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ELTIS: Technische Informatik - Fernstudium für Schüler.

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Abstract

Dieser Beitrag stellt das innovative Projekt "ELTIS - Schülerfernstudium durch die Verwendung von Elearning-Kursen in Technischer Informatik"1 vor und be- richtet über erste Ergebnisse. ELTIS verfolgt den Ansatz des Blended-Learning. Im Rahmen eines internetgestützten Fernstudiums bekommen Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit, schon vor dem Abitur Studienleistungen im Bereich der Technischen In- formatik zu erbringen, auch wenn sie in keiner Universitätsstadt zur Schule gehen. Das Angebot sieht hier sowohl die Teilnahme im Rahmen von Unterricht wie auch im Selbststudium vor. Der Beitrag beschreibt schwerpunktmäßig das didaktisch- methodische Konzept des Elearning-Angebots. Anhand zweier Fallbeispiele werden die Perspektiven von Lehrenden und Lernenden durchleuchtet. Fragestellungen, Methoden und erste Ergebnisse der Begleitforschung werden erläutert. Gefördert wird ELTIS von der Deutschen Telekom Stiftung und vom Europäischen Sozialfonds.
ELTIS::TechnischeInformatik–
Fernstudiumfür Schüler
Johanna Bucur, WernerGrass,RudolfKammerl,Franz Weitl
UniversitätPassau, 94030Passau
{Johanna.Bucur, Werner.Grass, Rudolf.Kammerl, Franz.Weitl}@uni-passau.de
Abstract:DieserBeitrag stellt dasinnovative Projekt „ELTIS -Schüler-
fernstudium durchdie Verwendung von Elearning-Kursen in Technischer
Informatik1vor und berichtebererste Ergebnisse.ELTISverfolgt den
Ansatzdes Blended-Learning. Im Rahmen einesinternetgestztenFern-
studiumsbekommenSchülerinnenund Schülerdie glichkeit,schon vor
demAbitur StudienleistungenimBereich derTechnischenInformatik zu
erbringen, auch wenn sieinkeinerUniversitätsstadt zurSchulegehen.Das
Angebot siehthiersowohl die TeilnahmeimRahmenvon Unterricht wie
auch im Selbststudium vor. DerBeitrag beschreibtschwerpunktßigdas
didaktisch-methodische Konzeptdes Elearning-Angebots. Anhand zweier
Fallbeispiele werdendie Perspektivenvon Lehrendenund Lernenden
durchleuchtet. Fragestellungen, Methodenund ersteErgebnisse derBe-
gleitforschung werdenerläutert.Gefördert wird ELTISvon derDeutschen
Telekom Stiftung und vom Europäischen Sozialfonds.
1Einführung: Warum einFernstudienangebotfür Schülerinnen
und Schüler?
1.1Motivation fürden Einsatz von Elearning
ELTISist einvon derDeutschen Telekom Stiftung und vomEuropäischen Sozialfonds
gefördertesElearning-Projekt derUniversität Passau mitdem Ziel,Lehrern und Schülern
einergänzendesLernangebot im Bereichder TechnischenInformatik anzubietenund
einenBezugzum späteren Studium und zurPraxisherzustellen.
DasneueHochschulgesetz erglichtLernendenanGymnasien Studienleistungenzu
erbringen, die beieinem späteren Studium angerechnetwerden. Damitwerdenmehrere
Zieleverfolgt: Zumeinen soll Schülern eine ihrenFähigkeiten entsprechende rderung
zu Teil werden. Zumandern wird durchAnrechnung dervon SchülernerbrachtenLeis-
tungenineinem späteren Studium eine Reduzierung derStudiendauerangestrebt.
1Schülerfernstudium mitHilfevon eLearning Kursen http://elearning.fmi.uni-passau.de/elearning/index.htm
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DiebisherigenAngebotevon verschiedenenUniversitäten erfordern allerdings eine
Präsenzder Schülerinden entsprechendenLehrveranstaltungenamHochschulort.Daher
könnensolcheAngebote nur von Schülerinnenund Schülernwahrgenommenwerden,
dieinder he einerUniversitätsstadt wohnen. Schüler/innen, dieinstrukturschwachen
Regionenleben,erfahrendadurcheineindirekteBenachteiligung, da es für sieungleich
aufwändigerist,ein entsprechendesAngebot wahrzunehmen.Gleichzeitig stehen aber
dieTechnologienzur Verfügung, mitdenen interessierteSchüler prinzipiell aufweiter-
führende Bildungsangebotezugreifen könnten.Nachden repräsentativenDaten des
MediendagogischenForschungsverbundesSüdwest nutzen über80% derGymnasias-
tenComputerund InternetregelßigzuHause (JIM 2005).
Im Rahmen von ELTISwirdein orts-und zeitunabhängigerZugang zu multimedial
aufbereiteten und tutoriell begleiteten Online-Kursen übergeeignete Themen derTech-
nischenInformatik geschaffen.Die glichkeit,selbstständig, eigenverantwortlichund
ohne„Lernzwang“ sungenfür praxisrelevante Probleme zu entwickeln,weckt die
Begeisterung für eintechnisch ausgerichtetesStudium.HochbegabteSchüler/innenwer-
dendurchanspruchsvolle Zusatzaufgabenherausgefordert und gefördert.Die g-
lichkeit,imRahmenvon ELTISbereits alsSchüler später anrechenbare Studien-
leistungenzuerbringen, steigert zutzlich dieLeistungsbereitschaft,und verkürztdie
Studiendauer.
DieBetreuung derSchüler erfolgt in engerZusammenarbeitmit denteilnehmenden
Schulen.Hierbei isteineVielzahlvon organisatorischen, methodisch-didaktischenund
technischenFragestellungenzulösen.DieserBeitrag thematisiertfolgende Kern-
herausforderungen:
DieEntwicklung multimedialerOnline-Lernangebote istzeit- und kostenintensiv.
WiekönnenLernangebote gestaltetwerden, so dass siesichgleichermaßen zur
Unterstützung derPsenzhochschullehre wie zurErgänzung desSchulunterrichts
im Rahmen einesFernstudiumseignen?
Dieanfängliche Begeisterung für einneues Lernangebotnimmt oft schnell ab.Wie
könnendie für Online- und Fernstudiumsangebote üblichen hohenDrop-Out Quo-
tenvermieden werden?
Isoliertes LernenamRechnerist selten Ziel führend. WiekanneineLehr-/Lern-
gemeinschaft etabliertund dieKommunikationzwischenUniversität,Lehrkräften
und Schüler/inneneffektiv und nachhaltig gestaltetwerden?
DerBeitrag istwie folgt strukturiert: In Kapitel2stellenwir dieStruktur, die Inhalteund
denmethodischenAnsatzdes Projekts vor. In Kapitel 3beschreiben wirdie Fallb eispie-
le,berichten übererste Evaluationsergebnisse und diskutieren, inwieferndie Zielsetzun-
gendes Projektsbereits in derPilotphase verwirklichtwerdenkonnten.Der Artikelen-
detmit einerZusammenfassung derwichtigsten Erkenntnisse und einemAusblickauf
dienächsten Schritte.
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2Umfang, Zieleund Methodischer Ansatz desProjekts
2.1Umfangund Statusdes Projekts
DieFörderung von ELTISist in dererstenAusbaustufe rdas Schuljahr2006/2007
terminiert und aufThemender TechnischenInformatik beschränkt.Das Projekt gliedert
sich in eine Vorbereitungsphase,Akquisephase, Pilotphase und eine Durchführungs-
phase. Begleitetwirddas ELTISdurch einassoziiertes ForschungsprojektamLehrstuhl
für Allgemeine dagogikder Universität Passau.Sowirdeinesystematischeund me-
thodischabgesicherte Erhebung relevanterErfolgsfaktorengewährleistetmit demZiel,
dibertragbarkeit derErgebnissedes Projekts für andere Maßnahmen sicherzustellen
und bereits während derProjektdurchführung schnell Verbesserungsglichkeiten zu
realisieren.
An derPilotphase nehmen zwei Schulenmit je einembetreuendenLehrerund insgesamt
25 Schülernteil. Die Teilnehmerwerdenauf derSeite derUniversität Passauvon 2Pro-
fessorenund 3wissenschaftlichenMitarbeiternbetreut.Für dieDurchführungsphase
konnten 13 weitereSchulen mitinsgesamt 100 Schülern akquiriert werden. Einweiterer
Ausbauder Nutzerbasisund desLehrangebots nach Abschluss dererstenAusbaustufe ist
geplant.
ZumZeitpunkt diesesBeitragsbefindetsichdas Projekt im ÜbergangzwischenPilot-
undDurchführungsphasebererste Erkenntnisse und Evaluationsergebnisse ausder
Pilotphase berichten wirinKapitel 3.
2.2Fachliche und dagogisch-DidaktischeAusrichtung
DasKursmaterialführt in dieKonzeption digitaler Schaltungenein,die die Bausteine
einesProzessors bilden. Die Themen sind so gehlt, dass sowohl einhoherPraxisbe-
zugals auch einguter Einblick übergrundlegende Methodenund Konzepte der(Techni-
schen) Informatik sichergestellt ist. Beispielefür behandelteThemensind: Funktion
BoolescherKomponentenund von elementarenSpeichern,Verhaltens- und Strukturbe-
schreibung von Schaltnetzen und Schaltwerken,Analyse undSynthese,Zahlendarstel-
lung und Rechenschaltungen, Modellierung desZeitverhaltens aufverschiedenenAbs-
traktionsebenen.Als formaleKonzepte werdenBoolesche Terme, Termersetzung,
Termdarstellung grafischerStrukturen, Hierarchisierung, Zahlendarstellung, zeitbehafte-
te BoolescheTerme,endlicheAutomaten eingehrt.
Ziel istnicht dievollständige Abdeckung desbehandelten Gebietes.Vielmehrwirdex-
emplarischder NutzenmathematischerMethodenund Modellefür dieLösungpraxisre-
levanter ProblemebeimAufbaudigitaler Schaltungenvermittelt. Beiden Lernzielen
stehen die Analyse von Problemen, dieSynthese bekannter Konzepte zurLösung neuer
Aufgabenstellungenund die Beurteilung derBedeutung derdargestellten Konzepte und
MethodenimVordergrund. rhochbegabte Schülerwerdenzusätzlichspezifische
Lernpfade mitanspruchsvollen Aufgabenangeboten. Damitwirdeineleistungsorientier-
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te Unterrichtsdifferenzierung erglicht.Einzelheiteberinhaltliche Abstufung sowie
Lernziele und –pfade sind aufdem ELTISPortal2verfügbar.
rdas Kursmaterialwurde eine deutlichformalere Darstellung alsanden meistenUni-
versitäten gehlt. Sieorientiertsichunter anderemander Einführung in dieInformatik
von M. Broy [Br95]. MathematischeFunktionenbildendie formaleBasis.Damit kann
weitgehend aufdie Voraussetzung einertechnischenIntuitionbei denSchüler/innen
verzichtetwerden. Speziell für didaktischeErläuterungenwurde einSchaltungssimula-
torverwendet[DKW03,DKW04]. Dieser erglichtdas interaktive Experimentieren
mitden vermittelten Konzeptenund dasLösen von praxisrelevantenAufgabenstellungen
mitunmittelbarem Feedback bzgl. glicherFehler(Abbildung 1).
Durchdie Implementierung desSchüler-Fernstudiumswirdauchdie Medienkompetenz
derTeilnehmer/innengefördert.Den Lernendenwirddas Internetals einpotentieller
Bildungskanalnahegebracht. Da gerade Jugendlichedas Medium Internetinder Regel
eher freizeitorientiert(Spiele,Chats)nutzen, kann dasAufzeigendieserNutzungs-
alternativezur Erweiterung derMediennutzung beitragen.
2.3MethodischesKonzept undLehr-/Lernszenarien
Folgende NutzungsszenarienwerdendurchELTISunterstützt:
Einbettung desElearningkurses im Unterricht:
alsUnterrichtseinheit für alle Schüler/ Schülerinnen: Lehrerentscheiden, ob
und in wieweitdas Elearningangebot für dieSchüler und Schülerinnenim
Rahmen desFachunterrichts, integriertwird.
alsDifferenzierungsmaßnahme/Angebot für leistungsstarke Schülerinnen/
Schüler:Lehrerentscheiden sich dafür, dass insbesondere leistungsstarke
Schülerinnenund Schülerdas Elearningangebot alsindividuelles Angebot
bearbeiten.Während für die schwächereSchülergruppe z. B. Wiederholun-
genangebotenwerden, kann diesrkereGruppe an diesem weiterführenden
Angebot teilnehmen.
SelbstständigesStudium:Unabhängig vom Unterrichtsangebot entscheidensich
einzelne Sclerinnenund Schülerfür dieTeilnahme am Elearningangebot.Sie
werdenvor Ort nichtvon einemLehrerbetreut und bearbeiten dasMaterialselb-
ständig.
Im Rahmen desbegleitendenForschungsprojekts wurdenMnahmen zurGestaltung
dertutoriellenBegleitung (3.1&3.2), zurUnterstützungund Moderationder Peer-to-
Peer-Kooperationund zurBegleitung derLehrkräfteerarbeitet. Spezielle Lehrerwork-
shops,Infoveranstaltungenund Online-Forenwerdensichinder Durchführungsphase als
nochwichtiger erweisen,wenndie Kernaufgabeder Universitdarin bestehen wird,
2http://elearning.fmi.uni-passau.de/elearning/pages/selbststudium/selbststudium.htm
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vieleTeilnehmer/innenund derenbetreuendenLehrkräftevon verschiedenenGymnasien
zu betreuen.
Abbildung 1: interaktiv manipulierbarer Schaltungssimulator
2.4Gestaltungder Lernmedien
DieinELTISeingesetztenLernmedienbasierenauf denimRahmendes Projekts
„WWR -WissenswerkstattRechensysteme“[LT04, Ko04] entwickelten multimedialen
Kurseinheiten für dieHochschulausbildung in TechnischerInformatik.Die Materialien
sind optimiert für einenmultimedialenUnterricht. Die hohe Anschaulichkeit derzu
vermittelndenInhaltedurchDiagramme,Schemata, Schaltbilder,Animationenzur Dar-
stellung derFunktionsweise, Simulationenund sowie derVerzichtauf unstrukturierte
lange Textebegünstigt die interaktive Nutzung.
Allerdings sind nur wenige derWWR-Kursefür Anfängergeeignet. Selbst derhierver-
wendete Grundkursmusstefür denEinsatz im Rahmen von ELTIberarbeitetund
Zielgruppen-spezifischergänzt werden.
Lehrende sowieLernende könnenauf einklassisches Skript,Folienkopiender entspre-
chendenPsenzveranstaltung und Aufgabenblätter zugreifen,die Lehrendenzusätzlich
aufMusterlösungen. Letztere könnenden Schülernauchzur Verfügung gestellt werden,
jedochnicht eigenverantwortlich, vielmehr entscheidetder betreuende LehreberUm-
fang und Zeitpunkt derVerfügbarkeit.
DerTransferinein neuesLehr-/Lernszenariogelingt durchdie Modularität und insbe-
sondere durchdie Skalierbarkeitder WWR-Kurseinheiten,die durchein espeziellfür das
WWR-Projekt entwickelteXML-Auszeichnungsspracheermöglicht wird.[We02] Durch
dieModularität könnenTeile einesKurses leicht neukombiniert und an neue Lehr-/
Lernszenarien angepasstwerden. Die Skalierbarkeit derWWR-Module hinsichtlichdes
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Umfangs und Schwierigkeitsgrads (Basis,Aufbauund Vertiefung)ermöglicht dieUnter-
stützung verschiedenerLeistungsniveaus. WWR-Moduleerlaubendarüberhinausdie
Integrationvon Zielgruppen-spezifischenInhalten.
DieErgänzungender Lernmaterialien für ELTISkommen auch denStudierendenander
UniversitätPassauzugute. AnschaulicheBeispiele und vereinfachte Aufgabenstellungen
werdengerne von Studierendenwahrgenommenund könneneingesetztwerden, um
heterogene VorkenntnisseimVorfeld einerLehrveranstaltungauszugleichen.
DietechnischeRealisierung derLernmedienermöglicht, dass alle Nutzungsszenarien
innerhalb von ELTISund derHochschullehre auseiner einzigen Medienquellebedient
werden können. Deberarbeitungs-und Pflegeaufwandwirddadurchdrastisch redu-
ziert, dieQualität gesteigert,die Anpassbarkeit an neue Lehr-/Lernszenarienerhöht und
dieNachhaltigkeit derBemühungensichergestellt.
2.5Technisches Konzept, Web-Portal, Diskussionsforen
DasKursmaterialwurde in eine Plattform eingebunden, welche Kommunikationskale
wieDiskussionsforensowie Hintergrund- und Ernzungsmaterial anbietet.
Es werdenverschiedeneVersionendes Kursmaterialsangeboten: für Selbstlerner(Pass-
wort-geschützt), für Lehrkräfte(Passwort-geschützt)sowie für Schüler,die in einem
Klassenverband durch Lehrkräftebetreut werden.
3Evaluationund vorläufige Ergebnisse
DerElearning-Kurs wurde in derPilotphaseanzweiSchulen durchgeführt jeweilsin
einemunterschiedlichen Szenario:AmGoetheGymnasium Regensburg wird dasModell
desVirtuellenKlassenzimmerseingesetzt, und am Gymnasium Vilshofendas synchro-
ne,Unterrichtflankierende Modell.Die folgendenFallbeispiele illustrieren charakteristi-
sche Ergebnisse und Erkenntnisseaus derPilotphase.
3.1Fallbeispiel1:Synchrones, denPsenzunterrichtflankierendesSchülerstu-
dium,1:1 Betreuung (GYVilshofen)Erfahrungsbericht
DieSchülerinnenund Schülerkonnten sich beidiesemKonzeptentscheiden, ob sie
„regulär“amUnterrichtteilnehmenoderElearning praktizieren.Die Elearning-
Kandidaten und Kandidatinnenwerdenper Emaiberdie zu bearbeitendenThemen
informiert und mibungenversorgt.Sie ssen zwei ndliche Prüfungenund nar-
lich dieKlausur ablegen.
Rahmenbedingungen
DasVorwissen derSchülerwar sehr unterschiedlich. EinGroßteilder Schüler/innen
besaßein „sehrrudimentäres informatorischesWissen“.Daneben gabesauchTeilneh-
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mer/innenmit weit überdurchschnittlichemWissen, dassichdiese selbstständiberdas
von derUniversität Passau angeboteneSchülerstudium angeeignethatten.
Um denAnsprüchendes leistungsdifferenzierten Unterrichts gerechtzuwerden, musste
dieser Grundkurs„zweigleisig“gestaltet werden.
Schüler/innenmit wenigErfahrung besuchtenwöchentlich denGrundkurs;sie
nahmen regelmäßig an derPsenzveranstaltung teil.Die Präsenzveranstaltung lief
in derRegel nach folgendemSchemaab:
1. Teil (ca. 45 Min): Durcharbeitendes Onlineskriptsunter Vorgabe derbehan-
delndenAbschnitte
2. Teil (ca. 45 Min): Besprechung und Nachbereitung deserarbeitetenStoffes
und Behandlung von Übungsaufgabenzur Vertiefung
Schüler/innenmit ausreichenderErfahrung konnten denKurs alsreinenElearning-
Kurs absolvieren.Die Schüler wurden überE-Maiberden momentanen Standin
derPsenzveranstaltung informiert. Eine Anwesenheitspflicht in denGrundkurs-
stundenbestand nicht, eine Teilnahme waraberjederzeit glich. Terminefür die
notwendigenmündlichenLeistungserhebungenwurdenmit diesen Sclern indi-
viduell abgesprochenund durchgeführt.Für dieKlausur sowiedie Veranstaltun-
genander Universität Passau bestandAnwesenheitspflicht.
DieSchülerkonnten sich zu Schuljahresbeginnfür eine derbeidenSchienenentschei-
den. Dabeiwurdensie aufWunsch auch individuell beraten.
Vorder eigentlichenBearbeitung desElearning-Kurses wurden–inAnlehnung an die
entsprechende Präsenzvorlesung –nochdie grundlegendenThemengebieteCodierung
und Fehleranalysebei derNachrichtenübermittlung behandelt.Dabei wurde aufdas in
derPlattform zurVerfügung gestellteMaterial3zurückgegriffen.
Didaktische StrategieimGrundkurs
rden Grundkurs wurde eine Webseite (http://www.gym-vilshofen.de/hp-
gymvof/index.php?main=10) eingerichtet, aufder deraktuelleStand derSchul-
Präsenzveranstaltung zeitnahdokumentiertwurde.Auf dieserSeite warenauchdie Ü-
bungsblättermit sungensowie aktuelle Hinweise, beispielsweise zu Veranstaltungen
an derUniversität Passau, hinterlegt.
Um demE-Learnen einen Rahmenzugeben,wurde diesen chentlicheineEmail mit
denderzeit in derSchul-Präsenzveranstaltung behandelten Abschnitteund debungs-
blattzugesendet.
TutorielleUnterstützung
DerGroßteil dertutoriellenBetreuungsarbeit wurde wieintendiertanden Schulen selbst
geleistet. DieKommunikation zwischen Betreuungslehrern und SchülernfanberE-
3http://elearning.fmi.uni-passau.de/elearning
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mailsoderpernliche Gespche, hauptsächlich aber in denPsenzveranstaltungen
bzw. Unterrichtseinheitenanden Gymnasien statt.
DieelektronischenKommunikationsangebote derUni Passau,imSpeziellendas
Forum und derChatbereich aufder Elearning-Homepage, wurdenvon denTeil-
nehmernbisherwenig genutzt,dainder Pilotphase derKontaktzwischenden
Schulen und derUni sehr engund dieTeilnehmerzahlbei zwei Gymnasien über-
schaubarwar.
DiebeidenPraxis-Veranstaltungenander Uni Passau wurdenvon denLehrern als
sehr motivationsfördernd eingesctzt.
DieSchüler bekameneinen echtenEindruckvom Uni-Alltagmit Lehrveran-
staltungenimUnterschiedzum Schulalltag.Auf diesem Wegkonnten auch viele
Fragen zwischen Betreuungslehrern und demInformatik-Lehrstuhl persönlich im
Dialog geklärtwerden.
Auch während dernormalen Kursphase fand derAustausch zwischen denSchulenund
derUni meistinpernlichenGesprächenper Telefon oderE-Mailstatt.
In derbevorstehendenProjektphase wird aufgrund dergroßenTeilnehmerzahlund der
räumlichen Distanz zwischen Uni und denteilnehmendenSchulen angestrebt,den Groß-
teil derKommunikation aufder elektronischenEbene,alsoimForum und Chatbereich
derElearning-Homepage,abzuwickeln.
Abbildung 2: GrundkursInformatik: Pilotprojekt „Informatikstudieren -
bereitswährend der Schulzeit
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3.2Fallbeispiel2:Asynchrones Sclerstudium,Elearning (Goethe-Gymnasium-
Regensburg) Erfahrungsbericht
Rahmenbedingungen
DasGoethe-Gymnasium Regensburg istdie zweite derPilotschulen, die im Winterse-
mester 2006/2007 am Schülerfernstudium teilgenommenhaben.Der Kurs wurde in
einemkleinen Rahmen (5 Schüler)angeboten.Aufgrund derHeterogenitder Arbeits-
gruppe im GK Informatik (Klasse,Alter,Vorwissen)hat sich derLehrerfür dasSzena-
riodes Virtuellen Klassenzimmers entschieden. Dieses Szenario unterstützteoptimal
eine leistungsorientierte Unterrichtsdifferenzierung und Begabtenförderung. SeineVor-
gehensweiseist mitder am Gymnasium Vilshofen(3.1.1) vergleichbar.
DidaktischeStrategie
Zwei formelle Treffeninder Schule wurdenursprünglichgeplant,die auch plangeß
stattgefundenhaben.Diese dienteninersterLinie dazu,sicberbeimStudium aufge-
treteneProbleme auszutauschenund zu sen. ZurHalbzeitkonnten dieTeilneh-
mer/innenaneinem Multiple-Choice-Testteilnehmen, wassichals guter„Motivations-
schub“ erwies.
TutorielleUnterstützung
DietutorielleBetreuung dieserGruppe warvon einersehrgroßenFlexibilität seitensdes
Lehrers geprägt.Der Lehrerstand seinen Schülernjederzeitzur Verfügung: „Kleine
Fragen sofort, größere Fragen in einerFreistunde“–so