Geromat III
Der Geromat III war ein audio-visueller Lehrautomat, der zwischen 1964 und 1966 am Institut für Kybernetik der Pädagogischen Hochschule Berlin unter der Leitung von Helmar Frank entwickelt wurde. Er ist das dritte Modell der Lehrautomatenreihe „Geromat“. Diese Lehrautomaten sollten programmiertes Unterrichten ermöglichen.
Der Geromat III war für die Nutzung zum Gruppenlernen von drei Personen vorgesehen. Er erlaubte die automatische Überprüfung der Antworten der drei Lernenden durch einen Alles-oder-Nichts-Ansatz.
Im Gegensatz zu den Vorgänger- und Nachfolge-Modellen wurden beim Geromat III Design-Prototypen für markttaugliche Nutzung erstellt.
Geschichte und Hintergründe
Gründe für die Entstehung des Geromats
Die Entwicklung des Geromat III und anderer Lehrautomaten war in der Nachkriegszeit in der damaligen Bundesrepublik Deutschland eine Antwort auf die Probleme im Bildungssektor.
Die Bildungskatastrophe in den 1960er Jahren führte dazu, dass Forschungen im Bildungsbereich wenig limitiert und experimentelle Ansätze erwünscht waren. Experimentelles Forschen und Fehlentwicklungen wurden vom Europarat in Kauf genommen, da somit das Einschlagen in eine falsche Richtung im Bildungsbereich verhindert werden konnte. Das Akzeptieren von Fehlern und das Befürworten von experimentellen Entwicklungen bot den Nährboden für Maschinen wie den Geromat III.
In der Bundesrepublik war bis 1955 die Produktion und Entwicklung von bestimmten elektronischen Produkten verboten. Dieses Verbot und die damit einhergehende Schwierigkeit für die Industrie, einen Einfluss auf den Computermarkt zu bekommen, machte es für akademische Institutionen schwierig, Zugriff auf Computersysteme und Forschungsmittel zu erhalten. Forschung an Lehrautomaten stelle eine Lücke dar, mit der es möglich war, diese Schwierigkeiten zu umgehen. In dieser Übergangszeit, vor der erweiterten Finanzierung von Computerforschung, wurde der Geromat III entwickelt.
Auch andernorts wurde an Lehrautomaten gearbeitet. In den USA wurden beispielsweise Lehrautomaten mit dem Fokus auf individuelles Lernen entwickelt, welche auf „Ja“- oder „Nein“-Fragen basierten.
Da die Lehrautomaten nicht die Erwartungen erfüllten und die Probleme im Bildungsbereich nicht lösen konnten, wurde die Entwicklung an ihnen weniger vorangetrieben. Dennoch ist computerbasierte Lernsoftware heute weit verbreitet.
Erwartungen an Lehrautomaten
Die Bildungskatastrophe, die durch den Mangel an Lehrkräften und unzureichend geförderte Schulen ausgelöst wurde, führte zu Experimenten in der Unterrichtsgestaltung. Lehrautomaten wurden als praktische Lösung angesehen, um das Problem des Lehrkraftmangels und von überfüllten Klassenräumen zu lösen.
Im Gegensatz zu der Entwicklung von Lehrautomaten in den USA herrschte in der frühen Bundesrepublik weniger Angst vor der Automatisierung in den Klassenräumen. Soziale Aspekt des Lernens wurden in den Gruppendynamiken und dem Gesamtsystem des Geromat III aufgegriffen. Dies führte zur Entwicklung von Gruppenlehrautomaten im Vergleich zu Einzellehrautomaten. Dadurch sollten soziales Verhalten und gemeinsame Problemlösungsfindung gestärkt werden.
Lernkonzept
Der Geromat III wurde mit der Fähigkeit entwickelt, nahezu alle auf einem Lochstreifenleser lesbaren Lehralgorithmen ausführen zu können und damit als Allzweck-Eingabegerät für das Lehren im Klassenraum einsetzbar zu sein.
Aufgrund des starken Lehrermangels wurden Lehrautomaten als potenzieller Ersatz für Lehrkräfte gesehen. Um die soziale Interaktion, die zwischen Lehrkraft und lernender Person stattfindet, beizubehalten, wurde ein Fokus auf Gruppenlernen gelegt. Der „Alles-oder-nichts“-Lernansatz für das Gruppentraining basierte auf der Idee, dass die Lernenden Kompromisse finden und gemeinsam eine Lösung erarbeiten.
Durch dieses Gruppenlernkonzept sollten neben dem inhaltlichen Lernen zusätzlich soziales Verhalten, Diskussionsfähigkeit und die Fähigkeit, gemeinsam zu lernen, erworben und gestärkt werden. Zusätzlich wurde Gruppenerfolg gegenüber Individualerfolg betont. Diese sozialen Aspekte des Geromat III stehen konträr zu Einzelperson-Lehrautomaten, deren Ansatz in reinem Auswendiglernen, Üben und Individualerfolg bestand.
Funktionsweise
Helmar Frank definierte selbst allgemeine Eigenschaften, die für Lehrautomaten für verzweigte Programme gelten sollten. Diese sind:
- Der Automat stellt den Lehrstoff in visueller oder akustischer Form (oder beides) dar.
- Die Reaktion des Lernenden muss ausgewertet und beurteilt werden.
- Auf die erfolgreiche Reaktion des Lernenden wird der nächste Lehrabschnitt in Abhängigkeit zu der Nutzeraktion ausgewählt.
Der Geromat III erfüllt diese Eigenschaften. Im Gegensatz zu den meisten anderen Lehrautomaten dieser Zeit verfügt der Automat über die Möglichkeit von Gruppenschulungen mit bis zu drei Lernenden. Dazu sind Kommunikationseinrichtungen für die Interaktion zwischen den Lernenden notwendig. Das Gerät besteht aus den drei Nutzerpulten, einem Tonbandgerät, einem Diaprojektor mit Fernsehkamera, einer zentralen Steuereinheit und einem Lochstreifenleser.
Ablauf einer Lerneinheit
Eine Lerneinheit mit dem Geromat III lief wie folgt ab:
Akustische Informationen über die Frage oder weitere Anweisungen wurden über das Tonbandgerät abgespielt. Optische Informationen erhielt die lernende Person über den Bildschirm. Eine grüne Lampe wies auf die Antwortabgabe hin, welche über eine der fünf Auswahlantworten getätigt wurde. Falls keine einheitliche Antwort der Lernenden gegeben wurde, leuchtete am Adressatenplatz die Beschriftung „Einigen“ auf. Mithilfe des Mikrophons und der Kopfhörer erhielt jede lernende Person eine Sprechzeit von zweimal 16 Sekunden, um eine Einigung zu erreichen. Erst wenn alle drei Lernenden eine gemeinsame Antwort getätigt haben, wurde zum nächsten Lehrschritt übergegangen. Wenn keine Einigung entstand, wurde der Schritt des Einigens so lange wiederholt, bis dies der Fall war.
Nutzerpult
Der Geromat III besteht aus insgesamt drei Nutzerpulten, die in schall- und blickdichten Kabinen untergebracht sind. Alle drei sind gleich aufgebaut. In jedem Nutzerpult ist ein Röhrenfernseher mit dazugehörigem Empfänger integriert. Dieser zeigt das Bild der Kamera, welche die Projektion des Diaprojektors auf alle drei Pulte überträgt. Des Weiteren enthält das Pult einen Lautsprecher zur Wiedergabe der Informationen auf dem Tonband und ein Mikrofon zur Kommunikation zwischen den Lernenden. Zur Auswahl der Antwort gibt es fünf Tasten, von denen genau eine gewählt werden muss, um zum nächsten Schritt zu gelangen. Alle drei Lernenden müssen eine Taste wählen, um weiterzukommen. Über acht Sofortanzeigesichtfelder erhält der Lernende nach dem Tastendruck direkt ein Feedback. Vier der Anzeigen sind: richtig, nicht ganz richtig, falsch und unzulässige Taste (die Funktionen der weiteren Sichtfelder sind in der Literatur nicht konkret beschrieben). Die Sofortanzeige-Sichtfelder sind notwendig, da das Feedback sofort erfolgen sollte. Eine akustische Ausgabe über Tonband bzw. eine visuelle Ausgabe über den Projektor hätten einige Sekunden gedauert, da diese erst neu eingestellt werden müssten.
Tonbandgerät
Es wurde ein fernbedienbares Tonbandgerät mit vier Spuren verwendet.
- Spur 1: Enthält die sprachlichen und anderen akustischen Nachrichten für die Lernenden. Die Reihenfolge der Lehrschritte war nicht erheblich. Sie wurden jedoch nach dem Flussdiagramm und der in Abhängigkeit zu den Verzweigungen in der vermuteten zeitlichen Abfolge angeordnet.
- Spur 2: Hier sind die Adressimpulse hinterlegt. Diese markieren den Beginn und das Ende der einzelnen Lehrschritte, um diese auf dem Tonband wiederzufinden.
- Spur 3: Auf dieser Spur befinden sich die Digitalinformationen zur Programmierung der Steuereinheit.
- Spur 4: Hier sind Steuerimpulse enthalten, um den Bildwechsel während eines Lehrschrittes zu ermöglichen.
Projektor und Kamera
Als Dia-Projektor kam ein Karussell-Projektor zum Einsatz, da dieser vorwärts und rückwärts laufen kann, wodurch die Zugriffszeiten kurz waren. Das Bild wurde von einer Fernsehkamera abgefilmt und an die drei Nutzerpulte übertragen. Die Kamera war nötig, da nur ein einziger Projektor zur Verfügung stand. Außerdem war dadurch das Einspielen von bewegten Bildern mit einem magnetischen Bildaufzeichnungsgerät möglich, welches den Einsatz des Lehrautomaten deutlich erweiterte.
Steuereinheit
Die Steuereinheit beurteilte die Antworten der Lernenden und wählte anhand dieser die nächste Lehreinheit aus. Diese musste für jede neue Lehreinheit frisch eingestellt werden. Die Zuordnung erfolgte über die Digitalinformation auf Spur 3 des Tonbandes. Dabei kamen Edelmetall-Drehwähler zum Einsatz. Den fünf Antworttasten am Nutzerpult waren jeweils ein Drehwähler für die Fortsetzung auf dem Tonband sowie ein weiterer Drehwähler für die dazugehörigen Bilder zugeordnet.
Die Auswahl der Programmfortsetzung erfolgte wie bei einer Post-Wählanlage (Telefon) über eine Ziffernfolge, die in der Digitalinformation enthalten war. Außerdem wurden Richtungsrelais geschaltet, um die Laufrichtung des Tonbandes und des Projektors zu steuern. Die Drehwähler wurden von den Digitalinformationen auf eine bestimmte Position eingestellt. Nachdem einer der Lernenden eine Taste betätigt hatte, wurde genau ein Drehwähler für den nächsten Lehrschritt und einer für das Bild angesteuert. Wenn dabei Lehrschritte übersprungen werden mussten, um den gewünschten zu erreichen, benötigte der Drehwähler vorwärts Schritte und rückwärts Schritte. Die Steuereinheit erhielt beim Überspringen der Lehrschritte jeweils zwei Impulse von der Adressspur des Tonbandes, die jeweils den Beginn und das Ende der Lehrschritte markierten. Der Drehwähler, der die Bildauswahl steuert, ging so viele Schritte weiter, bis dieser das letzte Bild der Lehreinheit, das auf dem Tonband/Diaprojektor vor dem neuen Lehrschritt liegt, erreicht hatte. War diese erreicht, wurde der Schnelldurchlauf des Tonbandes und des Projektors gestoppt. Beide waren dann bereit, die nächste Lehreinheit anzuzeigen. Außerdem wurde mittels Schrittschaltwerken die Zuordnung der Tasten zu den optischen Sofortanzeigen vorgenommen.
Um die Sprechzeiten den Lernenden zuzuteilen, war eine elektronische Ringzählerschaltung mit Zeittaktgeber vorhanden. Diese sorgte dafür, dass jeder der drei Lernenden zweimal 16 Sekunden Zeit hatte, um seine Antwort zu erklären und Fragen zu stellen. Die Lernenden konnten per Tastendruck auf ihre Sprechzeit verzichten.
Lochstreifenleser
Der Lochstreifenleser ist einmalig notwendig, um die Digitalinformationen des Programms auf das Tonband zu übertragen.
Die Lochkombinationen auf dem Lochstreifen werden mithilfe eines Frequenzgenerators in zwei Frequenzen umgewandelt und auf dem Tonband (Spur drei) gespeichert. Diese Digitalinformationen liegen parallel zum Lehrinhalt und beinhalten die Einstellungen für die Steuereinheit.
Diese Steuerlochstreifen werden durch ein Flussdiagramm von einem Computer erzeugt oder per Schreibmaschine mit Lochstreifenausgabe manuell erstellt.
Konsolenentwicklung für den Geromat III
Neben seiner Tätigkeit in Berlin hielt Helmar Frank Gastvorlesungen an der Hochschule für Gestaltung Ulm (HfG). Dadurch wurde Tomás Maldonado, der Rektor der HfG, auf den Geromat III aufmerksam und machte diesen im Schuljahr 1964–1965 in einen Kurs für Industriedesign zum Unterrichtsgegenstand. Die einzige Aufgabe der Studierenden war es, innerhalb von einem Jahr eine Konsole für den Geromat III zu entwickeln. Dabei wurde die Klasse in zwei Gruppen eingeteilt. Die erste Gruppe, bestehend aus Kai Ehlert, Hans-Jürgen Lannoch, Sudhakar Nadkarni und Peter Kővàri, sollte eine Konsole entwerfen, die für die Herstellung in Massenproduktion tauglich ist (Design X). Die zweite Gruppe bestand aus Manfred Herrmann, Dieter Lassmann, Jean-Jacques Stiefenhofer und Eberhard Wahl. Deren Entwurf sollte so konzipiert werden, dass die Maschine in geringer Stückzahl mit den Werkzeugen, die üblicherweise einem Labor eines Institutes vorhanden sind, gebaut werden konnte (Design Y). Die Aufteilung in zwei Gruppen und der Do-it-yourself-Ansatz bei dem zweiten Design zeigt die wirtschaftliche Situation in Deutschland zu dieser Zeit. Zum einen gab es eine große Nachfrage nach Lehrmaschinen, zum anderen standen nur sehr beschränkte finanzielle Mittel zur Verfügung.
Beide Teams arbeiteten nach der PERT-Methode und folgten dabei der gleichen Anzahl an Schritten. Die Gruppen konnten sich so während der zwei Semester untereinander an bestimmten Kontrollpunkten austauschen und über ihre Fortschritte informieren. Ansonsten arbeiteten sie an den Aufgaben selbständig. Die Nutzung der PERT-Methode förderte die Kommunikation zwischen den Teams. Damit wurde abermals das „Alles-oder-nichts“-Prinzip des Geromat III aufgegriffen.
Bei beiden Entwürfen wurde so weit wie möglich auf erklärenden Text verzichtet. Bei Design X befand sich nur an der Front der Schriftzug „Geromat III“, welcher eine Markenidentität bei der kommerziellen Version erzeugen soll. Auf der Frontplatte von Entwurf Y befinden sich neben den Leuchten und Reglern kleingeschrieben drei Beschriftungen: „lautstärke“, „einigung erzielen“ und „bitte sprechen“. Das „bitte“ soll eine höfliche und respektvolle Kommunikation und keinen Befehl darstellen. Außerdem steht die Funktion im Vordergrund, weniger das Aussehen. Dadurch wurde der Fokus auf das Sprechen der Lernenden untereinander unterstrichen.
Eine weitere Gemeinsamkeit der beiden Designs ist ihre Mobilität. Die Konsolen sind als geschlossene Einheit konzipiert, so dass sie sich leicht transportieren lassen. Außerdem sind die Außenhüllen so konstruiert, dass sie die Bildschirme und Tastaturen vor Beschädigungen schützen. Auch das Mikrofon wurde in das Gehäuse integriert. Des Weiteren war es bei beiden Entwürfen möglich den Innenraum des Gerätes zu erreichen, um eine einfache Reparatur zu ermöglichen. Bei Design X ließ sich die Rückwand dafür abnehmen während bei Design Y die Abdeckung entfernbar war. Entwurf X hat ein Fach, in dem sich die Kopfhörer verstauen lassen. In diesem Fach waren außerdem ein Kippschalter und die Drehregler untergebracht. Diese wurden dort installiert, um die Ästhetik der ausschließlich aus rechteckigen Formen bestehenden Frontplatte nicht durch runde Knöpfe zu stören. Bei Design Y wurde mehr auf Praktikabilität als auf eine einheitliche Optik geachtet. Das Model hat z. B. Griffe, die bündig mit dem Gehäuse abschließen.
Vorgänger und Nachfolger
Neben dem Geromat III gibt es noch vier weitere Modelle des Geromaten, welche in dem Zeitraum 1964 bis 1970 entwickelt wurden.
Geromat I
Der Geromat I ist ab 1964 entwickelt worden und dient der Einzelschulung auf Basis verzweigender Programme. Er besteht aus einer Zuordnungsmatrix für fünf Antwortmöglichkeiten, welcher verschiedene Antworten zugeordnet werden können, einem Tonbandgerät und einem Knotenpunktschalter. Über das Tonbandgerät werden auf Spur 1 die akustische Information und auf Spur 2 die Digitalinformation kommuniziert. Die lernende Person erhält nach einer gegebenen Antwort eine optische Rückmeldung über eines der sechs Anzeigefelder.
Geromat II
Der Geromat II ist ab 1964 entwickelt worden und dient zur Gruppenschulung verzweigender Programme. Er ist eine Weiterentwicklung des Geromat I mit dem Hauptunterschied des neu gestalteten Nutzerpultes. Jedes Nutzerpult ist mit einem Lautsprecher, einem Mikrophon und einem Tastenfeld ausgestattet. Nach Ausgabe des ersten Lehrschritts haben die Lernenden die Möglichkeit, sich über die technischen Möglichkeiten auf eine Antwort zu einigen und diese über eine der fünf Tasten einzugeben. Nur wenn alle Lernenden dieselbe Antwort gegeben haben, wird der nächste Lehrschritt angezeigt. Es erfolgt eine Rückmeldung über die gegebene Antwort über eines der acht Anzeigefelder.
Geromat IV
Der Geromat IV ist ab 1970 entwickelt worden und dient zur Gruppenschulung verzweigender Programme. Er besteht aus einem Tonbandgerät, einem Dia-Projektor, einer Fernsehkamera, einem Kommunikationsautomaten, Kommunikationspulten, einem Mikrophon, Kopfhörern, einem Nutzerpult, Lochstreifenleser und einer Schreibmaschine. Akustische Informationen werden über das Tonband, visuelle Informationen über den Bildschirm des Fernsehgeräts übermittelt. Es stehen vier Antwortmöglichkeiten zur Auswahl, und über das Kommunikationspult wird eine Rückmeldung erlangt. Bei unterschiedlich gegebenen Antworten der Lernenden haben sie zweimal 16 Sekunden Zeit, sich auf eine gemeinsame Antwort zu verständigen. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis alle dieselbe Antwort gegeben haben. Anzumerken ist die nahezu identische Funktionsweise zwischen dem Geromat III und IV.
Geromat V
Der Geromat V ist ab 1970 entwickelt worden und unterscheidet sich lediglich durch veränderte Kommunikationspulte und Kommunikationsalgorithmen zum Geromat IV.
Weblinks
Einzelnachweise
- 1 2 3 4 5 Corinna J. Kirsch: A Three-Person Teaching Machine Designed for Crisis: The Geromat III in Berlin and Ulm. In: IEEE Annals of the History of Computing. Band 42, Nr. 4. IEEE, 7. September 2020, S. 39–52, doi:10.1109/MAHC.2020.3022271.
- 1 2 Finding Funding for Computation Through Funding for Teaching Machines (S. 42–43)
- ↑ Redesigning Communication: The Ulm School of Design Student Body (S. 47–48)
- ↑ MADE FOR CHANGE: THE GEROMAT III AS FLEXIBLE IN FUNCTION AND FORMAT (S. 44–45)
- ↑ An Experimental Shape of Teaching Machines, Made to Address Shortfalls in Education (S. 43–44)
- ↑ Making the Ulm School of Design Consoles: Design Analysis (S. 48–50)
- 1 2 Making the Ulm School of Design Consoles: Design Analysis (S. 48)
- 1 2 3 Making the Ulm School of Design Consoles: Design Analysis (S. 49)
- 1 2 Making the Ulm School of Design Consoles: Design Analysis (S. 49–50)
- 1 2 GEROMAT III AS A TECHNICAL SOLUTION TO CRISES IN EDUCATION AND INDUSTRY (S. 40–42)
- 1 2 3 Barbara Hof: From Harvard via Moscow to West Berlin: educational technology, programmed instruction and the commercialisation of learning after 1957. In: History of Education. Band 47, Nr. 4, 4. Juli 2018, ISSN 0046-760X, S. 445–465, doi:10.1080/0046760X.2017.1401125.
- ↑ Uwe Lehnert: Aufbau und Funktion des GEROMAT III-G. In: Helmar Frank (Hrsg.): Lehrmaschinen in kybernetischer und pädagogischer Sicht. Band 4. Klett, Stuttgart 1966, S. 175-159.
- ↑ Helmar Frank: Anregungen zur Terminologie auf dem Gebiet der Lehrobjektivierung. In: Helmar Frank (Hrsg.): Lehrmaschinen in kybernetischer und pädagogischer Sicht. Referate der Zweiten Nürtinger Symposions über Lehrmaschine. Band 2. Klett, Stuttgart 1964, S. 146.
- ↑ Uwe Lehnert: Aufbau und Funktion des GEROMAT III-G. In: Helmar Frank (Hrsg.): Lehrmaschinen in kybernetischer und pädagogischer Sicht. Band 4. Klett, Stuttgart 1966, S. 175-159.
- ↑ Helmar Frank und Georg Müller: Ein adaptiver Lehrautomat für verzweigte Programme. In: Helmar Frank (Hrsg.): Lehrmaschinen in kybernetischer und pädagogischer Sicht. Referate der Zweiten Nürtinger Symposions über Lehrmaschine. Band 2. Klett, Stuttgart 1964, S. 83.
- Ehmke, Udo; Lobin, Günter; Meder-Kindler, Brigitte; Scheffler, Christel: Institut für Kybernetik Berlin - Paderborn, 1964-1984. Eine Dokumentation über zwei Jahrzehnte kybernetisch-pädagogischer Forschungs-, Entwicklungs- und Aufklärungsarbeit. Paderborn 1984, S. 17–19, 23.