ASDL:Adaptivität
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Allgemeines
Adaptivität ist aus dem heutigen Zeitalter nicht mehr wegzudenken. Immer mehr Systeme scheinen geradezu für den jeweiligen Benutzer programmiert zu sein. Das Anpassungsvermögen scheint nahezu unerschöpflich und hinter all dem steckt die Technik von adaptiven Systemen.
Sei es eine Hilfe bei der Suche, eine Anpassung einer Präsentation oder nur die Präsentation von Artikeln in einem Online-Shop; Nichts wird mehr dem Zufall überlassen. Der Benutzer wird analysiert und das genutzte System passt sich noch zur Laufzeit den Gewohnheiten und Neigungen des Benutzers an.
Idee der Adaptiviät
Es wäre schier unmöglich für jeden Benutzer die Seite manuell neu zu generieren. Und eine Seite für alle Nutzer verspräche nicht den erwünschten Erfolg. Also ließ man sich etwas einfallen: Ein adaptives System, dass noch zur Laufzeit auf die Bedürfnisse und Anfragen, die Neigungen und Wünsche des Benutzers eingeht.
Der Benutzer surft z.B. auf den Seiten des Online-Shops und bekommt schon nach kurzer Zeit immer mehr Artikel präsentiert, die mit den zuvor angesteuerten Produkten in Zusammenhang stehen. Hierdurch fühlt der Benutzer sich von der Seite „unterstützt“ und sein Interesse für weitere Artikel wird gesteigert. Dieses Prinzip verspricht sowohl hohen Komfort für den Benutzer als auch hohe Umsatzerfolge für den Betreiber des Shops. Was nun genau hinter diesem „selbstmodifizierenden“ System steckt, wollen wir uns im Folgenden genauer anschauen.
Definition des Terminus "Adaptivität"
Die Definition des Begriffs "Adaptivität" erweiterte sich im Laufe der Zeit stets. Hier sehen wir die Definitionen der Neuzeit.
Definition nach Ludwig J. Issing / Paul Klimsa 1
- Ein Lehr- und Informationssystem ist dann adaptiv, wenn das System selbst in der Lage ist, den Unterstützungsbedarf der Lernenden zu diagnostizieren und das Ergebnis der Diagnose in geeignete (angepasste) Lehrtätigkeiten umzusetzen.
Definition nach Oliver Bendel / Stefanie Hauske 2
- Adaptivität ist die Eigenschaft eines Systems, sich an eine veränderte Umwelt bzw. neue Bedingungen und Anforderungen selbst anzupassen. Bei Informations- und Kommunikationstechnologien und Anwendungssystemen bedeutet Adaptivität u. a. die Möglichkeit der Personalisierung und damit der Orientierung an Aufgaben und Bedürfnissen des Benutzers. Auch die automatische Einstellung auf Netzwerkverbindungen oder Stromquellen fällt unter den Begriff der Adaptivität.
Definition nach Dominik Petko / Kurt Reusser 3
- Adaptivität bzw. Adaptierbarkeit meint die Anpassung von inhalts- und prozessbezogenen Parametern eines Lernprogramms an veränderte Bedingungen bzw. an die Inputs des Benutzers. Von Adaptierbarkeit wird gesprochen, wenn durch externe Eingriffe Einstellungen des Programms angepasst werden können oder Lernende selbst Grundeinstellungen (zum Beispiel betreffend Instruktionsumfang, Präsentations- und Lernzeit, Sequenzierung oder Aufgabenschwierigkeit) vornehmen können. Hierbei geht es vor allem um Makroadaptation, d.h. um Anpassung eines Programms an grundlegende Lernermerkmale. Adaptivität meint dagegen die selbständige (automatische) Anpassung des Systems an Inputs (zum Beispiel an Testergebnisse, Bearbeitungsgeschwindigkeit, Klickpfade usw.). Adaptivität ermöglicht in kurzen Abständen eine kontinuierliche Anpassung des Systems und eignet sich daher vor allem für die Mikroadaptation von Lerninhalten und -prozessen an dynamisch ändernde Merkmale des Lernenden.
Wie aus der 3. Definition nach Dominik Petko / Kurt Reusser hervorgeht, ist Adaptivität komplementär zur Adaptierbarkeit.
Abgrenzung der Adaptivität zur Adaptierbarkeit
Adaptivität:
„Adaptivität meint […] die selbständige automatische Anpassung des Systems an Inputs.“
Beispiel: Ein Benutzer sucht den Begriff „Infomatik“ mit der Websuchmaschine www.google.de. Neben den ausgeworfenen Suchergebnissen präsentiert die Suchmaschine einen alternativen Suchvorschlag. Das System hat eigenständig erkannt, dass der Benutzer auch den Begriff „Informatik“ gemeint haben könnte und schlägt diesen als Alternativsuchbegriff vor.
Adaptierbarkeit:
„Von Adaptierbarkeit wird gesprochen, wenn durch externe Eingriffe Einstellungen des Programms angepasst werden oder Lernende selbst Grundeinstellungen […] vornehmen können.“
Beispiel: Ein Benutzer lernt mit einem Vokabelprogramm. Die Grundeinstellung des Programms gibt vor: 10 Vokabelabfragen in 60 Sekunden / Schwierigkeitsgrad: Stufe 1 Da der Benutzer schon ein fortgeschrittenes Niveau erreicht hat, ändert er die Grundeinstellung auf: 20 Vokabelabfragen in 60 Sekunden / Schwierigkeitsgrad: Stufe 2 Die Option des manuellen Eingriffs in das System von Seiten des Benutzers bezeichnet man als Adaptierbarkeit.
Schichtenansatz für das Design adaptiver Systeme
Bestandteile eines adaptiven Systems sind:
- die Akquisition von Informationen über den Benutzer des Systems,
- Repräsentierung dieser Informationen und
- die Generierung von personalisierten Inhalten und angepassten Navigationsstrukturen.
Diese Bestandteile können mit Hilfe verschiedener Ansätze umgesetzt werden. Vereinfachend für die Vielfalt der Ansätze kann ein Schichtenmodell angeführt werden, welches sich in vier Hauptschichten gliedert:
- 1. Sensorschicht
- 2. Semantikschicht
- 3. Kontrollschicht
- 4. Ausführungsschicht
Sensorschicht
Als erste Ebene des Modells fungiert die Sensor- als Grundschicht. Diese Schicht ist für die Beschaffung sämtlicher zu verarbeitender Daten und Informationen zuständig, die aus dem System resultieren. Hierfür werden verschiedene Sensoren im System integriert, welche
- die Veränderung der Umgebung (die sich in den Nutzermerkmalen ergeben) und
- die Interaktionen des Benutzers mit der Umgebung
wahrnehmen. Diese Sensoren müssen domänenabhängig konfiguriert und die dazugehörigen Softwareobjekte generalisiert und abstrakt implementiert werden.
Semantikschicht
Die zweite Ebene des Modells – die Semantikschicht – dient der Wissensrepräsentation und ist mit der semantischen Anreicherung der gewonnenen Informationen der Sensorschicht betraut. Hierbei werden den einzelnen Wertevektoren entsprechende Softwareobjekte zugewiesen, die eine weitere Verarbeitung ermöglichen. Diese Repräsentierung stellt die vier Dimensionen dar, in denen sich der Benutzer und die Umgebung befinden.
- 1. Identität (Präferenzen, Interessen, etc.)
- 2. Lokation
- 3. Zeit
- 4. Umgebung (Beziehung zu anderen Objekten)
Kontrollschicht
Die Aufgabe der Kontrollschicht besteht in der Generierung von Befehlssequenzen zur Steuerung der Ausführungsschicht und somit des adaptiven Systems. Der Kontrollmechanismus umfasst zwei Befehlsgruppen, die je nach Integrationslevel zum Einsatz kommen:
- Basiskommandos (Einfache Menge von Regeln)
- Strategische Befehle (Komplexe Befehlsstrukturen)
Mit Basiskommandos können einfach Anfragen externer Systeme oder Applikationen durch eine Grundmenge von definierten Regeln beantwortet werden. Dies stellt die einfachste Art der Adaption dar.
Strategische Befehle sind komplexe Befehlsstrukturen zur Realisierung von high-level adaptivem Verhalten. Basierend auf der ausgewählten Strategie wählt das System eine adaptive Methode aus und versieht diese mit entsprechenden Parametern. Hierbei dienen die drei Unterschichten der Semantikschicht als Entscheidungsgrundlage.
Ausführungsschicht
In der Ausführungsschicht wird eine Verbindung zur Umgebung hergestellt und alle von der Kontrollschicht eingeleiteten, domänenabhängigen Methoden implementiert. Sie repräsentiert somit eine Art Programmierschnittstelle.
Grundlegende Merkmale der Adaptivität
Für das Grundverständnis von Adaptivität, ohne genauer auf die verschiedenen Mechanismen und Anpassungsgeschehen einzugehen, sind die nachfolgenden Aspekte und Merkmale von fundamentaler Bedeutung:
- Adaptivität als Adaption auf Initiative des Systems
- Monitoring
- Wirksamkeit
- Akteure
- Probleme und Grenzen
Eine tiefer gehende Beschreibung der ablaufenden Prozesse und angewandten Methoden findet sich im nachfolgenden Kapitel.
Adaptivität als Adaption auf Initiative des Systems
Adaptivität bedeutet eine vom System eigenständig (während der Laufzeit) geleistete Adaption der Präsentation und Interaktionen. Dies steht konträr zur Adaptierbarkeit, die nicht während, sondern vor der Systemnutzung wirksam wird.
Zielsetzung der Adaption ist die Zusammenführung von Interessen wie Präsentation und Interaktion auf der einen und Fähigkeiten, Präferenzen und Interessen des Benutzers auf der anderen Seite.
Bei einer Adaption unterscheidet man drei Stufen:
- 1. Adaption durch den Benutzer (Adaptierbarkeit)
- 2. Adaptive Unterstützung auf Initiative des Systems (Adaptive Unterstützung)
- 3. Vollständig automatische Adaption (Zwangsadaption)
Monitoring
Unter Monitoring der Adaptivität versteht man u. a. die Steuerung des Adaptionsvorgangs durch den Benutzer während des gesamten Adaptionsprozesses. Das Monitoring beinhaltet somit eine Metasicht auf die Adaptionsaufgabe und erstreckt sich potenziell über alle vier Schichten des o. g. Schichtenmodells.
Das Monitoring (und die damit verbundene Metasicht) verlangt dem Benutzer zusätzlich
- einen mentalen Aufwand (Aufmerksamkeit auf die Adaptionsausgabe) und
- einen operativen Aufwand (zusätzliche Handlungsschritte)
ab. Daher ist das Monitoring so effizient anzulegen, dass der Aufwand des Benutzers im positiven Verhältnis zum Adaptionsertrag steht.
Wirksamkeit
Je nach Gestaltung des adaptiven Eingriffs in das System kann sich die Adaption auf unterschiedliche Dimensionen erstrecken:
- Benutzerschnittstelle (Interaktion und Präsentation)
- Funktionalität (ein- bzw. ausblenden von Werkzeugen)
- Geltungsdauer (temporär, dokumentenspezifisch, permanent, etc.)
- benutzer- bzw. benutzergruppenbezogen
Je komplexer der Adaptionsprozess angelegt ist, desto intensiver ist auf „Seiteneffekte“ zu achten. Besonders Adaption mit Auswirkung auf die Funktionalität in Bezug auf Benutzer- bzw. Benutzergruppen können gravierende Einschnitte und Fehlfunktionen im System hervorrufen.
Akteure
Wenn man sich die Frage stellt, wer in einem adaptiven System nun eigentlich der Akteur ist, so stellt man ziemlich schnell fest, dass es das System selbst ist. Doch so ganz alleine kann auch das System nicht agieren, wie in den vorherigen Kapiteln bereits erläutert wurde. Alle Entscheidungen werden stets auf den gesammelten Informationen des jeweiligen Benutzers gestützt, welcher somit ebenfalls als Akteur in Erscheinung tritt. Somit bilden System und Benutzer die zwei Hauptakteure eines adaptiven Systems.
Sollte jedoch der Benutzer nicht bereit oder in der Lage sein, den Adaptionsprozess zu begleiten, so ist das System „akteurlos“. Hier kommen lokale Experten (Power-User meist aus dem Bereichen Wartung / Infrastruktur bzw. Programmierung / Entwicklung) zum Einsatz, die möglichst mit Hilfe des Endbenutzers die passenden Adaptionen identifizieren und ausführen. Eine solche soziale Begleitung des Adaptionsprozesses durch einen lokalen Experten macht oftmals die Grenzen zwischen Adaptivität und Adaptierbarkeit fließend.
Probleme und Grenzen
Automatische Adaption findet seitens des Benutzers Akzeptanz, solange dieser sich durch den Adaptionsprozess unterstützt fühlt. Sollte jedoch der Adaoptionsprozess zu aufdringlich sein oder sogar zu falschen Wegweisungen führen sinkt die Akzeptanz erheblich. Der Benutzer kann sich falsch verstanden und in seiner Kontrolle über das System beraubt fühlen.
In der Konsequenz bedeutet dies für die Auslegung der Adaptivität, dass das Konzept ein klares Verständnis der eigenen Grenzen entwickeln muss, diese dem Benutzer zu vermitteln sind und im Zweifel eher auf eine automatische Adaption verzichtet bzw. die Akzeptanz einer Adaption explizit nachgefragt werden sollte. Zusätzlich muss auch der Persönlichkeitsschutz für den Benutzer bei der Beobachtung, Interpretation, Speicherung und Verwendung seiner Interaktionsgeschichte gewährleistet werden.
Methodik adaptiver Systeme
Wie schon unter dem Punkt „Adaptivität als Adaption auf Initiative des Systems“ beschrieben, ist das Ziel adaptiver Systeme die Adaption des Systemverhaltens an einem Benutzer aufgrund von Schlussfolgerungen des Systems durch drei logisch und zeitlich unterscheidbare Funktionen:
- 1. Afferenz (Beobachtung und Sammlung von Informationen)
- 2. Inferenz (Auswertung der gesammelten Informationen)
- 3. Efferenz (Anpassung des Systems)
Afferenz
Grundlage eines jeden adaptiven Systems ist die Beobachtung und Sammlung von Daten und Informationen über den Benutzer. Die Registrierung der für die Adaptivität relevanten Indikatoren bezieht sich auf vier Dimensionen:
- der Benutzer und seine Interaktion mit dem System (Benutzermerkmale)
- die bearbeiteten Aufgaben (Aufgabenmerkmale)
- die Umgebung einschließlich des Ortes (Umgebungsmerkmale)
- die Technik, die für die Aufgabenbearbeitung eingesetzt wird (Technikmerkmale)
Es ist verständlich, dass von den oben angeführten Merkmalen die Benutzerinteraktion der wohl wichtigste Faktor für adaptive Systeme ist.
Inferenz
Die in der Beobachtungsphase gewonnen Daten und Informationen müssen nun ausgewertet werden. Um die Daten sinnvoll analysieren zu können, müssen im System folgende Funktionalitäten realisiert sein:
- Wissensrepräsentation
- Inferenzmechanismen
- Psychologische Strategien
Efferenz
In der efferenten Funktion geht es um die Umsetzung der in der Inferenzfunktion gewonnenen Schlussfolgerungen. Eventuell ist es vor der Umsetzung der Adaption ratsam in einen Klärungsdialog mit dem Benutzer zu treten. Mögliche Adaptionsleistungen sind:
- Inhalt
- Ausgabemedium
- Benutzerschnittstelle
- Empfehlungen
- Navigationshilfe
Anwendung / Umsetzung in Daffodil
Die Umsetzung o.g. Verfahren und Schemen wurde auch im ASDL-Projekt zur Anwendung gebracht. Es wurden sowohl Afferenz-, Inferenz- also auch Efferenz-Agenten entwickelt. Hierbei übernahm der Oberserver die Afferenzrolle, der Reasoner die Inferenzrolle und der Output-Agent die Efferenzrolle. Zu bemerken ist hierbei, dass der Output-Agent lediglich die Daten an das ASDL-Tool "durchreicht", d.h. keine weiteren Aufgaben als die der Datenweiterleitung besitzt.
References
- [1] „Information und Lernen mit Multimedia“ (1995)
- [2] E-Learning: Das Wörterbuch (2004)
- [3] E-Learning: Das Potenzial interaktiver Lernressourcen zur Förderung von Lernprozessen (2006)
