Verteiltes Lernen in Computernetzen: Eine Tele-Media-Trainingsarchitektur

271 Pages·1997·11.801 MB·German

by  Dipl.-Phys. Bernhard Tritsch (auth.)

Beitdige zur Graphischen Datenverarbeitung
Herausgeber:
Zentrum fUr Graphische Datenverarbeitung e.Y. Darmstadt (ZGDV)
Springer
Berlin
Heidelberg
New York
Barcelona
Budapest
Hongkong
London
Mailand
Paris
Santa Clara
Singapur
Tokio
Bernhard Tritsch
Verteiltes Lernen
in Computernetzen
Eine Tele-Media-Trainingsarchitektur
Mit 79 Abbildungen
Springer
Reihenherausgeber
ZGDV, Zentrum fiir Graphische Datenverarbeitung e.Y.
WilhelminenstraBe 7
D-64283 Darmstadt
Autar
Dipl.-Phys. Bernhard Tritsch
ZGDV, Zentrum fiir Graphische Datenverarbeitung e.Y.
WilhelrninenstraBe 7
D-64283 Darmstadt
Die Deutsche Bibliothek - CIP·Einheitsaufnahme
Tritsch, Florian:
Verteiltes Lemen in Computernetzen: eine Tele-Media-TrainingsarchitekturlBemhard Tritsch.-
Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Budapest; Hongkong; London; Mailand; Paris; Santa Clara;
Singapur ; Tokio; Springer, 1997
(Beitrage zur graphischen Datenverarbeitung)
ISBN -13: 978-3-540-62085-3 e-ISBN-13: 978-3-642-60677-9
001: I 0.1 007/978-3-642-60677-9
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1997
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Umschlagmotiv: Bernhard Tritsch, Darmstadt
Umschlaggestaltung: design & production GmbH, Heidelberg
Satz: Reproduktionsfertige Vorlage yom Autor
SPIN 10519506 33/3020-54 3 2 I 0 - Gedruckt auf saurefreiem Papier
Danksagung
Mein Dank gilt folgenden Personen, die ma13geblichen Anteil am Gelingen und an
der Fertigstellung dieser Arbeit hatten:
Prof. Dr.-Ing. J.L. Encamayao fUr das erwiesene Vertrauen bei der Oberlassung
des Themas und fUr die Moglichkeit in einer wohl einmaligen Institutsumgebung
zu arbeiten sowie Prof. Dr.-Ing. R. Steinmetz fur sein Interesse an der Arbeit und
die Obemahme des Koreferats;
meiner Frau Tina fur ihre Liebe, Geduld und Unterstiitzung in allen
Lebenslagen; meinen EItem, die mir meine Ausbildung und damit einen guten
Start ins Leben eml0glichten; meinen Geschwistem fUr ihre positiven Gefuhle, die
sie mir immer entgegengebrachten; meinen Gro13eItem fur ihr stetiges Interesse an
meiner Entwicklung, hierbei besonders meinem Opa Werner Grub, der mein
Interesse an Naturwissensschaft und Technik weckte und kontinuierlich fOrderte;
dem ganzen Rest meiner Familie, die mich sowohl finanziell als auch moralisch
bis hin zur Vollendung dieser Arbeit untersttitzten;
Wolfgang Puchtler und seinen Mitarbeitem des Graphik-Rechenzentrums im
Haus der Graphischen Datenverarbeitung fUr die gute Zusammenarbeit bei allen
Netz- und Rechnerfragen; meinen Kollegen im Haus der Graphischen Datenver
arbeitung, insbesondere Adelino Santos, Aderito Marcos, Ana Sofia Vieira, Silke
Hoppner, Markus Beyer, Elmar Borgmeier, Mike Jager, Frank Steinfath, Werner
John, Wang Taofeng, Christian Neuss, Rtidiger Strack, Norbert Schiffner, Dennis
Dingeldein, Frank Seibert und Christoph Busch; meinen Kollegen bei den
Projekten fUr computerbasiertes Lemen und Telekommunikation, insbesondere
Anette Knierriem-Jasnoch, Frank Graf, Herbert Kuhlmann, Max Mengel, Rolf
Lindner, Joao Brisson-Lopes, Mathias Kloth, Jose Teixeira, Jose Velez und Jouko
Paaso; den studentischen Hilfskraften und Diplomanten Roland Worsch, Markus
Schepp, Oliver Eichhorn, Claudia Justin, Lu Dachen, Tuula Korpela, Norbert
Ulmer und Christian Weyer, die zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben;
Christoph Hornung fUr eine ganze Reihe kontrovers gefuhrter Diskussionen, die
meine Ansichten tiber CBT-Projekte, Informatik und Ftihrungsstrukturen stark
beinflu13ten;
Ulrike Wilhelm-Erkens, Mathias Wilhelm, Peter lagle, Peter Apian-Bennewitz,
Ulrik Schroeder, Stefan Bltiml, Michael Friedlinger, Rainer Breitbach, Gtinther
Bachmann und Marita Skubich fUr ihre wertvollen Anregungen auf verschiedenen
fachlichen Gebieten;
Michael Summ von den Acoustic Media Studios in Freiburg fur all die
wertvollen Tips und Einsichten tiber Audiosignale, digitale Soundverarbeitung
und dem GefUhl fUr "gute" Musik;
den Volleyballem der 1. Herrenmannschaft des SSV Brensbach, die immer fur
meinen nOtigen korperiichen und geistigen Ausgleich sorgten.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung ................................................................................................... 1
1.1 Motivation ................................................................................................... 3
1.2 Die Ergebnisse im Oberblick ....................................................................... 6
1.3 Lexikalische Konventionen ......................................................................... 7
2 Stand der Technik. ..................................................................................... 9
2.1 Hardware- und Softwareplattformen ......................................................... 12
2.1.1 Die Rechner ............................................................................................... 13
2.1.2 Historie der Betriebssysteme und der GUIs ............................................... 15
2.2 Verteilung und Kommunikation tiber Netze .............................................. 18
2.2.1 Standards im Netzbereich .......................................................................... 19
2.2.2 Lokale Netze in Firmen-und Institutsumgebungen .................................. 24
2.2.3 Stadte-und landertibergreifende Netze ..................................................... 24
2.2.4 Komponenten fUr kooperatives Arbeiten ................................................... 25
2.2.5 Echtzeit-Kommunikationstechnologien ..................................................... 27
2.2.6 Objektkommunikation ............................................................................... 28
2.3 Multimedia-Terminologie und verwendete Standards ............................... 29
2.3.1 Text. ........................................................................................................... 30
2.3.2 Graphik ................................................................................... " ................. 33
2.3.3 Audio ............. ,. ........................................................................................... 37
2.3.4 Video und Animation ................................................................................ 40
2.4 Systeme fur computerbasierte Informationsverarbeitung .......................... 44
2.4.1 Autorensysteme und Lemsoftware ............................................................ 45
2.4.2 Informationssysteme .................................................................................. 49
3 Das Tele-Media-Referenzmodell ............................................................ 53
3.1 Marktanalysen ........................................................................................... 53
VIII Inhaltsverzeichnis
3.1.1 Die McKinsey Marktanalyse ..................................................................... 54
3.1.2 Die DEDICATED Marktanalyse ............................................................... 56
3.1.3 "The Realities of Convergence" ................................................................ 58
3.1.4 Definition der Zielgruppen fUr Lern- und Infonnationssysteme ............... 61
3.2 Ein Referenzmodell fur Lernumgebungen ................................................ 62
3.2.1 Modelle fur Didaktik und Kommunikation ............................................... 63
3.2.2 Multimediale Schulungen in Netzumgebungen ......................................... 71
3.3 "Tele-Communicating Multimedia Objects": Tele-Media ........................ 73
3.3.1 Die verschiedenen Tele-Media .................................................................. 74
3.3.2 Spezifikation der Tele-Media .................................................................... 76
3.3.3 Die Zeit als Komponente der Tele-Media .......................................... : ...... 77
3.4 Die generische Tele-Media-Architektur .................................................... 86
3.4.1 Architektur: Das ereignisorientierte Client/Server-Konzept ...................... 86
3.4.2 Client: Das Benutzermodul... ..................................................................... 89
3.4.3 Server: Das Steuerungsmodul. ................................................................... 92
3.4.4 Verbindung: Das Protokoll- und API-Modul ............................................ 95
3.4.5 Materialien: Das Datenhaltungsmodul ...................................................... 98
3.4.6 Kommunikation: Das AudiolVideomodul... .............................................. 99
3.5 Analytische Betrachtungen der Tele-Media-Architektur. ........................ 101
3.5.1 Die Middleware ....................................................................................... 101
3.5.2 Numerische Analyse ................................................................................ 107
3.5.3 Der semantische "Style Guide" ............................................................... 119
3.5.4 Die QualiUitsmerkmale verschiedener Architekturen .............................. 120
4 Implementation der Tele-Media-Architektur ..................................... 123
4.1 Ausgangssituation .................................................................................... 123
4.1.1 Ein Entwicklungswerkzeug fur Tele-Media-Trainingssysteme ............... 124
4.1.2 Identifikation der Zielplattfonnen ........................................................... 124
4.1.3 PlattformUbergreifende Realisation ......................................................... 126
4.1.4 Die Systementwicklung unter MS-Windows und X-Windows ............... 129
4.2 Realisation des Benutzermoduls -das GLS ............................................. 132
4.2.1 Der GLS-Kern ......................................................................................... 133
4.2.2 Die statischen Komponenten ................................................................... 141
4.2.3 Die integrierten und didaktischen Komponenten .................................... 151
4.2.4 Die dynamischen Komponenten .............................................................. 158
4.3 Protokollbibliotheken und Steuerungsmodul-SDK ................................. 160
4.3.1 Meldungsprotokoll und API .................................................................... 160
4.3.2 CIDK: Ein Entwicklungswerkzeug fur "Didaktische Server" ................. 162
4.4 Realisation des Kommunikationsmoduls ................................................. 165
4.4.1 Audio fur Kommunikationszwecke ......................................................... 166
4.4.2 Video fur Kommunikationszwecke ......................................................... 171
Inhaltsverzeichnis IX
4.4.3 Synchronisation von Audio und Video .................................................... 180
4.4.4 Peer-to-Peer- und Multipoint-Kommunikation ....................................... 182
5 Evaluierung des Tele-Media-Systems .................................................. 187
5.1 Menschliche Kommunikation bei verteilten Editoren ............................. 188
5.1.1 DerCoMEdiA-Prototyp .......................................................................... 188
5.1.2 Integration und Test des Kommunikationsmoduls .................................. 191
5.2 Europaweites Lemen mit DEDICATED ................................................. 192
5.2.1 Die DEDICATED-Architektur ................................................................ 194
5.2.2 Realisierung und Test des "Generic Learning Support" .......................... 196
5.3 Netzweites Lemen in KmUs mit der COBRA-3-Umgebung .................. 198
5.3.1 Die COBRA-3-Umgebung ...................................................................... 199
5.3.2 Das Anwendungsszenario "Schulung, Training, Information -STI" ...... 201
5.3.3 Integration des STI-Gesamtsystems ........................................................ 206
5.4 Vergleich mit bestehenden Systemen ...................................................... 209
5.5 Analyse der Ergebnisse ............................................................................ 216
6 ResuItate und Schlullfolgerungen ......................................................... 219
6.1 Zusammenfassung der Resultate ............................................................. 220
6.2 SchluJ3folgerungen und Zukunftsausblicke ............................................. 221
7 Literaturverzeichnis .............................................................................. 223
8 Abkiirzungen .......................................................................................... 235
9 Stichwortverzeichnis .............................................................................. 241
10 Anhang .................................................................................................... 247
10.1 Anhang A: Typendefinitionen ................................................................. 247
10.2 Anhang B: Bitflaggen und Bitmasken ..................................................... 252
10.3 Anhang C: Farben und Schriftarten ......................................................... 255
10.4 Anhang D: Die Funktions- und Meldungsschnittstelle ............................ 256
10.5 Anhang E: Quellcode der Seite 3 des Demoskripts ................................. 261
10.6 Anhang F: Auszug aus der L TC-Umfrageaktion 199311994 ................... 263
1 Einleitung
Flir den modernen Menschen erscheint es einfach und natlirlich, die Erfassung der
ihn umgebenden Welt in verschiedene Aspekte zu zerlegen und getrennt zu
betrachten. Es sind die fUnf Sinne Sehen, Horen, Flihlen, Riechen und
Schmecken, mit denen er seine Umwelt wahrnimmt, die Regeln seiner Umwelt
erlernt. Besonders ausgepragt sind diese Fahigkeiten bei jungen Menschen. Sie
entsprechen jedoch grof3tenteils dem eher passiven Teil einer Kommunikation,
dem eines Empfangers oder eines Lernenden. Flir einen aktiven Kommunikations
partner - dem Sender oder dem Lehrenden - werden die Ansprliche wesentlich
erhoht. Relativ einfach erscheint noch der aktive Gegenpart des Horens, das
Sprechen. Schon deutlich schwieriger lassen sich visuelle Reize bewuBt
aussenden, sei es in der Form von Mimik und Gestik, oder gar durch die
Anfertigung von Zeichnungen, abstrakten Symbolen oder Schriftzeichen.
Der dritte Sinn, das Flihlen, scheint auf den ersten Blick weniger wichtig flir
eine Kommunikation als die beiden erstgenannten. Hierbei wird jedoch meist nur
an den direkten korperlichen Kontakt zwischen zwei Menschen gedacht. Dieser ist
in un serer Gesellschaft auBerhalb von Familien- und Partnerschaftskreisen in der
Regel stark eingeschrankt. Andererseits ist das Anfassen, und damit Erfassen, von
Gegenstanden bzw. Materialien flir viele Menschen eine unbedingte Notwendig
keit. Hierbei kann an eine Flille gegenstandlicher Objekte gedacht werden, deren
Beschaffenheit (Textur, Harte, Temperatur, Gewicht, Volumen, Gestalt, Funktion
oder Beweglichkeit) fur viele Berufszweige auBerst wichtig ist.
Die Sinne Riechen und Schmecken konnen fUr die im Rahmen dieser Arbeit
betrachtete Art der Kommunikation vernachlassigt werden. Dies geschiehtjedoch,
ohne die Relevanz verschweigen zu wollen, die beispielsweise ein gutes Essen
odeI' ein angenehmes Parfum innerhalb einer wie auch immer gearteten
mensch lichen Beziehung haben kann.
Oftmals ermoglichen die einzelnen Sinne erst in ihrer Kombination eine als
"natlirlich" und vollstandig empfundene Kommunikation. Solange diese
Kommunikation zwischen zwei oder mehreren Menschen liber das natlirliche
Medium Luft erfolgt, bestehen durch jahrmillionenlange Ubung keinerlei
technische Probleme. Sobald jedoch elektronische Medien zwischengeschaltet
B. Tritsch, Verteiltes Lernen in Computernetzen
© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1997