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".
  1. Ein funktionales, stabil arbeitendes Fenster, das dem Vortragenden ein Gefühl der Kontrolle über die gesamte Präsentation vermittelt.
  2. Ein gutes Projektions-System, das wandhohe Bildprojektionen ermöglicht oder eine Alternative.
  3. Editier- und Löschfunktionalität (wird von existierenden Tools gut unterstützt)
  4. übereinanderlegen von Materialien (z. Zt. nur begrenzt möglich)
  5. Plazieren und Bewegen von grafischen Markierungen und Icons.
  6. Effiziente Kopier- und Archivier- und Suchverfahren.
  7. Einfache Zugriffsmöglichkeiten auf Referenzmaterial für die Vorbereitung der Präsentation. Das erfordert einen Netzwerkzugang im Hörsaal.
  8. Hochauflösende Farbdisplays und professionelle Schablonen als Vorgabe.
  9. Akzeptable Ladezeiten für digitalisierte Bilder.
  10. 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:
 
  1. Aufblättern und Anzeigen farbiger Postscriptfiles ("Rechnerfolien") einschließlich Vor- und Zurückblättern und Markieren.
  2. überlagern mehrerer "Rechnerfolien" einschließlich des Zurücksetzens einer solchen Aktion.
  3. öffnen eines Fensters und Einspielen und Steuern einer Animation vom Whiteboard aus.
  4. Das Anzeigen von digitalisierten Bildern, Grafiken usw.
  5. 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:

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
 

 
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.

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