Purpose: Classroom instruction often involves both individual and collaborative modes of learning. Yet relatively little is known about the ways in which these learning modes complement each other, or how best to combine them. The researchers propose to investigate this problem using individual and collaborative learning interventions that each on their own have been shown to be highly effective. First, intelligent tutoring systems (ITSs) are a very effective platform for supporting individual learning. Second, there is a substantial body of evidence showing that scripted collaborative learning within a computer-based collaborative environment can lead to robust learning outcomes. Based on the researchers’ earlier investigations comparing individual and collaborative learning modes, they hypothesize that collaborative learning is most effective with activities that promote conceptual sense making, whereas individual learning works best with activities that promote procedural fluency development. The researchers propose to adapt an existing web-based intelligent tutoring system based on the Cognitive Tutor technology. The intervention covers a comprehensive set of topics in fourth and fifth grade fractions learning. Using an iterative design process, the researchers will build on their earlier experimental findings with this tutoring system and adapt it to support a combination of individual and collaborative learning.
Project Activities: A laboratory experiment and two classroom experiments will be conducted to test how to best combine individual learning (that is, individual students solving problems at the computer) hypothesized to be ideally suited for acquiring procedural fluency with fractions) with collaborative learning (that is, networked dyads of students working together on solving problems while communicating via chat) , hypothesized to be ideally suited for conceptual sense-making). In the project eye-tracking technologies are used to test the hypothesis that eye movements are a direct mediator of the expected interaction between task type (procedural vs conceptual) and collaboration (individual vs collaborative learning).

Goal of the project is to investigate conditions for successful learning in a social sciences oriented out-of-school lab. Out-of-school labs are particular learning settings that engage students in authentic experiential learning to increase their literacy and interest in the field of natural and social sciences. Often, these settings involve minimal or no instruction, but research on learning in and out-of-school shows that including instruction is important for effective learning. The question arises, how out-of-school labs could balance the withholding and giving of instruction to enable authentic but also effective learning. A promising balance has been found in the Productive Failure approach, which enables authentic learning by simulating the scientific practice of seeking solutions to a novel problem. Therefore, Productive Failure as authentic learning approach with delayed instruction seems to have potential to promote students’ scientific literacy in an out-of-school lab. The aim of the dissertation project is to investigate by quasi-experimental studies, whether Productive Failure contains relevant conditions for successful learning of educational research methods in an out-of-school lab.

When supported by computer software, collaboration leaves “digital traces”. The collection and analysis of these traces (i.e., learning analytics; LA) has the potential to help teachers move from overload to overview of students’ collaboration. Moreover, LA cannot only aid teachers by mirroring student activities, but also automate evaluation and intervention. The question is which level of LA-aid is optimal to enable adaptive teacher support of collaboration. The goal of this project is to investigate what information teachers need, how teachers perceive the usefulness of dashboards, and whether dashboards can influence teacher support of collaboration.

Das Projekt IKARion hat das Ziel, Verfahren zur intelligenten automatisierten Diagnose und Inter-vention zu entwickeln, um Kleingruppenarbeit in online-gestützter Lehre durch adaptiven Support zum Erfolg zu führen. Hierzu sollen entstehende Probleme in den Gruppen anhand von Interaktionsmustern automatisch detektiert und diagnostiziert werden. Für typische Problemmuster, die in den untersuchten Kleingruppen auftreten, werden anhand pädagogisch-psychologischer und sozial-/ medienpsychologischer Expertise und Befunde passende automatisierbare Interventionen zur Steuerung der Kleingruppenarbeit entwickelt und algorithmisch modelliert. Einsatzgebiet für den Support der Kleingruppenarbeit sind einerseits e-Learning Komponenten regulärer Universitätsveranstaltungen (z.B. Seminaren), aber auch große Lehr-Lernsettings, in denen eine engmaschige Betreuung durch Lehrende aufgrund sehr hoher Teilnehmerzahlen (z.B. MOOCs) nicht durchgängig möglich ist.

Die Fähigkeit zur interdisziplinären Kommunikation und Kooperation ist eine zunehmend unverzichtbare Kompetenz für IngenieurInnen. Die Folgen mangelnder Abstimmung bzw. des Scheiterns interdisziplinärer Zusammenarbeit können dramatische Ausmaße annehmen, wie sich im Rahmen von Großbauprojekten gezeigt hat. Hier scheitern die Beteiligten meist an der Zusammenführung komplexer fachspezifischer Informationen, auch wenn diese durch digitale 3D-Fachmodelle visualisiert werden und somit essentielle fachliche Informationen für alle Beteiligten sichtbar sind. Im Bauingenieursstudium werden Studierende bislang nur unzureichend auf die benötigte Kommunikations- und Kooperationskompetenz für die kooperative Abstimmung unterschiedlicher Sichtweisen bei der digital unterstützten Planung von Bauprojekten vorbereitet.

Damit die Zusammenführung komplexer Informationen mittels digitaler 3D-Fachmodelle in interdisziplinären Kooperationssituationen gelingt, müssen die Beteiligten effektive internale Kooperationsskripts besitzen. Internale Kooperationsskripts beschreiben die Annahmen von Personen, wie in Kooperationssituationen interagiert werden sollte, um ein gewünschtes Ergebnis zu erzielen. Zahlreiche Studien zeigen, dass effektive internale Kooperationsskripts dabei nur selten durch rein implizites, erfahrungsbasiertes Lernen entstehen, sondern gezielt eingeübt werden müssen.

Im Rahmen des Projektes KoLiBRI wird ein digitales Fachkonzept für das Bauingenieursstudium entwickelt und evaluiert, um Studierende hinsichtlich ihrer Kommunikations- und Kooperationskompetenz auf zukünftige berufliche Herausforderungen vorzubereiten. Das digitale Fachkonzept orientiert sich an gesicherten Befunden zur Lernförderlichkeit externaler Kooperationsskripts und Group-Awareness-Tools in digital unterstützten kooperativen Lehr-Lernsituationen für den Erwerb effektiver internaler Kooperationsskripts. Die Erkenntnisse sollen sowohl intern an der Ruhr-Universität Bochum in anderen Ingenieursstudiengängen als auch in die Weiterbildung integriert werden. Mit Hilfe der assoziierten Partner (Fakultätentag für Bauingenieurwesen, Geodäsie und Umweltingenieurwesen, Arbeitskreis Bauinformatik, Bauindustrieverband NRW, Zentrum für Wissenschaftsdidaktik der RUB) wird der nachhaltige Transfer des digitalen Fachkonzepts in die Studiengänge und Ausbildungsberufe im Bauwesen vorbereitet.

SecHuman ist ein inter- und transdisziplinär ausgerichtetes Fortschrittskolleg, in dem Tandemteams aus jeweils zwei Doktoranden gemeinsam Problemstellungen der IT-Security aus technischer und gesellschaftswissenschaftlicher Perspektive betrachten und bearbeiten. Der Fokus des Projektes „Lernprozesse in der IT-Security“ liegt in der Exploration verschiedener menschlicher Faktoren, die für den Prozess des Hardware Reverse Engineerings relevant sind.
Durch Hardware Reverse Engineering können Aufschlüsse über die zugrundeliegenden Mechanismen eines bestehenden Systems gewonnen werden. Ausgehend von einem Output (z. B. dem Leuchten einer Lampe) möchte ein Reverse Engineer herausfinden, welche Komponenten (z. B. einzelne Schaltkreise) den jeweiligen Output auslösen. Trotz intensiver technischer Forschung bleibt Hardware Reverse Engineering ein undurchsichtiger und bis dato kaum verstandener Prozess. Dies ist hauptsächlich auf die Tatsache zurückzuführen, dass die nicht-automatisierten Vorgehensweisen der menschlichen Analysten im Hardware Reverse Engineering weitgehend unerforscht sind. Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, Hardware Reverse Engineering aus psychologischer Perspektive als Lern- und Problemlöseprozess zu beschreiben, an dem sowohl bestimmte Problemlösestrategien, als auch domainspezifisches Wissen, sowie kognitive und nicht-kognitive Faktoren beteiligt sind. Die Expertiseforschung zeigt, dass ein domänenspezifischer Wissensvorrat und gezieltes Üben innerhalb dieser Domäne die Grundlage für herausragende Problemlöseleistungen sind. Aus diesem Grund werden neben Problemlösestrategien auch intraindividuelle Veränderungen im Expertiseerwerb beim Hardware Reverse Engineering betrachtet.

Lernansätze mit Aufgabenbearbeitung vor Instruktion treffen derzeit auf breites Interesse (z.B. Artikel in Times Magazine: Paul, 2012). In diesen Ansätzen generieren Lernende eigene Lösungsansätze zu Aufgaben, deren Lösung sie noch nicht gelernt haben. In der Regel sind die generierten Lösungsansätze unvollständig oder fehlerhaft (Kapur, 2012). Trotzdem zeigen Studien positive Lerneffekte der Aufgabenbearbeitung vor Instruktion bezüglich konzeptuellem Wissen und Transfer (z.B. Kapur, 2012; Schwartz & Martin, 2004). Dieser Befund wurde unter den Namen „Productive Failure“ (z.B. Kapur, 2012) und „Invention“ (z.B. Schwartz & Martin, 2004) vielfach repliziert, doch die zugrundeliegenden Lernmechanismen sind bislang unklar. Ziel des Projektes war es, Lernmechanismen aufzuzeigen und empirisch zu untersuchen, welche die Effektivität von Lernansätzen mit Aufgabenbearbeitung vor Instruktion erklären können. Eine der im Rahmen des Projekts durchgeführten Studien (Lernen im Fach Mathematik durch kooperatives Problemlösen ohne vorangehende Instruktion) wurde durch die PSE finanziert (Laufzeit: 9/2011-8/2012).

Online peer assessment scenarios in which students provide feedback to work of their fellow students have gained popularity in higher education. Besides demonstrating the potential for learning, research however also indicates that when students are being assessed by their peer assessors, they have problems to capitalize on the feedback they receive, which can result in poor feedback uptake or a complete rejection of the feedback. Reasons can be related to the lack of negotiation possibilities during online peer assessment and to a lack of awareness of the assessor’s knowledge on the part of the assessee. In four experiments, we investigate benefits of providing different types of support for the assessee. We follow a research design that combines controlled lab experiments with field studies conducted in classrooms. The proposed research will contribute to the literature on peer assessment shedding light on two factors that might render this form of learning more effective. In addition, it will enable us to provide guidelines for practitioners for how to support learners in such settings.

Die Zusammenführung pädagogisch- und sozial-psychologischer Kenntnisse und informatischer Expertise mit dem Fokus auf computergestütztes kooperatives Lernen ermöglicht einen Forschungs¬ansatz, der MOOCS (Massive Open Online Courses) um eine wesentliche Komponente erweitert: die Kooperation in kleinen Lerngruppen. Hierdurch wird die bisherige Konzentration der Lehre mit MOOCs auf individuelles Lernen und Wissenstransfer überwunden. Konkret sollen in diesem Projekt drei Forschungsziele verfolgt werden, die die Bedingungen der Lernförderlichkeit von Lernaktivitäten im Rahmen von Kleingruppen in MOOCs betreffen und die besonderen Möglichkeiten der Umsetzung von kooperativen Lernarrangements in MOOCs in den Fokus nehmen: (1) Entwicklung und Erprobung von Methoden, die die Gruppenformation und Strukturierung von Kleingruppen in MOOCs mithilfe analytischer Methoden und unter Nutzung von Userdaten ermöglichen, (2) Verbesserung der Zusammenarbeit in MOOCs durch Anreizstrukturen, (3) Gewinnung von Erkenntnissen zum differentieller Einsatz von kooperativen Lernelementen für bestimmte Aufgabenarten. Zur Bearbeitung dieser Ziele werden in zwei Lehrveranstaltungen technische Unterstützungsmaßnahmen und pädagogische Ansätze variiert und sowohl explorativ als auch mittels kontrollierter experimentalpsychologischer Studien erforscht.

German students’ spelling skills are decreasing. One of the possible for this are orthography instruction methods that encourage children to write words in their own, idiosyncratic way (using a phonetic table) without external correction for a prolonged time period (up to two years of schooling). An important factor accounting for the persistence of spelling errors beyond initial stages of orthography acquisition may lie in mechanisms of extinction learning and, specifically, in recovery effects. I hypothesize that at a later stage of this didactic approach, the initially acquired, orthographically incorrect association of word and spelling must be extinguished, and an orthographically correct association between the already familiar word-sound and a new letter unit (i.e. the correct spelling) has to be established. It is reasonable to assume that within this process, the initially learned association is not completely erased. We hypothesize that due to spontaneous recovery, the initially learned erroneous spelling may reappear in students’ future spelling. We further assume that the likelihood of recovery is increased particularly under stress, as it occurs, for instance, in testing situations.

In diesem Projekt wird die Rolle sozialer Variablen für den Studienerfolg in der Studieneingangsphase naturwissenschaftlich-technischer Studiengänge betrachtet. In drei Studien sollen Wirkweisen der sozialen Eingebundenheit sowohl in emotional-motivationaler Hinsicht als auch wissensbezogen identifiziert werden, um ein vollständigeres Modell zur Vorhersage von Studienerfolg zu erhalten und Unterstützungsmaßnahmen ableiten zu können.

In the aftermath of the PISA studies, which identified weaknesses of students in many European countries, especially in mathematics, the education of children in the elementary school grades has received a lot of attention. Yet, most learning systems that have been developed for mathematics education have two significant limitations: first, they are usually constrained to text-based interactions and are thus hard to use by young learners (6 to 11-year-olds) who are still perfecting their basic literacy skills. Second, support is rarely tailored to the children’s needs in an adaptive fashion, even though depending on the current stage of the learning process, the support that children need varies between structured practice and more exploratory, conceptually-oriented learning.
The Intelligent Tutoring and Exploration for Robust Learning project aims to facilitate robust learning by creating a platform for intelligent support that combines structured learning with exploratory learning activities and applies cognitive models of the learning behaviour of students in elementary education. Relying on state-of-the-art machine learning methods, intelligent components will be able to provide adaptive feedback — e.g., praise or hints —and suggest subsequent tasks. The platform will enable learners to communicate and interact more naturally via rich intuitive user interfaces leveraging direct manipulation and, in particular, natural language user interfaces. The pedagogical and technological outcomes of the project will be evaluated in two proven application scenarios in two European languages.
The project proposes to perform interdisciplinary, cutting-edge research in a multidisciplinary team with members from fields as diverse as artificial intelligence/machine learning, user modelling, intelligent tutoring systems, and natural language processing, as well as educational psychology and mathematics education.

Das Vorhaben zielt darauf ab Studierende bei dem Erwerb von Kompetenzen zum wissenschaftlichen Arbeiten zu unterstützen. Mithilfe des Online-Peer-Feedback Verfahrens werden Situationen geschaffen, in denen Studierende eigen- und sozialverantwortlich lernen können. Der Fokus liegt auf dem nachhaltigen Einsatz des vorgestellten Verfahrens in der Lehre, welchem eine Erprobung und Evaluation in einem bestehenden Seminar (Phase 2: Evaluation), die Vorbereitung einer Veröffentlichung (Phase 3: Dissemination) und Bekanntmachung im Institut (Phase 4: Scaling Up - Planung) vorsieht. Mit diesen Phasen soll das Erreichen des Zieles, nämlich der institutsweite Einsatz des Online-Peer-Feedback Verfahrens, sichergestellt werden (Phase 5: Scaling Up - Umsetzung).

Das Verbundprojekt ViRaGe erzielt die Eröffnung realer und virtueller Kommunikationsräume und Lernszenarien, in denen eine kritisch-reflexive Auseinandersetzung mit virtuellen Geschichtsdarstellungen angeleitet wird. Das Gesamtvorhaben besteht aus Projekten unterschiedlicher Fachdisziplinen (Erziehungswissenschaft, Sozialpsychologie, Geschichtsdidaktik).

Dieser Projektteil beschäftigt sich mit der Frage, wie die Unterstützung metakognitiver und kognitiver Fähigkeiten dazu beitragen können, die Ausbildung von Kompetenzen zur kritischen und reflektierten Teilhabe an der Geschichtskultur zu befördern. Ziel ist es, die Auswirkung eines hybriden Lernstrategietrainings auf das Erleben der Schülerinnen und Schüler (SuS) nach Nutzung einer Virtual-Reality-Anwendung zu untersuchen, in Abhängigkeit davon, wie dieses Training instruktional ausgestaltet ist.
Zu diesem Zweck werden unterschiedliche Arten von Trainings (z.B. direkt, indirekt, kombiniert), unterschiedliche Arten von Reflexionsprompts (z.B. metakognitive, kognitive Prompts) sowie unterschiedliche Sozialformen innerhalb des Trainings (z.B. individuell, kooperativ in Kleingruppen, im Plenumsgespräch) in empirischen Studien im Schülerlabor gezielt variiert. Hierbei wird die Auswirkung der jeweiligen Variation auf die Geschichtsreflexion der teilnehmenden SuS getestet. Zudem werden empirische Erkenntnisse darüber gewonnen, ob „reflektiertes Geschichtsbewusstsein“ reliabel und valide gemessen werden kann.

Das Projekt WILLEN befasst sich mit Lernprozessen und deren Effektivität und Effizienz in dem hybriden Weiterbildungskonzept Six Sigma. Hierbei wird erforschen wie die Lernprozess des Weiterbildungskonzepts verbessert werden können. Das Projekt umfasst 6 Teilprojekte und eine diverse Gruppe an RUB internen Partnern.