NUMAS

Ein webbasiertes, multimediales Lehr- und Lernsystem zur Numerischen Mathematik und Statistik

Ziele und Inhalte

Das Projekt NUMAS ist eine Antwort auf die in zunehmendem Maße beobachteten Schwierigkeiten von Studierenden der Fachrichtungen, in denen Mathematik und Statistik wesentlich in das Grundstudium eingehen. Damit kann der Vorlesungsbetrieb in der Aufgabe der Vermittlung von Standardwissen unterstützt und entlastet werden, studentische Lernerinnen und Lerner werden in ihren Selbstlern- und Selbstorganisationskompetenzen gefordert, und es entsteht mehr Raum für die anwendungsbezogene und problemorientierte Lehre.

Didaktisches Konzept

Das WBT -System NUMAS unterstützt aktiv das Selbststudium. Dafür sorgen die mehr als 120 Lehreinheiten in Form von sogenannten Lernobjekten, die nach fernstudiendidaktischen Grundsätzen strukturiert und unter Beachtung arbeitsergonomischer Gesichtspunkte gestaltet wurden. Die Gesamtheit der Lernobjekte in NUMAS entspricht einem Lehrstoff von insgesamt ca. 500 Stunden (Vorlesungen und Übungen).
Um den Zugang zu den Lernobjekten für die Nutzer leicht zu gestalten, wurde in einer parallelen Entwicklungsarbeit ein speziell auf NUMAS ausgerichtetes Learning- und Content-Management System geschaffen. Werkzeuge wie elektronische Textmarker und Notizblöcke, die „on the fly“ aufgerufen werden können, erleichtern die individuelle Lernarbeit mit den Lernobjekten. Desweiteren verfügt das LMS über ein Lexikon mit komfortabler Suchfunktion und bietet verschiedene Kommunikationswerkzeuge wie E-Mail und Foren.

Da intensives Lesen, besonders am Bildschirm, vielen Menschen schwer fällt und Medienwechsel ohnehin den Lernprozess erleichtern, wird bei NUMAS innerhalb der Lernobjekte auf nicht elektronische Lehrmittel (Bücher, Skripte etc.) verwiesen oder auch handschriftlich ausführbare Arbeitsschritte (wie beispielsweise Übungen neben dem Computer) angeleitet. Dies führt nicht nur zu einer Aufmerksamkeitssteigerung, sondern ermöglicht auch eine physische Entlastung.



Abb.: Ansicht eines Lernobjekts in NUMAS mit Animation und einer Lernergänzung


Im Sinne des Grundsatzes vom lebenslangen Lernen unterstützt die Lernumgebung sowohl formal organisierte Formen der Hochschulausbildung, als auch informelle Formen des Wissenserwerbs. Bei der Umsetzung dieses Grundsatzes wurden für das Projekt zwei besondere Werkzeuge geschaffen:

  • Das Expertensystem, das dem fortgeschrittenen Anwender eine Entscheidungshilfe zur Lösung von Problemstellungen der Numerischen Mathematik bieten soll.
  • Die Eingabe und Verarbeitung benutzerdefinierter Datensätze ermöglicht, die angebotenen Numerischen Verfahren auf eigene Problemstellungen anzuwenden.

Curriculare Verankerung

Das Lernsystem NUMAS steht unabhängig von speziellen Veranstaltungsformen zur Verfügung. Die vermittelten Kenntnisse sind jedoch prüfungsrelevant.

Technik

Zugang

Der Zugang zu NUMAS erfolgt nach einer einfachen Registrierung, die allen Interessierten möglich ist. Gegebenenfalls müssen verschiedene Plug-Ins (Flash Player, Java 1.4, Video Player) heruntergeladen werden.

Nutzung

Die Lernobjekte sind in kleinstmögliche Bausteine zerlegt und werden als Medien- und Textbausteine, die wiederum in verschiedenen Formaten vorliegen (Text, Grafik, interaktives Beispiel, Animation, Video und Ton), einzeln gespeichert und über Mediendatenbanken gepflegt.
Mit Hilfe einer E-Mail Funktion, die aus einem Lernobjekt heraus aktiviert werden kann, können die Studierenden individuell Kontakt zu einem tutoriellen Dienst aufnehmen, der in der stockenden Lernsituation weiterhilft. Übergeordnete und moderierte Fachforen erlauben die eher mittelfristig angelegte Fachdiskussion mit studentischen Mit-Lernern und Tutoren.

Benötigte Software

Für den reibungslosen Betrieb von NUMAS sollte das Computersystem folgende Bedingungen erfüllen:

Betriebssystem : Windows (9x/ME, NT, 2000 oder XP) oder Linux
Browser : Netscape ab 6.2, Internet Explorer ab 5.5, Mozilla ab 1.0
Javascript: ab Version 1.2
Cookies : aktivieren

Um die interaktiven und multimedialen Elemente von NUMAS abspielen zu können, müssen folgende Plug-Ins installiert sein:
- Macromedia Flash Player
- Java (JRE) ab Version 1.4 (mit Ausnahme der Version 1.4.1_03)
- Player zur Wiedergabe von Videos (z. B. Real Player, Microsoft MediaPlayer)

NUMAS bietet einen eigenen Systemcheck, um festzustellen, ob die Software auf dem jeweiligen Rechner funktioniert.


Entwicklung

Technisch basiert das System auf der von Prof. Dr. rer. nat. Gisela Engeln-Müllges an der Fachhochschule Aachen entwickelten Software NumEx, die das Expertensystem zur Verfügung stellt.
Eine zentrale Rolle in NUMAS spielen die Programme und Algorithmen der 8. Auflage des Buches Numerik-Algorithmen von G. Engeln-Müllges und F. Reutter (Springer-Verlag), auf die bei der Anwendung der numerischen Verfahren zurückgegriffen wird.

Zielsetzungen für die Realisierung des Lehr- und Lernsystems waren unter anderem die Gewährleistung einfacher Erweiterbarkeit, der Einsatz gängiger Programmierwerkzeuge (z. B. Microsoft Visual Studio, Macromedia Dreamweaver MX) und Programme (Apache-Webserver, MySQL-Datenbanken).

Weitere Ziele waren die Erreichung der Betriebssystemunabhängigkeit, die Einführung standardisierter Datenformate (ASCII / XML) für die Datenkommunikation, der Einsatz von Programmiersprachen wie C, C++, Java, Javascript, PHP und Flash sowie der Beschreibungssprachen HTML und XML.
Um allen Anforderungen des Lehr- und Lernsystems gerecht zu werden, wurde eine Client-Server -Architektur realisiert.

Kosten

Für den laufenden Betrieb von NUMAS steht (leider) kein eigenes Budget zur Verfügung.
Je nach Notwendigkeit wird die Betreuung von NUMAS über - aus anderen Institutsmitteln finanzierte - Hilfskräfte oder Werkverträge sichergestellt.

Zielgruppe

NUMAS richtet sich an Studierende, die innerhalb ihres Studiums grundlegende Mathematik und Statistik-Kenntnisse benötigen.

Rahmenbedingungen

Rahmenbedingungen wie Kursgröße und Semesterwochenstundenzahl sind abhängig davon, wie intensiv NUMAS eingesetzt wird. Es kann sowohl für das Selbststudium als auch zur Ergänzung von Präsenzveranstaltungenen (Vorlesung, Seminar) zum Einsatz kommen.

Ergebnisse

Durch mehrere Evaluationsmaßnahmen hat sich bestätigt, dass der Einsatz von NUMAS in Form des " Blended Learning " am besten geeignet ist. Das Lernsystem NUMAS kann somit eine tragende Säule in einer Lehr- und Lernarchitektur sein. Das konzentrierte Arbeiten mit dem Lernsystem kann aber auch in der Selbstlernumgebung Lernerfolge ermöglichen, wenn ein signifikanter Zeiteinsatz seitens der Nutzerinnen und Nutzer erbracht wird.
Die Technik von NUMAS kann auf andere Inhalte übertragen werden.

Zum Projekt

Website

http://www.numas.de/

Institution

Fachhochschule Aachen

Ansprechpartner/in

Prof. Dr. rer. nat. Wilhelm Hanrath
Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik
Lehrgebiet: Angewandte Mathematik und Informatik
Fachhochschule Aachen
Goethestraße 1
52064 Aachen
Telefon: +49 +241 6009-52435
E-Mail: hanrath@fh-aachen.de


Frau Prof. Dr. rer. nat. Gisela Engeln-Müllges
Leiterin des Projektverbundes NUMAS
Fachhochschule Aachen
Goethestraße 1
52064 Aachen
E-Mail: engeln-muellges@fh-aachen.de

Zeitraum

NUMAS wurde im Förderzeitraum von 2001 bis 2004 entwickelt und befindet sich inzwischen im Lehreinsatz.

Förderung

Das Projekt NUMAS wurde zwischen 2001 und 2004 durch das Programm "Neue Medien in der Bildung" des Bundesministeriums für Bildung und Forschung und im Rahmen der Ausschreibung "Neue Medien in der Hochschullehre" des Kompetenznetzwerks Universitätsverbund MultiMedia NRW gefördert.

Beteiligungen und Kooperationen

Das Projekt NUMAS wird realisiert in Kooperation mit folgenden Hochschulen:

- FH Aachen

- FU Berlin

- FH Münster

- FH Südwestfalen

Das zeigt sich unter anderem auch darin, dass die einzelnen Lernobjekte von verschiedenen Autoren geschrieben werden, die sowohl viel Lehrerfahrungen als auch eine entsprechende fachliche Reputation besitzen.

Kategorisierung

Lehrfunktion

  • Wissenserarbeitung
  • Üben u. Anwenden
  • Diskussion u. Austausch
  • Feedback u. Lernerfolgskontrolle

Medieneinsatz

  • Hypertext
  • Simulation
  • Animation
  • Videoübertragung/-aufzeichnung
  • Audioübertragung/-aufzeichnung
  • E-Mail
  • CBT / WBT
  • LMS / Lernmanagementsysteme

Fachbereich

  • Geistes- und Sozialwissenschaften
  • Informatik
  • Ingenieurswissenschaften
  • Medizin und Gesundheitswesen
  • Naturwissenschaft und Mathematik

Lehrszenarien

  • Vorlesung
  • Übung
  • Tutorium
  • Praktikum
  • Seminar

Kategorie

  • Lernumgebung