Interdisciplinary composition of E-Learning platforms based on reusable low-code adapters

Abstract

Electronic Learning (E-Learning) platforms or Learning Management Systems (LMSs) are becoming increasingly popular and, accordingly, are being used more and more by teachers at schools and university professors. They are used to digitally distribute educational material to students and provide the opportunity to, e.g., upload and collect assignments, solve tasks, and view grades. LMSs have been growing in popularity and are used alongside in-person lectures as an adjunct to self-study. Due to digital teaching during the COVID-19 pandemic, LMSs have increased in importance significantly. Even in after-pandemic times, with returning in-person lectures, it is hard to imagine teaching at universities without these platforms. The possibilities of working with the established LMSs are enormous. However, a closer look also reveals some negative aspects that were not considered in developing and using these platforms. The existing LMSs lack individualization for lecturers of their courses and a motivating design for students. Plugins attempt to remedy this, but they are complex and time-consuming to use. Thus, the underlying problems are, on the one hand, that lecturers are limited in the design of their courses and, on the other hand, that students experience disadvantages in terms of motivation and interactivity. This thesis aims to develop a concept for an e-learning platform that addresses these problems, supports lecturers in designing their courses, and motivates and assists students in learning. Under the aspect of generalization, a concept for a Software Product Line (SPL) was developed for the requirements of a wide variety of study programs, providing lecturers with a base platform and enabling them to use low-code adapters to design and modify their courses. In addition, the platform and a support team will assist lecturers in using the LMS and creating educational material. For the conceptual design of the LMS, some already existing solutions and approaches were examined to address a similar problem. However, similar problems have been insufficiently solved or overlap with the problem statement of this thesis only to a limited extent. After a requirements analysis, the requirements were gathered and listed so that solutions could then be developed. The prototypical implementation of the concept ’Interactive Training Remote Education Experience (IT-REX)’ was used to design the base e-learning platform and to include gamification aspects. However, since IT-REX was designed for computer science and software engineering students in the first semesters, it had to be modified for a broader range of uses. To evaluate the approach of the concept, a case study was conducted in which a low-fidelity prototype of the concept was presented to lecturers and other experts in the field of higher education didactics, learning psychology, and vocational and technical pedagogy. Subsequently, a questionnaire was used to assess and evaluate the previously defined requirements. The result of this elaboration is the concept for the e-learning platform with the corresponding prototype. Based on the feedback of the lecturers and experts, improvements and revisions could be identified. Furthermore, the evaluation helped to investigate how the platform’s usability could be enhanced to improve the structuring and design of the courses by the lecturers. Finally, future developments and further investigations based on the concept were described.

Electronic Learning (E-Learning) Plattformen oder Learning Management Systems (LMSs) werden mehr und mehr zu einem festen Bestandteil der Lehre an Schulen und Universitäten und werden somit auch von Lehrern und Professoren zunehmend genutzt. Sie werden eingesetzt, um Lehrmaterial digital zu verteilen, aber auch um die Möglichkeit zu bieten z.B. Beiträge hochzuladen, Aufgaben zu lösen oder persönliche Noten einzusehen. LMSs werden immer populärer und parallel zu der Präsenzvorlesung als Zusatz für das Selbststudium verwendet. Durch die COVID-19 Pandemie bedingte digitale Lehre gewannen LMSs zunehmend an Bedeutung. Auch nach Rückkehr zu Präsenzvorlesungen sind die Plattformen jetzt etabliert und nicht mehr aus der Lehre an Universitäten wegzudenken. Die Möglichkeiten mit den bereits existierenden und gängigen LMSs zu arbeiten, sind groß, aber bei näherer Betrachtung fallen einige Punkte negativ auf, die bei der Entwicklung und bei der Nutzung dieser Plattformen offensichtlich nicht berücksichtigt wurden. Den bestehenden Plattformen fehlt es an Individualisierbarkeit, Anpassungsmöglichkeiten von Kursinhalten, sowie an einem motivierenden Design für Studierende. Plugins versuchen Abhilfe zu schaffen, sind aber sehr komplex und zeitaufwendig in der Anwendung. Die zugrundeliegenden Probleme bestehen somit darin, dass auf der einen Seite Dozenten in der Gestaltung ihrer Kurse auf der E-Learning Plattform eingeschränkt sind und auf der anderen Seite Studierende wenig zur Nutzung motiviert werden und sie in den Möglichkeiten der Interaktion stark eingeschränkt sind. Ziel dieser Thesis ist es, ein Konzept für ein LMS zu entwickeln, das diese Probleme löst, die Dozenten bei der Gestaltung ihrer Kurse unterstützt und die Studierenden motiviert und beim Lernen unterstützt. Unter der Prämisse einer möglichst weitreichenden Einsatzmöglichkeit wird für die Anforderungen verschiedener Studiengänge ein Konzept für eine Software-Produktlinie entwickelt, bei der Dozenten eine E-Learning Plattform zur Verfügung gestellt bekommen. Mit Hilfe von Low- Code Adaptern können sie ihre Kurse nach eigenen Anforderungen und Ideen gestalten. Darüber hinaus soll es ihnen ermöglicht werden, durch die Plattform selbst und durch ein Unterstützungsteam die nötige Hilfe im Umgang mit der Plattform und der Erstellung von Lehrmaterial zu erhalten. Zur Konzeptionierung des LMS wurden einige bereits existierende Lösungen und Ansätze untersucht, die versuchen, ein ähnliches Problem zu adressieren. Diese sind jedoch unzureichend gelöst oder überschneiden sich nur geringfügig mit der Problemstellung dieser Thesis. Nach erfolgter Anforderungsanalyse wurden die Anforderungen gesammelt und analysiert, so dass bedarfsgerechte Lösungen erarbeitet werden konnten. Für die E-Learning Plattform wurde sich für Elemente des prototypisch entwickelten Konzepts des ’Interactive Training Remote Education Experience (IT- REX)’ entschieden, da diese bereits wertvolle Gamification Aspekte umfasst und somit eine gute Grundlage bildet. Da IT-REX jedoch lediglich für die ersten Semester Informatik und Softwaretechnik konzipiert wurde, musste die Plattform für die Verwendung in anderen Studiengängen angepasst werden. Um die Ansätze des Konzeptes zu evaluieren, wurde eine Fallstudie durchgeführt, in denen Dozenten und Experten verschiedener Bereiche der Low-Fidelity Prototyp des Konzeptes vorgestellt wurde. Anschließend wurde mit Hilfe eines bereitgestellten Fragebogens das Konzept und die Umsetzung bewertet und evaluiert. Das Ergebnis dieser Thesis ist das ausgearbeitete Konzept der E-Learning Plattform mit dem dazugehörigen Prototypen. Dabei brachten Rückmeldungen und Meinungen von Dozenten und Experten zahlreiche Vorschläge für Überarbeitungen und Optimierungen des Konzepts. Die Evaluierung trug zur Untersuchung bei, wie die Nutzbarkeit für Dozenten bei der Strukturierung und Gestaltung ihrer Kurse verbessert werden konnte. Abschließend wurden zukünftige Weiterentwicklungen und mögliche weiterführende Untersuchungen des Konzeptes beschrieben.