Entwicklungsmethoden und Architekturkonzepte für Web-Applikationen: Erstellung und Administration Web-basierter Lernumgebungen

323 Pages·2001·13.662 MB·German

by  Jörg Schellhase (auth.)

Schellhase
Entwicklungsmethoden und Architekturkonzepte für Web-Applikationen
GABLER EDITION WISSENSCHAFT
Kasseler Wirtschafts- und
Verwaltungswissenschaften; Band 16
Herausgegeben von Dr. Heinz Hübner, Dr. Jürgen
Reese, Dr. PeterWeise und Dr. Udo Winand,
Univ. -Professoren des Fachbereiches
Wirtschaftswissenschaften, Universität-Gh Kassel
Die Schriftenreihe dient der gebündelten Darstellung der vielfältigen
wissenschaftlichen Aktivitäten des Fachbereichs Wirtschaftswissen
schaften der Universität-Gh Kassel. Er umfaßt die Fachgebiete
Betriebswirtschaftslehre Volkswirtschaftslehre Verwal tu ngswissen
1 1
schaft und Wirtschaftsinformatik. Die Reihe ist jedoch auch offen für
die Veröffentlichung von Arbeiten aus "verwandten" Fachgebieten
und Ergebnissen aus interdisziplinären Projekten mit ausgeprägtem
Bezug zu ökonomischen Fragestellungen.
Jörg Schellhase
Entwicklungsmethoden
und Architekturkonzepte
für Web-Applikationen
Erstellung und Administration
Web-basierter lernumgebungen
Mit einem Geleitwort
von Prof. Dr. Udo Winand
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Schellhase, Jörg:
Entwicklungsmethoden und Architekturkonzepte für Web-Applikationen : Erstellung und
Administration Web-basierter Lernumgebungen I Jörg Schellhase.
Mit einem Geleitw. von Udo Winand. · 1. AuA ..
·Wiesbaden : Dt. Univ.-Verl. ; Wiesbaden :Gabler, 2001
(Gabler Edition Wissenschaft : Kasseler Wirtschafts· und Verwaltungswissenschaften ;
Bd. 16)
Zugl.: Kassel, Univ. ·GH, Diss., 2000
ISBN 978-3-8244-7379-3 ISBN 978-3-322-99226-0 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-99226-0
1. Außage April 2001
Alle Rechte vorbehalten
©Springer Fachmedien Wiesbaden 2001
Ursprünglich erschienen bei Betriebswirtschaftlicher Verlag Dr. Th. Gabler GmbH, Wiesbaden, und
Deutscher Universitäts Verlag GmbH, Wiesbaden 2001
Lektorat: Brigitte Siegel I Sabine Schöller
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Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Na·
men im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären
und daher von jedermann benutzt werden dürften.
V
Geleitwort
Ein grundsätzliches Defizit von Internet-Anwendungen, speziell von Web-Anwendungen,
resultiert aus fehlenden Web-gemäßen Vorgehensmodellen und Architekturkonzepten, die der
professiondien Entwicklung und Pflege von Web-Sites und Web-Anwendungen zugrunde
gelegt werden können. Anspruchsvolle und effiziente Web-Sites und -Anwendungen sind
ohne Web-Engineering-Konzepte (in Anlehnung an traditionelles Software-Engineering) und
den Einsatz entsprechender Werkzeuge bzw. Systeme weder zielgerichtet zu entwickeln, zu
implementieren und zu integrieren, noch zu pflegen. Da Web-Sites und -Anwendungen die
Schnittstelle zu Geschäftspartnern bzw. Kunden bilden, kommt ihrer akzeptierten Gestaltung
eine zentrale Bedeutung flir die Etablierung nachhaltig erfolgreicher Geschäftsbeziehungen
zu. Die Professionalisierung dieses Gestaltungsprozesses avanciert mithin zum bedeutsamen
Erfolgsfaktor flir alle denkbaren Web- bzw. Internet-basierten elektronischen Prozesse. Die
Arbeit von Herrn Schellhase fokussiert auf diesen Aspekt. Vorhandene bzw. erschließbare
Vorgehensmodelle und Architekturkonzepte werden analysiert und beurteilt, zentrale Aufga
ben bzw. Anforderungen an Vorgehensmodelle und Architekturen werden ermittelt, konkrete
Systemlösungen bzw. Werkzeuge werden getestet. Die Erkenntnisse werden konstruktiv fall
spezifisch (WINFOLine1) zu einem Entwicklungs- und Pflegewerkzeug (VLEG - Virtual
Leaming Environment Generator) konkretisiert, dessen Nutzung in ein umfassendes spezifi
sches Vorgehensmodell eingebettet ist. Die Produktions- und Pflegeprozesse von virtuellen
Lernwelten des WINFOLine-Typs werden mit Hilfe des Vorgehensmodells und der Werk
zeugunterstützung nachhaltig professionalisiert. Die konkrete Anwendungsdemonstration
liefert zugleich Anschauungsmaterial, wie situationsspezifisch adäquate Vorgehensmodelle
und Systemarchitekturen flir Web-Applikationen erarbeitet werden können.
Die Entwicklung und Pflege von Web-Applikationen orientiert sich zweckmäßigerweise an
den 4 konstitutiven Aspekten: Inhalt, Funktionalität, Präsentation (Design) und Integration.
Diese Aspekte sind zwar nicht isoliert zu betrachten, definieren aber Schichten von Web
Anwendungssystemen, die mit unterschiedlichen Konzepten und Instrumenten angegangen
werden können. Web-Applikationssysteme, wie alle Anwendungssysteme, unterstützen Be
nutzer bzw. Organisationen bei ihrer Zielerreichung. Die aus diesem Umfeld resultierenden
Aufgaben, Anforderungen, zu beachtenden Strukturen und Regeln liefern Vorgaben, die bei
der Entwicklung von Anwendungssystemen einzuhalten sind. Sie sind in hohem Maße fall
spezifisch, weisen aber auch generische Strukturen auf, die es ermöglichen, Generalisierungen
1 Das von April 1997 bis März 2001 laufende Projekt WINFOLine ist ein im Rahmen der Initiative "Bildungs
wege in der Informationsgesellschaft (B.I.G.)" von der Bertelsrnann Stiftung und Heinz Nixdorf Stiftung ge
fordertes Konsortium. Zu dem Konsortium gehören die Wirtschaftsinformatik-Institute und -Lehrstühle der
Universitäten Göttingen, Leipzig, Saarbrücken und Kassel. Wichtiger Bestandteil von WINFOLine ist die
Entwicklung, Erprobung und der Einsatz von virtuellen Lernwelten, die von den Studierenden der beteiligten
Universitäten genutzt werden.
VI
aufzuspüren, die wiederum in die Gestaltung bzw. Auswahl von geeigneten Vorgehensmodel
len und Architekturen einfließen können. Herr Schellhase gewinnt auf diesem Weg ebenso
Argumentationsmaterial zur Gestaltung bzw. zur Beurteilung von Vorgehensmodellen und
Architekturen wie aus der Analyse von vorfindliehen Werkzeugen bzw. Web
Applikationssystemen. Von dieser (so weit wie möglich theoretisch und empirisch) fundierten
Basis aus entwickelt er dann Vorgehensmodell, Architektur und Werkzeug des VLEG zur
Produktion und zum Management von virtuellen Lernwelten. Anwendungen in anderen All
wendungsfeldern scheinen aufgrund der Transparenz der dokumentierten Entwicklungsent
scheidungen relativ leicht möglich, sind z.T. auch schon im Test.
Der innovative Beitrag der Arbeit von Herrn Schellhase liegt zum einen in der umfassen
den, systematischen Zusammenstellung von Konzepten, die die Entwicklung von Web
Applikationen und ihre Wartung auf eine, dem klassischen Software-Engineering vergleich
bare Basis stellen. Die Orientierung der Entwicklungsarbeit an Vorgehensmodellen und Mo
dellierungsmethoden schafft eine solide Grundlage, die im konkreten Entwicklungsbereich
situativ anzupassen ist. Die unter dem Engineering-Fokus durchgeführte Analyse konkreter
Web-Applikationen, speziell unter dem Aspekt ihrer Architektur, enthüllt zusätzlich ein gro
ßes Arsenal von Gestaltungsvarianten für Web-Applikationen.
Die Ausrichtung der Arbeit ist vornehmlich auf den Bereich virtueller, Web-basierter Lern
welten angelegt: Dies fordert den Konkretisierungsgrad der Aussagen. Eine Vielzahl von
Aspekten in Lernwelten ist jedoch auf andere Web-Applikationen projizierbar. Die grundle
gende Forderung nach Trennung zwischen Inhalt, Funktion und Präsentation gilt auch in an
deren Bereichen und ist mit analogen Mitteln umzusetzen. Insofern ergibt die sorgfaltige,
nachdenkende Lektüre der Analysen umfassende Realisierungsanregungen für Web
Applikationen. Die aus sorgfaltiger Analyse und Testarbeit erschlossenen impliziten Annah
men, die letztlich nie vollständig dokumentiert sind, erleichtern auch dem Leser der zitierten
Literatur den Einstieg in diese. Die Arbeit von Herrn Schellhase besticht in dieser Sicht durch
Sorgfalt, Systematik, konstruktive Orientierung und Urteilssicherheit
Die vorliegende Arbeit zeichnet sich zudem dadurch aus, dass die eingeforderten konzepti
onellen Ansprüche durch den Autor auch softwaretechnisch realisiert, implementiert und eva
luiert werden, der Machbarkeilsbeleg also erbracht werden konnte. Mit der Dokumentation
dieser Anwendungsentwicklung zeigt er zudem paradigmatisch, wie die Theorieergebnisse
der Konzept- und Systemanalysen ftir die Entwicklung und Wartung spezieller Web
Applikationen genutzt werden können, und liefert damit zugleich einen leistungsfahigen eige
nen Ansatz ftir die Web-Applikationsentwicklung, die insbesondere durch ein hohes Maß an
Individualisierungsoptionen besticht.
Prof Dr. Udo Winand
Vll
Vorwort
Im Rahmen des interuniversitären Projektes WINFOLine entstand die Idee zur vorliegenden
Arbeit. Bei der Konzeption und Implementierung einer Weh-basierten Lernumgebung zeigte
sich die Notwendigkeit, sich eingehender mit den Grundlagen der Hypertext-Theorie sowie
mit didaktischen Aspekten der Gestaltung von Lernsystemen zu beschäftigen. Ferner stellte
sich heraus, dass zur Umsetzung von Konzepten der Hypertext-Theorie und der Didaktik zu
nächst eine Modeliierung der zu entwickelnden Web-basierten Lernumgebung ratsam war.
Allerdings geschah dies zu jenem Zeitpunkt in Unkenntnis der in dieser Arbeit behandelten
Modellierungsmethoden. Ferner stellte sich heraus, dass für die Implementierung einer Web
basierten Lernumgebung der Einsatz spezieller Tools von großer Bedeutung flir die effiziente
Umsetzung eines, zuvor unter pädagogisch-didaktischen Gesichtspunkten, aufgestellten All
forderungskataloges war. Dies führte zu der Idee ein Tool zu entwickeln, das den Implemen
tierungsprozess (Produktionsprozess) der Weh-basierten Lernumgebung weitgehend automa
tisieren sollte.
Mein besonderer Dank gilt meinem Doktorvater, Herrn Prof. Dr. Udo Winand, flir die zahl
reichen Anregungen und Ideen, die letztendlich in diese Arbeit eingeflossen sind. Danken
möchte ich ferner Herrn Stefan Ring flir die vielen anregenden Ideen und Diskussionen. Herr
Ring hat sich eingehend mit pädagogischen Aspekten der Gestaltung Web-basierter Lernum
gehungen sowie mit Fragen der tutoriellen Betreuung von Studierenden auseinandergesetzt
Herr Ring hat somit entscheidend zum Erfolg der Web-basierten Lernumgebungen, die am
Fachgebiet Wirtschaftsinformatik der Universität Gh Kassel entwickelt wurden, beigetragen.
Des Weiteren gilt mein Dank Frau Siebert-Überschär, die mir bei vielen Formalien sehr ge
holfen hat, sowie den am WINFOLine-Projekt beteiligten Mitarbeitern und den vielen Studie
renden die inzwischen mit den Web-basierten Lernumgehungen gelernt haben.
J örg Schellhase
IX
Inhaltsverzeichnis
Geleitwort ................................................................................................................................. V
Vorwort ................................................................................................................................. VII
Inhaltsverzeichnis .................................................................................................................. IX
Abbildungsverzeichnis ........................................................................................................ XIII
Tabellenverzeichnis ............................................................................................................. XIX
Abkürzungsverzeichnis ...................................................................................................... XXI
1 Einleitung .......................................................................................................................... 1
1.1 Problemstellung ......................................................................................................... 1
1.2 Zielsetzung ................................................................................................................. 2
1.3 Aufbau der Arbeit ...................................................................................................... 2
2 Hypertext und Hypermedia ............................................................................................ 4
2.1 Geschichte der Hypertextentwicklung ....................................................................... 4
2.2 Grundlagen zu Hypertext und Hypermedia ............................................................... 7
2.2.1 Effekte beim Umgang mit Hypertexten ............................................................. 9
2.2.2 Maßnahmen zur Verbesserung der Orientierung in Hypertexten ...................... 9
2.3 Das Hypermedia-System Wor1d Wide Web ............................................................ 13
2.3.1 Die Internet-Protokolle TCP/IP, HTTP, SSL und S-HTTP ............................. 13
2.3.2 Hypertext Markup Language {HTML) ............................................................ 15
2.3.3 CGI-Programme ............................................................................................... 16
2.3.4 Die Skriptsprache Java-Script... ....................................................................... 17
2.3.5 Die Programmiersprache Java ......................................................................... 17
2.3.6 Plugins und Hilfsapplikationen ........................................................................ 19
2.3.7 Cookies ............................................................................................................ 20
2.3.8 Cascading StyleSheets ..................................................................................... 20
2.3.9 Extensible Markup Language (XML) .............................................................. 20
2.3.1 0 Datenbankanbindungsvarianten ....................................................................... 23
3 Engineering von Web-Applikationen ........................................................................... 29
3.1 Web-Engineering ..................................................................................................... 29
3.1.1 Web-Applikationen und Web-basierte Services .............................................. 31
3.1.2 Web-Applikationen versus traditionelle Softwareapplikationen ..................... 32
3.1.3 Web-basierte Services versus traditionelle Softwareapplikationen ................. 32
3.2 Vorgehensmodelle zur Entwicklung von Web-Applikationen ................................ 34
3.2.1 Wasserfallmodell ............................................................................................. 35
3.2.2 Wasserfallmodell für die Entwicklung von Hypermedia-Applikationen ........ 37
3.2.3 Erweitertes Wasserfallmodell mit Prototyping ................................................ 39
3.2.4 Spiralmodell ..................................................................................................... 42
3.3 Modellierungsmethoden für das Design von Web-Applikationen .......................... 44
X
3.3.1 Hypertext-Design-Modell (HDM) ................................................................... 45
3.3.2 Hypertext-Design-Modell ftir das WWW (HDM-lite) .................................... 54
3.3.3 Objektorientiertes Hypermedia-Design-Modell (OOHDM) ............................ 58
3.3.4 ARANEUS Web-Site-Design-Methode .......................................................... 64
3.3.5 Relationship-Management-Methode (RMM) .................................................. 74
3.3.6 Web-Site-Design-Methode (WSDM) .............................................................. 79
3.3.7 World Wide Web Design-Technik (W3DT) ................................................... 85
3.3.8 Adaptive Hypermedia-System-Entwicklungsmethode (AHDM) .................... 88
3.3.9 Vergleich der vorgestellten Ansätze ................................................................ 93
4 Architekturen von Web-Site-Management-Systemen und Web-Applikationen ..... 95
4.1 Systeme zur Konzeption und Verwaltung von Web-Applikationen ........................ 95
4.1.1 Relationship Management Case Tool .............................................................. 95
4.1.2 Managementsystem Autoweb zur Modeliierung von Web-Applikationen ..... 99
4.1.3 Web-Site-Management-System STRUDEL .................................................. 101
4.2 Architekturen zur Bereitstellung von SGML-und XML-Dokumenten ................ 105
4.2.1 Architektur zur Darstellung von SGML-Dokumenten im WWW ................. 105
4.2.2 RIO-Architektur zur Wiederverwendung von Informationsobjekten ............ 107
4.3 Web-Content-Management-Systeme ..................................................................... 109
4.3.1 Anforderungen für das Content-Management ............................................... 111
4.3.2 Content-Management-Systeme ...................................................................... 113
4.3.3 NetFicient ....................................................................................................... 124
4.3.4 Hyperwave ..................................................................................................... 126
4.4 Web-basierte CSCW -Systeme ............................................................................... 135
4.4.1 Einordnung von CSCW und Groupware ....................................................... 135
4.4.2 Das BSCW-System der GMD ....................................................................... 137
4.5 WBT-Systeme ........................................................................................................ 142
4.5.1 Eigenschaften und Nutzeneffekte von WBT -Systemen ................................ 142
4.5.2 Beschreibungsrahmen für WBT-Systeme ...................................................... 145
4.5.3 WebCT ........................................................................................................... 152
4.5.4 Hyperwave TrainingSpace (GENTLE) ......................................................... 157
4.5.5 Learning Space Forum ................................................................................... 162
4.5.6 Web-basiertes Lernsystem Campanion ......................................................... 166
4.5.7 Vergleichende Übersicht ................................................................................ 171
4.6 Adaptive Weh-basierte Lernumgehungen ............................................................. 172
4.6.1 Adaptive Lehr- und Lernsysteme (Benutzermodellierung) ........................... 172
4.6.2 Episodisches Lernermodell (ELM) ................................................................ 180
4.6.3 Web-basierte adaptive Lernumgehungen auf der Basis von ELM ................ 181
4.6.4 Das Autorensystem InterBook ....................................................................... 184
4.6.5 SmexWeb (Student Modelied EXercising on the Web) ................................ 190