Im Duell: Vorlesung vs. «Flipped Classroom» (die erste Runde)

flipped classSeit mehreren Jahren wird «Flipped Classroom» als didaktische Methode mit hohem Lerngewinn angepriesen. Im «Flipped Classroom» sind die Studierenden angehalten, sich die Inhalte vor der Veranstaltung selbst anzueignen. In der Präsenzveranstaltung werden dann hauptsächlich nur noch Aktivitäten in Kleingruppen durchgeführt, welche als Ziel haben, die zuvor gelernten Inhalte anzuwenden und zu verfestigen.

Am Departement Physik hatten wir die Gelegenheit, während eines Semesters eine Physikeinführungsveranstaltung (für Nichtphysiker) parallel als Vorlesung und als «Flipped Classroom» durchzuführen. Prof. Gerald Feldman ist ein Pionier und ausgewiesener Experte im Unterrichten von «Flipped Classroom», in der Physik auch als SCALE-UP bekannt. Während seiner Gastprofessur am Departement Physik bot Jerry Feldman 52 Studierenden einen vorbildlichen «Flipped Classroom» an. Die restlichen 318 Studierenden besuchten die normale Vorlesung. Wir haben beide Gruppen eng begleitet und im Verlauf des Semesters Daten zu ihrem Lernverhalten und zu ihren Leistungen gesammelt.

In dieser ersten Runde vergleichen wir den unmittelbaren Leistungszuwachs beider Gruppen während der Unterrichtperiode. In einer zweiten Runde wird das Lernverhalten gegenüberstellt und eine Abschlussrunde soll Auskunft über die Langzeitleistung ergeben. Zum Schluss wird das gesamte Duell dann kritisch analysiert.

Nun aber zu den Ergebnissen der ersten Runde. Gemessen wurde die Leistung anhand von drei Messreihen, einem Pretest, einem Posttest und einer Zwischenprüfung.

FCI

Lernzugewinn zwischen Pretest und Posttest

Zu Beginn der Veranstaltung, im Februar, absolvierten Studierende aus beiden Gruppen einen standardisierten Test zum konzeptionellen Verständnis von Kräften in der Mechanik (FCI). Der gleiche Test wurde ihnen dann am Ende des Semesters im Mai nochmals angeboten. Mit dem Vergleich der Ergebnisse aus Pretest und Posttest lässt sich der Lernzugewinn für die Vorlesungsgruppe und die «Flipped Classroom» Gruppe messen und gegenüberstellen. Studierende des «Flipped Classroom» wiesen dabei einen höheren Lernzugewinn auf als die Studierenden in der Vorlesung. Der Unterschied liegt im Grössenbereich von etwa 11%.

Die Zwischenprüfung erfolgte in der 10. Semesterwoche und bestand aus 3 konzeptuellen Verständnisfragen sowie 3 numerischen Problemfragen. Auch hier konnten wir die Ergebnisse beider Gruppen vergleichen.

Im Gesamtergebnis der Zwischenprüfung schnitt die «Flipped Classroom» Gruppe um etwa 7% besser ab als die Vorlesungsgruppe. Bei den Konzeptfragen liegt der Zugewinn bei etwa 11%, was mit dem Ergebnis aus Pre- und Posttest übereinstimmt. Bei den numerischen Fragen konnte kein signifikanter Unterschied ermittelt werden, beide Gruppen erbrachten hier vergleichbare Leistungen.

MID

Leistungszugewinn der «Flipped Classroom» Gruppe gegenüber der Vorlesungsgruppe in der Zwischenprüfung 

Zusammenfassend schnitt die «Flipped Classroom» Gruppe beim konzeptuellen Verständnis besser ab als die Vorlesungsgruppe. Beim numerischen Problemlösen liegen beide Gruppen gleichauf.  Damit verbucht «Flipped Classroom» in der ersten Runde einen knappen Sieg. Hintergründe und Details zur Untersuchung sind >hier< zu finden.

In den kommenden Monaten werden wir die Daten zum Lernverhalten in beiden Gruppen untersuchen und diese dann als zweite Runde hier vorstellen. Das Duell bleibt daher noch spannend!

Our First Virtual Laboratory: A success story!

Imagine a computer game where you click to get through. This is similar but better. The students follow instructions, manipulate samples, use machines, gather information and answer questions along the way to check their progress and understanding. A theory section with all relevant background material is available at all times. The setting looks very much like a real lab, and chemical reactions are shown in 2D or 3D videos. Finally, there is a mission (here: help a sports physician repair athletes’ damaged articular cartilage) that makes the virtual lab’s path and goal clear.

In 2015 we, Prof. Dr. M. Zenobi-Wong and her team, started developing the “Tissue Engineering Lab” (TEL) with Labster. The process was easy and rewarding. Since Fall 2016, after two pilot runs, the lab has been used by students every semester.

Here is the students’ evaluation from this spring (2017). Approximately 60% of the 60 participants filled out the survey at the end of the lab. Most of the students worked in pairs. (Source: Labster)

TEL-Evaluation

We are very happy about the results as the lab motivated students and they felt that they gained relevant knowledge.

Some screenshots, the learning goals and the techniques used can be found on the lab’s main page at Labster. And here is a short (and fast) screencast of the first hydrogel experiment.

What are the reasons for using virtual labs?

  1. lectures that haven’t got any physical lab time but would profit from lab work (exercise-/extra-material)
  2. experiments that have to be done by vast amounts of students
  3. experiments that are too dangerous to be performed by students
  4. experiments that are too costly to perform with students
  5. additional practice material
  6. not enough ressources (i.e. scarcity of lab spaces)

For this lab, it was the first reason, and now students can get lab work done in a one-hour exercise slot in the lecture hall. This is amazing!

We are happy to announce that the second virtual lab @ETH Zurich is on its way. In the physical setting, this lab can only be performed by an assistant. To offer the opportunity to students to try it out themselves, Prof. Dr. L. Nyström with Dr. M. Erzinger will develop the “Kjeldahl Lab” starting this summer.

eSkript & hypothes.is – New usage data

…and how to get students to collaborate using annotations!

Since fall semester 2015/16 hypothes.is annotation offers the possibility of public, private and goup-private (introduced later) web annotations to the users of eSkript, our platform for Interactive Lecture material.

This is a follow up to last year’s blog post “eSkript & hypothes.is – Web annotation for our students“. There you can read some info on web annotation and the story on how I started to get interested in these usage numbers.

Web annotation is moving fast, not only at hypothes.is, who has added groups to their functionality and a wonderful dashboard, only to mention two of the many new features, but also, in February 2017, web annotation has become a W3C standard, a web standard! Wow!

So what about that new usage data at ETH Zürich?
(Sept 2015 – March 2016 – March 2017)

since 2015 2016-2017  2015-2016
Days: 279 149  130
URLs: 308 171  137
Users: 145 73  72
Groups: 17 11  6
Annotations: 4505 2517  1988

Compared to the first year, every data point has increased. Since 2015, annotations have been made on 279 separate days on 308 eSkript URLs. (Bewegungs- und Sportbiomechanik has 35 URLs.) 145 users were active and 17 groups have been created. (Roughly 1’000 students have been exposed to lecture material on eSkript so far.) 4505 annotations have been made!

Of these 4505 annotations:

342 7.60% are public.
318 7.00% are in groups.
3845 85.40% are private.

Group annotations have gained momentum and now reach seven percent of all annotations from almost none. There are fewer public annotations (used to be 10%).

Of these 4505 annotations:

3696 82.05% are highlights.
807 17.90% are text annotations.
2 00.05% are page annotations without text.

Of these 807 text annotations:

643 79.70% are original annotations.
108 13.40% are replies.
52 06.40% are page annotations.
4 00.50% are PDF annotations.

The good news here are the 13% of ‘replies’. This is where collaboration begins.

Over time it looks like this:

Replies (in yellow) were mostly given in August, July and in January, just before the exams, by assistants, I guess.

Before coming back to this, let’s now look at the count of annotations per lecture and exercise material:

LECTURE SEMESTER NO.
Fall 2015/16
Bewegungs- und Sportbiomechanik Fall 2015/16 812
Bewegungs- und Sportbiomechanik – Übungen Fall 2015/16 36
Solid State Physics and Chemistry of Materials I Fall 2015/16 528
Physik 3 Fall 2015/16 265
Spring 2016
Biomechanik 2 Spring 2016 577
Solid State Physics and Chemistry of Materials II Spring 2016 510
Solid State Physics and Chemistry of Materials Ex Spring 2016 65
Fall 2016/17
Bewegungs- und Sportbiomechanik Fall 2016/17 1108
Bewegungs- und Sportbiomechanik – Übungen Fall 2016/17 145
Bewegungs- und Sportbiomechanik – Stacoff Fall 2016/17 40
Spring 2017
Biomechanik 2 Spring 2017 45
Philosophische […] Physik Spring 2017 84

Spring semester 2017 has barely begun, and unfortunately the lectures Solid State Physics and Chemistry of Materials I & II are not held this academic year. Philosophische Betrachtungen zur Physik II with 84 annotations (on just one URL) has also just started mid February 2017 and is doing very well, especially because only 43 students are registered in this course.

Of the 84 annotations, 11 are highlights and 73 are text annotations. Of these 73 text annotations:

43 58.90% are original annotations.
29 39.75% are replies.
1 01.35% are page annotations.

Do you want to know the secret of how to get almost 40% of collaborative annotations? Use a scenario! Have a look at the eSkript scenarios, especially the one on ‘Working with Texts‘.

PD Dr. Norman Sieroka, who pushed the use of hypothes.is and worked on the scenario for the lecture Philosophische Betrachtungen zur Physik II, gave us feedback after their planned use on one of Plato’s text:

Unsere Studierenden haben im Semesterfeedback sehr positiv auf die Verwendung von Eskript [und hypothes.is] reagiert/geantwortet — sowohl als “Disziplinierung” für sich selbst beim Lesen als auch (und vor allem) als Hilfsmittel, um eine Diskussion von Texten vorzubereiten und Themen zu spezifizieren. Und auch wir [die Dozierenden und Assistierenden] sind von der Qualität und Art der Kommentare positiv überrascht.

Translation (Eng): Our students have responded / reacted very positively to the use of eskript [and hypothes.is] in the semesterfeedback – both as a “discipline” for themselves in reading as well as (and above all) as an aid to prepare a discussion of texts and specify topics. And we [the lecturers and assistants] are also positively surprised by the quality and nature of the comments.

 

Next year, Dr. N. Sieroka and the lecture’s staff want to expand the use of hypothes.is annotation on other texts.

I want to thank everybody involved and especially congratulate the students who made quite an impression and showed how highly skilled they are! Bravo.

 

PELE: Informatik-Einführung nach allen Regeln der (didaktischen) Kunst

Tutorials für Informatikanwendungen sind wohl so alt wie die Informatikwelt selbst: Learning by doing bietet sich an, wenn es zum Beispiel um das Erlernen von Datenvisualisierung, Datenverwaltung oder Programmierung in Python oder Matlab geht. Prof. Hans Hinterberger hat das vor mehr als 15 Jahren erkannt und das Projekt E-Tutorials ins Leben gerufen. Aus seiner Initiative von damals ist ein eindrucksvoll ausgereiftes Produkt entstanden, welches an der ETH in den Bereichen selbstgesteuertes Lernen und kompetenzorientiertes Prüfen seit Beginn neue Massstäbe gesetzt hat. In den 4 Schritten zu aktivem Wissen, SEE-TRY-DO-EXPLAIN erwerben die Studierenden aus fünf Departementen (BIOL, CHAB, HEST, USYS, ERDW) in Modulform die theoretischen Grundlagen (Phase SEE; online oder in der Vorlesung), wenden diese dann an Beispielen unter aktiver Bedienung eines Informatikmittels an (Phase TRY), setzen die Konzepte in einer Projektaufgabe mit wissenschaftlichem Kontext um (Phase DO) und präsentieren die Lösung Face-to-face in einem Abgabegespräch mit einer Fachperson (Phase EXPLAIN). Fünf solcher Gespräche müssen zusätzlich zur Schlussprüfung als Bestandteil der Semesterleistung absolviert werden.

Lukas Fässler und Markus Dahinden, langjährige Mitarbeiter des inzwischen emeritierten Prof. Hinterberger und heutige Dozierende der beiden Informatik-Vorlesungen, bauen das Angebot an Tutorials laufend aus und entwickeln es kontinuierlich weiter unter Einbezug der sich verändernden Technologien. Dabei haben sie – zuletzt zusammen mit David Sichau – mit dem Personal Learning Environment (PELE) einen weiteren Innovationsschritt vollzogen, der letztlich das Lernarrangement durch den Einbezug von Learning Analytics für Studierende, Assistierende und Dozierende revolutionieren wird: Während sich die Studierenden selbständig in die Grundlagen einarbeiten (TRY), erzeugen sie auf der Online-Plattform Interaktionsdaten (=Zeit, mit der die Lernenden mit den Materialien arbeiten).

Abb 1. Durchschnittliche Bearbeitungsdauer für Teilaufgaben in eTutorials Die durchschnittliche Bearbeitungsdauer (in Minuten) für eine ausgewähltes Modul, für insgesamt 300 Studierende der LV "Einsatz von Informatikmitteln". Bei mehreren Teilschritten (z.B. 11, 13) weicht die Bearbeitungsdauer für einen Teil der Studierenden stark vom Mittelwert ab, was auf Schwierigkeiten bei der Bearbeitung hinweisen kann. (Quelle: Sichau und Fässler, pers. comm)

Abb 1. Durchschnittliche Bearbeitungsdauer für Teilaufgaben in eTutorials
Die durchschnittliche Bearbeitungsdauer (in Minuten) für eine ausgewähltes Modul, für insgesamt 300 Studierende der LV “Einsatz von Informatikmitteln”. Bei mehreren Teilschritten (z.B. 11, 13) weicht die Bearbeitungsdauer für einen Teil der Studierenden stark vom Mittelwert ab, was auf Schwierigkeiten bei der Bearbeitung hinweisen kann. (Quelle: Sichau und Fässler, pers. comm)

Diese können von den Dozierenden analysiert werden, um besonders schwierige Elemente in den Tutorials zu identifizieren (Abb.1). Verbesserungen der Module werden so “evidence-based” und kontinuierlich vorgenommen.

Die Daten zeigen auch, wann die Studierenden die Selbstlerneinheiten bearbeiten und welche Rolle die einzelnen Tutorials bei der Vorbereitung auf die Schlussprüfung noch spielen. (Abb. 2)

Abb 2: Interaktion von Studierenden im Online Tutorial Die Abbildung zeigt die Clickdaten, welche 338 Studierende der LV "Einsatz von Informatikmitteln" im HS15 erzeugt haben, oben Modul 2, unten Modul 3. Eine Interaktion wird dabei gewertet als die Anzahl Clicks in der Lernumgebung mit einem Abstand von mehr als 10 Sekunden, die Anzahl der Interaktionen an einem Tag ist mit dem Farbcode gemäss Legende am rechten Rand dargestellt. Die Fenster für die Präsentation der Modulprojekte waren jeweils 2 Wochen geöffnet (schwarz markiert am oberen Rand der jeweiligen Modulgrafik). Die Schlussprüfung fand nach dem Modul 6 statt. Die Studierenden begannen jeweils eine halbe Woche vor Beginn der Präsentationsperiode mit der Bearbeitung der Tutorials. Nach der Projektarbeit wurde das Material nicht mehr gesichtet bis zur Beginn der Prüfungsvorbereitung eineinhalb Wochen vor dem Prüfungstermin. (Quelle: Sichau und Fässler, pers. comm)

Abb 2: Interaktion von Studierenden im Online Tutorial
Die Abbildung zeigt die Interaktionsdaten, welche 338 Studierende der LV “Einsatz von Informatikmitteln” im HS15 erzeugt haben, oben Modul 2, unten Modul 3. Eine Interaktion wird dabei gewertet als die Anzahl Clicks in der Lernumgebung mit einem Abstand von mehr als 10 Sekunden, die Anzahl der Interaktionen an einem Tag ist mit dem Farbcode gemäss Legende am rechten Rand dargestellt. Die Fenster für die Präsentation der Modulprojekte waren jeweils 2 Wochen geöffnet (schwarz markiert am oberen Rand der jeweiligen Modulgrafik). Die Schlussprüfung fand nach dem Modul 6 statt.
Die Studierenden begannen jeweils eine halbe Woche vor Beginn der Präsentationsperiode mit der Bearbeitung der Tutorials. Nach der Projektarbeit wurde das Material nicht mehr gesichtet bis zur Beginn der Prüfungsvorbereitung eineinhalb Wochen vor dem Prüfungstermin. (Quelle: Sichau und Fässler, pers. comm)

Die Interaktionsdaten sind pseudonymisiert: die Personeninformation wird separat von den restlichen Daten gehalten und ist nur über einen gesicherten Zwischenschritt einsehbar. So ist es im Gegensatz zu voll anonymisierten Daten möglich, weitere studierendenspezifische Daten (wie z.B. Prüfungsresultate) zu verknüpfen, ohne dass die Identität offengelegt wird. Das erklärte Ziel von Fässler und Sichau ist die Detektion von Aktivitätsmustern in der TRY-Phase, welche zuverlässige Voraussagen der Prüfungsleistung erlauben. (s. auch Dahinden&Fässler, 2011). Bestehens-Prognosen für einzelne Studierende sind aber kein Thema – bei einer Kohortengrösse von 400 Studierenden pro Kurs gibt es schliesslich auch bei hoher Signifikanz eines Modells immer individuelle Studierende, die trotz schlechten Prognosen gut abschliessen können und umgekehrt. Darum möchten die Verantwortlichen keine falschen (Un-)Sicherheiten erzeugen. Die Studierenden sollen aber in naher Zukunft auf einem Dashboard jederzeit sehen können, wie sie bezüglich Lernfortschritt und dafür aufgewendeter Zeit in Bezug auf die ganze Kohorte stehen.

Während der DO-Phase hinterlassen die Studierenden digitale Spuren, wenn sie ausserhalb der regulären Präsenzeiten das Ticket-System von PELE benutzen, um innerhalb von 24 Stunden (Wochenende inklusive) Support zu erhalten. Über PELE wird auch die EXPLAIN-Phase eines jeden Moduls eingeleitet: Die Studierenden reservieren sich alleine oder zu zweit einen 15-Minuten Termin für die Projektpräsentation. Die betreuende studentische Fachperson (PhD-Studierende aus dem D-INFK, aber auch etwa zur Hälfte Hilfsassistierende aus den Naturwissenschaften) wird ihnen dafür zufällig nach Verfügbarkeit zugeteilt.

eth-2015-etutorial-10

Im HS15 hatte ich Gelegenheit, zwei solche Beratungsgespräche anlässlich eines Besuchs live mitzuerleben: Das Gespräch findet wie die Beratungen auch während der Präsenzzeit in einem Computerraum statt. Via PELE-Website sieht die Fachperson den Namen der nächsten Studentin und ruft den Namen pünktlich in den Raum. Bei meinem Besuch ist es einmal ein einzelner Student, einmal zwei Studentinnen zusammen aus dem D-BIOL, welche ihr Ergebnis zum MATLAB-Projekt . Die Assistentin startet das Gespräch jeweils mit der gleichen Frage (“Stellt kurz vor, wie ihr es gemacht habt”), danach verlaufen die Unterhaltungen inhaltlich völlig unterschiedlich – einmal geht es um Programmiertechnisches (Indizes einer Schleife), einmal um die Umsetzung des physikalischen Modells, welches der Aufgabe zugrunde liegt. Im einen Gespräch bringt die Assistentin den Studierenden mit wenigen Fragen dazu, sein Missverständnis exakt zu beschreiben, die entsprechenden Codezeilen zu eruieren und die Lösung gleich zu implementieren. Das andere Gespräch führt zu einer Skizze mit dem physikalischen Modell der Diffusion und hat im Code nur minimale Auswirkungen – ein Parameter muss verändert werden. Zum Schluss reflektieren die Studierenden ihr Vorgehen zusammen mit der Assistentin und beschliessen Massnahmen für nächste Projekte (“Schleifen konsequent testen” der eine, “vollständigere Designphasen” die anderen) und besprechen welche Wissenslücken die Studentin für die Prüfung allenfalls noch aufweist. Die Assistentin schliesst das Gespräch mit einer individuellen Rückmeldung ab und bittet die Studierenden, das vergangene Gespräch auf der Plattform mit Sternen zu bewerten: Zwei, einen oder keinen für “Wie hilfreich war das Gespräch”.  Die Studierenden bekommen ihrerseits von der Assistentin jeweils Sterne für “Verständnis des Themas”.

Für Studierende und Assistierende ist das ein grober Anhaltspunkt dafür, wie das Gespräch von beiden Seiten empfunden wurde. Die Nachbearbeitung liegt in der Verantwortung der Studierenden, womit auch die “Project Ownership” bei ihnen liegt. Für die Dozierenden ergeben sich aus der Kombination mit Click-Daten Hinweise darauf, inwiefern sich die Aktivität in der Selbstlern (TRY) Phase auf die Leistung im Projekt auswirkt. Falls sich beispielsweise eine unterdurchschnittliche Verweildauer bei einem gewissen Lernschritt tendenziell negativ auf den Projekterfolg auswirkt, könnte darauf in Zukunft bereits im Modul oder den Coaching-Gesprächen vermehrt eingegangen werden. Dazu müssten die Studierenden natürlich erst die entsprechenden Daten freigeben. Im Hinblick auf den Prüfungserfolg erweisen sich die Bewertungsdaten der formativen Assessments übrigens bisher als die zuverlässigsten Daten für eine Prognose.

Wie die Tutorials sind auch individuelle Coaching-Gespräche nichts Neues. Das Bahnbrechende an diesem Modell wird erst sichtbar beim Blick auf die Zahlen: In HS16 absolvierten 804 Studierende 4019 solcher Coaching-Gespräche mit insgesamt 40 Assistierenden. Für die Studierenden bedeutet das 90 Minuten intensive individuelle Betreuung – weit mehr, als in einem Semester konventionell betreuter Übungen mit Gruppengrössen von 20 Studierenden zustande kommen kann. Konsequenterweise wird diese Form des formativen Assessments von den Studierenden sehr geschätzt und auch in den Evaluationskommentaren immer wieder erwähnt: Die Studierenden schätzen auch die regelmässige Verteilung der Belastung über das ganze Semester und die regelmässige Standortbestimmung in den Gesprächen.

Abb 3: Bewertungsübersicht in PELE Die Abbildung zeigt in der Dozierendensicht von PELE die Anteile der Bewertungen 2(grün), 1(blau) und 0(rot) von und für 4 Assistierende (Zeilen). Die Person in Zeile 2 vergibt tiefe Bewertungen an Studierende und erhält relativ schlechte Bewertungen von Studierenden, was ein Hinweis auf ein Problem sein könnte. Die Person in Zeile 1 hingegen erhält trotz häufiger schlechter Bewertungen für Studierende überdurchschnittlich hohe Bewertungen von Studierenden, was für gute Qualität der Coachings spricht. (Quelle: Fässler, pers. comm)

Abb 3: Bewertungsübersicht in PELE
Die Abbildung zeigt in der Dozierendensicht von PELE die Anteile der Bewertungen 2(grün), 1(blau) und 0(rot) von und für 4 Assistierende (Zeilen). Die Person in Zeile 2 vergibt tiefe Bewertungen an Studierende und erhält relativ schlechte Bewertungen von Studierenden, was ein Hinweis auf ein Problem sein könnte. Die Person in Zeile 1 hingegen erhält trotz häufiger schlechter Bewertungen für Studierende überdurchschnittlich hohe Bewertungen von Studierenden, was für gute Qualität der Coachings spricht. (Quelle: Fässler, pers. comm)

Noch eindrucksvoller ist allerdings eine andere Zahl: Die Assistierenden absolvieren innerhalb eines Semesters gut 100 individuelle Coaching Gespräche von 15 Minuten Dauer und werden dadurch innert kürzester Zeit zu Experten in dieser Form von Kommunikation: Sie können sich immer besser in die Studierenden hinein versetzen und bringen diese mit gezielten Fragen dazu, möglichst selbständig ihre Projekte kritisch zu hinterfragen, unklare Punkte zu thematisieren und ihre eigene Arbeit selbstbewusst zu präsentieren. Kommentar einer Assisitierenden: “Ich habe gelernt ein Gespräch zu führen und Tipps zu geben, die helfen können etwas zu lösen, ohne gleich die Lösung zu verraten.” Die Assistierenden finden, dass Unterricht mit PELE mehr Feedback erlaubt und auch effizienter ist als klassischer Übungsbetrieb, weil sie sich auf das Wesentliche konzentrieren können und wenig organisatorischen Aufwand betreiben müssen. Manche Assistierende vermissen aber die Konstanz einer über das Semester begleiteten Studierendengruppe.

Den Dozierenden ist es sehr wichtig, dass die Qualität der Feedbacks möglichst hoch ist. Da Fässler und Dahinden nach der einführenden Assistierenden-Schulung nur in beschränktem Mass den Gesprächen beiwohnen können, findet die Qualitätskontrolle auch über die Rückmeldungen der Studierenden statt. Durch die Aggregation der Daten von erteilten und erhaltenen Feedbacks fallen Assistierende mit konstant unterdurchschnittlichen Leistungen schon früh im Semester auf und können entsprechend unterstützt werden. (Abb 3).

Fazit: Trotz ihres “Alters” gehören die E.Tutorials mit PELE zu den innovativsten Lehrangeboten in der ETH Grundbildung:

  • Time-on-task für die Studierenden ist maximiert, sämtliche Kontakte mit Assistierenden sind individuell.
  • Das Coaching-Modell eignet sich für eine Reihe von Lehrveranstaltungen, in denen Studierende selbständig mehrere Kleinprojekte/umfangreichere Übungen bearbeiten und Feedback dazu erhalten. Der personelle Aufwand ist im Vergleich mit konventionellen Formen (mit korrigierte Übungen) geringer.
  • Das Online-Reservations- und Feedback-System von PELE ermöglicht eine schlanke, flexible und ortsunabhängige Organisation der Coaching-Gespräche. So kann mit einer grossen Anzahl von Assistierenden gearbeitet werden, während die Qualität der Coachings in Echtzeit verfügbar ist.
  • Die Kompetenzen, welche sich die Assistierenden auf diese Weise aneignen, sind für ihre weitere persönliche und berufliche Entwicklung ein eigentlicher Schatz, wie er wohl in keiner anderen Lehrveranstaltung an der ETH zu finden ist.

In der Unterrichtsevaluation vom HS15 lautete ein studentischer Kommentar: “Von dieser durchdachten und gut funktionierenden Lehrform sollte der Lehrspezialist des D-USYS hören.
Auf jeden Fall! Und nicht nur er, sondern die ganze ETH!!

Über die Lehre reden

teacher tea timeUnterrichten ist eine hochkomplexe und äusserst anspruchsvolle Tätigkeit. Lee Shulman (2004, S. 258) hat die Komplexität des Lehrens mit den Anforderungen einer ärztlichen Notaufnahme verglichen. Trotz dieser grossen Herausforderung ist der Austausch von Erfahrungen und Gedanken, die mit dem eigenen Unterrichten zusammenhängen, unter den Lehrenden eher gering. Häufig wird das Lehren als privates und isoliertes Handeln aufgefasst. Der kollegiale Erfahrungsaustausch hingegen kann die Wahrnehmung und auch die Entwicklung des eigenen Unterrichts unterstützen.

Um diesen kollegialen Austausch zu fördern, werden am Departement Physik vom Lehrspezialisten und dem Studienkoordinator regelmässige Treffen zwischen den Professoren organisiert. Diese Teacher Tea Time finden 1-2 Mal im Semester statt und befassen sich jeweils mit einem Thema, das von den Professoren selbst vorgeschlagen wird. Beispiele bisheriger Themen waren z.B.:

  • “How can we influence students’ learning behavior?”
  • “Exploring and exploiting free space in our curricula”
  • “Exams at D-PHYS”

Die recht informell gehaltenen Zusammenkunft beginnt mit einem kurzen mündlichen Statement aus der Runde der Teilnehmenden und geht anschliessend in die Gesprächs-  bzw. Diskussionsrunde über. Eine Moderation findet nicht statt. Aus den durchwegs positiven Rückmeldungen der Teilnehmenden scheint das Format gut angenommen zu werden. Im Schnitt beteiligt sich etwa ein Viertel der Professoren des D-PHYS in wechselnder Zusammenstellung an den Treffen.

Auch an anderen Departementen haben Lehrspezialisten entsprechende Treffen initiiert. So finden z.B. am D-ERDW regelmässige Meetings von allen Lehrbeteiligten statt. Am D-MTEC wurde kürzlich das Teaching Innovations Lab mit ähnlicher Zielsetzung eröffnet. Daneben organisiert das D-MATH regelmässige Lunch Meetings, an denen, neben Dozierenden, auch Studierende eingelanden sind.

Ob nun im engen Professorenkreis, oder zusammen mit Assistierenden und Studierenden, in den einzelnen Departementen wird der Erfahrungsaustausch über das Lehren verstärkt kultiviert.

An Outstanding Lab Course

Practical Methods in Tissue Engineering (376-1622-00L)

Tissue engineering is the use of a combination of cells, engineering and materials methods, and suitable biochemical and physicochemical factors to improve or replace biological tissues (i.e., bone, cartilage, blood vessels, bladder, skin, muscle, etc.).

At the Institute of Biomechancis at D-HEST, each semester 12 students immerse themselves hands-on into tissue engineering. They learn to use state of the art methods for scaffold production and cell analysis. Dr. Karin Wuertz-Kozak, supported by Prof. Dr. Marcy Zenobi-Wong, teach the laboratory course for 4h per week. Students can earn 5 ECTS, but the didactics allow them to learn much more.

The lecturer’s design of the course’s learning outcomes accentuated four goals:

  1. Students are enabled to recognize and compare various 2D and 3D culture systems and choose the most appropriate system for future tissue engineering experiments
  2. In the tissue engineering lab, students apply professional standards to work safely and in sterile conditions in a tissue engineering lab
  3. Students can apply methods of gene and protein expression analysis, viability detection and mechanical testing to determine the cellular responses and properties of tissue engineered constructs.
  4. Finally, students learn and practice how to acquire, critically assess, and evaluate results.

To realize these aims, the lecturers guide the students through experiments in the lab, encourage them to use protocols to independently solve the complex analytical challenges, and even take students on field trips to contextualize their knowledge about tissue engineering with ETH’s academic and industry partners.

TE-IntheLab

Key aspects of the course

  • Students perform experiments with state of the art techniques (such as electrospinning, 3D bioprinting and qPCR) that inspire creativity
  • Students work on interdisciplinary projects and practice cooperative learning with fellow students that have a different educational background
  • Students apply critical thinking by evaluating and discussing their results in the learning controls, by comparing their results to findings in the scientific literature, by explaining differences and by identifying errors/limitations
  • Students receive preparation for future (= their master thesis) in all learning controls, but specifically by having to write a project proposal that includes: state of the art, research aims, experimental plan, timetable, budget and relevance (learning control of the lab on electrospinning)
  • Students gain extensive hands-on experience that with applicability to current research (small group size, experiments related to ongoing research)
  • Students are given the possibility to visit selected laboratories and gain better insights into ongoing research activities
  • Students obtain innovative, practical and sustainable safety training by visiting the ETH Safety Parcours and by watching custom-made true/false videos on sterile working environments
  • Use of multimedia teaching (all documents are provided electronically on Moodle, including custom-made videos, advance organizer, online entry tests)
  • The course has received excellent student evaluations and has thus far been overbooked each semester offered

Advance Organizer of the course:

TE-Adv-Organizer

If you want access to the moodle course, please contact Dr. Karin Wuertz-Kozak.

Evaluation

In the course evaluations, students were extremely positive as can be seen in the picture below. (Overall satisfaction: 4.9 out of 5)

TE-Lab-Course-Satisfaction

Outstanding work!

(Text by Dr. Erik Jentges, Dr. Karin Wuertz-Kozak and Sarah Frederickx.)

Teaching Innovations on Corporate Sustainability

Last year I helped with the redesign of the lecture Corporate Sustainability at D-MTEC. Several teaching innovations were implemented and I would like to share a few of our experiences. Prof. Volker Hoffmann and his team of the Chair of Sustainability and Technology implemented a skills-based approach and emphasized the development of critical thinking. The course unit explored current challenges of corporate sustainability in the business world. Climate change, innovations on renewable energy technologies, and new sustainable business strategies are topics that are related to corporate sustainability and controversially debated. Just think of Volkswagen’s emissions scandal and the consequences it had for the company’s management and you have a pretty good idea about the general theme of the course and its relevance.

The lecture’s three learning objectives were:

  1. Students understand the key concepts of corporate sustainability and form learned opinions about them;
  2. Students develop a critical thinking disposition on corporate sustainability issues;
  3. Students gain confidence to speak up for corporate sustainability in a professional setting.

The lecture aimed at enabling students to become champions for sustainable business practices in their professional careers.

 

A new course structure with flipped classrooms

The course originally had a classic lecture setting of teaching with PPTs from the front stage with PPTs. The redesign was a complete overhaul and implemented a new structure. The course now has two phases. First a lecture phase, in which key concepts are presented and students can work on e-modules to develop their critical thinking skills, and then a track phase in which flipped classrooms are used to develop group work projects (see figure below for the course structure).

course structure

Figure 1 – Course structure

 

During last year’s lecture phase, Prof. Volker Hoffmann gave an introduction to corporate sustainability through a series of lectures. These inputs addressed one theme each and built a foundation for the group work. In addition, each lecture was supported by an e-module that allowed students to apply the concepts, improve their analytical skills, formulate a purposefully structured and reasoned argument, and conduct anonymous peer reviews to analyze arguments of two fellow students. The e-modules trained students to find creative and innovative solutions and communicate their thoughts clearly through writing a logically structured arguments in six sentences. The new 6SA method was specifically designed for the course.

In the track phase, students participated in one of four tracks that specialized on the lecture’s sessions on assessment, strategy, innovation and technology, and finance. Each track had up to 40 students and was coached by two to three Postdoc and PhD researchers. The teams of four to five students focused on one of the four topics water, energy, mobility, and food (WEMF). All assignments for the teams were designed in such a way that they built up towards the final product and warranted a feasible and fair work load across the tracks. The final products of the group work were presented in a puzzle session at the end of the semester. All students from the four tracks that had worked on the same topic came together to present their projects and thereby assemble four different perspectives on each topic. A final conclusion and reflection session with a guest speaker concluded the course.

course impressions

Image 1 – Impressions from the course

 

In the fall semester 2015/16, the lecture had about 160 students from more than a dozen disciplines, ranging from management and economics to engineering and environmental sciences. The diversity of the student body (BA, MA, MAS, and exchange students) was seized as a learning opportunity by ensuring that during the track phase each team represented different study backgrounds. The course’s progress was monitored by a weekly online feedback survey with 10% of the students during the lecture phase and a semester-end evaluation after the track phase.

 

Overview on Teaching Innovations

The lecture Corporate Sustainability supported the ETH Critical Thinking initiative by implementing several teaching innovations in its new design. The approach focused on the development of students’ critical thinking abilities and the hands-on application of theoretical concepts and analytical tools. The lecture integrated a new course structure and successfully implemented online learning modules with peer review during the lecture phase, group work in flipped classroom sessions during the newly devised track phase, and an innovative group puzzle session to ensure learning across tracks.

The lecture introduced new learning processes and new methods that had been specifically designed to realize the course’s learning objectives on developing critical thinking skills.

In the lecture phase, the learning process was based on the combination from lecture inputs with the critical thinking elements in the e-modules. The key innovation was the 6SA method that Dr. Julian Kölbel and I developed (see also my input at the Refresh Teaching lecture series). 6SA stands for 6 sentence argument and allows students to structure their thinking in a writing exercise. The method channels interactions amongst students through a writing and anonymous peer review process and gives them a secure space to test their arguments and their critical thinking skills.

In a 6SA text, each sentence a specific function for the logic and coherence of the overall argument. The elements are adapted from classical dialectics and critical reasoning in philosophy: #1 introduction, #2 position, #3 supportive reasoning, #4 challenge, #5 rebuttal, #6 conclusion. For the writing and the peer review, seven criteria help students to formulate their argument in consistent structure. The exercise trains students to clarify their position in a short and concise form of 120 words (max. 20 words per sentence) and communicate it in a way that can convince a critical reader.

The learning process in the 6SA method builds on five distinct phases:

6sa phases

Figure 2 – The five phases of the 6SA method

 

The 6SA method allows students to cultivate their skill in formulating an argument with logical consistency and a high degree of critical reflection. As they become experienced in composing their own argument, they mature as critical reviewers for their peers. After being shown general class performance, creative solutions, and best-in-class examples, they then read the reviews to their own texts. In the last step, students encounter their peer’s reading experience. While students expect appreciation for their thoughts, they are also open for criticism and eager to improve. The last step increases the students’ cognitive maturity and critical thinking disposition. As an incentive to work with the e-modules, students could earn a bonus and replace 10% of their final exam score with their grades from the e-modules. The application, learning progress, and effects of the 6SA method were closely monitored throughout the semester, and our first analysis indicated positive results.

In the track phase, innovation in teaching and learning was integrated in the flipped classrooms and the group puzzle.

In the flipped classrooms, learning took place in the intensively coached sessions and within the teams for the group work. Students were allocated to teams that were formed according to their preferences for a track and a topic (thanks to Urs Braendle LSP/D-USYS for the help!). Each team represented diversity with regard to study backgrounds, gender, age, language competences and cultural backgrounds. Increased diversity created opportunities for interdisciplinary, intercultural, and intergenerational learning processes. A ‘meet & greet’ activity was offered in the first track session to facilitate the teamwork. To create a common understanding on how students wanted to work together, they signed a team commitment that clarified that they shared responsibility for their learning success. It also formed a basis for a high degree of involvement, engagement, motivation, and fun.

The tracks culminated in a group puzzle in which the teams presented their work in different formats. In the assessment track, students prepared a debate in which they questioned and defended a firm’s sustainability performance. They refined first their analytic and then their debating skills. In the strategy track, students applied numerous concepts and tools to prepare a pitch presentation to convince a firm’s management to implement more sustainable business practices to solve specific problems. In the innovation and technology track, students analyzed different models for technology choices that are relevant for companies and presented them in a quiz format. In the finance track, sustainable investment decisions were prepared in 5 minute videos that were of immediate use for investment committees, for example of a pension fund. Each team received one-page assignments that guided students towards their final product and motivated them to be creative and learn with and from each other. The teams continuously integrated advice and feedback from the track coaches.

Lasting and positive impacts of the corporate sustainability lecture at ETH were that students, especially from management and engineering backgrounds, received training in articulating a well-refined position, a skill that is broadly applicable in academic and professional life. They experienced efficient group work and were exposed to presenting their output in different formats. In addition, close interactions in the track phase between students and coaches led to high levels of motivation. The lecture benefited the cooperative atmosphere amongst all involved researchers (professor, postdocs, PhD candidates and educational developer) and has a potential to become an important element to define and strengthen the profile of the SusTec group.

In my conclusion, the lecture on Corporate Sustainability can have a sustainable influence on teaching at ETH and beyond. With regard to training critical thinking, the 6SA method is broadly applicable in various lecture and seminar settings in higher education and makes an innovative use of online learning platforms, in particular the moodle workshop module. Each of the tracks in the flipped classroom phase can be a basis for independent course units. The modular architecture of the course allows adapting the lecture for PhD summer schools and executive classes in continuing education. The redesign of the course was supported by Innovedum (link to the project report here).

 

eSkript & hypothes.is — Web annotation for our students

For quite some time, I have been working on eSkript, our web platform for interactive lecture material. One part of the interaction is possible through web annotation of the lecture material right there on eSkript.

In fall semester 2015/16 we launched the hypothes.is annotation that offers the possibility of private web annotations. The year before (2014/15), only public annotation had been possible and the students had given us very clear feedback that if private annotation were not possible, this was not to be used! One of the lectures that started was Bewegungs- und Sportbiomechanik with its lecture material on eSkript https://eskript.ethz.ch/bsb.

Here you can see one nice public annotation including a YouTube video.

eskript-annotation-video

There were almost no annotations throughout the semester. The stream of annotations for Bewegungs- und Sportbiomechanik only included seven annotations.

eskript-bsb-hypo-stream

There weren’t many public annotations on any other eSkripts. I was worried. What could the reasons be? Especially, because the year before we had had more than a few hundreds on each eSkript. Reasons could be that eSkript and hypothes.is were not properly introduced to the students, that students were not motivated by the lecturers, that students simply disliked it. Another reason could be that the material was just perfect. The year before, all annotations of students — these indicated typos, errors, problem areas and unclear language — had all been implemented into the material. Was the material crystal clear? Already?

I do not have an answer to that question but being so worried, I wrote to hypothes.is and asked for usage data. Have our students been using private annotations? And this is what I got:

On URLs matching eskript.ethz.ch there are 200 public annotations and 1788 private annotations!

I was flabbergasted. Here is some of the data I got from hypohtes.is. Thank you guys!

Days: 130
URLs: 137
Users:  72
Groups:  6
Annotations: 1988

Since September 2015 annotations have been made on 130 separate days on 137 eSkript URLs. (Bewegungs- und Sportbiomechanik has 35 URLs.) 72 users were active and six groups exist. (Roughly 400 students have been exposed to lecture material on eSkript since fall last year.) 1988 annotations have been made!

Of these 1988 annotations:

200 10.10% are public.
10 0.50% are in groups.
1778 89.40% are private.

Of the 200 public annotations, I’m certain I have written almost 50 myself but I haven’t written 1778 private annotations. 🙂

Here is the count of annotations per lecture:

Lecture Semester No.
Bewegungs- und Sportbiomechanik Fall 2015/16 812
Bewegungs- und Sportbiomechanik – Übungen Fall 2015/16 36
Solid State Physics and Chemistry of Materials I Fall 2015/16 528
Physik 3 Fall 2015/16 265
Biomechanik 2 Spring 2016 212

In sum these are 1853 annotations by roughly 60 students. The remaining 135 annotations are on the eSkript guides (User’s Guide, Author’s Guide) and other small reports (Computer Exams, Best Practice: Interactive Lecture Material). Biomechanik 2 with 212 annotations started mid February 2016 and is still running.

Last but not least, a very peculiar thing showed itself. hypothes.is gives you the possibilities of annotating publicly and privately but also of simple highlighting (without writing any comment to the highlighted text). These highlights are always private. Of the total of 1988 annotations only three (0.2%) are highlights. Why?

Maybe hypothes.is’ highlights do not work properly. (I don’t think so!) Maybe, if the students take the time to select text and are given a field to write their thoughts of the moment, they take this opportunity. Maybe, there is just space to write something down, space we didn’t have in our physical books 20 years ago.

To be continued… 🙂

UPDATE (April 18, 2017): There is a very simple explanation: The data that I got was wrong about the highlights. I got the new data, and in that period of time of these 1988 annotations 337 were text annotations and 1651 were highlights. As anyone would expect.

Catchbox@ETHZ

eth-catchbox

Manchmal steigern minimale Mittel die Interaktivität und damit die Qualität einer grossen Vorlesung mit Hörsaal-zu-Hörsaal-Übertragung. Durch die Catchbox keine Wiederholung der Studierendenbeiträge oder ein mühsames Herumreichen des Mikrophons; stattdessen spontane, lebhafte und iterative Kommunikation.

Ermöglicht hat dies die zeitnahe Unterstützung der ETHZ-Multimedia-Services:

Im HG haben alle Sender-Hörsäle (für Hörsaal-zu-Hörsaal-Übertragung) eine eigene Catchbox: HG F1 Blau, HG F7 Gelb, ML D28 Orange, zwei weitere sind bestellt (Grün, Purple) — Besten Dank !