenige Notizen, legt sich vielleicht die ersten zwei bis drei Sätze zurecht, so dass man wenigstens diese unfallfrei und ohne „Knoten in der Zunge“ aussprechen kann und erzählt dann einfach „frei von der Leber“ weg, was man zu dem Thema sagen möchte. Klar sind das mal ein paar „Ähs“ und „Ähms“, aber das macht das Video doch authentisch und lebendig. Außerdem sollte wohl jeder, der von sich behauptet, eine gewisse Expertise zu einem Thema zu haben, in der Lage sein, mal 5 min bis 10 min einigermaßen zusammenhängend dazu zu sprechen, ohne sich vorher einen Text aufzuschreiben.

Wenn man sich dann gleich am Anfang schwer verspricht, okay, dann fängt man halt noch mal an. Verspricht man sich nach 10 Minuten, tja, schade, weiter geht es. Ein Versprecher nach 20 Minuten ist egal, so lange schauen sich die meisten das Video vermutlich sowieso nicht an, und wenn, dann ist es inhaltlich sehr interessant und fesselnd, und ein Versprecher zu verschmerzen.

Kurzum, einen Text für ein Erklärvideo vorzubereiten und dann lebendig vorzulesen, ist zeitaufwendig und schwierig. Keinen Text vorzubereiten und Versprecher herauszuschneiden ist vermutlich noch zeitaufwendiger. Im Sinne von „Do you need it perfect or by Tuesday?“ sind Versprecher in Erklärvideos aus pragmatischer Sicht das Normalste der Welt.

 

Feedback-Bogen „Wie geht es Ihnen?“ zur Online-Lehre in der Corona-Krise

Bereits wenige Tage nachdem abzusehen war, dass die Präsenzphase des Sommersemesters verspätet starten würde (siehe dazu auch mein Video „Tipps zur Online-Lehre in der Corona-Krise an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg„), habe ich unsere Studierenden in der Grundlagen der Elektrotechnik mit einem Arbeitsauftrag für die nächsten Wochen bis zum geplanten Semesterstart ausgestattet. Um mir ein bisschen Rückmeldung von den Studierenden zu holen, habe ich dann heute folgenden Fragebogen über unser Lernmanagment-System Moodle an alle verschickt. Vielleicht ist dieser Bogen ja für einige andere als Anregung nützlich.

Feedback: Wie geht es Ihnen?

Liebe Studierende,

auch ich vermisse den persönlichen Kontakt zu Ihnen. Daher möchte ich Sie nicht nur mit Lernmaterialien und Aufgaben zu den Grundlagen der Elektrotechnik versorgen, sondern mich auch nach Ihrem Wohlbefinden erkundigen. Deshalb finden Sie im Folgenden einen kurzen Fragebogen und würde mich über Rückmeldung freuen.

Viele Grüße und bleiben Sie gesund!

  1. Wie geht es Ihnen? (Single Choice)
    sehr schlecht
    schlecht
    geht so
    gut
    sehr gut
  2. Haben Sie Kontakt zu Ihren Kommiliton*innen (per Telefon, Skype, WhatsApp, Instagram, etc.)? (Single Choice)
    mehrmals täglich
    täglich
    mehrmals wöchentlich
    wöchentlich
    seltener
  3. Haben Sie in diesen Tagen ausreichend Zeit, sich mit digitalen Lernangeboten auf die Vorbereitung der Präsenzphase des Semesters vorzubereiten? (Single Choice)
    nein
    eher nein
    eher ja
    ja
  4. Haben Sie bereits genügend Erfahrung mit digitalen Lehrangeboten, um diese sinnvoll einschätzen und nutzen zu können? (Single Choice)
    nein
    eher nein
    eher ja
    ja
  5. Lernen Sie lieber allein oder in einer Gruppe? (Single Choice)
    allein
    in der Gruppe
  6. Verfügen Sie über die nötigen Hilfsmittel, um Online-Lehrangebote wahrnehmen zu können? (Multiple Choice)
    PC/Laptop/Tablet/Smartphone
    Webcam
    Headset
    stabile und breitbandige Internetverbindung
  7. Wie empfinden Sie den Umfang der bisherigen Lernmaterialien und Aufgaben zu den Grundlagen der Elektrotechnik? (Single Choice)
    viel zu wenig
    zu wenig
    genau richtig
    zu viel
    viel zu viel
  8. Wie schätzen Sie den Schwierigkeitsgrad der Aufgaben ein? (Single Choice)
    viel zu schwer
    zu schwer
    genau richtig
    zu leicht
    viel zu leicht
  9. Was können wir als Lehrpersonen besser machen? (Freitext)
  10. Was wünschen Sie sich sonst noch? (Multiple Choice)
    Hilfe bei der Lösung der Aufgaben
    Hilfe im Umgang mit den digitalen Werkzeugen (Moodle, YouTube, etc.)
    mehr Kontakt zu den Kommiliton*innen/der Lerngruppe
  11. Wie soll es mit der Lehrveranstaltung „Grundlagen der Elektrotechnik II“ weitergehen? (Single Choice)
    Ich möchte die freie Zeit bis zum Start der Präsenzphase möglichst effektiv nutzen und so viel wie möglich online erarbeiten.
    Ich warte lieber auf den Start der Präsenzphase mit den normalen Übungen und versuche dann, alle Inhalte in kürzerer Zeit nachzuholen.
    Ich würde mir wünschen, dass das Sommersemester verlängert wird, damit die Präsenzphase wie üblich 14 Wochen dauern kann.
    Für mich wäre es in Ordnung, wenn dieses Semester einfach komplett ausfällt und alle Inhalte in einem späteren Semester unter normalen Bedingungen nachgeholt werden.
  12. Das wollte ich noch loswerden. (Freitext)

Vielen Dank für Ihre Rückmeldung. Diese hilft uns sehr, ein geeignetes Online-Lehrformat für die nächsten Wochen zu entwickeln.

Sobald ich eine repräsentative und aussagekräftige Rückmeldung habe, werde ich diese nach Möglichkeit auch hier veröffentlichen.

Improvisiertes Stativ zum Abfilmen einer schreibenden Hand

Um nicht nur das Ergebnis einer Aufgabe, sondern auch den Prozess der Lösung zu dokumentieren, bieten sich Videos an. Neben einem Screencast auf einem Laptop oder Tablet-PC kann mit einem Smartphone auch die eigene Hand beim Schreiben und Zeichnen mit Stift, Geodreieck, Zirkel, Winkelmesser und Lineal auf Papier abgefilmt werden. Dafür benötigt man ein Stativ, das einfach improvisiert werden kann. Man benötigt:

  • eine Plastik-, Papp- oder Holzkiste mit ca. 20 cm bis 25 cm Höhe als „Basis“
  • ein kurzes flaches Stück Holz, z.B. einen Pfannenwender oder ein langes Holzlineal als „Ausleger“
  • ein schweres Buch zum Beschweren des Auslegers
  • ein Haushaltsgummi zum Fixieren des Smartphones am Ausleger

DSC02824

Der Ausleger kommt oben auf die Kiste und wird mit dem Buch beschwert. Das Smartphone wird flach auf den Ausleger gelegt und mit dem Gummiband befestigt. Als Rechtshänder stellt man die Box auf die linke Seite des Blattes, als Linkshänder auf die rechte Seite.

DSC02820.JPG

Beim Filmen sollte man auf Folgendes achten:

  • Full-HD-Qualität (1920 x 1080 Pixel) sieht sehr gut aus, erzeugt aber entsprechend große Videos (ca. 1,5 GB pro 10 min). Standard-HD-Qualität (1280 x 720 Pixel) sieht immer noch gut aus, erzeugt aber kleinere Videos (ca. 1 GB pro 10 min). NTSC-Qualität (720 x 480 Pixel) genügt meist auch und erzeugt sehr kleine Videos (ca. 150 MB pro 10 min).
  • Die Ausrichtung der Smartphone-Kamera sollte zur Ausrichtung des Blattes passen. Der Lagesensor der Kamera ist oft verwirrt, wenn die Kamera senkrecht nach unten filmt. Dementsprechend muss man die Kamera „aus der richtigen Richtung“ in die horizontale Lage drehen.
  • Wird kein Ton benötigt, sollte das Mikrofon bereits bei der Aufnahme deaktiviert werden.
  • Für eine gute Ausleuchtung setzt man sich vor ein Fenster oder benutzt eine Lampe, die das Blatt schräg von vorn (und nicht von oben) ausleuchet, um möglichst wenig Schatten zu erzeugen.
  • Wenn möglich, sollte man den Weißabgleich und die Tiefenschärfe der Kamera vor der Aufnahme einstellen und dann fixieren. Ansonsten fokussiert die Kamera manchmal auf die Hand, die sich näher als das Blatt am Objektiv befindet.
  • Vor bzw. während der Aufnahme sollte man prüfen, ob der gesamte geschriebene Blattinhalt im Sichtfenster der Kamera zu sehen ist. Falls nicht, kann man Kamera und Blatt entsprechend gegeneinander verschieben. Vor der Aufnahme kann man den Sichtbereich der Kamera auch durch Linien auf dem Blatt kennzeichnen, so dass man nicht darüber hinaus schreibt oder zeichnet.
  • Das Video sollte zeitlich so kurz wie möglich und so lang wie nötig sein.
  • Die Nutzung verschiedenfarbiger Stifte zur Markierung unterschiedlicher Lösungselemente kann für das Verständnis nützlich sein.
  • Zum maßstabsgetreuen Zeichnen wird die Verwendung von kariertem Papier
    oder Millimeterpapier und einem Geodreieck bzw. Winkelmesser und Lineal
    empfohlen.

A Twitter Challenge in Electrical Engineering

Dieser Artikel erschien ursprünglich im Mai 2017 auf https://www.openeducationeuropa.eu/en/case-study/twitter-challenge-electrical-engineering, ist dort aber mittlerweile nicht mehr verfügbar. Deshalb wird er hier noch mal originalgetreu (und damit in englischer Sprache) wiedergegeben.

After the winter term 2016/2017, we have done a „Twitter Challenge“ in electrical engineering. The idea was do like a „Math Olympiad“ for the better half of the students during the semester break, but not with some selected students in a classroom, instead open for all via Twitter.

The rules were simple:

  • we have published a quite challenging task in the field of electrical engineering
  • the person who first twitters the correct answer to our Twitter account (@LehrstuhlEMV, https://twitter.com/LehrstuhlEMV) with some certain hashtag (#feitchallenge, https://twitter.com/search?q=%23feitchallenge) wins
  • eligible is every students of our university that has not yet passed the exam in fundamentals of electrical engineering
  • all available software tools are permitted (internet, Google, Wolfram Alpha, MATLAB, LTspice, Octave, …)
  • to avoid a guess of the answer, every students has only three trials for the correct answer, that has to be within 0.1% accuracy
  • we will not publish the answer, if there is no correct answer from the students
  • we offered nice prices (USB headset, Bluetooth speaker, screwdrivers, cups) sponsored from some company

What we were afraid about:

  • There will be no participation at all.
  • There will be a huge participation and we will not be able to control is anymore.
  • Someone else (e.g. a professional from outside the university) would spoiler the answers.

All this did not happen. What happened instead is:

  • We have done the challenge with 4 tasks.
  • There was one student participating that answered all 4 questions, sometimes after just half an hour, sometimes after two days.

Our conclusion:

  • It was a nice try and it truly generated some publicity.
  • Even if there was only one student actively participating, I have heard about lots of other students discussing about the tasks, problems, usable software etc. in the semester break (and so in their free time).
  • Lots of students told us that they don’t use Twitter, don’t have a Twitter account, won’t setup an account just for the challenge, etc.
    The question is, would any other social network like Facebook be more appropriate. Then the question is, if students would also use their „private“ account for more or less „public“ study stuff (or is this considered to be „uncool“?).

Gruppenphase bei Zulassungsklausuren in den Grundlagen der Elektrotechnik

Schriftliche Prüfungen oder Leistungskontrollen zur Prüfungszulassung in ingenieurwissenschaftlichen Fächern wie den Grundlagen der Elektrotechnik sind klassischerweise Einzelleistungen, bei denen penibel darauf geachtet wird, das jegliche Kommunikation unter den Studierenden unterbunden wird. Das ist soweit in Ordnung, schließlich sollen der individuelle Wissensstand und die entsprechenden Kompetenzen zur Lösung von komplexen Anwendungsaufgaben bewertet werden. Dabei spielen auch ein effektives Zeitmanagement, eine strukturierte Arbeitsweise, die Fähigkeit zum Umgang mit komplexen Fragestellungen sowie eine gewisse Kreativität beim Finden von Ansätzen eine gewisse Rolle.

In der modernen Arbeitswelt ist jedoch auch die Fähigkeit zur Kommunikation sehr wichtig, wobei es als Ingenieur auch um die Beschreibung, Bewertung und Diskussion technischer und mathematischer Sachverhalte geht. Man kann sich ganz sicher sein, eine Aufgabe richtig gelöst zu haben, aber man muss diese Lösung auch „verkaufen“ können, also in der Lage sein, jemand anderem, der eine andere Lösung favorisiert, seine eigene Meinung begründet zu vermitteln. Diese technische Kommunikationsfähigkeit wird in schriftlichen Prüfungen bisher kaum abgefragt und ist wenn dann nur in mündlichen Prüfungen gefordert, die aber im Grundstudium sehr selten sind.

Eine Idee, die wir kürzlich in einer Leistungskontrolle zu den Grundlagen der Elektrotechnik ausprobiert haben, ist eine Gruppenphase im Anschluss an die klassische individuelle schriftliche Lösung. Dazu sollten sich die Studierenden in Gruppen von drei bis vier Leuten zusammenfinden. Kommunikation unterhalb der Gruppen sollte dabei möglichst nicht stattfinden, ebenso ist die Nutzung von internetfähigen Endgeräten wie auch in der Individualphase nicht erwünscht. Das Verfahren und die dahinterliegende Motivation wurden den Studierenden vor der Leistungskontrolle mündlich vermittelt. Diese Idee ist unter dem Begriff „two-stage exams“ z.B. in der Physik seit einiger Zeit etabliert (siehe die Literaturhinweise).

  1. Die Gruppenaufgaben besitzen dabei einen starken thematischen Bezug zu den vorherigen Aufgaben der Individualphase. Jedoch geht es bei den Gruppenaufgaben nicht um das Rechnen, sondern eher um das Bewerten, Einordnen oder Zuordnen von Zusammenhängen.
    Zum Themengebiet „Mittelwert und Effektivwert“ waren beispielsweise vier Spannungs-Zeit-Diagramme von periodischen Funktionen gegeben, die entsprechend ihres Effektivwerts geordnet werden sollten.
  2. Zum Thema „Zeigerbild“ waren eine Schaltung mit eingezeichneten Spannungsabfällen und ein Zeigerbild dieser Spannungen gegeben. Gesucht war die Zuordnung, welcher Zeiger zu welcher Spannung gehört.
  3. Zum Thema „Komplexe Rechnung“ waren zum gleichen Schaltbild wie in der Einzelaufgabe einige Sätze in der Form „Wenn die Induktivität vergrößert wird, so wird der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung …“ mit „kleiner“ oder „größer“ zu vervollständigen.
  4. Zur „Zweipoltheorie“ konnte keine passende Gruppenaufgabe, die ohne Rechnung auskommt, gefunden werden. Deshalb wurde dieses Themengebiet in der Gruppenphase ausgelassen.
  5. Zum Thema „Komplexe Leistung“ waren zum ebenfalls gleichen Schaltbildung wie in der Einzelaufgabe die dort eingezeichneten Ströme entsprechend ihrer Amplitude zu ordnen.
    Wichtig ist, dass für jede Aufgabe nur genau eine richtige Lösung existiert.

Jede Gruppe bekam dann einen Aufgabenzettel, auf dem die Lösungen direkt eingetragen werden konnten. Da jede Gruppe nur einen Zettel bekam, auf dem auch die Namen der maximal vier Gruppenmitglieder vermerkt wurden, mussten sich alle Studiereden auf eine gemeinsame Lösung einigen. Sind sich die Gruppenmitglieder einig, wird keine richtige Diskussion zustande kommen, egal ob die vermutete Lösung richtig oder falsch ist. Sind sich die Gruppenmitglieder jedoch uneinig, werden sie sehr intensiv über die Sinnhaftigkeit ihrer jeweiligen Standpunkte diskutieren, weil es ja potentiell um mögliche Zusatzpunkte für die Leistungskontrolle geht. Damit nutzt man den bisher auch schon vorhandenen Effekt, dass Studierende nach einer Leistungskontrolle oder Prüfung sowieso noch eine halbe Stunde vor dem Hörsaal stehen und gegenseitig ihre Lösungswege diskutieren, sinnvoll aus.

Aus Sicht der Bewertung gab es für jede Aufgabe der Gruppenphase einen Zusatzpunkt für die Leistungskontrolle, die üblicherweise mit etwa 45 Punkten Gesamtpunkten bewertet wird. Die Gruppenphase macht damit etwa 10 Prozent der Gesamtpunktzahl aus. Da die Gruppenpunkte als Zusatzpunkte gewertet werden, entsteht Studierenden, die sich nicht an der Gruppenphase beteiligen möchten, auch kein Nachteil. Was den Schwierigkeitsgrad der Aufgaben angeht, passte dieser trotz mangelnder Vorerfahrung recht gut. Im Schnitt erreichten die Studierenden etwa zwei bis drei von vier möglichen Zusatzpunkten.

Aufgrund der Fragetypen ist die Auswertung sehr einfach und könnte auch semi-automatisiert erfolgen. Gegen eine direkte Umsetzung im Moodle spricht die dort schwierig (aber nicht unmöglich) umzusetzende Gruppenbewertung und die Notwendigkeit, dafür internetfähige Endgeräte erlauben zu müssen. Zur Effizienzsteigerung der Auswertung könnte man ein automatisch auswertbares Papierformat wie z.B. das von EvaSys benutzen.

Literatur:

  • „Physics Exams that Promote Collaborative Learning“, Wieman, Carl E.; Rieger, Georg W. und Cynthia E. Heiner; The Physics Teacher 2014, Vol. 52, Nr. 1, S. 51-53
  • „Collaborative Testing: Evidence of Learning in a Controlled In-Class Study of Undergraduate Students.“, Gilley, Brett Hollis und Clarkston, Bridgette; Journal of College Science Teaching, Jan./Feb. 2014, Vol. 43, Nr. 3, S. 83-91
  • „Examinations That Support Collaborative Learning: The Students‘ Perspective“, Rieger, Georg W. und Heiner, Cynthia E.; Journal of College Science Teaching, Vol. 43, Nr. 4, S. 41-47, März 2014

Was ist so schwierig daran, die Ableitung einer Funktion zu zeichnen?

Was war die Aufgabe?

In unserer letzten Leistungskontrolle zu den Grundlagen der Elektrotechnik stellten wir folgende Aufgabe:

Gegeben ist der folgende Zeitverlauf der elektrischen Ladung Q(t) im Bereich 0 ≤ t ≤ 6 ms. Die Ladung zum Zeitpunkt Null beträgt Q(t=0) = 4 mAs.

k2_diagramm

  1. Man berechne den zugehörigen Stromverlauf i(t).
  2. Man stelle i(t) grafisch dar.

Soweit zur Aufgabe. Die Lösung des ersten Aufgabenteils ist natürlich mit etwas formelbehafteter Rechnerei verbunden, auf die hier nicht weiter eingegangen werden soll. Der zweite Aufgabenteil lässt sich jedoch unabhängig davon rein grafisch lösen und kann dann ganz praktisch auch als Probe der vorherigen Rechnung genutzt werden, was aber wahrscheinlich die wenigsten LeistungskontrollteilnehmerInnen genutzt haben.

Wie kommt man darauf?

Der Strom ergibt sich aus der zeitlichen Änderung (also der zeitlichen Ableitung) der Ladung. Diese Änderung ist grafisch gesehen nichts anderes als die Steilheit, die Steigung oder der Anstieg der Zeitfunktion der Ladung.

Was muss man also tun?

Man lege an jeden Punkt des obigen Diagramms ein Lineal als Tangente an die Kurve. Dann zeichne man für jeden Zeitpunkt die „Steilheit“ des Lineals in ein neues Diagramm ein.

Das Verfahren ist so simpel, dass man es selbst einem pfiffigen Grundschüler in der vierten Klasse erklären könnte, auch wenn dieser wahrscheinlich noch nicht verstehen wird, was der tiefere Sinn dahinter ist.

Man erhält dann folgendes Ergebnis:

kl2_diagramm

  1. Im ersten Zeitabschnitt fällt die Ladung. Deshalb muss der Strom negativ sein. Am Anfang fällt die Ladung aber steiler, deshalb muss der Strom zu Beginn betragsmäßig größer sein und dann abnehmen. Selbst am Ende des Abschnitts fällt die Ladung aber noch, deshalb geht der Strom nicht auf Null zurück.
  2. Im zweiten Zeitabschnitt ändert sich die Ladung nicht, der Anstieg und damit auch der Strom sind Null.
  3. Im dritten Zeitabschnitt fällt die Ladung mit konstanter Steigung innerhalb von 1 ms um 1,5 mAs. Der Anstieg und damit auch der Strom sind konstant -1,5 A.
  4. Etwas Ähnliches passiert im vierten Zeitabschnitt. Die Ladung steigt mit konstantem Anstieg innerhalb von 2 ms um 4 mAs an. Also sind Anstieg und Strom wieder konstant und betragen hier 2 A.

Soweit zur korrekten Lösung. Das dies nicht allen TeilnehmerInnen unserer Leistungskontrolle so klar war, zeigt die folgende Gallerie der zahlreichen falschen Lösungsversuche, die vermuten lässt, dass es nicht wenige Leute gibt, die trotz einer Hochschulzugangsberechtigung in Form eines Abiturs offensichtlich noch nie verstanden haben, wie man eine Ableitung bestimmt.

Diese Diashow benötigt JavaScript.

Klausurpapier mit QR-Code zum automatisierten Rückversand der Korrektur

Quick-Response- oder kurz QR-Codes lassen sich heute von praktisch jedem Smartphone einlesen und werden häufig genutzt, um URLs von Webseiten darin zu codieren. Dass sich QR-Codes auch sinnvoll im Bereich des E-Learning einsetzen lassen, wenn man jeweils die E-Mail-Adresse eines Lernenden darin speichert, zeigt dieser Artikel.

Die Idee ist dabei eine Druckvorlage für ein Leistungskontroll- oder Klausurpapier, die sich automatisiert erstellen und z.B. per E-Mail an die Studierenden verschicken lässt. Das Klausurpapier enthält dabei am oberen Rand einen QR-Code mit der E-Mail-Adresse des jeweiligen Studierenden. Nun können die Studierenden während der Klausur oder Leistungskontrolle handschriftlich ihre Lösung auf das Papier schreiben. Die Lösung kann dann danach ganz herkömmlich ebenso handschriftlich kontrolliert werden. Nach der Kontrolle werden alle Papiere eingescannt (idealerweise natürlich mit einem Scanner mit automatischem Einzelblatteinzug und Duplexfunktion) und als PDF-Dateien gespeichert. Dann wird die E-Mail-Adresse des jeweiligen Studierenden über ein Programm extrahiert/dekodiert und die zugehörige PDF-Datei per E-Mail an den Studierenden zurückgeschickt.

So spart man sich gerade in Kursen mit großer Teilnehmerzahl ein sehr aufwendige Leistungskontroll- oder Klausureinsicht, da nur noch die Studierenden den Termin wahrnehmen, die tatsächliche inhaltliche Fragen haben und nicht nur wissen wollten, was sie richtig oder falsch gelöst hatten. Eine weitere Idee zur Effektivitätssteigerung von Einsichtsterminen ist die schon mal vorgestellte Video-Klausurnachbesprechung.

Das Ganze ist im Moment noch ein Proof-of-Concept, funktioniert in ersten Tests aber schon ganz brauchbar. Die Programmierung wurde vom Autor aufgrund der Einfachheit und Gewohnheit in LaTeX und MATLAB durchgeführt. Die Programme stehen am Ende des Artikels zum Download bereit.

Das Erstellen der Druckvorlagen funktioniert mit dem MATLAB-Programm send_klausurpapier_mit_qcode.m. Dies liest eine Tabelle der Studierenden als csv-Datei ein, erstellt für jeden Studenten die entsprechende LaTeX-Datei, kompilierte diese zu einer PDF-Datei und verschickt sie per E-Mail an den jeweiligen Studenten.

Zum Export der csv-Datei mit den Studierenden aus einem bestehenden Moodle-Kurs muss man dort auf „Setup für Bewertungen“ und dann in der „Bewertungsverwaltung“ auf „Export“ und „Textdatei“ klicken. Eine Beispieltabelle mit nur einem Eintrag ist die Datei „Teilnehmer.csv„.

Die eigentliche Papiervorlage ist in der LaTeX-Datei klausurpapier_mit_qcode.tex gespeichert. Der QR-Code wird mit dem qrcode-Paket von Anders Hendrickson erzeugt. Das Kästchen-Feld wird einfach mit Hilfe des TikZ-Pakets von Till Tantau erzeugt. Natürlich wären auch Linien bzw. ein weißes Papier möglich. Die Liniendicke, Farbe und der Linienabstand sind selbstverständlich einstellbar, ebenso die Seitenränder, etc. Die LaTeX-Datei „klausurpapier_nutzerdaten.tex“ enthält nur die Nutzerdaten und wird aus dem MATLAB-Programm heraus erzeugt. Natürlich kann man diese aber auch zum Testen von Hand editieren.

Das Versenden der E-Mails geschieht mit der MATLAB-Funktion matlabmail.m von „dgleich“, basierend auf der sendmail-Funktion von MATLAB. Dazu wird ein Gmail-Konto benutzt, dessen Zugangsdaten in der Funktion natürlich unkenntlich gemacht wurden. Andere Konten und Server sollten sich aber auch einstellen lassen.

Dann kann der Studierende das Papier ausdrucken und seine Klausur, Leistungskontrolle, Zwischenprüfung, etc. darauf schreiben. Der Dozent kann die Arbeit ganz normal mit einem Rotstift korrigieren. Dann scannt man alle Arbeiten mit einem Scanner mit Einzelblatteinzug als PDF-Datei ein und speichert alle Dateien in ein Verzeichnis (idealerweise für jeden Studenten eine PDF-Datei).

Nun kommt das MATLAB-Programm „scan_klausurpapier_mit_qcode.m“ zum Einsatz. Es führt eine Schleife über alle PDF-Dateien in einem bestimmten Verzeichnis (standardmäßig „test“ aus, wandelt jede PDF-Datei (bzw. deren erste Seite) in eine jpg-Datei um (mittels Ghostscript), decodiert dann mit Hilfe der MATLAB-Funktion „decode_qr.m“ von Lior Shapira den QR-Code und schickt die zugehörige PDF-Datei an die jeweilige E-Mail-Adresse (wieder mittels der MATLAB-Funktion „matlabmail.m“ von „dgleich“).

Die MATLAB-Funktion „decode_qr.m“ greift dabei auf die zxing-Bibliothek (genannt „Zebra Crossing“, also „Zebrastreifen“ als Analogie von Barcodes und QR-Codes) von Google zurück, die als Java-Bibliothek in den Dateien „core-3.2.0.jar“ und „javase-3.2.0.jar“ enthalten ist, die beide im Unterordner „jarfiles“ erwartet werden.

Das Ganze ist, wie schon erwähnt, im Moment eher als Proof-of-Concept denn als funktionsfähige Lösung anzusehen. Sicher ist MATLAB auch nicht die optimale Sprache, um das umzusetzen. Außerdem gibt es natürlich keine grafische Benutzeroberfläche und keine vernünftige Fehlerbehandlung. Wenn ein QR-Code nicht erkannt wird, bleibt das Programm einfach stehen. Eine weitere mögliche Anwendung des Konzept ist eventuell die automatische Zuordnung von handschriftlichen Lösungszetteln zu einem Nutzerkonto in einem Learning-Management-System wie Moodle, um dann dort die „handschriftliche“ Bewertung und Benotung direkt auf „digitalem Papier“ vorzunehmen, auf das die Studierenden dann im Anschluss ebenso Einsicht haben.

Folgende Vorteile werden vom Autor vermutet:

  • Reduzierung des personellen Aufwand und des „Andrangs“ bei einer Leistungskontroll-/Klausureinsicht
  • jeder Studierende erhält seine korrigierte Lösung und damit eine Rückmeldung, auch die Studierenden, die sonst nicht zu Einsichtsterminen kommen würden

Ebenso sind folgende Nachteile zu erwarten:

  • Wenn Klausuraufgabenlösungen einfach verfügbar sind, ist es für die Studierenden natürlich auch einfacher, per „Reverse Engineering“ einen Klausuraufgabenkatalog zu erstellen (der ja aber meist sowieso sehr aktiv z.B. vom Fachschaftsrat gepflegt wird).
  • Es wird vermutlich mehr „Punktevergleiche“ zwischen den Studierenden und mehr Diskussionen um vermeintlich vergessene Punkte oder vermeintlich falsch bepunktete Lösungen geben.

Download der MATLAB-Programme und LaTeX-Quelltexte:
https://wasd.urz.uni-magdeburg.de/magdowsk/get2/qr-code-papier.zip

Wann Elektrotechnik-Videos geschaut werden (und wann eher nicht)

Mein YouTube-Kanal, der hauptsächlich mit Flipped-Classroom-Videos aus dem Bereich der Elektrotechnik gefüllt ist, existiert jetzt seit etwas mehr als einem Jahr. Eine gute Zeit, sich mal ein paar Wiedergabestatistiken anzuschauen und zu analysieren, wann solche Videos gern und viel geschaut geschaut werden (und wann kein Interesse dafür existiert). Dazu habe ich vier Beispiele ausgewählt, die jeweils zeitlich mit wichtigen Ereignissen wie Leistungskontrollen und Prüfungen der Lehrveranstaltung „Grundlagen der Elektrotechnik“ an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg übereinstimmen.

Beispiel 1 – Erste Leistungskontrolle im Wintersemester

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Zum Zeitpunkt der Leistungskontrolle gab nur wenige Videos auf dem Kanal, die dazu auch keinen direkten Bezug zur Lehrveranstaltung hatten. Kurz nach der Leistungskontrolle habe ich jedoch die erste Video-Nachbesprechung aufgezeichnet und hochgeladen, die dann für einige Tage sehr intensiv geschaut wurde und danach dann erst mal wieder nicht mehr von Interesse war.

Beispiel 2 – Prüfungsklausur für Wiederholer

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Der Prüfungsklausurtermin für Wiederholer nach dem Wintersemester wird typischerweise nur von etwa zehn Studierenden in Anspruch genommen. Deshalb hatte dieser Ereignis auch keine Auswirkung auf die Anzahl der Aufrufe und die Wiedergabezeit. Interessanter sind zwei wichtige gesellschaftliche Ereignisse davor, die Weihnachtsfeiertage und Silvester, an denen Lehrvideos verständlicherweise nur eine sehr untergeordnete Rolle spielten.

Beispiel 3 – Zweite Leistungskontrolle im Sommersemester

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Zum Zeitpunkt der zweiten Leistungskontrolle zur Prüfungszulassung existierten schon einige Videos auf dem Kanal. Außerdem habe ich kurz danach die zweite Video-Nachbesprechung aufgezeichnet und veröffentlicht. Etwas unklar ist die Ursache der Spitze vom Anfang Mai, die weder mit dem Upload eines Videos noch mit einem anderen Ereignis dieser Lehrveranstaltung korreliert.
Vermuteter Hintergrund: externe Zuschauer von anderen Unis/FHs.

Beispiel 4 – Reguläre Prüfungsklausur

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Der reguläre Prüfungstermin nach dem Sommersemester wird von den meisten Studierenden besucht. Sowohl die Anzahl der Aufrufe als auch die Wiedergabezeit stiegen innerhalb der Vorwoche kontinuierlich an und fielen dann am Tag der Prüfung (Prüfungszeit von 9 bis 12 Uhr) steil ab.

Fazit

Wie von „Captain Obvious“ erwartet, schauen Studierende vor Prüfungen mehr Videos, danach eher weniger, es sei denn, es gibt eine Video-Nachbesprechung der Aufgaben.

Zu Weihnachten und Silvester bleibt YouTube ebenfalls außen vor, die Zeit gehört der Familie und Freunden.

Was mich für andere Kanäle von Lehrenden an anderen Einrichtungen interessieren würde, ist die Frage, ob es dort ähnliche Zusammenhänge gibt, oder ob manche Kanäle von so vielen externen Zuschauern besucht werden, so dass (fast) gar keine Korrelation mehr zu den eigenen Studierenden der Lehrveranstaltung an der eigenen Einrichtung erkennbar ist.