3. Einsatz moderner Informationstechnologien in
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Verwendung moderner Informationstechnologien in Bildung und Ausbildung Franz Embacher Petra Oberhuemer Martin Rösel future media – Verein zur Förderung multimedialer Qualitätsprodukte Studie erstellt im Auftrag des Bundesministeriums für Landesverteidigung Wien, Juli 2001 Inhaltsverzeichnis VORBEMERKUNGEN ............................................................................................................................ 4 DIE AUTORINNEN .................................................................................................................................. 5 ZUSAMMENFASSUNG .......................................................................................................................... 6 Basistechnologien für die Ausbildung ............................................................................................. 6 Möglichkeiten IT-unterstützten Lernens.......................................................................................... 6 Einsatz moderner Informationstechnologien in Bildung und Ausbildung ....................................... 7 Kosten ............................................................................................................................................. 8 Kooperationsmöglichkeiten ............................................................................................................. 8 1. BASISTECHNOLOGIEN FÜR DIE AUSBILDUNG ............................................................................ 9 1.1 EINLEITUNG ..................................................................................................................................... 9 1.2 MULTIMEDIA-PERSONALCOMPUTER .................................................................................................. 9 1.2.1 Beispiel: Erlernen einer Sprache ......................................................................................... 10 1.3 KOMMUNIKATION DURCH COMPUTERVERNETZUNG .......................................................................... 11 1.4 DAS INTERNET ............................................................................................................................... 11 1.4.1 Aufbau des Internets ............................................................................................................ 11 1.4.2 Netzwerkschicht ................................................................................................................... 12 1.4.3 Internetschicht...................................................................................................................... 14 1.4.4 Transportschicht .................................................................................................................. 17 1.4.5 Anwendungsschicht ............................................................................................................. 18 1.5 DAS W ORLD W IDE W EB (WWW) ................................................................................................... 21 1.5.1 HTML (Hyper Text Markup Language) ................................................................................ 22 1.5.2 Vorgang im Web .................................................................................................................. 23 1.5.3 Interaktion über HTML ......................................................................................................... 24 1.5.4 Server Side Includes (SSI) .................................................................................................. 24 1.5.5 JavaScript ............................................................................................................................ 25 1.5.6 Applets ................................................................................................................................. 25 1.5.7 Serverseitige Programmierung ............................................................................................ 25 1.5.8 XML (eXtensible Markup Language) ................................................................................... 27 1.5.9 Kataloge und Suchmaschinen ............................................................................................. 27 1.6 W EITERE KOMMUNIKATIONSDIENSTE IM INTERNET........................................................................... 28 1.6.1 Elektronisches Forum .......................................................................................................... 28 1.6.2 Chat ..................................................................................................................................... 29 1.6.3 Videokonferenz .................................................................................................................... 29 1.7 MOBILE KOMMUNIKATION UND INFORMATION................................................................................... 29 1.7.1 Übertragungs-Standards im Bereich Mobilfunk ................................................................... 30 1.7.2 Bluetooth .............................................................................................................................. 31 1.7.3 Mobile Dienste ..................................................................................................................... 32 1.7.4 Sprache und Fax.................................................................................................................. 32 1.7.5 Daten ................................................................................................................................... 32 1.7.6 SMS (Short Message Service) ............................................................................................ 32 1.7.7 WAP (Wireless Application Protocol)................................................................................... 33 1.7.8 i-mode .................................................................................................................................. 34 1.7.9 VoiceXML Voice eXtensible Markup Language .................................................................. 34 1.8 ZUSAMMENFASSUNG...................................................................................................................... 34 2. MÖGLICHKEITEN IT-UNTERSTÜTZTEN LERNENS ..................................................................... 35 2.1 EINLEITUNG ................................................................................................................................... 35 2.2 NETZBASIERTE LERNFORMEN ......................................................................................................... 35 2 2.2.1 Der Trend zum Lernen im Netzwerk .................................................................................... 35 2.2.2 Lernen im Internet ................................................................................................................ 38 2.3 DER VIRTUELLE KURS .................................................................................................................... 39 2.3.1 Zwei Szenarien .................................................................................................................... 39 2.3.2 Lehr- und Lernumgebungen ................................................................................................ 39 2.4 AUTORENSOFTWARE UND DATENFORMATE ..................................................................................... 43 2.4.1 Autorensysteme ................................................................................................................... 43 2.4.2 Internetfähige Formate ........................................................................................................ 43 2.5 DIDAKTISCHE UND METHODISCHE ÜBERLEGUNGEN ZUM EINSATZ NEUER LERNMEDIEN ...................... 45 2.6 AUSBLICK AUF ZUKÜNFTIGE ENTWICKLUNGEN ................................................................................. 47 3. EINSATZ MODERNER INFORMATIONSTECHNOLOGIEN IN BILDUNG UND AUSBILDUNG ... 48 3.1 SCHULEN ...................................................................................................................................... 48 3.2 BILDUNGSANGEBOTE RUND UM DIE SCHULE .................................................................................... 49 3.3 UNIVERSITÄTEN ............................................................................................................................. 49 3.4 ANBIETER VON ERWACHSENENBILDUNG/BERUFLICHE ZUSATZQUALIFIKATIONEN................................ 51 3.5 ANBIETER VON ERWACHSENENBILDUNG/ZWEITER BILDUNGSWEG .................................................... 52 3.6 BETRIEBLICHES AUSBILDUNGSWESEN............................................................................................. 53 3.7 GENERELLE VORAUSSETZUNGEN: QUALIFIKATIONSPALETTE FÜR NUTZER UND ENTWICKLER ............. 54 3.8 AKZEPTANZFRAGEN ....................................................................................................................... 55 3.9 TRENDS: BILDUNGSNETZE UND W ISSENSBÖRSEN............................................................................ 55 4. KOSTEN/NUTZEN-ÜBERLEGUNGEN ............................................................................................ 57 4.1 VERWENDUNG NEUER MEDIEN ZUR UNTERSTÜTZUNG DER AUSBILDUNG .......................................... 57 4.1.1 Hardware ............................................................................................................................. 57 4.1.2 Software ............................................................................................................................... 57 4.1.3 CD-ROM mit Lerninhalt ....................................................................................................... 58 4.2 VERWENDUNG NEUER MEDIEN UND NEUER KOMMUNIKATIONSMÖGLICHKEITEN ................................. 59 4.2.1 Zusätzliche Kosten durch Kommunikation .......................................................................... 59 4.3 EINSATZ EINES AUF DEM W EB BASIERENDEN AUSBILDUNGSSYSTEMS ............................................... 59 4.3.1 Client .................................................................................................................................... 60 4.3.2 Server und Netzwerkverbindung ......................................................................................... 60 4.4 MOBILE VERBINDUNGEN ODER FESTNETZ? ..................................................................................... 62 4.5 FOLGERUNG .................................................................................................................................. 63 4.6 OFT UNTERSCHÄTZTE AUFWÄNDE .................................................................................................. 63 5. MÖGLICHKEITEN DER ZUSAMMENARBEIT MIT ZIVILEN BILDUNGSEINRICHTUNGEN ........ 65 6. GLOSSAR TECHNISCHER BEGRIFFE .......................................................................................... 66 LITERATURVERZEICHNIS .................................................................................................................. 74 3 Vorbemerkungen Diese Studie wurde von Bundesministerium für Landesverteidigung im November 2000 in Auftrag gegeben. Sie fasst die wichtigsten Themen und Aspekte zusammen, die für Anbieter moderner computer- und internetgestützter Ausbildungsinhalte zu berücksichtigen und für das Verständnis vorhandener bzw. die Konzeption neuer informationsgestützter Ausbildungssysteme unerläßlich sind. In Kapitel 1 werden die relevanten Basistechnologien beschrieben und technische Hintergrundinformationen zusammengestellt. Kapitel 2 ist der Darstellung moderner Lernformen und der zur Verfügung stehenden Software gewidmet. In Kapitel 3 wird zusammengefasst, in welchen Bereichen diese Lern- und Ausbildungsmethoden heute zum Einsatz kommen. Kapitel.4 ist Kosten/Nutzen-Überlegungen hinsichtlich der technischen Grundausstattung, die zum Bereitstellen technologieunterstützter Ausbildungsangebote notwendig sind, gewidmet. In Kapitel 5 werden einige Gedanken, entlang welcher Linien das österreichische Bundesheer mit zivilen Bildungsanbietern kooperieren könnte, angeführt. Kapitel 6 stellt ein Glossar technischer Begriffe dar. (Mit Hilfe des Symbols im Text werden Hinweise auf das Glossar gekennzeichnet). Hinsichtlich der Verwendung moderner Informationstechnologien und der Verfügbarkeit der entsprechenden Infrastruktur wurde vor allem die Situation in Österreich und den entwickelten Industriestaaten (etwa Bundesrepublik Deutschland, Grossbritannien, USA) beschrieben. Die im Text und in den Literaturhinweisen angeführten Internet-Adressen sind die zum Zeitpunkt der Erstellung der Studie gültigen. Die AutorInnen Wien, im Juli 2001 4 Die AutorInnen Franz Embacher ist theoretischer Physiker an der Universität Wien. Zu seinen Schwerpunkten zählen die Didaktik der Naturwissenschaften und der Mathematik sowie der Einsatz neuer Medien in der Lehre und in der Erwachsenenbildung. E-mail: [email protected] WWW: http://www.ap.univie.ac.at/users/fe/ Petra Oberhuemer ist freiberuflich tätig. Sie beschäftigt sich mit den Einsatzmöglichkeiten neuer Medien im Ausund Weiterbildungsbereich und den didaktischen Aspekten bei der Aufbereitung von Lerninhalten für digitale Medien. E-mail: [email protected] Martin Rösel ist Softwareentwickler bei der Firma Gruber & Petters, zu deren Produkten Programme zur Stundenplanberechnung und Lehreradministration gehören. Im Rahmen seiner eigenen Personenfirma übernimmt er Aufträge im Bereich Dienstleistungen der elektronischen Datenverarbeitung, wie Techologieberatung und Erstellung von Individualsoftware. E-mail: [email protected] future media ist ein der Universität Wien nahestehender Verein, der sich für einen sinnvollen Umgang mit modernen Medien einsetzt. E-mail: [email protected] WWW: http://www.univie.ac.at/future.media/ 5 Zusammenfassung Basistechnologien für die Ausbildung Die Informationstechnologie stellt heute eine technische Basis zur Verfügung, die den Aufbau von komplexen Ausbildungssystemen ermöglicht. Die Grundlage dafür bilden zunächst die handelsüblichen Personal-Computer, die mit ihren multimedialen Fähigkeiten zur Darstellung von Hypertexten, Bildern, Audio und Video alle herkömmlichen Lernunterlagen in den Schatten stellen können. Zum anderen hat uns die Computervernetzung, speziell durch das Internet, eine gigantische Informationsvielfalt und neue Möglichkeiten der menschlichen Kommunikation beschert. Die große Bedeutung des Internet liegt hier vor allem in der Einführung von offen gelegten, weltweit akzeptierten Standards für verschiedene Netzwerkdienste. Diese Standards ermöglichen erst den uneingeschränkten Zugriff auf die vorhandenen Informationsressourcen und den unbeschränkten Datenaustausch zwischen verschiedensten Computersystemen. Durch die Entwicklung des World Wide Web ist es jedermann möglich, auf diese Informationen ohne große Vorkenntnisse zuzugreifen. Die gewünschten Daten werden dabei immer häufiger erst auf die Anfrage eines Benutzers hin dynamisch zusammengestellt und aufbereitet. Es besteht die Möglichkeit zur Interaktion des Benutzers mit dem System, was gerade auch für Ausbildungszwecke von großer Bedeutung ist. Zusätzlich wird die mobile Datenübertragung, die heute noch ein Schattendasein neben der mobilen Kommunikation führt, in den nächsten Jahren durch die Einführung der wesentlich leistungsstärkeren Mobilfunktechnologie UMTS neue Zugriffsmöglichkeiten auf die Informationsfülle des Internet eröffnen. Ein erster Ansatz dazu ist die WAP-Technolgie, die es ermöglicht, Informationen im World Wide Web so abzulegen, daß sie über ein Mobiltelefon angefordert werden können. Andere Techniken wie VoiceXML sollen den sprachgesteuerten Zugang und Erhalt der Informationen ermöglichen. Möglichkeiten IT-unterstützten Lernens Mit der zunehmenden Bedeutung von Multimedia und Internet-Technologien ergeben sich für alle Bereiche der Aus- und Weiterbildung völlig neue Möglichkeiten. WissenschaftlerInnen nützen schon seit langem die Potentiale der weltweiten Vernetzung, um über neue Arbeiten informiert zu werden, eigene Konzepte und Forschungsergebnisse weltweit zu publizieren und mit KollegInnen zu diskutieren und zu kooperieren. Initiativen wie „Schulen ans Netz“ holen das Internet in die Klassenzimmer. SchülerInnen wird das notwendige Verständnis für das neue Medium vermittelt, um sie auf die Anforderungen des zukünftigen Berufslebens vorzubereiten. Unternehmen setzen vermehrt InternetTechnologien für den Aufbau von Informationssystemen zur flexibleren Verwaltung des firmeninternen Wissen und zur besseren Kommunikation zwischen den MitarbeiterInnen ein. Um die Vorteiles des weltweiten Internet, wie etwa den globalen Zugriff auf Informationen 6 und die Kommunikationsmöglichkeiten über Firmen- bzw. Landesgrenzen hinweg, nutzen zu können, entscheiden sich Unternehmen häufig für den Einsatz eines Extranet, eines firmeninternen Intranet, versehen mit einem Zugang zum Internet. Verstärkter Wettbewerb und hohe Innovationsraten in vielen Bereichen der Arbeitswelt haben ständig wachsenden Aus- und Weiterbildungsbedarf zu Folge. Mit traditionellen Schulungsmaßnahmen ist es für Unternehmen immer schwieriger, mit der erforderlichen Schnelligkeit auf die rasanten Veränderungen zu reagieren. Es werden daher seit einigen Jahren Bemühungen unternommen, mit Hilfe von computergestützten netzerweiterten Ausbildungsinitiativen der Forderung nach "knowledge-on-demand" nachzukommen und die Ausgaben für interne Weiterbildungsmaßnahmen zu reduzieren. MitarbeiterInnen lernen am Arbeitsplatz genau dann, wenn es erforderlich ist. Somit werden zum einen die Reise- und Aufenthaltskosten eingespart, und zum anderen wird die völlige Absenz vom Arbeitsplatz während der Weiterbildung vermieden. Für die Durchführung virtueller Schulungen werden häufig Lernumgebungen eingesetzt, die sowohl verwaltungstechnische Abläufe wie auch das tatsächliche Kursgeschehen unterstützen. Lernende können sich einen Überblick über das Kursangebot schaffen, Kurse belegen und bezahlen, auf Inhalte zugreifen und auch eigene Daten auf der Lernplattform ablegen. Um das Fehlen der sozialen Komponente auszugleichen, bieten Lernumgebungen mehrere Kanäle zur synchronen und asynchronen Kommunikation. Für die Erstellung multimedialer Lerninhalte werden eine ganze Reihe von Autorentools angeboten, deren Handhabung im Allgemeinen nicht allzu schwierig ist. Ihre Formate sind jedoch nicht a priori internetfähig und müssen - teilweise mit erheblichen Schwierigkeiten - erst konvertiert werden. Um diese Probleme zu vermeiden, und dem allgemeinen Trend folgend, wird bei der Produktion von Inhalten vermehrt auf internettaugliche Formate wie HTML, Javascript und CGI gesetzt. Dadurch wird die Lauffähigkeit auf allen Systemen und die Zugangsmöglichkeit mit einem Standard Web-Browser garantiert. Einsatz moderner Informationstechnologien in Bildung und Ausbildung Moderne Informationstechnologien werden mittlerweile in allen Sektoren des Bildungs- und Ausbildungsbereichs eingesetzt. Die konkreten Szenarien variieren sowohl in technischer Hinsicht als auch bezüglich der konkreten Einsatzformen sehr stark. An Schulen wird das Ziel “ein PC pro Klassenraum“ innerhalb der nächsten Jahre für den zum Großteil realisiert werden können. Die strukturellen Probleme liegen einerseits im Bereich der Computer- und Netzwerkbetreuung, die – insbesondere in Österreich – nicht von professionellen Spezialisten, sondern von LehrerInnen besorgt wird, andererseits in mentalen Barrieren seitens der Unterrichtenden, die der Integration digitaler Medien – insbesondere des WWW – in den Unterricht entgegenwirken. Es ist anzunehmen, dass sich diese Situation unter dem Eindruck der wachsenden Bedeutung moderner Technologien für fast alle Sektoren der Gesellschaft, durch das „Hineinwachsen“ jüngerer LehrerInnen und #durch den Trend, Technologiefragen in der staatlichen Schulpolitik und in europäischen Förderungsmaßnahmen eine größere Gewichtung zu geben, innerhalb der nächsten Jahre ändern wird. Im universitären Bereich gibt es weniger zentrale Initiativen und Fördermaßnahmen als im Schulsektor. In der Regel erhalten die Studierenden Zugang zu E-mail und WWW, die Integration des Einsatz neuer Medien in den Vorlesungsbetrieb steht allerdings erst am Beginn. Gleichzeitig hat ein Trend zur Professionalisierung der eingesetzten Technologien und zu „größeren Lösungen“ – insbesondere im Bereich des universitären Telelearning – eingesetzt. Erstklassige webbasierte Angebote einzelner Institute und Fachrichtungen für den gesamten Bildungsbereich runden das Bild ab. 7 Im Bereich der beruflichen Zusatzqualifikationen, wie sie etwa vom WIFI, dem BFI und den Volkshochschulen angeboten werden, haben die modernen Technologien den verschiedenen Formen des Telelearning eine gesteigerte Bedeutung verliehen. Das wird nicht nur durch den selbstverständlichen Einsatz der CD-ROM als Begleitmedium, sondern auch durch eine stetig wachsende Palette an webbasierten Kursangeboten, die von Unternehmen angekauft werden können, illustriert. Im Zweiten Bildungsweg ist die Situation weniger fortgeschritten, das die Kosten für diese Kurse niedriger gehalten werden müssen. Im betrieblichen Ausbildungswesen spielt zudem in vielen Fällen der Einsatz des firmeneigenen Intranet eine große Rolle. Mehrere Lernplattformen, die am Markt erhältlich sind, haben ihren Ursprung in Entwicklungen, die zunächst nur für die Schulung der eigenen MitarbeiterInnen gedacht waren. Generell ist eine weitere Zunahmen der Bedeutung digitaler Medien im Bildungsbereich zu erwarten. Die ständig wachsende Menge an im WWW verfügbaren Informationen und die zunehmende elektronische Vernetzung von Daten (in diesem Sinn wird auch von „Bildungsnetzen“ und „Wissensbörsen“ gesprochen) führen zu einer verstärkten „sozialen“ Vernetzung (Kooperation) der Anbieter und Benutzer, die die Formen von Lern- und Ausbildungsprozessen tiefgreifend verändern wird. Kosten Konkrete Kostenmodelle können erst anhand eines grundlegenden Konzeptes für ein Ausbildungssystem erstellt werden. Im Text der Studie werden die Aspekte, die für die Einschätzung der anfallenden Kosten und für die Entscheidung zwischen verschiedenen Szenarien relevant sind, dargestellt. Vielfältige Kostenfaktoren, wie Hardware, Standardsoftware, Individualsoftware, spezialisierte Lernsoftware, Leitungskosten, verschiedenste ISP-Dienstleistungen, Beratungsaufwand (pädagogisch und technisch) und Personalaufwand, spielen dabei eine Rolle. Bedingt durch das benötigte Expertenwissen wird der größte Kostenfaktor in der eigentlichen Konzeption und Realisierung des Ausbildungssystems zu suchen sein. Zu den oft unterschätzten Kosten, die bei der Bereitstellung von (Aus)Bildungsangeboten anfallen, zählen die Aufwände für mediengerechte Aufbereitung und Umsetzung von Inhalten, Einschulung der Beteiligten an der eingesetzten Lernsoftware, Support bei technischen Problemen und tutorielle Betreuung. Kooperationsmöglichkeiten Hinsichtlich möglicher Kooperationen des österreichischen Bundesheeres mit dem zivilen Umfeld bieten sich einige Szenarien an, die von der Integration in existierende Bildungsnetze und die Einbringung spezifischer Kompetenzen in zivile Bildungsaktivitäten (z.B. Schulungssysteme, Ausbildungsmethodik, Sicherheitspolitik, Sprachausbildung,…) bis zur gemeinsamen Nutzung technischer Ressourcen (Standleitungen, Netzwerke, Server,…) auf der Ebene von Bildungsanbietern, Unternehmen, regionalen Initiativen oder staatlichen Schulbehörden reichen. 8 1. Basistechnologien für die Ausbildung Die Möglichkeit zum effektiven und gewinnbringenden Einsatz von Informationstechnik (IT) im Ausbildungsbereich beruht im wesentlichen auf den zwei technischen Fundamenten Multimedia-Personalcomputer und Kommunikation durch Computervernetzung, wobei der Verbindung über das Internet spezielle Bedeutung zukommt. 1.1 Einleitung Noch vor nicht ganz drei Jahrzehnten war es nicht zu erwarten, daß Informationstechnologie sinnvoll bzw. überhaupt im Ausbildungsbereich eingesetzt werden könnte. Computer, die den Kern dieser Technologie bilden, waren groß (Großrechner), teuer, kompliziert und ihre Benützung war daher relativ wenigen Experten vorbehalten. Die Rechenleistung war nach heutigen Maßstäben gering, trotzdem kosteten Rechenzeit und Speicherplatz auf dem Rechner sehr viel Geld. In den siebziger Jahren wurde dann der Mikroprozessor erfunden, mit dem die IT schließlich Einzug in nahezu alle Lebensbereiche erhielt. Doch auch die ersten Homecomputer oder Personalcomputer (PC), die auf den neuen Mikroprozessoren aufbauten, erfüllten noch nicht unmittelbar die Anforderungen, um den Ausbildungsbereich zu revolutionieren. Speicherplatz war immer noch teuer und damit nur in geringem Ausmaß vorhanden (typische damalige Hauptspeicherkapazität: 16 kB) und die ersten Graphikanwendungen mußten sich auf eine Bildfläche von 640x200 Punkten beschränken und das natürlich in Schwarz/Weiß. Trotzdem konnten auf solchen Systemen schon einfache Lernprogramme laufen. Durch die noch nicht vorhandenen bzw. stark beschränkten Graphikfähigkeiten konnte die Wissensvermittlung über den PC zwar noch nicht mit den gedruckten Medien konkurrieren, dafür war aber schon die Möglichkeit zur Interaktion gegeben, der im Lernprozeß große Bedeutung zukommt. 1.2 Multimedia-Personalcomputer Die heutigen Personalcomputer erfüllen alle Voraussetzungen, um die herkömmlichen Medien im Lernprozeß ablösen zu können: - einfache Bedienung durch graphische Benutzeroberflächen enorme Speicherkapazitäten (CD, DVD) verbunden mit billigen Speicherpreisen Multimediafähigkeit, d.h. Darstellung bzw. Wiedergabe von Text, Bildern, Filmen, Animationen und Ton Verbindungsmöglichkeiten (Vernetzung) zwischen mehreren Computern 9 Auf der Basis dieser Hardware können leistungsfähige Lernprogramme entwickelt werden, die einerseits in der Darstellung und Vermittlung der Lerninhalte und andererseits durch ihre Interaktionsmöglichkeiten mit dem Lernenden alle herkömmlichen Lernunterlagen in den Schatten stellen können. Diesem computerbasierenden Lernen (CBT) fehlt aber noch eine wesentliche Komponente um im Ausbildungsbereich gravierende Änderungen bewirken zu können. Mit Hilfe des folgenden Beispiels wollen wir diesen Mangel identifizieren. 1.2.1 Beispiel: Erlernen einer Sprache Zum Erlernen einer Sprache gehört die Aneignung eines gewissen Vokabulars verbunden mit der richtigen Aussprache und das Lernen der Grammatik. Dazu gehört aber auch, daß man lernt, das gesprochene Wort zu verstehen. Wenn wir z.B. Englisch lernen wollen, haben wir folgende Möglichkeiten - wir lernen nach einem Sprachkurs mit klassischen Medien - wir besuchen einen Sprachkurs in einem Bildungsinstitut - wir lernen mit einem Lernprogramm Sprachkurs mit klassischen Medien Ein klassischer Englischkurs in Form eines Buches kann recht gut das Vokabular und die Grammatik vermitteln, während die Aussprache nur durch die Lautschrift wiedergegeben werden kann. Aus diesem Grund liegt dem Sprachkurs oft eine Audiocassette bei, die das fehlende Medium Ton liefert. Zur Überprüfung des Wissensstandes findet man in Sprachkursen oft Testfragen bzw. Testaufgaben mit den dazugehörenden Lösungen. Je nachdem, wie und wo die Lösungen angegeben werden, kann es sehr umständlich sein, diese nachzulesen, und oft läßt es sich auch nicht vermeiden, daß man einen Blick auf die Lösungen von Aufgaben wirft, die man noch zu bearbeiten hat. Sprachkurs in einem Bildungsinstitut Der Besuch eines Englischkurses hat die Vorteile, daß wir unmittelbar Fragen an den Kursleiter richten können, sofortiges Feedback, z.B. bei Aussprachefehlern, erhalten und natürlich auch, daß die Möglichkeit zur Kommunikation mit den anderen Kursteilnehmern besteht. Unter der Voraussetzung eines sehr guten Kursleiters bestehen die größten Nachteile dieses Lernsystems darin, daß wir zeitlich festgelegt sind, wann wir den Kurs besuchen, und daß das Lerntempo nicht von uns abhängt, sondern von der ganzen Kursgruppe. Lernen mit einem Lernprogramm Ein Lernprogramm sticht den Kurs in Form eines Buches in allen Punkten aus. Wie sieht es aber aus, wenn wir das Lernprogramm dem Kursbesuch gegenüberstellen? Wir erkennen sofort, daß das Lernprogramm nicht die Nachteile des Kursbesuches mit sich bringt. Dagegen fehlt jedoch die menschliche Komponente völlig. Ein solches System kann daher noch nicht die herkömmlichen Unterrichtsmethoden ersetzen. 10 Zusammenfassung Das auf einem alleinstehenden Computer basierende Lern- bzw. Ausbildungssystem kann zwar die klassischen Schulungsunterlagen ersetzen, einem solchen System geht aber der wichtige Bestandteil der Kommunikation (mit menschlichem Lehrer und Mitlernenden) verloren. 1.3 Kommunikation durch Computervernetzung Mit der Verbreitung von Computern entstand die Notwendigkeit, einzelne Computer miteinander zu verbinden (vernetzen), damit diese Daten austauschen können. Eine solche Vernetzung ist wesentlich effektiver als der Informationsaustausch über externe Speichermedien. Die Vernetzung wurde mit der Zeit immer leistungsfähiger, immer größere Datenmengen konnten in kürzerer Zeit übertragen werden. Inzwischen läuft auch die Kommunikation der Menschen über die Datenleitungen der Computer. Beide, Mensch wie Computer, nutzen dieselben technischen Übertragungsmöglichkeiten. Man kann sogar feststellen, daß es heute kaum mehr eine Kommunikationsform gibt, in deren Hintergrund nicht tatsächlich eine Datenübertragung zwischen Computersystemen stattfindet (eine Ausnahme bildet hier eigentlich nur mehr der Briefverkehr). Ein Großteil der heutigen Computer ist im Internet vernetzt, wodurch sich zu den herkömmlichen Kommunikationsmöglichkeiten über Telefon und Faxgerät zusätzliche Kommunikationswege über dieses weltweite Computernetz eröffnen. Dazu gehören vor allem die Dienste E-Mail, Chat, Netnews und diverse Diskussionsforen. 1.4 Das Internet In den sechziger Jahren begannen in den USA die Forschungen für ein Kommunikationsund Informationssystem für das Militär, das auch bei teilweiser Zerstörung (etwa durch atomare Angriffe) noch funktionieren sollte. Aufgrund dieser Forschungen wurden 1969 die ersten Netzwerke an amerikanischen Universitäten in Betrieb genommen. 1972 wurde dann das ARPANET vorgestellt. In diesem Netzwerk waren 40 Rechner angeschlossen. Anfang der achtziger Jahre wurde als neuer Name für das rasant wachsende ARPANET der Name Internet eingeführt. 1.4.1 Aufbau des Internets Die ISO (International Standards Organization) hat ein abstraktes Modell für die Standardisierung von Netzwerken entwickelt. Dieses sogenannte OSI-Referenzmodell beschreibt die Funktionalität eines Netzwerkes in 7 voneinander unabhängigen, aber aufeinander aufbauenden Schichten. Details können in [Tanenbaum, Computer-Netzwerke, 1992] nachgelesen werden. Dieses Modell kam aber zu spät heraus und konnte sich im bereits gut funktionierenden ARPANET nicht mehr durchsetzen. Daher wollen wir uns im weiteren an das Konzept des Department of Defence (DOD) halten, dem das heutige Internet entspricht. 11 Dieses Internet-Schichtenmodell hat die folgenden Ebenen: - Anwendungsschicht (Application Layer ) Transportschicht (Transport Layer) Internetschicht (Internet Layer) Netzwerkschicht (Network Access Layer) Das Internet arbeitet paketorientiert, d.h. die zu übermittelnde Information wird in einzelne Datenpakete zerlegt. Jedes Paket hat einen Absender (der sendende Computer) und einen Empfänger (der Zielcomputer) und damit eine Zieladresse. Die einzelnen Pakete werden unabhängig voneinander auf den Weg geschickt, wobei sie ganz unterschiedliche Wege zurücklegen können. Der Empfänger setzt die Pakete dann wieder in der richtigen Reihenfolge zusammen. Wenn Information über ein Netzwerk geschickt wird, startet sie in der Anwendungsschicht des sendenden Computers und durchläuft die weiteren Schichten hinunter bis zur Netzwerkschicht. Über diese Schichte nimmt die Information ihren Weg zum Zielcomputer und durchläuft die einzelnen Schichten wieder nach oben bis zu Anwendungsschicht. 1.4.2 Netzwerkschicht In dieser untersten Schicht wird die tatsächliche physikalische Verbindung aufgebaut. Entsprechend wird hier beschrieben, wie die für die Datenübertragung benötigte Hardware beschaffen sein muß. Dazu gehört auch das Protokoll für die Übertragung der Daten auf dem Medium. Betrachten wir als anschauliches Beispiel zwei Personen, die sich außerhalb ihrer Hörreichweite befinden. Die Netzwerkschicht könnte hier vorsehen, daß beide Personen als Hardware Signalflaggen verwenden, wobei Lichtwellen für die Übertragung der Information zuständig sind. Die verbreitetsten Datenübertragungsmethoden sind: - Ethernet Token Ring FDDI (Fiber Distributed Data Interface) Frame-Relay ATM (Asynchronous Transfer Mode) SLIP (Serial Line Internet Protocol) / PPP (Point to Point Protocol) ISDN (Integrated Services Digital Network) ADSL (asymmetrical digital subscriber line) Ethernet Im Ethernet liegen alle angeschlossenen Computer gleichberechtigt an einem Kabelstrang (Bus), wobei immer nur ein Rechner Daten senden kann. Wenn mehrere Rechner gleichzeitig versuchen zu senden, kommt es zu einer Kollision, worauf alle Rechner das Senden einstellen und es zu einem zufälligen späteren Zeitpunkt wieder probieren. Bei einer großen Auslastung kann sich die Geschwindigkeit durch viele Kollisionen drastisch reduzieren. Im Ethernet kann verschiedene Hardware zum Einsatz kommen. Wenn Koaxkabel (10Base2 und 10Base5) verwendet werden, liegt die maximale Geschwindigkeit bei 10 Mbit/s. Bei der Verwendung des moderneren Twisted-Pair (verdrillte Drahtpaare, 10BaseT) können auch Geschwindigkeiten bis zu 100 Mbit/s (Fast-Ethernet) erreicht werden. Bei Twisted-Pair kann immer nur ein Rechner an jedes Kabelende angeschlossen werden. Deshalb müssen 12 sogenannte Hubs eingesetzt werden. In diesen Geräten treffen sich die Leitungen der einzelnen Computer. Jedes Signal, das von einem Hub empfangen wird, wird an alle angeschlossenen Leitungen weitergegeben. Ein Twisted-Pair-Netzwerk hat daher eine sternförmige Struktur. Inzwischen gibt es mit dem sogenannten Gigabit-Ethernet auch eine moderne Variante des Ethernets, die – wie der Name impliziert – Übertragungsgeschwindigkeiten von 1 Gbit/s zuläßt. Seit 1999 beschäftigt sich auch eine Arbeitsgruppe mit der Standardisierung eines 10-Gbit/s-Ethernets. Token Ring Bei dieser Methode sind die Rechner zu einem Ring zusammengeschlossen, wobei ein sogenanntes Token von Rechner zu Rechner weitergereicht wird. Der Rechner, der gerade das Token hat, darf senden, wodurch gegenüber Ethernet auch bei starker Auslastung die Geschwindigkeit erhalten bleibt. Es gibt auch eine Busausführung (Token Bus) dieses Systems. Je nach der Ausführung können bei Token Ring Übertragungsgeschwindigkeiten von 4 oder 16 Mbit/s erreicht werden. FDDI (Fiber Distributed Data Interface) FDDI ist ähnlich wie Token Ring aufgebaut. Als Übertragungsmedium werden jedoch Lichtwellenleiter verwendet. Die Datenübertragungsgeschwindigkeit beim FDDI beträgt 100 Mbit/s. Frame-Relay Frame-Relay ist eine paketorientierte Übertragungstechnik für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, hat einen verbindungsorientierten Übertragungsmechanismus und unterstützt Übertragungsgeschwindigkeiten zwischen 56 kbit/s und 45 Mbit/s. ATM (Asynchronous Transfer Mode) Dieses Verfahren könnte die Basistechnologie für die nächste Generation von globalen Kommunikationsnetzen werden. Mit ATM können unterschiedliche Übertragungsgeschwindigkeiten und Netzausdehnungen realisiert werden. Damit eignet es sich gleichermaßen für lokale Netzwerke (LANS) als auch für Weitverkehrsnetzwerke (WANs). Beim ATM werden Datenpakete mit fester Länge verschickt, die sehr effizient verarbeitet werden können. Diese Technik ermöglicht sehr hohe Datenübertragungsraten in der Größenordnung Gbit/s (= 1024 Mbit/s). In Forschungslabors konnten in ATM-Schalteinheiten schon Verarbeitungsgeschwindigkeiten bis 1 Tbit/s (= 1024 x 1024 Mbit/s) verwirklicht werden. Damit eignet sich ATM auch für interaktive Multimedia-Anwendungen. SLIP (Serial Line Internet Protocol) / PPP (Point to Point Protocol) Diese beiden Protokolle werden heute sehr häufig (vor allem im privaten Bereich) eingesetzt, da sie den Internetzugang über eine Telefonleitung ermöglichen. Sie können aber auch über jede beliebige serielle Leitung betrieben werden. Moderne Modems ermöglichen heute theoretisch Geschwindigkeiten bis zu 56 kbit/s über die Telefonleitung. In der Praxis liegt die erreichte Geschwindigkeit eher bei etwa 44 kbit/s. 13 ISDN (Integrated Services Digital Network) ISDN ist ein flächendeckendes, digitales Netzwerk, das für normale Telefongespräche, Bildtelefon und Datenübertragungen angeboten wird. Der Standard ISDN-Anschluß hat einen Steuerkanal (D-Kanal) mit 16 kbit/s und zwei sogenannte B-Kanäle mit einer Übertragungsrate von je 64 kbit/s. B-Kanäle können auch gebündelt werden, wodurch sich die Geschwindigkeit um die Anzahl der Kanäle vervielfachen läßt. Beim Standardanschluß sind damit Übertragungsraten von 128 kbit/s möglich. Neben dem Standardanschluß gibt es noch den Primärmultiplexanschluß mit 30 B-Kanälen und 2 D-Kanälen. Die Kanalbündelung ergibt hier eine Übertragungsrate von 1,902 Mbit/s. ADSL (asymmetrical digital subscriber line) Hierbei handelt es sich um eine relativ neue Technik, die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungen von bis zu 6 Mbit/s über normale Telefonleitungen ermöglicht. Das Signal wird dabei über verschiedene Trägerfrequenzen übertragen. ADSL ist in drei verschiedenen Versionen genormt, die sich hinsichtlich der Codierung, der möglichen Übertragungsentfernung und der Übertragungsgeschwindigkeit unterscheiden. In Österreich werden ADSL-Leitungen mit einer Download-Geschwindigkeit von 512 kbit/s und einer Upload-Geschwindigkeit von 64 kbit/s angeboten. Alle angeführten Übertragungsmethoden haben physikalische Beschränkungen bezüglich des maximalen Übertragungswegs und der Geschwindigkeit der Datenübertragung. Die Übertragungsgeschwindigkeit hat eine durch das Übertragungsverfahren festgelegte Obergrenze. Der Übertragungsweg ist beschränkt, da die Signale auf langen Strecken verzerrt und gedämpft und damit unbrauchbar werden. Vor allem Ethernet und FDDI haben relativ kurze maximale Leitungslängen. Aktive Bauelemente können aber die Signale wieder verstärken, wodurch wieder längere Übertragungswege erreicht werden. Ein Teilstück eines Netzwerkes, das ohne Verstärkung auskommt, nennt man Segment. Man unterscheidet - Repeater: einfache Signalverstärkung, alle Daten werden an alle angeschlossenen Segmente weitergegeben Bridges: intelligente Signalverstärkung, die Daten werden nach einer Lernphase nur mehr an das Segment weitergegeben, in dem sich der Zielrechner befindet Switches: verbinden je nach der Anforderung wechselweise mehrere Segmente miteinander, wodurch Daten nur über die tatsächlich benötigten Wege geleitet werden und nicht über alle angeschlossenen Segmente 1.4.3 Internetschicht Diese Schicht ist für die Adressierung und Weiterleitung (Routen) der Pakete verantwortlich. Außerdem kann auf dieser Ebene auch die Fragmentierung bzw. Defragmentierung von Datenpaketen erfolgen. IP (IPv4) 14 Das IPv4 (Internet Protokoll Version 4, beschrieben im [RFC 791]) ist eines der beiden zentralen Protokolle des Internets. Es ist ein verbindungsloses Protokoll, d.h. die Datenpakete werden losgeschickt, aber es gibt z.B. keinerlei Überprüfung, ob sie auch angekommen sind. Für eine "zuverlässige" Datenübertragung sind die übergeordneten Protokolle zuständig. Adressierung Wenn wir einen Brief abschicken, müssen wir eine eindeutige Postadresse angeben, damit er an den richtigen Empfänger zugestellt werden kann. In Computernetzwerken ist natürlich ebenfalls eine Adressierung notwendig, damit die Daten weitergeleitet werden können. Zur eindeutigen Identifizierung eines Netzwerkanschlußes im Internet werden die sogenannten IP-Adressen vergeben. So wie ein Eckhaus verschiedene Postadressen haben kann, kann auch ein Computer mehrere Netzwerkverbindungen (mit jeweils einer IP-Adresse) haben, wenn er an verschiedenen Netzwerken hängt. IP-Adressen werden weltweit eindeutig vergeben. Sie bestehen aus vier Bytes und werden üblicherweise in der Form a.b.c.d (dotted quad notation) dargestellt, wobei a, b, c und d Zahlen zwischen 0 und 127 sind. Jede IP-Adresse besteht aus zwei Teilen: der Netzwerkadresse (net-id) und der Rechneradresse (host-id). Die Grenze zwischen net-id und host-id hängt von der Klassifizierung der IP-Adresse ab. Es gilt die folgende Netzklassifizierung: - Class A: 0 < a < 127 Netzwerksadresse: a; Rechneradresse: b.c.d Class B: 127 < a < 192 Netzwerksadresse: a.b; Rechneradresse: c.d Class C: 191 < a < 224 Netzwerksadresse: a.b,c; Rechneradresse: d Alle anderen Adressen sind für spezielle Zwecke reserviert Der Adreßraum wird damit in verschiedene Netze unterteilt, die unabhängig voneinander verwaltet werden können. Es gibt z.B. 16382 mögliche Class B-Netzwerke, die jeweils 65534 (= 216 – 2, da 0,0 und 255,255 nicht für Rechneradressen verwendet werden dürfen) angeschlossene Rechner haben können. Die host-id kann auch weiter unterteilt werden, wodurch Subnetze entstehen, deren Verwaltung nun weiter delegiert werden kann. IPv6 (IPnG) Durch das rasante Wachstum des Internets und die Beschränkung des Adreßraums auf 32 bit werden die verfügbaren IP-Adressen bald erschöpft sein. Daher wurde bereits vor einigen Jahren das neue Protokoll IPv6 (Internet Protokoll Version 6) bzw. IPnG (IP next Generation) im [RFC 1752] veröffentlicht, welches das bisherige IPProtokoll ersetzen soll. Dieses neue Protokoll verwendet 16 Bytes (128 bit) für die Adressierung, was den möglichen Adreßraum immens vergrößert. Auch andere Schwächen des IPv4 sollen im IPv6 beseitigt sein. Zur Zeit ist das IPv6 noch wenig verbreitet. 15 Namensgebung Da es für Menschen normalerweise schwer ist, sich Zahlenquadrupel zu merken, wurde ein System geschaffen, um den an das Internet angeschlossenen Computern logische Namen zuordnen zu können. Der Rechnername besteht dabei aus den zwei Teilen: - Hostname: Der Name des individuellen Rechners. Domainname: Der Name der Organisationseinheit, in der sich der Rechner befindet. Der Domainname kann aus mehreren Teilen bestehen, wodurch verschiedene Organisationsstufen abgebildet werden können. Die einzelnen Teile werden durch Punkte voneinander getrennt. Der am weitesten rechts stehende Teil des Domainnamens wird Top Level Domain genannt. Dieser Namensteil bezeichnet entweder das Land, in dem sich der Rechner befindet oder ist eine Abkürzung für die jeweilige Organisationsstruktur: .com steht z.B. für Firmen, oder .org für nicht kommerzielle Organisationen. Jedem Rechnernamen kann normalerweise eindeutig eine IP-Adresse zugeordnet werden, während die umgekehrte Zuordnung nicht eindeutig ist. Wird eine Zieladresse durch einen Namen und nicht durch eine IP-Adresse angegeben, muß der sendende Computer zunächst die zugeordnete IP-Adresse herausfinden. Das kann entweder durch die Suche in einer auf dem Computer gespeicherten Zuordnungsliste erfolgen oder durch eine Anfrage im Netzwerk selbst. Dazu bedient man sich des Domain Name Systems (DNS). Dieser Dienst liegt zwar in der Anwendungsschicht, soll aber wegen der Verbindung zu den IP-Adressen schon an dieser Stelle behandelt werden. Domain Name System (DNS) Der Namensraum (Domain Name Space) hat eine baumartige Struktur: von der Wurzel (root) gehen als Äste die Top Level Domains aus. Darunter liegen dann als kleinere Äste die weiteren Subdomains, die sich im Prinzip beliebig weiter verzweigen können. Durch diesen Aufbau ist eine dezentrale Verwaltung der Domainnamen möglich. Über das ganze Netz verstreut gibt es dazu spezielle Rechner, die Name-Server, die jeweils einen Teil des Namensraumes verwalten. Ein Name-Server ist zunächst für eine gesamte Domain (also einen Knoten mit allen darunterliegenden Ästen) zuständig. Er kann aber die Verwaltung von Teilästen wieder an andere, in der Struktur tiefer liegende, Name-Server delegieren. Der eigentlich verwaltete Teil ist dann kleiner als eine Domain und wird Zone genannt. An der Wurzel des Namensraums gibt es die Root-Name-Server, die wissen, welche Name-Server für welche Top Level Domains zuständig sind. Name-Server speichern die Zuordungstabellen von allen Rechnern in ihrer Zone in einer Datenbank. Außerdem kennen sie ihre nächsthöheren und nächsttieferen Nachbarn und zumindest einen Root-Name-Server, um Anfragen gegebenenfalls weiterleiten zu können. Wenn ein Rechner eine IP-Adresse für einen Namen benötigt, schickt er eine Anfrage an den Name-Server, der ihm zugewiesen wurde. Wenn der Name zu einem Rechner gehört, der in der selben Zone liegt, kann der Name-Server die Anfrage sofort aus seiner eigenen Datenbank beantworten. Anderenfalls schickt er eine Anfrage an einen Root-Name-Server, der ihm mitteilen kann, welcher Name-Server für die gesuchte Top-Level-Domain zuständig ist. Nun kann der erste Name-Server bei diesem anfragen. Wahrscheinlich wird aber auch dieser Name-Server wieder nur auf einen anderen Name-Server verweisen, der nun wiederum befragt werden kann. Irgendwann wird auf diesem Weg aber ein Name-Server erreicht, in dessen Zone der gesuchte Name liegt, und dieser kann dann die gesuchte IPAdresse zurückmelden. 16 Routing Rechner in einem Subnetz können auf direktem Weg nur Rechner im gleichen Subnetz ansprechen. Zur Weiterleitung in andere Netze werden Router benötigt. Im Gegensatz zu Repeatern, Bridges und Switches arbeiten Router auf der IP-Ebene und interpretieren den Inhalt des IP-Headers, um einen Weg für die Daten ermitteln zu können. Damit ein Rechner über sein eigenes Subnetz hinaus Daten verschicken kann, muß in seiner Konfiguration angegeben sein, wohin er Pakete schicken soll, die für außerhalb bestimmt sind. Es kann für verschiedene Netze verschiedene Eintragungen geben, aber meistens haben normale Rechner nur einen Eintrag. Hier ist meistens die Adresse eines Routers eingetragen, an den dann alle Daten geschickt werden, die der Rechner nicht selbst verschicken kann. Wenn ein Router ein Paket empfängt, dann gibt es zwei Möglichkeiten: entweder die Zieladresse liegt in einem direkt angeschlossenen Subnetz, dann kann der Router das Paket direkt abliefern oder er muß es an einen anderen Router weiterleiten. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis das Zielnetz erreicht wird. Anhand von Routing-Tabellen ermitteln die Router den Weg für das Paket. Diese Tabellen werden meist dynamisch durch den Router selbst erstellt. Die Information dafür erhält er von anderen Routern, die regelmäßig Nachrichten über die an ihnen angeschlossenen Subnetze aussenden. Dieses Routing-Konzept sorgt für die Ausfallsicherheit des Internets. Wenn ein Verbindungsweg blockiert ist, weil ein Router ausgefallen ist, können die Daten zumeist immer noch über etliche andere Router trotzdem ans Ziel geleitet werden. Fragmentierung/Defragmentierung Je nach den maximal möglichen Paketgrößen auf den gewählten Datenwegen kann es auch notwendig werden, daß auf dieser Ebene die Datenpakete noch weiter aufgeteilt (fragmentiert) werden, damit sie über die angeschlossenen Netze verschickt werden können. 1.4.4 Transportschicht Während die Internetschicht dafür sorgt, daß Datenpakete ihren Weg zu einem beliebigen Ziel im Netzwerk finden, ist die Transportschicht dafür verantwortlich, daß diese Pakete auf den beiden Endrechnern an die richtige Stelle (d.h. das richtige Programm) transportiert werden. In der Transportschicht kommen zwei Protokolle zum Einsatz: - Transmission Control Protocol (TCP) [RFC 793]: verbindungsorientiertes End-zuEnd-Protokoll zur fehlergesicherten Übertragung von Daten. User Datagram Protocol (UDP) [RFC 768]: UDP stellt eine schnelle, verbindungslose Transportverbindung zwischen den Endsystemen zur Verfügung. Transmission Control Protocol Die Transportkontrolle über das TCP ermöglicht eine zuverlässige Übertragung der Daten mit Fehlererkennung und Fehlerbeseitigung. Das TCP hat folgende Eigenschaften: 17 - Flusskontrolle und Zeitüberwachung einer Verbindung Überwachung der richtigen Reihenfolge der Pakete Überwachung der Zuverlässigkeit und Sicherheit einer Verbindung Steuerung der Prioritäten der Vorrangdaten Das TCP-Protokoll ist ein verbindungsorientiertes, zustandsbehaftetes Datenübertragungsprotokoll, d.h. zwei Netwerkanwendungen bauen eine Verbindung auf und übertragen darüber ihre Daten. Erst wenn die beiden Programme keinen Kontakt mehr wünschen, wird die Verbindung wieder aufgegeben. IP-Pakete werden wieder in der richtigen Reihenfolge zusammengesetzt. Verlorene oder unvollständige Pakete werden noch einmal übertragen. User Datagram Protocol (UDP) Das User Datagramm Protocol stellt die Dienste der Internetschicht (IP) nahezu transparent der Anwendungsschicht zur Verfügung. Über UDP können daher schnelle Datenübertragungen aufgebaut werden. Es gibt keinen Verbindungsaufbau und es werden keine unnötigen Kontrolldaten gesendet. Dafür kann aber weder die richtige Reihenfolge der Pakete noch eine verlustfreie Übertragung garantiert werden. Portnummern Auf der Transportebene erfolgt die Kommunikation über sogenannte Portnummern. Diese ermöglichen das Ansprechen unterschiedlicher Dienste (d.h. Programme) auf dem Zielrechner. Portnummern sind 16-bit-Zahlen und werden im Header der verwendeten Protokolle TCP und UDP übertragen. Jedem Programm, das Daten vom Netz empfangen soll, muß mindestens eine Portnummer zugewiesen werden. Für die bekannteren Dienste sind Portnummern festgelegt und den Ports sind Namen zugeordnet. Eine Aufstellung aller offiziell vergebenen Portnummern findet sich im [RFC 1700]. 1.4.5 Anwendungsschicht Die Protokolle der Anwendungsebene definieren das Zusammenwirken von Netzwerkanwendungen. Meistens haben diese Anwendungen dieselben Namen wie ihre Protokolle. Die Anwendungsschicht bestimmt mit ihren Anwendungen die Schnittstelle zum Benutzer. Die gebräuchlichsten Anwendungsprotokolle sind - Domain Name Systems (DNS) Telnet (Terminalemulation) File Transfer Protocol (FTP) Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) Post Office Protocol Version 3 (POP3) Network News Transfer Protokoll (NNTP) Gopher HyperText Transfer Protocol (HTTP) Alle diese Protokolle verwenden Klartext, d.h. die Befehle können direkt von Menschen gelesen werden. 18 Netzwerkanwendungen haben normalerweise zwei Seiten, die sich unterschiedlich verhalten: - Client - Server Client und Server Das Serverprogramm (Dämon) läuft ständig und wartet auf eine ankommende Verbindung. Es stellt Dienste zur Verfügung, die von einem Clientprogramm in Anspruch genommen werden können. Das Clientprogramm baut eine Verbindung zum Serverprogramm auf und fordert dessen Dienste an. Da auch mehrere Clients gleichzeitig auf einen Server zugreifen können, muß das Serverprogramm mit mehreren gleichzeitigen Anfragen zurechtkommen. Durch die Kombination von IP-Adresse und Portnummer des Clients können die Clientanfragen eindeutig unterschieden werden. Serverprogramme laufen meistens auf speziellen Rechnern, die dann als Server bezeichnet werden. Telnet (Terminalemulation) Das Programm Telnet ermöglicht den Aufbau einer interaktiven, textbasierenden Terminalverbindung zu einem (Groß)Rechner. Damit kann auf diesem Rechner so gearbeitet werden, als wäre das eigene Terminal direkt daran angeschlossen. Über das Telnetprotokoll [RFC 854] verhandeln die beiden Kommunikationspartner zunächst über die Eigenschaften der Verbindung, d.h. darüber welche Fähigkeiten bei dieser Sitzung verwendet werden dürfen. Anschließend werden die Eingaben am Client an den Server weitergeleitet und die Ausgaben des Servers am Bildschirm des Clients ausgegeben. Der Telnet-Server erwartet eine Verbindung auf der Portnummer 23. Beim Aufruf von Telnet kann außer der Internetadresse (oder dem Namen) des Zielrechners als zweiter Parameter auch eine Portnummer angegeben werden. Das kann nützlich sein, da man dadurch auch eine Verbindung zu anderen Anwendungsprotokollen aufbauen kann und genau sieht, was dabei passiert. File Transfer Protocol (FTP) Über das File Transfer Protocol [RFC 959] können im Internet Dateien von einem Rechner zu einem anderen übertragen werden. Das Clientprogramm öffnet eine Verbindung zum Port 21 des Zielrechners. Nach einer erfolgreichen Anmeldung durch den Benutzer steuert der Client den FTP-Server über Kommandos. Der Server antwortet auf jedes Kommando mit einem Ergebniscode (und Klartext für den menschlichen Benutzer). Mit den Kommandos können die Inhaltsverzeichnisse der Dateien angezeigt oder gewechselt werden und es können Dateien angefordert oder gesendet werden. Bevor das World Wide Web den Siegeszug im Internet antrat, war FTP sicher einer der beliebtesten Dienste, da viele der am Internet angeschlossenen Organisationen und Einrichtungen Anonymous FTP Server betrieben, auf denen eine Vielzahl von Programmen und Daten der Allgemeinheit zur Verfügung gestellt wurden. Solche Server haben einen Benutzer mit der Kennung ''anonymous''. Für diesen Benutzer ist Kein Passwort gesetzt, so daß sich jeder Internetnutzer über diese Kennung am FTP-Server anmelden kann. 19 Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) Eine der gebräuchlichsten und nützlichsten Anwendungen im heutigen Internet ist die Möglichkeit zum Versenden von elektronischer Post (E-Mail). Diese wird meistens über das Simple Mail Transport Protocol [RFC 821] transportiert. Auch beim SMTP steuert der Client nach der Verbindungsaufnahme den Server über spezielle Kommandos und bekommt Rückmeldungen mit Ergebniscodes und Klartext für den Benutzer. SMTP ist ein einfaches Protokoll und erlaubt nur den Transport von ASCII-Zeichen. Binäre Daten (wie z.B. ein Word Dokument) können daher nicht unmittelbar in einer Mailnachricht versandt werden. Durch geeignete Codierungsverfahren, die den Wert eines Bytes in eine Sequenz von ASCII-Zeichen verwandeln, ist es aber auch möglich, binäre Daten als Anlage (Attachment) mit einer Mailnachricht mitzuschicken. Voraussetzung für die weltweite Kommunikation über E-Mail sind eindeutige Mailadressen. Durch das DNS sind Rechnernamen im Internet bereits eindeutig. Da Benutzerkonten auf einem Rechner ebenfalls eindeutig sind, erzeugt die Kombination aus Benutzername und Rechnername (Domainname) eine eindeutige Mailadresse. Solche Mailadressen werden in der Form Benutzername@Domainname angegeben. Post Office Protocol Version 3 (POP3) Zum Empfangen von Mail über SMTP ist ein ständig aktiver Mail-Server und eine stehende Verbindung zum Internet erforderlich. Die meisten Benutzer arbeiten heute auf Rechnern, die diese Voraussetzungen aus praktischen oder finanziellen Gründen nicht mehr erfüllen. Um auch auf solchen Rechnern, die nur sporadisch mit dem Internet verbunden sind, Mail empfangen zu können, wurde das Post Office Protocol [RFC 1725] entwickelt. Es ermöglicht selbst einem sehr einfachen Computer, Mailnachrichten von einem Mail-Server abzuholen. Wie beim SMTP steuert auch das POP3 den Mail-Server über einfache Kommandos. Das POP3 ist ein sehr einfaches Protokoll und erlaubt eigentlich nur das Empfangen von Mail, wobei einige wenige Optionen zur Verfügung stehen. NNTP – Usenetnews Die Usenetnews (Netnews oder kurz News) sind eine Sammlung von Diskussionsforen, die hierarchisch nach den Diskussionsthemen geordnet und in einzelne Gruppen eingeteilt sind. Die News selben liegen auf einem Newsserver, von dem sich andere Rechner die aktuellen Artikel über das NNTP [RFC 977] abholen können. Wird ein neuer Artikel hinzugefügt, so wird er zunächst auf dem eigenen Newsserver angelegt und dann an weitere Newsserver weitergegeben, so daß dieser Artikel im Schneeballsystem verteilt und damit weltweit zugänglich wird. Gopher Über FTP konnten schon vor vielen Jahren gewaltige Datenmengen abgefragt werden. Das Hauptproblem dabei war und ist, die gesuchte Information möglichst schnell zu finden. Gopher sollte dazu dienen, die zahlreichen im Internet vorhandenen Informationen und Dokumente in einer hierarchischen Form anzubieten, so daß die Benutzer leichter die benötigte Information finden konnten. Gopher-Server enthielten die angebotenen Dokumente und Querverweise auf andere Dokumente, die auch auf anderen Gopher-Servern liegen konnten. 20 Mit dem Gopher-Protokoll [RFC 1436] baut der Client eine einfache Verbindung zum Gopher-Server auf. Wenn die Verbindung zustande gekommen ist, fordert der Client das gewünschte Inhaltsverzeichnis oder das gewünschte Dokument an. Der Server schickt nun die Daten an den Client, und abschließend wird die Verbindung wieder abgebaut. HyperText Transfer Protocol (HTTP) Das http ist ein relativ junges Protokoll (1996, [RFC 1945]), das aber innerhalb kürzester Zeit das Internet total veränderte. Es ist eine Weiterentwicklung des Gopher-Protokolls und bildet die Basis für das World Wide Web und damit die Grundlage für den Informationsaustausch im Internet. Beim http baut der Client eine Verbindung zu einem http-Server auf und fordert die gewünschte Information an. Wenn der Server die verlangte Information findet, gibt er sie an den Client zurück, anderenfalls bekommt der Client eine Fehlermeldung. In beiden Fällen wird nach diesem Vorgang die Verbindung aber wieder abgebaut. Für jedes weitere Dokument muß der Client wieder eine neue Verbindung aufbauen. Über http kann der Client nicht nur Informationen anfordern, sondern kann auch vom Benutzer eingegebene Daten an den Server schicken, die dort verarbeitet werden und entsprechende Aktionen und Ausgaben bewirken. Im Namen des Protokolls steckt schon, daß es zur Übertragung von Hypertext dient. Als Hypertext wird zunächst nichtlinearer Text verstanden, d.h. im Gegensatz zu dem Text in einem Buch, für den eine gewisse Lesereihenfolge vorgegeben ist, werden im Hypertext Verweise (Links) eingebaut, so daß der Benutzer die Lesereihenfolge selbst bestimmen kann. Zur Erstellung von Hypertext wird ein eigenes Protokoll benötigt, damit der Hypertext auch allgemein verstanden werden kann. In solchen Fällen ist das Protokoll eine Dokumentensprache, und der Standard dazu ist die Hyper Text Markup Language (HTML). HTTPS und SSL (Secure Sockets Layer) Da alle Daten im Klartext über das http-Protokoll geschickt werden und damit von Unbefugten eingesehen werden könnten, gibt es noch das https (das s steht für secure). Das https überträgt die Daten verschlüsselt, so daß auch sensible Informationen wie z.B. Kreditkartennummern sicher übertragen werden können. Dazu bedient es sich des SSL Protokolls, das ursprünglich von der Firma Netscape entwickelt wurde, inzwischen aber unter dem Namen TLS (Transport Layer Security) standardisiert wurde. 1.5 Das World Wide Web (WWW) Ursprünglich wurde das Konzept dieses Hypertext-Informationssystems von Forschern des CERN entwickelt. Vor der Einführung dieses Systems konnte das Internet schon als Informationsmedium verwendet werden, die Benutzung war allerdings relativ wenigen „Experten“ vorbehalten, die mit den zumeist kommandozeilenorientierten Schnittstellen umgehen konnten. Für den Großteil der Bevölkerung war diese Technologie-Barriere unüberwindbar. In der Grundidee des WWW gibt es im Netz Server, die den Zugriff auf HypertextDokumente anbieten. Solche Server werden meistens Web-Server genannt, obwohl es eigentlich http-Server sind. Spezielle WWW-Clients, die sogenannten Browser (auch Web- 21 Browser), greifen auf diese Dokumente zu und stellen sie dem Benutzer dar. Verbunden mit den heutigen graphischen Benutzeroberflächen der Betriebssysteme ist es leicht, dieses System ohne besondere Computerkenntnisse zu benutzen. Solche Hypertext-Dokumente können nicht nur Querverweise auf andere Dokumente enthalten, sondern es können auch Bilder, Filme oder Audiodaten in das Dokument eingebunden sein. Man erhält also Zugriff auf multimediale Informationen, die auf Multimedia-PC’s dargestellt werden können. Ein Hypertext-Dokument im Web wird auch Seite (Page) oder Webpage genannt, da man einfach in diesen Seiten blättern kann. Zusammengehörende Webpages sind normalerweise hierarchisch organisiert. Die oberste Seite oder Startseite in dieser Struktur ist die Homepage. Dies ist sozusagen die Begrüßungsseite der Privatperson, der Organisation oder der Firma, von der dieses Webangebot betrieben wird. Von hier aus gelangt der Benutzer zu den anderen Seiten des Angebotes oder durch Links zu anderen Ressourcen im Web. Durch die Vernetzung der Angebote kommt man sehr oft aber auch durch eine „Hintertüre“ herein. Im Web werden Informationen für Menschen (nicht für Computer!) bereitgestellt, wobei die Inhalte mit HTML beschrieben werden. 1.5.1 HTML (Hyper Text Markup Language) Hypertexte im Web werden mit der Seitenbeschreibungsprache HTML [RFC 1866] erstellt. Eine HTML-Datei ist zunächst eine einfache Textdatei, in der nur reine ASCII-Zeichen verwendet werden dürfen. Das bedingt auch, daß die deutschen Umlaute (die keine ASCIIZeichen) sind, codiert dargestellt werden müssen. So muß Umlaut a (ä) in der Codierung &auml; geschrieben werden. Dafür können HTML-Dateien aber problemlos im Internet übertragen werden. Ein einfaches HTML-Dokument hat z.B. folgendes Aussehen: <html> <head> <title>Einfaches HTML-Dokument</title> </head> <body> <h2> Hallo &Ouml;sterreich </h2> <a href=“http://www.univie.ac.at“>Besuchen Sie die Wiener Universit&auml;t</a> </body> </html> Direkt in den Text sind Anweisungen (genannt Tags) eingebunden, die dem Browser mitteilen, was er tun muß. Diese Tags befinden sich zwischen den Zeichen < und >. Meistens gibt es ein Anfangstag und ein dazugehörendes Endtag mit dem gleichen Namen und einem vorangestellten /-Zeichen. Erst durch die Interpretation von HTML durch einen Browser wird der Inhalt in einer für Menschen leicht verständlichen Form dargestellt. Ein Benutzer, der das obige HTMLDokument abrufen würde, würde etwa folgendes sehen: 22 Hallo Österreich Besuchen Sie die Wiener Universität Verknüpfungen zu anderen Dokumenten (oder beliebigen Ressourcen) werden mit dem Tag <a> angegeben. In der Eigenschaft href des Tags wird die URL des verknüpften Dokumentes angegeben. Eine solche Verknüpfung wird vom Browser als Link besonders hervorgehoben dargestellt (normalerweise mit einem Unterstrich). Wenn der Benutzer den Link aktiviert, wird das entsprechende Dokument angefordert und dargestellt. Jeder Browser kann HTML-Dokumente darstellen, und die meisten Browser haben auch eingebaute Funktionen für die Darstellung von eingebundenen oder verknüpften Bildern. Es gibt jedoch Hunderte verschiedene Datenformate (z.B. für Multimedia), die nicht direkt vom Browser dargestellt werden können. Der Browser holt aber auch solche Daten und stellt sie dann entweder mit der Unterstützung einer externen Anwendung oder mit Hilfe von Browsererweiterungen (plug-ins) dar. Ursprünglich sollte HTML nur die Struktur und gewisse Richtlinien für die Darstellung des Textes vorgeben, das tatsächliche Erscheinungsbild sollte allein durch den Browser bestimmt werden. Inzwischen wurde die Sprache HTML so erweitert, daß der Entwickler auch ziemlich genau das Erscheinungsbild beeinflussen kann. Dazu dienen vor allem die sogenannten Style Sheets. Trotzdem kann sich die genaue Darstellung noch zwischen den einzelnen Browsern unterscheiden. 1.5.2 Vorgang im Web Da der Abfrage eines HTML-Dokumentes eine zentrale Bedeutung zukommt, wollen wir den genauen Vorgang hier im Detail schildern: - - - - Der Benutzer möchte das HTML-Dokument rfc.html mit der URL http://www.unipaderborn.de/doc/rfc.html anfordern. Dazu gibt er im Browser die URL ein. Der Browser muß nun über das http-Protokoll eine Anfrage an den Webserver abschicken. Zuvor benötigt er aber die IP-Adresse des Webservers, die er nicht weiß. Daher benutzt er als erstes das DNS, um die IP-Adresse festzustellen. Das DNS schickt nun eine Anfrage über das DNS-Protokoll (meistens aufbauend auf UDP/IP) an den zuständigen Name-Server und erhält als Antwort die IP-Adresse des Servers. Nun kann der Browser die http-Nachricht (aufbauend auf TCP/IP) an den Webserver schicken. Da er weiß, daß das http-Serverprogramm auf der Portnummer 80 auf Anfragen wartet, benutzt er diese Portnummer, um eine Verbindung aufzubauen. Anhand der angefragten URL sucht der Server das gewünschte (statische) Dokument und schickt es über http an den anfragenden Browser zurück. Es kann natürlich sein, daß es das gewünschte Dokument nicht gibt, der Benutzer keine Berechtigung für den Zugriff darauf hat oder ein anderer Fehler auftritt. In diesem Fall würde der Server eine Fehlermeldung im HTML-Format zurückgeben. Sobald der Browser das Dokument vollständig erhalten hat, wird die Verbindung zum Server wieder geschlossen. Der Browser interpretiert nun den Inhalt des HTML-Dokumentes und stellt die enthaltene Information entsprechend den eingebetteten Tags für den Benutzer dar. Wenn der Benutzer einen Link in dem Dokument aktiviert, wiederholt sich der ganze Vorgang mit der neuen URL (eventuell mit Ausnahme der DNS-Anfrage, wenn das Dokument unter dem gleichen Rechnernamen zu finden ist). 23 Wir wollen hier noch einmal hervorheben, daß eine Verbindung zwischen Webclient und Webserver immer nur für Anfrage und Transport eines Dokumentes aufgebaut wird. Für den Webserver gibt es keine zusammengehörenden Anfragen. Die Zusammengehörigkeit der Anfragen für den Benutzer beruht nicht auf der technischen sondern ausschließlich auf der inhaltlichen Ebene. Erst durch diesen Ansatz wird es möglich, vernetzte Information unabhängig vom physikalischen Ort der Speicherung zu erhalten. 1.5.3 Interaktion über HTML Inzwischen haben wir gesehen, daß wir mit Hilfe von HTML, Web-Servern und Browsern unsere Lerninhalte über das Netz mit hervorragenden multimedialen Möglichkeiten darstellen können und der Benutzer durch die Verknüpfungen der Inhalte weitgehend selbst bestimmen kann, in welcher Reihenfolge er vorgehen will. Für ein Ausbildungssystem reicht das alleine aber noch nicht aus, denn dafür wird die Möglichkeit zur Interaktion des Benutzers mit dem System benötigt. Diese Interaktion besteht einerseits darin, daß der Benutzer Daten eingeben kann und andererseits, daß der Web-Server dynamisch auf diese Daten reagiert. Für Eingaben des Benutzers verwendet HTML Formulare (forms), die die heute üblichen Benutzerelemente wie Schaltflächen, Kombinationsfelder usw. zur Verfügung stellen. Wie bei einem klassischen Papierformular tätigt der Benutzer seine Eingaben. Wenn er fertig ist, veranlaßt er den Browser mit einer speziellen Schaltfläche (dem Submit button) zum Absenden der eingegebenen Daten an den Server. In der Beschreibung des Formulars steht dabei, an welche URL diese Daten geschickt werden sollen. Diese URL bezeichnet dabei natürlich kein HTML-Dokument, denn ein solches könnte mit den Daten nichts anfangen. Würde tatsächlich ein HTML-Dokument als Empfänger der Daten angegeben werden, würde unabhängig von den geschickten Daten immer genau dieses statische Dokument als Antwort des Web-Servers zurückgeschickt werden. Tatsächlich werden die Daten an ein Programm geschickt, das auf dem Server läuft und das anhand dieser Daten dynamisch ein HTML-Dokument erstellt, das dann an den Benutzer zurückgegeben wird. Bevor wir auf die serverseitige Programmierung weiter eingehen, wollen wir noch andere Methoden aufzeigen mit denen HTML-Dokumente um dynamische Elemente erweitert werden können. 1.5.4 Server Side Includes (SSI) Sehr oft soll ein im wesentlichen statisches HTML-Dokument einige dynamische Daten beinhalten, wie z.B. die Zeit, wann das jeweilige Dokument zuletzt bearbeitet bzw. gespeichert wurde. Mit serverseitiger Programmierung könnte dieses Problem leicht gelöst werden, jedoch ist der Aufwand dafür sehr hoch. Die meisten Web-Server unterstützen aber die Server Side Includes. Dabei handelt es sich um spezielle Anweisungen, die in das HTML-Dokument eingebettet sind, und die vom WebServer interpretiert werden. Dazu holt der Web-Server zunächst das angeforderte Dokument, sucht darin nach SSI Befehlen, die er ausführt, und das entsprechend den Kommandos modifizierte Dokument wird anschließend an den Benutzer zurückgegeben. Aus Performancegründen interpretieren Web-Server nicht unbedingt jedes Dokument, sondern nur Dokumente mit bestimmten Dateiendungen (meistens .shtml). 24 1.5.5 JavaScript JavaScript ist eine interpretierte Scriptsprache, die von der Firma Netscape entwickelt wurde. Außer dem Namen hat JavaScript nichts mit der Programmiersprache Java der Firma Sun zu tun. Interpretiert bedeutet, daß die Befehle der Sprache erst zur Ausführungszeit in Maschinencode, der von einem Computer ausgeführt werden kann, umgewandelt werden. JavaScript-Programme können direkt im HTML-Dokument stehen und werden vom Browser auf der Clientseite ausgeführt. Der Übersichtlichkeit halber können größere JavaScriptProgramme auch in separaten Dateien gespeichert und mit speziellen Tags in HTMLDokumente eingebunden werden. Der Vorteil dieser clientseitigen Programmierung liegt darin, daß Benutzereingaben schon am Clientrechner verifiziert werden können. Dadurch werden das Netz und die Web-Server entlastet, weil schon der Client falsche Angaben abfangen kann und der Benutzer bekommt schneller Feedback über seine Eingaben. Mit JavaScript kann vor allem auch die Benutzerschnittstelle informativer gestaltet werden. So ist es z.B. möglich, eine genauere Beschreibung eines Links im Browserfenster anzuzeigen, wenn ein Benutzer mit der Maus darüber fährt. 1.5.6 Applets In einer HTML-Seite kann das Tag <applet> angegeben sein, das einen Verweis auf ein externes Programm (Applet) enthält. Der Browser holt das Applet vom Server und führt es anschließend aus. Applets laufen am Clientrechner und können alle möglichen Aufgaben erfüllen. Der Quellcode von Applets wird zur Ausführungszeit nicht benötigt und bleibt dadurch geschützt. Die Programmiersprache Java wird heute bevorzugt für die Programmierung von Applets eingesetzt. Vom Konzept her sind Java-Applets systemunabhängig, d.h. sie sollten auf jedem beliebigen Browser, der Java unterstützt, ohne Änderung ausführbar sein. 1.5.7 Serverseitige Programmierung Erst die Benutzung von Programmen auf der Serverseite, die HTML-Ausgaben dynamisch aufgrund der Benutzereingaben erstellen, eröffnet die volle Breite der Möglichkeiten. Das Grundprinzip ist wieder einfach: Der Browser schickt die Benutzereingaben zusammen mit der URL, an die die Daten übergeben werden sollen, über das http-Protokoll zum WebServer. Dieser erkennt anhand der URL, welches Programm benötigt wird, startet es und übergibt ihm die Benutzereingaben. Das Programm erstellt daraus eine Ausgabe im HTMLFormat, die der Server an den Browser zurückgibt, der die Information schlußendlich für den Benutzer darstellt. Ohne Vorwissen über die Herkunft des erhaltenen HTML-Dokuments kann nicht unterschieden werden, ob das Dokument statisch vorlag oder erst dynamisch erzeugt wurde. Für das Zusammenwirken zwischen einem Web-Server und einem Serverprogramm gibt es spezielle Schnittstellen, die beschreiben, wie der Web-Server das Serverprogramm aufruft, wie die Daten an das Serverprogramm übergeben und dessen Ausgabe übernommen werden kann. 25 - Common Gateway Interface (CGI) Active Server Pages (ASP) PHP Java Servlets Common Gateway Interface (CGI) Alle anderen Schnittstellen beruhen im wesentlichen auf dem Common Gateway Interface, versuchen, aber dessen Schwächen zu vermeiden. CGI-Programme werden als eigenständige Programme vom Web-Server gestartet, und das ist gleichzeitig der größte Nachteil von CGI, denn das Starten erfordert viel Zeit und belastet diesen Servercomputer sehr stark. Programme für das CGI können in nahezu allen Programmiersprachen, z.B. in der Sprache C, geschrieben werden. Sehr häufig sind in der CGI-Programmierung aber Scripts in der Programmiersprache Perl zu finden. Diese Sprache hat für die Serverprogrammierung vor allem die Vorteile, daß sie durch ihre Bibliotheken eine sehr gute Unterstützung für CGI mitbringt, und daß sie auf nahezu jedem System läuft. FastCGI Auf dem Server laufen ständig ein oder mehrere Perl-Interpreter, die auf Anfragen vom Webserver warten. Dadurch entfällt der Overhead beim Starten eines Programmes, die Programmierung ist aber auf Perl beschränkt. mod_perl Bei diesem Ansatz ist der Perl-Interpreter direkt in den Web-Server eingebettet, wodurch die Performance verbessert wird. Die Programmierung ist wieder auf Perl beschränkt. Active Server Pages (ASP) Active Server Pages ist ein Modell von Microsoft, bei dem sich der Programmcode direkt auf einer HTML-Seite befindet. Im Gegensatz zu HTML-Seiten mit JavaScript werden ASPSeiten aber vom Web-Server und nicht vom Browser interpretiert. Die Funktionalität von ASP ist direkt in den Web-Server eingebettet, so daß kein externes Programm gestartet werden muß. Inzwischen gibt es ASP auch auf Web Server, die nicht von Microsoft stammen. Als Programmiersprache wird vor allem Visual Basic benutzt. PHP PHP ist eine Programmiersprache, deren Interpreter direkt in den Web-Server eingebaut ist. Sie unterstützt Programmcode, der direkt in eine HTML-Seite eingebettet ist. Java Servlets Servlets sind Java-Programme, die vom Web-Server dynamisch geladen werden, wenn sie benötigt werden. Servlets erzeugen so wie CGI-Skripte HTML-Dokumente. JavaServer Pages (JSP) ist eine andere Technologie, bei der Javacode direkt in die Webseiten eingebettet wird, ähnlich wie ASP. 26 1.5.8 XML (eXtensible Markup Language) Das Web hat die Informationsbeschaffung revolutioniert. Betrachten wir als Beispiel dafür ein Reisebüro. Bis vor kurzem konnte jedes Reisebüro aus Mangel an Information nur eine relativ geringe Zahl von Urlaubsmöglichkeiten anbieten und damit speziellere Kundenwünsche nicht immer befriedigen. Die Ursache für den Informationsmangel lag einfach darin, daß es aufwendig war, an diese Informationen heranzukommen, und daß die dafür zur Verfügung stehenden Ressourcen beschränkt waren. Durch den Webzugriff kann das gleiche Reisebüro heute ein Vielfaches des früheren Angebots anbieten, weil die Information praktisch auf Knopfdruck zur Verfügung steht. Das Reisebüro kann aber immer noch nicht alle Urlaubsmöglichkeiten anbieten, da Menschen die Information aus dem Web anfordern und für den Kunden aufbereiten müssen. Besser wäre es, wenn ein Computer diese Information anfordern und aufbereiten würde, denn dann könnten mit einer entsprechend leistungsfähigen Maschine alle Möglichkeiten erfaßt und für den Kunden analysiert werden. Dabei gibt es aber ein Problem: Die gigantische Informationsfülle steht heute nahezu ausschließlich in Form von HTML-Dokumenten zur Verfügung, und HTML wurde für Menschen entwickelt. Diese Sprache beschreibt, wie Daten organisiert und dargestellt werden sollen, damit sie für Menschen übersichtlich und leicht lesbar sind. Der menschliche Benutzer kann aus der Darstellung der HTML-Seite die eigentlichen Nutzdaten extrahieren, weil sie für ihn beschrieben sind. Wenn etwa ein meteorologischer Dienst auf seiner Webpage Informationen zum aktuellen Wetter anbietet und daher auf der Seite „Temperatur: 12 C“ steht, kann der Benutzer diese Information verwerten. Wenn ein Computer diese Information extrahieren soll, wird er scheitern, weil für ihn die Daten nicht beschrieben sind. Wir benötigen also einen Weg, um die Daten selbst beschreiben zu können, und das Werkzeug dafür ist XML. XML lehnt sich an die Syntax von HTML an, ist aber wesentlich universeller als HTML. XML ist textorientiert und verwendet Tags. Trotz des Namens ist XML keine Markup Language, da es nicht selbst eine Sprache definiert, sondern die Syntax definiert, die eine solche Sprache erzeugen kann. HTML ist z.B. eine Sprache, die mit der Syntax von XML beschrieben werden kann. Mit XML könnten die Wetterdaten von oben z.B. so beschrieben werden: <Wetter> <Temperatur Einheit=“Celsius“>12</Temperatur> </Wetter> Solcherart beschriebene Daten können von Computern interpretiert und genau wie gewöhnliche HTML-Dokumente von Servern angefordert werden. 1.5.9 Kataloge und Suchmaschinen 27 Im Internet gibt es einen gigantischen Informationsschatz. Durch das enorme Angebot ist es schwierig geworden, spezielle Informationen zu einem bestimmten Thema zu finden. Als Hilfsmittel zur Suche stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung: - (Web-)Kataloge Suchmaschinen Meta-Suchmaschinen (Web-)Kataloge Kataloge sind eine Art Inhaltsverzeichnis oder Index für die Seiten des Internets. Sie werden redaktionell betreut und organisieren die Web-Seiten hierarchisch nach thematischen Bereichen. Zum Finden von bestimmten Informationen kann man entweder nach Schlagworten suchen, die wahrscheinlich im Text vorkommen oder man kann sich von übergeordneten Themenbereichen zu spezielleren Themen vorarbeiten. Yahoo ist ein bekannter und guter Webkatalog (http://www.altavista.com/). Suchmaschinen Im Gegensatz zu den Katalogen bauen Suchmaschinen automatisiert einen Index über alle untersuchten Seiten im Internet auf. Die Suche nach einer bestimmten Information erfolgt hier ausschließlich über eine Schlagwortsuche. AltaVista ist ein Beispiel für eine Suchmaschine (http://www.altavista.com/). Meta-Suchmaschinen Meta-Suchmaschinen erlauben die gleichzeitige Suche mit mehreren Suchmaschinen. Sie bauen selber keinen Index auf, sondern setzen Anfragen an mehrere Suchmaschinen ab. Nachdem die eingesetzten Suchmaschinen ihre Ergebnisse zurückgegeben haben, bereiten die Meta-Suchmaschinen die Resultate für den Benutzer auf und sortieren z.B. doppelte Treffer aus. Ein Beispiel für einen Metasucher ist MetaCrawler (http://www.metacrawler.com/). 1.6 Weitere Kommunikationsdienste im Internet Im folgenden wollen wir einige weitere Kommunikationsdienste betrachten, die gerade für den Ausbildungsbereich von großer Bedeutung sind. 1.6.1 Elektronisches Forum Ein elektronisches Forum ermöglicht den gezielten Austausch von Nachrichten zu einem bestimmten Thema. Wir wollen hier das elektronische Forum gegenüber dem praktisch identischen Internetdienst NNTP abgrenzen, indem wir darunter jedes Diskussionsforum verstehen, das nicht auf diesem Protokoll aufbaut. Das elektronische Forum ermöglicht die asynchrone Kommunikation zweier oder mehrerer Teilnehmer. Dadurch müssen nicht alle Diskussionsteilnehmer zur gleichen Zeit verfügbar sein. Foren sind normalerweise hierarchisch strukturiert. Ein Benutzer schreibt eine Nachricht, die im Forum veröffentlicht wird. Die Nachricht ist meist eine Stellungnahme oder eine Frage zu 28 einem bestimmten Thema. Andere Anwender können nun diese Nachricht lesen und dazu einen Kommentar abgeben, der optisch im Zusammenhang mit der ursprünglichen Nachricht dargestellt wird. Wieder andere Teilnehmer können sich dann auf die ursprüngliche Nachricht oder auch auf die neuen Nachrichten (die Antworten) beziehen. Ein Beitrag zu einem neuen Thema eröffnet einen neuen Diskussionsfaden. Foren eignen sich daher zum Beispiel im Zusammenhang mit einem Online-Kurs sehr gut zum Erfahrungsaustausch der Lernenden. Technisch können Foren über dynamische HTML-Seiten realisiert werden. Es genügt also wieder der normale Web-Browser zur Teilnahme an der Diskussion in einem Forum. 1.6.2 Chat Ähnlich wie im elektronischem Forum können die Teilnehmer am Chat (engl. chatten = plaudern) über das Internet miteinander kommunizieren. Sie geben dabei ihre Nachrichten über die Tastatur ein, und diese wird dann den anderen Teilnehmern sofort angezeigt. Ein Chat kann nur zwischen Teilnehmern stattfinden, die gerade eine aktive Verbindung zum Internet aufgebaut haben und gleichzeitig verfügbar sind (synchrone Kommunikation). Für einen Chat wird ein spezielles Programm benötigt, das auf den beteiligten Computern installiert werden muß. Im Internet gibt es speziell den Internet Relay Chat (IRC), der in hunderte von unterschiedlichen Diskussions-Kanälen unterteilt ist. Zur Kommunikation wählt man einen Kanal, worauf die Eingaben aller Teilnehmer im selben Kanal auf dem Bildschirm erscheinen. 1.6.3 Videokonferenz Bei einer Videokonferenz können zwei Teilnehmergruppen, die räumlich voneinander getrennt sind, in Echtzeit visuell und sprachlich miteinander kommunizieren. Dabei können aber auch Dokumente übertragen werden. Videokonferenz-Systeme benötigen als Endgeräte nichts anderes als einen MultimediaComputer mit einer angeschlossenen Videokamera, auf dem eine entsprechende Software läuft. Für die Übertragung von Videokonferenzen werden Hochgeschwindigkeitsverbindungen benötigt, so daß das Internet normalerweise nicht als Übertragungsmedium geeignet ist. 1.7 Mobile Kommunikation und Information Auf den ersten Blick diente das „klassische“ Telefon bis vor einigen Jahren nur der menschlichen Kommunikation. Tatsächlich konnten aber auch schon mit den analogen Telefonen Informationen (Stichwort Tonbanddienste) abgefragt werden. In unserer Informationsgesellschaft geht die Tendenz nun immer mehr in die Richtung, Informationen immer und überall abrufen zu können. Ermöglicht wurde dies durch die Entwicklung der mobilen Telefone. Mittlerweile ist es fast eine Selbstverständlichkeit, daß man seinen tragbaren Computer (Notebook) über ein Mobiltelefon mit dem internen Firmennetz oder dem Internet verbindet. 29 Doch das Mobiltelefon wird nicht nur als mobiles Modem eingesetzt, sondern es ist auch möglich, ausschließlich mit dem Mobiltelefon Informationen abzufragen. Ein Ziel der laufenden Entwicklungen ist es, dem Benutzer die Informationen und die Dienste des Internets per Mobiltelefon zur Verfügung zu stellen. 1.7.1 Übertragungs-Standards im Bereich Mobilfunk GMS (Global System for Mobile Communication) Der heutige Mobilfunkstandard GSM eignet sich vor allem für die Übertragung von Sprache, nicht so sehr für die Übertragung von Daten. Der Grund dafür ist hauptsächlich die langsame Datenübertragungsrate von nur 9,6 kbit/s. Einige Netzbetreiber bieten auch heute schon höhere Geschwindigkeiten für Datenübertragungen an. Mit speziellen Mobilfunkgeräten (Cardphones) für Notebooks können dabei Geschwindigkeiten bis zu 115 kbit/s erreicht werden. GPRS (General Packet Radio Service) GPRS ist ein neuer Standard in der drahtlosen Datenübertragung und baut auf dem heutigen Mobilfunkstandard GSM auf, wodurch die Netzbetreiber weite Teile der Ausstattung für GSM weiter verwenden können. GPRS wird als Übergangslösung bis zur Einführung von UTMS betrachtet und wird wahrscheinlich das Bild der nächsten Jahre prägen. Beim Telefonieren oder Übertragen von Daten über leitungsvermittelnde Netze wird jedem Benutzer alleine eine Leitung zugewiesen. Die ist selbst dann belegt, wenn die Leitung nicht benutzt wird, weil z.B. gerade eine Gesprächspause stattfindet. GPRS nutzt genau diese "Leerzeiten". Anstatt eine Leitung konstant zu okkupieren, werden die Daten in mehrere Pakete zerlegt. Sobald ein Zeitschlitz nicht genutzt ist, wird ein Paket losgeschickt. Aufgrund des nichtlinearen Transportweges müssen diesem Paket nun auch Herkunfts- und Zieladresse mitgegeben werden. Die Pakete können damit getrennt voneinander an den Empfänger übertragen und von diesem wieder zusammengesetzt werden. So lassen sich die zur Verfügung stehenden Bandbreiten besser ausnutzen, als dies mit dem bisher eingesetzten Circuit Switched Data-Verfahren möglich war. Die effektive Datenrate, die mit GPRS erreicht werden kann, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Es gibt vier Verschlüsselungsebenen, die pro Kanal Datenraten von 9,05 bis 21,4 kbit/s zulassen. Technisch können maximal acht Kanäle gebündelt werden, wodurch Geschwindigkeiten bis 171,2 kbit/s erreicht werden können. Für das Empfangen von Daten werden in der Praxis wahrscheinlich zwei bis vier Kanäle gebündelt werden. Da neben den Nutzdaten auch Signalinformationen übertragen werden müssen, kann sich so eine Geschwindigkeit von 40 kbit/s ergeben. Für das Senden wird wahrscheinlich nur ein Kanal mit ca. 13,4 kbit/s zur Verfügung stehen. GPRS verträgt sich sehr gut mit dem Internet, da ja auch das Internet Paket- statt Leitungsvermittlung verwendet, und außerdem benutzt GPRS, so wie das Internet, IP als Trägerprotokoll. Daher wird jeder Dienst, der im Internet verfügbar ist, auch über GPRS zugänglich sein Im Gegensatz zu GSM sind Anwender von GPRS ständig mit dem Netz verbunden. Dadurch ist es nicht notwendig, für jeden erneuten Zugriff eine Verbindung herzustellen. Alle Daten 30 sind sofort verfügbar. Dadurch werden auch Push-Dienste vereinfacht, bei denen ein Service-Provider den Handy-Nutzern jederzeit gezielt Informationen, wie z.B. die aktuellen Nachrichten, schicken kann. In der Anfangsphase wird GPRS sicher teurer sein als GSM, und das neue Verfahren erfordert auch neue Geräte. Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) UMTS wird einer der wichtigsten Übertragungsstandard für drahtlose Kommunikationssysteme der dritten Generation sein und wird ab 2002 in Europa stufenweise eingeführt werden. UMTS wird Mobilfunk und Internet weiter zusammenführen und mobile MultimediaAnwendungen ermöglichen. Mit dieser Technologie können Übertragungsraten von bis zu 2 Mbit/s erreicht werden. Aufgrund der technischen Auslegung von UMTS wird die Übertragungsgeschwindigkeit aber davon abhängen, ob sich der Benutzer fortbewegt oder wo er sich gerade aufhält. So können in ländlichen Gebieten bei Fortbewegungsgeschwindigkeiten bis zu 500 km/h etwa 144 kbit/s erreicht werden, während die maximale Übertragungsrate (2 Mbit/s) nur in Städten und langsamer Fortbewegung bei bis zu 10 km/h zu erreichen sein wird. UMTS beruht auf der sogenannten CDMA-Technologie (Code Division Multiple Access). Diese gilt als besonders abhörsicher, da Sender und Empfänger einen variablen Code vereinbaren, durch den Datenpakete innerhalb eines Frequenzspektrums zugeordnet werden können. Der Sender verschickt eine große Anzahl an Datenpaketen in sehr kurzen Abständen. Daraus filtert der Empfänger anhand eines Codes, der sich bei jeder Verbindung ändert, die für ihn bestimmten Daten heraus. Durch die hohe mögliche Bandbreite von UMTS können die „normalen“ Internetdienste auch mobil vernünftig eingesetzt werden. Der derzeitige WAP-Standard (siehe unten) kann wahrscheinlich als wenig erfolgreiches Vorspiel für mobile HTML-basierende Systeme angesehen werden. A1 führt auf seiner UMTS-Webpage als Beispiel für UMTS-Dienste der Zukunft u.a. den Dienst Unterricht (Virtuelle Schule, Online Labor, Online Bibliothek, Online Sprachlabor, Training) an. UMTS wird ab 2002 eingeführt werden. Jeder Inhaber einer UMTS-Konzession ist verpflichtet, bis Ende 2005 50% der österreichischen Bevölkerung mit UMTS zu versorgen. Insgesamt ist zu erwarten, daß die Geschwindigkeit des Ausbaus stark von der Kundenakzeptanz abhängen wird. Wann UMTS dann tatsächlich flächendeckend zur Verfügung stehen wird, ist ziemlich offen. Höchstwahrscheinlich wird es, wie schon bei GPRS, nicht mehr zeitabhängige, sondern datenmengenabhängige Tarife geben. Durch die hohen Investitionskosten der Mobilfunkbetreiber werden die Preise wahrscheinlich eher über den heutigen GPRS-Preisen liegen. Bei One kostet derzeit die GPRS-Nutzung pro Monat 99,- ATS, wobei in diesem Grundentgelt 10 MB für Webnutzung und 100 KB für WAP-Nutzung inkludiert sind. Darüber hinaus kostet 1 MB Webnutzung 14,- ATS und 1 KB WAP-Nutzung 0,35 ATS. Über die tatsächlichen Kosten bei UMTS ist noch nichts bekannt. 1.7.2 Bluetooth 31 Bluetooth (http://www.bluetooth.com) ist ein Konzept für kabellose Datenübertragung und beruht auf der Technik des Kurzstreckenfunkes. 1998 bildeten einige der wichtigsten Unternehmen im Bereich Mobilfunk und Computertechnologie (z.B. Nokia, Intel und IBM) eine Kooperation zur Entwicklung dieses Verfahrens. Heute sind es weltweit über 1400 Firmen, die Bluetooth unterstützen. Für kurze Entfernungen wird zur Zeit die Infrarottechnik zur Verbindung vieler Geräte (etwa Notebooks, Drucker und Mobiltelefone) eingesetzt. Mit Bluetooth können zunächst die gleichen Datenübertragungen wie mit Infrarotsystemen realisiert werden. Die bei Bluetooth eingesetzten Funkwellen breiten sich aber auch über Entfernungen bis zu zehn Metern aus, ohne daß ein Sichtkontakt zwischen Sender und Empfänger notwendig ist. Die Übertragungsrate liegt bei symmetrischer Übertragung bei 432,6 kbit/s für jede Richtung; im asymmetrischen Betrieb liegt sie bei 721 kbit/s respektive 57,6 kbit/s. Sprachsignale können mit 64 kbit/s übertragen werden. 1.7.3 Mobile Dienste Im Bereich der mobilen Kommunikation kommen derzeit die folgenden Dienste zum Einsatz: - Sprache Fax Daten SMS (Short Message Service) WAP (Wireless Application Protocol) VoiceXML 1.7.4 Sprache und Fax Die Übertragung von Sprache ist derzeit (natürlich) weiterhin der am meisten genutzte Dienst und bedarf so wie der Faxdienst keiner weiteren Erklärungen. 1.7.5 Daten Unter diesen Punkt fallen alle Datenübertragungen, bei denen das mobile Gerät nur zum Aufbau einer Verbindung für ein anderes Gerät, z.B. ein Notebook, verwendet wird. Die möglichen Protokolle und Dienste hängen daher vom Endgerät ab. 1.7.6 SMS (Short Message Service) Über diesen Dienst können kurze Textnachrichten mit einer Länge von bis zu 160 Zeichen verschickt werden. Es gibt Gateways, die SMS-Nachrichten in E-Mail-Nachrichten umwandeln können. Dadurch können mit einem normalen SMS-fähigen Handy E-Mails verschickt werden. Auch der umgekehrte Weg ist möglich, wodurch einfache E-Mails direkt auf dem Handy abgefragt und gelesen werden können. Über SMS können auch Informationen abgefragt werden. Der Serviceprovider (meist der Mobilfunkanbieter) betreibt dazu ein Gateway, das die SMS-Anfrage empfängt und die Anfrage an ein Computersystem weitergibt. Dieses generiert eine Antwort, die dann 32 wiederum über das Gateway über SMS an den Benutzer zurückgegeben wird. So ist es z.B. auch möglich, Stundenpläne über SMS abzufragen. (Ein Pilotprojekt wird in Finnland von der Firma Asio – siehe http://www.asio.fi – durchgeführt). 1.7.7 WAP (Wireless Application Protocol) Die Inhalte des World Wide Web sind derzeit für ein Handy nicht direkt zugänglich, da einerseits die Leitungsgeschwindigkeit noch unzureichend für die Übertragung von größeren Datenmengen ist und andererseits die oft sehr komplexen Webseiten mit den beschränkten Darstellungsmöglichkeiten eines Handys nicht angezeigt werden können. WAP wurde entwickelt, um auch mit einem Handy Zugriff auf das Internet zu erhalten. Die WAP-Spezifikationen enthalten dafür u.a. Definitionen für einen Micro Browser (ähnlich den HTML-Browsern), eine spezielle Seitenbeschreibungssprache für WAP, die Wireless Markup Language (WML) und für den Protokollaufbau (in der Internetschicht wird das IP-Protokoll eingesetzt). Der größte Nachteil von WAP ist wahrscheinlich, daß die Informationen speziell für diesen Dienst aufbereitet werden müssen, denn die Seiten müssen mit WML beschrieben sein. Die Wireless Markup Language hat zwar eine ähnliche Syntax wie HTML, ist aber nicht kompatibel zu dieser. Für die Entwicklung bedeutet das, daß die Information zum einen im HTML-Format für den normalen Internetzugriff und zum anderen im WML-Format für den mobilen Zugriff bereitgestellt werden muß – also den doppelten Aufwand. WAP-Informationen bestehen hauptsächlich aus Text und einfachen Bildern und sind durch Optionsmenüs miteinander verbunden (verlinkt). Ein WML-Dokument, das man auch als Deck bezeichnet, ist in einzelne Cards gegliedert, die untereinander verlinkt sind. Wenn ein WML-Dokument heruntergeladen wird, wird zunächst nur die erste Card angezeigt. Der Zugriff auf die weiteren Cards erfolgt dann über die Links. Dieses System hat den Vorteil, daß alle verbundenen Seiten auf einmal heruntergeladen werden und nicht bei jedem Link eine neue Verbindung aufgebaut werden muß (wie bei HTML). In WML-Dokumente können einfache Bilder eingebunden werden, und es gibt auch eine Skriptsprache (WML-Script, ähnlich wie JavaScript), die am Clientgerät ausgeführt wird. Die Abfrage eines WML-Dokuments durch ein WAP-fähiges Handy erfordert gegenüber der Abfrage eines HTML-Dokuments durch einen Web-Browser einen weiteren Zwischenschritt. Der Client (das Handy) befindet sich im Mobilfunknetz (wireless network) und der Server (ein http-Server) befindet sich im Internet. Da es sich um zwei inkompatible Netzwerke handelt, wird ein Gateway zwischen den Netzen benötigt. Über das WSL (Wireless Session Protocol, ähnlich dem HTTP) verlangt der Client ein WMLDokument, das anhand einer URL identifiziert wird. Das WAP Gateway übersetzt diese Anfrage in eine HTTP-Anfrage und leitet sie über das Internet an den entsprechenden Server weiter. Die URL muß dabei nicht unbedingt ein statisches WML-Dokument adressieren, es kann sich auch um ein dynamisch erzeugtes Dokument handeln. Der Server gibt auf jeden Fall über HTTP ein WML-Dokument an das WAP Gateway zurück. Dieses konvertiert nun das WML-Dokument in ein komprimiertes (binäres) Format und sendet es wieder mit dem WSL-Protokoll über das Mobilfunknetz zurück an das Handy. 33 1.7.8 i-mode Im Zusammenhang mit WAP kommen wir auch nicht umhin, i-mode anzuführen, auch wenn diese Technolgie bei uns (noch?) nicht zum Einsatz kommt. In Japan führte Anfang 1999 der größte japanische Mobilfunkanbieter NTT DoCoMo mit großem Erfolg die innovative i-mode-Technologie ein. Wie WAP ist i-mode ein Datenübertragungsstandard, der Inhalte aus dem Internet auf das Handy überträgt, hat aber gegenüber WAP einige entscheidende Vorteile: - Die Abrechnung erfolgt paketorientiert (also nach Datenvolumen und nicht nach Zeit), wodurch der Benutzer ständig online sein kann. Farbige und animierte Grafiken können dargestellt werden i-mode-Inhalte werden in cHTML (vereinfachtes HTML) programmiert, so daß Webseiten nicht extra für den Mobilfunk entwickelt werden müssen. 1.7.9 VoiceXML Voice eXtensible Markup Language Die Voice eXtensible Markup Language (http://www.voicexml.org) ist ein Programmierstandard, der zukünftig die Sprachübertragung im World Wide Web regeln soll. Im Mobilfunk ist VoiceXML eine ideale Ergänzung zum WAP: Sind bisher lediglich geschriebene Informationen aus dem Internet abrufbar und ist dafür folglich ein Mobiltelefon mit einem möglichst großen Display notwendig, kann mittels VoiceXML das Handy nun mit seiner Grundfunktion - Sprachübertragung - auf das Internet zugreifen. Die Möglichkeiten des VoiceXML können auch mit den bisherigen Handys genutzt werden. Die Implementierung der Sprachunterstützung ist lediglich von den Web-Portalen abhängig. Diese übersetzen Sprache in Kommandos zur Steuerung des Informationsabrufs bzw. die geschriebenen Informationen in gesprochene Informationen. Bereits heute werden Sprachportale betrieben, die dem Benutzer vielfältige Möglichkeiten bieten. So können z.B. Einkäufe getätigt oder Wettervorhersagen abgefragt werden. 1.8 Zusammenfassung In diesem Kapitel wurde eine große Zahl von aktuellen und teilweise zukünftigen Technologien vorgestellt, die in der einen oder anderen Form schon heute für Ausbildungszwecke eingesetzt werden oder das Potential für eine entsprechende Anwendung mit sich bringen. Wie in den weiteren Kapiteln noch zu sehen sein wird, finden praktisch alle beschriebenen Internet-Technologien Verwendung in den heute angebotenen Lösungen für Ausbildungszwecke. Die mobile Datenübertragung, die heute noch ein Schattendasein neben der mobilen Kommunikation führt, wird in den nächsten Jahren durch die Einführung der neuen Systeme GPRS und UMTS neue Möglichkeiten im Informationsbereich eröffnen und auch vor dem Ausbildungsbereich nicht halt machen. Für den Entwurf und die Realisierung von modernen informationsgestützten Ausbildungssystemen ist daher ein grundlegendes Wissen über die vorhandenen Basistechnologien und deren Möglichkeiten unumgänglich. 34 2. Möglichkeiten IT-unterstützten Lernens 2.1 Einleitung Der Begriff "Lernen fürs Leben" hat sich in der modernen Informationsgesellschaft zum Schlagwort "Lebenslanges Lernen" gewandelt. Bildung und Qualifikationen erlangen in einer Welt, die von Globalisierung und steigenden Mobilitäts- und Flexibilitätsanforderungen geprägt ist, entscheidende Bedeutung. Laufende Wissensauffrischung und Weiterbildung sind erforderlich, um mit den raschen Entwicklungen Schritt halten und neue Arbeitssituationen bewältigen zu können. Immer deutlicher wird der Wunsch nach "knowledge on demand", der schnelle Zugriff auf Wissen, wann es benötigt wird. Unternehmen sehen sich mit der Situation konfrontiert, ihren Mitarbeitern vermehrt Zugang zu Aus- und Weiterbildungsmaßnahmen ermöglichen zu müssen. Dabei erweisen sich traditionelle Formen von Schulungen immer häufiger als zu unflexibel, um mit der erforderlichen Schnelligkeit auf neue Entwicklungen reagieren zu können. Im Interesse der Konkurrenzfähigkeit müssen Lernvorgänge flexibilisiert werden. Lernen immer und überall, lautet die Devise. 2.2 Netzbasierte Lernformen Der erste Schritt hin zu neuen Formen des Lernens ist der Einsatz von Computer Based Training (CBT). In den vergangenen Jahren wurde ein breites Angebot an CD-ROMgestützten multimedial und interaktiv aufbereiteten Materialien für Lernvorgänge, die am Computer stattfinden, entwickelt. Einige Charakteristika des „Neuen Lernens“ sind in diesem Szenario bereits umgesetzt: - Lernende können prinzipiell überall, wo ein Computer zur Verfügung steht, und zu jedem Zeitpunkt lernen. Sie sind in der Lage, ihr eigenes Lerntempo zu realisieren und ihre Lerntiefe zu bestimmen und können Lerneinheiten den individuellen Bedürfnissen entsprechend zusammenstellen. Das reale Schulungsgeschehen sieht in den meisten Fällen jedoch einen traditionellen – wenngleich auch computerunterstützten – Lehrbetrieb im Seminarraum vor, um den Lernenden in erster Linie den Austausch mit dem/der Tutor/in und den KollegInnen zu ermöglichen. 2.2.1 Der Trend zum Lernen im Netzwerk Die zunehmende Vernetzung (Intranet, Internet, Extranet) eröffnet dem Bereich Lehren und Lernen völlig neue Möglichkeiten. Wissen wird über ein Netz aus Workstations/PCs, auf das 35 Lehrende (Bereitstellen von Inhalten auf einem Server im Netz) und Lernende (Abrufen dieser Inhalte) zugreifen, verbreitet. Welche neuen Formen des Lernens gibt es nun konkret? 1. Lernen durch Kommunikation mit dem/der Tutor/in einerseits und der LernerInnengruppe andererseits. Es werden Informationen und Meinungen ausgetauscht, Diskussionen geführt, Arbeiten koordiniert, und Kooperationen durchgeführt. Man unterscheidet hierbei zwischen - asynchronen Kommunikationskomponenten (Kommunikation zu verschiedenen Zeiten an verschiedenen Orten), wie zum Beispiel o o o - Email: Nachrichten werden an eine oder mehrere Personen verschickt. Über eine mailing-list (Verteilerliste) erreicht man eine ganz bestimmte Gruppe von Empfängern. Mailing-lists können zu einzelnen Lernthemen angelegt werden. Whiteboard: News und Informationen von allgemeinem Interesse werden angekündigt („geposted“). Diskussionsforum: Beiträge werden veröffentlicht („geposted“), gelesen und gegebenenfalls beantwortet. Foren können zu einzelnen Lernthemen angelegt werden. Alle SeminarteilnehmerInnen haben Zugang zu den Foren. und synchroner Kommunikation (Kommunikation zur gleichen Zeit an verschiedenen Orten): o o Chat (textbasierter Kommunikationskanal, siehe Kapitel 1.6.2): Die TeilnehmerInnen übermitteln ihre Beiträge über Tastatureingabe. Die Eingabe wird in Echtzeit dargestellt. TutorInnen können SeminarteilnehmerInnen etwa zu einem Chat, der zu einem fixen Zeitpunkt zu einem bestimmten Thema abgehalten wird, „verpflichten“. Ein Chat erfordert hohe Disziplin der KursteilnehmerInnen und sollte vom/von der Tutor/Tutorin moderiert werden, um nicht in ein unstrukturiertes Hin- und Herdiskutieren auszuarten. Videokonferenz (siehe Kapitel 1.6.3): TeilnehmerInnen, die räumlich getrennt sind, kommunizieren visuell und sprachlich in Echtzeit. Einige Bemerkungen zur Rolle der Kommunikation im Prozess des Online-Lernens: Die Integration von Kommunikationsmöglichkeiten in Lernumgebungen kann dazu beitragen, die Qualität des Lernens zu verbessern. Dem wird auch dadurch kein Abbruch getan, dass die unmittelbaren Gründe für die Bereitstellung derartiger Angebote wohl auch darin liegen mögen, dass sie technisch machbar sind. Selbständiges, nicht vernetztes Arbeit mit einem Computer-Lernprogramm (CBT) ermöglicht zwar ein orts- und zeitunabhängiges Lernen, läßt den Lernenden andererseits alleine, unterstützt nur von seinem Computer. Dieses Lernszenario bietet dem Lernenden keine Möglichkeit Fragen zu stellen, Kritik zu äußern oder von Fehlern anderer zu lernen. Der Austausch mit Kolleg/innen und Tutor/in fällt weg. Weiters zeigen Studien, dass isoliertes Lernen negative Auswirkungen auf das emotionale Befinden des Lernenden hat (www.edupolis.de/konferenz2000/text_astleitner.pdf). So brechen etwa Studenten von Fernlehrkursen häufig auf Grund emotionaler Probleme (soziale Isolation, fehlende Unterstützung usw.) die Ausbildung ab. Im Unterschied dazu bieten moderne web-basierte Lernumgebungen nicht nur Kursinformationen und Unterrichtsmaterialien, sondern vielfältige Kommunikations- und Kollaborationskomponenten, mit dem Ziel, Lernprozesse zu fördern und den Kontakt zu Mitlernenden, Expert/innen und Tutor/innen herzustellen. Dabei können synchrone (Audio- und 36 Videokonferenz, Chat) wie asynchrone (z. B. E-Mail, Mailingliste, Newsgroup) Anwendungen zum Einsatz kommen. Stellt die Lernumgebung Strukturen zum kooperativen Arbeiten (ScreenSharing-Software zum gemeinsamen Arbeiten am selben Projekt von verschiedenen Computern aus, Dateienaustausch, White Board) zur Verfügung, kann damit das „Wir-Gefühl“ einer Lerner-Gruppe gestärkt werden. In einem Lernprozessen ist häufig ein hoher Grad an Kommunikation wünschenswert. Natürlich geht beim ausschließliche Lernen in und mit einem Netzwerk die face-to-face Kommunikation der traditionellen Lernsituation verloren. Diesem Mangel kann durch Interaktivität und Kommunikativität auch nur teilweise begegnet werden. So ist es etwa schwierig, via Chat spontan mit mehreren Teilnehmer/innen zu diskutieren, ohne den Diskussionsfaden zu verlieren. Generell sind die Möglichkeiten zur sprachlichen Auseinandersetzung eingeschränkt. Nonverbale Hinweise einer Kommunikation fehlen. Diese Schwierigkeiten markieren die Grenzen des Online-Lernens. Für die Entwickler/innen von Lernumgebungen stellt es wahrscheinlich immer eine Herausforderung dar, alles technisch Machbare umzusetzen. Auf der anderen Seite gibt es eine Reihe von Pädagog/innen und Kommunikationswissenschafter/innen, die sich umfassend mit Kommunikationsstrukturen in Lernprozessen beschäftigen und die Hoffnung nähren, dass eine vernünftige Integration von Kommunikationskomponenten in Lernumgebungen zu einer deutlichen Verbesserung von Lernprozessen beitragen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Stärke des Lernens mit Neuen Medien nicht so sehr in der Vielfalt multimedialer Aufbereitungsmöglichkeiten, sondern in der gezielten Bereitstellung kommunikativer Angebote und individualisierter Betreuung liegt (www.bfz.de/cornelia2/home/dozent.htm). Ressourcen hierzu: 1- www.bfz.de/cornelia2/home/dozent.htm 2- www.quantis2000.de/doku_index.htm 3- www.edupolis.de/konferenz2000/text_astleitner.pdf 2. Lernen durch Publikation und Präsentation eigener Materialien und Unterlagen. Die im Rahmen einer Schulung erarbeiteten Materialien können auf dem Server „abgelegt“ werden und somit Zugriffsberechtigten (der Gruppe der Lernenden und/oder der Welt, falls es sich bei dem Netzwerk um das Internet handelt) zugänglich gemacht werden. Durch das Publizieren „eigenen Wissens“ wird ein aktives Auseinandersetzen mit einer Thematik und nicht so sehr das Lernen stehender Fakten unterstützt. Direktes Feedback von anderen Personen erhöht u. U. die Bereitschaft zur vertiefenden Bearbeitung der Thematik. Speziell im Falle des Internet wird durch Web-Publishing ein stetiges Wachsen des Informationsangebots erzielt. 3. Lernen durch den schnellen Zugriff auf eine großen Menge an Informationen. Vergleicht man den Einsatz von Computernetzen mit traditionellen CBT’s im Schulungsbereich lässt sich folgendes feststellen: Lernen über Netzwerke ermöglicht erstmals die Teilnahme an einem regulären Schulungsgeschehen ohne physische Anwesenheit. Dabei gilt jedoch zu beachten, dass für konkrete Lernabläufe in vielen Fällen das bloße Vorhandensein eines Computernetzes zu wenig ist, und vielmehr der Einsatz einer Lernumgebung, die Kommunikation, Kooperation, Publikation und verwaltungstechnische Abläufe (Kursbuchung, Bezahlung...) unterstützt, empfehlenswert ist. Von den 37 TeilnehmerInnen einer netzbasierten Schulung wird ein höheres Maß an Selbstinitiative und Selbstbestimmtheit bei der Aneignung von Wissen gefordert als bei anderen Lernformen. Das betrifft die richtige Auswahl der zur Verfügung stehenden Informationsquellen, die aktive Teilnahme an Foren (und anderen Kommunikationskomponenten) und schließlich die Entscheidung darüber, wann welche Inhalte bis zu welchem Ausmaß gelernt werden müssen. Gelingt es den TeilnehmerInnen und TutorInnen, ihre Aufmerksamkeit weniger auf die neuen technischen Möglichkeiten, als auf die Inhalte zu legen, so ist der Wissenstransfer in einer netzbasierten Ausbildung in vielen Fällen größer als bei CBT oder traditionellen Formen wie face-to-face Unterricht. Seit einiger Zeit lässt sich bei Unternehmen sowie bei Schulungsanbietern deutlich ein Trend zu Internet-basierten Systemen erkennen. Eine häufig eingesetzte Variante sieht ein Intranet, welches meist dieselben Protokolle wie das Internet verwendet, mit einer Schnittstelle zum Internet vor. Der Zugang zu den firmeninternen, geschützten Daten und Kommunikationskanälen erfolgt somit mit derselben Software (Standard-Browser mit integriertem Email-Programm, Newsreader ...), mit der auch auf die immer wichtiger werdenden aktuellen Informationen des Internet zugegriffen wird. 2.2.2 Lernen im Internet In Hinsicht auf multimedial gestütztes und interaktives Lernen bietet das Internet dieselben Funktionalitäten wie lokale Systeme (z. B. Intranet). Hinzu kommt jedoch die Möglichkeit des schnellen Zugriffs auf den riesigen Informationspool, den das Internet darstellt. Neben einer Vielzahl an Informationen, die von Bildungsinstitutionen wie Universitäten und Schulen im Internet zur Verfügung gestellt werden, sind heutzutage auch viele Bibliotheken, Datenbanken und Angebote zum schnellen Nachschlagen bereits online. Der Zugriff auf diese Informationen an sich stellt bereits eine Veränderung der Möglichkeiten von Aus- und Weiterbildung dar. Zu beachten ist, dass manche dieser Informationsangebote kostenpflichtig sind. Die Suchmaschine Northern Light unter http://www.northernlight.com beispielsweise bietet ihren Usern zusätzlich zum Auffinden von Gratis-Informationen auch die Recherche in kostenpflichtigen Datenbanken und Archiven an. Je wichtiger das schnelle Verfügen über aktuellste Informationen sein wird, desto stärker wird die Entwicklung in Richtung „Verkauf“ wichtiger und gut aufbereiteter Informationen gehen. der Kommunikation mit Menschen aus aller Welt. Lernende sind somit jederzeit in der Lage, auch zu einem sehr speziellen Themenbereich die Meinung von ExpertInnen einzuholen oder die Sichtweise von Menschen aus einem anderen Kulturkreis in ihre Arbeit einzubeziehen. Die Grenze zwischen Ausbildung und real life wird offener. des entdeckenden Lernens. Statt alle relevanten Informationen geeignet aufbereitet zu erhalten, müssen Lernende recherchieren, die Seriosität der Informationsquellen einschätzen lernen, Informationen gemäss ihren Prioritäten überdenken und neu ordnen, bevor Schlüsse daraus abgeleitet werden können. durch eine Online-Veröffentlichung von Materialien eine sehr große Leserschaft kostengünstig zu erreichen. des Erwerbs einer Basiskompetenz im Umgang mit und bei der Nutzung von Hypertexten, interaktiven Möglichkeiten und multimedialen Anwendungen. 38 2.3 Der virtuelle Kurs 2.3.1 Zwei Szenarien 1. Je nach Bedarf und Anforderungen sind verschiedenen Szenarien bei der Entwicklung eines netzunterstützten virtuellen Kurses, eines Kurses, dessen Materialien in rein elektronischer Form zur Verfügung gestellt werden, durchzudenken. Eine Möglichkeit besteht in der Integration sowohl traditioneller als auch neuer Lernmethoden in das Kursgeschehen. Um etwa das Problem der langen Ladezeiten aufwendig gestalteter multimedialer Lerninhalte zu vermeiden, werden diese auf CD-ROM präsentiert, wohingegen unaufwendigere Daten in netztauglichem Format erstellen werden. 2. Setzt man ausschließlich auf ein netzbasiertes System, so entscheiden sich immer mehr Schulungsanbieter für dynamische serverseitige Lösungen. Die Inhalte werden in einer zentralen Datenbank abgelegt, die den individuellen Ansprüchen gemäß konfiguriert ist. Der Vorteil einer solchen Lösung liegt in der einfachen Verwaltbarkeit der Daten: Das Entfernen, Hinzufügen, Austauschen, und Modifizieren einzelner Lerninhalte gestaltet sich unproblematisch. Über geeignete Eingabemasken können Inhalte auch von „Programmierlaien“ mit Zugangsberechtigung bearbeitet werden, vorausgesetzt es handelt sich um einfache textorientierte Dokumente (andernfalls erfolgt die Bearbeitung der Daten über ein Entwicklungstool). Die Lerneinheiten sollten zum Download angeboten werden, um Lernenden einen kostengünstigen Zugang (keine OnlineVerbindung zum Server notwendig) zu den Daten zu ermöglichen. Wird eine Entscheidung zu Gunsten einer Datenbanklösung getroffen, gilt zu bedenken, dass diese auch ans Netz angebunden und in Folge regelmäßig gewartet werden muss. Die Anbindung erfolgt entweder über eine spezielle Software oder die Anschaffung eines geeigneten integrierten Systems. Für die Wartung müssen entsprechende Personalressourcen zur Verfügung gestellt werden. 2.3.2 Lehr- und Lernumgebungen Beabsichtigt man, rein virtuelle Kurse, die sich auch für Open-Distance-Learning eignen, anzubieten, so sollte man den Einsatz einer Lehr- und Lernumgebung in Erwägung ziehen. Unter den zahlreiche Möglichkeiten, das neueste Spektrum an Einsatzmöglichkeiten dieser Technologien im Ausbildungsbereich einem breiteren Publikum vorzustellen, gehört die im Sommersemester 2000 an der Technischen Universität Wien abgehaltene Vortragsreihe „Lernen per Internet“ zu den am besten dokumentierten. Die präsentierten Inhalte können unter http://info.tuwien.ac.at/enzi/lernen/ eingesehen werden. „Shared workspace“ (gemeinsamer Arbeitsbereich), um die Kooperation zwischen Lernenden untereinander und Lernenden und Tutor zu unterstützten. Die Mitglieder einer Lerngruppe richten sich am Server gemeinsame Arbeitsbereiche ein, die verschiedene Objekte (Dokumente unterschiedlichen Formats, Verweise auf Ressourcen im Internet, Grafiken usw.) beinhalten können. Sie bearbeiten Dokumente nicht online, sondern lokal auf ihrem PC und uploaden sie von dort in den gemeinsamen Arbeitsbereich, um sie den Mitgliedern der Arbeitsgruppe zur Verfügung zu stellen. Manche dieser Systeme registrieren auch Events, d. h. jeden Zugriff auf den Workspace, und informieren die Mitglieder per Email davon. Die Stärke von „Shared Workspaces“ liegt in erster Linie im Ablegen und Verwalten 39 gemeinsamer Daten und der gemeinsamen Kommunikation. Ein berühmtes Beispiel für einen „Shared Workspace“ ist das BSCW (Basic Support for Cooperative Work )System des GMD – Forschungszentrums Informationstechnik GmbH (http://bscw.gmd.de/). Die BSCW-Software wird vor allem im akademischen Bereich als kursbegleitende Plattform eingesetzt, da GMD ihren eigenen Server zur kostenlosen öffentlichen Nutzung zur Verfügung stellt. Eine Gefahr liegt darin, dass keine Garantie hinsichtlich Sicherheitsvorkehrungen und Updates gegeben wird. BSCW bietet sehr eingeschränkte „Customizing“-Möglichkeiten, verfügt jedoch über Funktionen für spezielle Anwendungen wie etwa synchrone Audio-VideoKommunikation, jedoch keinen Chat. Man kann BSCW natürlich auch als eigenen Server erwerben. Web based training-Systeme zur Entwicklung, Administration und Durchführung von Online-Kursen. Die Funktionalitäten von Lernplattformen dieser Art umfasst primär das Anlegen und das Design eines neuen Kurses (Festlegen von Titel und Verfassen einer Kursbeschreibung, Entwurf der Kursstruktur) und das Generieren der Lerninhalte. Die Navigation durch den Kurs und das Inhaltsverzeichnis werden meist automatisch erstellt. Aufwendigere Systeme verfügen über ein „administratives Zentrum“, in dem sich Interessenten über das laufende Kursangebot informieren und sich gegebenenfalls anmelden und auch bezahlen können, und das in Folge auch die persönlichen Daten der Lernenden verwaltet. Der „Klassenraum“ ist der Ort, von dem Lernende auf die Kursinhalte zugreifen, mit dem/der TutorIn und anderen Lernenden kommunizieren. Die großen Systeme unterstützten hierbei sowohl asynchrone Kommunikation (Email, Fragen und Antworten am Whiteboard posten, Teilnahme an Diskussionsforen) als auch synchrone Kommunikation (Chat, Video- und Audiokonferenz). Seit ungefähr zwei Jahren erlebt die Entwicklung von Lernplattformen einen regelrechten Boom. Große multinationale Unternehmen erzeugen meist ihre eigenen Produkte, kleinere setzen auf bestehende Lösungen. Bei der Anschaffung eines Lernsystems ist es empfehlenswert – neben den inhaltlichen Funktionalitäten – auch genaue Informationen hinsichtlich der technischen Voraussetzungen einzuholen: Welche Systemanforderungen, Serverarchitekturen und Datenbanken sind erforderlich? Welche Komponenten des Systems sind in hohem Maße wartungsintensiv? Im Folgenden seien kurz die Charakteristika kleinerer und größerer Systeme aufgezeigt: - „Kleine“ Systeme: Die Funktionalität „einfacher“ Lösungen beschränkt sich im Allgemeinen auf das Erzeugen und Präsentieren von Kursmaterialien. Als Kommunikationskomponente wird Email eingesetzt, in manchen Fällen werden auch Newsgroups angeboten. Beispiele: Classroom4me (http://www.classroom4me.com/) ist eine Software zur Nutzung via Internet. Sie bietet einen Rahmen zur Online-Erstellung und Online-Update von Kursmaterialien, als Kommunikationstool werden Email und integrierte webbasierte Newgroups eingesetzt. Die Stärke dieser Software liegt in ihrer klaren Struktur. Sowohl TutorIn als auch Lernende sollten sich innerhalb maximal einer Stunde mit dem System vertraut machen können. Ein Nachteil ist, dass das System auf dem classroom4me-Server läuft und man auf dessen Zuverlässigkeit angewiesen ist. Erscheint das zu riskant, kann eine Version für den eigenen Server erworben werden. Wahrscheinlich eignen sich solch reduzierte Systeme nicht so sehr zur Abwicklung komplexer Aus- und Weiterbildungsinitiativen (Gruppenarbeiten, Versionsverwaltung von Dokumenten, Einreichen von Teil- und Abschlussprüfungen, ...), sondern vielmehr kursbegleitend als Kommunikationsplattform und zum Angebot von Online-Materialien. Das System 40 läuft auf Linux, MacOS und Windows NT und ist in drei Sprachen (Englisch, Deutsch und Französisch) erhältlich. Die Miete für ein Basismodul (2 Kurse, 2 Newsgroups, 50 Benutzer) beträgt ATS 3900,-, für jeder weitere Kurs ATS 250,pro Monat. Die Kosten für das entsprechende Modul für den eigenen Server belaufen sich auf ATS 140000,-, für jeden weiteres Kurs ATS 2000,-. Blackboard (http://www.blackboard.com/) bietet unter dem Motto „e-learning here and now“ kostenlos die – limitierte – Möglichkeit, Online-Kurse zu erstellen und Lernmaterialien (in verschiedenen Formaten wie z. B. HTML, Text, Audio, Video und Word Dokumente) upzuloaden und somit Lernenden zur Verfügung zu stellen und Anleitungen zu posten. Zur Kommunikation werden Email, Diskussionsforen und Chat eingesetzt. Lernende erhalten die Möglichkeit während der Dauer des Kurses eigene Homepages anzulegen, Dokumente über eine Dropbox untereinander oder mit dem/der TutorIn auszutauschen (Up- und Download) und Arbeitsgruppen zu bilden. In Form von Quizzes werden Prüfungen absolviert, deren Ergebnisse abgefragt werden können, wenn vom/von der TutorIn die entsprechende Berechtigung vergeben wird. Alles in allem ist das Angebot von blackboard ein recht brauchbares mit dem Nachteil, dass das System auf dem blackboard-Server läuft und Kurse somit nur über das WWW realisierbar sind und das Angebot jederzeit temporär oder gänzlich eingestellt werden kann. - „Große“ Systeme: Komplexe Lernumgebungen sollten Funktionalitäten für TutorInnen, AdministratorInnen und Lernende bereitstellen, die das Durchführen rein virtueller Schulungsmaßnahmen ermöglichen. Zentrale Komponenten einer Lernumgebung dieser Art sind Tools für das Erstellen, Verbreiten und Verwalten multimedialer Lerninhalten sowie Tools zur Benutzer- und Kursverwaltung. Um das – noch nicht gelöste – Problem der elektronischen Nachbildung zwischenmenschlicher Kommunikation teilweise abzufangen, sollte eine gute Lernumgebung alle möglichen diesbezüglichen (synchrone und asynchrone) Kanäle anbieten, nicht zuletzt auch, um eine optimale Lernerbetreuung durch die TutorInnen zu gewährleisten. Für eine funktionierende webbasierte Kooperation, sollten die Lernenden im Stande sein gemeinsam gleichzeitig etwas zu besprechen und gleichzeitig über eine gemeinsame Arbeitsfläche zu verfügen. Ebenso sollte das System möglichst viele Medienformate (Audio, Video, Text ...) unterstützen und dadurch die Bedürfnisse verschiedener Lerntypen berücksichtigen. Lernenden sollte die Möglichkeit geboten werden, ein Lerntagebuch zu führen, in welchem Notizen, Kommentare und Aufzeichnungen des persönlichen Lernerfolgs (Monitoring) abgelegt werden. Die Software muss auch Funktionalitäten zur Versionsverwaltung von Dokumenten, Ablage und Archivierung von Materialien, Zusammenstellung von Test, Monitoring und Bewertung der Leistungen von Lernenden bereitstellen. Über den Einsatz intelligenter Software vom Agenten-Typ wird das Verhalten mancher dieser Systeme von Benutzer-Aktivitäten beeinflusst. So werden etwa bei einer Suche die Ressourcen, die oft aufgerufen werden, vorgereiht. Bevor man sich schließlich für eine bestimmte Lehr- und Lernumgebung entscheidet, ist es empfehlenswert, besonderes Augenmerk auf die Benutzeroberfläche zu legen, die auf einfachste, intuitive Bedienung ausgelegt sein sollte, und prüfen, inwieweit erforderliche individuelle Einstellungen („Customizing“) vorgenommen werden können. Im Folgenden werden drei Systeme kurz vorgestellt. Beispiele: Hyperwave eLearning Suite (http://www.hyperwave.com/d/products/els.html) bietet alle wichtigen Funktionalitäten einer Lehr- und Lernplattform. Mit Hilfe eines Kurs-Wizard werden Kursstruktur, Navigation und Kursraumumgebung automatisch, ohne HTML-Programmierkenntnisse angelegt. Das System 41 unterstützt verschiedenen Datenformate wie Text, Bild, Video und Audio. Der Reception Room bietet einen Überblick über alle aktuell verfügbaren Kursangebote inklusive jeweils einem Einstiegstest als Entscheidungshilfe für das individuell richtige Angebot. Vom Study Room aus greifen Lernende auf ihre Kurse zu. Ein Learning Portal führt Buch über die belegten Kurse und den jeweiligen Lernerfolge. Der Course Room bildet die tatsächliche Lernumgebung mit Zugang zu den strukturierten Lerninhalten und allen Kommunikationstools. Im Adminstration Room schließlich wird die Organisation und Verwaltung der Kurse, wie etwa Vergabe der Zugangsberechtigungen, Zusammenstellen virtueller Arbeitsteams und statistische Auswertungen, abgewickelt. Hyperwave eLearning Suite bemüht sich dem Problem der fehlenden Interaktivität zwischen Lernenden untereinander und Lernenden und TutorIn durch die Implementierung verschiedener Kommunikationskanäle (Schwarzen Brett, EmailSystem, Diskussionsforum) zu begegnen. Eines der Kernstücke des Systems ist die Verwendung von active documents. Lernende können diesen Dokumenten Fragen beifügen, die vom/von der TutorIn beantwortet werden. Im Laufe der Zeit entsteht zu jedem Dokument eine Sammlung von Fragen und dazugehörigen Antworten. Hyperwave eLearning suite basiert auf Standard-Internet-Technologien. Es ist soweit „customizable“, dass die individuelle Corporate Identity integriert werden kann und es unterstützt mehrere Sprachen. Der Zugriff erfolgt über einen Standard-Web-Browser. Dem System liegt ursprünglich eine eigene Datenbank zugrunde, obwohl es in der Zwischenzeit auch bestimmte Versionen von Oracle Datenbanken unterstützt. Hyperwave eLearning Suite läuft auf Windows NT/2000, Linux und verschiedenen UNIX Plattformen. SITOS® - Learning Management System (http://www.sitos.at/sitos.nsf) ist eine e-Learning Plattform, die von Siemens in Zusammenarbeit mit bit media entwickelt wurde und das Durchführen von Online Kursen ermöglicht. Als Benutzerschnittstelle kommt ein normaler Web-Browser zum Einsatz. Wie bei Hyperwave eLearning Suite unterstützt SITOS® - Learning Management System das Integrieren des eigenen Corporate Design und verschiedene Sprachen. Für die Erstellung der Lerninhalte wird Macromedia Authorware mitgeliefert. Lernende können sich im Kurskatalog einen Überblick über das derzeitige Angebot schaffen. Die Kommunikation zwischen Lernenden und TutorIn erfolgt über Email, Chat und Newsgroups. Der/die TutorIn überprüft die Leistungen der Lernenden und je nach Einstellung kann sowohl das System als auch der/die TutorIn den Lernenden zusätzlich Lernmodule anbieten oder je nach bereits absolvierten Modulen Änderungen des Lernpfads vorschlagen. Das SITOS® - Learning Management System kann wahlweise im eigenen Netzwerk oder aber über den Server von bit media betrieben werden. Der Lotus LearningSpace (http://www.lotus.com/home.nsf/welcome/learnspace) besteht aus fünf eng integrierten Datenbankmodulen, die eine Klassenraumumgebung simulieren. Das Media Center beinhaltet alle Kursmaterialien (Text, Audio, Video ...), der Course Room ist das Kommunikationszentrum mit Blackboard, in einem dritten Bereich (Profiles) werden die persönlichen Daten der Lernenden und TutorInnen gespeichert (persönliche Homepages), in einem vierten (Assessment Manager) werden Test und Testergebnisse verwaltet und in einem fünften schließlich kann der Lernende die Kursbeschreibungen nachlesen. Ein Nachteil des Lotus LearningSpace liegt in der Erfordernis der Lotus Domino R4.5 oder höher Server Software. Darüber hinaus benötigen TutorInnen einen Notes Client, um Kurse generieren zu können. Lernende hingegen können wählen, ob sie den Lotus LearningSpace über Notes 42 oder übers WWW aufrufen. Ein zweiter Nachteil ist das Fehlen synchroner Kommunikationskomponenten. 2.4 Autorensoftware und Datenformate 2.4.1 Autorensysteme Multimedia-Autorensysteme sind meist speziell für die Produktion von CBT-Software konzipierte Entwicklungspakete. Traditionelle Autorensysteme wie etwa Macromedia Director (http://www.macromedia.com/software/director/), Macromedia Authorware Professional (http://www.macromedia.com/software/authorware/) und Toolbook der Firma Asymetrix (http://home.click2learn.com/products/), bauen auf der Annahme des lokalen Lerners auf. Sie bieten teils recht mächtige Werkzeuge zum Erstellen von Materialien, die Ausführung erfolgt meist auf plattformspezifischen Umgebungen wie CD-ROM. Durch die Kombination verschiedener Medien, wie Text, Ton, Bild, Video und Animation können Informationseinheiten zusammengestellt werden. Mittels vorgegebener Funktionen werden Elemente zur Lernkontrolle (Quizz, Texteingabe, Multiple Choice) erstellt. Durch Drag&Drop Mechanismen graphischer Elemente wird meist die logische Struktur eine Anwendung festgelegt. Dem allgemeinen Trend zum Internet folgend gibt es schon seit längerem Bemühungen die proprietären Formate internetfähig zu machen. Mittels Installation einer bestimmten Software (Plug-In) lässt sich in der Zwischenzeit ein mit einem der gängigen Autorenumgebungen erstelltes Lernprogramm in einem Browser darstellen. Plug-Ins sind zwar in den meisten Fällen kostenlos, dafür gibt es aber immer wieder Probleme im Zusammenspiel verschiedener Versionen dieser Software mit den unterschiedlichen Distributionen von Browsern. Eine Ausnahme bilden die Anwendungen von Toolbook, die als CD-ROM und ebenso in internetfähige Anwendungen basierend auf HTML und DHTML ausgegeben werden können. Der Browser benötigt kein Plug-In. Manche der Autorensysteme können durch eine integrierte Programmiersprache ihre Funktionsumfang deutlich erweitern (z. B. Lingo für Director, OpenScript für ToolbookII Instructor). 2.4.2 Internetfähige Formate Werden Anwendungen mit unterschiedlichen Autorensystemen erstellt, wird es sehr wahrscheinlich Probleme beim Austausch und Kombinieren von Lernmodulen geben. Alle an einem Projekt Beteiligte müssten sich auf einen Programm-Standard einigen und sich auch kollektiv Updates und neue Versionen dieses Programms anschaffen. Dies ist sicherlich einer der Gründe, weshalb ein deutlicher Trend zu HTML als netzfähiges Datenformat erkennbar ist. Kompatibilitäts- und Versionsproblemen kann so aus dem Weg gegangen werden. Ein zweiter Grund liegt in der Plattformunabhängigkeit von HTML (in Kombination mit JavaScript und Java). Schließlich gelingt es mittlerweile auch mit HTML in Kombination mit CGI, JavaScript und Java ähnlich gute, wenn teilweise nicht sogar bessere, Ergebnisse hinsichtlich Interaktivität und Multimedia zu erzielen wie mit Autorensystemen. Wenn der Aufbau eines netzfähigen Lernangebots geplant ist, sollte man aus genannten Gründen auch von Beginn an auf netzfähige Datenformate setzen, die keinerlei Zusatz-Software benötigen. Die Basis eines solchen Lernangebots besteht aus HTML-Seiten, in die multimediale Komponenten integriert werden. Für die Produktion von HTML-Seiten stehen eine ganze Reihe von Editoren zur Verfügung, die es auch einem Programmier-Laien ermöglichen, 43 annehmbare HTML-Dokumente zu produzieren. Viele dieser Editoren bieten auch die Funktionalität der Site-Verwaltung an. Die Medienintegration erweist sich als nicht allzu schwieriges Unterfangen. Grafiken in GIF- oder JPEG-Format werden mit geringen Aufwand in ein HTML-File importiert. Audio und Video werden in gängigen Formaten (Quicktime) erstellt oder in Streaming Formate konvertiert (RealAudio, RealVideo). Diese Daten kann der Browser über ein Plug-In abspielen, bevor noch das ganze File geladen ist. Die StreamingTechnologie löst zumindest teilweise das Problem der zu geringen Bandbreiten für eine reibungslose Übertragung großer Datenmengen wie Multimedia Files. Im Folgenden werden die gängigen internetfähigen Formate und Plug-Ins ein wenig genauer besprochen. HTML - Hypertext Markup Language (siehe auch Kapitel 1.5.1) ist eine leicht zu erlernende Seitenbeschreibungssprache, in der alle Seiten des World Wide Web geschrieben sind. HTML-Dokumente können untereinander verlinkt werden und Verweise auf andere Seiten im WWW beinhalten. Die Entwicklung einer einfachen HTML-Seite ist schnell zu erlernen. Will man sich mit HTML aber gar nicht beschäftigen, so gibt es eine Vielzahl von WYSIWYG („What You See Is What You Get“)-Editoren, mit deren Hilfe über Drop-Down-Menüs und Drag&Drop-Mechanismen in kurzer Zeit eine recht ansehnliche Seite entwickelt werden kann. Viele Textverarbeitungsprogramme (wie etwa Word) bieten in der Zwischenzeit auch die Möglichkeit, ein Dokument im HTMLFormat abspeichern zu können. HTML-Dateien müssen nicht unbedingt von einem WebServer in den Browser geladen werden (online), sie können auch auf der lokalen Festplatte mit dem Browser angesehen werden (offline). Die Funktionalität eines HTMLDokuments kann beträchtlich durch das Einbetten von Bild, Sound-, Videodateien und Java-Applets erweitert werden. HTML plus CGI (siehe auch Kapitel 1.5.7) stellt eine serverseitige Lösung für Interaktion dar. CGI (Common Gateway Interface) ist als Bestandteil in den Web-Server integriert und kann auf diesem beliebig Programme aufrufen. Über CGI können Lernende zum Beispiel Daten an den Server schicken, wo sie ausgewertet werden und ein entsprechendes Feedback an den Browser zurückgegeben wird. Für die Bearbeitung der Daten muss auf dem Server ein entsprechendes Programm laufen. Dabei handelt es sich heute meist um ein in Perl geschriebenes Script. HTML plus Scriptsprachen (JavaScript) und Java sind clientseitige Lösungen für Interaktion. JavaScript ist eine zur Erweiterung des HTML-Befehlssatzes entwickelte Scriptsprache, die es relativ leicht ermöglicht, objektorientierte Anwendungen in Webseiten zu implementieren. JavaScript wird direkt in das HTML-Dokument eingebunden und dort während des Ladens des Dokuments ausgeführt. Man benötigt keinen Editor und keine Entwicklungsumgebung, sondern gibt es ebenso wie HTML in einen Texteditor ein. Mit Hilfe von JavaScript lassen sich kleinere Rechenoperationen durchführen, aber auch Effekte wie das Rotieren oder sich Bewegen von Schriftzügen, das Aufklappen von Menüs oder etwa das Aufpoppen neuer Browser-Fenster realisieren. Im Gegensatz zu Java benötigt JavaScript eine HTML-Umgebung, es ist nicht alleine lauffähig. Java ist eine plattformunabhängige objektorientierte Programmiersprache. Den Durchbruch hat Java im Internet-Bereich auf Grund der Tatsache erzielt, dass kleine Java-Programme, Applets genannt, innerhalb einer Webseite dargestellt werden können. Mit Java kann man alles machen. Typische Anwendungen sind kleinere Spielereien wie etwa Laufschriften, um eine HTML-Seite attraktiver zu machen, aber auch ernsthaftere wie etwa Chats oder dynamische mathematische „Skizzen“ und vieles mehr. Der Unterschied zu CGI liegt darin, dass Java-Applets vollständig auf den Client-Rechner geladen und dort ausgeführt werden. Autorensoftware wie Shockwave (http://www.macromedia.com/software/director/) und Flash (http://www.macromedia.com/software/flash/) sind Techniken, mit denen man 44 Webseiten um zusätzliche Multimedia-Elemente erweitern kann. Sie gehören aber nicht zum HTML-Standard, was bedeutet, dass ein Browser diese Elemente standardmäßig nicht darstellen kann. Zum Anzeigen wird ein Plug-In benötigt, das man aber kostenlos im Internet herunterladen kann bzw. bei neueren Browser-Versionen schon mitgeliefert wird. Shockwave ist eine Technologie, die Usern ermöglicht, multimediale Seiten anzusehen. Es unterstützt Audio, Video, Animation und verarbeitet User Aktivitäten (z. B. Mausklicks). Es läuft auf allen Windows-Systemen wie auch auf Macintosh. ShockwaveObjekte werden mit dem Autorentool Macromedia Director erzeugt. Die Webseite enthält einen Verweis auf das komprimierte („shocked“) Objekt. Um ein Shockwave-Objekt ansehen zu können, benötigt der User ein Plug-In, das in den Browser „integriert“ wird. Flash ist ebenfalls eine Autorensoftware zum Erstellen interaktiver Animationen, die in einem beliebigen Browser dargestellt werden können, solange dieser das Flash-Plug-In installiert hat. Aktuelle Browser (Browser der vierten Generation) haben dieses bereits „serienmäßig“ eingebaut. Flash arbeitet auf Vektorbasis. Dadurch wird einerseits die Datenmenge der Flash-Filme relativ klein gehalten und die Vektorgrafiken lassen sich (im Gegensatz zu Pixelgrafiken) ohne groben Qualitätsverlust skalieren. Flash ermöglicht relativ einfach das Erstellen ziemlich komplexer Animationen. Wahrscheinlich könnte man mit DHTML ähnliche Ergebnisse, allerdings mit einem weitaus größeren Aufwand, erzielen. Typische Anwendungen sind zurzeit zoomende Texte und schwebende Logos. Aber auch kleinere Filme und Spiele lassen sich mit Flash einfach und kostengünstig produzieren. Ein Nachteil von Flash, obwohl oft dementiert, liegt im etwas höheren Bandbreitenverbrauch, was mitunter zu längeren Wartezeiten führt, bis man etwas zu sehen bekommt. Darüber hinaus werden einige Grund-Funktionalitäten des Browsers bei Flash-erweiterten Webseiten deaktiviert, wie etwa der „Zurück“-Button, die Suchfunktion innerhalb der Seite oder die Einstellung der Schriftgröße. Flash ist, ebenso wie Shockwave, ein kommerzielles Produkt und somit hängen ihre Weiterentwicklungen natürlich alleinig von den Entscheidungen des Unternehmens ab. Techniken wie Shockwave und Flash verleiten dazu, Animationen an Stellen einzusetzen, an denen sie in keiner Weise zu einem Informationsgewinn beitragen, sondern vielmehr nach dem zweiten Aufruf der Webseite zumindest langweilen, wenn nicht verärgern. Als Content-Provider sollte man bedenken, dass Animationen, die nicht der Veranschaulichung eines Sachverhalts dienen oder das Verstehen desselben unterstützen, vom Inhalt ablenken und somit zu vermeiden sind. 2.5 Didaktische und methodische Überlegungen zum Einsatz neuer Lernmedien Derzeit gibt es erst einige wenige Bildungseinrichtungen, die ihren Lehrbetrieb rein virtuell abhalten. Als Beispiele seien die FernUniversität Hagen (http://www.fernuni-hagen.de/) und The Open University (http://www.open.ac.uk/frames.html) genannt. Viele Einrichtungen allerdings bemühen sich, die neuen Medien in den Lehrbetrieb zu integrieren. Oberstes Ziel sollten qualitative Verbesserungen hinsichtlich der Aufbereitung von Materialien (schnelleres Verständnis, tiefere Einblicke), der Betreuung der Lernenden, des Erreichen neuer pädagogischer Ziele (kommunikatives eigenverantwortliches Lernen ), des Wissenstransfer und der Flexibilisierung der Lernsituation sein. Es darf auf keinen Fall zu einem Qualitätsverlust durch eine einseitige Orientierung an den technischen Möglichkeiten kommen. 45 Bei der Entscheidung, in welcher Form und in welchem Ausmaß die Integration neuer Medien in den Unterricht geschehen soll, sind mehrere Aspekte zu berücksichtigen: Ist es Ziel, Lehrveranstaltungen vollständig durch den Einsatz neuer Medien zu ersetzen? Oder sollte der Einsatz neuer Medien immer eher als „Bereicherung“ des herkömmlichen Unterrichts gesehen werden und unterrichtsbegleitend oder zeitweise substituierend eingesetzt werden? Welche Fächer (Themenbereiche) lassen sich besonders gut durch die Möglichkeiten der neuen Medien darstellen? Wie groß ist der Einschulungsbedarf sowohl von Lehrenden als auch Lernenden? Werden Kommunikationsdefizite verstärkt (durch das Fehlen des face-to-face Unterrichts) oder gemildert? Unbestritten ist, dass ein sinnvoller Einsatz neuer Medien im Unterrichtsgeschehen neben der Anschaffung der notwendigen Hardware-Ausstattungen und der Sicherstellung der Netzanbindungen auch eine – und das wird leider noch allzu häufig vernachlässigt – entsprechende Aufbereitung der Lerninhalte erfordert. Wurde in früheren Lernformen Wissen noch in relativ großen Blöcken angeboten (etwa das linear aufgebaute Lehrbuch), so geht bei der netzbasierten Wissensvermittlung der Trend zu kleinen, autonomen Einheiten, die von den Lernenden selbstständig zusammengestellt werden können. Damit wird einerseits der Forderung nach Wissen bzw. Lernen on-demand nachgekommen und andererseits die Wiederverwertbarkeit der Wissensmodule, d. h. ihr Einsatz in ganz anderen Lernkontexten, ermöglicht. Doch mit der Umwandlung bestehender Inhalte in Hypertext-Format und der Modularisierung in kleine stückweise „konsumierbare“ Wissensobjekte ist es nicht getan. Vielmehr müssen Bemühungen dahin gehen, multimediale Elemente nicht redundant, sondern wohlüberlegt dann einzusetzen, wenn sie zu einem leichteren und/oder tieferen Verständnis eines Sachverhaltes beitragen können. Materialien zu entwickeln, die weniger Übungs-Programmen gleichen, als vielmehr Möglichkeiten des interaktiven Lernens bieten. die Darstellung von Inhalten gemäß modernen Usability-Standards übersichtlich strukturiert, klar aufgebaut und gut leserlich anzubieten. sich nicht dem „Diktat“ der Modularisierung von Inhalten beugen, wenn zum Verständnis eines Sachverhalts eine umfassende Darstellung desselben notwendig ist. Vielmehr sollten Lernende an dieser Stelle darauf aufmerksam gemacht werden, dass Bildung – auch wenn sie computergestützt ist – häufig Anstrengung mit sich bringt. Allein durch den Einsatz moderner Informations- und Kommunikationstechnologien darf keine Verbesserung der Lehre erhofft werden. Die neuen Medien in Unterricht und Lehre müssen in neue didaktische Szenarien integriert werden. Leider steht die Entwicklung didaktischer Standards, die eine qualitative Verbesserung derselben ermöglichen, erst am Beginn. Zuletzt sei darauf hingewiesen, dass der Einsatz web-basierter Lernumgebungen von den Lernenden in der Regel ein höheres Maß an "Selbstlernkompetenz" als herkömmliches CBT verlangt: - eine prinzipielle Offenheit gegenüber der EDV - Medienkompetenz: grundlegende Fähigkeiten im Umgang mit dem Computer, in der „Handhabung“ des Internet und seiner Dienste, Fähigkeiten, externe Ressourcen hinsichtlich ihrer Seriosität einschätzen. - u. U. begleitende Maßnahmen erforderlich! 46 - die Bereitschaft, sich mit neuen Lerntechniken auseinander zu setzen. - Selbstgesteuertes Lernen: Vorbereitung des Lernens, Festhalten des Lernbedarfs, Entscheidung über „Weg und Ziel“, Wahl der dem jeweiligen Lerntyps am besten entsprechende Aufbereitungsart (Audio, Text ...), Entscheidung, welche Möglichkeiten in den eigenen Lernprozeß einbezogen werden. Kontrolle des Lernens - u. U. unterstützende Vorgaben (Fremdsteuerung) - Eigenmotivation: der Lernende kann nicht „von außen“ zum selbständigen Lernen motiviert werden. Manche sind nicht in der Lage, sich selbständig Inhalte anzueignen (keine Lernstrategie, fehlende Medienkompetenz, s. o.). Einbeziehen von Betreuungspersonen, um diese Mängel zu kompensieren. (????) Ausreichendes Maß an Disziplin 2.6 Ausblick auf zukünftige Entwicklungen Die rasanten Fortschritte im Bereich der modernen Informations- und Kommunikationstechnologien werden auch den Bildungsbereich nicht unberührt lassen. Sollten etwa wearable computers (Rechner, die, mit einem Kleidungsstück vergleichbar, den ganzen Tag über am Körper getragen werden) – wie von den EntwicklerInnen prophezeit – wirklich zu alltäglichen Gebrauchsgegenständen werden, kommen dem Just-in-Time und Just-in Place-Training noch größere Bedeutung zu. Lernphasen können höchst flexibel an den Tagesablauf angepasst werden. Für die Darstellung von Wissensinhalten werden sich durch die Weiterentwicklung von Multimedia und den Einsatz von Virtual Reality-Techniken (3D-Techniken) neue Möglichkeiten eröffnen. Mit gewisser Wahrscheinlichkeit werden auch Augmented RealityTechniken, die Kombination von virtueller und realer Welt, insbesondere bei sehr praxisbezogenen Trainingsabläufen vermehrt zum Einsatz kommen. Als Beispiel sei die Datenbrille genannt, auf deren Display begleitende Informationen zu der Tätigkeit angeboten werden, die der/die Lernende gerade verrichtet. Dadurch soll das Erfassen der realen Gegebenheit wirkungsvoller gemacht werden. Neue Formen der Wissensbeschaffung, etwa mittels Software-Agenten, die in ihrer fortgeschrittenen Version über ein gewisses Maß an initiativem und selbstständigem Verhalten sowie einer Art Lernfähigkeit verfügen und für die Sammlung und Aufbereitung von Informationen aus dem Netz oder sogar als persönliche Führer von Lernenden eingesetzt werden, sollten eine deutliche Effizienzsteigerung des Lernens mit sich bringen. Schließlich werden in Zukunft bessere Interaktionsmöglichkeiten zwischen den Lernenden (durch größere Bandbreiten bzw. höhere Übertragungsraten) die Bildung virtueller Arbeitsgruppen begünstigen und somit Kooperationen fördern. 47 3. Einsatz moderner Informationstechnologien in Bildung und Ausbildung 3.1 Schulen Der Umgang mit digitalen Medien gehört in der schulischen Ausbildung bereits zur alltäglichen Praxis. Als Kehrseite dieser Medaille scheinen sich allerdings auch strukturelle Probleme verfestigt zu haben. Die technische Ausstattung mit Computern, EDV-Sälen, lokalen Netzwerken und InternetAnbindungen variiert sehr stark mit dem Schultyp. Es überrascht nicht, dass die diesbezüglich besten Bedingungen an technisch orientierten berufsbildenden Schulen vorzufinden sind, während allgemeinbildende Schulen vergleichsweise schlecht ausgerüstet sind. Staatliche Initiativen und Fördermaßnahmen werden den Kosten moderner Hardware und Infrastruktur meist nur ungenügend gerecht. Dennoch ist damit zu rechnen, dass das Ziel “ein PC pro Klassenraum“ innerhalb der nächsten Jahre für den Großteil der Schulen realisiert werden kann. Die strukturellen Probleme liegen einerseits im Bereich der Computer- und Netzwerkbetreuung, die – insbesondere in Österreich – nicht von professionellen Spezialisten, sondern von LehrerInnen besorgt wird, andererseits in mentalen Barrieren seitens der Unterrichtenden, die der Integration digitaler Medien – insbesondere des WWW – in den Unterricht entgegenwirken. Letztere rühren nicht zuletzt daher, daß Fragen der Verwendung moderner Medien – weder in didaktischer noch in technischer Hinsicht – gebührend in der LehrerInnenausbildung berücksichtigt werden, während SchülerInnen oft beträchtliche – außerschulisch erworbene – Fertigkeiten im Umgang mit Hard- und Software mitbringen. - Die Verwendung von Lehrmaterialien auf CD-ROM bietet keine grundsätzlichen Schwierigkeiten und gehört mittlerweile zum Spektrum der Unterrichtsmethoden (dieser Sektor wird auch beim Betrieb der Schulbibliotheken berücksichtigt). - E-mail steht den meisten LehrerInnen – und einem immer größer werdenden Anteil von SchülerInnen – zur Verfügung, wird aber kaum für Unterrichtszwecke genutzt. - Die Einbeziehung des WWW jedoch stellt – insbesondere in den allgemeinbildenden Schulen – die traditionelle Rolle der Lehrenden tendenziell in Frage und bricht den bislang klar umrissenen Bereich approbierter Lehrmittel auf. Zu den wichtigsten Spannungsfeldern scheint das Problem zu gehören, wie mit „im Internet gefundener“ (möglicherweise unseriöser) Information umgegangen werden soll. Daher kommt die Integration des WWW in den Unterricht oft nur auf Initiative einzelner LehrerInnen zustande. In jüngster Zeit kamen einige größere Initiativen und Projekte zustande, deren Ziel es ist, hier Abhilfe zu schaffen. 48 Es ist anzunehmen, dass sich diese Situation unter dem Eindruck der wachsenden Bedeutung moderner Technologien für fast alle Sektoren der Gesellschaft, durch das „Hineinwachsen“ jüngerer LehrerInnen und durch den Trend, Technologiefragen in der staatlichen Schulpolitik und in europäischen Förderungsmaßnahmen eine größere Gewichtung zu geben, innerhalb der nächsten Jahre ändern wird. Hinzu kommt, dass die staatliche Schulpolitik und europäische Förderungsmaßnahmen immer größeres Gewicht auf Technologiefragen legen. (Davon zeugen zahlreiche „Schulen ans Netz“-Initiativen. In der BRD stellen die staatlichen Behörden – auf Länderebene – größere Mittel auch für inhaltliche Entwicklungen zur Verfügung als in Österreich). Obwohl der Großteil der zur Verfügung stehenden Mittel in die Verbesserung der technischen Bedingungen fließt (und fliessen wird), und sich die Initiativen zur Förderung inhaltlicher und didaktischer Innovationen vergleichsweise bescheiden ausnehmen, werden auch diese Maßnahmen dazu beitragen, das schulische Ausbildungswesen nachhaltig zu modernisieren. 3.2 Bildungsangebote rund um die Schule Mittelbar sind dem schulischen Bildungsbereich weitere Sektoren zuzuordnen. - So bieten Verlage neben Lernhilfen auf CD-ROMs (v.a. Cornelsen:xhttp://www.teachweb.de/cgi/WebObjects/COL.woa) weitere Services für LehrerInnen, SchülerInnen und Eltern an (z.B. Klett: http://www.klett-verlag.de/klettlerntraining/ - „das größte deutschsprachige Lernportal der Welt“) an. - Zahlreiche „Bildungsserver“ (oft von staatlichen oder halbstaatlichen Stellen auf Länderebene eingerichtet) versuchen, die große Menge an Inhalten und Informationen zu systematisieren und in bescheidenem Ausmaß auch Eigenentwicklungen anzubieten. Hier seien beispielhaft der „education highway“ (Oberösterreich): www.eduhi.at und „learn:line“ (Nordrhein-Westfalen): http://www.learn-line.nrw.de/ genannt. Die letzten Jahre zeigten einen Trend zu immer umfassenderen „Bildungsplattformen“, wie etwa das „Salzburger Bildungsnetz“ (http://www.land.salzburg.at/) illustriert. - Darüberhinaus werden im Schulbereich die Resultate von inhaltlicher Projektarbeit immer häufiger im WWW publiziert (meist auf der eigenen Schulhomepage) – obwohl dem die aus der Angst vor unerfüllbaren Qualitätsansprüchen entstandene Skepsis der Mehrzahl der LehrerInnen gegenüber „Web-Publishing“ entgegensteht. - Weitere Services richten sich vor allem an LehrerInnen (wie „e-Lisa“, einer Initiative der österreichischen Schulbuchverlage: http://www.e-lisa.at/, und „schule.at“, der „virtuellen Informations- und Kommunikationsplattform des Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft und Kultur“: http://www.schule.at/home/) . - Schließlich seien die auf verschiedene andere Arten zustandegekommenen Web-Seiten (z.B. von SchülerInnen für SchülerInnen) genannt. 3.3 Universitäten Universitäten verfügen in der Regel über eine zumindest für Verwaltungsabläufe ausreichende Grundausstattung und sind oft technische Knotenpunkte der regionalen Netzwerke. Die Details variieren hier natürlich. Üblich ist die Versorgung aller Studierenden 49 mit E-mail und WWW-Zugang und der Bereitstellung einer gewissen Grundversorgung von durch die Studierenden benutzbaren Computerplätzen. Größere Variationen (zwischen Universitäten und zwischen einzelnen Instituten) bestehen allerdings hinsichtlich des Einsatzes moderner Informationstechnologie im eigentlichen Lehrbetrieb. In dieser Hinsicht bestehen in der Regel keine zentralen Initiativen. Die von staatlichen Stellen und der EU angebotenen Förderungen für die Entwicklung inhaltlicher Angebote deckt den Bedarf bei Weitem nicht ab. Daher ist die Verwendung elektronischer Medien in Lehrveranstaltungen und die Erstellung inhaltlicher Angebote oft auf die Initiative einzelner Vortragender („Eigenlösungen“) zurückzuführen. Eine entsprechende Adaption von Lehrmittel wird zudem dadurch erschwert, dass sich universitäre Inhalte nicht leicht „modularisieren“ lassen. Die häufigsten Einsatzformen moderner Technologien in der universitären Lehre sind: - Studierende werden auf CD-ROMs oder Informationen aus dem WWW hingewiesen. - Inhalte von Lehrveranstaltungen (Skripten), Texte von Übungsaufgaben u. dgl. sind online verfügbar (können gelesen/downgeloadet werden) und werden bei Bedarf durch den Vortragenden aktualisiert. Sie stehen den Studierenden auch zur Verfügung, wenn sie für Prüfungen lernen. - Studierende können per E-mail Fragen an der Vortragenden stellen, Seminararbeiten einschicken usw. und erhalten Antworten/Feedback. - Arbeiten mit allgemein verfügbaren Workspaces (im universitären Bereich vor allem BSCW): Studierende können – im Allgemeinen in einem passwortgeschützten Bereich – nicht nur Inhalte zur betreffenden Lehrveranstaltung einsehen/downloaden, sondern selbst Diskussionen führen und Dokumente uploaden. Bei geeigneten Einstellungen des Workspaces haben die Studierenden zugriff auf die Arbeiten ihrer KollegInnen. - Arbeiten in integrierten Workspace-Umgebungen, die mehrere Lehrveranstaltungen/Institute umfassen, gehören noch zu den Ausnahmen (s.u.). Verwaltungs- und Informationsabläufe, die die Lehre begleiten (und die leichter zu vereinheitlichen sind als die Inhalte selbst) finden bereits häufig per WWW statt. So wurden an der technischen Universität Wien und an der Universität für Bodenkultur Wien unter dem Naman „Österreichischer Lehrzielkatalog“ (http://www.lzk.ac.at/) ein kommentiertes (und kommentierbares) Vorlesungsverzeichnis mit hohem Grad an Interaktionsmöglichkeiten für Lehrende und Lernende eingerichtet, und ganz generell sind OnlineVorlesungsverzeichnisse und -Vorlesungsankündigungen und die Web-Anbindung zahlreicher universitätsbezogener Datenbanken bereits die Regel. Allerdings ist ein beginnender Trend zur Professionalisierung der Nutzung moderner Technologien und zu „größeren Lösungen“ festzustellen. Als Beispiele für (vorläufige) Ausnahmen seien folgende genannt: - Die Open University in London (http://www.open.ac.uk/) und die Fernuniversität Hagen (http://www.fernuni-hagen.de/) zählen zu den Pionieren des universitären Tele-Learning. - Der an der Wirtschaftsuniversität Wien entwickelte und auch eingesetzte Software Virtual University (http://vu.wu-wien.ac.at/) bietet Lehrenden und Studierenden eine umfassende integrierte Umgebung, die neben der Möglichkeit, Inhalte anzulegen und zu kommunizieren auch durchaus als „intelligent“ zu bezeichnende Funktionen aufweist (z.B. Reihung von Treffern in Suchanfragen entsprechend der „Beliebtheit“ der 50 Ressourcen – d.h. die Vorlieben der NutzerInnen beeinflussen das Verhalten des Systems). - Am Technikum Joanneum Graz (http://www.fh-joanneum.at/) werden bereits in größerem Umfang multimediale Lernhilfen eingesetzt. Durch intensive MitarbeiterInnenschulung wird auf systematische Weise versucht, dem Lehrkörper das dafür notwendige Wissen zu vermitteln. - Zur Zeit werden im Rahmen des Pilotprojekts „TF 2000 – Telelernen an Österreichischen Fachhochschulen“ (http://tf2000.fh-joanneum.at) Möglichkeiten des umfassenden Einsatzes elektronischer Technologien an Fachhochschulen ausgelotet. - Beispiel für universitäre Softwareentwicklung: An der Uni Linz wurde das interaktive Multimedia-System SCHOLION (http://instserv0.ce.uni-linz.ac.at/scholion/scholion.html) entwickelt. - Im Zentrum des – von der Europäischen Kommission geförderten – internationalen Projekts UNIVERSAL (Exchange for Pan-European Higher Education) steht das Vorhaben einer systematischen elektronischen Aufzeichnung und Archivierung von Lehrveranstaltungen, die dann von anderen Universitäten angekauft werden können. Ziel ist der Aufbau eines globalen Virtual-University-Systems. Einige Komponenten der zu entwickelnden Software werden von der Wirtschaftsuniversität Wien und der österreichischen Firma Infonova EDV beigesteuert. (Informationen: http://www.cordis.lu/ist/projects/99-11747.htm). - Darüberhinaus haben Universitäten zahlreiche hochwertige fachspezifische Angebote entwickelt, die durchaus auch für den Schul- und Erwachsenenbildungsbereich relevant sind. Zwei Beispiele unter vielen: - Das Math Forum – http://forum.swarthmore.edu/ – am Swarthmore College, USA, ist wahrscheinlich die umfassendste Sammlung mathematischer Links und Lernsoftware im WWW. - ESPACE, das European System for Particle and Astrophysics Cyber Education (http://www.espace-cd.net/), an dem die technische Universität Wien beteiligt ist (http://espace.kph.tuwien.ac.at/). 3.4 Anbieter von Erwachsenenbildung/berufliche Zusatzqualifikationen Anbieter von „Erwachsenenbildung“ (im allgemeinsten Sinn) wie das Wirtschaftsförderungsinstituit (WIFI, http://www.wifi.at/), das Berufsförderungsinstitut(BFI, http://www.bfi.or.at/) und die Volkshochschulen (http://www.vhs.or.at/, http://vwv.at/) setzen ebenfalls in unterschiedlichem Ausmaß neue Medien ein. Insbesondere werden verschiedene Formen von Tele-Learning angeboten. Die Unterstützung von Kursen zur Erlangung von Zusatzqualifikationen durch interaktive CDROMs (als modernisierte Version des Erwerbs von Skripten und Fernlehrmaterialien) hat bereits eine gewisse Tradition. Die letzten Jahre haben einen Trend zur Anbietung webbasierter („virtueller“) Kurse gezeigt. Dies gilt insbesondere für Kurse, die klar umrissene betriebliche Qualifikationsbedürfnisse abdecken: Unternehmen können den Zugang zu einem Kurs (inklusive Zugang zu Online-Material, Konzept für Kursablauf und personelle Online-Betreuung) ankaufen. Die MitarbeiterInnen müssen dann nicht mehr eigens zum 51 betreffenden Anbieter kommen, sondern können – zeitlich flexibel (durchaus auch über längere Zeiträume) – an ihrem Arbeitsplatz teilnehmen. Zudem entfallen Reise- und Übernachtungskosten. Zur Durchführung derartiger Angebote werden im Allgemeinen größere Soft- und Hardwarelösungen eingesetzt, die - für die BenutzerInnen eine integrierte Lern- und Kommunikationsumgebung sowie einen Raum für die Ablage von Daten, die während des Lernprozesses anfallen, bieten, und - für den Anbieter bequeme Möglichkeiten zum Verwalten des Kursangebots, zur Erstellung von Materialien, zur Konzipierung von curricularen Abläufen (tutorielle Gestaltungsmöglichkeiten) und zur Überwachung des Lern- und Kommunikationsgeschehens („Monitoring“) bieten. - Technisch gesehen, sind zentrale Server, ans WWW angebundene Datenbanken und dynamische Softwarekomponenten unabdingbar. Auch Mischformen (Kommunikation und Aktualisierungen online/„stehendes“ Material auf CD-ROM) sind möglich. Am Zustandekommen solcher Kursangebote sind in der Regel eine Reihe qualifizierter Spezialisten beteiligt (Fachleute für die Zusammenstellung der eigentlichen Inhalte, Pädagogen/Didaktiker für den Entwurf der Lernabläufe, Lernsoftwarespezialisten für die ensprechende mediale Aufbereitung und Umsetzung, Betreuer – „Tutoren“ – für das eigentliche Kursgeschehen). Obwohl die Kosten dieser Form der beruflichen Qualifikation – gemessen an den Möglichkeiten privater Haushalte – eher hoch erscheinen, stellen sie in vielen Fällen eine für Unternehmen günstigere Variante als dar als die traditionelle Kursform, die den regelmäßigen zeitlichen Ausfall von MitarbeiterInnen mit sich bringt. Der Zugang zu Online-Kursen kann in technischer Hinsicht die Installation einer eigenen Software am Computerplatz des End-Nutzers erforderlich machen. Da dies aber – sowohl hinsichtlich der notwendigen Kenntnissen der Lernenden als auch vom Standpunkt der betriebseigenen Netzwerke her – problematisch sein kann, geht der Trend in Richtung Lösungen, für die lediglich ein Web-Browser nötig ist. Für die Durchführung virtueller Kurse am WIFI wurde eine eigene Software (deren Komponenten unter dem Namen „TeleWIFI“ laufen) entwickelt. Der Vortrag „TeleLernen: Anforderungen und Realisierung“ von Horst Krieger und Paul Tavolato (unter http://www.tuwien.ac.at/enzi/lernen/beitrag/iclvortrag/TeleWIFI.htm abzurufen) gibt einen guten Überblick hierüber. Informationen über WIFI-Telelearning und Übersicht über das Kursangebot finden sich unter http://www.wifi.at/ und http://www.telewifi.at/. 3.5 Anbieter von Erwachsenenbildung/Zweiter Bildungsweg Im zweiten Bildungsweg (Nachholen von Ausbildung, die verschiedenen Schulstufen und Schultypen entspricht), wie er vor allem von Volkshochschulen und dem BFI angeboten wird, und in Erwachsenenbildungs-Kursen, die aus persönlichem Interesse absolviert werden (z.B. Sprachen) ist der Einsatz fortschrittlicher Technologie weniger weit fortgeschritten. Das erklärt sich zum Teil dadurch, dass die Kosten für diese Kurse niedriger gehalten werden müssen als in der oben genannten Kategorie beruflicher Qualifikationen. Dennoch gibt es auch hier einen Trend zu (Pilot-)Projekten, deren Ziel die (Teil-)Abhaltung von Kursen per 52 Internet-Kommunikation ist. Hintergrund neuer Kursformen sind hier (zumindest vorläufig) weniger Kostengründe, sondern – neben dem Zeitfaktor, der für Berufstätige, die an den Kurse in ihrer „Freizeit“ teilnehmen – pädagogisch-didaktische Überlegungen (Erlernen selbständigen Arbeitens und klar strukturierter Kommunikationsformen – z.B. per E-mail – in „Distanzphasen“, Lernen mit unmittelbarer sozialer Komponente in „Präsenphasen“). Technisch gesehen herrschen hier „kleinere“ Lösungen (z.B. relativ statische Webseiten, manchmal nur Linklisten, eventuell in Kombination mit einem Workspace oder einer kleineren Lernplattform zur Unterstützung des Unterrichts) vor. Erschwerend kommt im Bereich des zweiten Bildungswegs hinzu, dass wenig Mittel für arbeitsteilige Entwicklungsarbeiten zur Verfügung stehen. Die nötigen Materialien inklusive Aufbereitung werden manchmal von den KursleiterInnen (Tutoren) – deren Abgeltung diese Aufgaben nur in Pilotprojekten, nicht aber in „Regelkursen“ umfasst – selbst besorgt. Die Marktlage für diese Art moderner Kursabhaltung im Zweiten Bildungsweg ist noch unklar. Als Beispiele für solche Kurse/Projekte seien genannt: - Business English Communication including New Medi@ (http://www.vhs21.ac.at/englishbusiness/) an den Volkshochschulen Wien-Nordwest und Floridsdorf. - Wienerisch – Lernen im Internet (http://www.alsergrund.vhs.at/wienerisch/) an der Volkshochschule Alsergrund 3.6 Betriebliches Ausbildungswesen Im betrieblichen Ausbildungswesen spielt CBT auf der Basis von CD-ROMs noch eine große Rolle. Insbesondere größere Unternehmen sind in der Lage, eigene CD-ROMs zur Schulung ihrer MitarbeiterInnen herstellen zu lassen. Von Lernsoftware-Entwicklern wird eine leidlich gute Auftragslage berichtet. (Daher gibt es auch CD-ROMs zu vielen Themen, die nie oder kaum in den allgemeinen Handel kommen). Aufgrund der statischen Natur des Mediums CD-ROM sind dynamischere Lösungen allerdings attraktiver. Da Intranets immer häufiger vorhanden sind, ist es naheliegend, diese auch als Lernplattformen (Trainingsmedien) zu nutzen. Unternehmen, die Qualifikationsmaßnahmen nicht von aussen ankaufen, benutzen ihre lokalen Netzwerke, um Schulungsmaterialien zu verteilen und Kommunikation mit Trainern zeitlich flexibel zu gestalten. Aufgrund der digitalen Archivierungsmöglichkeiten wächst auf diese Weise eine großer Datenpool, auf den bedarfsweise zurückgegriffen werden kann. Zudem bieten der schnelle Zugriff auf Informationen und die entsprechende Qualifikation den MitarbeiterInnen in manchen Branchen auch unmittelbare Wettbewerbsvorteile. Einige der mittlerweile bekannten (z.T. im Handel erhältlichen) integrierten LernumgebungsLösungen gehen auf derartige Eigenentwicklungen großer Unternehmen zurück. Zwei Beispiele - Die von Siemens angebotene Lernplattform SITOS (http://www.sitos.at/). Sie wurde auch im Schulbereich erprobt. - Die im Rahmen der „Oracle University“ angebotene und eingesetzte Kussoftware (siehe http://education.oracle.com/ und http://www.oracle.com/de/education/) geht auf langjähriges innerbetriebliches Experimentieren mit alternativen Lehr- und Lernmethoden zurück. 53 Seitdem es diese integrierten Lernumgebungen gibt, werden sie auch von anderen Institutionen/Unternehmen angekauft. Hierbei hat sich herausgestellt, dass die Kosten, die zur Installierung und Instandhaltung und zur Einschulung aller Beteiligten anfallen, oft unterschätzt werden. Dem Vernehmen nach hat beispielsweise ein großes Bankunternehmen den Lotus Learning Space angekauft, aber nie eingesetzt. Der Grund dafür war die fehlende Einschulung. Generell sollte beim Einsatz eines Systems nie auf den wichtigen Faktor der ausreichenden Schulungen vergessen werden. 3.7 Generelle Voraussetzungen: Qualifikationspalette für Nutzer und Entwickler Da der Computer als elementares Werkzeug in der schulischen Ausbildung immer besser integriert wird, und da ein PC bereits zur Grundausstattung vieler privaten Haushalte zählt, wird die jetzige Generation von Jugendlichen, wenn sie in den nächsten Jahren weiterführende Ausbildungen genießen wird, diesbezüglich keinen gravierenden Einschulungsbedarf haben. Aufgrund der steigenden Präsenz des WWW wird das auch für den Bereich des Internet und seiner Dienste gelten. Dennoch bleibt festzuhalten: je spezialisierter technische Funktionalitäten (z.B. von Lernsystemen) sind, und je mehr sich die erforderlichen Tätigkeiten (z.B. Erstellung von Multimedia-Materialien) von der durchschnittlichen privaten Nutzung des Internet unterscheiden, umso mehr werden BenutzerInnen-Einschulungen unverzichtbar sein. Erfahrungen in Volkshochschulen – in denen die mediengerechte Aufbereitung von Inhalten oft bei KursleiterInnen liegt, die keine spezielle Ausbildung dafür haben – unterstreichen diese Notwendigkeit. Hinsichtlich der Palette an Vorkenntnissen, die zu eigenständiger Aufbereitung und Bearbeitung von Materialien befähigen sollen, sieht die Situation nicht so gut aus. Hier ist der Kreis an Personen, von denen die notwendigen Kenntnisse erwartet werden dürfen, kleiner (z.B. Abgänger technischer Schulen). Auch kreative Internetnutzer in privaten Haushalten und Schulen weisen diesbezüglich oft nur bescheidene Fertigkeiten auf. Der Grund hierfür liegt zum Teil darin, dass moderne Software (wie z.B. Editoren zur Erstellung von Webseiten) oft insofern benutzerfreudlich gestaltet sind, als ihre Bedienung keine „Programmierkenntnisse“ in klassischen Sinn mehr voraussetzt. Dennoch ist eine eingehende Beschäftigung damit nötig. Jede organisierte Lösung von Content-Erstellung setzt also entsprechende Einschulungen voraus. Sind sie nicht gegeben, kann das gesamte Projekt an diesem Punkt scheitern. Weiters sollte nicht vergessen werden, dass jedes Softwarewerkzeug Grenzen besitzt. Werden die Anforderungen an die erstellten Materialien erhöht (z.B. um bestimmte Interaktionsformen zu ermöglichen, die in der benutzten Software nicht vorgesehen sind), so stößt das verfügbare Wissen bald an seine Grenze. Zudem kann die wachsende Zahl der zur Verfügung stehenden Medientypen ein Problem für die Entwickler darstellen. Lernumgebungen stellen manchmal nur die Schnittstellen zu Multimedia-Formaten bereit, während die Einheiten selbst (wenn es sich beispielsweise um Graphiken, Videos oder um Flash- oder Shockwave-Filme handelt) in separaten Programmen erstellt werden müssen. Mit dem Ankauf eines Lernsystems ist manchmal nur die Möglichkeit, Textdokumente zu erstellen, verbunden. (Dieser Punkt sollte bei der Planung beachtet werden. Ein gewisser Vorteil wäre es, die Palette an selbstentwickelten Medientypen mit Augenmaß auszuwählen). 54 Aus all diesen Gründen sollte im Rahmen der Gestaltung technologisch fortschrittlicher Angebote immer ein gewisses Ausmaß an „klassischem“ Programmier-Knowhow – zumindest in Form qualifizierter Ansprechpartner – zur Verfügung stehen. Ein weiteres Problem stellt die Schnittstelle zwischen fachlichem Inhalt und Medium dar. Mediengerechte Aufbereitung setzt sowohl fachliche als auch medien-/software/pädogogische Kenntnisse und Fertigkeiten voraus. Auch in arbeitsteiligen Prozessen ist es günstig, wenn die Spezialisten die jeweils „anderen“ Prozesse einigermassen gut kennen. In der Software-Industrie werden CBT/WBT-Produkte traditionellerweise über eine Kette von Inhaltsersteller – Content Analysten – Pädadogen/Didaktiker – Programmierer erstellt. Beim Anwender kommt dann oft noch eine Trennung in Personen, die einen Kurs konzipieren (z.B. Curricula und Inhalte in Form eines Pools zusammenstellen, aus dem dann die eigentlichen KursleiterInnen (Tutoren) konkrete Module, die sich für ihre konkreten SchülerInnen eignen, auswählen. Diese Kette verschiedener Qualifikationen und Spezialisierungen kann nicht überall als personelle Trennung durchgehalten werden (siehe z.B. die obigen Bemerkungen über den Zweiten Bildungsweg), und das ist auch nicht in jedem Fall sinnvoll. Sie soll aber illustrieren, dass die personellen Aufwände für inhaltliche Entwicklung vorab gut eingeschätzt werden sollen. 3.8 Akzeptanzfragen Zur Zeit sollte noch akzeptiert werden, dass es in vielen Computer- oder Web-unterstützten Ausbildungsmassnahmen einzelne TeilnehmerInnen gibt, die modernen Technologien ablehnend gegenüber stehen. Obwohl sich das voraussichtlich ändern wird, können die Bedürfnisse dieser Personen durch geeignete Angebote mitberücksichtigt werden. So können text- und bild-basierte Angebote in einer Weise gestaltet werden, die bequemes Ausdrucken ermöglicht. Begleitende CD-ROMs, die einfach den Inhalt einer Website zu einem gegebenen Datum enthalten, oder vorbereitete Versionen in Printform (konventionelle „Skripten“) können helfen, eine Skepsis gegenüber dem WWW („Inhalte ändern sich oft und können über Nacht verschwinden“) abzuschwächen. Erfahrungen in Kursen zeigen, dass der Umfang mit elektronischen Medien umso problemloser angenommen wird, je unmittelbarer sie in das Curriculum einbezogen und nicht bloß als mögliches – entbehrliches – Zusatzservice angesehen werden. 3.9 Trends: Bildungsnetze und Wissensbörsen Aus der Analyse der Anwendungsformen elektronischer Medien im Schul-, Universitäts-, Erwachsenenbildungs- und betrieblichen Ausbildungsbereich ergeben sich einige Trends: - Die Menge an im WWW verfügbaren Daten und Informationen jeglicher Art nimmt nach wie vor beständig zu. Zahlreiche Bereiche tragen dazu bei, das im Internet „gespeicherte Wissen“ zu vergrössern. Darunter ist der Anteil der gebührenfrei abrufbaren bildungsrelevanten Informationen sehr hoch. - Es ist zu erwarten, das sich diese Entwicklung noch beschleunigen wird, und dass der Zugriff auf Informationen aus dem WWW zur alltäglichen Routine für die meisten Menschen in den Industriestaaten in werden wird. Bisherige Argumente von Skeptikern (das Internet sei „chaotisch“, die Inhalte „kurzlebig“ u.ä.) werden tendenziell substanzlos werden. 55 - Die Zahl und der Umfang an Angeboten, die die vorhandenen Informationen für die BenutzerInnen strukturieren und leichter auffindbar machen, wächst ebenfalls: - Online-Suchmaschinen haben bereits eine sehr hohe Treffsicherheit erreicht (siehe z.B. Google:http://www.google.com, die an der Stanford University entwickelt wurde). - Die frühere Trennung in Suchmaschinen (Auffinden von Ressourcen nach eingegebenen Stichwörtern) und Webkatalogen (Auffinden von Ressourcen durch Suche in hierarchisierten Kategorienlisten) wird zunehmend hinfällig. - Zahlreiche Bildungsserver stellen Links und Materialien zu bildungsrelevanten Themen zusammen und überprüfen die Qualität der angebotenen Ressourcen. - Größere Anbieter richten „Web-Portale“ ein, um möglichst viele Bedürfnisse der für sie relevanten Benutzergruppe abzudecken. - Verschiedene Varianten von „intelligenter Software“ (auch „Agenten“ genannt) führen Aktivitäten im Auftrag von BenutzerInnen durch (von Informationssuche bis zur Ermittlung der günstigsten Reiseangebote). Vor allem diese Entwicklung wird die Effektivität der Kommunikation über das Internet weiterhin erhöhen. - Da der verfügbare Speicherplatz heute kaum mehr einen relevanten Kostenfaktor darstellt, sind ideale Archivierungsmöglichkeiten für jede Art von Daten gegeben. - Die zunehmende elektronische Vernetzung von Daten führt auch zu einer verstärkten „sozialen“ Vernetzung (d.h. Kooperation) der Anbieter und Benutzer. In diesem Sinn wird auch von „Bildungsnetzen“ und „Wissensbörsen“ gesprochen. - Neue und verbesserte Übertragungsmöglichkeiten und Schnittstellen (z.B. WAP, UMTS, ADSL, VoiceXML,…) werden den Trend, überall und jederzeit – also auch zuhause und „unterwegs“ – Informationen abrufen zu können, weiter verstärken. - Fragen der Datensicherheit haben in den existierenden nationalen und europäischen Fördermaßnahmen eine hohe Priorität. - Die Maßstäbe an die Gestaltung moderner Software steigen stetig. So muss heute von Anbietern Fragen der Benutzbarkeit („Usability“) verstärkte Aufmerksamkeit gewidmet werden als noch vor einigen Jahren. Das gilt sowohl für Bildungsangebote im eigentlichen Sinn wie auch für Werkzeuge für das Gestalten von Angeboten. - Trotz offener Probleme wird das allgemein verfügbare Knowhow, mit den digitalen Technologien umgehen zu können, beständig wachsen. All dies wird die Bedeutung der neuen Medien für Ausbildungszwecke und den Trend zum "Überall-und-jederzeit-lernen" befördern. Das bedeutet nicht, dass jeglicher Präsenzunterricht verschwinden wird, sondern dass der Grossteil der zukünftigen Ausbildungsaktivitäten ebenso selbstverständlich durch elektronische Hilfsmittel unterstützt werden wird wie die bisherigen durch gedruckte. 56 4. Kosten/Nutzen-Überlegungen Der Nutzen der IT im Ausbildungsbereich ergibt sich primär aus der potentiell möglichen Verbesserung der Ausbildung durch den Einsatz der modernen Technologien bzw. aus dem Ersatz bestehender Ausbildungswege durch (kostengünstigere) neue Möglichkeiten und hängt letztlich von der konkreten Realisierung des Projektes ab. Bei aller Euphorie darf aber natürlich nicht vergessen werden, daß durch den Einsatz von IT neue Kosten entstehen bzw. sich die bisherigen Kosten im Ausbildungsbereich teilweise in andere Bereiche verlagern können. Wir wollen unsere Kostenbetrachtungen beispielhaft anhand der drei folgenden Ansätze anstellen: - Verwendung neuer Medien zur Unterstützung der Ausbildung Verwendung neuer Medien und neuer Kommunikationsmöglichkeiten Einsatz eines auf dem Web basierenden Ausbildungssystems Überlegungen zu Softwarekosten in diesem Abschnitt betreffen die technische Grundausstattung (ohne detaillierte Berücksichtigung der in Kapitel 2 beschriebenen Lernund Entwicklungssoftware). 4.1 Verwendung neuer Medien zur Unterstützung der Ausbildung Die Idee ist hier die Erstellung einer CD-ROM mit multimedialen Lerninhalten, die bestehende, herkömmliche Ausbildungsmaterialien ersetzen soll. Mit Hilfe dieses Materials soll sich der Lernende die Inhalte im Selbststudium erarbeiten. 4.1.1 Hardware Der Lernende benötigt zunächst einen Multimedia-Computer, damit er die digitalen Lernmedien verwenden kann. Wir können davon ausgehen, daß nahezu jeder aktuelle Computer, der heute angeboten wird, bereits die notwendigen Voraussetzungen dafür mitbringt. Einzig Lautsprecher bzw. Kopfhörer müssen noch zusätzlich angeschafft werden, fallen aber gegenüber dem Gesamtsystem kostenmäßig nicht ins Gewicht. 4.1.2 Software Softwareseitig wird das Betriebssystem und höchstwahrscheinlich ein Web-Browser benötigt. Der Preis für das Betriebssystem ist untergeordnet, und neben den kommerziellen 57 Betriebssystemen (wie z.B. Windows 2000) können auch frei erhältliche Betriebssysteme (wie z.B. Linux) eingesetzt werden. Selbst die verbreitetsten Web-Browser von Microsoft (Internet Explorer) und Netscape (Navigator bzw. Communicator) erhält man heute kostenlos. Die Ausstattung des Benutzers muß einmal angeschafft werden und erfordert normalerweise eine sehr geringe Wartungstätigkeit, d.h. es handelt sich hier im wesentlichen um Anschaffungskosten. Die laufenden Kosten sind gering. Man muß allerdings beachten, daß Computer nach spätestens drei Jahren technisch total veraltet sind, was allerdings nicht ins Gewicht fällt, solange die auf der CD-ROM verwendete Technik keine extrem größere Leistungsfähigkeit fordert. 4.1.3 CD-ROM mit Lerninhalt Die Erstellung der CD-ROM mit den Lerninhalten ist der wesentliche Kostenfaktor dieser Anwendung. Die geringsten Kosten dabei sind die Materialkosten der CD und das Beschreiben der CD (Brennen) mit den Inhalten. Bei kleinen Auflagen der CD-ROM ist es billiger, diese selber zu brennen. Die dafür benötigte Hardware gehört heute schon fast zur Standardausstattung eines Computers. Ein Vorteil dabei ist auch, daß neue Versionen der CD-ROM sehr schnell erstellt werden können. Eine CD-ROM kostet dabei nicht viel mehr als ein Straßenbahnfahrschein. Bei Auflagen von mehr als einigen hundert CD-ROMS kommt es dagegen weitaus billiger, diese von einer Firma brennen zu lassen. Die hauptsächlichen Kosten liegen aber in der pädagogischen Aufbereitung und technischen Erstellung der Lerninhalte. Für beide Aufgaben werden Spezialisten benötigt, die eng zusammenarbeiten. Zur guten pädagogischen Umsetzung gehört sicher auch, daß die eingesetzten Pädagogen ein grundlegendes Verständnis für die benötigte Technologie mitbringen. Die Spezialisten benötigen für ihre Arbeit geeignete Entwicklungsumgebungen (Programmiersprachen, Autorensysteme, u.ä.), deren Anschaffungskosten meist wesentlich höher liegen als z.B. die Kosten für einen Computer. An sich sind das aber Einmalkosten (abgesehen von Update-Kosten, wenn auf neuere Versionen dieser Programme aufgerüstet werden soll). Werden externe Spezialisten mit der Erstellung beauftragt, sollten diese Werkzeuge schon vorhanden sein. Bei der Konzeption eines solchen Lernsystems sollte auch schon berücksichtigt werden, daß die Lerninhalte (und damit auch teilweise die Methoden, wie diese dargeboten werden) sich ändern können. Nach Möglichkeit sollten für die Aktualisierung der Lerninhalte keine (teuren) Experten mehr benötigt werden, d.h. es sollte leicht sein, inhaltliche Änderungen durchzuführen. 58 4.2 Verwendung neuer Medien und neuer Kommunikationsmöglichkeiten Grundsätzlich bauen wir auch bei diesem Ansatz darauf auf, daß die Lerninhalte unter Verwendung einer CD-ROM primär im Selbststudium erarbeitet werden. Zusätzlich soll der Lernende aber auch die Möglichkeit haben, mit einem Trainer (oder auch mit anderen Lernenden) zu kommunizieren. Die Kommunikation soll asynchron erfolgen. Dadurch kann einerseits der Lernende jederzeit eine Anfrage an den Trainer richten, und andererseits kann sich der Trainer besser einteilen, wie, wann und in welcher Intensität er seine Schüler betreut. Als Kommunikationsmittel bietet sich E-Mail an, und als Übertragungsmedium soll das Internet genutzt werden. 4.2.1 Zusätzliche Kosten durch Kommunikation Betrachten wir zunächst wieder die hardwareseitigen Voraussetzungen. Wenn wir davon ausgehen, daß der Lernende die Verbindung zum Internet über eine Telefonleitung aufbaut, benötigt er zusätzlich zu seinem Multimedia-PC noch ein Modem. Dessen Anschaffungskosten fallen wieder kaum ins Gewicht. Auch der Trainer benötigt eine entsprechende Ausstattung, aber es gelten die gleichen Überlegungen wie beim Lernenden. Softwareseitig ist normalerweise kaum mit zusätzlichen Kosten zu rechnen, da die benötigten E-Mail-Programme entweder schon zum Betriebssystem mitgeliefert werden, in der Browser-Software enthalten sind oder auch kostenlos über das Internet erhältlich sind. Für den Zugang zum Internet wird ein Internet-Service-Provider (ISP) benötigt. Das ist eine Firma oder Organisation, die eine ständige Verbindung zum Internet hat. Über den ISP erhält der Endanwender dann seine (teilweise temporäre) Verbindung zum Netz. Für diese Leistung fallen laufende Kosten an. Es gibt dabei verschiedenste Kostenmodelle, die sich einerseits aus monatlichen Grundgebühren und andererseits aus Gebühren für die aktive Verwendung zusammensetzen. Letztere können entweder zeitlich, nach dem übertragenen Datenvolumen oder nach beiden Kriterien abgerechnet werden. 4.3 Einsatz eines auf dem Web basierenden Ausbildungssystems In diesem Ansatz soll ein Ausbildungssystem betrachtet werden, bei dem die Lerninhalte über das Internet (oder ein privates Netzwerk oder auch nur über ein lokales Netzwerk) zentral auf einem Server zur Verfügung gestellt werden. Es soll dabei selbstverständlich auch die Möglichkeit zur Kommunikation mit dem Trainer und anderen Lernenden bestehen. Wir können schon vorweg nehmen, daß bei Einführung eines individuellen Ausbildungssystems die größten Anschaffungskosten in der Konzeption und Entwicklung eines solchen Systems liegen werden. Ähnlich wie bei der Erstellung einer CD-ROM mit multimedialen und interaktiven Lerninhalten werden die Dienstleistungen der benötigten Experten dabei den größten Kostenfaktor ergeben. 59 Ein solches System erfordert auch eine kontinuierliche inhaltliche Betreuung. Für die laufenden Kosten ist es daher wieder wichtig, daß nicht unbedingt technische Experten für die Anpassung der Inhalte benötigt werden. Die für die Realisierung benötigte Hard- und Software und die daraus entstehenden Kosten verteilen sich auf die beiden Bereiche - Client Server und Netzwerkverbindung 4.3.1 Client Auf der Clientseite benötigt jeder Lernende die Ausstattung, wie sie in den vorangegangen beiden Szenarien beschrieben wurde. Es fallen für dieses Szenario keine zusätzlichen Kosten an. Pro Lernenden müssen als Einmalkosten die Anschaffungskosten für einen Multimedia-PC (mit geeigneter Ausstattung für die Verbindung zum Internet) und die Einrichtungskosten für den ISP berücksichtigt werden. Laufende Kosten sind hauptsächlich die Verbindungsgebühren. Wenn die Verbindung über ein eigenes Netzwerk erfolgt, müssen die Anschaffungs- und Erhaltungskosten anstelle der Gebühren für den ISP berücksichtigt werden. 4.3.2 Server und Netzwerkverbindung Server An die Hardware für einen Server werden größere Ansprüche gestellt als an die Hardware für einen Clientcomputer. Sie muß leistungsfähig sein, damit auch bei gleichzeitigem Zugriff mehrerer Benutzer die Antwortzeiten akzeptabel bleiben, und sie sollte auch ausfallsicher sein. Die Servertätigkeit kann durchaus auf mehrere Einzelgeräte (etwa Webserver, Datenbankserver und Anwendungsserver) aufgeteilt werden. Ein Serversystem sollte ausbaufähig sein, damit es auch noch bei steigenden Ansprüchen (oder steigender Benutzung) verwendet werden kann. Für den Server wird ein spezielles Server-Betriebssystem benötigt. Hierbei können wieder kommerzielle Softwareprodukte (wie Windows 2000 Server oder diverse Unix-Systeme) zum Einsatz kommen oder aber auch freie Software (wie Linux). Da die Lösung in diesem Szenario auf dem Web aufbauen soll, wird auch Software zum Betrieb eines Webservers benötigt. Teilweise ist eine solche Software in der Ausstattung des Betriebssystem inkludiert (z.B. Internet Information Server (IIS) bei Microsoft Windows NT/2000 Server). Alternativ gibt es die Wahl zwischen kommerziell angebotenen WebserverLösungen und wiederum freier Software (Apache Web-Server). Die spezialisierte Ausbildungssoftware (Lernplattformen, Werkzeuge zur ContentEntwicklung u. dgl., wie sie in Kapitel 2 beschrieben werden) benötigt unter Umständen auch Standardsoftwarekomponenten, wie z.B. eine Datenbank. Wieder stehen kommerzielle (Oracle, Informix, usw) oder freie Produkte (MySQL) zur Auswahl. 60 Kommerzielle Softwareprodukte kommen dabei in allen Bereichen schon in höhere Preisregionen. Generell steht aber nahezu die gesamte benötigte Palette für die Grundausstattung mit Standardsoftware (d.h. ausgenommen die spezialisierte Ausbildungssoftware selbst) auch kostenlos zur Verfügung. Netzwerkverbindung Ein Server muß permanent vom Internet aus erreichbar sein, damit seine Dienste zur Verfügung stehen. Außerdem muß er einen öffentlichen Namen (Domainnamen) haben, damit auf sein Dienstangebot auch zugegriffen werden kann. Bei Einsatz eines eigenen (größeren) Netzwerkes müssen dadurch auch notwendige administrative Aufgaben übernommen werden. Diese Aufgaben können und werden aber auch sehr oft von einem Internet Service Providers (ISP) wahrgenommen. Für die Bereitstellung eines Webangebotes im Internet stehen verschiedene Möglichkeiten offen: - Unterbringung des Webangebotes auf dem Server eines ISP Einrichtung eines eigenen Servers, der aber bei einem ISP aufgestellt und von diesem betreut wird Einrichtung eines eigenen Serversystems mit eigener Betreuung Welche Methode gewählt wird, hängt einerseits von der eigenen vorhandenen Infrastruktur und andererseits von der Komplexität des Projektes ab. Die zu erwartenden Kosten nehmen in der Aufzählung von oben nach unten zu, dafür können aber auch immer komplexere Projekte realisiert werden. Unterbringung des Webangebotes auf dem Server eines ISP Der Vorteil hierbei ist, daß die gesamte Infrastruktur vom Dienstleister zur Verfügung gestellt wird und kein Personal zur Betreuung benötigt wird. Zu den Nachteilen gehört, daß nur relativ einfache Projekte möglich sind und man mit der beim Dienstleisters vorhandenen Infrastruktur das Auslangen finden muß. Anfallende Kosten sind die einmaligen Einrichtungsgebühren des Dienstleisters und die monatlichen Kosten für die Bereitstellung des Webangebotes. Für kleine und einfache Webangebote ist diese Lösung sicher die billigste. Einrichtung eines eigenen Servers mit Aufstellung bei einem Dienstleister Mit dieser Methode hat man den Vorteil, daß weitaus komplexere Projekte möglich sind und die normale Betreuung immer noch vom Dienstleister durchgeführt werden kann. Auch die Anbindung an das Internet erfolgt noch direkt über den Dienstleister, und man benötigt keine Leitungen zum eigenen Aufstellungsort. Bei aufwendigeren bzw. spezielleren Lösungen kann der Dienstleister zumeist nicht mehr die Komplettlösung betreuen, sondern nur mehr eine Wartung der Basisfunktionen des Servers wahrnehmen. 61 Hier entstehen Anfangskosten durch die Anschaffung der Server-Infrastruktur und die Einrichtungsgebühren des Dienstleisters und laufende Kosten für die Wartung und Betreuung der eingestellten Systeme durch den Dienstleister. Einrichtung eines eigenen Serversystems mit eigener Betreuung Wird der Server von der eigenen Institution betrieben, können beliebig aufwendige Lösungen, einschließlich des Einsatzes der mobilen Kommunikationstechnologien, für die Ausbildung realisiert werden. Das gesamte Fachpersonal zur Betreuung des Serversystems und der notwendigen Netzwerkstruktur muß bereitgestellt werden, wodurch sich (große) laufende Kosten im Personalbereich ergeben. Es ist daher sinnvoll, die entsprechenden Systeme nicht ausschließlich für die Ausbildung zu betreiben sondern sie auch für andere Bereiche wie zum Beispiel Verwaltungsaufgaben einzusetzen. Für die Anbindung an das Internet wird eine permanente, leistungsfähige Datenleitung benötigt. Hier entstehen Einrichtungskosten und laufende Leitungskosten. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, mehrere örtlich getrennte Ausbildungsstätten miteinander zu vernetzen. Dies kann entweder über eigene Leitungen oder über das Internet geschehen. Der Einsatz von eigenen Leitungen bringt hohe Kosten mit sich, je nach der zu erfüllenden Aufgabe kann sich der Einsatz dennoch lohnen. Als Alternative dazu können über das Internet sogenannte virtuelle private Netzwerke aufgebaut werden. Dabei wird die Infrastruktur des Internets für die Datenweiterleitung verwendet. Geeignete Verschlüsselungsmethoden an den Endstellen sorgen dafür, daß der Netzwerkverkehr nicht abgehört werden kann. 4.4 Mobile Verbindungen oder Festnetz? Beim momentanen Stand der Technik ist es keine Frage, daß ein IT-gestütztes Ausbildungssystem primär auf stationären Netzwerkbindungen aufbauen wird. Dies ergibt sich aus drei entscheidenden Faktoren: Technik, Kosten und Präsentation. Erstens sind die mobilen Übertragungsgeschwindigkeiten zur Zeit noch viel zu langsam; eine drastische Verbesserung ist hier zwar durch die Einführung von UMTS in Aussicht, aber diese Technik wird erst in einigen Jahren wirklich flächendeckend zur Verfügung stehen. Zweitens sind die Kosten für mobile Datenübertragungen heute wesentlich höher als für Datenübertragungen über Festnetze, und es ist nicht zu erwarten, daß die neuen Techniken wesentlich billiger zur Verfügung stehen werden. Nicht zuletzt spielt auch die Präsentation der Inhalte eine entscheidende Rolle. Sie erfolgt bei mobilen Endgeräten über ein ziemlich kleines Display. Auch hier ist der Markt in Bewegung, und Mobiltelefone, die für die WAP-Technologie gerüstet sind, haben schon größere Displays als "herkömmliche" Handys. Mit großer Wahrscheinlichkeit werden zukünftige Geräte noch größere Bildschirmflächen haben, aber durch die Forderung nach Mobilität ergibt sich automatisch eine obere Grenze. 62 Diese letzte Überlegung schließt die Verwendung von Notebooks in Kombination mit mobilen Übertragungseinrichtungen zunächst nicht mit ein. Hier entfällt der Nachteil der mangelhaften Präsentationsmöglichkeiten, aber dafür ist die Mobilität auch deutlich eingeschränkter. (Es macht letztlich einen Unterschied, ob man ständig einen Notebook-Computer oder ein Handy mit sich führt.) Mobile Kommunikation wird also in der nächsten Zeit sicher nicht der Hauptbestandteil eines Ausbildungssystems sein, kann aber als ergänzender Bestandteil gewinnbringend eingesetzt werden. Ausgezeichnete menschliche Lehrer und Trainer sind meistens schwer zu finden. Wenn es daher gelingt, die Kapazitäten der zur Verfügung stehenden Experten besser nutzen zu können, ergibt sich ein großer Gewinn für die Ausbildung. Die IT kann nun dazu beitragen, indem die Trainer von Lehraufgaben entlastet werden, für die sie nicht unbedingt erforderlich sind. Speziell die Möglichkeiten der mobilen Kommunikation erlauben es aber auch, den Trainer örtlich flexibler einsetzen zu können und ihm trotzdem den Zugang zu benötigten Informationen bieten zu können. Dadurch wird es aber auch möglich, daß mehr Lernende von einem guten Trainer profitieren können. 4.5 Folgerung Konkrete Kostenmodelle können erst anhand eines grundlegenden Konzeptes für ein Ausbildungssystem erstellt werden. Vielfältige Kostenfaktoren, wie Hardware, Standardsoftware, Individualsoftware, Leitungskosten, verschiedenste ISP-Dienstleistungen, Beratungsaufwand (pädagogisch und technisch) und Personalaufwand, spielen dabei eine Rolle. Im Bereich der Grundausstattung mit Standardsoftware (d.h. ausgenommen die spezialisierte Ausbildungssoftware, siehe Kapitel 2) können die Kosten durch Verwendung von freier Software sehr niedrig gehalten werden. Bedingt durch das benötigte Expertenwissen wird der größte Kostenfaktor in der eigentlichen Konzeption und Realisierung des Ausbildungssystems zu suchen sein. Was die Frage konkreter Kostenmodelle betrifft, ist leider anzumerken, dass die Entwicklungskosten von Software im Bildungsbereich sind schwierig abzuschätzen sind, da sie von einer Vielzahl von Faktoren abhängen. Modelle, die eine ungefähre Vorab-Schätzung erlauben, werden zwar zur Kalkulation innerhalb von Softwareunternehmen verwendet, aber nicht offengelegt. Das hat zur Folge, dass weder diesbezügliche Standards noch genauere Informationen über die verwendeten Abschätzungsmethoden vorliegen. Im Einzelfall ist die Einholung mehrerer Kostenvoranschläge praktisch nicht zu ersetzen. 4.6 Oft unterschätzte Aufwände Jede Technologie verursacht Kosten und Folgekosten. Vor allem letztere sind in der Konzeptionsphase nicht immer sichtbar, sollten aber dennoch realistisch eingeschätzt werden. Insbesondere werden aufgrund der bestehenden Erfahrungen folgende Arten von Kosten oft unterschätzt: - Konzipierung der eingesetzten Hard- und Software. Das umfasst auch die Auswahl geeigneter Software für Content-Entwicklung, Datenbanken, Kursverwaltung usw. Es 63 sollte darauf geachtet werden, welche der für die Benutzer gewünschten Funktionalitäten (z.B. Uploadmöglichkeiten, Videoconferencing,…) von der angeschafften Software unterstützt werden und welche erst integriert werden müssen (Programmieraufwand!). Weiters sollten mögliche zukünftige Ausweitungen der Services bedacht werden. - Personal- und Zeitaufwand für Hilfestellungen hinsichtlich Problemen mit Technik und Software. Das schliesst sowohl das Funktionieren der zentralen Serverfunktionalitäten ein wie auch Anfragen der Endnutzer, die von technischen Gebrechen bis zu fehlendem Knowhow in der Bedienung der zur Verfügung stehenden Programme reichen können. Für all diese Arten von Problemen sollten ausreichend viele Ansprechpersonen zur Verfügung stehen. Das impliziert die Sicherstellung geeigneter Supportmaßnahmen - in kleinerem Umfang „vor Ort“, d.h. überall dort, wo AusbildungsComputerarbeitsplätze zum Einsatz kommen, und - in größerem Umfang an den relevanten Knotenpunkten (Serverstationen). - Als weitere Folgekosten sind geeignete technische Einschulungsmaßnahmen des obengenannten Support-Personals zu verbuchen. - Personal- und Zeitaufwand für die Erstellung und mediengerechte Aufbereitung von Ressourcen. Wenn diese Tätigkeiten vereinheitlicht werden sollen, um gewisse technische und softwaremäßige Standards durchzusetzen (evtl. sogar in einer für das gesamte System einheitlichen integrierten Lernumgebung), werden auch hier entsprechende Einschulungskosten mitkalkuliert werden müssen. Erfahrungsgemäß sind die Kosten hier zunächst wesentlich höher als bei der Erstellung gedruckter Unterlagen („Skripten“). Der Rentabilitätseffekt liegt in der mittel- und langfristigen Perspektive, existierende Ressourcen schneller aktualisieren und überarbeiten zu können. - Personal- und Zeitaufwand für tutorielle Betreuung. Die genaue Palette an Aktivitäten, die von KursleiterInnen erwartet werden, sollte möglichst genau festgelegt werden, z.B. Moderation, Beantworten von Anfragen per E-mail, usw. Gegebenenfalls sind Einschulungen der BetreuerInnen nötig, insbesondere wenn eine integrierte Lernumgebung verwendet wird. 64 5. Möglichkeiten der Zusammenarbeit mit zivilen Bildungseinrichtungen - Ausbildungsangebote des österreichischen Bundesheeres, die im zivilen Umfeld von Relevanz sind, können – gegebenenfalls in Kooperation mit zivilen Anbietern, die über die nötige Infrastruktur verfügen und die entsprechenden Vermarktungsaufgaben übernehmen könnten – am allgemeinen Bildungsmarkt angeboten werden. Hier bestehen insbesondere die Möglichkeiten, Materialien frei zur Verfügung zu stellen, im Handel anzubieten oder bestimmten Sektoren (wie z.B. dem Schulbereich) zugänglich zu machen. - Im Falle von web-basierten Inhalten liefe eine Kooperation mit zivilen Bildungsanbietern auf die Integration in zivile „Bildungsnetze“ hinaus. - Das österreichische Bundesheer könnte Inhalte/Medien, die im zivilen Umfeld erstellt werden, (u.U. zu Vorzugsbedingungen) nutzen bzw. sich an der Erstellung solcher Inhalte beteiligen. (Hier sei besonders darauf hingewiesen, dass ein großer Teil der existierenden CBT-Software im Auftrag von Unternehmen – und kommerziellen Bildungsanbietern für die Abwicklung ihrer Kursangebote – entwickelt und im freien Handel kaum wahrgenommen wird. Dadurch resultieren einerseits De-facto-Marktlücken – die beim Anbieten eigener Produkte zu bedenken sind –; andererseits eröffnen sich dadurch Möglichkeiten für ressourcensparende Kooperationen). - Spezifische im Bundesheer vorhandene Kompetenzen (z.B. hinsichtlich Schulungssystemen, Ausbildungsmethodik, Sicherheitspolitik, Sprachausbildung,…) könnten in derartige Kooperationen eingebracht, Personal könnte für zivile Bildungsaktivitäten (z.B. web-basierte Kurse) abgestellt werden. - Allenfalls entwickelte Software, die (Aus-)Bildungszwecke unterstützt, könnte am zivilen Markt angeboten bzw. in Kooperationen eingebracht werden. - Weiters ist die gemeinsame Nutzung technischer Ressourcen (Standleitungen, Netzwerke, Server,…) auf der Ebene von Bildungsanbietern, Unternehmen, regionalen Initiativen oder staatlichen Schulbehörden denkbar. 65 6. Glossar technischer Begriffe ARPANET Vorläufer des Internets, benannt nach dem Advanced Research Projects Agency Information Processing Techniques Office (eine der Forschungseinrichtungen des Amerikanischen Verteidigungsministeriums) ASCII (American standard code for information interchange) Standardcode zur Darstellung von Groß- und Kleinbuchstaben (ohne z.B. die deutschen Umlaute), Ziffern, Sonder- und Steuerzeichen. Jedes Zeichen besteht aus 7 Bit, wodurch insgesamt 128 verschiedene Zeichen darstellbar sind. Es gibt auch einen erweiterten ASCII-Code mit 8 Bits für ein Zeichen. Dadurch können auch länderspezifische Zeichen wie die deutschen Umlaute abgebildet werden. ASP Active Server Pages, eine von Microsoft entwickelte Möglichkeit zum Erstellen von dynamischen Webseiten. Asynchrone Kommunikation Die Teilnehmer müssen nicht gleichzeitig miteinander kommunizieren. Telefonieren ist ein typisches Beispiel für synchrone Kommunikation, während Faxen ein Beispiel für asynchrone Kommunikation darstellt. Benutzerkonto Für gesicherte Computersysteme benötigt jeder Benutzer eine eigene Zugriffsberechtigung. Diese besteht normalerweise aus einem Benutzernamen und einem (geheimen) Passwort, mit dem sich der Benutzer gegenüber dem Computer ausweist. Die Kombination aus Zugriffsberechtigung und anderen vom Benutzer abhängenden Einstellungen wird als Benutzerkonto bezeichnet. Betriebssystem Programm, das direkt auf die Hardware des Computer zugreift und diese verwaltet. Die Anwendungsprogramme können über das Betriebssystem einfach auf die Funktionen des Computers zugreifen, ohne sich um eine spezielle Hardware kümmern zu müssen. Bit Kunstwort aus binary digit; kleinste Einheit in der Informationstechnologie, kann zwei Zustände beinhalten: Strom ein / Strom aus, ja / nein oder 0 / 1 Datenübertragungsraten werden zumeist in bit/s (Bit / Sekunde) angegeben. (kbps) 66 Browser (oder Web-Browser) Bezeichnung für ein Programm, das als Client von einem Benutzer eingesetzt wird und das HTML-Seiten darstellen kann. Die verbreitetsten Browser sind heute der Microsoft Internet Explorer und der Netscape Navigator. Byte Die Speicherkapazität von Computern wird in Byte gemessen. Technisch besteht ein Byte aus der Kombination von 8 Bit. Kombinatorisch kann ein Byte daher 256 (= 28) verschiedene Zustände beinhalten. Meistens werden diese Zustände als die Zahlen 0 bis 255 interpretiert. Anschaulich kann ein Byte mit einem Zeichen gleichgesetzt werden. 1000 Byte könnten also einen Text von 1000 Zeichen speichern. Üblich sind die Bezeichnungen kB für Kilobyte (= 1024 Byte) oder MB für Megabyte (= 1024 kB). CBT computer based training; Computerunterstützes Lernen: Im Gegensatz zum moderneren WBT umfaßt dieser Begriff alles was mit Lernen und Ausbildung mit Unterstützung eines einzelnen Computers zu tun hat. CD-ROM Speichermedium, das bis zu 640 MByte Daten aufnehmen kann. Normale CD-ROMs können nur gelesen werden. Es gibt aber auch CD-Rs, die mit speziellen Brennern einmal beschrieben werden können und CD-RWs, die mehrmals beschrieben werden können. CGI common gateway interface: regelt wie der Datenaustausch zwischen einem Web-ServerProgramm und einem externen Programm abläuft, das anhand von Daten, die ein Benutzer im Browser eingegeben hat, eine dynamische Webseite erstellt. Chat Unter Chat versteht man eine Live-Online-Kommunikation zwischen mindestens zwei Teilnehmern. Die Teilnehmer werden dabei formlos zusammengeschalten und können ihre Meinung zu bestimmten Themen äußern. Client Ein Computer, der die Datenbestände, Ressourcen oder Peripheriegeräte eines Servers nutzt. Daemon (Dämon, Demon) Eigentlich die Abkürzung für Disk And Execution MONitor. Bezeichnung für ein Programm, das im Hintergrund auf bestimmte Ereignisse wartet. Diese Ereignisse dienen dann als Auslöser für eine bestimmte Aktion des Daemons. 67 DHTML (dynamisches HTML) steht für das Zusammenwirken von HTML, JavaScript und Style Sheets (Möglichkeit zur Beeinflußung des Seitenlayouts) zum Erzielen von dynamischen Effekten mit normalerweise statischen HTML-Dokumenten. Diskussionsforum Bezeichnung für eine kommunikationstechnische Plattform mit deren Hilfe auf elektronischem Weg durch Austausch von Nachrichten Diskussionen zwischen Benutzern geführt werden können. Download Damit wird der Vorgang bezeichnet, bei dem Daten aus einem Netzwerk (meistens dem Internet) auf den eigenen Rechner heruntergeladen werden. DVD Digitale Versatile Disc. Eine DVD hat die gleichen Abmessungen wie eine CD. Im Gegensatz zu dieser können aber beide Seiten beschrieben werden und sie hat eine Speicherkapazität von bis zu 17 Gbyte. Eine normale DVD kann nur gelesen werden. Es gibt aber auch hier beschreibbare (DVD-R) und wiederbeschreibbare (DVD-RAM) Ausführungen. E-Mail Elektronische Mail: entweder der Dienst zum Versenden von Nachrichten in rein elektronischer Form oder eine Bezeichnung für die Nachricht selbst Extranet Ein Extranet ist eine Erweiterung eines Intranets und ist mit dem Internet verbunden. Externe Benutzer mit entsprechenden Rechten können über das Internet auf die Dienste im Extranet zugreifen. Forum Diskussionsforum FTP Über das File Transfer Protocol können Dateien von einem Computer zu einem anderen übertragen werden. Gateway In der Telekommunikation sind Gateways spezielle Computer, die inkompatible Netzwerke, d.h. Netzwerke in denen verschiedene Protokolle eingesetzt werden, miteinander verbinden. Header Vorspann in einem Datenpaket, der die Quell- und Zieladresse, eine Checksumme und andere Informationen enthält. Ein Paket kann mehrere Header beinhalten, wenn es durch mehrere Protokollebenen geschickt wird. 68 HTML Hypertext Markup Language, Seitenbeschreibungssprache für die Darstellung von Informationinhalten im Internet HTTP HyperText Transfer Protocol, das Basisprotokoll für das Übertragen von Informationen im Internet HTTPS im Gegensatz zu http, wird über das https-Protokoll eine sichere Verbindung aufgebaut. Dabei werden die gesendeten Daten verschlüsselt, so daß sie nicht von Unbefugten eingesehen werden können. Hypertext bezeichnet die Möglichkeit, mittels „Hyperlinks” aus Textstellen eines Dokuments heraus auf andere Dokumente bzw. eine andere Textstelle im selben Dokument verweisen zu können. Im WWW wird dies meist mittels der Sprache HTML realisiert. Internet Das Internet ist ein weltweiter loser Verbund von einigen Millionen Computersystemen. Es ist ein System ohne zentrale Steuerung und Kontrolle und im wesentlichen ausfallsicher, da es für die Übertragung von Daten zwischen zwei Computern nicht nur einen möglichen Weg sondern zahlreiche gibt. Die Route, die die Daten nehmen, wird dynamisch immer wieder neu nach den verfügbaren Möglichkeiten gewählt. Intranet Mit Intranet werden private Netzwerkverbindungen bezeichnet, die meist dieselben Protokolle wie das Internet verwenden. Intranets können eine Verbindung zum Internet haben, wobei die internen Server aber vom Zugriff von außen geschützt werden. IP Internet Protocol: grundlegendes Protokoll, das für die Adressierung und Weiterleitung von Datenpaketen zuständig ist IP-Adresse weltweite eindeutige Adresse für eine Netzwerkschnittstelle, die aus vier Bytes besteht, die in der Form a.b.c.d nebeneinander geschrieben werden ISP Internet Service Provider: Bezeichnung für ein Unternehmen, das den Zugang zum Internet bzw. Internet-Dienste anbietet. Java systemunabhängige Programmiersprache, die von der Firma Sun entwickelt wurde 69 Javascript Scriptsprache, die in HTML-Seiten eingebettet ist kB kilo Byte = 1024 Byte kbps kilo bits per second = kbit/s, Geschwindigkeitsangabe für Datenleitungen: Anzahl der Bits, die pro Sekunde übertragen werden können. Konto Benutzerkonto LAN local area network: räumlich beschränktes Netzwerk (Gebäude oder zusammenhängendes Grundstück) Link Die Verbindungen zu einem anderen Dokument werden Links, in einem Hypertext-Dokument auch Hyperlinks genannt. Durch das Auswählen eines Links wird das dahinterliegende Dokument geöffnet. MB Mega Byte = 1024 kB = 1024 * 1024 Byte Modem dient zur Umwandlung (Modulation-Demodulation) von Computerdaten in Signale, die dann über ein Telefonnetz (mobil oder fest) übertragen werden können. Name-Server sind Rechner im Internet, die Informationen über die Struktur des Domain Name Space speichern und zugänglich machen. Netzwerk Mehrere miteinander vebundene, unabhängige Computer bilden zusammen ein Netzwerk. OSI-Referenzmodell (open systems interconnection, Kommunikation offener System) standardisiertes Modell für den Aufbau eines Netzwerkes 70 Paket Dateneinheit, die über ein Netzwerk geschickt werden kann. Ein Paket beinhaltet normalerweise die eigentlichen Nutzdaten und einen Header mit wichtigen Zusatzinformationen, die für das Protokoll benötigt werden. Die maximale Paketgröße hängt vom Übertragungsmedium und dem verwendeten Protokoll ab. Perl universelle Programmiersprache, die sich u.a. auch sehr gut für die Programmierung der CGI-Schnittstelle einsetzen läßt Plug-In ist ein Zusatzprogramm für einen Web-Browser Software, welches die Funktionalität erweitert. Protokoll ist eine Vereinbarung zwischen einem Sender und einem Empfänger über den Modus der Datenübertragung. Nur wenn sich beide Stellen an das Protokoll halten, kann eine Datenübertragung zustande kommen. Bei einer Netzwerkverbindung wird eine Vielzahl von Protokollen benötigt. RFC Request for Comments: Serie von Dokumenten, in denen die Protokolle des Internets beschrieben werden; im Web unter http://www.rfc-editor.org/rfc.html. Route In einem Netzwerk ist die Route der Weg vom Anfang bis zum Ziel. im Internet wird die Route des Datenflusses zwischen zwei Endpunkten dynamisch nach der Verfügbarkeit der Verbindung festgelegt. Router Ein spezialisierter Computer, der Datenpakete zwischen Netzwerken weiterleiten kann. Ein Router kann die Daten, die auf der IP-Ebene übertragen werden, interpretieren. Server Ein Rechner, der Datenbestände, Ressourcen und Peripherie verwaltet und sie auf Anforderung den angeschlossenen Rechnern (Clients) zur Verfügung stellt. SMTP Simple Mail Transfer Protocol, Standardprotokoll zum Senden und Empfangen von elektronischer Mail Streaming Audio- und Video-Daten können im WWW mittels eines Streaming-Systems übertragen werden. Dabei ist es nicht notwendig zunächst die gesamte Datei auf den Rechner 71 herunterzuladen, sondern das Abspielen erfolgt bereits während der Übertragung. Voraussetzung für den Einsatz der Streaming-Technologie ist die Installation einer entsprechende Software auf dem Rechner des Users. TCP/IP Unter dem Begriff TCP/IP versteht man die Protokolle, die für eine Übertragung im Internet benötigt werden. Telnet Ein Protokoll, das es ermöglicht, einen Computer als Terminal für einen Großrechner einzusetzen, wenn diese über ein Netzwerk verbunden sind. Upload Damit wird der Vorgang bezeichnet, bei dem Daten vom eigenen Rechner zu einem anderen Rechner (der sich meistens im Internet befindet) geschickt (hinaufgeladen) werden. URL Uniform Resource Locator: eindeutige Angabe für den Ort einer Datei bzw. Ressource. Eine URL besteht aus den drei Teilen: Protokollangabe, Rechnername und Zugriffspfad. Beispiel: http://programmer2000.com/ipv6/ WAN wide area network: im Gegensatz zum LAN ein Netzwerk, das über größere Entfernungen besteht WAP Architektur, die es ermöglicht, Informationen, die im Internet auf einem Server liegen, über ein Handy abzurufen. WBT web based training, Web unterstütztes Lernen, bezeichnet Lernsysteme, die auf Webtechnologien basieren Web Mit Web ist das WWW (world wide web) gemeint WWW world wide web: Weltweites Informationssystem, das auf unzähligen Hypertext-Dokumenten aufbaut, die durch Querverweise miteinander vernetzt sind WML Wireless Markup Language, Seitenbeschreibungssprache für Dokumente, die über ein WAPtaugliches Handy abgerufen werden können 72 XML eXtensible Markup Language: definiert die Syntax mit der individuelle Markup-Sprachen wie z.B. HTML entwickelt werden können 73 Literaturverzeichnis Andrew S. Tanenbaum, Computer-Netzwerke, Wolfram’s Verlag, 1992. Paul Albitz & Cricket Liu, DNS and BIND, O’Reilly, 1997. Chuck Musciano & Bill Kennedy, HTML The Definitive Guide, O’Reilly, 2nd Edition 1997. David Flanagan, JavaScript, O'Reilly, 1998 S. Guelich, S. Gundavaram & G. Birznieks, CGI Programming, O’Reilly, 2nd Edition 2000. P. Niemeyer & J. Knudsen, Learning Java, O’Reilly, 2000. B. Winkler, Das Internet, seine Routes, Server und Clienten – Eine Einführung in die Nutzung des Internet, im Web unter: http://www.uni-bayreuth.de/lehre/internet/vorlesung/net.html. Astrid Blumstengel, Entwicklung hypermedialer Lernsysteme, Juli 1998, im Web unter: http://dsor.uni-paderborn.de/organisation/blum_diss/titel.html. „Lernen per Internet“ – Vortragsreihe an der Technischen Universität Wien im Web unter: http://info.tuwien.ac.at/enzi/lernen/. 74
