Anaylse und Redesign der mathematischen Aufgabenwebplattform eTRainer Engine auf Basis von Python Sci-Py

Noch bis in die frühen 2000er Jahre gab es in der Lehre fast nur eine Art diese zu gestalten, den Frontalunterricht. Nach diesem Konzept gibt es immer einen Lehrenden, der das zu Lernende vorträgt, während die Lernenden ihm zuhören und mitschreiben. Doch durch die fortschreitende Digitalisierung ergeben sich neue Möglichkeiten für das Lernen und Lehren. Eine dieser moderneren Ansätze ist das ''e-learning''.

Der Begriff e-learning umfasst eine Vielzahl von Varianten und meint das explizite Nutzen von elektronischen beziehungsweise vielmehr von digitalen Medien zum Lernen. Somit ist es den Lernenden beispielsweise in vielen Anwendungsfällen möglich selbst zu entscheiden, wann sie die im Rahmen des e-learning gestellten Aufgaben bearbeitet werden. Wo und von welchem Endgerät die Bearbeitung erfolgt, ist ebenfalls oft frei wählbar.

In seinem Buch „Konzeption und Entwicklung mediengestützter Lernangebote“ gibt Michael Kerres als Definition des e-learning an: ''Unter E-Learning [...] (englisch electronic learning ''elektronisch unterstütztes Lernen'', wörtlich: ''elektronisches Lernen'')[...] werden [...] alle Formen von Lernen verstanden, bei denen elektronische oder digitale Medien für die Präsentation und Distribution von Lernmaterialien und/oder zur Unterstützung zwischenmenschlicher Kommunikation zum Einsatz kommen.''

Nicht nur im schulischen Kontext werden diese Methoden verwendet, sondern oft auch in der Arbeitswelt. Dort nehmen Angestellte e-learning-Angebote zur Fort- und Weiterbildung wahr. Aber auch für Privatpersonen haben sich viele Türen zum Online-Wissensgewinn geöffnet. So gibt es unter Anderem mehrere Online-Lernplattformen, die je bei Weitem mehr als 1000 Kurse anbieten. Dabei gibt es Kurse für die verschiedensten Bereiche von Kochen über Sprache bis hin zu Design- und Grafik-Kursen.

Es ist nicht von der Hand zu weisen, dass e-learning immer mehr an Wichtigkeit gewinnt und inzwischen bereits ein probates Mittel zur Wissensgewinnung ist. Dieses kann auch den Lernerfolg und -spaß von Studierenden erhöhen und daher gibt es die Forderung e-learning-Systeme in der Hochschullehre zu implementieren.

Unter dem Namen ''eTRainer'' (früher ''e-Trainer'') hat der Fachbereich Technik der Hochschule Trier bereits im Jahr 2005, unter Projektleitung von Herrn Prof. Dr. rer. nat. E.-G. Haffner, damit begonnen ein e-learning-System für die Studierenden zu kreieren. Die Idee hinter diesem System ist, dass zu einer Veranstaltung für jeden Studierenden nahezu beliebig viele Übungsaufgaben eines ebenfalls beliebigen Aufgabentypen generiert werden können. Zu jeder Aufgabe können die erarbeiteten Lösungen eingegeben werden, um dann direkt vom System auf Richtigkeit geprüft zu werden. Somit können Studierende, dank des instantanen Feedbacks, direkt an falsch gelösten Aufgaben weiterarbeiten und haben keine Totzeiten zwischen Aufgabenbearbeitung und Feedback. Außerdem ergibt sich so ein großer Pool an Aufgaben zum Trainieren. In Abbildung [SIEHE BILDER] ist beispielhaft für eine Aufgabe die Eingabemaske zum Eingeben der Lösungen dargestellt.

Zwar ist das System bereits seit nunmehr 15 Jahren in Benutzung, aber fertig gestellt ist es noch nicht. Es fehlen nach wie vor diverse Aufgabentypen. Nach Angabe von Herrn Prof. Dr.  rer. nat. Haffner sind beispielsweise die Übungsmodule zur Vorlesung ''Lineare Algebra und diskrete Strukturen'' vollständig implementiert. Die Vorlesung ''Analysis 1'' hingegeben besitzt erst 34 Übungsmodule, die ihr zugeordnet sind.

Dies liegt, so die Vermutung, unter anderem daran, dass jeder Übungs-Modul-Programmierer sich zunächst in diverse *.cpp -Dateien einlesen und diese verstehen muss. Dies umfasst mehrere Tausend Zeilen Code, sowie verschiedene Klassen, Methoden und Funktionen. Komplett lässt sich ein Einarbeiten nicht eliminieren, aber der Einstieg muss den Modul-Programmierern erleichtert werden.

Eine Möglichkeit diese Vereinfachung des Einstiegs zu erreichen ist es den eTRainer komplett neu mit der Programmiersprache Python zu implementieren. Mit ihren zahlreichen, öffentlich zugänglichen und gut dokumentierten Open-Source-Bibliotheken kann voraussichtlich auf einige der Klassen und Methoden verzichtet werden, da diese in besagten Bibliotheken abgedeckt sind. Das Einarbeiten in diese gestaltet sich wegen zahlreicher Online-Beispiele und Community-Foren simpel.

Im Rahmen dieser Arbeit werden die ersten Grundsteine für einen eTRainer in Python gelegt. Außerdem wird anhand zweier, beispielhafter Übungsmodule ermittelt, dass sich in Python eine Code-Ersparnis im Vergleich zu C++ ergibt.