Lernanwendungen mit Touch Braincademy Akademie des Wissens

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1 Lernanwendungen mit Touch Braincademy Akademie des Wissens Was ist Braincademy? Bei Braincademy handelt es sich um eine virtuelle Spielshow, bei der den Kandi daten unter anderem Fragen aus vorher ausgewählten Wissensgebieten gestellt werden. Diese passen sich je nach Spiel - verlauf dem Wissensstand des Spielers an und werden aus einem großen, beliebig erweiterbaren Fragenpool ausgewählt. Für Abwechslung sorgen nach den Fragerunden zufallsgesteuert verschiedene Mini-Spiele, in denen die Kandidaten ihre Reaktion unter Beweis stellen und Denk auf gaben lösen müssen. Durch die Einbeziehung der in vielen Computern einge bauten Webcam wird der Spieler darüber hinaus auch gefordert, sich bei einzelnen Activity-Spielen vor dem Rechner zu bewegen. FACHBEREICH INFORMATIK Prof. Dr. Frank Bühler frank.buehler@h-da.de T Maximilian Porzelt info@braincademy.de T Fachbereich Informatik Schöfferstraße 8b Darmstadt CeBIT 2012 Halle 9, Stand D20 11

2 Wieso Multi-Touch? Durch die aktuelle Smartphone-Technologie und moderne Spielekonsolen ist vielen Kindern und Jugendlichen die Steuerung von Geräten mittels Körperbewegung und Touchscreen-Eingaben bereits vertraut. Und genau darauf baut das Programm Braincademy auf. Die Anwendung wurde speziell für den Einsatz in den Bereichen Schule und Lehre entwickelt. Durch die Kombination traditioneller und neuer Eingabemedien lässt sich das Programm sowohl auf Tablets, Multi-Touch fähigen Rechnern als auch, in leicht abgewandelter Form, auf herkömmlichen PCs verwenden. Darüber hinaus ist neben dem Ein- bis Drei-Spieler-Modus ein Team-Modus enthalten, der für größere Gruppen von Spielern, wie z.b. Schul - klassen, entworfen wurde. Wo liegen die Vorteile? Zwar existieren bereits viele Lern- und Edutainment-Anwendungen für Kinder und Jugendliche, jedoch setzen diese immer voraus, dass der Benutzer den Umgang mit dem Computer bereits be herrscht. Durch den Einsatz von natürlichen Benutzeroberflächen wird die Einarbeitungszeit massiv verringert, da Parallelen zwischen Handlungen aus dem alltäglichen Leben und der Interaktion mit virtuellen Objekten gezogen und somit bestehendes Vorwissen und Wissensstrukturen angewandt werden. Auch Kinder und Jugendliche ohne große Computerkenntnisse kommen sehr schnell mit dieser Art von Lernanwendung zurecht. Da im Gegensatz zu klassischen Programmen keine Peripherie-Geräte mehr zur Eingabe nötig sind, ist es bei der vorgestellten Multi-Touch-Anwendung möglich, mit mehreren Benutzern, oder sogar ganzen Klassen, simultan und kooperierend an einem Gerät zu arbeiten. Durch die moderne und einfache Bedienung erhöht sich dazu der Spaß sowie die Motivation der Lernenden. So entsteht eine abwechslungsreiche Form der Wissensvermittlung. What s Braincademy? Braincademy is a virtual game show, which was developed specifically for use in schools and universities. The game adapts to the knowledge of each candidate and selects a propper question from the large, expandable pool of questions. Several mini-games entertain the player between the normal rounds. Here they must solve puzzle games or prove their reaction time. What s different? Through current smartphone technology and modern game consoles a lot of children and young people already know how to control devices using body movement and touch screen input. That s where Braincademy comes into play. By combining traditional and new media input, the program runs on tablets, multitouch capable machines as well as on standard PCs. Moreover, besides the stan dard one-to three-player modes Braincademy inclu des a team mode which was designed for larger groups of players, such as school classes. What are the advantages? Through the simple usage and relaxed gaming environment the fun and motivation of the scholar increases. The result is a varied form of teaching, compared to conventional frontal instruction. Another advantage compared to other edutainment applications is, that it s not assumed that the user is familiar with the controles of a computer. Through the use of multi-touch based natural user interfaces even children without much computer knowledge can ope - rate within minutes with our application. 12

3 Ontology-Based Text Mining Ich empfehle das Hotel Sunshine! Ziel des Forschungsprojektes ist es, Grund lagen für eine Freitext-Hotel suche zu schaf fen. Hotelbeschreibungen in natür licher Sprache werden mit Hilfe von Text-Mining-Werkzeugen automatisiert analysiert und die extrahierten Fakten in einer Ontologie gespeichert. Aus diesen Fakten wird neues Wissen geschlossen, um die Buchungsanfragen der Hotelgäste von morgen effizient beantworten zu können. Die Vision Momentan bieten Hotelsuchmaschinen ihren Kunden Auswahlfelder und vordefinierte Listen, um ihr gewünschtes Hotel zu finden. Der Benutzer muss trotz dieser Suchhilfen dennoch eine Vielzahl von Hotelbeschreibungen zeitraubend lesen und miteinander vergleichen, um letztendlich sein Wunschhotel ausfindig zu machen. Effektiver und komfortabler wäre es, wenn der Benutzer sein Wunschhotel in natür - licher Sprache beschreiben könnte und auf Basis dieser Beschreibung eine Auswahl von passenden Hotels geliefert bekommen würde. Das einjährige Projekt Ontology-Based Text Mining (OBTM) der Hochschule Darmstadt stellt sich in Kooperation mit der Firma HRS Hotel Reservation Service der Frage wie man diese Vision umsetzen kann. Dabei liegt das Hauptaugenmerk von OBTM im Backend des Systems, um (Hotelbeschreibungs-) Texte zu analysieren und die extrahierten Informationen für die weitere Verwendung, zum Beispiel für die Suche, adäquat bereitzustellen. Die beiden Hauptziele des Projektes sind, Hotelbeschreibungen mit Hilfe von Text- Analyse-Techniken auszuwerten und das extrahierte Wissen in einer Ontologie zu speichern. Diese Ontologie kann dann zur Beantwortung von Kundenanfragen ge - nutzt werden. FACHBEREICH INFORMATIK Prof. Dr. Bernhard Humm bernhard.humm@h-da.de T Fachbereich Informatik Schöfferstraße 8b Darmstadt CeBIT 2012 Halle 9, Stand D20 13

4 Text Mining Die Hotelbeschreibungen werden zunächst einer syntaktischen Analyse mit Techniken, wie beispielsweise dem Part-Of-Speech Tagging und morphologischen Transformationen, vorbereitet. Relevante Schlüsselwörter wie Suite oder Pool werden im Text gefunden und für die weitere Verarbeitung annotiert. In einem nächsten Schritt wird eine semantische Analyse durchgeführt. Diese extrahiert die Beziehungen der gefundenen Schlüsselwörter zueinander. Damit lässt sich zum Beispiel herausfinden, dass die im Satz gefundene Suite einen eigenen Pool besitzt und nicht der hoteleigene Pool im Garten des Hotels gemeint ist. Ontologie Die so gefundenen Informationen werden in verschiede Fakttypen eingeteilt. Da - durch wird zwischen der Ausstattung des Hotels und den einzelnen Zimmertypen unterschieden, aber auch die verschiedenen Arten von Zimmern selbst und deren Anzahl werden erfasst und in der Ontologie gespeichert. Die Ontologie wird in einem Triple Store gespeichert. Im Gegensatz zu einer relationalen Datenbank bietet ein Triple Store die Möglichkeit, durch die Anwendung von Business Rules automatisiert neues Wissen aus gespeicherten Fakten abzuleiten. Die Fakten werden hierarchisiert abgelegt und ermöglichen so beispielsweise die Information, dass ein beheizter Pool eine Spezialisierung eines Pools ist. Spätere Kundenanfragen lassen sich so feingranular und performant beantworten. Ein Blick nach vorn Im OBTM Projekt konnte nachgewiesen werden, dass eine Vielzahl von Informationen aus Hoteltexten extrahiert werden kann. Der Vision sind wir ein gutes Stück näher gekommen. Das gibt Mut für die geplanten nächsten Schritte: die Bearbeitung von Benutzeranfragen, so dass Nutzer und Anwendung in einen Dialog treten können fast wie im Reisebüro. 14

5 Quiz Lounge Eine mobile App zur spielerischen Wissensvermittlung in frei konfigurierbaren Themengebieten Entstehungshintergrund/ Motivation Die Lern-App Quiz Lounge entstand im Rahmen eines Kooperationsprojekts der und der Lufthansa AG. Ziel war es, eine mobile Lernanwendung zu entwickeln, mit der das Lufthansa- Management Inhalte zu Datenschutz und -sicherheit lernen kann. Die Motivation der beteiligten Studierenden aus drei Fachbereichen bestand darin, nach einem originellen Weg zu suchen, die Lerninhalte auf spielerischem Weg zu vermitteln. Die Applikation Die App basiert auf dem Spielprinzip eines Quiz und verlangt von den Spielenden Antworten zu 10 Fragen mit steigendem Schwierigkeitsgrad aus einem zu Spielbeginn frei wählbaren Themenbereich. Im Spielverlauf stehen ein Publikums- und ein Joker zur Ver - fügung. Neben dem Quiz kann der Spielende ein Glossar nutzen, mit dessen Hilfe das eigene Wissen rund um Datenschutz und -sicherheit auch spielunabhängig aufgefrischt oder erweitert werden kann. Visualisiert wird das Quiz mittels Karten, deren Vorderseite aus der Frage und vier Antwortmöglichkeiten besteht. Auf der Rückseite befinden sich nach Auswahl einer Antwort die Auswertung, die richtige Lösung und die ausführliche Erklärung der Antwort. In Kooperation mit: FACHBEREICH INFORMATIK Prof. Dr. Bettina Harriehausen-Mühlbauer bettina.harriehausen@h-da.de T University of Applied Sciences Fachbereich Informatik Dept. of Computer Science Haardtring 100, Darmstadt Prof. Dr. Matthias Knoll matthias.knoll@h-da.de T University of Applied Sciences Fachbereich Wirtschaft Faculty of Economics and Business Administration Haardtring 100, Darmstadt CeBIT 2012 Halle 9, Stand D20 15

6 Autor A Server Autor B Smartphone Nutzer Autor C Architektur und Technologie der App Die Quiz-Lounge ist eine Eclipse-basierte Blackberry-App. Sie nutzt eine SQLite Datenbank zur Speicherung der Inhalte und einen Update-Mechanismus, um auf Inhaltsänderungen reagieren zu können. Ein weiterer Update-Mechanismus kommuniziert mit einem Apache-Server, um Inhalte zwischen den Smartphones und dem Autorentool aktuell zu halten. Die Inhalte werden im XML-Format übertragen, woraufhin sie von einer Komponente in Java-Objekte geparst und in der lokalen Datenbank gespeichert werden. Autorentool Um Inhalte der App pflegen zu können, wurde parallel ein Autorentool entwickelt. Dieses Tool ermöglicht auf sehr einfache, intuitive Weise, neue Spiele und Fragen anzulegen und Kategorien in einem Spiel sowie bestehende Fragen zu bearbeiten. Es ist als Webanwendung implementiert und stellt damit nur minimale Anforderungen an die Softwareausstattung der Benutzer. Architektur und Technologie des Autorentools Das Autorentool arbeitet auf Basis von PHP und legt seine Daten wahlweise in einer MySQL- oder PostgreSQL-Datenbank ab. Um den Komfort für den Endanwender zu erhöhen, wird beim User-Interface-Design stark auf AJAX-Techniken gesetzt, um Ladezeiten zu minimieren. Der Transfer der Daten zwischen Autorentool und App geschieht über eine strukturierte XML-Datei. QUIZ LOUNGE The Quiz Lounge project is a collaboration between and Lufthansa AG. The goal of the project was the development of a mobile learning application. With the application, the Lufthansa managers should be able to learn about data privacy topics playfully and interactively. The application is based on a quiz concept and asks the user for answers to a series of ten questions which increase in difficulty level. While playing the game the user can use two lifeline helpers, the audience- and the helper. Furthermore, the user has the ability to browse a glossary of related terms if he or she has the need of more detailed knowledge. New questions and also new games can be added with a web-based Authoring Tool. The Authoring Tool was uniquely developed for the Quiz Lounge application and conforms to the specific needs of its architecture. 16

7 Universal Call Authentication Telefonische Identifizierung mit dem neuen Personalausweis Dienstleister Kunde Authentisierungsserver Sichere Datenverbindung Internet Neuer Personalausweis Sichere Telefonverbindung CallCenterAgent Telefonnetz Smartphone Ausweisinhaber Die Vision Das Ziel des Projekts Universal Call Authentication liegt in der Entwicklung einer universellen Authentifizierungs - lösung zur Feststellung der Identität von Gesprächspartnern in der Telefonie. Das zum Patent angemeldete Verfahren wird sowohl in drahtgebundener als auch mobiler Telekommunikation einsatzfähig sein. Dies beinhaltet auch die soge nannten Next Generation Networks, die zukünftig Sprach- und Videokommunikation unter Verwendung von Voice over IP ermöglichen. Unabhängig von der verwendeten Kommunikationstechnologie erlaubt diese Authentifizierungslösung eine zuverlässige Identifizierung des Anrufers und der angerufenen Person. FACHBEREICH INFORMATIK Mit freundlicher Unterstützung durch: Andreas Plies, M.Sc. andreas.plies@h-da.de Torsten Wiens, M.Sc. torsten.wiens@h-da.de Fachbereich Informatik Schöfferstraße 8b Darmstadt T CeBIT 2012 Halle 9, Stand D20 17

8 Die Sicherheit Den universellen Vertrauensanker bildet hierbei der seit November 2010 verfügbare neue Personalausweis. Er verfügt über einen RFID-Chip gemäß ISO für das kontaktlose Auslesen der im Ausweis-Chip gespeicherten Daten des Passinhabers, welche in Form einer electronic Identity genutzt werden können. Diese erlaubt jedem Bundesbürger den Online- Nachweis seiner Identität. So können sowohl der Ausweisträger als auch Unternehmen und Behörden ihre Identitäten im Internet gegenseitig verifizieren und sichere Verbindungen für den vertraulichen Austausch von Informationen nutzen. Die Abbildung zeigt ein mögliches Einsatzszenario, in dem ein Kunde bei einem Dienstleister (Bank) anruft, um seinen Kontostand abzufragen und sich dazu mit dem vorgestellten System authentisiert. Die Herausforderungen Die bisher existierenden Methoden zur Feststellung der Identität in der telefo - nischen Kommunikation sind noch unzu - reichend. Es besteht ein Bedarf an einer sicheren und zuverlässigen Lösung insbesondere für jene Telefonate, in denen aufgrund des vertraulichen Gesprächsinhalts oder gesetzlichen Vorgaben eine Authentifizierung der Gesprächspartner erforderlich ist. Im Rahmen dieses Projekts wird daher der Einsatzbereich der electronic Identity von einer reinen Authentifizierungslösung für Online-Dienste auf die Authentifizierung von Gesprächspartnern in Telefonaten erweitert. Insbesondere ist der Einsatz im gewerblichen Umfeld zur Steigerung der Sicherheit im telefonischen Geschäftsverkehr vorgesehen. In ersten Prototypen konnte die Mach - barkeit gezeigt werden. Eine zehnköpfige Ar beitsgruppe des Fachbereichs Informatik befasst sich derzeit auch im Rahmen mehrerer Abschlussarbeiten mit der Weiterentwicklung des Systems. Fazit Das vorgestellte System verwendet die electronic Identity des neuen Personal - ausweises zur Authentifizierung von Ge - sprächspartner in Telefonaten. Aufgrund der gesetzlichen Vorgaben zum Besitz eines Personalausweises hat die angestrebte Lösung das Potenzial, in der ge - sam ten deutschen Bevölkerung An wen - dung zu finden. Der Vorteil gegenüber anderen telefoniebasierten Authentisierungslösungen liegt insbesondere in der bereits flächendeckend vorhandenen Infra struktur des neuen Personalausweises und der Nutzbarkeit bereits existierender, kostengünstiger Hardware. UNIVERSAL CALL AUTHENTICATION The project Universal Call Authentication focuses on the development of an au then - tication system which can identify participants in telecommunication networks, using the new german identity card (neuer Personalausweis). These include PSTN, PLMN and the so-called Next Generation Networks, which enable future audio- and video communication using Voice over IP. Regardless of the mobileor fixed line network technology, the system reliably identifies caller and callee. This allows an authentic and secure exchange of confidential information between citizens, commercial services and public authorities. 18

9 Smart Home Control Mobile Device 0 Mobile Device 1 Cellular network Signaling Gateway IP (SIP) IP (KNX) KNXnet/IP KNX Device 0 KNX Device 1 Presence Server NGN Core NGN Vision Ziel des Projekts ist es, Hausautomationssysteme mit einem mobilen End - gerät steuern und überwachen zu können. Beispielsweise können Sie von unterwegs mit Ihrem Smartphone prüfen, ob es zu Hause regnet oder in einem Zimmer Licht angelassen wurde, welches Sie daraufhin ausschalten können. Die Kommunikation läuft hierbei über das IP Multimedia Subsystem. FACHBEREICH INFORMATIK Stand der Technik Vernetzte und automatisierte Haushaltsgeräte sind heutzutage keine Zukunftsmusik mehr. Jedoch bieten aktuell verfügbare Lösungen nur die Möglichkeit, das eigene Smart Home aus den eigenen vier Wänden zu steuern. Unser Projekt bietet eine Smartphone-App, mit der die Steuerung des eigenen, intelligenten Hauses von überall auf der Welt möglich ist. Hierzu wird das standardisierte Signalisierungsprotokoll des IP Multimedia Subsystem (IMS) verwendet. In Kooperation mit: Prof. Dr. Michael Massoth michael.massoth@h-da.de T Maximilian Porzelt maximilian@porzelt.net Florian Weispfenning florian.weispfenning@stud.h-da.de Sandra Kübler sandra@kuebler-net.de David Claybourne claybourne.david@googl .com Tobias Kraft tobias.w.kraft@stud.h-da.de Fachbereich Informatik Schöfferstraße 8b Darmstadt CeBIT 2012 Halle 9, Stand D20 19

10 rangizzz - Fotolia.com Technik Als Hausautomationssystem kommt der KNX-Bussystem zum Einsatz. Dies ist der einzige offene Standard für Haus- und Gebäudeautomationssysteme. Mehr als einhundert Firmen weltweit produzieren auf KNX basierende, zertifizierte Produkte. Mit diesem System ist es möglich, beliebige elektrische Verbraucher in einem Gebäude zu überwachen und zu steuern. Die Kommunikationsplattform bildet das IP Multimedia Subsystem (IMS). Diese Netzwerkarchitektur baut auf dem IP-Netzwerk auf und bietet im Bereich Audio- und Videostreaming (VoIP, IPTV) viele grundlegende Verbesserungen und Erweiterungen. Ein besonderer Dienst, der im Zuge dieses Projekts zum Einsatz kommt, ist der Presence Dienst. Dieser verwaltet Statusinformationen über eingetragene Benutzer und kann diese z.b. an mobile Endgeräte weitergeben. Ein weiterer Dienst des IMS ist der Nachrichtendienst. Mit diesem ist es möglich, Kurznachrichten zwischen den verschiedenen Benutzern auszutauschen. In diesem Projekt werden auf diese Weise Steuerbefehle übermittelt. Die mobilen Endgeräte, welche gegenwärtig mit dem Android-Betriebssystem ausgestattet sind, werden mit Hilfe einer Software (SIP-Client) über das IMS mit dem zu steuernden Gebäude verbunden. Nun können Informationen des Presence Dienstes abgerufen und Steuerbefehle übermittelt werden. Um die Kommunikation zwischen dem KNX-Bussystem, dem IMS und somit den mobilen Endgeräten zu ermöglichen, wird das Signaling Gateway eingesetzt. Es übersetzt die SIP-Pakete des IMS in die KNX-Telegramme des Automationssystems. Im Detail ergeben sich hier zwei Aufgaben: Zum einen werden die Statusnachrichten der Geräte des KNX-Bussystems an den Presence-Dienst weitergeleitet, zum anderen müssen die Steuerbefehle der mobilen Endgeräte interpretiert und an den Bus übergeben werden. SMART HOME CONTROL Nowadays, networked and automated home appliances are no dreams of the future. Nevertheless, the only available option is to control your smart home while being inside your own home. Our project provides a smartphone app which allows controlling your smart home from all over the world. For the communication over the internet, the standardized signaling protocol of the IP Multimedia Subsystem (IMS) is used. 20