Die elektronische Werkstatt

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Die elektronische Werkstatt

Hanno Wupper




Die elektronische Werkstatt


Hanno Wupper    2010article


Zur elektronischen Werkstatt gibt es eine Webseite: https://lab.cs.ru.nl/algemeen/Die_elektronische_Werkstatt


Wir wollen Studenten mehr beibringen als abfragbares Fachwissen (das sie dann nach der Klausur doch wieder vergessen). Wir wollen sie ausbilden zu Menschen, die in ihrem Beruf, aber auch als Mitglieder der Gesellschaft auf akademischem Niveau kompetent handeln, mitdenken und mitreden können.

Der traditionelle Lehrzyklus kann das nicht leisten.[1] Da hilft es auch nicht, die Anzahl der Prüfungen zu erhöhen oder den Lehrplan zu modularisieren.

Andere Formen der Lehre müssen her. Die Hochschuldidaktik bietet eine Vielzahl davon an: kompetenzgesteuert, problemorientiert, praxisgerichtet, studierendenzentriert, reflektierend, kollaborativ - der Namen sind viele. Auf manche dieser Wörter reagieren Studenten und Hochschullehrer inzwischen wie der Stier auf ein rotes Tuch, und manche didaktischen "Erneuerungen" wirken irgendwie aufgesetzt und betüttelnd. Nicht selten wirken sie auch noch der gewünschten Entwicklung einer akademischen Haltung entgegen.

Dabei gibt es in Europa seit über tausend Jahren ein bewährtes Modell von Forschung und Lehre, das all diese Elemente der modernen Hochschuldidaktik seit jeher umfasst oder jedenfalls ermöglicht. Dieses Modell, sein Funktionieren, seine Prinzipien und Ziele sind jedermann leicht zu erklären. Forschungsgruppen arbeiten oft nach diesem Modell, aber im Grundstudium ist es kaum üblich. Das Internet bietet interessante Möglichkeiten, ihm neues Leben einzuhauchen.

Die Dombauwerkstatt

Am Bau einer gotischen Kathedrale arbeiten Meister, Gesellen und Lehrlinge verschiedener Handwerke. Ihre gemeinsame Motivation ist der Bau der Kathedrale, auch wenn sie wissen, dass manche von ihnen die Fertigstellung nicht erleben werden. Arbeit, Lernen und Forschen gehen ineinander über. Junge Steinmetzlehrlinge müssen erst einmal lernen, glatte Quader zu meißeln. Diese Übungsstücke werden aber nicht weggeworfen: sie finden ihren Platz in einer Wand oder Säule. Ein Lehrling kann später seinen Enkeln zeigen: an dieser Wand habe ich mitgebaut. Je mehr man gelernt hat, desto anspruchsvollere Arbeiten darf man verrichten, und wenn man Geselle ist, darf man dem Meister auch helfen beim Ausbilden neuer Lehrlinge. Manche, aber nicht alle, fangen irgendwann an, neue Methoden und neue Theorie mitzuentwickeln. Das Zusammengehörigkeitsgefühl ist groß, es gibt allerlei Bünde, und man ist durchdrungen von der Verantwortung für die Gesellschaft.

Beim Dombau kann jeder Beteiligte immer alles sehen. Der Meister sieht, womit sich die Lehrlinge abmühen und wo seine Gesellen beim Lehren und Bauen vielleicht noch etwas besser machen könnten. Die Lehrlinge sehen, was der Meister alles kann und wie er dafür respektiert wird, aber auch, wo sich eine neue Idee des Meisters vielleicht einmal nicht bewährt. Die Gesellen sehen, wie sie selbst einmal angefangen haben und wohin sie wollen.

Beim Dombau sind Bauen und Lernen nicht strenger getrennt als nötig, und auch die Zeit ist nur in soweit eingeteilt, als es unbedingt nötig ist, jedenfalls unter einem guten Meister. Wer sich gerade nicht konzentrieren kann, macht irgendeine Routinearbeit oder räumt auf. Wer in einer schwierigen Arbeit versunken ist, wird nicht gestört, aber vielleicht bewundernd beobachtet. Wer mit einem Detail nicht weiterkommt, geht herum und schaut, wie andere ein ähnliches Problem lösen. Abschauen ist nicht negativ besetzt, es ist ein wichtiges Mittel des Lernens. Auch kann man jederzeit jemanden um Rat oder Hilfe fragen, und man erfährt, dass man auch und gerade dann lernt, wenn man einem Anderen etwas erklärt oder vormacht. Man spricht einen anderen auch einfach an, wenn man sieht, dass er sich unglücklich anstellt.

Lernen und nützlich Arbeiten fallen weitgehend zusammen, und dabei darf man Fehler machen, um auch daraus zu lernen. Prüfungen dagegen sind etwas Besonderes. Mit dem Gesellen- und Meisterstück zeigt man, was man kann, und damit sind alle "Jugendsünden" auch ausgewischt.

Das ganze System ist leicht zu erklären. Man kann sich orientieren an alten Vorbildern, und in Köln kann man die Dombauhütte selbst anschauen.

Auch die Wissenschaft baut Kathedralen, die zu Lebzeiten der einzelnen Erbauer nicht vollendet werden. Darum funktionieren erfolgreiche Forschungsgruppen auch nach diesem Modell. Und genau dadurch entsteht die akademische Gemeinschaft mit ihrer besonderen Einstellung, für die Akademiker so gern für bestimmte Funktionen angestellt werden.

So einleuchtend dies alles ist, so tun wir doch im Grundstudium gern in allen Punkten so ungefähr das Gegenteil. Nur Kunstakademien kennen das Modell. Dort heißt die Werkstatt "Atelier".

Inzwischen sind Universitätsgebäude und Stundenpläne auch so rigide, dass sich keine Werkstätten mehr einrichten lassen. Oder doch?

Die elektronische Werkstatt

In vielen Wissenschaften manifestieren sich die Produkte in Texten. Die ganze Kathedrale besteht aus Text. Heutzutage stehen alle Texte, an denen gearbeitet wird, in Computern. Oft steht so ein Text in Arbeit auf dem persönlichen Computer des Autors. Aber das Internet erlaubt auch Zugang zu anderen Computern.

Darum lässt sich heutzutage für textorientierte Wissenschaften eine Werkstatt ohne hohe Baukosten in einem Internetserver einrichten.

Wir vermeiden das Wort "virtuell", weil es um eine echte Werkstaat geht, in der echt gearbeitet wird, an echten Produkten. Nur ist das Gebäude ein Computer im Netz. In Nimwegen hat sich dafür die Bezeichnung elektronische Werkstatt eingebürgert. Wie bisher in einem Institutsgebäude aus Stein und Glas können Studenten, Doktoranden und Dozenten hier zusammenarbeiten. Wie dort können sie hier ihre Produkte gemeinsam vor dem Bildschirm oder ausgedruckt auf Papier besprechen. Keine bewährte Arbeitsform muss aufgegeben werden. Aber die elektronische Werkstatt bringt dreierlei neue Möglichkeiten.

Befreiung von den Zwängen von Zeit und Raum. Dank der Möglichkeiten des Internet können alle Beteiligten auch dann arbeiten und zusammenarbeiten, wenn sie nicht physisch im Institut anwesend sind, auch außerhalb der normalen Arbeitszeiten.

Transparenz. Die Arbeit und ihre Produkte werden nicht mehr ängstlich auf dem eigenen Computer verborgen. Alles ist wie in der idealen Dombauwerkstatt jederzeit für jeden sichtbar.

Orientierung. Dank der Errungenschaften der Web-Technologie kann man alles und jeden leicht finden und allerlei nützliche Übersichten zusammenstellen.

Technisch betrachtet kann man solch ein Werkstattgebäude nahezu kostenlos errichten mit der Software unter der Wikipedia: MediaWiki[2] mit einigen gängigen Erweiterungen, vor allem SemanticMediaWiki[3] und SemanticForms[4]. Man benötigt einen Internet-Server mit MySQl/php, eine MySQL-Datenbank[5] und die kostenlose MediaWiki-Software samt einiger ebenso kostenlosen Erweiterungen. Nützlich können auch etliche Versatzstücke sein (in MediaWiki-Terminologie: Schablonen, Formulare, Seiten, Eigenschaften, Kategorien etc.), die wir in Nimwegen im Laufe der Jahre entwickelt haben.

Das Werkstattgebäude muss allerdings sorgfältig eingerichtet werden, und alle Beteiligten müssen lernen, was sich gehört und was nicht.

Prinzipien der elektronischen Werkstatt

Geschlossene Offenheit

Das wichtigste Prinzip ist Offenheit. Das Lernen in der Werkstatt funktioniert ja gerade, weil jeder jederzeit alles sehen kann, auch die Bemühungen und Resultate von anderen. Das jedoch in einer Umgebungskultur, in der Abschirmung der Normalfall ist: Semesterarbeiten sind ja üblicherweise für Mitstudenten ganz unsichtbar und für den Dozenten erst sichtbar, wenn sie beurteilt werden sollen. Das gleiche gilt für die Kommentare des Dozenten. Niemand sieht etwas entstehen, nur das fertige Produkt wird "abgegeben". Kollaborative Umgebungen wie BlackBoard bestehen zu 90% aus Abschirmung und zu 10% aus sorgsam kanalisierter Kommunikation. Da kann niemand über den Zaun schauen oder etwas Unvorhergesehenes rufen. Und es ist unvorstellbar, dass Studenten offensichtliche Fehler im Studienmaterial verbessern, während man auch das in der Werkstatt gerne sieht.

Jeder muss schnell lernen, dass in der Werkstatt alles anders ist, dass man sich dort Blößen geben darf, dass Abgucken etwas Gutes ist und man auch gern ungefragt Kommentare zum entstehenden Werk anderer geben darf.

Das funktioniert aber nur in einem angstfreien Raum, und dazu sind zwei Voraussetzungen nötig: höflicher und sorgfältiger Umgang miteinander und Abschirmung der ganzen Werkstatt nach außen hin.

Die Abschirmung nach außen ist technisch leicht durchzuführen: nur eingetragene, angemeldete Teilnehmer dürfen die Werkstatt besuchen. Niemand kann sich selbst eintragen. Die Außenwelt kann gleichsam durchs Fenster nur das sehen, was ausdrücklich öffentlich gemacht wurde.

Der sorgfältige Umgang miteinander ist bei uns von Anfang an von selbst entstanden, weil die beteiligten Studenten sich auch persönlich kennen und im Institut treffen, weil jeder Teilnehmer mit seinem vollen Namen registriert ist, weil dieser volle Name bei allem, was er macht, sichtbar ist und daneben in vielen Fällen auch ein Foto. Man kennt einander, und dummes Zeug ist immer sofort zurückzuführen auf die Person.

Ein gemeinsamer Bau mit Abteilungen und Nebeneingängen

Anfangs hatten wir in Nimwegen für verschiedene Kurse und verschiedene Jahrgänge getrennte Werkstattgebäude (Technisch: MediaWiki-Projekte) eingerichtet, jeweils mit eigenem Teilnehmerkreis und eigenem Zugang. Dieser Atavismus des Abschirmungsdenkens hat sich nicht bewährt. Studenten und Dozenten wollen die Produkte ihrer Arbeit in verschiedenen Kursen verwenden, um weiter darauf aufzubauen, und sie wollen sich nicht immer wieder woanders anmelden müssen. Seit Jahren haben wir nun für alle Kurse zweier Studiengänge ein gemeinsames Werkstattgebäude mit - genau wie in unserem Institutsgebäude - farblich gekennzeichneten Abteilungen mit eigenen Eingängen für einzelne Kurse und Gruppen. Zwischen gewissen Abteilungen kann man gleichsam undurchdringliche Wände errichten und den Zugang auf bestimmte Gruppen einschränken, aber davon wird nur in Ausnahmefällen gebrauch gemacht.

Wagemut mit Fangnetz

Man kann nur etwas lernen, wenn man sich auch traut. Dabei kann man unbeabsichtigt etwas kaputtmachen, zum Beispiel wichtige Information verschwinden lassen oder Fehler ins Studienmaterial einbringen. Hier hat die elektronische Werkstatt deutliche Vorteile gegenüber der aus Stein und Glas: die MediaWiki-Software bietet ein sicheres Fangnetz. Alle Aktivitäten werden nicht nur für jeden sichtbar sorgfältig mit Name und Uhrzeit dokumentiert, sie lassen sich auch jederzeit wieder rückgängig machen.

Genau wie in der Wikipedia lernen Teilnehmer schnell: wenn sie sich ihrer Sache nicht sicher sind, schreiben sie ihre Zweifel auf die zu einem Thema gehörende Diskussionsseite; bald platzieren sie aber auch einen Kommentar mitten in den betreffenden Text (mehr dazu weiter unten); nach einiger Zeit wagen sie es, offensichtliche Fehler einfach zu verbessern. Wer der Sache nicht traut, kann ja jederzeit nachschauen, wer was gemacht hat.

Arbeit am Endprodukt

Ein Maler arbeitet oft über einen längeren Zeitraum an einem Bild und übermalt dabei, was ihm nicht gelungen erscheint. Nie sieht man einen Maler einen Pinselstrich erst einmal auf einer Kopie des Bildes ausprobieren und mit anderen besprechen. Man sieht immer nur das Endprodukt in seinem derzeitigen Zustand. Neue Lagen Farbe überdecken alte. So arbeiten kreative Menschen.

Wenn dagegen eine Gruppe von Mitarbeitern an einem Text arbeitet, ist es heutzutage üblich, dass man Änderungswünsche erst einmal protokolliert, dann bespricht, eventuell sogar darüber abstimmt, dann eine neue "Version" des Textes produziert, diese von allen Seiten beschaut und bespricht und schließlich "freigibt". Das gibt Sicherheit, ist in manchen Situationen vielleicht auch unerlässlich, fördert aber selten Kreativität und sollte nicht übertrieben werden. Viel befriedigender ist es, einen Text einfach zu verbessern, so wie der Maler sein Bild verbessert. Das Neue, hoffentlich bessere, steht dann sofort da.

MediaWiki unterstützt genau dieses Arbeiten, und das hat auch der Wikipedia zum Erfolg verholfen. Jeder arbeitet wagemutig am Endprodukt, jeder sieht sofort das Resultat und kann daran weiterarbeiten. Man hat ja immer noch das Fangnetz, falls etwas schiefgehen sollte.

Kommentare statt Diskussionsforen

Viele kollaborative Umgebungen bieten Diskussionsforen, wie sie jeder Internetnutzer überall findet. Wer dort einmal angefangen hat zu diskutieren, bleibt erfahrungsgemäß eifrig dabei. Nach unserer Erfahrung haben Diskussionsforen jedoch Nachteile.

Erstens fehlt, wenn jemand eine Frage stellt, oft der nötige Kontext. Die Frage steht da, aber das Stück Text, auf das sie sich bezieht, muss man selbst suchen. Oder es sind einige Zeilen zitiert, meist zu wenige.

Zweitens verästelt sich die Diskussion immer weiter, kommt vom Thema ab, und kaum jemand sorgt bei seinem Beitrag für einen nützlichen Titel. Wenn man später einen Studenten, der eine Frage hat, darauf hinweist, dass genau diese Frage schon im Forum behandelt ist, beklagt er sich mit Recht, dass man dort nichts finden könne.

In der elektronischen Werkstatt verfährt man darum ganz anders. Wer eine Frage, eine Bemerkung oder einen Kommentar hat zu einem Stückchen eigener Arbeit, der Arbeit eines anderen oder zum Kursmaterial, platziert genau auf die betreffende Stelle einen Kommentar. Das ist eine Art elektronischer Klebezettel, der durch seine Farbe und seinen Rahmen sofort auffällt und der neben der Frage oder Bemerkung automatisch den Namen und das Foto des Autors zeigt. Die Technik sorgt dafür, dass man alle solche "Zettel" zu einem bestimmten Kurs oder Projekt leicht finden kann. Jeder, der mitmacht, wird auch hingewiesen auf sämtliche solcher Zettel, die sich an ihn persönlich richten oder die er selbst geschrieben hat.

Jeder ist angehalten, sich um diese Zettel zu kümmern. Man kann entweder einen neuen hinzufügen oder das Problem einfach lösen und alle erledigten Zettel entfernen. Statt sich verzweigender Diskussionen Konzentration auf die Lösung des Problems.

Anfangs ist diese Zettelkultur gewöhnungsbedürftig, aber nach wenigen Wochen machen viele konstruktiv mit. Immer wieder gibt es Studenten, denen es nicht liegt, an Diskussionen im vollen Hörsaal teilzunehmen, die aber abends auf diesem schriftlichen Wege viele nützliche Beiträge liefern. Man versteht auch schnell, dass man einander beim Lernen hilft. Man schreibt z. B. nicht: "statt der 1 muss da eine 0 stehen" sondern: "Kontrollier besser noch einmal deine Zahlen, besonders da rechts."

Vom Einzelfall zum Allgemeinen

Am Anfang machen Lernende immer dieselben Fehler. In der elektronischen Werkstatt ist es nicht nötig, auf die betreffenden Stellen immer wieder eine Erklärung zu "kleben", es genügt ein Hinweis mit Weiterklickmöglichkeit zu einer Seite, auf der der Fehler erklärt ist. Die Technik sorgt auf dieser Seite automatisch für eine Auflistung aller Texte, in denen Hinweise auf denselben Fehler "kleben". Jeder sorgt schnellstens dafür, nicht auf solchen Listen zu erscheinen.

Andererseits kann man typische Beispiele für solche häufigen Fehler leicht "aus dem Leben greifen" und ins Kursmaterial aufnehmen. So ist schon häufiger aus einer Seite zu einem typischen Fehler ein neues Kapitel des Skriptums hervorgegangen.

Ähnliches ergibt sich mit Ausarbeitungen von Übungsaufgaben. Immer wieder kommt es vor, dass jemand, der es ganz genau wissen will, ein Beispiel sehr gründlich ausarbeitet und liebevoll in korrekter Typographie in der Werkstatt veröffentlicht, auch wenn das nicht unbedingt verlangt war. Solche Ausarbeitungen finden regelmäßig ihren Platz im Studienmaterial.

Dasselbe üben an unterschiedlichen Gegenständen

Für die Kathedrale haut jeder Steinmetz einen anderen Heiligen oder Engel und lernt dabei sein Handwerk. Gerade die Verschiedenheit der Objekte macht Abgucken so wertvoll: man muss selbst umsetzen, was man gesehen hat; sinnloses Kopieren ist unnütz. Auch macht jeder sein eigenes, einzigartiges Gesellen- und Meisterstück.

An der Hochschule sind dagegen Studenten und Dozenten gewohnt, dass jeder dieselben Übungsaufgaben ausführen muss, wobei Abschreiben sich nicht gehört und keinen didaktischen Nutzen hat, aber dennoch geschieht, weil es mit Noten belohnt wird.

Für die elektronische Werkstatt müssen Dozenten und Studenten umlernen. Große und kleine Aufträge sollten so gestellt sein, dass bei gleichen Lehrzielen der Gegenstand für jeden Studenten ein anderer ist. Da jeder alles sehen kann, kann man einfach verlangen dass jeder sich einen Gegenstand sucht, den noch niemand eher gewählt hat. Wer sich schnell entscheidet, hat noch alle Möglichkeiten. Wer lieber abwartet, bis er viele Beispiele sieht, muss sich stärker anstrengen, um noch etwas Einzigartiges zu finden.

Das ist nicht so schwer wie es aussieht, jedenfalls bei geeigneten Lehrzielen.

Die Einrichtung von Kursen am Beispiel Angewandte Logik

Natürlich eignet sich nicht jeder Lehrstoff für die elektronische Werkstatt. Wer fliegen lernen will, braucht einen guten Simulator, und ein chemisches Praktikum lässt sich nur in einem echten Laboratorium abhalten, wo es kracht und stinkt. Und eine klassische Mathematikvorlesung zur Algebra mit dem Aufbau Definition - Satz - Beweis - Definition - Satz - Beweis kann wohl immer noch am besten mit Lehrbuch, Schwamm und Kreide gegeben werden.

So wurde bis vor zehn Jahren bei uns auch die Logikvorlesung im Studiengang Informatik gegeben. Logik ist für Informatiker unerlässlich. Die Vorlesung wurde von einem eminenten Logiker gegeben, dessen deutliche Erklärungen von allen Studenten geschätzt wurden. Nur konnte leider nachher niemand die gelernte formale Logik auch anwenden. Man hatte Tautologien im wertfreien Raum bewiesen und kannte die großen Sätze über Entscheidbarkeit und Vollständigkeit der Logik. Was das mit Problemen aus der Praxis des Informatikers oder gar mit klarem Denken eines verantwortungsbewussten Mitglieds der Gesellschaft zu tun haben könnte, war niemandem deutlich[6].

Heute lernen unsere Studenten formale Logik zusammen mit ihrer Anwendung auf echte Probleme, und das in der elektronischen Werkstatt. Die Einrichtung dieses Kurses, der von den Teilnehmern als schwer empfunden aber auch geschätzt und gut beurteilt wird ("Der einzige Kurs des Bachelor-Curriculums in dem wir auf akademischem Niveau gefordert wurden."), möge als Modell dienen.

Die Ausgangspunkte: Theorie und Anwendung scheinbar unvereinbar

Die Theorie ist in diesem Falle ein Teilgebiet der Mathematik und Philosophie: formale Prädikatenlogik und formales Beweisen mit dem Beweissystem der Natürlichen Deduktion. Hierzu gibt es gute Lehrbücher im Überfluss. Darin wird anfangs die - recht einfache - Sprache der Logik in einer vom jeweiligen Autor präferierten Notation definiert mit Syntax und Semantik. Dann wird ein Beweissystem eingeführt, und nach einigen wenigen Übungsaufgaben widmet der Rest des Buches sich der Metatheorie: Vollständigkeit, Widerspruchsfreiheit, Beweisbarkeit u.s.w. Die Notation ist durchweg so gewählt, dass man leicht über logische Formeln nachdenken kann, aber nicht so, dass man umfangreiche Formeln für wirkliche Anwendungen übersichtlich aufschreiben kann. Wenn es überhaupt um Anwendung geht, dann mit Brezug auf lügende Kreter und Barbiere, die sich selbst rasieren oder gerade nicht. Nur relativ wenig Aufmerksamkeit, wenn überhaupt, ist der Frage gewidmet, wie man von einem diffusen Problem der Wirklichkeit, möglicherweise unklar formuliert, zu klaren und mit der Wirklichkeit irgendwie übereinstimmenden logischen Formeln kommen kann.

Ähnliches gilt für viele theoretische Vorlesungen der Mathematik und Physik und die zugehörigen Lehrbücher.

Informatiker müssen Logik aus zwei Gründen beherrschen. Erstens um glasklar denken zu können. Zweitens ist Logik in der Welt der Informationstechnik, was Statik in der Bauwelt ist: man muss mit der Hilfe von Computern komplizierte Gebäude logisch verifizieren bzw. statisch durchrechnen. Das kann man nur, wenn man wirklich versteht, was da geschehen muss.

Aber in der Erfahrung der Studenten ist das Bauen so weit weg von der Theorie, dass Theorie und Praxis schwer zueinander finden. Daher gibt es unseren Kurs.

Der Lehrstoff und die Lernziele

Eigentlich sind es zwei Kurse [7], jeder mit seinem eigenen Lehrbuch, die zeitlich parallel gegeben werden.

Im einen - Systemtheorie - lernen die Studenten von Woche zu Woche worum es in den Anwendungen geht, in casu: sich mit den allerbesten Mitteln zu überzeugen, dass ein computergesteuertes Artefakt (z. B. eine Fabrik, ein Fahrzeug oder ein Rasierapparat) wirklich tut, was es tun soll. Was bedeutet diese Fragestellung? Wie kann man es anpacken? Welche Rolle kann Theorie hier spielen? Wie wendet man glasklare Theorie aus dem mathematischen Raum auf ein schwabbelndes Problem in der schmutzigen Realität an? Welche Fallen müssen vermieden werden? Wie macht man es denn dann professionell und systematisch? Und wenn man es kann, wie macht man es dann so, dass man auch noch aus einer spezifischen Anwendung etwas Allgemeines destillieren kann?

Was man hier lernt, kann man später auch anwenden auf andere Spezifikations- und Verifikationssprachen und -hilfsmittel.

Im anderen - Logik - lernen sie, was Logik ist, wie man gemeinsam eine logische Sprache und Notation aufbauen und exakt definieren kann, die sich für praktische Anwendungen und Computerunterstützung eignet, wie man umfangreiche Spezifikationen in so einer Sprache aufstellt, wie man sich überzeugt, dass diese immer noch etwas mit der Realität zu tun haben und wie man das Gewünschte beweisen kann, wenn man zumindest keine Fehler gemacht hat. Im Gegensatz zu herkömmlichen Logik-Lehrbüchern also kaum Metatheorie, dafür aber ein deutlicher Zusammenhang mit anderen Gebieten der theoretischen Informatik: formale Sprachen, Grammatiken, Syntax und Semantik.

Was man hier lernt, kann man auch anwenden auf andere Fragen als nur Korrektheit von Artefakten. Und man kann es als Grundlage gebrauchen für weiterführende Logik-Kurse: Metatheorie, alternative Logiken, Beweisverfahren etc.

Im Kurs wirken Meister und Gesellen mit, die jeweils auf einem dieser Gebiete auch forschen. Das Studienmaterial geht über in aktuelle Fachartikel. Je nach Ehrgeiz können Lehrlinge sich hier der Forschung nähern, so weit sie wollen. Umgekehrt werden neue methodologische Einsichten und neue Verfahren im Kurs erprobt. Manche Arbeiten von Studenten enden als Beispiele in wissenschaftlichen Veröffentlichungen wie die Quader der Steinmetze in der Kathedralmauer.

Die Aufträge

Das ganze Semester lang wird hingearbeitet auf ein Gesellenstück[8], mit dem man sein Können beweist. Es geht immer um den Beweis der Korrektheit eines Artefaktes mit Hilfe formaler Logik, aber jedesmal um ein anderes: eine Schleuse, eine Windmühle, einen Bahnübergang, einen Haartrockner, ein Navigationsgerät, was auch immer.

In der Werkstatt sieht man die Arbeit entstehen, von der ersten vagen Umschreibung bis zur formellen Spezifikation und einem vom Computer kontrollierten vollständigen Korrektheitsbeweis als Schlussstein. So etwas kann nur fertig stellen, wer alle Lehrziele einigermaßen erreicht hat. Und dieses Ziel ist von Anfang an ebenso sichtbar wie die Gesellenstücke früherer Jahrgänge.

Daneben gibt es von Woche zu Woche Aufträge, mit denen man den gerade behandelten Stoff üben kann. Ihre Position im Hinblick auf das Endziel ist deutlich angegeben. Auch diese Aufträge sind, wenn es eben geht, so gestellt, dass jeder einen eigenen Gegenstand wählt. Wenn man zum Beispiel üben muss, Aussagen korrekt in Prädikatenlogik zu formulieren, erhält nicht jeder Student dieselben Aussagen als Übungsaufgaben, sondern jeder muss eine Aussage als Herausforderung für den Nächsten ausdenken. Die Lehrer geben am Anfang nur ein paar Beispiele vor.

Der Prozess und die Rolle des Dozenten

Der wöchentliche Lehrzyklus beginnt mit einer sogenannten Vorlesung, die aber viel von einem Lage- und Planungsgespräch hat. Dort wird Stoff behandelt, aber auch der neue wöchentliche Auftrag erklärt und angegeben, welche Etappe der Semesterarbeit inzwischen absolviert sein muss.

Dann arbeiten die Studenten einige Tage an den Aufträgen und ihrer Semesterarbeit. Sie sehen, was andere machen, helfen sich gegenseitig, stellen Fragen, und der Dozent beobachtet das Ganze, stellt ab und zu eine Frage, gibt einen Hinweis, zum Beispiel auf einen Standardfehler, und erhält neue Einsichten für Kursmaterial und zukünftige Aufträge. Das kostet Zeit, gibt aber auch wertvolle Einsichten. Viel Zeit wird später wieder eingespart, weil die Begleitung und Beurteilung der Arbeiten einfacher ist. Weil man rechtzeitig nachsteuern konnte, kommt es nicht mehr vor, dass eine Arbeit sich völlig in die falsche Richtung bewegt hat oder fest sitzt und man verzweifelte Studenten zu einem Neuanfang bewegen muss.

Auch werden die Vorlesungen interessanter und lebendiger, weil man sie immer an aktuellen Fragen aufhängen kann.

In der Werkstatt ist leicht zu sehen, welche Studenten sich ernsthaft um die Aufgaben bemüht haben. Diese - und nur diese - dürfen teilnehmen an der wöchentlichen Besprechung in kleinen Gruppen. Wer nichts gemacht hat, nicht einmal hat angeben können wo er sich festgefahren hat und welches Problem er nicht lösen konnte, darf in der Woche nicht mitmachen. Die Besprechungen sind dadurch immer auf hohem Niveau: jeder ist vorbereitet und motiviert. Die Ausarbeitungen werden aber nicht benotet und nicht einzeln kommentiert. Wer wissen will, ob er sie gut gemacht hat, muss zur Besprechung kommen und sich selbst überzeugen. Das erhöht die Qualität des Lernens, fördert die akademische Haltung und erspart dem Dozenten viel Zeit.

Bei der Begleitung größerer Arbeiten zeigt sich ein deutlicher Vorteil. Wie ging es denn früher? Studenten kommen und überreichen einen Stapel Papier oder, noch schlimmer, bringen einen Laptop mit, auf dem die neue Fassung steht, und man muss erst einmal minutenlang zuschauen wie Windows startet. Und dann sieht man die neue Fassung zum ersten Mal und muss sich erinnern, was man auch wieder zur vorigen gesagt hatte. In der elektronischen Werkstatt dagegen ist der aktuelle Stand immer sichtbar, und der Mechanismus hält alle Änderungen buchstabengenau mit Datum, Uhrzeit und Autor bei. Der Dozent kann sich jederzeit leicht überzeugen, was mit Kommentar und Hinweisen geschehen ist. Schon vor einer Besprechung kann er das bisher Erreichte anschauen, genau sehen, wer wann was gemacht hat, überprüfen, wie frühere Einsichten verarbeitet wurden, und bei der Besprechung selbst betrachtet man es dann zusammen am Bildschirm und kann im Zweifel auch verschiedene Versionen vergleichen.

Ein wichtiges Ziel der Begleitung ist es, Studenten einerseits davor zu behüten, zu viel Arbeit in etwas Schwieriges zu stecken, ohne dass dies interessante Resultate liefert, aber andererseits anzuregen, ihr Können an größeren Herausforderungen zu zeigen.

Dozenten, die bisher nur jedem Studenten dieselben Hausaufgaben gestellt und diese von Hilfskräften haben korrigieren lassen, müssen also umdenken. In der Werkstatt lernt jeder dasselbe, aber alle machen etwas anderes, oft auch zu verschiedenen Zeiten. Wer sich darauf einlassen kann, wird reich belohnt. Aber nicht jeder will sich darauf einlassen, man ist ja gewohnt, nur Aufgaben zu stellen, deren Lösung man selbst schon kennt. Manche Dozenten betrachten die Werkstatt-Idee, euphemistisch ausgedrückt, eher zurückhaltend. Das macht aber nichts. Auch sie können ja alles sehen und sich in Ruhe umschauen. Die Erfahrung zeigt, dass manche Dozenten, die am Anfang ablehnend oder misstrauisch waren, nach einigen Wochen der Prozessbeobachtung anfangen mitzumachen und bald merken, dass es sogar Spaß macht.

Auch kommt es vor, dass Studenten in anderen Kursen den betreffenden Dozenten fragen, ob sie auch hier eine Werkstattabteilung einrichten dürfen.

Die Prüfung

In der Werkstatt lernen Studenten also nicht nur, wie in allen Kursen, den "Stoff" (in unserem Beispiel Systemtheorie und Logik), sondern auch die Anwendung desselben auf konkrete, neue, nicht vorher vom Dozenten ausgedachte Probleme aus der Wirklichkeit mit all ihren Unsicherheiten. Und durch die Interaktion in der Werkstatt (Fragen stellen, anderen helfen, sich umschauen und anregen lassen, andere anregen, selbst etwas erklären, sehen, was der Meister in seiner Forschung macht) üben sie sich auch in akademischer Haltung. Wobei, das sei noch einmal gesagt, der Zugang übers Internet Befreiung von zeitlichen und räumlichen Zwängen ermöglicht, aber persönliche Kommunikation nicht ersetzen, sondern eher anregen soll.

Wie prüft man das nun?

Im Beispiel unseres Kurses Angewandte Logik ist eine zusätzliche Komplikation, dass die große Arbeit in Gruppen von vier Studenten gemacht wird, aber die Benotung persönlich sein muss.

Wir prüfen mit drei relativ kleinen theoretischen Klausuren im Laufe des Semesters, der großen Arbeit selbst und einem persönlichen, reflektierenden Abschlussbericht, den jeder schreiben und in der Werkstatt veröffentlichen muss. Auch dies kann als Modell für andere Kurse dienen.

Die theoretischen Klausuren prüfen die Beherrschung des Begriffssystems und der nötigen Techniken.

In unserem Kursus machen die Studenten in der ersten Klausur gleichsam eine Semesterarbeit im Kleinen, mit einem sehr einfachen Artefakt als Objekt, einer einfachen Fragestellung, weitgehender Abstraktion von kniffligen Dingen, wobei die einfache Aussagenlogik statt Prädikatenlogik ausreicht und der Korrektheitsbeweis leicht zu erbringen ist. Wer versteht, um was es geht, dem fällt diese Klausur leicht. Wer jedoch die Grundlagen (Was ist Korrektheit von Artefakten? Was will man eigentlich beweisen? Was ist eine Spezifikation, ein Beweis?) nicht beherrscht, kann sich hier nicht retten mit Raten und Basteln.

Wer diese erste Klausur selbst nach einer Wiederholung ein paar Wochen später nicht besteht, wird vom weiteren Kurs ausgeschlossen, denn er hat gezeigt, dass er weder zur Gruppenarbeit beitragen kann noch die Grundlage für weitere Stoffverarbeitung besitzt.

Die zweite Klausur prüft die Beherrschung der Syntax und Semantik der formalen Logik und die Fähigkeit, Aussagen aus der Umgangssprache in Formeln umzusetzen und dabei auch anzugeben, wo solche Formalisierung Probleme aufwirft. Diese Klausur erfolgt zu der Zeit, in der die Gruppen beginnen, komplexe Spezifikationen ihrer Artefakte in Logik zu formulieren.

Die dritte Klausur schließlich prüft die Beherrschung des formalen Beweissystems. Es wird nicht geprüft, ob die Studenten komplexe Beweise machen können, sondern ob sie die einzelnen Beweisregeln mit ihren logisch kniffligen Bedingungen wirklich verstehen und ob sie Fehler in angeblichen Beweisen finden können.

Auch für diese beiden Klausuren gilt, dass nur weitermachen darf, wer zumindest die Wiederholungsklausuren bestanden hat. Je nach Theorie wird in anderen Kursen die Zahl dieser Klausuren womöglich höher oder niedriger ausfallen. In casu ergab sich diese Dreiteilung in natürlicher Weise aus dem Lehrstoff.

Damit wissen wir, dass, wer nun noch dabei ist, wirklich die Fähigkeiten besitzt, kompetent zur großen Gruppenarbeit beizutragen. Umgekehrt: wer die nötigen Dinge nicht beherrscht, darf auch nicht mehr mitmachen.

Seit wir dies so streng handhaben, hat die Qualität der Besprechungen der Arbeit deutlich zugenommen. Alle Gruppenmitglieder sind sichtbar "dabei". Und jetzt zeigt sich, welche Studenten in ihrer akadeischen Einstellung weiter sind als andere. Manche nehmen Hinweise, wie sie mit zusätzlicher Theorie ein deutlich komplexeres Problem behandeln oder eine schwierigere Eigenschaft beweisen können, begierig auf. Manche gehen über die Aufgabenstellung hinaus zu einer allgemeinen Abhandlung, die zum Beispiel nicht nur das korrekte Funktionieren der Schleuse im Maas-Waal-Kanal bei Nimwegen beweist, sondern auch Beweise für alle Zweikammerschleusen generiert, wenn man nur die Parameter der Schleuse einführt. Um das zu können, muss man mehr lesen, eventuell sogar einen Artikel aus der Literatur, mit Experten reden und gut reflektieren.

Mit anderen Worten: bei anregender Begleitung zeigt sich der Grad der akademischen Attitüde im erreichten Resultat. Was ja in Forschungsgruppen durchaus üblich ist, aber eben nicht im Grundstudium.

Bleibt die Frage der individuellen Bewertung von Gruppenarbeiten. Diese Frage stellen wir den Studenten selbst. Sie müssen in ihrem Abschlussbericht nicht nur schreiben, was sie in ihrer eigenen Wahrnehmung gelernt haben, sondern auch, welche Note sie selbst dem Endprodukt geben würden; vor allem aber müssen sie begründen, in wieweit diese Note auch die eigenen Kompetenzen widerspiegelt. Wobei der Clou ist, dass diese Berichte in der Werkstatt öffentlich sind[9].

Daraus erfährt man viel. "In Anbetracht der Tatsache, dass ich immer noch nicht mit dem Beweisassistenten umgehen kann, muss ich sagen, dass die anderen viel mehr Zeit aufs Beweisen verwandt haben. Ich würde mir selbst eine etwas niedrigere Note geben." Oder: "Dass wir so viel weiter gekommen sind als ursprünglich erwartet, ist vor allem Jan-Klaas zu danken." Es klingt vielleicht nach dialektischer Selbstkritik, aber in der Kultur der geschlossenen Offenheit der Werkstatt und in Anbetracht der Tatsache, dass normalerweise nur die eigenen Gruppenmitglieder und der Dozent sich die Mühe machen, dies zu lesen, wird es nicht als negativ erfahren. In etwa einem Viertel der Fälle führen solche Feststellungen, zusammen mit der Beobachtung des Dozenten, zu einer kleinen Anpassung der individuellen Note.

Übrigens hat es, seit diese Berichte verlangt werden, keine Diskussionen mehr über Noten gegeben - was auch wieder Zeit spart.

Kulturwandel

Werkstattunterricht funktioniert und wird von Studenten geschätzt und gut beurteilt. Aber Umdenken ist erforderlich, und das braucht Zeit.

Die Neuerfindung des Rades

In Nimwegen begannen wir vor Jahren mit einem einzigen Kurs und mit einem kleinen Dozententeam, das schon immer das erreichen wollte, was wir nun mit der elektronischen Werkstatt erreichen, und das den Lehrstoff und die Aufgaben aus didaktischen Gründen schon in etwa in der oben beschriebenen Form eingerichtet hatte. Bevor wir die elektronische Werkstatt erfunden hatten, verstanden die meisten Studenten das Lehrkonzept nicht. Es hatte keinen Namen, und weil niemand sehen konnte, was die anderen machten, bekam es auch kein Gesicht.

Dann entdeckte der Autor MediaWiki als geeignetes Mittel, um die schon länger gewünschte Zusammenarbeit, Kommunikation und Transparenz zu ermöglichen. Dass MediaWiki darüber hinaus noch ein wertvolles Fangnetz und ungeahnte Möglichkeiten bot, um während der Arbeit Struktur entstehen zu lassen, sollte sich erst im Laufe des ersten so gegebenen Kurses zeigen. Dabei bemerkte Kollege Erik Barendsen, dass es anscheinend um nichts anderes gehe als eine Werkstatt, und damit war das Lehrmodell geboren. Student-Assistent[10] Dirk van der Linden, der sofort verstand, worum es ging, half ebenso kreativ wie unermüdlich bei der Einrichtung.

Diese Phase kann sich der Leser hoffentlich dank dieses Artikels und der Nimwegener Vorarbeit ersparen.

Ratschläge

Studenten und Dozenten können erstaunlich konservativ sein, was neue Medien und neue Möglichkeiten betrifft. Am Anfang kam viel Kritik, vor allem dass man nun neben E-mail, BlackBoard und www (!) noch ein System erlernen müsse und dass man nichts finden könne. Dazu kommt, dass eine gewisse kritische Masse von Werkstattaktivität erreicht sein muss, bevor die Teilnehmer den Sinn der Sache einsehen können. Wenn man noch keine angefangene Arbeit, keine guten Beispiele und keine Fragen und Kommentare sieht, kann man sich nur schwer vorstellen, wie nützlich und erfreulich diese Art der Zusammenarbeit sein kann. Hier einige erfahrungsbedingte Ratschläge für einen guten Anfang.

  • Man braucht mindestens einen Dozenten, der die Idee des lernens in der Werkstatt (nicht der technischen Infrastruktur) konsequent propagiert und umsetzt.
  • Klagen, dass die Technik so schwer zu lernen sei, sollte man nicht zu wörtlich nehmen. Wenn man in den Vorlesungen immer wieder demonstriert, wie man sich anmeldet, wie man einen Kommentar platziert oder wie man Tabellen codiert, erregt man nur Irritation. Immerhin hat die halbe Welt freiwillig gelernt, zur Wikipedia beizutragen, also können Studenten diesen Mechanismus auch erlernen. Besser ist es...
    • ganz zu Anfang zu verlangen, dass sich jeder mit einer persönlichen Seite mit Foto in der Werkstatt vorstellt,
    • den ersten Auftrag so zu stellen, dass man mindestens einen Kommentar bei jemand anderem platzieren muss,
    • ab und zu eher spielerisch vorzumachen, dass man auch die Beherrschung der Technik abgucken kann (Ich will so eine schöne Tabelle machen wie ich sie hier sehe. Also schaue ich mir an wie das hier gemacht ist.),
    • deutlich zu machen, dass jeder Teilnehmer selbst die Navigationsmöglichkeiten verbessern kann und dass Unübersichtlichkeit nicht an der Technik liegt sondern nur daran, dass noch niemand eine gute Idee hatte, wie man es denn machen solle,
    • nach zwei Wochen auf freiwilliger Basis eine technische Einführung von einer Stunde mit anschließender Fragestunde an zu bieten (von der dann fast niemand Gebrauch macht), wonach niemand mehr das Recht hat, zu jammern.
  • Man sollte konsequent den Gebrauch anderer elektronischer und papierener Informationskanäle auf das Nötigste reduzieren und alles in der elektronischen Werkstatt tun, was man dort tun kann. Keine Ankündigungen mehr im BlackBoard, keine Diskussionsforen, keine Zettel aufhängen, wo man sich in Gruppen eintragen muss u.s.w.; MediaWiki bietet Möglichkeiten, all dies eleganter zu erreichen. Auch eine etwaige Diskussion über den Sinn des Ganzen sollte man in der Werkstatt führen.
  • Man sollte geduldig warten auf das Erreichen der kritischen Masse.

Wachstum

Schon nach einem Jahr ist das Phänomen elektronische Werkstatt dann einer Generation Studenten so bekannt, dass es weitergegeben wird an den nächsten Jahrgang, wenn auch nicht ohne Kritik. Auch gibt es ein, zwei andere Dozenten, die es in ihren Kursen ausprobieren wollen. Die Werkstatt wächst von selbst, aber anfangs langsam. Man sollte froh sein, wenn jedes Jahr ein oder zwei neue Kurse mitmachen. Nach ein paar Jahren werden Studenten dann selbst fragen, warum in gewissen Kursen die Werkstatt nicht gebraucht wird. Und nach und nach überzeugen sich auch skeptische Dozenten vom Erfolg des Konzeptes.


Zur Entwicklung dieses Lehrmodells und der nötigen Technik haben mit kritischen Fragen, guten Ideen, Rat und Tat beigetragen: Remco Aalbers, Erik Barendsen, Hannelore Dekeyzer, Hay Geurts, Jan Graumans, Helmut Heitkamp, Jos Huls, Marinus van Herpen, Stijn Hoppenbrouwers, Willibrord Huisman, Dirk van der Linden, Ben Polman, Gregor Terbuyken, Freek Verbeek, Kees Waaijman, Tom van Weert.


  1. Der traditionelle Lehrzyklus in seiner reinsten Form: Der Professor trägt den Stoff vor. Studenten erhalten Hausaufgaben zum Üben. Sie üben aber nicht, weil es nicht belohnt wird. Darum zählen die Hausaufgaben mit bei der Endnote. Nun wird nicht das Üben belohnt, sondern das Abgeben eines Blattes Papier. Also werden Kopien abgegeben. Abgucken gilt als verwerflich, aber das hilft nicht. In sogenannten Übungen schreibt dann ein didaktisch unerfahrener Assistent sogenannte Musterlösungen an die Tafel. Wenn die Klausur näher rückt, wollen die Studenten wissen, was sie "für die Klausur lernen" müssen. Da nirgendwo Lehrziele stehen, verlangen sie Beispielklausuren. Wenn Studenten so überhaupt etwas Handlungskompetentes lernen, dann die Regel, dass es um vordefinierte Antworten, am liebsten eindeutige, auf vordefinierte Fragen geht. Leider hält sich die Welt außerhalb der Universität nicht gerne an diese Regel.
  2. http://www.mediawiki.org/wiki/MediaWiki
  3. http://www.semantic-mediawiki.org/wiki/Semantic_MediaWiki
  4. http://www.mediawiki.org/wiki/Extension:Semantic_Forms
  5. Ihr Rechenzentrum weiß Bescheid.
  6. Dialog beim Frühstück in Loccum, nach diesem Vortrag: "Sie unterrichten also Logik?" - "Ja." - "Das war in meinem Studium die unnützeste Vorlesung. 'Wenn a dann b.' Und alles mit komplizierten Formeln."
  7. Unter der Lupe betrachtet sind es selbst vier parallele Kurse (siehe https://lab.cs.ru.nl/algemeen/Die_elektronische_Werkstatt/Anhang ) aber diese Differenzierung ist für das Modell nicht relevant.
  8. In unserem Fall eine Gruppenarbeit von maximal vier Studenten, aber das ist für das Modell nicht wesentlich.
  9. Das heißt nicht, dass sie öffentlich verkündigt werden. Es heißt, dass jeder, der sich die Mühe macht, nachzuschauen, sie auch findet.
  10. Der Autor hat seine wissenschaftliche Karriere 1969 begonnen als "studentische Hilfskraft" und findet, dass der niederländische Terminus "student-assistent" viel besser wiedergibt, worum es geht.