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MaMpf - Mathematische Medienplattform

Goal: Unter Federführung von Denis Vogel wurde MaMpf als cloudbasierte Hypermediaplattform entwickelt. Das in MaMpf verwendete Datenbanksystem ermöglicht Dozierenden, auf einfache Weise mathematische Begriffe und Aussagen, Videos und Manuskripte zu markieren und sowohl innerhalb einer Vorlesung als auch vorlesungsübergreifend Verknüpfungen zwischen diesen anzulegen. Dadurch kann ein durch Experten strukturiertes Netz von sinnvollen semantischen Pfaden generiert werden. Die Benutzeroberfläche von MaMpf ist auf die Navigation innerhalb eines solchen Netzes unter gleichzeitiger Berücksichtigung organisatorischer Strukturen ausgelegt. Ergänzend lassen sich in MaMpf aus den gespeicherten Daten dynamisch Visualisierungen extrahieren: So lässt sich etwa jedem mathematischen Begriff eine Hyper-Mind-Map verwandter Begriffe zuordnen und ermöglicht so eine graphische Navigation zwischen diesen.

Ziele des Projekts: Einerseits soll die Plattform MaMpf weiter ausgebaut und um zusätzliche Funktionen ergänzt werden, andererseits soll aus fachdidaktischer und lernpsychologischer Sicht untersucht werden, wie die Nutzung von MaMpf durch die Studierenden erfolgt und wie sich dies auf deren Lernerfolg auswirkt.

Interessante Links zu MaMpf:
https://mampf.media
https://github.com/fosterfarrell9/mampf
https://mampf.blog

Date: 1 October 2017

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Denis Vogel
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Im Rahmen des internen Qualitätsmanagementsystems heiQuality der Universität Heidelberg werden Projekte zur Verbesserung der Lehre gefördert. Das MaMpf-Team konnte aus diesem Programm erfolgreich Mittel für das Projekt MaMpf-Back, einem niederschwelligen Instant-Feedback-System für die asynchrone Lehre, einwerben:
Im Zuge der Digitalisierung werden asynchrone Vorlesungsmaterialien - seien es aufgezeichnete Vorlesungsvideos oder ergänzende Materialien - auch nach Überwindung der Coronapandemie eine wichtige Rolle spielen. Bei diesen Medien fehlt jedoch a priori ein Rückkanal, so dass die Diagnose betrachterseitiger Verständnisprobleme nur schwer möglich ist. Klassische E-Learning-Plattformen und insbesondere MaMpf begegnen diesem Problem, indem sie es ermöglichen, Kommentare zu Medien abzugeben und Diskussionen zu diesen zu führen. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass diese Feedbackmöglichkeit in der Regel nur von einer überschaubaren Gruppe eher leistungsstärkerer Studierenden genutzt wird: Studierende, die Ungenauigkeiten gefunden haben; Studierende, die mehr wissen wollen; Studierende, die zumindest so viel verstanden haben, dass sie ihre Probleme artikulieren können und sich trauen, dazu einen Post zu verfassen. Ausgerechnet die Studierenden mit den größten Verständnisschwierigkeiten erreicht man damit nicht.
Im Rahmen des Projekts MaMpf-Back ist es geplant, eine sehr niederschwellige Feedbackmöglichkeit im Stile eines „Emergency-Buttons“ zu entwickeln, vermöge derer Studierende direkt im Videoplayer der MaMpf-Plattform per Knopfdruck kritische - oder auch gute - Stellen sekundengenau markieren und ggf. kommentieren können. Das gesammelte Feedback wird den Dozierenden ebenso direkt im Videoplayer zur Verfügung gestellt und erlaubt diesen so die gezielte Identifizierung problematischer Stellen. Diese Informationen können zeitnah aufgegriffen werden, etwa in vorlesungsbegleitenden Sprechstunden im Inverted-Classroom-Stil oder bei der Produktion weiterer Materialien. Im Zuge der wissenschaftlich begleiteten Umsetzung des Projekts finden regelmäßig Evaluationen statt, anhand derer über die Eingabemöglichkeiten der Studierenden sowie die Präsentation der Rückmeldungen für Dozierende aber auch Studierende entschieden werden soll.
 
Hendrik Kasten
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Eine Hauptherausforderung im (Mathematik-)Studium ist es, abstrakte Zusammenhänge strukturell zu erfassen und zu vernetzen, sowie individuell concept images und prozedurales Wissen aufzubauen. Im linear präsentierten klassischen Vorlesungsbetrieb gelingt diese Vernetzung nur bedingt. MaMpf als Hypermediaplattform ist inhärent nicht-linear und kann hier eine wertvolle Ergänzung bieten. Weitere Informationen zu der Tagung unter: https://2020.gdm-tagung.de/
Denis Vogel
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Für das Verständnis mathematischer Theorien ist die intensive Beschäftigung mit Beispielen von großer Bedeutung. Auch das Wissen um die Nichtexistenz eines solchen kann sehr lehrreich sein. Eine umfassende und durchsuchbare Sammlung mathematischer Beispiele existiert zum gegenwärtigen Zeitpunkt jedoch nicht. Um diesem Problem zu begegnen, haben wir in MaMpf eine intelligente Beispieldatenbank implementiert, die es Studierenden ermöglicht, gezielt nach konkreten mathematischen Objekten mit bestimmten Eigenschaften zu suchen. Diese Funktionalität lief bisher als Prototyp auf einer eigenen Webseite und ist mit dem neuesten Update in verbesserter Form komplett in MaMpf integriert.
Ist man auf der Suche nach einer Struktur mit bestimmten Eigenschaften, so gibt MaMpf nun entweder eine Liste mit Beispielen oder einen computergenerierten Beweis dafür, dass es das gesuchte Objekt nicht geben kann, aus oder die eigene Unwissenheit zu. Computergenerierte Beweise (z.B. für die Aussage, dass die ganzen Zahlen einen Hauptidealring bilden) sind dank gespeicherter abstrakter Implikationen möglich. Hierbei kommt der SAT-Solver picosat zum Einsatz.
In den nächsten Semestern wird diese Datenbank mit Beispielen aus dem in MaMpf abgebildeten Vorlesungsbetrieb befüllt werden.
 
Hendrik Kasten
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Im Folgenden berichten wir über die Erfahrungen bei der Umsetzung der am 13. 11. 2019 angekündigten Maßnahme "Einrichtung eines MaMpf-unterstützten Helpdesks in der Studieneingangsphase Mathematik".
Im Vorkurs der Fachschaft im WS 2019/20 wurden mithilfe von MaMpf sowohl Inverted-Classroom-Szenarien als auch Online-Clicker erfolgreich getestet. Beides kam bei den Studierenden gut an und soll in künftigen Vorkursen verstärkt zum Einsatz kommen. Das getestete Online-Clicker-System ist nun fest in MaMpf integriert und steht für alle Lehrveranstaltungen zur Verfügung; im WS 2019/20 wurde es etwa in der Zentralübung der Linearen Algebra 1 verwendet.
Für den eigentlichen Helpdesk wurde semesterbegleitende Sprechstunden eingerichtet; in 10 Wochenstunden konnten fachliche und in 2 Wochenstunden sonstige (organisatorische, psychische,...) Fragen der Studierenden besprochen werden. Die fachlichen Sprechstunden waren dabei bis zum Jahreswechsel sehr gut gefüllt, danach ebbte die Nachfrage etwas ab. Die Sprechstunden zu den sonstigen Fragen wurden dagegen deutlich weniger nachgefragt. Zu häufig auftretenden und besonders wichtigen Problemen der Studierenden erstellten die Tutor_innen des Helpdesks Erklärvideos und machten sie auf MaMpf in einem eigens angelegten Modul nachhaltig verfügbar. Bislang entstanden so 12 Videos zu fachlichen Themen wie Stetigkeit, Wohldefiniertheit, Homomorphismen,... und 5 Videos zu sonstigen Themen wie Klausuren, Durchgefallen - und jetzt?, Proseminare,... In der Zeit vom 20. 12. 2019 bis zum 3. 2. 2020 wurden diese Videos auf MaMpf insgesamt ca. 500 Mal betrachtet, wobei in Umkehrung der Situation bei den Sprechstunden die Videos zu den sonstigen Themen deutlich besser nachgefragt wurden (Spitzenreiter: Klausuren mit 134 Aufrufen). In qualitativen Interviews, die die Tutor_innen in den letzten drei Vorlesungswochen durchführten, ergab sich einerseits ein sowohl in der Art der adressierten Probleme als auch in der Intensität sehr heterogenes Nutzerverhalten, andererseits eine durchweg positive Beurteilung der Maßnahme. Trotz intensiver Werbung scheinen viele Studierende von dem Angebot oder Teilen davon erst spät oder gar nicht gehört zu haben. Auch kollidierten die Termine oft mit Lehrveranstaltungen.
Der Helpdesk soll in den folgenden Semestern fortgeführt werden, wobei es die oben zusammengefassten Erfahrungen zu berücksichtigen gilt.
 
Hendrik Kasten
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„HSE: Go digital! Now!“ ist ein Verbundprojekt der Universität Heidelberg und der Pädagogischen Hochschule Heidelberg im Rahmen der Heidelberg School of Education, gefördert vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg, siehe
Ziel ist der Aufbau des „HSE Digital Teaching and Learning Lab“ als Raum für Forschungs- und Lehrprojekte zur Digitalisierung in der Lehrerbildung und zur Vermittlung von Digitalkompetenzen für angehende und berufstätige Lehrkräfte.
Wir freuen uns mitteilen zu können, dass „HSE: Go digital! Now!“ unser Projekt MaMpf im WS 2019/20 durch die Anschaffung medientechnischer Ausstattung unterstützt, die es uns ermöglicht, die gestiegene Nachfrage nach hypermedialen Inhalten besser zu befriedigen.
 
Markus Vogel
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Im Rahmen des Verbundprojekts PLACE (https://www.hse-heidelberg.de/ueber-uns/place; Förderung: Ministerium Wissenschaft Forschung und Kunst des Landes Baden-Württemberg) der Heidelberg School of Education (HSE) wurde in der Förderphase III des Förderungsprogramms PLACE aktuell im Jahr 2018 das Projekt "ZurLAmitMU" durchgeführt. Das Projekt „ZurLAmitMu“ hatte zum Ziel, in Kooperation von Universität und PH Heidelberg Worked-Example-Videos für die Erstsemestervorlesung „Lineare Algebra 1“ unter Verwendung aktueller Ergebnisse der mathematikdidaktischen und multimediatheoretischen Forschung zu erstellen, in MaMpf zu integrieren und auf seine Wirksamkeit hin zu untersuchen.
Nähere Informationen und Abschlussbericht sind abrufbar unter:
 
Hendrik Kasten
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Eine Hauptherausforderung im (Mathematik-)Studium ist es, abstrakte Zusammenhänge strukturell zu erfassen und zu vernetzen. Im linear präsentierten klassischen Vorlesungsbetrieb gelingt diese Vernetzung nur bedingt. MaMpf als Hypermediaplattform ist inhärent nicht-linear und kann hier eine wertvolle Ergänzung bieten. Weitere Informationen zu der Tagung unter: https://www.hse-heidelberg.de/rueckblick-fachtagung-lehrerbildung-baden-wuerttemberg-2019
Denis Vogel
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In einer geführten Tour durch die MaMpf-Plattform werden zentrale Features vorgestellt.
Hendrik Kasten
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Die Studienabbruchquote in Mathematik ist überdurchschnittlich hoch. Die Erfahrungen an der Fakultät zeigen, dass es für die Schwierigkeiten in der Studieneingangsphase zwei Hauptursachen gibt: Die erste betrifft das heterogene Vorwissen der Studierenden. Sowohl inhaltliches Wissen als auch methodische Kompetenzen variieren sehr stark in der Anfängerkohorte. Die zweite Ursache ist in der Notwendigkeit des Umstiegs auf die streng deduktive Darstellung der Mathematik an der Universität zu sehen, welche mit einem wesentlich höheren Abstraktionsniveau als in der Schule einhergeht. Um diesen Problemen zu begegnen, gibt es im Fach Mathematik einen sehr personalaufwändigen Übungsbetrieb. Dieser ist ein zentraler Aspekt sowohl im von der Fachschaft MathPhysInfo seit vielen Jahren angebotenen zweiwöchigen Vorkurs als auch in den Anfängervorlesungen. E-Learning-Methoden wurden in der Vergangenheit im Fach Mathematik eher spärlich eingesetzt, da klassische Plattformen viele Besonderheiten der Mathematikausbildung nur schlecht abbilden können.
Die aktuelle (8/2019-12/2020) Maßnahme im Rahmen des Projekts heiSTART 2.0 der Universität Heidelberg (Verlängerung des Projekts heiSTART, siehe https://www.uni-heidelberg.de/de/studium/service-und-beratung/angebote-fuer-studierende/angebote-studienzweifeln/informationen-zum-projekt-heistart ) sieht vor, die Studieneingangsphase – beginnend vom Vorkurs über das komplette erste Semester – durch MaMpf ganzheitlich unterstützend zu begleiten. Dazu werden sowohl die technischen Möglichkeiten der Plattform ausgebaut als auch entsprechende Inhalte generiert. Konkret bedeutet das:
  • die bisher rein analogen Mathematik-Angebote im Vorkurs der Fachschaft um innovative digitale Inhalte auf MaMpf zu ergänzen. Dadurch werden etwa Inverted-Classroom-Szenarien ermöglicht, in denen besser auf die individuellen Vorkenntnisse der Studierenden eingegangen werden kann.
  • die Erweiterung von MaMpf um ein Online-Clicker-System. So lässt sich unmittelbares Feedback erhalten, etwa um die fachlichen Eingangsvoraussetzungen der Studierenden zu überprüfen, zu testen, ob ein Argument verstanden wurde, oder um Echtzeit-Evaluationen vorzunehmen.
  • die Einrichtung eines Hilfe- und Beratungstools innerhalb von MaMpf, bestehend aus: einem „FAQ fachlicher Fragen“ zu den Anfängervorlesungen, wobei isolierte Kompetenz- und Wissenslücken aus dem Übungsbetrieb der Anfängervorlesungen heraus identifiziert und mit nachhaltig verfügbaren Onlinematerialien adressiert werden, einem „FAQ fachspezifischer Schlüsselkompetenzen“, wobei fachspezifische Besonderheiten konkreter Prozesse im Lehrbetrieb herausgearbeitet und über Onlinematerialien verfügbar gemacht werden
Sämtliche Materialien, die im Rahmen der Maßnahme produziert werden, sind nachhaltig auf der MaMpf-Plattform verfügbar und unterstützen einen selbstbestimmten Lernprozess. Die in MaMpf im Systemhintergrund abgebildete expertenbasierte Strukturierung und Vernetzung der Inhalte gibt den Studierenden dabei Orientierung.
 
Denis Vogel
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Denis Vogel
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Unter Federführung von Denis Vogel wurde MaMpf als cloudbasierte Hypermediaplattform entwickelt. Das in MaMpf verwendete Datenbanksystem ermöglicht Dozierenden, auf einfache Weise mathematische Begriffe und Aussagen, Videos und Manuskripte zu markieren und sowohl innerhalb einer Vorlesung als auch vorlesungsübergreifend Verknüpfungen zwischen diesen anzulegen. Dadurch kann ein durch Experten strukturiertes Netz von sinnvollen semantischen Pfaden generiert werden. Die Benutzeroberfläche von MaMpf ist auf die Navigation innerhalb eines solchen Netzes unter gleichzeitiger Berücksichtigung organisatorischer Strukturen ausgelegt. Ergänzend lassen sich in MaMpf aus den gespeicherten Daten dynamisch Visualisierungen extrahieren: So lässt sich etwa jedem mathematischen Begriff eine Hyper-Mind-Map verwandter Begriffe zuordnen und ermöglicht so eine graphische Navigation zwischen diesen.
Ziele des Projekts: Einerseits soll die Plattform MaMpf weiter ausgebaut und um zusätzliche Funktionen ergänzt werden, andererseits soll aus fachdidaktischer und lernpsychologischer Sicht untersucht werden, wie die Nutzung von MaMpf durch die Studierenden erfolgt und wie sich dies auf deren Lernerfolg auswirkt.
Interessante Links zu MaMpf: