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

323 Pages·2001·13.662 MB·German
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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 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbeson dere für Vervielfältigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Ein· speicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. www.gabler.de www.duv.de Höchste inhaltliche und technische Qualität unserer Produkte ist unser Ziel. Bei der Produktion und Verbreitung unserer Werke wollen wir die Umwelt schonen. Dieses Buch ist deshalb auf säure· freiem und chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt. Die Einschweißfolie besteht aus Polyäthylen und damit aus organischen Grundstoffen, die weder bei der Herstellung noch bei der Verbren· nung Schadstoffe freisetzen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem 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

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