Seminar "Datenbanktechnologie für das Web" SS Webbasiertes Lernen. Institut für Informatik Universität Zürich

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1 Seminar "Datenbanktechnologie für das Web" SS 2001 Webbasiertes Lernen Institut für Informatik Universität Zürich Seminararbeit von: Cristina Torresani Büelstrasse 84, 8132 Egg Leitung: Prof. Dr. K: R. Dittrich Betreuerin: Anca Dobre

2 Seminar Datenbanktechnologie für das Web Webbasiertes Lernen Seite 1 Inhaltsverzeichnis A. Einleitung... 2 B. Webbasiertes Lernen Definition Anforderungen an eine Webbasierte Lernumgebung Vor- und Nachteile von webbasierten Lernumgebungen gegenüber herkömmlichen Lernmethoden Einsatzgebiete und Möglichkeiten... 5 C. Design von Lernumgebungen Allgemein Learning Object Metadata (LOM) Standard... 6 D. Beispiele für webbasierte Lernplattformen OLAT (Online Learning And Testing) LearningSpace ARIADNE E. Fazit F. Literaturverzeichnis... 13

3 Seminar Datenbanktechnologie für das Web Webbasiertes Lernen Seite 2 A. Einleitung Lernen heisst Wissen aneignen, Wissen mittels Übungskomponenten festigen und verstehen und das verstandenen Wissen anwenden. Mit der zunehmenden Verbreitung der elektronischen Medien ist man nicht mehr gezwungen, zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort zu lernen, sondern man hat die Möglichkeit, selbst zu entscheiden wann, wie viel und in welchem Tempo man lernen möchte. In Abschnitt B werden unter anderem die speziellen Anforderungen an eine webbasierte Lernumgebung beschrieben. Ausserdem werden die Vor- und Nachteile im Vergleich zu herkömmlichen Lernmethoden sowie verschiedenen Einsatzmöglichkeiten dargestellt. Webbasierte Kurse sind erst dann sinnvoll, wenn sie auf verschiedenen Systemen von verschiedenen Benutzergruppen gebraucht werden können. Um dieses zu gewährleisten, muss beim Design von Lernumgebungen auf bestimmte Punkte geachtet werden. Auf diese wied in Abschnitt C eingegangen. Zum Schluss hab ich aus den unzähligen webbasierten Lernumgebungen drei verschiedene Beispiele herausgesucht und beschrieben. OLAT ist eine an der Universität Zürich entwickelte und zur Zeit vor allem für Informatik-Übungen eingesetzte Lernumgebung. LearningSpace von IBM/Lotus ist ein kommerzielles System und ARIADNE ein Forschungs- und Technologieentwicklungsprojekt der Europäischen Union.

4 Seminar Datenbanktechnologie für das Web Webbasiertes Lernen Seite 3 B. Webbasiertes Lernen 1. Definition Webbasiertes Lernen (auch e-learning, Online-Learning, etc.) vorfolgt das Ziel, das Lernen hinsichtlich Zeit und Raum zu flexibilisieren. Die Informationen sind in einer Datenbank gespeichert und werden den Lernenden übers Internet zugänglich gemacht. Anstelle von oder zusätzlich zu Lehrbüchern werden interaktive und multimediale Lernprogramme verwendet. Die Möglichkeiten für den Einsatz von Multimedia-Komponenten sind vielfältig. So kann eine webbasierte Lernumgebung neben Text- auch Audio- und Videoelemente, Simulationen sowie interaktive Tests enthalten 1. Das Web ist vor allem ein pull medium, das heisst, es liegt beim Schüler, die Initiative zu ergreifen und zu entscheiden, wann und was er lernen will. 2. Anforderungen an eine Webbasierte Lernumgebung Aus Benutzersicht Eine webbasierte Lernumgebung sollte plattformunabhängig sein, damit sie auf verschiedenen Systemen benutzt werden kann. Ausserdem muss sie einfach und klar gestaltet sein, damit sich auch unerfahrene Benutzer schnell zurecht finden. Durch eine übersichtliche Struktur können wichtige Funktionen wie Suchmaschinen, Index, Glossar und Kommunikationsmittel rasch gefunden werden. Je nach Lernumgebung ist der Zugriff nur für eingeschriebene Studenten möglich. Man sollte sich daher online registrieren und in die Lehrveranstaltung einschreiben können. Zudem sollte jeder Student die Möglichkeit haben, die Benutzeroberfläche individuell seinen Bedürfnissen anzupassen. Um den Studenten die Arbeit mit dem Kursmaterial zu erleichtern, sollten die Unterlagen einfach heruntergeladen und ausgedruckt werden können. Sie müssen daher in einem systemunabhängigen Format (z.b. pdf) gespeichert werden. Kommunikation Eine wichtige Eigenschaft von webbasierten Lernumgebungen ist die Kommunikation zwischen Studenten und Lehrern oder den Studenten untereinander. Man kann zwischen synchronen und asynchronen Kommunikationsmedien unterscheiden. Das wichtigste asynchrone Kommunikationsmedium ist da . In die Lernumgebung sollte ein programm integriert sein sowie eine aktuelle Adressliste aller Studierenden und Tutoren. Das System sollte ebenfalls Gruppenkommunikation unterstützen indem es Diskussionsforen oder Workspace zum Austausch von Dokumenten zur Verfügung stellt. 1 Vgl. Kapitel 4

5 Seminar Datenbanktechnologie für das Web Webbasiertes Lernen Seite 4 Für die synchrone Kommunikation kann ein Chat-Room eingerichtet werden. Weitere Möglichkeiten sind Videokonferenzen oder die Übertragung von Vorlesungen auf Video. Aus Sicht der Tutoren Die Aufgabe des Lehrers bzw. des Tutors ist es, die Studenten durch den Kurs zu führen und individuell Hilfe zu leisten. Er muss daher Zugang zu denselben synchronen und asynchronen Kommunikationsmitteln haben. Zudem muss er in der Lage sein, die Aktivitäten der Studierenden auf der Lernumgebung zu verfolgen, nicht um diese zu überwachen, sonder um gezielt Unterstützung bieten zu können. Den Tutoren sollte eine spezielle Tutorenumgebung zur Verfügung stehen, wo sie einerseits administrative Aufgaben wie zum Beispiel Studierendenverwaltung oder Gruppeneinteilungen vornehmen können, andererseits sollten sie die Möglichkeit haben, die Arbeiten der Studenten online zu bewerten. 3. Vor- und Nachteile von webbasierten Lernumgebungen gegenüber herkömmlichen Lernmethoden + Flexibilität: Der Benutzer einer webbasierten Lernumgebung ist zeitlich und räumlich unabhängig, d.h. er kann rund um die Uhr an jedem beliebigen Ort lernen (vorausgesetzt, dass er einen Computer und Zugang zum Internet hat). Zudem können die einzelnen Lektionen beliebig unterteilt und das Lerntempo den jeweiligen Bedürfnissen angepasst werden. + Aktualität: Die Lerninhalte können jederzeit an die Bedürfnisse der Benutzer angepasst, verbessert und auf den neusten Stand gebracht werden. + Leichter Zugang: Einzige Voraussetzung ist ein Computer mit Internetzugang. + Vielfältigkeit: Die Informationen können auf verschiedene Arten dargestellt werden, so könne zum Beispiel Simulationen zum Verständnis eines Textes beitragen. + Interaktivität: Webbasierte Lernumgebungen bieten die Möglichkeit zur Interaktion zwischen dem Lehrer und dem Lernenden. Dadurch erhält der Lehrer Rückschlüsse auf die Lernfortschritte und kann den Lernenden gezielter unterstützen. + Wirtschaftlichkeit: Mit Hilfe von webbasierte Kurse können viel mehr Lerner erreicht werden, als dies bei herkömmlichen Kursen möglich ist. Ausstattung: Nicht jeder hat die erforderliche Ausrüstung (Computer mit Internetzugang) zur Verfügung. Technik: Die Grenzen der Technik schränken die Möglichkeiten zur Gestaltung einer webbasierten Lernumgebung ein. Zudem sind eine regelmässige technische Wartung sowie eine laufende Anpassung der Technik unerlässlich, damit die Kurse online immer zugänglich sind und funktionieren. Zeit: Die Entwicklung eines Online-Kurses nimmt je nach Inhalt und Technik ziemlich viel Zeit in Anspruch. Zudem können zum Teil lange Download-Zeiten das Lernen verlangsamen.

6 Seminar Datenbanktechnologie für das Web Webbasiertes Lernen Seite 5 Anonymität: Da jeder alleine vor dem Computer lernt, geht der persönliche Kontakt verloren. 4. Einsatzgebiete und Möglichkeiten Es gibt unzählige Situationen, in denen man webbasierte Lernmethoden einsetzen kann. Sie eignen sich nicht nur für Hochschulen, sondern auch zur Weiterbildung in Unternehmen, in Fachhochschulen und Schulen. Webbasierte Courseware kann sowohl in traditionelle Lehrveranstaltungen integriert werden, oder aber als vollständiger, autonomer Kurs benutzt werden, wie das zum Beispiel bei Fern- Universitäten oder Internet-Hochschulen der Fall ist. Die Integration des Webs bietet sich zum Beispiel bei Vorlesungen an, wo Lernmaterial und allgemeine Informationen online zur Verfügung gestellt werden können. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, Vorlesungen auf Video in die webbasierte Lernumgebung einzubinden. Das gibt den Studierenden die Gelegenheit, unabhängig von ihrem Aufenthaltsort Vorlesungen anzusehen oder Teilausschnitte zu repetieren. Übungen und können von den Studierenden online gelöst werden und danach entweder per E- Mail direkt an einen Tutor versandt oder, insbesondere bei Multiple-Choice-Aufgaben, direkt vom System korrigiert und bewertet werden. Diese Funktionen eignen sich auch für Prüfungen, Einstiegstests am Anfang eines Online-Kurses oder Lernkontrollen, um den individuellen Wissensstand zu überprüfen. Durch Simulationen (z.b. Java-Applets) haben die Benutzer die Möglichkeit, praktische Beispiele selbst durchzuspielen und komplexe Sachverhalte zu veranschaulichen. Dies eignet sich besonders gut für die Ausbildung in Unternehmen, wo die Angestellten z.b. durch Unternehmensplanspiele spezifische Abläufe und Prozesse sowie die Funktion von Systemen oder Anwendungsprogrammen erlernen können. Im Hochschulbereich kann webbasierte Courseware entweder für einzelne Lehrveranstaltungen wie auch fächerübergreifend, gesamtuniversitär oder sogar hochschulübergreifend eingesetzt werden. Dabei steht die Nutzung von Synergieeffekten von bereits verfügbarem fachlichen und didaktischen Spezialwissen sowie Kosteneinsparungen bei der Entwicklung von Lerninhalten im Vordergrund. C. Design von Lernumgebungen 1. Allgemein Jeder Online-Kurs besteht aus vielen Lernobjekten. Ein Lernobjekt wird als Einheit definiert, die benutzt, wiederverwendet oder referenziert werden kann, z.b. Multimediainhalte, Lerninhalte oder Lernsoftware. Es gibt zwei Hauptaspekte bei der Erstellung von Lernobjekten: erstens, der eigentliche Inhalt der Lernobjekte und zweitens, die Metadaten, welche die Lernobjekte beschreiben.

7 Seminar Datenbanktechnologie für das Web Webbasiertes Lernen Seite 6 Der Inhalt der Lernobjekte kann zum Beispiel mit XML dargestellt werden, welches sich gut eignet, Informationen zu strukturieren und gleichzeitig die Portabilität zu gewährleisten. Metadaten ( Daten über Daten ) sind strukturierte Daten, mit deren Hilfe eine Informationsressource beschrieben und dadurch besser auffindbar gemacht wird. Die Metadaten beschreiben ein Lernobjekt vollständig und angemessen. Ziel ist es, mit Hilfe der Metadaten bessere Erschliessungs- und Suchmechanismen anbieten zu können, als sie bisher im Internet existieren. Jedes Lernobjekt ist zusammen mit den zugehörigen Metadaten in einer Datenbank gespeichert. 2. Learning Object Metadata (LOM) Standard Mit der zunehmenden Nutzung von webbasierten Lernsystemen entsteht die Problematik des Austausches und der Wiederverwendung einmal produzierter Lerninhalte. Aus diesem Grund hat das IEEE (Institute of Electrical and Electronical Engineers) Learning Technology Standards Committee (LTSC) den Learning Objects Metadata (LOM) Standard herausgegeben, der einen Minimalsatz an notwendigen Eigenschaften definiert, um Lernobjekte zu verwalten, zu finden und auszuwerten. Der Standard spezifiziert die Syntax und die Semantik der Metadaten, er befasst sich aber nicht damit, auf welche Weise diese Merkmale implementiert werden. Ziele des LOM Standards sind: Lernenden und Instruktoren die Suche, die Auswertung und die Nutzung von Lernobjekten zu gestatten, den Austausch von Lernobjekten zwischen verschiedenen Systemen zu vereinfachen, die automatische und dynamische Erstellung von personalisierten Lektionen für den einzelnen Lernenden mittels eines Agenten, die Katalogisierung neuer oder bestehender Lernobjekte zu erleichtern, Lerninhalt in einem einheitlichen Format zu speichern, das unabhängig vom Medienformat ist, die Authentifizierung und nötige Sicherheit bei der Verteilung und der Nutzung von Lernobjekten zu unterstützen. Für die Beschreibung von Lernobjekten wurde ein Basisschema entworfen, das die Metadaten in 9 Kategorien 2 einteilt: 1. General Generelle Informationen, die das Lernobjekt als Ganzes beschreiben. 2. Lifecycle Daten über die Lebensdauer des Objekts. 2 vgl. IEEE, Draft Standard for Learning Object Metadata, New York, 2000

8 Seminar Datenbanktechnologie für das Web Webbasiertes Lernen Seite 7 3. Meta-metadata Informationen über diese Metadaten-Aufzeichnung. 4. Technical Daten über die technischen Anforderungen an das Lernobjekt. 5. Educational Daten über die pädagogischen und didaktischen Eigenschaften des Lernobjekts. 6. Rights Daten über die Eigentumsrechte und Nutzungsbedingungen des Lernobjekts. 7. Relation Daten über Beziehungen zu anderen Lernobjekten. 8. Annotation Anmerkungen zum Gebrauch des Lernobjekts. 9. Classification Einordnung des Lernobjekts in ein bestimmtes Klassifikationssystem.

9 Seminar Datenbanktechnologie für das Web Webbasiertes Lernen Seite 8 D. Beispiele für webbasierte Lernplattformen 1. OLAT (Online Learning And Testing) 3 OLAT ist ein webbasiertes Client-Server-System mit offener Schnittstellenarchitektur und Unterrichtsmodulen für den Hochschulunterricht. Es wurde an der Universität Zürich entwikkelt und wird dort seit Herbst 1999 für anwendungsorientierte Informatikübungen im Grundstudium eingesetzt. Durch OLAT wird die tutorenbegleitete Unterrichtsform unterstützt. Es besteht die Möglichkeit, Unterrichtsmodule für alle Fachbereiche einzubinden. Beim Unterrichtsmodul anwendungsorientierte Informatikübungen können sich die Studenten online in Übungsgruppen einschreiben. Danach müssen sie einen Online-Einführungstest absolvieren. Darauf aufbauend lernen die Studierenden die Möglichkeiten des Internets (unter anderem Erstellen einer Homepage) kennen. Um die verschiedenen Aufgabenstellungen zu lösen, stehen den Studierenden Online-Skripte, Kurzaufgaben zu den einzelnen Kapiteln, allgemeine Informationen, FAQ, Online-Help, Wort-Suchfunktionen über die Online-Skripte, Links, eingebundene proprietäre Software (BSCW, - und Chatprogramm) und Standardsoftware zur Verfügung. Abb. 1: Nach dem Login sieht der Benutzer eine Übersicht über seine Vorlesungen mit den erreichten Punkten. 3

10 Seminar Datenbanktechnologie für das Web Webbasiertes Lernen Seite 9 Das technische Konzept von OLAT baut auf Internettechnologie auf und ermöglicht durch die offene Schnittstellenarchitektur die Integration von proprietärer Software. Die Plattform OLAT ist grösstenteils mit OpenSource Software realisiert (Apache Webserver mit Betriebssystem SuSE Linux, MySQL Datenbank, PHP Skript Sprache / PHP Base Libraries, HTML). Abb. 2: Die technische Umgebung von OLAT Die Webapplikation besteht grundsätzlich aus einer MySQL Datenbank. Darin sind für jeden Studierenden die Benutzerdaten (z.b. Name, Vorname, Matrikelnummer, erzielte Punkte usw.) und die aktuellen Session-Daten wie auch alle Kursdaten (z.b. Aufgabenstellungen, Skripte, Multiple-Choice-Fragen und Antworten usw.) gespeichert. Wenn sich ein Studierender mit seinem Login und Passwort bei OLAT anmeldet, wird seine persönliche Übersicht (Punktestand, Zugang zu Online-Skripen usw.) automatisch durch die PHP Skript Sprache und PHP Base Libraries generiert. Zur Kommunikation ist die kommerzielle Groupware BSCW (Basic Support for Cooperative Work) integriert. Diese stellt die Möglichkeit zum Austausch von Dokumenten sowie Diskussionsforen zur Verfügung.

11 Seminar Datenbanktechnologie für das Web Webbasiertes Lernen Seite LearningSpace 4 LearningSpace ist ein Produkt der IBM Firma Lotus. Auf einer Online-Umgebung stellt es das Lernen auf drei verschiedene Arten zur Verfügung: Self-paced Learning: LearningSpace stellt Funktionalitäten für unabhängige Selbstlernkurse mit Testmöglichkeiten zur Verfügung. Collaborative Learning: LearningSpace unterstützt die synchrone und asynchrone Kommunikation durch integrierte Diskussionsforen und Chats. Real-time Learning: Durch einen virtual classroom können real-time Audio- und Video-Sessions abgehalten werden. Durch eine elektronische Wandtafel, virtuelles Handheben und instant messaging stehen den Lernenden viele Möglichkeiten einer herkömmlichen Vorlesung offen. LearningSpace ist zertifiziert durch das Aviation Industry CBT Committee (AICC). LearningSpace besteht aus 2 Modulen: dem Kernmodul und einem optionalen Collaboration- Modul. Das Kernmodul offeriert alle Funktionen einer webbasierten Lernumgebung. Es präsentiert den Kursinhalt, stellt asynchrone Kommunikationsmittel zur Verfügung, verfolgt die Aktivitäten der Studenten und bietet die Möglichkeit einen Kurs zu erstellen, zu organisieren und zu leiten. LearningSpace wird vollständig über eine Web-Schnittstelle kontrolliert. Das optionale Collaboration-Modul fügt synchrone Kommunikationsfunktionen zu LearningSpace hinzu: ein gemeinsam benutztes Whiteboard, die Möglichkeit zu gemeinsamen Nutzung von Applikationen, Chatrooms sowie Audio- und Videokonferenzen. Alle Management Daten (Kursbeschreibungen, Aufgaben und Anmeldungen) und Benutzerinformationen (Status, Tracking und Bewertungen) sind in einem relationalen Datenbanksystem (Oracle, MS_SQL oder DB2) gespeichert. Studienpläne und persönliche Daten sowie Bestimmungen für self-paced Kurse können entweder in einem Dateisystem, einer Datenbank oder auf einem Webserver gespeichert werden. In LearninSpace wird nur ein Pointer (Adresse) auf den Inhalt gespeichert, nicht der gesamte Inhalt selbst. 3. ARIADNE 5 ARIADNE ist ein europäisches Projekt, geleitet durch ein hauptsächlich akademisches Konsortium. Einerseits ist ARIADNE ein grosses Netzwerk von verteilten Datenbanken mit Tausenden von Kursen. Die Hauptdatenbank steht in Belgien, die anderen sind über Europa verteilt /

12 Seminar Datenbanktechnologie für das Web Webbasiertes Lernen Seite 11 Central Knowledge Pool Regional Knowledge Pools Local Knowledge Pools Private Knowledge Pools Typical Knowledge Pool (Regional, Local or Private) Abb. 3: Die Systemarchitektur von ARIADNE Jedes Mitglied der ARIADNE-Gemeinschaft kann diese Kurse für eigene Anwendungen frei nutzen. Im Gegenzug wird jeder Kurs, der in dieser Plattform erstellt wird, in der Datenbank gespeichert und den anderen Mitgliedern zur Verfügung gestellt. Abb. 4: Screenshot von der Benutzerschnittstelle von ARIADNE

13 Seminar Datenbanktechnologie für das Web Webbasiertes Lernen Seite 12 Andererseits ist ARIADNE eine heterogene Sammlung von Autoren- und Management- Tools. Es bestehet aus Funktionen zur Herstellung von Fragebogen, Simulationen, Übungen mit automatischer Auswertung, einem Video-Clip-Generator sowie einem pädagogischen Hypertext-Generator, der die Möglichkeit bietet zur Segmentierung von Text oder HTML Dokumenten in semantisch strukturiertes Lehrmaterial. Abb. 5: Die verschiedenen Funktionen von ARIADNE ARIADNE stellt lediglich Online-Kurse zur Verfügung, jedoch keine Kommunikations- oder Trackingfunktionen. ARIADNE hat selbst ein sprach- und kulturunabhängiges Metadatenkonzept aufgestellt, dessen Richtlinien die LOM-Standards entscheidend beeinflusst haben. E. Fazit Bereits jetzt existiert eine grosse Zahl von webbasierten Lernmöglichkeiten, und in Zukunft werden sie mit Sicherheit zunehmen. Studiengänge können mehr und mehr durch webbasierte Kurse ergänzt oder sogar vollständig online angeboten werden. Dies ist eine mögliche Lösung, um den Kapazitätsproblemen an den Hochschulen entgegenzuwirken. Ich glaube jedoch nicht, dass die herkömmlichen Lernmethoden ganz verschwinden werden. Zudem ist es auch nicht sinnvoll, jeden Kurs auf dem Web anzubieten, zumal einerseits der Aufwand zur Erstellung eines Online-Kurses meistens sehr gross ist und andererseits der persönliche Kontakt durch das Internet nicht ersetzt werden kann.

14 Seminar Datenbanktechnologie für das Web Webbasiertes Lernen Seite 13 F. Literaturverzeichnis Brugger Rolf, Web Based Course Environments: an Overview, Universität Fribourg, 2000 Downes Stephen, Learning Objects, University of Alberta, 2000 Gnägi Florian, OLAT Online Learning and Testing, Projektdokumentation, Semesterarbeit, Universität Zürich, 2000 IEEE, Draft Standard for Learning Object Metadata, New York, 2000 Möhler Stefan, Auswahl und Implementierung einer Web-based Training Umgebung für die ärztliche aus- und Weiterbildung, Diplomarbeit, Universität Heidelberg, 2000 Schleinkofer Marcel, Tschiemer Seraina, E-Learning und Wissensmanagement, Seminararbeit, Universität Zürich, 2001 Schneider Franziska, Guidelines für webbasierte Courseware im universitären Bereich, Diplomarbeit,Universität Zürich, Abbildungsverzeichnis Abb.1: Abb.2: Abb.3: Abb.4: Brugger Rolf, Web Based Course Environments: an Overview, Universität Fribourg, 2000 Abb.5: