1. 1
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
Adaptives Informationssystem zur
Erlernung mehrstelliger Addition und
Subtraktion
Benedikt Neuhold

2. 2
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
Problem
In der Grundschule:
§ Arithmetik-Unterricht
§ schriftliche Rechenverfahren (wichtige Kompetenz)
Nach der Grundschule:
§ Kompetenz wird nicht beherrscht
§ fehlerhafte Denk- und Rechenmuster

3. 3
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
Motivation
Lehrperson muss fehlerhafte Strukturen erkennen
§ diagnostische Tests
§ aufwendig
§ spiegeln den aktuellen Ist-Zustand wider
§ Prüfungssituation
PlusMinus-Trainer
§ die Lehrperson unterstützen
§ einfache Benutzung
§ aktueller Wissensstand
§ erkennen fehlerhafter Denkmuster
http://www.flickr.com/photos/ooocha/
2631610399

4. 4
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
Learning Analytics
§ Bildungseinrichtungen nutzen neue Technologien
§ Analyse der Daten - großes Potenzial
§ Lernfortschritt
§ individuelle Unterstützung für Schüler und Schülerinnen
“the measurement, collection, analysis and reporting of data about learners and their
contexts, for purposes of understanding and optimizing learning and the
environments in which it occurs.” (1st International Conference Learning Analytics & Knowledge, 2013)
§ Lehrperson steht im Mittelpunkt
§ führt Intervention durch

5. 5
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
Learning Analytics Cycle
learners
data
metrics
interventions
Learning Analytics Cycle nach Clow, 2012

6. 6
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
Schriftliche Rechenverfahren
§ Addition
§ für Schülerinnen und Schüler einfach
§ nur ein verbreitetes Rechenverfahren
Fehlertypen:
§ Fehler im Eins-plus-Eins (vor allem ±1)
§ Fehler beim Übertrag
§ Fehler bei ungleicher Stellenanzahl
§ Fehler beim Operieren mit der 0

7. 7
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
Schriftliche Rechenverfahren
§ Subtraktion
§ für Schülerinnen und Schüler schwerer
§ keine einheitlichen Rechenverfahren
§ fehleranfälliger
Fehlertypen:
§ Fehler beim Übertrag
§ Fehler bei der Rechenrichtung
§ Fehler mit der 0
§ Fehler bei unterschiedlicher Stellenanzahl
§ Eins-und-Eins Fehler
§ Anwendung der inversen Operation

8. 8
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
Diagnostische Tests
§ 80% der Rechenfehler sind systematische Fehler

9. 9
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
PlusMinus-Trainer
§ Webanwendung
§ freien Technologien (PHP, MySql, Zend Framework 2, …)
§ erreichbar unter http://plusminus.tugraz.at oder http://
mathe.tugraz.at

10. 10
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
PlusMinus-Trainer
§ Zielgruppe: 3. bis 5. Schulstufe
Kompetenzsystem:
§ adaptiv
§ abwechslungsreich
§ Addition und
Subtraktion gemischt

11. 11
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
Programmablauf

12. 12
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
Statistische Auswertung
§ Einblick in den Lernfortschritt
§ fehlerhafte Strukturen erkennen
§ einfache Visualisierung (Ampelfarben)

13. 13
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
Evaluation
§ durchgeführt mit zwei 4. Klassen einer Volksschule
§ 34 Schülerinnen und Schüler
§ Arbeitszeit pro SchülerIn: ca. 20 – 30 Minuten
§ Ergebnis in Zahlen:
§ 2678 Rechenaufgaben insgesamt gelöst (~78 pro SchülerIn)
§ Erfolgsquote: 86,59%
§ durchschnittliche Antwortzeit: 16,77 Sekunden

14. 14
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
Ergebnisse
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Addi+on
Subtrak+on
Fehlerhäufigkeit
nach
Opera+on
falsch
rich+g
0
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
ANZAHL
DER
SCHÜLER
KOMPETENZLEVEL
Maximales
Kompetenzlevel
Addi+on
0
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
ANZAHL
DER
SCHÜLER
KOMPETENZLEVEL
Maximales
Kompetenzlevel
Subtrak+on

15. 15
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
Der starke Lernertyp
Der schwächere Lernertyp

16. 16
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
Der festgefahrene Lernertyp
Der durchschnittliche Lernertyp

17. 17
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
Ergebnisse
§ Schüler Norbert
§ häufiges Auftreten von Fehlertyp „Kleiner minus Größer“
§ Intervention der Lehrerin bzw. des Lehrers notwendig

18. 18
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
Zusammenfassung und Ausblick
§ PlusMinus-Trainer
§ unterstützt den Lehrer bzw. die Lehrerin
§ unterstützt Schülerinnen und Schüler sowie Eltern
§ Fehlerdiagnose
§ frei zugänglich
§ Auswertung in Echtzeit
§ Zukunft?
§ detailliertere Fehlerdiagnose
§ Apps (iPhone)
§ …..
§ leicht erweiterbar
§ mehrsprachig
§ Apps (Android)

19. 19
Diplomprüfung
Institut für Informationssysteme und Computer Medien
Graz, August 2013
Adaptives Informationssystem zur
Erlernung mehrstelliger Addition und
Subtraktion
Benedikt Neuhold