Standardisierung im E-Learning Entwicklungsstand und Anwendungsbeispiel aus dem Agrarbereich

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1 Peggy Walther, Peter Giebler, Joachim Spilke Standardisierung im E-Learning Entwicklungsstand und Anwendungsbeispiel aus dem Agrarbereich Für die nachhaltige Entwicklung von E-Learning Systemen besteht die Notwendigkeit der Orientierung an Standards, welche das Zusammenwirken unterschiedlicher Komponenten zur Inhaltserstellung, -darstellung und - verwaltung ermöglichen. Der vorliegende Beitrag beschreibt den aktuellen Standardisierungsstand und die Umsetzung bei der Entwicklung eines E-Learning Moduls. 1 Einführung und Zielstellung Basierend auf einem hohen Entwicklungsstand von Hard- und Software, aber auch der nahezu unbegrenzten Verfügbarkeit von Weitverkehrsnetzen, haben sich Lernformen mit einer multimedialen Unterstützung entwickelt, die allgemein unter dem Begriff E-Learning zusammengefasst werden. Dabei ist die Notwendigkeit einer multimedialen Unterstützung vor allem dort gegeben, wo die Lehrinhalte durch eine hohe Komplexität gekennzeichnet sind und die Darstellung durch Animationen und Simulationen wesentlich verbessert werden kann. Dieser Sachverhalt liegt für viele Inhalte im Agrarbereich vor. Daher hat hier die Entwicklung von E-Learning Modulen eine große Bedeutung. Der Aufbau von E-Learning Inhalten ist oft mit einem hohen Aufwand verbunden (Brugger, 2001; Nordmedia, 2005). Daher ist die Orientierung an Standards zur Sicherung der Nachnutzbarkeit und leichteren Aktualisierbarkeit/Wartbarkeit von Inhalten zwingend. Auch hier scheint für den Agrarbereich wegen des rasanten Kapazitätsabbaus in Lehre und Forschung im letzten Jahrzehnt eine besondere Bedeutung vorzuliegen. Standardisierung ist aber auch für den Betrieb eines E- Learning Systems unverzichtbar. Wie in Abschnitt 2 näher dargestellt, ist ein E-Learning System als eine komponentenbasierte Software aufzufassen. Das Zusammenwirken der Komponenten erfordert standardisierten Datenaustausch. Es ist Gegenstand des vorliegenden Beitrages, den derzeitigen Stand der Standardisierung im E-Learning darzustellen. Weiterhin erfolgt eine Softwarebewertung und - auswahl bei besonderer Beachtung der Unterstützung von Standards. Basierend darauf werden die Konsequenzen der Standardisierung bei der Entwicklung des E-Learning Moduls Informationssysteme und ihre Vernetzung in der Milcherzeugung für die Aus- und Weiterbildung aufgezeigt. 2 Komponenten eines E-Learning Systems Gerade im Zusammenhang mit einer Diskussion zum Stand der Standardisierung im E-Learning Bereich ist eine klare Strukturierung eines E-Learning Systems zwingend. Aus der Literatur ist dazu keine eindeutige Aussage verfügbar. So gibt es zwar Hinweise über die umzusetzenden Funktionalitäten wie Informationsbeschaffung/Präsentation von Inhalten, Kommunikation, Produktion, insbesondere von Übungsaufgaben und Tests, Evaluation, Administration/Benutzerverwaltung (Baumgartner et al., 2002; Niegemann et al., 2004), eine Struktur ist daraus aber nicht ableitbar. Daher schlagen wir die folgenden Komponenten mit der Zuordnung der Funktionalitäten vor: Learning Management System (LMS) zur Präsentation der Lerninhalte, Evaluation des Lernfortschrittes, Kommunikation zwischen Lehrenden und Lernenden sowie Benutzerverwaltung und Verwaltung des Lernprozesses; Authoring Tool (AT) zur Umsetzung von Lerninhalten in elektronische Form; Content Management System (CMS) zur Inhaltsspeicherung sowie Recherche nach inhaltlichen und didaktischen Gesichtspunkten. Die daraus folgende Struktur eines E-Learning Systems ist in Abbildung 1 dargestellt, wobei bereits Bezug auf unsere Inhaltsentwicklung genommen wurde (Abschnitt 4). Die von uns vorgeschlagene Struktur erlaubt neben der klaren Zuordnung der Funktionalitäten auch die Definition von Anforderungen an Standards zur Unterstützung des Zusammenwirkens der Komponenten. Standards müssen unterstützen: Beschreibung der Lernobjekte (LO) als Voraussetzung für Ablage und Wiederauffindbarkeit in einem CMS, Beschreibung der LO als Voraussetzung der Ablaufsteuerung durch das LMS, Unterstützung des Datenaustausches zwischen LO und LMS zur nutzerbezogenen Abbildung des Lernprozesses, beispielsweise absolvierte Themen und Testergebnisse. 27

2 Aus Wissenschaft und Forschung Scientific Articles Dabei verstehen wir unter einem LO in Anlehnung an Polsani (2003) sowie Baumgartner et al. (2002) die Zusammenfassung von Text, Bild, Animation, Simulation etc. nach inhaltlichen Gesichtspunkten zu einer selbständigen, unabhängigen Einheit, die in unterschiedlichen Lernumge- bungen wieder verwendet werden kann und entsprechend zu dokumentieren ist. Abbildung 1: Komponenten eines E-Learning Systems mit Bezug zum Modul Informationssysteme und ihre Vernetzung in der Milcherzeugung 3 Stand der Standardisierung und deren Umsetzung in Software 3.1 Standardisiertes Zusammenwirken der Komponenten Der derzeitige Stand der Standardisierung im Bereich des E-Learning ist ein Ergebnis langjähriger Entwicklung und aktuell zusammengefasst im Sharable Content Object Reference Model (SCORM) (ADL, 2004a). Die Beschreibung der LO durch Metadaten basiert auf einer Spezifikation des IEEE Learning Technology Standards Committee (LTSC) (IEEE, 2002). Diese Learning Objects Metadata (LOM) Spezifikation legt fest, wie die Beschreibung in einer XML-Datei zu formulieren ist. Diese umfasst zum Beispiel: 28 allgemeine Daten (z. B. Titel, Sprache, Beschreibung), Angaben über den Lebenszyklus und die Entwicklungsgeschichte (z. B. Version, Status), technische Aspekte (z. B. Datenformat, Größe, Speicherort, technische Anforderungen), didaktische und pädagogische Angaben (z. B. Art der Interaktivität, Inhalt, Zielgruppe (insbes. Alter), Zeitdauer der Lernerinteraktion), Aussagen über die Beziehung zu anderen LO.

3 In Abbildung 2 ist der Auszug einer entsprechenden XML-Datei dargestellt. Für die Inhaltsverwaltung werden die LO mit den zugehörigen Metadaten in einer Datenbank abgelegt, so dass sie LO recherchierbar sind. Zur Kontrolle und Steuerung des Lernprozesses wurde durch das Aviation Industry Computer Based Training Committee (AICC) eine CMI-Schnittstelle (CMI steht dabei für Computer Managed Instruction) entwickelt, die ein Daten- und Funktionsmodell zum Austausch von Daten zwischen LO und LMS ermöglicht. In SCORM wurde diese Spezifikation integriert (siehe Abschnitt 0) (AICC, 2004; ADL, 2004b). Für den standardisierten Austausch von Lerninhalten, die in der Regel aus vielen Komplexen bestehen, wurde das Content Packaging spezifiziert, deren Ergebnis eine komprimierte Datei, das Package Interchange File (PIF) ist. Diese Datei enthält ein vollständiges E-Learning Modul, das in ein LMS importiert werden kann. Alle zu dem Modul gehörenden Dateien werden hier integriert (IMS, 2004). Zusammenfassend aus diesem Abschnitt folgt, dass die verschiedenen Standardisierungsbemühungen inzwischen einen Stand erreicht haben, der eine praktische Nutzung ermöglicht. <general> <title> <langstring>datenaustausch im Stall</langstring> </title> <description> <langstring>der Text beschreibt beispielhaft ein Szenario für die Kooperation unterschiedlicher Geräte im Stall. </langstring> </description> </general> <educational> <learningresourcetype> <source> <langstring xml:lang="x-none">lomv1.0</langstring> </source> <value> <langstring xml:lang="x-none">narrative Text</langstring> </value> </learningresourcetype> <difficulty> <source> <langstring xml:lang="x-none">lomv1.0</langstring> </source> <value> <langstring xml:lang="x-none">medium</langstring> </value> </difficulty> <language>de</language> </educational> Abbildung 2: Ausschnitt aus einem LO-Metadatensatz 3.2 Softwareauswahl Abgeleitet aus dem derzeitigen Standardisierungsstand und der eingangs genannten Bedeutung der Standardisierung ist weiter wichtig, wie das SCORM-Referenzmodell durch Software unterstützt wird. SCORM wird durch mehrere Softwareprodukte unterstützt. Die Unterstützung erfolgt jedoch durchgehend erst in der Version 1.2. Das hat zur Folge, dass der Bereich der Navigation bisher nur unzureichend abgebildet wird. Für unsere Inhaltsentwicklung ergibt sich daraus die Notwendigkeit, die Navigation zu implementieren, anstatt wie in SCORM vorgesehen, in Metadaten zu definieren. Eine Übersicht nach SCORM-Konformität zertifizierter Produkte findet sich unter Für unsere eigene Inhaltsentwicklung testeten wir mehrere Produkte, wobei SCORM-Unterstützung zumindest nach Version 1.2 Voraussetzung war. Im Ergebnis entschieden wir uns mit ILIAS 3.1 ( für ein Learning Management System, das zusätzlich noch den Vorteil hat, als Open Source zur Verfügung zu stehen. Als Autorenwerkzeug verwenden wir die Software Authorware 7 ( Dieses Produkt war zum Entscheidungszeitpunkt das einzig verfügbare Autorenwerkzeug mit SCORM-Unterstützung. 29

4 Weitere bei unserer Entscheidung berücksichtige Vorteile dieses Produkts bestehen in der: Bereitstellung eines Editors zur Beschreibung der LO (Metadaten) als Voraussetzung für Ablage und Wiederauffindbarkeit in einem CMS, Bereitstellung eines grafischen Werkzeug zur Inhalts- Strukturierung, Unterstützung bei der Erstellung und Auswertung von Übungsaufgaben und Tests, Interaktion der in Authorware erzeugten Inhalte mit einem LMS. Die Nutzung dieser Vorteile wird mit den Nachteilen einer Produktabhängigkeit und der Notwendigkeit von Browser-PlugIn für die Systemnutzung erkauft. Diese PlugIn sind derzeit nur für die Betriebssysteme Windows und Mac OS verfügbar. Aus unserer Sicht ergibt sich daraus bei Beachtung der Modulnutzung in der Aus- und Weiterbildung jedoch keine schwerwiegende Einschränkung, da die oben genannten Betriebssysteme in unserer Zielgruppe vorherrschend sind. Zur Verwaltung der nach SCORM in XML beschriebenen LO verwenden wir als CMS eine eigene Datenbankapplikation. 4 Schlussfolgerungen für die Erarbeitung eines E-Learning Moduls Es ist zu betonen, dass die eingangs genannten Standardisierungsgründe für den Agrarbereich von besonderer Bedeutung sind, da insbesondere wegen knapper Kapazitäten frühzeitig an Mehrfachnutzung und Wiederverwendbarkeit zu denken ist. In diesem Sinne leisten die Standards einen wichtigen Beitrag zur Nachhaltigkeit unserer Entwicklungsarbeiten. Daher war eine Aufarbeitung des Standardisierungsstandes und seine Umsetzung in Software zwingende Vorarbeit für die eigentliche Inhaltsentwicklung im Rahmen des E-Learning Moduls Informationssysteme und ihre Vernetzung in der Milcherzeugung. Die Motivation zur Umsetzung gerade dieses Stoffkomplexes der Agrarinformatik in einem E-Learning Modul ist inhaltlich begründet. Die Milcherzeugung mit ihrer ausgeprägt arbeitsteiligen Organisation erfordert eine intensive informationsseitige Begleitung von Zucht, Produktion und Verarbeitung. So ist die derzeitige Situation durch komplexe Informationssysteme in den beteiligten Unternehmen und einen intensiven Datenaustausch zwischen den beteiligten Partnern gekennzeichnet. Ein weiteres herausragendes Charakteristikum ist die Nutzung verteilt erfasster Daten in anspruchsvollen mathematisch-statistischen Modellen zur Entscheidungsunterstützung, insbesondere im Rahmen der Zuchtwertschätzung. Der notwendige intensive daten- und davon abgeleitete wechselseitige Informationsaustausch wird sowohl über permanente Datenbeziehungen mit definierten Datenformaten (z.b. zwischen Unternehmen und dem Rechenzentrum des Landeskontrollverbandes (LKV)) als auch sporadische Datenbeziehungen (z.b. zwischen Unternehmen und Futterlaboratorien) mit nicht definierten Datenformaten realisiert. Weitere typische, die Komplexität unterstreichende Charakteristika der Informationsverarbeitung in der Milcherzeugung sind: Auf den einzelnen Systemebenen (bspw. innerhalb des Agrarunternehmens: Prozess, Zweig, Unternehmen) existieren spezifische Anwendungssysteme mit einer intensiven Kopplung zu anderen Ebenen. Neben der Unterstützung von Dokumentationsaufgaben besteht ein großer Bedarf entscheidungsunterstützender Informationen für das betriebliche Management von Haltung, Fütterung und Reproduktion. Entscheidungsunterstützende Informationen beziehen sich auf die Generierung täglicher Vorhersageleistungen für Einzeltiere im Rahmen des betrieblichen Informationssystems, Generierung von Betriebsvergleichsdaten durch Arbeitskreise, Generierung von Zuchtwerten auf nationaler Ebene durch das Rechenzentrum Vereinigte Informationssysteme Tierproduktion (VIT). Die genutzten Modelle (gemischte lineare Modelle mit teilweisen großen Dimensionen) stellen hohe Anforderungen an die Organisation der Informationsverarbeitung und Ergebnisinterpretation. Die Ergebnisse der entscheidungsunterstützenden Modelle werden auf allen Systemebenen (landwirtschaftliche Unternehmen, LKV, VIT) verwendet. Bei Beachtung dieser Gesichtspunkte ergibt sich eine (vertikale) Gliederung aus den Komplexen: Hard- und Softwareausstattung; Datenfluss und Datenformate; Dokumentation und entscheidungsunterstützende Modelle. Das Lehrgebiet lässt sich weiterhin aus organisatorischer Sicht entsprechend der Systemebenen der Informationsverarbeitung im Agrarbereich (Doluschitz und Spilke, 2002 p. 26ff) gliedern: Ebene der Nationalen Organisationen (z.b. Vereinigte Informationssysteme Tierhaltung (VIT), Rechenzentrum Herkunft- und Informationssystem für Tiere (HIT)); Ebene der regionalen Organisationen (z.b. Landeskontrollverband, Zuchtverband); Unternehmensebene; Unternehmenszweigebene Milchproduktion; Prozessebene mit beispielsweise den Prozessen Melken und Füttern. 30

5 Die Ebenenstruktur ist eine Systematisierung, bei deren Interpretation von intensiven informationsseitigen Beziehungen insbesondere zwischen benachbarten Ebenen auszugehen ist. Beide Gliederungsmöglichkeiten durchdringen einander und beschreiben gleichzeitig in idealer Weise die Vernetzung zwischen technischen Voraussetzungen und deren fachlichen Nutzung. Entsprechend ergeben diese Gliederungsmöglichkeiten, ergänzt um einen einführenden und die Struktur beschreibenden Abschnitt, die Gliederung der Lehrgebiete und erlauben eine Symbolisierung als Haus. Den Schnittpunkten zwischen den Säulen und Ebenen lassen sich detaillierte Lehr- und Lernthemen zuordnen (Abbildung 1). Die Umsetzung jedes dieser Themen erfolgt als aggregiertes LO, das mit dem LMS ILIAS zusammenarbeitet (vgl. Abschnitt 0). Für jedes dieser LO wird ein SCORM konformer Datensatz erzeugt, der wie in Abschnitt 0 beschrieben, verwendet wird. Die Struktur des Systems bei Beachtung unserer konkreten Anwendung ist in Abbildung 1 zu finden. Die Inhalte werden durch das Haus im Zentrum der Abbildung repräsentiert. Authorware 7 wird als Autorenwerkzeug für die Herstellung von LO und deren Beschreibung durch Metadaten verwendet. Darüber hinaus wird für die Ausgestaltung der Themen aufgrund ihrer inhaltlichen Komplexität verstärkt auf Animationen und Simulationen zurückgegriffen, die mit weiteren Werkzeugen wie beispielsweise Flash hergestellt werden. Wegen des großen Produktionsaufwandes dieser multimedialen Elemente wird besonderer Wert auf deren Wiederverwendbarkeit gelegt. Die LO werden zusammen mit ihren Metadaten an das CMS übergeben, welches für die Speicherung der LO und Recherche sowie den Zugriff auf die LO zur Entwurfszeit verantwortlich ist. Die Kommunikation zwischen Inhalt und LMS erfolgt über die von ILIAS zur Verfügung gestellte CMI- Schnittstelle, welche Informationen über den Lernenden und seinen Lernfortschritt bereitstellt und ins LMS aufnimmt. Damit ist das LMS in der Lage, dem Lernenden Informationen über seinen Lernfortschritt zurückzumelden. In unserem System werden diese Informationen durch Testaufgaben erfasst, die vom Lerner zu lösen sind und die im System ausgewertet werden. Die Ergebnisse werden an das LMS übertragen und dort in einem Lernerprofil gespeichert. Das E-Learning System lässt sich durch die relativ allgemein gehaltene Grobstruktur auch für andere Inhalte auf dem Gebiet der Agrarinformatik wiederverwenden. Die konsequente Orientierung am SCORM sichert die Nutzung der Inhalte in verschiedenen LMS sowie die Recherchierbarkeit und damit auch die Wiederverwendbarkeit der LO. Literatur ADL (2004a): SCORM History. ory (Zugriff: ) ADL (2004b): Sharable Content Object Reference Model (SCORM): Run-Time Environment (RTE) Version 1.3.1; ileid=996 (Zugriff: ) BAUMGARTNER, P.; Häfele, H.; Maier-Häfele, K. (2002): E-Learning Praxishandbuch. Auswahl von Lernplattformen; Marktübersicht - Funktionen - Fachbegriffe. Innsbruck [u.a]: Studienverl. BRUGGER, R. (2001): Die Erstellung von wiederverwendbaren Inhalten für Web-basierte Kurse. ontent-reuse.html (Zugriff: ) DOLUSCHITZ, R.; Spilke, J. (2002): Agrarinformatik. Ulmer Stuttgart. IEEE (2002): Final Draft Standard for Learning Object Metadata, Draft.pdf (Zugriff: ) IMS (2004): IMS Content Packaging Information Model: Version Final Specification; scp_infov1p1p4.html (Zugriff: ) NIEGEMANN, H. M.; Hessel, S.; Hochscheid-Mauel, D.; Aslanski, K.; Deimann, M.; Kreuzberger, K. (2004): Kompendium E-Learning. Springer-Verlag, Berlin. NORDMEDIA (2005): Kompetenzzentrum elearning Niedersachsen. html/individueller-content-1_48.html (Zugriff: ) POLSANI, P. R. (2003): Use and Abuse of Reusable Learning Objects; Journal of Digital Information, Volume 3, Issue 4, Article No. 164; (Zugriff: ) WALTHER, P.; Giebler, P.; Spilke, J. (2004): Aktueller Entwicklungsstand der Standardisierung von LO und deren Softwareunterstützung; In: Integration und Datensicherheit - Anforderungen, Konflikte und Perspektiven: Lecture Notes in Informatics (LNI), Volume P-49, S : Bonn, Gesellschaft für Informatik. 31

6 Kurzfassung Die Nutzung von E-Learning ist vor allen dort bedeutsam, wo komplexe Lehrinhalte zu vermitteln sind und die Nutzung von Animation und Simulation einen höheren Lernerfolg verspricht. Das trifft für viele Inhalte im Agrarbereich zu. Aus inhaltlicher (Wiederverwendbarkeit) und organisatorischer (Organisation des Lernablaufs) Sicht kommt dabei der Standardisierung eine besondere Rolle zu. Im vorliegenden Beitrag wird der derzeitige Stand der Standardisierung dargestellt und eine entsprechende Softwareauswahl für die eigene Entwicklung getroffen. Basierend auf einem eigenen Vorschlag zu den Komponenten eines E-Learning Systems wird die Umsetzung der Standards in ein E-Learning Modul Informationssysteme und ihre Vernetzung in der Milcherzeugung diskutiert. Schlüsselworte: E-Learning, Standards, Lernobjekte, Informationssysteme in der Milcherzeugung Autoren Diplom-Informatikerin Peggy Walther und Diplom-Mathematiker Peter Giebler sind wissenschaftliche Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Biometrie und Agrarinformatik. Prof. Dr. agr. habil. Joachim Spilke ist Leiter der Arbeitsgruppe Biometrie und Agrarinformatik. Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg Landwirtschaftliche Fakultät, AG Biometrie und Agrarinformatik Ludwig-Wucherer-Straße 82-85, Halle Tel.: (0345) , Fax: (0345) , walther@landw.uni-halle.de Danksagung Dem Kultusministerium des Landes Sachsen-Anhalt wird für die finanzielle Unterstützung der ersten Autorin gedankt. 32