Learning and Cognitive Systems

MSAFE


CBT - Selbstlernsystem zur Meisterausbildung von Elektrofachkräften

Der Aus- und Weiterbildungssektor gewinnt durch die zunehmende Spezialisierung gerade auch in den technischen Berufszweigen immer mehr an Bedeutung, so daß die Wirtschaftlichkeit sowie die Zertifizierung (auch als Instrument in der Qualitätssicherung nach ISO9000ff) eine zunehmend bedeutendere Rolle spielen. Um auch hier die Kosten wirtschaftlicher gestalten zu können, bietet sich der Einsatz von intelligenten CBT-Selbstlernsystemen (CBT = Computer Based Training) in Bereichen der Meisterausbildung sowie in den Fortbildungsbereichen kleinerer und mittlerer Unternehmen (KMUs) als langfristige Lösung an.

Mit diesen intelligenten CBT-Selbstlernystemen können Lernabschnitte von Auszubildenden kostengünstig, effektiv und flexibel absolviert werden.Zusätzlich können diese Systeme zur Vorbereitung bis hin zur Prüfung oder Zertifizierung dienen.

Zielstellung des Projektes MSAFE (Multimediales Selbstlernsystem zur Aus- und Fortbildung von Elektrofachkräften) ist die Entwicklung einer wissensbasierten CBT-Selbstlernumgebung, die die Konstruktion elektrotechnischer Schaltungen unterstützt. Insbesondere werden kontaktbehaftete Schütz- / Relaisschaltungen (s. Abb.) in einer Echtzeitumgebung mit ihrem Schaltverhalten aus der realen Welt modelliert.

MSAFE wird in Zusammenarbeit mit der BfE-Oldenburg (Bundesfachlehranstalt für Elektrotechnik) insbesondere für die Meisterausbildung entwickelt und soll später einen praxisorientierten Abschnitt einer multimedialen CBT-Selbstlernumgebung, die von der BfE im Rahmen des Ausbildungs- und Projektplanes "CBT in der Meisterausbildung" entwickelt wird, darstellen. MSAFE ist jedoch auch als autonome intelligente CBT - Selbstlernumgebung für den Bereich der Schütz- und Relaisschaltungen einsetzbar.

Konzeption

Das System basiert auf einer Theorie des Problemlösens und Wissenserwerbs, die davon ausgeht, daß entdeckendes Lernen und Eigenaktivität durch das Aufstellen und Testen von Hypothesen gefördert werden. Die in unserer Arbeitsgruppe entwickelte ISPDL-Theorie (impasse - success - problem solving driven learning) bietet einen neuen Ansatz für ein systematisches, planvolles Design wissensbasierter CBT-Systeme. Der Lernende bearbeitet vorgegebene Aufgaben, indem er innerhalb einer CAD-Umgebung frei Schaltungsentwürfe unter dem Einsatz verschiedener Werkzeuge konstruieren kann.

Selbst-/Lernunterstützung durch MSAFE

In jeder Phase des Schaltungsentwurfes kann der Lernende Hypothesen zur Korrektheit seiner Entwürfe an das CBT-System formulieren. Eine Hypothese ist die Durchführung eines Funktionstests auf dem zu testenden Schaltungsentwurf, um verifizieren zu können, ob das geforderte Soll-Verhalten, der zu realisierenden Schaltungsfunktion auch dem Ist-Verhalten des Lösungsentwurfes entspricht. Ein Funktionstest ist durch eine Sequenz von Testanweisungen mit Realzeitanforderungen für eine bestimmte Schaltungsfunktion ("Arbeitsschritt") definiert. Jede einzelne Testanweisungen enthält dabei das mögliche Ausgabeverhalten der Schütz- / Relaisschaltung, das aus einer erfolgten Eingabe zu einem definierten Zeitpunkt resultieren kann - auch für Fehlersituationen. Die Testanweisungen werden durch einen Realzeit-Modelchecker geprüft. Mittels einer wissensbasierten Diagnose kann der Lernende daraufhin differenzierte Rückmeldungen zu seinem Lösungsvorschlag erhalten, die ihm in Stocksituationen (impasses) helfen, Fehler einzugrenzen, um anhand bereits korrekt gelöster Abschnitte selbst zu einer korrekten Lösung zu finden und dadurch die Stocksitution zu überwinden.

Bild
Abb.: Beispiel einer Schütz- / Relaisschaltung : Förderband mit Bandwächtern

Gelingt ihm dies wiederholt nicht, kann ihm das System zu einem zu realisierten Teilabschnitt eine Musterlösung vorschlagen, die er als Grundlage zum Lösen weiterer Teilaufgaben benutzen kann. Wurde ein Teilabschnitt korrekt gelöst, wird der Lernende durch Rückmeldungen über die Korrektheit seines Entwurfes informiert (success). Um auch komplexes Schaltverhalten jederzeit nachvollziehen zu können, wird der Lernende durch eine Echtzeit-Simulationskomponente unterstützt, die es ihm gestattet, Teil- oder Gesamtschaltungen schrittweise manuell oder automatisch in Echtzeit zu simulieren. Für KMUs, die sich eigene Experimentiermaterialien und Räume für die Aus- und Fortbildung nicht leisten können, bietet MSAFE eine geeignete Selbstlernalternative für den Bereich kontaktbehafteter Schütz- / Relaisschaltungen. Im aus ESF-Mitteln beantragten ADAPT-Projekt ISO\ESPC findet das Verfahren zum Realzeit-Modelchecking für fallbasierte Simulationen sowie bei der Prüfmittelverwaltung als Softwaremodul zusätzliche Verwendung.

Projektleiter:
Prof. Dr. Claus Möbus

Ansprechpartner:
Dr. Andreas Lüdtke
Anschrift:
Kuratorium OFFIS e.V.
Abt. Lehr- und Lernsysteme
Prof. Dr. Claus Möbus
Escherweg 2
26121 Oldenburg