Konzeption, Entwicklung und Bewertung eines E-Learning Kurses für die Grundlagen der Computergraphik. Heike Fischer. Koblenz,

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1 Konzeption, Entwicklung und Bewertung eines E-Learning Kurses für die Grundlagen der Computergraphik Heike Fischer Koblenz, Diplomarbeit

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3 Diplomarbeit Konzeption, Entwicklung und Bewertung eines E-Learning Kurses für die Grundlagen der Computergraphik vorgelegt von Heike Fischer Institut für Computervisualistik Arbeitsgruppe Computergraphik Universität Koblenz-Landau Betreuer und Prüfer: Prof. Dr. Stefan Müller, Universität Koblenz-Landau November 2005

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5 You must learn day by day,year by year, to broaden your horizon. The more things you love, the more you are interested in, the more you enjoy, the more you are indignant about, the more you have left when anything happens. Barrymore, Ethel Actress ( )

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7 Ehrenwörtliche Erklärung Hiermit versichere ich, 1. dass ich die vorliegende Diplomarbeit mit dem Titel: Konzeption, Entwicklung und Bewertung eines E-Learning Kurses für die Grundlagen der Computergraphik selbstständig und ohne fremde Hilfe angefertigt habe und keine anderen als die angeführten Hilfen benutzt habe; Diese Arbeit wurde in gleicher oder ähnlicher Form keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegt und auch nicht veröffentlicht. 2. dass ich die Übernahme wörtlicher Zitate, von Tabellen, Zeichnungen, Bildern und Programmen aus der Literatur oder anderen Quellen (Internet) sowie die Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen innerhalb der Arbeit gekennzeichnet habe , den (Ort, Datum) (Unterschrift) i

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9 Inhaltsverzeichnis Ehrenwörtliche Erklärung Inhaltsverzeichnis i iii 1. Einleitung Motivation Zielsetzung Aufbau der Arbeit E-Learning Begriffsdefiniton Formen Funktionsbereiche Interaktives Lernen Lernziele Lernarten Arten von Lernsoftware Kriterien für Lernprogramme Zusammenfassung Bestehende Lernsysteme Lernprogramme aus der Computergraphik Computergraphik spielend lernen Grafiti Lernprogramme mit anderen Lehrinhalten Snoopy MaMut Zusammenfassung Konzept Einleitung Didaktische Modelle - Übersicht Instruktionsdesign Aufbau des Lernprogramms Themaspezifikation iii

10 Inhaltsverzeichnis Lernkonzept und Programmstruktur Übungen und Aufgaben Visualisierungskonzept Entwicklung Zusammenfassung Realisierung Programmstruktur Navigation und Orientierung Didaktisches Konzept Applets Tests Weitere Menüeinträge Visualisierung: Raumaufteilung und grafische Gestaltung Technische Umsetzung Zusammenfassung Weiterentwicklung Nicht umgesetzte Bereiche Bewertung Auswertung Vor Beginn des Tests zu beantworten Fragen zu den Tests Allgemeine Fragen / Nach dem Test zu beantworten Weitere Anmerkungen Ergebnisse Fazit und Ausblick Fazit Erreichte Ziele Ausblick Literaturverzeichnis 65 Abbildungsverzeichnis 68 A. Fragebogen 71 B. Seitenaufbau des Lernprogramms 77 C. Umsetzungstabelle 81 D. Anleitung 85 iv

11 1. Einleitung 1.1. Motivation Elektronische Medien bieten heute dem gesamten Bereich der Bildung ein grosses Innovationspotenzial und gelten als ihr zentraler Bestandteil. Durch die zeitliche und räumliche Flexibilität ermöglichen die modernen Informationstechnologien die effiziente und bedarfsorientierte Vermittlung von Wissen. Rund fünf Millionen Surfer im Jahr durchsuchen das Internet nach Weiterbildungskursen. Neben Arbeitslosen sind auch Arbeitnehmer dabei, die sich fortbilden wollen.[sw] An den Hochschulen geht es bei den e-learning-projekten um die Modernisierung der eigenen Lehr- und Lernmethoden. E-Learning wird vor allem eingesetzt, damit die Lernenden im Rahmen ihrer Kurse Konzepte und Inhalte verfügbar haben. Die Inhalte und Funktionen des E-Learning können gemeinsam mit Präsenzveranstaltungen eingesetzt werden oder in sich abgeschlossen sein. An der Universität Koblenz-Landau werden Kurse auf der WebCT-Plattform angeboten, die den Studenten ermöglichen, webbasierte Vorlesungen zu besuchen und somit computerunterstützt und flexibler lernen zu können. In vielen Bundesländern wurde die Initiative ergriffen und es entstanden virtuelle Hochschulen, wie auch Fernuniversitäten. Einen starken Aufschwung gab es in der Bereitstellung von Online-Kursen im Internet mit den unterschiedlichsten Konzepten und Lernumgebungen. Ein Lernsystem stellt die Schnittstelle zwischen Lernangebot und dem Anwender dar. Da es kein universell einsetzbares Konzept für eine Lernsoftware gibt, muss meist ein individuelles Lernprogramm erstellt werden, dass zielgruppen- und lernzielorientiert gestaltet und konzipiert ist. Die Anwendung setzt ein verlässliches Planungsmuster voraus, um eine effiziente Umsetzung zu gewährleisten Zielsetzung Diese Diplomarbeit gibt einen Überblick zum interaktiven Lernen mit einer webbasierten Lernumgebung. Dabei werden didaktische Grundlagen ebenso wie klassische computerbasierte Lernsysteme einbezogen. Kern der Arbeit ist die Entwicklung einer Lernumgebung für die Vorlesung Computergraphik 1. Die Arbeit setzt sich mit allen Bestandteilen zur Erzeugung eines tutoriellen Systems auseinander. Das Ziel der Arbeit liegt in der Entwicklung eines Systems, dass als Unterstützung der zugrundeliegenden Vorlesung Computergraphik 1 dienen soll. Die wich- 1

12 1 Einleitung tigsten Prozesse bei der Entwicklung eines Lernprogramms, sind das Konzept und die Umsetzung. Das Konzept besteht aus einer Beschreibung und Analyse verschiedener Lösungsmöglichkeiten und einem detaillierten Entwurf. Bei der Realisierung geht es um die technische Umsetzung und die endgültige Implementierung Aufbau der Arbeit Die Arbeit ist in sechs Abschnitte gegliedert. Im ersten, einleitenden Kapitel wird erläutert, wie die Diplomarbeit zustande kam. Das nächste Kapitel setzt sich mit dem Begriff E- Learning und dessen Grundlagen auseinander. Ausserdem werden bestehende Systeme beziehungsweise Kurse aufgeführt, deren Ansätze und Aufbau Ideen zur Umsetzung des Lernprogramms gaben. In der darauf folgenden Sektion, dem dritten Kapitel, geht es um den konzeptionellen Ansatz und seinen Kernelementen, sowie der Problembeschreibung und einige mögliche Lösungsansätze. Nach der Analyse wird im vierten Kapitel die praktische und technische Umsetzung des Konzeptes beschrieben. Darauf folgen die Ergebnisse der Realisierung im fünften Kapitel. Das Lernprogramm und ein Fragebogen wurde an Testpersonen verteilt und daraus wurden die Ergebnisse ermittelt. Weiterhin ist in diesem Teil eine Anleitung zur Programmerweiterung enthalten. Das sechste und letzte Kapitel der Arbeit umfasst die erreichten Ziele, das daraus entstehende Fazit und als Abschluss wird ein Ausblick auf mögliche Erweiterungen und Verbesserungen gegeben. 2

13 2. E-Learning 2.1. Begriffsdefiniton E-Learning, beschreibt das Lernen mit elektronischen Medien. Es kann als ein Lernprozess verstanden werden, der durch Informations- und Kommunikationstechnologie unterstützt wird. Es umfasst somit Informationen, Aktivitäten, Techniken, Abläufe und die Akteure Formen E-Learning tritt in verschiedenen Formen auf. Computer Based Training (CBT) Web Based Training (WBT) Blended Learning Virtuelles Klassenzimmer u.w. E-Learning entspricht dem flexiblen Lernen und setzt die Unabhängigkeit von Zeit und Raum voraus. Man kann die Formen noch unter folgenden Gesichtspunkten betrachten: dem Zeitbezug, wie der Kurs eingebunden werden soll und der Funktionalität. Unter Zeibezug versteht man, ob das Lehren und Lernen zeitgleich (synchron) oder zeitverschoben (asynchron) stattfindet. Synchrones Lernen bedeutet, dass sich alle betroffenen Personen zur gleichen Zeit treffen, wenn auch räumlich getrennt. Ist dies nicht möglich, werden die Lehrinhalte gespeichert und für eine zeitversetzte Darstellung bereitgestellt. Das asynchrone Lehren beziehungsweise Lernen wird charakterisiert durch eine räumliche und zeitliche Trennung. Ein weiteres Merkmal ist die Einbindung von E-Learning. Man kann es als Ergänzung zum klassischen Unterricht einsetzen. Dabei dient es als Vor- und Nachbereitung zu dem Stoff, den man im Unterricht erarbeitet hat, das bedeutet, die Wissensvermittlung findet während des Unterrichts statt. Auf der anderen Seite wird e-learning durch Präsenzveranstaltungen ergänzt. Der Hauptteil der Lernarbeit und der Informationsvermittlung findet über das Internet beziehungsweise über den Kurs statt. Die Präsenzveranstaltungen 3

14 2 E-Learning dienen zur Vor- und Nachbereitung. Die Funktionalitäten: Distribution, Interaktion und Kollaboration können einzeln oder kombiniert eingesetzt werden. Siehe Abbildung 2.1. Der Lernprozess wird unterstützt durch Lehrmaterial, die Betreuung von Tutoren und durch die Kommunikation unter den Teilnehmern. Abbildung 2.1.: Funktionalitäten Funktionsbereiche Man unterscheidet grundsätzlich fünf hauptsächliche Funktionsbereiche von Lernplattformen.Siehe Abbildung 2.2. [EPh] Präsentation von Inhalten (Text,Grafik,Bild,Ton) Kommunikationswerkzeuge (Mail,Foren, Chat) Werkzeuge zur Erstellung von Aufgaben und Übungen Evaluations- und Bewertungshilfen Administration (von Lernenden, Inhalten, Terminen,..) Diese Funktionen dienen nur als Orientierung. Sie müssen nicht alle vorhanden sein, sondern wichtiger ist, wie die Funktionen realisiert werden,dass heisst, welche Beteiligten in welcher Form auf welche Funktionen zugreifen können. Ausserdem spielt der Betrachterstandpunkt eine entscheidende Rolle. Man unterscheidet im Ansatz des Modells. Wird das Programm aus der Sicht des Lernenden entwickelt, so soll eine interaktive Umgebung geschaffen werden, die das Lernen fördert. Entsteht der Prozess jedoch aus der Sicht des Lehrenden, steht der didaktische Aspekt im Vordergrund und es geht um die Bereitstellung eines Lehrangebots, das die Lernenden verarbeiten. 4

15 2.2 Interaktives Lernen Abbildung 2.2.: Funktionsbereiche von Lernplattformen 2.2. Interaktives Lernen Interaktive Lernsysteme sind die Basis des Computer Based Trainings und des Web Based Trainings. Sie sind zielgruppenorientiert und plattformunabhängig. Um ein System zu entwickeln werden Kenntnisse und Erfahrungen aus verschieden Bereichen vorausgesetzt. So sollte man Fähigkeiten aus der Didaktik, der Entwicklung, dem Screendesign und dem Umgang mit Multimedia haben um ein effizientes Gesamtkonzept integrieren zu können. Das Konzept muss auf die einzelnen Faktoren abgestimmt werden. Das betrifft die Zielgruppe und ihre Voraussetzungen, das Bildungskonzept und die Zielplattform. Diese Komponenten sind in der Abbildung 2.3 zu sehen Lernziele Ein Lernprogramm kann grundsätzlich Wissen und Informationen zu jedem Thema übermitteln. Im Prinzip geht es um die Definition des Lernziels. Dies(e) sollten rechtzeitig im Planungsprozess berücksichtigt werden. Darunter werden hier grundlegende Wissenstrukturen verstanden (vgl. auch [Baumg94]). Das Lernziel wird definiert durch den Beurteilungsmassstab dessen, was sich am Com- 5

16 2 E-Learning Abbildung 2.3.: Strukturmodell für die CBT-/WBT-Konzeption puter erlernen lässt.[wendt] Unterschieden werden folgende Lernbereiche [Scha95]: kognitive Lernziele affektive Lernziele psychomotorische Lernziele kognitive Lernziele Das kognitive Lernen spricht die geistig-rationale Ebene eines Menschen an. Im Zentrum steht die Vermittlung von Wissen im Sinne von Faktenwissen. Grundlagenwissen soll angeeignet werden und wesentliche Zusammenhänge begreifbar gemacht werden, mit dem Ergebnis, dass man das neue Wissen in einem praxisbezogenen Kontext einsetzen kann. Wesentliche Lerntechniken, mit denen kognitive Lernziele erreicht werden können, sind Auswendiglernen und einsichtiges Lernen [Scha95] affektive Lernziele Diese Lernziele betreffen die Beeinflussung und Veränderung von Verhalten oder Einstellungen. In dieser Kategorie wird somit das Lernen von Einstellungen in den Vordergrund gestellt. Darunter versteht man die Veränderung von persönlichen Ansichten und Handlungsweisen durch Entdeckung und Erfahrungsbildung. Hier wird die psychosoziale und emotionale Ebene im Menschen angesprochen. Die affektiven Lernziele sind schwerer zu erreichen als die kognitiven. 6

17 2.2 Interaktives Lernen psychomotorische Lernziele Im Mittelpunkt steht das Training und Erlernen von Bewegungsabläufen und manuellen Fertigkeiten. Eigenes Tun und Üben spielen bei der Schulung von praktischen Fähigkeiten eine grosse Rolle. Theoretisches Wissen ist zwar eine Voraussetzung, aber dadurch kann man das Ausführen einer Aufgabe noch nicht bewältigen. Wichtig ist die Koordination von Abläufen: zuerst muss man sich auf kognitiver Ebene mit dem zu Erlernenden vertraut machen und dann die Abläufe ausführen und trainieren. Das Einüben und ein Test der praktischen Fähigkeiten ist jedoch nur begrenzt am Computer möglich. Zusammenfassung Mit einem computerunterstützenden Lernprogramm kann man kognitive Lernziele sehr häufig, affektive Lernziele unter bestimmten Voraussetzungen und psychomotorische Lernziele in geringem Umfang umsetzen. Es ist einfacher den Lernenden mittels einer realitätsgetreuen Umgebung und praxisnahen Problemen kognitiv auf die Wirklichkeit vorzubereiten. Aus diesem Ansatz, ergeben sich vier Kompetenzen, die man mit einem interaktiven Lernsystem erlernen kann: Fakten- und Anwendungswissen Intellektuelle Fähigkeiten (produktives Problemlösen) Verhaltensweisen (Erwerb kognitiven Basiswissen) Praktische Fähigkeiten Das Leistungspotenzial von Lernprogrammen erhöht sicht, wenn sie mit anderen Bildungsmedien kombiniert werden Lernarten Für die Realisierung des Konzeptes und der Entwicklung, benötigt man neben dem Wissen, was am Computer erlernbar ist, das Wissen über die pädagogischen und psychologischen Aspekte. Wie lernt man, welche didaktischen Methoden gibt es um die Lerninhalte zu vermitteln und wie sieht die Umsetzung aus. Der Lernende darf nicht nur die Möglichkeit haben sich Wissen aus Informationen anzueignen, sonder muss auch aktiv handeln können. Durch die direkte und eigenständige Auseinandersetzung mit den Lerninhalten, ist der Mensch fähig das Gelernte zu verstehen und auf neue Kontexte zu übertragen. 7

18 2 E-Learning Selbstgesteuertes Lernen und handlungsorientiertes Lernen Selbstgesteuertes Lernen bedeutet, dass der Lernende weitgehend selbst bestimmt, ob, was, wann, wie und mit welchem Ziel er lernt. Das betrifft somit die Zusammenstellung der Lerneinheiten, die Reihenfolge und ob er etwas wiederholt. Der Studierende passt seine individuellen Bedürfnisse an das Lernprogramm an, er entscheidet welche selbst- oder fremdorganisierten Lernmöglichkeiten in den Lernprozess mit einbezogen werden. Um seinen eigenen Lernstil zu verwirklichen, muss die Voraussetzung gegeben sein, dass es unterschiedliche Lernwege gibt. Daraus erfolgte die Entwicklung der interaktiven Lernumgebung. Der Lernende kann durch eine offene Strukur seinen eigenen Lernweg beschreiten. Daneben gibt es das Handlungsorientiertes Lernen. Hier spielt sich alles direkt auf der Ebene des Lerngeschehens ab. Wie eignet sich der Lernende neues Wissen an und wie wird es ihm über das Programm vermittelt. Durch Aktivitäten mit der Maus oder Tastatur wird das Handeln ausgelöst. Dieser Prozess ist zusätzlich erlebnisorientiert, in dem man neue Zusammenhänge entdeckt. Da man nicht nur sieht und hört, sondern eher erlebt, hat das Konzept ein grösseres Wirkungspotenzial. Die Voraussetzung dafür ist, das die Schnittstelle zwischen Anwender und Programm dementsprechend gut konzipiert ist. Die Lernumgebung muss auf einem Lerndialog aufgebaut sein, der den Lernenden mit dem System verbindet, mit ihm kommuniziert, wie beispielsweise in Rückmeldungen oder Feedbacks und ihn somit unterstützen. Die selbstgesteuerten und handlungsorientierten Konzepte müssen nun in die Lernstrukturen integriert werden. Zusätzlich ist auch noch wichtig, wie die Informationen didaktisch aufbereitet und präsentiert werden. Es gibt mehrere Ansätze, um Informationen mit interaktiven Lernsystemen zu vermitteln, diese lassen sich grob in drei Kategorien aufteilen [Wendt]: freies Lernen (Selbstlernkonzept) geführte Unterweisung (tutorielles Konzept) Lernen durch Erfahrung (exploratives Konzept) Die Modelle können miteinander kombiniert oder einzelnd eingesetzt werden. Bei der Entscheidung für ein Modell helfen dessen Leistungsmerkmale und das Grundkonzept des Lernprogramms. Die Merkmale werden nachfolgend untersucht. Die Konzepte im Detail, siehe hierzu Kapitel Arten von Lernsoftware Es existieren vier Arten von Lernsoftware (siehe herzu [Mandl]: Übungsprogramme, Tutorielle Programme, Simulationsprogramme und Cognitive Tools. Jedes Programm 8

19 2.2 Interaktives Lernen hat unterschiedliche Leistungsmerkmale, Zielsetzungen und Einsatzbereiche. Nachfolgend werden die Eigenschaften kurz aufgeführt: Übungsprogramme Diese Form baut auf den Prinzipien des programmierten Unterrichts auf. Traditionelle Übungsprogramme geben eine Abfolge von Aufgaben und Abfragen vor. Der Einfluss des Anwenders auf die Programmabläufe ist sehr gering. Das Feedback ist sehr kurz gehalten, meist in der Form von Richtig-Falsch-Angaben. Sie eignen sich am besten zum Vermitteln von Faktenwissen, da sie technisch und didaktisch nicht sehr wertvoll sind. Tutorielle Programme Hier steht neben der Informationsvermittlung, die Überprüfung des Lernerfolgs im Mittelpunkt. Der Lerndialog ist ausgeprägter und der Lerner kann interaktiv arbeiten. Man unterscheidet traditionelle und intelligente tutorielle Systeme. Simulationsprogramme Diese Programme ermöglichen die Simulation von Realsystemen. Es können Zusammenhänge erforscht und erlent werden. Komplexe Problemstellungen können dadurch erörtert werden und der Lernende kann interaktiv experimentieren. Cognitive Tools Cognitive Tools sollen die Ressourcen für die menschliche Informationsverarbeitung vergrössern. Sie enthalten keine expliziten Lehrelemente, dafür strukturieren sie Tätigkeiten und erleichtern die Ausführung von Aufgaben Kriterien für Lernprogramme Es gibt eine Menge an Kriterien für die Bewertung computerunterstützter Lernprogramme. Hier werden nur die wichtigsten Punkte angesprochen (vgl. [Neu]): Realitätsnähe Realitätsnähe ist ein wichtiges Kriterium für die Gestaltung und Bewertung computerunterstützter Lernprogramme. Darunter versteht man, dass Anforderungen und Problemstellungen aus dem Alltag im Lernprogramm aufgegriffen werden und dass das erworbene Wissen nun im Alltag umgesetzt werden kann. Problemorientierung Das Lernen im Umgang mit komplexen Problemen steht hier im Mittelpunkt. Das Ergebnis ist die Förderung der intrinsischen Motivaton und gewährleistet, dass neue Kenntnisse im Kontext späterer Anwendungsfälle erworben werden. 9

20 2 E-Learning Lerneraktivität Bei diesem Bewertungspunkt geht es um das Ausmass, in welchem das Lernprogramm dem Lernenden Raum für Eigeninitiative bietet. Folgende Kriterien sind zu beachten: Ist es dem Lernenden möglich, Vorwissen einzubringen und Anpassungsfähigkeit und Flexibilität zu trainieren? Ist die Lernumgebung interaktiv gestaltet? Zusammenfassung E-Learning gewinnt als Bildungsform immer mehr Zuwachs, da auch das Innovationstempo stetiges beziehungsweise lebenslanges Lernen voraussetzt. Durch die Kombination verschiedener Bildungsmedien, der unterschiedlichen Informationsvermittlung, kann das Lernen optimiert werden. So äussern sich neben Vorteilen auch problematische Aspekte. Vorteile Lerninhalte können durch das Internet ergänzt oder interaktiv erarbeitet werden. Bei vielen Anwendern zeigt sich, dass die Informationsaufnahme erleichtert wird. Wichtig für ein Gesamtkonzept sind die Medien, die Didaktik, Organisation, Methodik und Inhalte. Wenn alle Faktoren aufeinander perfekt abgestimmt sind und umgesetzt werden, kann man Erfolge mit dem Lernprogramm erzielen. Es eröffnen sich folgende Vorteile: zeit- und ortsunabhängiges Lernen individuelles Lernen (eigenes Lerntempo) Lernen mit hoher Eigenverantwortung Lernen in Multimedia-Umgebungen bzw. Einbinden von Multimedia Entwicklung von Schlüsselkompetenzen Kurse können an bestimmte Bedürfnisse adaptiert werden, etc. Problematische Aspekte Die Nachteile sollen jedoch nicht unberücksichtigt bleiben. Negative Eigenschaften treten vor allem auf, wenn man weniger soziale Kontakte hat, das Gruppengefühl geschwächt wird und man dadurch isoliert wird. Ein weiterer Gesichtspunkt sind die technischen Voraussetzungen. Jedem muss die gleiche Ausstattung zur Verfügung stehen. Der Lerner muss mit den verschiedenen Publikationsformen zurecht kommen, das heisst es muss eine gute Einführung in die technische Handhabung zur Verfügung stehen. Der nächste Punkt betrifft die etwas aufwändige Einstiegsphase. Der Tutor hat anfangs einen hohen Zeitaufwand in der Vorbereitung, da Schwierigkeiten mit der neuen Technik oder neuen Medien auftreten können und dies eine Umstellung der bisherigen Arbeitsweise bedeutet. Als letztes sollte man den Informationsüberschuss nicht vergessen. Durch die neuen und unterschiedlichsten Formen, durch die die Inhalte dargestellt werden, kann es zu einer Überforderung der Lernenden kommen. 10

21 3. Bestehende Lernsysteme Dieses Kapitel zeigt einen Einblick in bestehende Kurse. Zunächst werden 2 Kurse mit computergraphischen Lehrinhalt betrachtet und bewertet. Nachfolgend werden Lernprogramme aus anderen Bereichen vorgestellt und einige Teile bezüglich der Umsetzung genauer untersucht Lernprogramme aus der Computergraphik In diesem Abschnitt werden die Systeme Computergraphik spielend lernen und Grafiti untersucht Computergraphik spielend lernen Computergraphik spielend lernen [UniTu] ist ein multimedialer Kurs zur Einführung in die graphische Datenverarbeitung. Dieser wurde 1997/98 an der Universität Tübingen entwickelt. Als Ziel wurde eine einheitliche Lernumgebung gesetzt. Der Kurs verknüpft durch HTML-Seiten Vorlesungs-Skripte, Bilder, Programme (Java- Applets), sowie Programmierübungen in einer einheitlichen Umgebung. Das Lernprogramm ist für die Studenten auch auf CD oder als zip-datei erhältlich. Das Programm ist browser-, orts-, zeit- und plattformunabhängig. Die Hypertexte bestehen aus Modulen. Alle Textbausteine und Daten werden in einer Datenbank gehalten. Anhand von Schablonen wird das Design der Seite festgelegt, wodurch Design und Inhalt voneinander getrennt sind. Die Seiten werden automatisch generiert. Die Java-Applets 5.6 sind dazu da, komplizierte Algorithmen durch eine Animation leichter zu verstehen. Es handelt sich aber bei diesen Applets auch um vollständige Programme, die es den Lernenden ermöglichen, sich mit dem Algorithmus beziehungsweise dem Konzept interaktiv auseinanderzusetzen. Die Applets werden von Studenten im Rahmen von Projekt-, Studien-, und Diplomarbeiten programmiert. Inhaltlich orientiert sich der Kurs an den 1995 und 1997 erschienenen Lerhbüchern Graphische Datenverarbeitung I und II, und an dem Skript zur gleichnamigen Vorlesung an der Universität Tübingen. Die Lernumgebung dient zum Selbststudium. Jedes Kapitel umfasst theoretische Grundlagen, Java-Applets und schliesslich Übungen und Testfragen. Es empfiehlt sich die chronologische Durcharbeitung. Beim Durchlesen des Textes stösst man auf Links zu dazugehörigen Applets. Diese werden in einem neuen Fenster geöffnet. Zu jedem Applet gehört eine dreifache Dokumentation, Hinweise zur Bedienung, eine Guided Tour und Hinweise zur Architektur des Applets. 11

22 3 Bestehende Lernsysteme Abbildung 3.1.: Abbildung eines Applets am Beispiel Clipping Die Guided Tour, siehe Abbildung 3.2, führt den Anwender inhaltlich durch das Thema des Applets. Falls man sich auch für die Programmierung interessiert, findet man unter Architektur einige Hinweise. Die Übungen bestehen aus theoretischen Fragen und einer Programmieraufgabe zu dem vorgestellten Algorithmus, die allerdings traditionell mit Papier und Stift bearbeitet werden müssen. Bewertung Der Kurs Computergraphik spielend lernen ist eine sehr gute Umsetzung. Es ist ein sehr umfangreiches Lernprogramm mit vielen Funktionen, jedoch ist durch die Komplexität des Programms einerseits der Einarbeitungsaufwand und andererseits der zeitliche Arbeitsaufwand recht hoch. Da die Lernumgebung aber noch weiterentwickelt und rege genutzt wird, ist davon auszugehen, dass sie didaktischen Erfolg aufweist. Der Theorieteil umfasst sämtliche computergraphischen Themen, die sehr genau erklärt werden. Die Texte sind zwar verständlich, aber zum Durcharbeiten ist der Aufwand ziemlich hoch. Es entspricht eher einem vollständigen Ersatz der Vorlesung. Die interaktiven Applets wurden sehr effizient umgesetzt. Auch wenn sie etwas kompliziert erscheinen und man sich erst einarbeiten muss, ist das Applet dann jedoch einfach zu bedienen. Die kurze Erklärung der Methoden ist nicht besonders sinnvoll. Die Applets 12

23 3.1 Lernprogramme aus der Computergraphik Abbildung 3.2.: Ausschnitt aus der Dokumentation eines Applets können auch ausserhalb der Theorie aufgerufen und bearbeitet werden Grafiti Das Lernprogramm Grafiti [UniOlb] wurde durch eine studentische Projektgruppe in der Abteilung Computer Graphics und Software-Ergonomie der Informatik an der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg entwickelt. Es ist seit 1997 verfügbar und wurde im Rahmen des Projekts MuSIK ( Medienunterstütztes Studium der Informatik ) [UniOla] erarbeitet. Ziel war die Erstellung von webbasierten unterrichtsbegleitenden Materialien zur Vorlesung Generative grafische Datenverarbeitung unter der Berücksichtigung didaktischer und software-ergonomischer Aspekte. Die Studenten sollten selbstständig und interaktiv mit dem Programm lernen. Grafiti wurde mit HTML(Version 3.2) und Java 1.0 erstellt. Die interaktiven Bestandteile wurden mit Java-Applets entwickelt. Das Ergebnis ist eine internetbasierende, plattformunabhängige Lernplattform, die in fast jedem Browser läuft. Man kann das Lernprogramm im Internet, also online bearbeiten oder man kann Archive herunterladen, auspacken und so offline-basiert arbeiten. Diese Version kann man nicht weiterentwickeln. Es gibt jedoch zusätzlich die Entwicklerversion zum herunterladen, diese enthält die Java- und LML-Dateien. Mit dem HTML-Generator-Werkzeug LML- GEN, das die Erstellung der HTML-Seiten vereinfacht. LMLGEN bekommt als Eingabe die Texte und Angaben zu den Applets und erzeugt daraus einheitliche HTML-Seiten mit integrierten Java-Applets, die Verzeichnisse werden automatisch generiert. 13

24 3 Bestehende Lernsysteme Zudem gibt es 2 Versionen von Grafiti: Version mit externen Navigator Version ohne externen Navigator Grafiti ist mit einem Navigator ausgestattet. Er zeigt ein dynamisches Inhaltsverzeichnis in einem separaten Fenster an, siehe Abbildung 3.3. Damit lassen sich die Abschnitte des Lernprogramms schnell ansteuern. Da der Navigator nicht mit allen Browsern funktioniert, gibt es auch eine Version ohne Navigator, diese ist kleiner und lädt daher schneller. Abbildung 3.3.: der externe Navigator des Lernprogramms Grafiti Das Programm besteht aus einzelnen Lerneinheiten, diese können aber unabhängig voneinander bearbeitet werden. Grafiti ermöglicht den Einstieg in die einzelnen Lektionen über ein Inhaltsverzeichnis beziehungsweise den externen Navigator. Innerhalb der Lektionen kann sich der Leser am Seitenkopf an den Running Titles orientieren. Hier ist das aktuelle und das übergeordnete Kapitel aufgeführt. Geht man das Programm chronologisch durch, kann man durch verschiedene Buttons eine Seite vor, zurück, zum Anfang der Seite und zum Inhaltsverzeichnis. Die Kapitel bestehen meist aus einer tutoriellen Einführung in das Thema, einer Darstellung der mathematischen Grundlagen und einem (oder mehreren) interaktiven Applet, siehe Abbildung 3.4. Die Bedienung des Applets wird detailliert erklärt. Die Theorie richtet sich nach der Vorlesung Generative grafische Datenverarbeitung, der Universität Oldenburg. Bewertung Grafiti ist ein Lernprogramm mit einer einfachen Struktur, dass als Beilage und Nachschlagewerk gut geeignet ist. Der Lehrinhalt umfasst ziemlich viele Themen der Computergraphik, die verständlich erklärt werden. Zu der Theorie gibt es anschauliche Applets, 14

25 3.1 Lernprogramme aus der Computergraphik Abbildung 3.4.: Ausschnitt aus dem Kapitel Ermittlung sichtbarer Flächen 15

26 3 Bestehende Lernsysteme an denen man die Grundlagen gleich interaktiv üben und testen kann. Die Erklärungen und Defintionen auch zu komplexen Themen werden so geschildert, dass der Leser nicht abgeschreckt wird. Die Applets haben eine Bedienungsanleitung und somit ist der Umgang schnell erfassbar. Ein negativer Aspekt ist, dass es keine Übungsaufgaben gibt. Zwar sind sehr viele Applets zum Üben innerhalb der Lektionen, aber das Feedback fehlt somit. Die externe Navigation ist jedoch nicht sehr gut gelungen. Sie ist umständlich zu erreichen, sie befindet sich nicht dauerhaft im Vordergrund, da sie sich in einem extra Fenster öffnet. Man kann aber sagen, das es allgemein eine erfolgreiche inhaltliche Umsetzung ist, bei der die Wissensvermittlung auf jeden Fall gelingt. Einerseits durch den verständlichen Text und andererseits wegen der vielen Applets. Die Lernumgebung ist didaktisch gut gelungen Lernprogramme mit anderen Lehrinhalten Um nicht den Kern der Arbeit aus den Augen zu verlieren, sollen diese Systeme nur ganz kurz vorgestellt und der interessanteste Aspekt betrachtet werden Snoopy Dieser Kurs [FHAa] ist ein Lernprogramm zur Objektorientierten Programmierung in Java und wurde in einem Projekt von 7 Studenten der FH Augsburg entwickelt, siehe Abbildung 3.5. Navigieren kann man sich mittels dem Java-Menue am linken Rand. Man kann sich individuell durch die einzelnen Lerneinheiten bewegen. Generell ist das System aus Theorie, Beispielen, Übungen und kurzen Fragetests aufgebaut. Die Beispiele und Übungen wurden durch Flash-Animationen oder Java-Applets visualisiert. Es ist sehr übersichtlich, es gibt zwar keine Punkte, jedoch Rückmeldungen bei Übungen. Durchaus gelungen ist die letzte Übung zur Java-Programmierung, siehe Abbildung 3.6. Man muss sich die gepackte Datei (für Windows oder Linux) herunterladen und entpacken. Nach dem Starten kann man zwischen 2 Programmen wählen. Daraufhin öffnet sich ein Editor, in diesen muss man nun die fehlenden Methoden und Instanzen eingeben. Danach kann man das Programm kompilieren, neu starten und sich auch dabei Tips geben lassen. Realisiert wurde die Übung mit Perl/Tk, das Skript wurde mit einer Perl2Exe-Lizens compiliert (vgl. [Perla] und [Perlb] Java ist ein sehr umfachreiches Thema und könnte noch erweitert werden. Das Programm wird aber nicht mehr weiterentwickelt. Es ist dennoch übersichtlich und gut umgesetzt MaMut Es handelt sich hier um eine Lernumgebung für Mathe für Multimedia [FHAb]. Der Kurs wurde ebenfalls an der FH Augsburg innerhalb eines Projektes von einem 8-köpfigen 16

27 3.3 Zusammenfassung Abbildung 3.5.: Abbildung des Lernprogramms Snoopy Studententeam entwickelt. Das Programm kann online gestartet werden oder auch als gepackte Datei heruntergeladen werden. Die Navigation und der Lehrinhalt ist visuell gut gestaltet, siehe Abbildung 3.7. Da es sich um schwierigen Stoff handelt ist dieser durchaus überschaubar dargestellt. Man bewegt sich mittels Menü links oder unten am Rand durch die Pfeile vor und zurück. Das Programm wird hier deshalb vorgestellt, da die einzelnen Lektionen auch in der Computergraphik vorkommen: Matrizen, affine Abbildungen und Kurven und Splines. Zwischen der Theorie befinden sich Links entweder für Begriffe, die durch anklicken in einem neuen Fenster erklärt werden, oder für Beispiele, die sich auch in einem eigenen Fenster öffnen, mit denen man jedoch nicht agieren kann. Die Übungen bestehen aus Multiple Choice-Fragen, die man bewerten lassen und unendlich oft wiederholen kann. Als Fazit kann man sagen, dass die Theorie sehr gut umgesetzt wurde. Die Beispiele sollten eher in den Text integriert werden und die Übungen könnte man mit Applets besser visualisieren, die Fragen jedoch beibehalten Zusammenfassung Die beste Bewertung für ein computergraphisches Lernprogramm kann man dem Kurs Computergraphik spielend lernen geben. Alle Lernumgebungen haben unterschiedliche 17

28 3 Bestehende Lernsysteme Abbildung 3.6.: Abbildung der Programmierübung Stärken und Schwächen, Vor- und Nachteile, die jeweils auf ihre Weise didaktisch wertvoll sind. Man könnte bei allen Lernprogrammen noch ausführlicher werden und die Systeme nach Kriterien bewerten, dies ist jedoch nicht Aufgabe dieser Arbeit. Um ein eigenes Lernsystem zu entwickeln, sollte man sich bestehende Systeme mit ihren didaktischen, multimedialen und technologischen Aspekten anschauen um Ideen für das eigene Projekt zu sammeln. Am wichtigsten sind jedoch die Faktoren, Zielgruppe, Bildungskonzept und die Zielplattform, die für jedes Projekt individuell abgestimmt sind und am Ende ein passendes Gesamtkonzept umgesetzt werden muss. Weitere interessante Programme sind: Java Interaktiv: Lernsoftware für Java, siehe [Java] Algorithms in Action, siehe [Alg] 18

29 3.3 Zusammenfassung Abbildung 3.7.: Oberfläche des Lernprogramms MaMut! 19

30 3 Bestehende Lernsysteme 20

31 4. Konzept Dieses Kapitel ist in 2 Abschnitte gegliedert. Als erstes wird ein kurzer Überblick über die möglichen didaktischen Modelle gegeben, die schon einleitend in Kapitel erwähnt wurden und einführend wird das Designmodell vorgestellt. Im zweiten Abschnitt werden die wichtigsten Faktoren dargestellt die für die Entwicklung eines Lernsystems eine Rolle spielen Einleitung Didaktische Modelle - Übersicht Selbstlernkonzept Computergestütztes Lernen nach dem Selbstlernkonzept bedeutet, dass der Lernprozess und das aufgenommene Wissen der Lerninhalte hauptsächlich vom Lernenden gesteuert werden, siehe Kapitel Das Programm bietet keine Unterstützung für den Anwender, wie beispielsweise Rückmeldungen, Aufgaben, etc. Die Navigation innerhalb des Programms ist offen und individuell und an keine Reihenfolge der Lerneinheiten gebunden. Das Programm stellt eventuell Hilfen wie Suchfunktionen oder Lexika zur Verfügung. Diese werden deshalb oft als Wissensdatenbank oder Informationssystem bezeichnet. Tutorielle Konzepte Dieses Konzept hat gegenüber dem vorherigen eine tutorielle Komponente, welche im gesamten Lernprozess helfend und beurteilend (Rückmeldung über erbrachte Leistungen) agiert. Es soll den Anwender Schritt für Schritt an die neuen Lerninhalte heranführen. Gekennzeichnet sind solche Programme durch die logischaufeinander aufbauenden Lerneinheiten. Der Lernprozess kann zudem immer an dem aktuellen Lernfortschritt angepasst werden. Es gibt in der Praxis 3 Unterkategorien dieses Programmtyps: Trainings- und Testprogramme Tutorielle Systeme Intelligente tutorielle Systeme Diese werden hier jedoch nicht weiter ausgeführt. 21

32 4 Konzept Explorative Konzepte Bei den explorativen Konzepten steht das freie Entdecken und Untersuchen im Mittelpunkt solcher Lernwelten, also keine Führung und Rückmeldungen. Der Anwender soll die Funktionsweisen von dynamischen Abläufen und Prozessen kennenlernen, diese erfassen und mit ihnen agieren können. Dadurch werden die Lerninhalte erlebbar und erfahrbar. Auch hier haben sich Programmtypen herausgebildet: Mikrowelten Simulationen Plan- und Lernspiele Lernabenteuer An dieser Stelle wird ebenfalls nicht näher auf die speziellen Eigenschaften dieser Konzepte eingegangen. Zusammenfassung Jedes dieser Konzepte hat seine eigenen Leistungsmerkmale. Das Selbstlernkonzept dient zum Suchen oder Nachschlagen von Informationen. Das tutorielle Konzept eignet sich zur Vermittlung von Grundwissen. Um grundlegendes Verständnis beim Anwender zu erreichen, müssen komplexere Lerninhalte didaktisch reduziert werden. Das Ziel ist hier nicht, das erworbene Wissen auf eine Praxissituation umsetzen zu können. Dazu sollte das explorative Konzept realisiert werden. Hier können praxisnahe Anwendungsund Problemsituationen simuliert, erlebt und erkundet werden und der Lernende wird mit Abläufen und Prozessen der Wirklichkeit vertraut gemacht. Alle Ansätze mit ihren Stärken und Schwächen können als einzelnes Modul in ein Lernsystem integriert werden, oder wie es meist der Fall ist, zusammen kombiniert im System auftreten Instruktionsdesign Die Grundidee [Nieg] ist die systematische und vor allem differenzierte Anwendung pädagogisch-psychologischer Prinzipien bei der Konzeption von Lernumgebungen. Instruktionsdesign-Theorien beziehungsweise -Modelle bestehen aus technologischen, inhaltlichtechnologischer und operativ-technologischer Aussagen. Die inhaltlich-technologischen Aussagen beinhalten, wie etwas konstruiert werden muss um ein bestimmtes Ziel zu erreichen. Die operativ-technologischen Aussagen beziehen sich auf die Effizienz der Vorgehensweise in der Entwurfsphase. Im Bereich der Planung und Konzeption von Lernumgebungen sind dies insbesondere Instructional-System-Design-Modelle [Gus], siehe Abbildung 4.1. Der Kern dieser Modelle ist eine systematische Koordination der Entwicklungsphasen Analyse, Design, Entwicklung, Implementierung und Evaluation. 22

33 4.2 Aufbau des Lernprogramms Abbildung 4.1.: Instructional System Design: ADDIE-Modell Die Konzeption bezieht sich auf alle Situationen, in denen eine Entscheidung zur Gestaltung beziehungsweise zur Vorgehensweise erforderlich ist. Die Lösung jedes Designsproblems umfasst dabei folgende Schritte (vgl. [Sim] ): Suche nach alternativen Möglichkeiten Analyse jeder Lösungsalternative Festlegung einer geeigneten Entscheidungsprozedur Entscheidung für eine bestimmte Alternative 4.2. Aufbau des Lernprogramms Nach den Grundlagen des E-Learnings, der Theorie des Interaktiven Lernens und allgemeinen Programmkonzepten, geht es um das Lernsystem im Detail. Aus welchen Elemente kann es bestehen und welche Konzepte und Strukturmodelle gibt es um die Elemente zu einem Ganzen zusammenzufügen. 23

34 4 Konzept Nachfolgend die wichtigsten Bausteine (Elemente): das Lernkonzept und die Programmstruktur das didaktische Konzept (Aufgaben etc.) die Gestaltung der Benutzeroberfläche und die Benutzerführung im Programm die Eignung von Autorensystemen für Entwicklungsaufgaben die Leistungsmerkmale der technischen Plattformen In den nachfolgenden Kapiteln werden die Elemente in Bezug auf das zu entwickelnde Lernprogramm genauer erläutert Themaspezifikation Nach der Einarbeitung in die Grundlagen von E-Learning stand die Entscheidung des eigentlichen Themas der Arbeit an. Die möglichen Alternativen für ein E-Learning- Programm waren: als Ersatz für die Vorlesung Computergraphik 1 Dieser Onlinekurs, sollte die Vorlesung vollständig ersetzen, die innerhalb eines Semesters gehalten wird.der Lehrinhalt würde in Videoaufnahmen vom Dozenten präsentiert werden und diese Mitschnitte dann in einer passenden Lernumgebung integriert werden. Man hat dann die Möglichkeiten, sich Sequenzen beliebig oft anzuhören oder zu stoppen. Neben den Aufnahmen könnte man das Thema oder mehr als Text einfügen. als Begleitung zur Übung/Vorlesung CG1 Ein interaktives Skript, ein sogenanntes e- Book auf freiwilliger Basis soll entwickelt werden. Um die Übung und Theorie zu vertiefen, sollen die computergraphischen Grundlagen nachbearbeitet werden können und verschiedene Aufgaben als Kontrolle dienen. als Alternative oder Ergänzung zur Übung CG1 Alternative: Die konventionelle Übung soll dadurch komplett ersetzt werden, dass somit der Tutor entlastet wird und die Lernenden ein Feedback bezüglich der Aufgaben bekommen. Oder als Ergänzung: Ein Teil der Übung wird online abgelegt, entweder ein Teil oder nur die gesamten Aufgaben, so dass der Tutor nur die Ergebnisse bespricht oder eben nur Tips für das neue Blatt geben beziehungsweise Fragen beantworten muss. oder ein Kurs zu einer Programmiersprache Eine Tutorial zu einer beliebigen Programmiersprache soll in einem Onlinekurs umgesetzt werden. Nach dem Abwägen der Vor- und Nachteile der einzelnen Themen, der jeweiligen Anforderungen und Umsetzungsbedingungen, wurde das zweite Thema gewählt: Enwicklung eines E-Learning-Kurses für die Grundlagen Computergraphik. Ein wichtiger Grund war, dass viele Studenten zwar die Vorlesungen und Übungen besuchen, aber trotzdem noch einmal gerne etwas nachschlagen würden, oder das man sich für die Klausur 24

35 4.2 Aufbau des Lernprogramms nicht nur mit den eigenen Mitschriften oder den vergangen Übungen vorbereiten möchte. Ebenfalls dass man durch zusätzliche Aufgaben und deren Rückmeldungen besser mit dem Stoff vertraut wird und sicherer in die Klausur gehen kann. Bei den anderen Themenalternativen, handelte es sich meist um nachteilige Eigenschaften, trotzdem wären es herausfordernde Aufgaben gewesen. Ein Tutorial für eine Programmiersprache ist sehr komplex, da die Sprachen sehr umfangreich sind, man hätte somit nur ein Basiswissen vermitteln können. Das Thema als Alternative/Ergänzung für die Übung wurde schon in einer Diplomarbeit aufgegriffen, man hätte es somit weiterentwickeln, verbessern und ausbauen können. Der Ersatz für die Vorlesung ist eine gewagte Option, die Chancen wären erfolgreicher, wenn die Vorlesung als e-book (Videoschnitte der Vorträge) online oder offline den Studenten zur Verfügung stehen würde, damit diese sich den theoretischen Teil zeit- und ortsunabhängig beziehungsweise mehrmals anschauen könnten. Wahrscheinlich wäre die Folge ein steigender Rückgang der Anwesenheit der Studenten. Um ein detailliertes Konzept auszuarbeiten, mussten bestehende Kurse und Systeme recherchiert und analysiert werden sowie die Anforderungen an das Programm definiert werden Lernkonzept und Programmstruktur Die Planung und Gestaltung eines Lernsystems beginnt mit der Entwicklung des Lernkonzepts und dem Aufbau der Programmstruktur. Als erstes wird eine Zielgruppenanalyse durchgeführt, deren Ergebnisse in einem Anforderungsprofil vermerkt werden. Im nächsten Schritt wird der Lerninhalt genauer betrachtet und die entstehende Struktur ist die Grundlage für die Beschreibung der Lernziele. Aus diesen kann man eine zutreffende Lehrstragie entwickeln. Durch diese Informationen kann man schliesslich Aufgaben beziehungsweise die Lernerfolgskontrolle erstellen. Zielgruppenanalyse Ausgangslage ist die Entwicklung eines E-Learning-Kurses zum Thema Grundlagen der Computergraphik für Studenten. Der Hintergrund, ist wie unter Kapitel 2.1. erwähnt, dass Studenten neben Vorlesung und Übung den Stoff gern noch vertiefen oder wiederholen würden. Entweder zum besseren Verständnis oder zur Klausurvorbereitung. Man erwägt deshalb eine Verteilung über CD-ROM sowie eine Download-/ oder Online-Option über die akademieeigene Website. Zielgruppendaten Bei der Zielgruppe hinsichtlich der Medienkompetenz verfügen die Studenten über unterschiedliche Voraussetzungen. Wahrscheinlich haben die meisten gute Computerkenntnisse. Obwohl die Vorlesung in einem Informatik-Studiengang angeboten wird, ist es doch möglich das Erstsemester diese Vorlesung besuchen und deshalb über geringe Kenntnisse verfügen. Der Lernort und die Lernzeit sollten selbst bestimmbar sein. Die Bearbeitung des Lernprogramms ist für einen allein und keine Gruppe gedacht. Direkte Ansprech- 25

36 4 Konzept partner oder Möglichkeiten der Rückfrage zu der Arbeit mit dem Programm gibt es nicht. Auswertung Die Auswertung der Zieldaten kann man gemäss der Auswertungsmatrix [Wendt]durchführen. Die Altersverteilung der Studenten liegt zwischen 20 und 30, die meisten sind Anfang 20. Folgt man der Matrix, bevorzugen die Anwender eine kreative Lernumgebung mit dynamischen und erlebbaren Inhalten. Mit Hochschulreife und dem Streben eines akademischen Abschlusses ist das Bildungsniveau sehr hoch, somit kann der Inhalt komplex aufbereitet werden. Die Medienkompetenz, wie bereits erwähnt, ist unterschiedlich, deshalb sollte eine kleine Einführung bezüglich des Umgangs mit dem Programms vorhanden sein. Das Vorwissen der Studenten, bezüglich auf die Lerninhalte ist verschieden, jedoch eher auf geringem Niveau. Das bedeutet: einen Eingangstest gestalten, der das vorhandene Wissen abprüft und danach eine Lernwegempfehlung erstellt. eine Lerneinheit entwickeln, die den Anwender ohne Vorwissen die Grundlagen Schritt für Schritt näher bringt dass man am Start zwischen unterschiedlichen Lernwegen wählen kann eine kontextsensitive inhaltliche Hilfefunktion, die bei Bedarf Unterstützung anbietet Der Lernort ist vom Studenten frei wählbar, sowie es keine Bestimmung für die Lernzeit gibt, wann und wie lange der Anwender mit dem Programm arbeitet. Hier wird ein gewisses Mass an Selbstverantwortung und -disziplin vorausgesetzt. Lernsituation. Da das Programm ausserhalb der Veranstaltung eingesetzt wird, gibt es keine Notwendigkeit für eine Betreuung. Deshalb sollte die Lernwegstruktur offen gestaltet werden. Um eine gute Lernmotivation zu haben, muss der Student von Anfang an von dem Programm und seiner Leistung überzeugt sein, jedoch nicht zu fordernd, da diese Anwendung nur als Vor- oder Nachbereitung dienen soll. Somit ergegeben sich einige Schlüsselfaktoren: eine einfache und übersichtliche Navigation schnelle Erfolgserlebnisse kreative Aufgabenstellungen ein ansprechende Präsentation der Inhalte kontextbezogene Hilfen 26

37 4.2 Aufbau des Lernprogramms Bedarfsprofil Aus der Zusammenfassung der Ergebnisse und einer Sortierung nach Unterpunkten, erhält man ein Anforderungsprofil für die zu konzipierende Struktur. erforderliche Programmelemente Einführung in die Bedienung des Programms Eingangstest oder Vermittlung von Grundlagen inhaltliche abrufbare Hilfe Bedienung des Programms allgemeine Einführung in die Handhabung freie übersichtliche und intuitiv erfassbare Navigation übersichtliche Benutzerführung Didaktisches Konzept kreative Aufgaben, vergleichbar mit den Übungsaufgaben aus der Veranstaltung, sind zum Verfestigen des Verständnisses Rückmeldungen als Lernzielkontrolle Übungen (als explorativer Anteil) Lerneinheiten, die die Inhalte übersichtlich und schnell vermitteln Lernwege: frei oder Erreichen des nächsten Moduls nur bei Bestehen Visuelles Konzept funktionale Raumaufteilung funktionale Gestaltung / Design Nachdem die Basis für das Lernprogramm erstellt wurde, wird als nächstes die inhaltliche Struktur betrachtet: die Lernziele, Lerninhalte und Lernwege werden entworfen und Modelle zur Lernerfolgskontrolle konzipiert. 27

38 4 Konzept Lernziele und Lerninhalte Nach der ersten Analyse werden unter der Berücksichtigung der didaktischen Kriterien die Lerninhalte geplant und gestaltet. Das erfolgt in drei Phasen: Sichtung und Strukturierung der Inhalte Formulierung von Lernzielen Aufbau und Entwicklung von Lernmodulen Der erste Schritt besteht darin, dass der Inhalt des Themas so strukturiert und aufbereitet wird, das er einen Lernerfolg gewährleistet. Die Computergraphik besteht aus vielen Themen, deren Inhalte umfangreich sind. Um ein gewisses Verständnis zu bekommen benötigt man: mathematische Grundlagen grafische Grundlagen Grundlagen in der Programmierung (C++ und OpenGL) Mit den Grundlagen kann man Schritt für Schritt ein tieferes Verständnis für die Computergraphik erlangen. man lernt: die einzelnen Stufen der Verarbeitung: die Anordnung der Objekte durch Transformationen, verschiedene Koordinatensysteme, die Konstruktion eines 2D-Bildes durch Projektionen, die Bestimmung des Sichtbarkeitsbereiches und Erzeugen eines digitalen Bildes durch Rasterung das geometrische Modellieren von Objekten die Bildsynthese: lokale und globale Beleuchtungsverfahren Somit sind die thematischen Schwerpunkte definiert, auf dieser Grundlage kann man die entsprechenden Lernziele formulieren. Ausgangspunkt für die Formulierung ist das Lernthema selbst, Grundlagen der Computergraphik. Das Richtziel könnte also lauten: Der Anwender ist in der Lage, die einzelnen Schritte der Computergraphik-Pipeline, von der mathematischen Beschreibung einer dreidimensionalen Szene, bis hin zum fertigen zweidimensionalen, digitalen Bild, zu erläutern und grundlegende Berechnungen durchzuführen (und gegebenenfalls grundlegende Techniken und Verfahren zu programmieren). Damit das Lernkonzept eine inhaltliche Grobstruktur bekommt, werden Grobziele formuliert: Grobziel 1: Der Anwender ist in der Lage, die allgemeine Grundlagen zu erklären 28

39 4.2 Aufbau des Lernprogramms Grobziel 2: Der Anwender ist in der Lage, die einzelnen Bestandteile in ihrem Detail zu beschreiben Grobziel 3: Der Anwender ist in der Lage, die Theorie nachzuvollziehen und umzusetzen (in Übungen oder der Klausur der Veranstaltung) Welche Teilziele der Lernende auf dem Weg zum Ziel anstreben muss, beschreiben die Feinziele, die sich aus den Grobzielen herausbilden: Feinziele zu Grobziel 1: Der Anwender kann die wichtigsten Bestandteile der Computergraphik aufzählen Der Anwender kann den allgemeinen Ablauf der Computergraphik-Pipeline erläutern Feinziele zu Grobziel 2: Der Anwender kann die einzelnen Bestandteile der Pipeline benennen und zuordnen Der Anwender kann die Definitionen und Funktionen der Bestandteile beschreiben Feinziele zu Grobziel 3: Der Anwender ist in der Lage, das erlangte theoretische Wissen in praktischen Aufgaben und Übungen ein- und umzusetzen Der Anwender ist in der Lage, das Wissen situtationsübergreifend einzusetzen (das Wissen auf neue praxisbezogene Fragestellungen beziehungsweise Situationen zu übertragen) Um eine Struktur in die Lerninhalte zu bringen, siehe Abbildung 4.2, bildet man (mit Hilfe der Grobziele) Lernmodule mit inhaltlichen Schwerpunkten: Lernmodul 1: Grundlagenkenntnisse, die in der Computergraphik benötigt werden Lernmodul 2: Bestandteile der Computergraphik und vertiefende Übungen / Aufgaben (diese werden nicht als eigenständiges Modul entwickelt) Durch die Feinziele kann man die einzelnen Elemente der Module erstellen und die Lernschritte entwickeln, wie das Ziel erreicht werden soll. Wie das geschieht, hängt jedoch von der Lehrstrategie ab. Lehrstrategien Es gibt unterschiedliche Konzepte zur Wissensvermittlung: Lehrstrategie 1: Faktenwissen Lehrstrategie 2: Intellektuelle Fähigkeiten 29