Ein Modell zur strukturellen Beschreibung von
formatierbaren Lernmodulen f¨
ur die orthogonale
Konstruktion konsistenter Lerneinheiten
Zur Erlangung des akademischen Grades
DOKTORINGENIEUR (Dr.-Ing.)
der Fakult¨
at f¨
ur Elektrotechnik, Informatik und Mathematik
der Universit¨
at Paderborn
vorgelegte Dissertation
von
Dipl.-Inform. Andreas Baudry
aus Ahrensburg
Referent: Prof. Dr.-Ing. B¨
arbel Mertsching
Korreferent: Prof. Dr.-Ing. Reinhard Keil-Slawig
Tag der m¨
undlichen Pr¨
ufung: 06.04.2006
Paderborn, den 19.04.2006
Diss. 14/218
Kurzfassung
Die Entwicklung multimedialer Lernmaterialien sowie die Konstruktion technischer Lern-
systeme, hat in den letzten Jahren einen zunehmenden Einfluss auf die Hochschullehre und
die betriebliche Ausbildung genommen. Neben zahlreichen Learning Management Syste-
men (LMS) zur Verwaltung von Kursen und Studierenden sowie technischen Systemen
zur Unterst¨
utzung des Konstruktionsprozesses, sind insbesondere Standardisierungen im
Kontext strukturierter Kursinhalte und deren Verwaltung durch Metadaten entstanden.
Die Entwicklung fach¨
ubergreifender Lernmaterialien setzt jedoch die Modellierung ab-
strakter modularer Materialien voraus, die bei konventionellen Ans¨
atzen meist wenig oder
gar nicht ber¨
ucksichtigt werden. Daher stellt die Integration bestehender Ressourcen in
einen Entwicklungsprozess oft ein un¨
uberwindbares und meist kostspieliges Problem dar.
Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit ein technisches Modell vorgestellt, das die Ent-
wicklung technischer Systeme zur Erstellung modularer und darstellungsfreier Lernobjekte
erm¨
oglicht. Das Modell ist unter anderem durch das SCORM-Referenzmodell motiviert
und erweitert das dort definierte Aggregation-Model um ein Content-Model. W¨
ahrend
des zweistufigen Entwicklungsprozesses werden zun¨
achst ausschließlich der Inhalt sowie
die Struktur der Materialien spezifiziert. Beide werden separat in formatierbaren Baustei-
nen organisiert, wodurch sich frei skalierbare Aggregationslevel ergeben. In einem zweiten
Schritt wird anhand spezifischer Regeln ein Pr¨
asentationsformat abgeleitet und aus den
abstrakten Bausteinen ein spezialisierter Kurs generiert. Des weiteren beinhaltet das Mo-
dell einen Ansatz zur Integration bestehender Lernmaterialien, die in ihre Bestandteile
Kursstruktur, Inhalt, Metadaten und Ressourcen zerlegt und auf das abstrakte Kursmo-
dell abgebildet werden.
Im Gegensatz zu herk¨
ommlichen Systemen, unterst¨
utzt dieser Ansatz den kooperativen
Entwicklungsprozess von Teams. Abstrakt formulierte Lernbausteine und Kursfragmente
werden in einem zentralen Repository mit dem Ziel koordiniert, interdisziplin¨
are, auf das
Lernszenario angepasste Lernmaterialien, zu erzeugen.
Die Leistungsf¨
ahigkeit des Modells wird durch die Referenzimplementierung im Au-
torenwerkzeug Lyssa vorgestellt. Es enth¨
alt neben einem Autorensystem zur Aggregation
und Transformation auch ein Werkzeug zur Layoutdefinition sowie ein zentrales Repository
zur Verwaltung von abstrakten Lernmaterialien.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1.1 ZielsetzungderArbeit .............................. 2
1.2 Eingliederung der Arbeit in das Projekt mαth-kit .............. 3
1.3 Vorgehensweise und Aufbau der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
I Stand der Forschung und Technik 7
2 Grundlagen 9
2.1 MultimedialesLernen .............................. 9
2.1.1 Multimedia ................................ 10
2.1.2 E-Learning ................................ 11
2.2 Lerntheorie .................................... 12
2.2.1 Lernprozess................................ 13
2.2.2 Lernparadigmen ............................. 16
2.2.3 Ein Heuristisches Lernmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3 Standardisierung im E-Learning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3.1 ADL(SCORM).............................. 20
2.3.2 IMS .................................... 25
2.3.3 IEEE-LTSC(LOM) ........................... 27
2.3.4 AICC ................................... 28
2.3.5 ARIADNE ................................ 30
2.3.6 Analyse .................................. 31
2.4 Lernobjekte (Learning Objects) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.4.1 Metaphern ................................ 34
2.4.2 Analyse .................................. 36
2.4.3 Granularit¨
at ............................... 37
3 Technologien 39
3.1 Wiederverwendung von Lernmaterialien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.1.1 SlicingBooks............................... 39
3.1.2 ITO-Projekt ............................... 40
3.1.3 Analyse .................................. 41
v
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