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Kapitel 4.1.6: Simulationssysteme



Prinzip

Das Ziel eines Simulationssystems ist es, dem Tutanden ein Modell eines bestimmten Ausschnitts der Realität vorzustellen [vgl. Bodendorf 90, S. 65, zitiert in Haag 95, S. 54]. Nach einer Einführung, in der das Modell und die Aktionsmöglichkeiten dem Tutanden vorgestellt werden, präsentiert das System ein Szenario und gibt dann einen Aktionsanstoß, welcher nicht notwendigerweise eine genaue Problemstellung beinhalten muß. Anschließend geht das System in einen passiven Zustand über und reagiert nur noch auf die Aktionen des Tutanden. Aufgrund der durch die Aktionen des Tutanden veränderten Zustände beschließt dieser jeweils weitere Aktionen und beobachtet die Reaktion des Systems darauf.

Die Simulation wird beendet, wenn ein bestimmter Zielzustand erreicht ist oder der Tutand eine "endlose" Simulation beendet. Die gesamte Simulationssitzung kann dann vom System analysiert und bewertet werden.

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Abbildung 6: Prinzip eines Simulationssystems

Mikrowelten können als eine fortgeschrittene Form der Simulationssysteme angesehen werden. Gegenüber gewöhnlichen Simulationsprogrammen kann eine solche "wissensbasierte Simulation" auch Fragen beantworten und durch "Beobachten" des Tutanden Rückschlüsse ziehen, ob eine Situation verstanden wurde oder nicht [vgl. Haag 95, S. 57]. Aus der Implementierungssichtweise sind Mikrowelten sich passiv verhaltene Intelligente Tutorielle Systeme.

Einsatz und Verwendung

Ein typisches Beispiel für medizinische Simulationssysteme sind die Patientenfallsimulationen: Das System stellt dabei dem Tutanden das Modell eines Patienten vor. Als erstes muß dieser schrittweise eine Diagnose erstellen, um dann anschließend eine geeignete Therapie vorzuschlagen bzw. durchzuführen. Die Behandlung erfolgt dabei am Computer und sollte so realitätsnah wie möglich auf die Aktionen des Tutanden reagieren. Patientenfallsimulationen haben den Vorteil, daß die Tutanden ihr aus Vorlesungen und Büchern gelerntes theoretisches Wissen anwenden können, ohne dabei reale Patienten zu gefährden [vgl. Haag 95, S. 54].

Unter virtuellen Räumen versteht man in diesem Zusammenhang Simulationssysteme, die dem Tutanden mehr oder weniger den Endruck vermitteln sollen, sich in einem speziellen Raum zu befinden, beispielsweise in einem Labor. In diesem Labor werden Versuche simuliert, wobei die Abläufe der Versuche durch die Tutanden gesteuert werden. Wie in einem richtigen Labor muß der Versuch zunächst einmal vorbereitet und dann aufgebaut werden. In einem virtuellen Labor werden die Auswahl der Geräte und die Verkabelungen jeweils durch Mausklicks auf die entsprechenden Objekte in einer 3D-Umgebung bewerkstelligt. Ebenso werden die Kippschalter, Dreh- und Schieberegler an den Versuchsgeräten eingestellt. Ein virtuelles Labor kann beispielsweise dazu verwendet werden, einige Tierversuche, die für die Ausbildung von Medizinstudenten wichtig sind, durch Computersimulationen zumindest teilweise zu ersetzen.

Pädagogische Aspekte

Simulationen können häufig dem konstruktivistischen Lernparadigma zugeordnet werden. Es werden dabei "Szenarien" aufgebaut, die eine bestimmte Menge an Faktoren beinhalten, welche sich gegenseitig beeinflussen. Eine genaue Problemstellung ist in der Regel nicht bekannt. In einer Patientenfallsimulation muß beispielsweise erst eine Diagnose erstellt werden, bevor mit der Therapie begonnen werden kann. Durch die Veränderung der Faktoren und den Reaktionen des Modells darauf, kann der Tutand sehr viel über komplexe Zusammenhänge und (Rand-)Probleme lernen. Das CBT-Programm nimmt dabei die Rolle eines Moderators oder eines Coaches ein [Baumgartner, Payr 94, S. 107-110; Baumgartner, Payr 94b, S. 139; Haag 95, S. 48].

Simulationen sind für Anfänger weniger geeignet, da Anfängern das nötige Vorwissen fehlt und dieses mit Simulationen nur schlecht vermittelt werden kann. Ohne Vorwissen können keine sinnvollen Aktionen gestartet und keine komplexen Zusammenhänge erkannt werden.

Implementierung

Die einfachste Form der Implementierung von Simulationssystemen sind Entscheidungsbäume, d.h. aufgrund der Entscheidung, die der Tutand trifft, verzweigt das Programm in einen bestimmten Ast. Da diese Programme nur fest vorgegebene Auswahlmöglichkeiten unterstützen, sind sie relativ unflexibel. Trotzdem verwenden viele der untersuchten medizinischen Lernprogramme der Einfachheit wegen diese Technik (z.B. die Programme der Cyberlog-Reihe).

Eine andere Möglichkeit der Implementierung besteht darin, ein Expertensystem auf Ausbildungszwecke zuzuschneiden. Dazu kann das Expertensystem um einen Simulationsmodus erweitert werden. In diesem Simulationsmodus wird ein Fall ausgewählt, den der Tutand Schritt für Schritt lösen muß. Die jeweiligen Zwischenergebnisse werden mit dem "Wissen" des Expertensystems verglichen und bewertet. Bei dem Programm Iliad werden beispielsweise ein "Verdachtsdiagnosen-Score" (Qualität der Verdachtsdiagnose des Tutanden bezogen auf die Diagnose des Expertensystems) und außerdem ein "Befund-Score" geführt. Letzterer gibt an, wie brauchbar die Aktionen (Untersuchungen) des Tutanden waren, d.h. wie groß der Informationsgewinn im Verhältnis zu den Kosten der Untersuchungen waren.

Gegenüber den auf Entscheidungsbäumen basierenden Simulationen haben diese "intelligenten" Simulationen den Vorteil, daß der Tutand auch über alternative Lösungswege ans Ziel kommen kann und nicht an den festen Lösungsweg des Programmierers gebunden ist.

Virtuelle Räume lassen sich im allgemeinen relativ einfach mit Hilfe von guten Multimedia-Autorensystemen erstellen.

Mikrowelten sind, wie bereits erwähnt, Intelligente Tutorielle System, die sich passiv verhalten und dem Tutanden die aktive Rolle überlassen.

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