Authoring on the fly
von Tobias Schilgen
Universität Paderborn
22. Mai 1996
Kurzfassung
Lange Zeit hat sich am Vortragsstil an den Universitäten und Schulen
nicht viel geändert. Erst mit der Entwicklung leistungsfähiger
Rechner und Netzwerke, die diese verbinden, hat man begonnen, neue Wege
der Wissensvermittlung zu suchen. Hypermedia ist dabei ein großes
Stichwort. Die schnelle Zugriffsmöglichkeit auf multimediale Daten
beliebiger Form von jedem Ort der Welt, an dem ein Rechner steht, eröffnet
neue Möglichkeiten. Aber auch Gefahren, wie etwa soziale Isolierung
oder Rationalisierung des Lehrprozesses dürfen nicht übersehen
werden. Vielmehr sind neue Mittel gefragt, mit denen die Lernenden Inhalte
besser und intensiver erschließen können. Technisch hochentwickelte,
komplexe Werkzeuge müssen aber trotz ihrer Kompliziertheit eine einfache
Handhabung sowohl für den Lehrenden als auch für den Lernenden
gewährleisten. Einen neuen Weg geht dabei das von Thomas Ottmann und
Christian Bacher entwickelte "Authoring on the Fly"-Software-Paket, welches
eine einfache Übertragung einer Vorlesung in ein Multimedia-Dokument
erlaubt.
1. Die Technik der Wissensvermittlung
Traditionelle Lehrmethoden - Von der Kreidezeit in den multimedialen
Weltraum.
Der Vortrag auf dem Podium verbunden mit Wandtafeln und viel Kreide ist
seit hunderten von Jahren die Vermittlungspraxis der Dozenten an Universitäten
und Schulen. In den letzten fünfundzwanzig Jahren erfreute sich auch
die Overheadprojektion zunehmender Beliebtheit. Die Vortragstechnik bleibt
jedoch weitestgehend dieselbe: Frontalunterricht mit Tafel oder Folienniederschriften
des Vortragenden. Die Studenten können sich gegebenenfalls Kopien
der Folien anfertigen und den Vorlesungsstoff in einem begleitenden Lehrbuch
nachlesen.
Besonders Mathematiker haben es bis heute verstanden, moderne Vortragsmöglichkeiten
zu vermeiden. Wandtafel und Kreide reichen aus, damit sie ihre Definitionen
und Beweise langsam entwickeln können. Das Lesen desselben Inhaltes
einer solchen Vorlesung in einem Buch erfordert jedoch mehr Mühe,
als den Vortrag des Dozenten mitzuverfolgen.
Neue Wege...
Wege hin zu fast ubiquitären Zugriffsmöglichkeiten auf Rechner
und Netzwerke innerhalb der Universitäten führen auch zu einer
völligen Veränderung der Arbeitsumgebung der Studenten und Lehrenden
an den Hochschulen. Die Nutzung von Internet-Diensten, wie etwa elektronische
Post, Newsgroups, World Wide Web und Telekonferenzen wird immer mehr zu
einer selbstverständlichen Alltagspraxis. Für viele Fachgebiete,
die mittlerweile auch weit außerhalb der Informatik liegen (Architektur,
Geschichte, Geographie, Medizin, ...), wird das neue Medium zur Darstellung
und Aufbereitung ihrer Inhalte zunehmend interessanter, weil sowohl Hardware
als auch Software inzwischen einen Leistungsstand erreicht haben, der eine
angemessene multimediale Aufbereitung der verschiedensten Themen ermöglicht.
Beispielsweise sind rechnergestützte Verfahren zur Darstellung dynamischer
Prozesse, Visualisierungen komplexer Zusammenhänge und Simulationen
und auch der Zugriff auf Volltext- und Bilddatenbanken zu nennen.
Seit einigen Jahren besteht auch die Möglichkeit, eine Vorlesung
mit rechnergestützten Hilfsmitteln in ein Netzwerk einzuspielen und
so (prinzipiell) beliebigen Netzteilnehmern orts- und zeitunabhängig
zugänglich zu machen. Der Dozent agiert im Hörsaal vor einer
Projektionswand, auf der das Skript, Videoeinspielungen und sonstige visuelle
Inhalte dargestellt werden. Die Manipulation der benötigten Medien
nimmt der Vortragende an einer Multimedia-Workstation vor. Dazu wird zum
Beispiel das als MBone Tool verfügbare Whiteboard wb als Hilfsmittel
verwandt. Es ermöglicht die Anzeige von Postscript-Seiten, und einfache
Mal-, Markierungs- und auch Löschaktionen auf diesen, die von einem
Grafiktablett registriert werden. Ein erster Schritt in die Richtung eines
multimedialen Vortrags, der noch weitere über Netzwerk verfügbare
Medien und auch beteiligende Aktionen der Zuhörer einschließen
kann. Prinzipiell möglich soll bedeuten, daß derzeitig noch
vielfältige technische Schwierigkeiten dieser Vortragsform bestehen.
So ist das sehr hohe Datenaufkommen einer solchen (Video-)übertragung
sicher nicht zu vernachlässigen, besonders, wenn diese via Internet
an viele weit entfernte Orte gelangen soll. Ein weiteres Problem besteht
auch in der Synchronisation der einzelnen Datenströme. Für grafische
Operationen sind Postscriptseiten als Grundlage nicht besonders gut geeignet
(aufgrund des komplizierten internen Formates). Sie sollten also ggf..
vorher konvertiert werden.
Die Studenten sollen, wie gewohnt an der Vorlesung im Hörsaal teilnehmen
können. Auf eigenen Bildschirmen wird es ihnen ermöglicht, das
Skript mitzuverfolgen, gegebenenfalls durch eigene Bemerkungen zu ergänzen
oder zusätzliche Informationen über Datenbanken hinzuzuziehen.
Denkbar wäre auch, daß sie direkt mit dem Professor oder Tutoren
via Net-Talk kommunizieren. Diese Möglichkeit birgt aber viele Probleme,
etwa der Kommunikationssteuerung (wie sollen 400 Studenten mit 1 Professor
kommunizieren?).
Dieses Vorlesungsszenario ist zur Zeit noch nicht - oder teilweise
höchstens im Versuchsstadium realisiert. Es existieren somit noch
keine Erkenntnisse darüber, wie sich die neue Technik auf das Lehr-
und Lernverhalten der Betroffenen auswirkt. Weitere Beschreibungen und
Ausführungen sind in [LM94] nachzulesen.
...in multimediale Welten...
Zur Motivation einer multimedialen Aufbereitung von Lehrinhalten ist noch
folgendes interessant: Viele Fachleute der Telematik und Medientechnik
stimmen darin überein, daß jedenfalls in Deutschland die größte
wirtschaftliche Bedeutung der neuen Medien nicht über Geräte
(Computer, Netze, technische Komponenten) und über Software (Grundsoftware,
wie Betriebssysteme und Standardanwendungssoftware) sondern über neue
Inhalte entstehen wird. Auf den Hochschulbereich übertragen bedeutet
das, daß die multimediale Aufbereitung von Inhalten für die
Lehre an Hochschulen auch ökonomisch interessant werden kann ([Ott95]).
Ein anderer interessanter Aspekt ist der folgende: Unser zweites wichtigstes
Sinnesorgan, das Ohr, hat einen Gegenpart - den Mund. Aber unsere Augen
haben kein entsprechendes Organ, welches mentale Bilder für andere
Personen projizieren kann. In der Schrift "The Missing Organ" ([M&C92])
deuten die Autoren Maurer und Carlson an, daß Multimediasysteme einen
Status erreichen könnten, in dem sie uns helfen, dieses Defizit auszugleichen.
Wir könnten fähig sein, konkrete und abstrakte Projektionen von
mentalen Bildern mit Hilfe des Computers auf eine einfache und natürliche
Art zu erstellen. Eine neue Dimension der Kommunikation, die unser Leben
mehr verändern könnte, als Bücher es getan haben. ([LM94])
...sind derzeit noch schwer begehbar...
Die mediengerechte Aufbereitung von Lehrinhalten bringt jedoch viele Probleme
mit sich: Es mangelt noch an Erfahrung mit neuen multimedialen Möglichkeiten,
Standards existieren noch nicht und vor allem der immense Aufwand einer
Multimedia-Umsetzung ist ein Hindernis. Hochschullehrer als Experten für
den Lehrinhalt möchten möglichst wenig mit den technischen Schwierigkeiten
belastet werden, die bei der Erstellung einer multimedialen Aufbereitung
auftreten. Ebenso ist noch weitgehend unbekannt, wie sich der Gebrauch
von neuen Multimediatechniken im Rahmen einer Vorlesung auf das Lernverhalten
der Studenten auswirkt.
...aber prinzipiell vorhanden.
Daß das Ziel, daß Expertenwissen von professionellen Designern,
Kognitionswissenschaftlern und Pädagogen in rechnergestützte
Werkzeuge für Autoren integriert werden kann, prinzipiell erreichbar
ist, wurde in einem 1994 abgeschlossenen Projekt (Autorensysteme) nachgewiesen.
Es wurde der Prototyp eines neuartigen Autorensystems (TRAIN) realisiert,
das nach dem Prinzip der Trennung von Form und Inhalt konzipiert und auf
MacIntosh Rechnern in Object Pascal implementiert wurde [Aug93, AOS93].
Nicht Frontalunterricht auf dem technisch neuesten Stand, sondern ein
neues, verbessertes Lernerlebnis soll realisiert werden.
Die nicht gerade leichte Aufgabe besteht also darin, alle diese doch so
verschiedenen, traditionellen und modernen Techniken so zusammenzuführen,
daß eine neue verbesserte Lehr- und Lernumgebung für Studierende
und Lehrende entsteht. Es geht keinesfalls darum, bestehende Lehrstrukturen
in neue technische "Spielereien" einzubetten, die zwar auf den ersten Blick
durch ihre aufwendige Realisierung beeindrucken, aber keinen entscheidenden
Vorteil haben. Auch ist anzumerken, daß traditionelle Techniken derzeit
keinesfalls ausgedient haben, da sie gegenüber den modernen auch qualitative
Vorteile bieten (s. [LM94]). Zum Beispiel bietet die Wandtafel derzeit
immer noch die einfachsten Editiermöglichkeiten für Schrift (besonders
komplexe mathematische Formeln) und einfache grafische Objekte (Striche,
Punkte, etc.). Durch ihre große Fläche behält der Rezipient
auch die Übersicht über die Zusammenhänge der Inhalte. Die
Overheadprojektion ermöglicht die komplette Vorbereitung der Vorlesung
im voraus und Folien lassen sich einfach übereinanderlegen und durch
Folienstifte mit Ergänzungen beschriften.
Nicht Lernfabriken sondern phantasieerweiternde und lernbegeisternde
Werkzeuge.
Vielmehr ist also eine (multi-)mediengerechte Aufbereitung von Unterrichtsinhalten
gefragt, die geschickt die neuen Möglichkeiten ausnutzt und eine echte
Verbesserung ist. Zu beachten ist auch, daß die Lernförderlichkeit
durch die neuen Medien gesteigert wird und nicht etwa der Lehrvorgang rationalisiert
wird. Bespielsweise dahingehend, daß Vorlesungen nicht mehr als ein
gesellschaftliches Ereignis an der Universität stattfinden, sondern
nur noch im stillen Kämmerlein - fernab jeder sozialen Kontakte. Nur
durch menschlichen Kontakt und gemeinsames Erleben kann eine Begeisterung
für ein Thema entstehen.
2. Hypermedia und Authoring on the Fly
Im folgenden soll nun ein System beschrieben werden, das die Herstellung
und Verbreitung multimedial aufbereiteter Inhalte für die Lehre ermöglicht.
Dieses baut auf schon bestehenden Hilfsmitteln als Grundlage auf. Diese
weisen doch noch entscheidende technische Nachteile auf, die durch das
"Authoring on the Fly"-System behoben werden sollen.
Als Grundlage für multimediales Lernen an Universitäten...
Ein begehbarer Weg hin zur Erstellung von universitären Lehrdokumenten
ist dieser: Man behält die verschiedenen Vorteile der traditionellen
Form der Aufbereitung von Unterrichtsinhalten bei und versucht diese mit
den Vorteilen multimedialer Rechnersysteme zu verbinden. Der Dozent kann
wie gewohnt seine Vorlesung auf Folien vorbereiten, diese müssen allerdings
in ein Postscript-Format gebracht werden. Der Vortrag wird auch wie gewohnt
vor dem Auditorium gehalten. Dabei bleiben die alten Techniken in ihrer
Art weitgehend erhalten, sie werden lediglich auf neuen Geräten ausgeführt:
Folienauflegen entspricht dem Aufruf einer Postscriptseite auf dem Rechner
und Anzeigen derselben über einen Projektor. Dabei sollten sich die
Postscriptseiten auch übereinanderlegen lassen. Unterstreichungen
und weitere Zeichenoperationen werden über das Grafiktablett möglich.
Zusätzlich kann nun auch eine Animation oder eine Grafik aus einer
Datenbank eingeblendet werden. Das geradezu explosionsartig zunehmende
Angebot verschiedenartiger, multimedialer Informationen im WWW, die Nutzbarkeit
von offenen Hypermediasystemen wie Hyper-G zur Vernetzung, Verwaltung und
Verteilung multimedialer Informationen eröffnet hier neue Möglichkeiten.
Die Vorlesung als Form der Wissensvermittlung bleibt erhalten und wird
mit neuer Technik angereichert. Dabei ist darauf zu achten, das die Handhabung
der neuen Gerätschaften wie etwa Workstation und Grafiktablett weitestgehend
so einfach bleibt wie die von herkömmlichen Mitteln (Tafel, Overheadprojektor).
So können sich sowohl der Dozent als auch die Studenten an traditionellen
Methoden orientieren (Systemgestaltung).
Es existieren bereits einige Beispiele, wie die von Gloor, Makedon hergestellte
CD-ROM als multimediale Aufbereitung einer wissenschaftlichen Konferenz
[Glo94], die zeigen, daß inhaltlich hochwertiges Material entstehen
kann, wenn man im wesentlichen traditionell gehaltene Vorträge auf
Konferenzen zum Kern eines multimedialen Dokumentes weiterverarbeitet [Ott95].
...bieten Hypermediasysteme sinnvolle Ansätze.
Versuche der Portierung von herkömmlichen Vorträgen in ein Rechnernetz
sind schon an verschiedenen Orten gelungen: Das sogenannte Teleteaching
wurde mit Hilfe der im Internet verfügbaren Multicast Backbone Tools
(MBone) realisiert.
Wie sieht das genauer betrachtet aus? Die Aufzeichnung einer Vorlesung
geschieht mit sogenannten MBone-Recordern, die alle Datenströme einer
Sitzung erfassen. Audio, Video und Manipulationen am Script werden dabei
getrennt aufgezeichnet. Es werden als Aufzeichnungshardware also eine SVHS-Kamera,
Mikrofone und ein Grafiktablett benötigt. Die so erzeugten Datenströme
werden auf einem Server für die Weiterverarbeitung abgelegt, können
aber auch für eine Liveübertragung direkt ins Netz eingespeist
werden. So kann prinzipiell (s.o.) nun auch eine offline-Nutzung der Aufzeichnung
gelingen, da diese von beliebigen MBone-Teilnehmern zu beliebigen Zeitpunkten
nach der Erstellung empfangen werden kann.
Was muß beim Entwurf eines multimedialen Dokumentes berücksichtigt
werden?
Ein echtes Offline-Multimedia-Dokument, das kooperatives Lernen unterstützt
und lernförderliche Elemente enthält, ist allein durch diese
Aufzeichnungstechnik und anschließende Einbettung in ein Netzwerk
nicht gegeben. Was muß noch ergänzt und verbessert werden?
Ein ganz großes Manko der oben beschriebenen Technik der digitalen
Erfassung einer Vorlesung ist der fehlende freie Zugriff auf jeden beliebigen
Zeitpunkt der erzeugten Datenströme. So erlaubt es zum Beispiel das
MBone-Tool Whiteboard nicht, nachdem man die Übertragung angehalten
hat, diese beliebig weit zurückzuspulen. Um den einen bestimmten Zeitpunkt
von neuem zu erreichen, müßte man den Player erst neu starten,
um den gewünschten Zustand wiederherzustellen. Zustand bedeutet in
diesem Fall, es müssen die entsprechende Postscriptseite angezeigt
und die Eintragungen des Vortragenden auf diese Seite (auf ein Grafiktablett)
wiederhergestellt werden. Auch die Synchronisation mit der Audio- und Videowiedergabe
der Vorlesung birgt noch viele technische Probleme. Dieses (sequentielle)
Verhalten des Whiteboard Tools verstößt somit in ganz erheblichem
Maße gegen das Leitkriterium der qualitativen Bewertung von computergestützten
Lehrumgebungen: das der reduzierten erzwungenen Sequentialität: Es
dürfen dem Benutzer keine Schritte vorgeschrieben werden, die nicht
erforderlich sind, um Einsichten zu gewinnen oder das jeweilige Problem
zu lösen [EKS95], wie etwa der hier beschriebene Zwang, die Aufzeichnung
erst bis zum Anfang zurückspulen zu müssen.
Ein zentrales Kriterium ist die Vernetzbarkeit, ...
Zudem ist es mit der bestehenden Technik unmöglich, Vernetzungen mit
anderen Dokumenten herzustellen. Unter dem Begriff der Vernetzung sei hier
die Möglichkeit verstanden, wie sie etwa im Hyper-G besteht, ein Dokument
mit einem anderen zu verknüpfen indem man einen Auschnitt markiert
und dann auf diesen einen Link definiert. Zum Beispiel lernt ein Student
mit Texten, die als Dokument im Hyper-G abgelegt sind. Nun möchte
er sich den Inhalt des Textes durch Ausführungen eines Professors
näher erläutern lassen. Dazu verknüpft er den Textausschnitt
mit einem Auszug einer Vorlesung. Diese Möglichkeit wird durch die
unten vorgestellte AOF-Software SyncView realisiert. Der Viewer läßt
sich in das Hyper-G oder WWW-System einbetten und ermöglicht, jeden
Zeitpunkt der Vorlesung als Ziellink zu definieren.
...die die Lösung verschiedener technischer Probleme voraussetzt.
Nicht nur die Sequentialität, sondern auch die schon oben angesprochenen
Probleme der Synchronisation der einzelnen Komponenten und Datenströme
können, verbunden mit freiem Zugriff auf eine beliebige Passage des
Vortrages, mit den bisher bestehenden Tools nicht gelöst werden. Außerdem
ist auch die bestehende Qualität von Video und Audio im MBone nicht
zufriedenstellend.
3. Gestaltung eines Offline-Multimedia-Systems
Die Frage ist nun: Wie muß ein Offline-Multimedia-System aussehen,
das kooperationsunterstützendes Lernen und Lehren ermöglicht?
Unter Offline-System sei hier ein System verstanden, das es ermöglicht,
eine multimedial aufbereitete Vorlesung in eine Hypermediaumgebung einzubetten,
die sich gegebenenfalls auf einer CD-ROM befindet. Ein solches Multimedia-Dokument
soll dann unabhängig vom Zeitpunkt der Vorlesung jederzeit zugreifbar
sein. Bei der Gestaltung sind die oben zur Sprache gebrachten Probleme
zu berücksichtigen. Zum einen muß es möglich sein, aus
einer computerunterstützt gehaltenenen Vorlesung ein flexibles und
einfach handhabbares Multimedia-Dokument zu gewinnen. Dieser Vorgang soll
halbautomatisch oder zum Teil sogar vollautomatisch vonstatten gehen. Der
Produktionsaufwand wird also erheblich reduziert. Andererseits soll das
resultierende Produkt die Eigenschaften besitzen, die ein effektives Lernen
ermöglichen: Jeder Ausschnitt der Vorlesung muß direkt ansteuerbar
und mit anderen Dokumenten verknüpfbar sein.
Vom Hörsaal zum Multimedia-Dokument.
Damit die Erstellung multimedialer Lehrsoftware "on the fly" möglich
wird, sind folgende Einzelschritte erforderlich (nach [Ott95]):
1. Ein Themengebiet muß ausgewählt und mediengerecht aufbereitet
werden. Dies kann weitestgehend anhand der klassischen Methoden geschehen.
Die Vorbereitung der Skriptseiten, Folien und Tafelbilder als (farbige)
Postscriptfiles, die später gegebenenfalls ergänzt werden können,
geschieht mit Rechnerhilfe. Darin besteht auch technisch der entscheidende
Unterschied zu bisherigen Präsentationsverfahren. Der Umgang mit dem
Rechner muß dem Vortragenden bekannt sein bzw. sollte dieser soweit
vereinfacht werden, daß er auch für Nicht-Diplom-Informatiker
leicht möglich ist. Auch muß der Autor über die technischen
Möglichkeiten der neuen Medien informiert sein, damit er diese auch
voll für seine Zwecke ausnutzen kann. So können Bild- und Tondokumente
aus Multimedia-Datenbanken und auch Simulationen und Applikationen eingebunden
werden.
2. Die Vorlesung wird am Rechner gehalten. Der grundsätzliche
Ablauf der Vorlesung verändert sich kaum. Auch traditionelle Vortragsmethoden
wie Tafelanschriften, Folienauf- und übereinanderlegen, das Ergänzen
von Folien durch Mal-, Schreib- und Löschaktionen bleiben erhalten.
Die neuen, nun elektronischen, Geräte fordern von dem Benutzer jedoch
ein gewisses Maß an Kompetenz. Hier besteht die Aufgabe der Systemgestalter
darin, das technisch aufwendige Multimediasystem so zu gestalten, daß
es in der Handhabung auch für Theologen, Germanisten und Historiker
(also Nicht-Technologen) einfach bleibt. Der Dozent aktiviert der Reihe
nach einzelne Bildschirmseiten. Diese Bildschirmseiten sind multimedial,
das heißt, sie können Texte, Grafiken und Bilder enthalten,
wobei sich Bilder natürlich auch dynamisch verändern können.
Der Vortragende kommentiert die Folien verbal, erläutert schwerverständliche
Zusammenhänge und kann auf Fragen der Zuhörer wie in einer normalen
Vorlesung eingehen. Die Aktionen des Dozenten werden dem Auditorium entweder
über eine Großbildprojektion im Hörsaal oder auf Bildschirmseiten
von Rechnern am Sitzplatz zugänglich gemacht. Mit dieser Konfiguration
ist auch Teleteaching realisierbar. Die zum Verfolgen der Vorlesung benötigten
Materialien, wie Folien, Applikationen, etc. werden vorab an einen oder
mehrere Orte übertragen. Während des Vortrages werden dann mindestens
drei Datenströme übertragen: Video- und Audioströme und
Mal- und Schreibaktionen des Dozenten.
3. Das Herstellen eines offline verfügbaren Multimediadokumentes.
Die gesamte Sitzung des Dozenten wird am Rechner aufgezeichnet. Eine
Videoaufnahme der Vortrages wird digitalisiert und zusammen mit den anderen
Aufzeichnungen ohne erhebliche manuelle Nachbearbeitung in ein für
Offline-Nutzung geeignetes Multimedia-Dokument umgewandelt.
Dazu mußten weitere Tools entwickelt werden, da hierfür
die üblichen MBone-Recorder nicht genügen.
Gestaltung eines elektronischen Hörsaals.
Jennifer Lennon und Hermann Maurer gelangen nach einer ausführlichen
Diskussion bestehender Techniken (Wandtafel, Whiteboard, Flip Charts und
Overhead-Folien) zu folgender Spezifikation eines "elektronischen Hörsaals".
-
Ein funktionales, stabil arbeitendes Fenster, das dem Vortragenden ein
Gefühl der Kontrolle über die gesamte Präsentation vermittelt.
-
Ein gutes Projektions-System, das wandhohe Bildprojektionen ermöglicht
oder eine Alternative.
-
Editier- und Löschfunktionalität (wird von existierenden Tools
gut unterstützt)
-
übereinanderlegen von Materialien (z. Zt. nur begrenzt möglich)
-
Plazieren und Bewegen von grafischen Markierungen und Icons.
-
Effiziente Kopier- und Archivier- und Suchverfahren.
-
Einfache Zugriffsmöglichkeiten auf Referenzmaterial für die Vorbereitung
der Präsentation. Das erfordert einen Netzwerkzugang im Hörsaal.
-
Hochauflösende Farbdisplays und professionelle Schablonen als Vorgabe.
-
Akzeptable Ladezeiten für digitalisierte Bilder.
-
Methoden, die das Anzeigen der Struktur einer Vorlesung ermöglichen.
Quelle: Educational Technology/April 1994
Diese Spezifikation geht weit über die Fähigkeiten des MBone-Tools
Whiteboard hinaus. Jedoch ist nach der Aussage von Thomas Ottmann ein solches
ideales System zwar mit den heute verfügbaren technischen Mitteln
durchaus realisierbar, aber noch nicht vorhanden, geschweige denn im Einsatz
erprobt [Ott95].
Erweiterungen bestehender Systeme.
Ausgehend von dieser Idealvorstellung eines Präsentationssystems wurde
an der Universität Freiburg ein erweitertes Whiteboard unter dem Projektnamen
"Authoring on the fly" entwickelt, das einen Teil der obigen Spezifikation
realisiert:
-
Aufblättern und Anzeigen farbiger Postscriptfiles ("Rechnerfolien")
einschließlich Vor- und Zurückblättern und Markieren.
-
überlagern mehrerer "Rechnerfolien" einschließlich des Zurücksetzens
einer solchen Aktion.
-
öffnen eines Fensters und Einspielen und Steuern einer Animation vom
Whiteboard aus.
-
Das Anzeigen von digitalisierten Bildern, Grafiken usw.
-
Markieren, Malen, Zoomen, Beschriften, Löschen, Hervorheben usw. von
im Whiteboard angezeigter Information.
Welche lehr- und lernmethodische Vor- oder Nachteile ergeben sich schon
während der Vorlesung durch ein solches System?
Wenn nun ein Hörsaal technisch aufwendig mit Computern, Netzwerken,
Grafiksoft- und Hardware ausgestattet wird, sollte man sich auch diese
Frage stellen. Dient diese Technik nun nur der Erfassung zur späteren
Weiterverarbeitung einer Vorlesung oder hat sie schon während der
Vorlesung positive, sogar lernförderliche Auswirkungen - oder anders
gefragt: Entstehen den Beteiligten vielleicht auch Nachteile durch den
hochkomplexen "Technikwust"?
Ein Nachteil wird sicherlich die erhöhte Fehleranfälligkeit
sein. Technik auf höchstem Level bedeutet auch, daß Fehler in
erhöhtem Maße auftreten können. Beispielsweise kommt es
bei Computern erfahrungsgemäß recht oft zu Systemabstürzen,
aber auch das Netzwerk kann jederzeit, etwa aufgrund von Überlastung,
zusammenbrechen. Auch die Handhabung der Computer wird nicht selten für
Unerfahrene zum Horrortrip. Im Gegensatz dazu ist doch eine Wandtafel nahezu
absturzsicher. Dabei ist auch daran zu denken, daß nicht jeder Dozent
im Umgang mit Computern diese immer durchschaut. Sollte ein System also
nicht fehlertolerant genug sein, kommt es umso häufiger zu Ausfällen.
Alle notwendigen Informationskanäle, die zur Aufnahme des Inhaltes
einer Vorlesung notwendig sind, sind an jeden beliebigen Ort übertragbar.
Somit setzt eine direkte Teilnahme an der Vorlesung nicht zwingend die
Anwesenheit des Studenten voraus. Es besteht kein Unterschied, ob man den
Vortrag des Dozenten im Hörsaal oder zu Hause verfolgt. Zumindest
betrifft das den Informationsfluß vom Dozenten zum Zuhörer.
Wie aber steht es mit der Kommunikation? Die ohnehin schon heute oft große
Anonymität an den Universitäten wird weiter vervielfacht. Es
wird kaum noch eine Beziehung zum Professor möglich sein, der ja nur
noch als ein kleines Pixelgebilde links oben auf dem Monitor wahrgenommen
wird. Der Lehrvorgang wird reduziert auf ein Minimum. Lediglich die zur
Information des Lernenden benötigten Kanäle werden geöffnet.
Auch umgekehrt gelingt es noch weniger dem Professor, eine Beziehung zu
den Studenten zu erhalten, da er diese weder sehen noch hören kann.
Im Extremfall würde der Vortragende ja nur noch vor einer laufenden
Kamera stehen.
Ein möglicher Ansatz wäre es, zusätzliche Kommunikationskanäle
zu schaffen, wie etwa die Möglichkeit, andere Vorlesungsteilnehmer
zu ermitteln und anzusprechen. Ebenso sollte ein Kanal - möglichst
mit Videoübertragung - vom Studenten zum Dozenten möglich sein.
So kann man aktiv teilnehmen, und Wortmeldungen werden durch das Videobild
persönlicher. Aber vorsicht: hier öffnen sich unter Umständen
große Abgründe vor der technischen Realisierbarkeit (s. o.).
Vernetzung bietet eine neue Dimension der freien Gestaltbarkeit von
Lernmaterial - aber Multimedia ist nicht prinzipiell mit verbesserter Lernwirkung
gleichzusetzen.
Klare Vorteile bietet die multimediale Präsentation durch ihre Vernetzung.
Es können nun Inhalte auf sehr viel vielfältigere Art und Weise
dargestellt werden. Es können z. B. Animationen eingespielt, aktuelle
Satellitenbilder der Erde aus dem Internet abgerufen oder Datenbankzugriffe
einbezogen werden. Allerdings ist es nach dem heutigen Erkenntnisstand
nicht möglich, prinzipielle Aussagen über die Lernwirkungen von
Multimedia zu machen. Der Vergleich und eine kritische Bewertung der existierenden
Studien und Übersichtsarbeiten hat zwar gezeigt, daß Multimediasysteme
über Potentiale zur Verbesserung der Lernleistung verfügen. Dennoch
haben die überwiegende Mehrzahl der heute im Einsatz befindlichen
Multimediasysteme nur wenig oder gar keine positive Auswirkung auf die
Lernleistung. So haben umfangreiche experimentelle Untersuchungen ergeben,
daß Hypertexte zwar Systeme für den schnellen Informationsabruf
sind, aber nur bedingt für die strukturierte Wissensvermittlung geeignet
sind. Reichhaltige Navigationshilfen können vom eigentlichen Lernziel
ablenken und dazu führen, daß die Lernenden mehr mit der Programmbedienung
beschäftigt sind als mit der Wissensaufnahme [Hase95].
Ein weiterer Vorteil wäre auch die Möglichkeit der weltweiten
Liveübertragung einer Vorlesung durch das Internet (diese scheitert
bisher jedoch noch an mangelnder Netzkapazität). So könnten Spezialisten
ihr Wissen an ein großes Publikum weitergeben. Hier besteht aber
auch die Gefahr, daß Studenten nicht mehr direkt im Hörsaal
an der Vorlesung teilnehmen (s.o.), sondern lieber zu Hause bleiben. Somit
kann der Kontakt zum Dozenten verlorengehen und es fallen viele weitere
Nebensächlichkeiten einfach weg, die bei einer Liveteilnahme an einer
Lehrveranstaltung bisher gegeben sind, z. B. Unterhaltung mit den Mitteilnehmern,
Sichtkontakt zum Dozenten, etc. Die Folge wäre eine größere
Anonymität.
Neue Kommunikationswege können durch das Netzwerk beschritten werden.
Durch die Vernetzung der Workstation des Dozenten mit denen des Auditoriums
kann auch eine neue Möglichkeit der Kooperation entstehen. Wenn zum
Beispiel ein Zuhörer eine Frage an den Vortragenden hat, kann er aktiv
reagieren, indem er sich in dessen Display einklinkt und dort durch eigene
Anmerkungen und Manipulationen seine Problematik demonstrieren kann.
Realisierung der Viewer und Editore.
Rohstoffe für die Gewinnung eines Multimedia-Dokumentes sind die mit
dem erweiterten Whiteboard aus einer Vorlesung erzeugten Daten. Eine einfache
Einbettung der Videos und Whiteboard-Sessions in ein Hyper-G-System ist
jedoch aus den weiter oben aufgezeigten Gründen nicht ausreichend.
Ein Hauptproblem ist die Synchronisation der verschiedenen, während
des Vortrages aufgezeichneten Datenströme. Hier setzt nun das AOF-Software-Paket
an, das ein Editieren on-the-fly ermöglichen soll. Es besteht aus
folgenden Einzelkomponenten:
a) mcastrec, ein Tool für die Aufzeichnung der Whiteboard-Session
b) readwb, ist zuständig für die Konvertierung der Whiteboard-Daten
in ein Format, das der Viewer verarbeiten kann
c) syncview, ein Viewer für die Wiedergabe einer aufgezeichneten
Vorlesung.
d) weitere Tools, die die Einbettung des Viewers in Hyper-G und WWW-Dokumente
ermöglichen.
Vermeidung von erzwungener Sequentialität ermöglicht nicht-lineares
Lernen und Hyperlinks.
Eine wesentliche Errungenschaft des Viewers ist die nun implementierte
"echte" Synchronisation. Das bedeutet, es ist möglich, den Vortrag
um 43 Sekunden zurückzuspulen. Der Viewer ermittelt für die dann
gegebene Situation den wohldefinierten Zustand der Folien, der Einträge
darauf und des Videos und stellt diesen dar. Der Anwender kann sich also
mit einem Slider frei in der Vorlesung vor- und zurückbewegen (s.
Abbildung 1). Damit werden auch Hyperlinks auf beliebige Ausschnitte der
Vorlesung möglich. Einige Links können sogar automatisch generiert
werden, während andere später vom Dozenten oder Nutzer gesetzt
werden. Für die automatische Gewinnung von Hyperlinks wird die Eventspur
verwendet. Sie enthält genaue Angaben darüber, welche grafischen
Objekte zu welchem Zeitpunkt sichtbar sind. Sie wird aus den Komponenten
(a) und (b) gewonnen und enthält neben den Malstiftoperationen auch
die Folienwechsel. Sowohl die Video-Aufzeichnung als auch die Eventspur
enthalten Timecodes. Dadurch gelingt dem Viewer die genaue Synchronisation
der Datenströme.

Abbildung 1 - Der Viewer
Bisher noch nicht realisiert ist die Synchronisation von Fremdapplikationen,
die während der Vorlesung gestartet werden. Der Startzeitpunkt einer
Applikation läßt sich einfach fixieren - jeder weitere Zustand
ist jedoch, vor allem in Bezug auf die Zeit, ungewiss. Damit wird die spätere
Wiedergabe synchron zum Ton technisch schwierig, wenn nicht sogar unmöglich.
Besonders in Multitasking-Systemen ist es ohne weiteres unmöglich,
Aussagen über den Zustand eines Programmes zu einem bestimmten Zeitpunkt
zu treffen. Sicher nicht das letzte Problem besteht in der Nicht-Rückspulbarkeit
von Prozessen. Liegt die Fremdapplikation allerdings als Source-Code vor,
könnte man diesen zur Synchronisation anpassen.
Die folgende tabellarische Darstellung der Konvertierung der Whiteboard-Daten
soll den Synchronisationsmechanismus verdeutlichen und den Unterschied
zwischen der Sequentialität des Whiteboards und der freien Zugriffsmöglichkeit
des SyncView Tools klären. Der Whiteboard-Output, welcher zu einem
bestimmten Zeitpunkt keine Aussage darüber trifft, welche Objekte
gerade sichtbar sind...
| Zeit |
Objektnummer |
Aktion |
Objektdaten |
| 123 |
13 |
zeichne Kreis X13 |
X13 steht für Farbe, Koordinaten |
| 136 |
14 |
zeichne Kreis X14 |
|
| 217 |
15 |
zeichne Rechteck X15 |
|
| 432 |
14 |
lösche |
lösche Objekt Nr. 14 |
| 512 |
16 |
zeichne Linie X16 |
|
| 654 |
13 |
lösche |
lösche Objekt Nr. 13 |
...wird verarbeitet zu einer Objektliste...
| Objektnummer |
Objektart |
Objektdaten |
| 13 |
Kreis |
X13 |
| 14 |
Kreis |
X14 |
| 15 |
Rechteck |
X15 |
| 16 |
Linie |
X16 |
...und einer Eventqueue:
| Zeit |
Objektliste |
| 123 |
13 |
| 136 |
13,14 |
| 217 |
13,14,15 |
| 432 |
13,15 |
| 512 |
13,15,16 |
| 654 |
15,16 |
Die Eventqueue gibt nun für jeden Zeitpunkt Auskunft, welche grafischen
Objekte sichtbar sind. In dieser Form könnte man auch eine Fremdapplikation,
bzw. deren grafische Ausgaben, simulieren. Der Aufwand wäre jedoch
gegebenenfalls beträchtlich.
Die Nachbearbeitung.
Für die bequeme, halbautomatische Nachbearbeitung der Vorlesung existieren
diverse Editoren. Diese ermöglichen eine Automatisierung der Korrektur
von Sprechfehlern und das Erkennen und Herausschneiden von Sprechpausen.
Beim Schneiden des Tones müssen anschließend die Aktionen des
Vortragenden auf dem Skript resynchronisiert werden. Wenn z. B. während
eines Versprechers eine korrekte Zeichnung gemacht wird, kann man nicht
einfach den Ton herausschneiden - die folgenden Aktionen wären dann
unsynchron mit dem Ton. Die korrekte Zeichnung müßte dann geschickt
verschoben werden, was wiederum automatisiert geschehend sehr schwierig
erscheint. Daher ist eine halb-interaktive Bearbeitung hierzu erforderlich.
Ergebnisse.
Das AOF-System wurde erfolgreich in einer Versuchsvorlesung im Fachbereich
Informatik der Universität Freiburg eingesetzt. Es gelang sowohl die
lokale Vorlesung am Computer als auch die Übertragung derselben in
entfernte Städte (Mannheim und München). Die Übertragungsrate
(3 Videoframes pro Sekunde) und die Synchronisation der verschiedenen Datenströme
waren dabei akzeptabel. Aus dem Feedback des Publikums ging hervor, das
weniger die flüssige Videoübertragung als vielmehr die erklärende
Stimme des Dozenten für das Verständnis des Inhaltes wichtig
ist. Zur Not wäre demnach auch ein Standbild des Vortragenden ausreichend.
Die technische Realisierung ist also gelungen. Unbekannt ist jedoch die
Auswirkung auf die Studenten und Dozenten. Dazu müßten aussagekräftige
Experimentierszenarien erstellt werden, die von Psychologen und Didaktikern
ausgiebig untersucht und bewertet werden.
Mit diesem Beispiel wurde also gezeigt, daß abgesehen von der
Nacheditierung eine vollautomatische Generierung eines Hypermedia-Dokumentes
aus einer Vorlesung prinzipiell möglich ist [Ott95].
Welche praktischen Vorteile bietet nun eine solche Offline-Präsentation
einer Vorlesung?
Nachdem nun ein doch nicht unbeträchtlicher Aufwand betrieben wurde,
um ein solches Multimedia-Extrakt einer universitären Veranstaltung
zu gewinnen, ist diese Frage sicherlich nicht unberechtigt. Die Hardware-Anforderungen
an einen elektronischen Hörsaal sind nicht zu unterschätzen und
wollen nicht zuletzt auch finanziell gerechtfertigt sein. Daher besteht
ein dringender Bedarf an Diskussion, Untersuchung und auch an Erfahrung
mit der neuen Technik.
Ein hervorzuhebendes Argument für Authoring on the fly ist sicherlich
die hypermediale Vernetzbarkeit. Der Ansatz, die gewonnenen Dokumente in
Hyper-G-Umgebungen einzubetten verbunden mit der Möglichkeit, weltweit
Verknüpfungen zu anderen Quellen herzustellen, ist sicherlich gerade
für die universitäre Lehre sehr sinnvoll.
Während des Vortrages kann das Auditorium zu mehr Aktivität
angeregt werden, da es nicht mehr nur mit der sonst üblichen Verpflichtung,
die Vorlesung mitzuschreiben, beschäftigt ist. Es bleibt also mehr
Zeit für kommunikative Prozesse und Interaktion, da das behandelte
Material quasi direkt nach der Vorlesung verfügbar ist und nicht verlorengeht.
Für die Nachbearbeitung der Vorlesung ist ein AOF-Dokument sicher
eine große Bereicherung, da nun die gesamte Vorlesung jederzeit zur
Verfügung steht und leicht rekonstruierbar ist. Die erklärenden
Worte des Dozenten gehen nicht verloren sondern bleiben im externen Gedächtnis
jederzeit abrufbar. Im Zusammenspiel der Erläuterungen des Vortragenden
mit dem Skript und den grafischen Aktionen und Animationen liegt die besondere
Stärke eines solchen Dokumentes. Der direkte Zugriff auf jeden Zeit-
und Themenpunkt der Veranstaltung ermöglicht die größtmögliche
Flexibilität beim späteren Lernvorgang.
Wie läßt sich der Zugriff auf AOF-Dokumente realisieren?
Nicht aus den Augen verlieren sollte man jedoch die Zweckmäßigkeit
der neuen Medien in der alltäglichen Lehr- und Lernpraxis. Es müssen
Infrastrukturen vorhanden sein, die auch tatsächlich ein unkompliziertes
Arbeiten mit Hyper-G-Systemen erlauben. Wie soll zum Beispiel der Zugriff
auf eine Vorlesung erfolgen? Es muß gewährleistet sein, daß
dieser für jeden Teilnehmer auch (oder besonders) von seinem Schreibtisch
zu Hause aus möglich ist. Ein Problem ist dabei die immense Datenmenge,
die durch die Video- und Audioaufzeichnung zustande kommt. Es werden also
entweder schnell erstellbare und billige Datenträger mit Gigabyte-Kapazität
(CD-ROM) oder eine schnelle Online-Verbindung zu einem Hyper-G-Server benötigt.
Auch gute Kompressionsverfahren, wie die neu entwickelte fraktale Bildkompression,
die eine Reduktion auf ca. 1/50 der Datenmenge erlaubt [Barnsley96], sind
gefragt.
Authoring on the fly - ein Schritt in Richtung kooperationsunterstützender
Lernumgebungen
Das System an sich bietet keine kooperativen Elemente an. Es ist meiner
Ansicht nach aber eine gute Grundlage für kooperatives Lernen. Es
müßten weitere Tools und Schnittstellen hinzugefügt werden,
die ein gemeinsames Arbeiten mehrerer Studenten an verteilten Arbeitsplätzen
ermöglichen. Denkbar wäre zum Beispiel eine Kommunikationsschnittstelle
zwischen zwei AOF-Viewern, so daß diese synchron denselben Ausschnitt
anzeigen bzw. sich fernsteuern lassen. So kann ein Student dem anderen
einen bestimmten Ausschnitt einer Vorlesung vorführen, um eine Diskussionsgrundlage
zu schaffen. Zusätzliche Operationen von einem Grafiktablett sollten
auch im Nachhinein noch für den Leser möglich sein, um zum Beispiel
eigene Anmerkungen in das Skript schreiben zu können. Der Vorteil
besteht nun darin, daß man jederzeit, soweit Rechner mit Netzverbindung
vorhanden sind, mit jemandem über ein Problem einer Vorlesung diskutieren
kann und dabei die Vorlesung selbst als Grundlage für alle Diskussionsteilnehmer
einsehbar ist. Diese können dabei auch über weite Enfernungen
räumlich getrennt sein. Probleme bestehen aber, wie oben schon vielfach
angesprochen, in der Übertragung großer Datenmengen und auch
in der Synchronisation.
Literatur
[AOS93] F. Augenstein, Th. Ottmann, J. Schöning. Logical markup for
hypermedia documents: The TRAIN-System. In H. Maurer, editor, Educational
Multimedia and Hypermedia Annual 1993: Proceedings of the World Conference
on Educa-tional Multimedia and Hypermedia, Orlando, FL, USA 1993 (AACE).
[Aug93] Friedrich E. Augenstein. Ein System zur Integration von Spezialistenwissen
in Autorensysteme für hypermediale Lehrsoftware. PhD thesis, Universität
Freiburg, 1993.
[Barnsley96] Michael F. Barnsley, Lyman P. Hurd. Bildkompression mit
Fraktalen. Multimedia Engineering. Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft
mbH, Braunschweig/Wiesbaden, 1996.
[EKS95] Dieter Engbring, Reinhard Keil-Slawik, Harald Selke. Lehren
und Lernen mit interaktiven Medien. Heinz Nixdorf Institut. Universität-GH
Paderborn. Informatik und Gesellschaft, Bericht Nr. 45, Informatik, Dezember
1995.
[Glo94] Parallel computation: Practical implementations of algorithms
and machines. CD-ROM, 1994
[Hase95] Joachim P. Hasebrook. Lernen mit Multimedia. Zeitschrift für
Pädagogische Psychologie. Verlag Hans Huber. Bern, Stuttgart, Toronto,
1995
[LM94] Jennifer Lennon, Hermann Maurer. Lecturing Technology: A Future
with Hypermedia. Educational Technology, April 1994
[M&C92] H. Maurer, P. Carlson. Computer visualization, a missing
organ, and a cyberequivalency. Collegiate Microcomputers, 10 (2), 110-116,
1992.
[Ott95] Thomas Ottmann, Ch. Bacher. Authoring on the fly. Institut für
Informatik, Universität Freiburg, 8. Juni 1995