Im Rahmen des BMBF-Föderprojekts GIMOLUS werden GIS- und modellgestützte Lernmodule für umweltorientierte Studiengänge erstellt. An diesem Projekt beteiligen sich mehrere Institute von verschiedenen Universitäten, die multimediale und interaktive Lernmodule entwickeln. Durch den Einsatz der internetbasierten Lernumgebung können komplexe interdisziplinäre Lehrinhalte anschaulich vermittelt werden, um so zu einer höheren Lerneffizienz beizutragen. Die jeweiligen Modulinhalte werden didaktisch sinnvoll und visuell ansprechend aufbereitet. Der Schwerpunkt liegt auf der Konzeptionierung und Implementierung angewandter Übungsaufgaben, die entweder mit dem Animationsprogramm Flash oder mit ArcGIS zu realisieren sind.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit sind zwei Lernmodule zu den Inhalten der Vorlesung GIS II am Institut für Photogrammetrie (IfP) der Universität Stuttgart entstanden. Zum einen das Modul „Hierarchische Datenstrukturen“, das sich mit verschiedenen Konzepten der logischen Strukturierung von Daten in einer Datenbank befasst. Zum anderen das Lernmodul „Linienglättung“, in dem unterschiedliche Verfahren der Linienglättung vorgestellt und umfassend erklärt werden. Bei der Entwicklung dieser Lernmodule standen Interaktivität und Anschaulichkeit der Lehrinhalte im Vordergrund.
Die Lernmodule stellen kompakte, in sich geschlossene Lernmodule für den Einsatz in der Präsenzlehre und zum Üben im Selbststudium dar. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Flash-programmierten Umsetzung der Animationen. Diese Flash-Animationen werden in einen XML-File integriert und gemäß der gimolus-standardisierten DTD (Document Type Definition) in die entsprechende modulare Form eingepasst. Nach Abschluss der Erstellung der mit allen Komponenten versehenen XML-Datei werden die gesamten Module auf der GIMOLUS Lernplattform hochgeladen und veröffentlicht.
Die Module sollen dem Studierenden unterschiedliche Möglichkeiten der Datenstrukturierung und der Linienglättung näher bringen, mögliche Probleme und Schwierigkeiten erläutern, und Anwendungsbereiche aufzeigen.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung und Problemstellung
2. Projekt „GIMOLUS“
2.1 Fachdisziplinen
2.2 Teilprojekte GFE und GEM
3. Lernmodule
3.1 Mediendidaktik
3.1.1 Einführung
3.1.2 Ansätze der Mediendidaktik: Programmierte Instruktion, Kognitivismus, Konstruktivismus
3.2 Lernmodul „Hierarchische Datenstrukturen“
3.2.1 Strukturierung raumbezogener Daten
3.2.2 Zugriffsmechanismen für raumbezogene Daten
3.2.3 Hierarchische Methoden „K-d-Baum“ und „Quadtree“
3.2.4 Aufbau des Lernmoduls „Hierarchische Datenstrukturen“
3.3 Lernmodul „Linienglättung“
3.3.1 Linienglättung und –ausdünnung
3.3.2 Linienglättung mit Vektorverfahren
3.3.4 Aufbau des Lernmoduls „Linienglättung“
4. Flash und XML
4.1 Flash
4.2 XML
5. Implementierung der interaktiven Trainingsprogramme
5.1 Trainingsprogramm „Quadtree“
5.1.1 Anforderungen an das Trainingsprogramm
5.1.2 Arbeitsfenster
5.1.3 Layerschema
5.1.4 Hauptalgorithmus
5.1.5 Quellcode
5.2 Trainingsprogramm „K-D-Baum“
5.2.1 Hauptalgorithmus
5.2.2 Quellcode
5.3 Trainingsprogramm „Linienglättung“
5.3.1 Anforderungen an das Trainingsprogramm
5.3.2 Arbeitsfenster
5.3.3 Layerschema
5.3.4 Quellcode
6. Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung interaktiver, internetbasierter Lernmodule für die geodätische Ausbildung im Rahmen des Projekts GIMOLUS. Ziel ist es, durch multimediale Techniken und interaktive Aufgabenstellungen komplexe Lehrinhalte zur Datenstrukturierung und Linienglättung anschaulich zu vermitteln und so die Lerneffizienz zu steigern.
- Entwicklung interaktiver Lernmodule mit Adobe Flash
- Mediendidaktische Konzeption von computergestützten Lernumgebungen
- Implementierung von Algorithmen zur hierarchischen Datenstrukturierung (Quadtree, K-d-Baum)
- Umsetzung von Verfahren zur Linienglättung und Linienausdünnung
- Integration der Flash-Module in eine XML-basierte Lernplattform
Auszug aus dem Buch
3.2.1 Strukturierung raumbezogener Daten
Die raumbezogenen Daten können mit den Hilfsmitteln des geometrischen, topologischen und thematischen Modellierens strukturiert werden. Die Datenstrukturen werden durch sogenannte Struktogramme beschrieben. Diese Struktogramme beinhalten den Datenfluss und die logische Zuordnung (Ralf Bill, Grundlagen der Geoinformationssysteme (Band I, Kapitel 5.5), Wichmann, 1999).
Vektordaten werden durch Parameter, Zellenzerlegung, Randbeschreibungen und Raumprimitiven (Punkte, Linien usw.) beschrieben. Daher erfolgt die Strukturierung der Vektordaten durch die Erzeugung von Parameterlisten, Zellennachweisen, Kanten- und Knotenlisten sowie der Kombination verschiedener Raumkörper. Die Strukturierung von Rasterdaten erfolgt durch das Enumerationsverfahren auf der Pixelebene. Das heißt, hochwertige Strukturen können nur durch die Kombination von Pixelgruppen erzielt werden. Die daraus resultierende Struktur ist z.B. das Oktree- bzw. Quadtree-Prinzip. In Tabellen werden auch Sachdaten, oder semantische Daten, angelegt. Dabei werden die Normierungen als Strukturierung der Daten verstanden. Die Normierung bezeichnet den Prozess der Automisierung, das heißt das Unterteilen der Tabellen mit beliebig vielen Attributen in einer Zeile und einer Spalte in viele Spalten mit jeweils nur einem Attributwert.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung und Problemstellung: Dieses Kapitel erläutert die Motivation für die Entwicklung interaktiver Lernmodule im Rahmen des GIMOLUS-Projekts und definiert den Fokus auf die Themen „Hierarchische Datenstrukturen“ und „Linienglättung“.
2. Projekt „GIMOLUS“: Hier wird das Gesamtprojekt GIMOLUS vorgestellt, dessen Ziel die Bereitstellung multimedialer Lerninhalte für umweltorientierte Studiengänge durch ein webbasiertes Schalenmodell ist.
3. Lernmodule: Dieses Kapitel behandelt die mediendidaktischen Grundlagen und führt in die inhaltlichen Themenbereiche der Datenstrukturierung und der Vektorverfahren zur Linienglättung ein.
4. Flash und XML: Hier werden die technologischen Werkzeuge Flash für die interaktive Animation und XML zur strukturierten Datenablage als Basis der Lernmodule diskutiert.
5. Implementierung der interaktiven Trainingsprogramme: Dieses umfangreiche Kapitel detailliert die technische Umsetzung der Algorithmen für Quadtree, K-d-Baum und die verschiedenen Linienglättungsverfahren mittels ActionScript.
6. Zusammenfassung: Das Fazit fasst die Ergebnisse zusammen und betont den Mehrwert der interaktiven Vermittlung von GIS-Grundlagen in der akademischen Lehre.
Schlüsselwörter
GIMOLUS, GIS, Lernmodule, Flash, ActionScript, XML, Hierarchische Datenstrukturen, Quadtree, K-d-Baum, Linienglättung, Linienausdünnung, Douglas-Peucker-Algorithmus, Reumann-Witkam-Algorithmus, Mediendidaktik, E-Learning
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit dokumentiert die Konzeption und technische Implementierung von zwei interaktiven, webbasierten Lernmodulen für den Bereich Geoinformationssysteme (GIS).
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die Schwerpunkte liegen auf den Gebieten der hierarchischen Datenstrukturen (insbesondere Quadtree und K-d-Baum) sowie auf verschiedenen Verfahren zur Linienglättung und Linienausdünnung.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das primäre Ziel ist die Entwicklung didaktisch aufbereiteter, interaktiver Übungsprogramme, die es Studierenden ermöglichen, komplexe GIS-Zusammenhänge selbstständig am Computer zu erarbeiten.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird ein entwicklungsbasierter Ansatz verfolgt, der mediendidaktische Prinzipien (Konstruktivismus) mit der technischen Implementierung mittels Flash und XML kombiniert.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Einführung in die Datenstrukturierung und Glättungsverfahren sowie die detaillierte Beschreibung der Algorithmen und des Quellcodes für die Flash-basierten Animationen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich am besten durch Begriffe wie GIMOLUS, GIS, E-Learning, Flash-Animation, Algorithmen-Visualisierung und Geodatenmanagement beschreiben.
Wie unterscheidet sich die Programmierung von Quadtree und K-d-Baum?
Beide nutzen ähnliche Ansätze zur Raumteilung, unterscheiden sich jedoch in der Logik der Unterteilung (rekursives Quadtree vs. alternierende vertikale/horizontale Teilung beim K-d-Baum).
Warum wurde Flash als Entwicklungsumgebung gewählt?
Flash ermöglicht plattformunabhängige, vektorbasierte Interaktivität, die durch die Programmiersprache ActionScript die komplexe Steuerung von Animationen und Algorithmen zulässt.
Welche Bedeutung hat XML für die Lernmodule?
XML dient als Metasprache zur formalen Definition der Modulstruktur, was die Konsistenz und Einheitlichkeit der Lerninhalte über verschiedene Autoren hinweg gewährleistet.
- Quote paper
- Dipl.-Ing. Eugen Steinbrenner (Author), 2004, Internetbasierte interaktive Lernmodule zur hierarchischen Datenstrukturierung und zur Linienglättung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/122431
