SNNAP: A Tool for Teaching Neuroscience

Simulation tools aid in learning neuroscience by providing the student with an interactive environment to carry out simulated experiments and test hypotheses. The field of neuroscience is well suited for the use of simulation tools since nerve cell signaling can be described by mathematical equations and solved by computer. Neural signaling entails the propagation of electrical current along nerve membrane and transmission to neighboring neurons through synaptic connections. Action potentials and synaptic transmission can be simulated and results displayed for visualization and analysis. The neurosimulator SNNAP (Simulator for Neural Networks and Action Potentials) is a simulation environment that provides users with editors for model building, simulator engine and visual display editor. This paper presents several modeling examples that illustrate some of the capabilities and features of SNNAP. First, the Hodgkin-Huxley (HH) model is presented and the threshold phenomenon is illustrated. Second, small neural networks are described with HH models using various synaptic connections available with SNNAP. Synaptic connections may be modulated through facilitation or depression with SNNAP. A study of vesicle pool dynamics is presented using an AMPA receptor model. Finally, a central pattern generator model of the Aplysia feeding circuit is illustrated as an example of a complex network that may be studied with SNNAP. Simulation code is provided for each case study described and tasks are suggested for further investigation.

E-Learning, E-Teaching und E-Assessment in der Hochschullehre

Wie lässt sich die Qualität des Lernens, Lehrens und Prüfens durch den Einsatz neuer Medien steigern? Übertragen auf die Komponenten und Bausteine des E-Education-Prozesses heißt das: - Mit welchen digitalen Materialien und Komponenten ist eine effiziente computergestützte Inhaltserschließung möglich? - Mit welcher Organisationsform der Lehre kann ein maximaler Qualitätsgewinn für die traditionelle Präsenzlehre erzielt werden? - Wie lassen sich traditionelle Prüfungsformen durch digitale Medien bereichern und mit technischer Hilfe auswerten? - Wie müssen digitale Inhalte beschaffen sein, um einen Mehrwert für den Lehr- und Lernprozess, möglicherweise in Selbstlernszenarien, zu erzielen? - Wie muss eine Lernplattformaufgebaut sein, um E-Education in ihrer gesamten Breite zu unterstützen und eine hohe Akzeptanz zu erreichen? Die Autoren sind Hauptakteure des Marburger „Linguistik Engineering Teams“, das in sich das gesamte Know-How für die Entwicklung und Nutzung verschiedener Lehr- und Lernszenarien vereinigt: von der Konzeption über die Programmierung bis hin zur Nutzung in allen denkbaren Varianten. Ihr Buch ist ein Leitfaden, der aufzeigt, wie mit einem komplexen E-Education-System nicht nur Qualitäts-, sondern auch Kapazitätsgewinne sowie erhebliche Aufwandsreduktionen erreicht werden können.

Autorenwerkzeuge für digitale, multimediale und interaktive Lernbausteine im Web 2.0

Die vorliegende Forschungsarbeit siedelt sich im Dreieck der Erziehungswissenschaften, der Informatik und der Schulpraxis an und besitzt somit einen starken interdisziplinären Charakter. Aus Sicht der Erziehungswissenschaften handelt es sich um ein Forschungsprojekt aus den Bereichen E-Learning und Multimedia Learning und der Fragestellung nach geeigneten Informatiksystemen für die Herstellung und den Austausch von digitalen, multimedialen und interaktiven Lernbausteinen. Dazu wurden zunächst methodisch-didaktische Vorteile digitaler Lerninhalte gegenüber klassischen Medien wie Buch und Papier zusammengetragen und mögliche Potentiale im Zusammenhang mit neuen Web 2.0-Technologien aufgezeigt. Darauf aufbauend wurde für existierende Autorenwerkzeuge zur Herstellung digitaler Lernbausteine und bestehende Austauschplattformen analysiert, inwieweit diese bereits Web 2.0-Technologien unterstützen und nutzen. Aus Sicht der Informatik ergab sich aus der Analyse bestehender Systeme ein Anforderungsprofil für ein neues Autorenwerkzeug und eine neue Austauschplattform für digitale Lernbausteine. Das neue System wurde nach dem Ansatz des Design Science Research in einem iterativen Entwicklungsprozess in Form der Webapplikation LearningApps.org realisiert und stetig mit Lehrpersonen aus der Schulpraxis evaluiert. Bei der Entwicklung kamen aktuelle Web-Technologien zur Anwendung. Das Ergebnis der Forschungsarbeit ist ein produktives Informatiksystem, welches bereits von tausenden Nutzern in verschiedenen Ländern sowohl in Schulen als auch in der Wirtschaft eingesetzt wird. In einer empirischen Studie konnte das mit der Systementwicklung angestrebte Ziel, die Herstellung und den Austausch von digitalen Lernbausteinen zu vereinfachen, bestätigt werden. Aus Sicht der Schulpraxis liefert LearningApps.org einen Beitrag zur Methodenvielfalt und zur Nutzung von ICT im Unterricht. Die Ausrichtung des Werkzeugs auf mobile Endgeräte und 1:1-Computing entspricht dem allgemeinen Trend im Bildungswesen. Durch die Verknüpfung des Werkzeugs mit aktuellen Software-Entwicklungen zur Herstellung von digitalen Schulbüchern werden auch Lehrmittelverlage als Zielgruppe angesprochen.

Action Research and Learning Analytics in Higher Education

Teaching is a dynamic activity. It can be very effective, if its impact is constantly monitored and adjusted to the demands of changing social contexts and needs of learners. This implies that teachers need to be aware about teaching and learning processes. Moreover, they should constantly question their didactical methods and the learning resources, which they provide to their students. They should reflect if their actions are suitable, and they should regulate their teaching, e.g., by updating learning materials based on new knowledge about learners, or by motivating learners to engage in further learning activities. In the last years, a rising interest in ‘learning analytics’ is observable. This interest is motivated by the availability of massive amounts of educational data. Also, the continuously increasing processing power, and a strong motivation for discovering new information from these pools of educational data, is pushing further developments within the learning analytics research field. Learning analytics could be a method for reflective teaching practice that enables and guides teachers to investigate and evaluate their work in future learning scenarios. However, this potentially positive impact has not yet been sufficiently verified by learning analytics research. Another method that pursues these goals is ‘action research’. Learning analytics promises to initiate action research processes because it facilitates awareness, reflection and regulation of teaching activities analogous to action research. Therefore, this thesis joins both concepts, in order to improve the design of learning analytics tools. Central research question of this thesis are: What are the dimensions of learning analytics in relation to action research, which need to be considered when designing a learning analytics tool? How does a learning analytics dashboard impact the teachers of technology-enhanced university lectures regarding ‘awareness’, ‘reflection’ and ‘action’? Does it initiate action research? Which are central requirements for a learning analytics tool, which pursues such effects? This project followed design-based research principles, in order to answer these research questions. The main contributions are: a theoretical reference model that connects action research and learning analytics, the conceptualization and implementation of a learning analytics tool, a requirements catalogue for useful and usable learning analytics design based on evaluations, a tested procedure for impact analysis, and guidelines for the introduction of learning analytics into higher education.

Moodle & Co. auf dem Weg zur Personal Learning Environment

Ausgehend von der typischen IT‐Infrastruktur für E‐Learning an Hochschulen auf der einen Seite sowie vom bisherigen Stand der Forschung zu Personal Learning Environments (PLEs) auf der anderen Seite zeigt dieser Beitrag auf, wie bestehende Werkzeuge bzw. Dienste zusammengeführt und für die Anforderungen der modernen, rechnergestützten Präsenzlehre aufbereitet werden können. Für diesen interdisziplinären Entwicklungsprozess bieten sowohl klassische Softwareentwicklungsverfahren als auch bestehende PLE‐Modelle wenig Hilfestellung an. Der Beitrag beschreibt die in einem campusweiten Projekt an der Universität Potsdam verfolgten Ansätze und die damit erzielten Ergebnisse. Dafür werden zunächst typische Lehr‐/Lern‐bzw. Kommunikations‐Szenarien identifiziert, aus denen Anforderungen an eine unterstützende Plattform abgeleitet werden. Dies führt zu einer umfassenden Sammlung zu berücksichtigender Dienste und deren Funktionen, die gemäß den Spezifika ihrer Nutzung in ein Gesamtsystem zu integrieren sind. Auf dieser Basis werden grundsätzliche Integrationsansätze und technische Details dieses Mash‐Ups in einer Gesamtschau aller relevanten Dienste betrachtet und in eine integrierende Systemarchitektur überführt. Deren konkrete Realisierung mit Hilfe der Portal‐Technologie Liferay wird dargestellt, wobei die eingangs definierten Szenarien aufgegriffen und exemplarisch vorgestellt werden. Ergänzende Anpassungen im Sinne einer personalisierbaren bzw. adaptiven Lern‐(und Arbeits‐)Umgebung werden ebenfalls unterstützt und kurz aufgezeigt.