Entwicklung eines Lehr- und Lernprogramms (CBT) zum Thema Computerschnittstellen und Bussysteme

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung und Aufgabenstellung

2 Multimediale Lehr- und Lernsoftware
2.1 Computergestütztes Lernen
2.1.1 Definition von Lernsoftware
2.1.2 Arten von Lehr- und Lernsoftware
2.1.3 Einordnung in das Spektrum didaktischer Medien
2.2 Vergleich verschiedener Lernmedien
2.2.1 Vor- und Nachteile von Lehr- und Lernsoftware
2.2.2 Perspektiven
2.3 Anforderungen an eine Lehr- und Lernsoftware
2.3.1 Allgemeine softwareergonomische Richtlinien
2.3.2 Informationsdarstellung
2.3.3 Navigationssysteme
2.4 Pädagogische Kriterien
2.4.1 Grundüberlegungen zum Einsatz von Computern im Unterricht
2.4.2 Argumente für den Computereinsatz
2.5 Multimediale Anwendungen
2.5.1 Anforderungen an multimediale Anwendungen
2.5.2 Multimediale Anwendungsfelder und Beispiele
2.6 Interaktion
2.6.1 Multimodalität
2.6.2 Interaktionsaufgaben, Interaktionsformen und Interaktionsziele
2.6.3 Interaktionen für multimediale Anwendungen
2.6.4 Design von Interaktionskomponenten

3 Pflichtenheft
3.1 Zielbestimmung
3.1.1 Mindestanforderungen
3.1.2 Wunschkriterien
3.1.3 Abgrenzungskriterien
3.2 Produkteinsatz
3.2.1 Anwendungsbereiche
3.2.2 Zielgruppen
3.3 Produktkonfiguration
3.4 Qualitätsanforderungen
3.5 Benutzerschnittstelle
3.5.1 Benutzermodell
3.5.2 Kommunikationsstrategie
3.5.3 Kommunikationsaufbau
3.6 Entwurf globaler Testfälle
3.6.1 Testfall 1 - Systemeinstellungen
3.6.2 Testfall 2 - Manipulation und Darstellung der Daten
3.6.3 Testfall 3 - Programmsteuerung
3.6.4 Testfall 4 - Kompatibilität zur Hard- und Software
3.6.5 Testfall 5 - Inhaltliche Struktur und Aufbau

4 Lösungsansätze
4.1 Allgemeines
4.2 OS/
4.3 X-Window - Umgebung
4.4 Microsoft Windows (3.xx und Windows 95)
4.5 Autorensysteme
4.5.1 Anforderungen an Autorensysteme
4.5.2 Funktionsweise von Autorensystemen
4.5.3 Vergleich

5 Das Autorensystem Multimedia ToolBook
5.1 Überblick
5.2 Autoren- und Leserebene
5.3 Programmieren in ToolBook
5.3.1 OpenScript
5.3.2 Beispiele für Behandlungsroutinen und Funktionen
5.4 Objekte und ihre Eigenschaften
5.5 Unterstützung multimedialer Elemente

6 Schritte zur Entwicklung des Programms
6.1 Vorbereitung
6.2 Entwicklung
6.2.1 Objekterzeugungsphase
6.2.2 Verbindungsphase
6.2.3 Generierungs- und Programmierphase
6.2.4 Präsentationsphase

7 Entwurf
7.1 Besonderheiten der Programmierumgebung
7.2 Materialsammlung und Spezifikation der Medientypen
7.3 Vertriebsart
7.4 Hardware- und Systemanforderungen
7.5 Inhaltliche Themenwahl
7.6 Programmstruktur
7.7 Funktionenmodell mit Datenflußdiagrammen
7.7.1 Kontextdiagramm
7.7.2 Übersichtsdiagramm
7.8 Festlegen der Programmeigenschaften
7.8.1 Bucheigenschaften
7.8.2 Ansichtsobjekteigenschaften
7.8.3 Hintergrund- und Seiteneigenschaften
7.9 Entwurf universeller Steuerelemente
7.10 Bedienoberfläche
7.10.1 Das Hauptfenster
7.10.2 Das Hilfefenster
7.11 Entwurf des Tests und der Testfragen

8 Implementierung und Programmbeschreibung
8.1 Allgemeines
8.2 Hinweise zu den Skripten
8.3 Das Buch
8.4 Programmsteuerung
8.5 Einbindung der multimedialen Komponenten
8.5.1 Grafik
8.5.2 Symbole und Mauscursoreigenschaften
8.5.3 Klangeffekte und Sprachausgabe
8.5.4 Videos und Animation
8.6 Beschreibung der Programmteile
8.6.1 Die Menüs
8.6.2 Darstellung der Themeninhalte
8.6.3 Das Inhaltsverzeichnis
8.6.4 Das Begriffslexikon
8.6.5 Der Wissenstest
8.6.6 Das Hilfefenster
8.6.7 Soundtest und Systeminformation
8.7 Installation und Programmstart

9 Systemtest
9.1 Hinweise zu den Tests
9.2 Testfall 1 - Systemeinstellungen
9.3 Testfall 2 - Manipulation und Darstellung der Daten
9.4 Testfall 3 - Programmsteuerung
9.5 Testfall 4 - Kompatibilität zur Hard- und Software
9.6 Testfall 5 - Inhaltliche Struktur und Aufbau

10 Zusammenfassung und Ausblick

Buchskript

Fragebogen zur Bewertung der Lösung

Abbildungsverzeichnis

Quellennachweis

Erklärung zur Urheberschaft

1 Einleitung und Aufgabenstellung

In der heutigen Zeit entwickelt sich das Lernen immer mehr zu einem lebenslangen Prozeß. Die berufsbegleitende Aus- und Weiterbildung wächst in Dimensionen, die schon aus organisatorischen Gründen oft nicht mehr mit dem klassischen, zentral abgehaltenen Unterricht zu bewältigen ist. Die Aus- und Weiterbildung einer leistungsfähigen Gesellschaft sollte permanent in allen Bereichen auf möglichst hohem Niveau stattfinden. Eine wesentliche Bedeutung kommt dabei der Gestaltung der Wissensvermittlung zu. Damit verbunden ist die Notwendigkeit einer frühzeitig einsetzenden Erziehung zur selbständigen Arbeit und einer systematischen Verbesserung der Lernmethoden. Eine Lehralternative für die Zukunft ist möglicherweise der „Computergestützte Unterricht“.

In den 70er Jahren wurde begonnen, über Möglichkeiten zu diskutieren, Software als Unterstützung des schulischen Unterrichts zu nutzen. Zu Beginn wurden, meist von einzelnen Lehrern/Lehrerinnen, Programme entwickelt, die dann aber nur vereinzelt im Unterricht eingesetzt wurden. Oft waren solche Programme auch „Nebenprodukte“ des Informatikunterrichts in den Schulen. Dadurch war die Gestaltung sehr eng an den persönlichen Programmierstil derjenigen geknüpft, die das Programm entwickelten. Die Softwaresysteme, die in dieser Zeit entstanden, konnte man grob in Software, die Wissen vermittelte (tutorielle Systeme) und Software, die vorhandenes Wissen abfragte (Drill & Practice) einteilen. Diese Art des Lernens war oft noch eine Verschlechterung der Unterrichtssituation. War im normalen Unterricht noch ein Medien- und Methodenwechsel möglich (Gruppenarbeit, Tafel, Overheadprojektor), so wurde bei den damals noch textlich-orientierten Softwaresystemen die Aufnahme des Wissensstoffs ausschließlich auf den Text und die Kontrolle des Wissens auf eine Frage-Antwort-Form reduziert. Mit der rasanten Entwicklung der Computertechnik ist es möglich geworden, diesen Mangel zu beheben. Durch interaktive Lernsysteme und die Einbeziehung von multimedialen Komponenten in die Lehr- und Lernsoftware wurde die bisherige Lernwelt stark verändert. Selbstorganisiertes, eigenständiges und individuell abgestimmtes Lernen gewann an Bedeutung. Computergestützter Unterricht sollte nun den Lernenden die Durchführung eines weitgehend selbst bestimmbaren Lernprozesses ermöglichen. Jetzt konnte man Zeit, Ort, Tempo und in gewissen Grenzen auch die Abläufe des Lernens selbst festlegen.

Der Begriff Multimedia ist zur Zeit „in aller Munde“. Es werden kaum noch Computer angeboten, die nicht eine komplette Multimedia-Station darstellen. Nahezu jede Anwendung verspricht ein Multimedia-Erlebnis. Somit scheint Multimedia eine Art „Qualitätsmerkmal“ in der heutigen Zeit geworden zu sein. Multimedial vermittelte Inhalte scheinen die Effektivität des Lernens zu verbessern, da hier das bloße Konsumieren fremder Erfahrungen vom eigenen Erleben abgelöst wird. Prognosen sehen ein Marktvolumen für interaktive, multimediale Anwendungen von vielen Milliarden Dollar für die nächsten Jahre vor. Interaktivität und Multimedialität bieten sicherlich einige Vorteile gegenüber klassischen Lehrbüchern und Filmen. Gerade in technisch-naturwissenschaftlichen Feldern, bei denen selbst Lehrkräfte mit einem Stück Kreide in der Hand nicht mehr wissen, wie sie das häufig komplexe technische Wissen vermitteln sollen, bieten sich interaktive, multimediale Lernsysteme als effiziente Alternative an. Besonders die Visualisierung komplexer technischer Abläufe mit Hilfe von hochwertigen Videos oder Animationen vereinfacht den Wissenstransfer an die Lernenden.

Wie im gesamten Bereich der Aus- und Weiterbildung spielt auch an der FHTW-Berlin der Einsatz von computergestütztem Unterricht eine immer bedeutendere Rolle. In den verschiedenen Laboreinrichtungen der Hochschule sowie zur Unterstützung der Wissensvermittlung in den Vorlesungen sind Computer längst nicht mehr zu ersetzen. Auch an der FHTW-Berlin wurden im Bereich des computerunterstützten Unterrichts schon einige Projekte durchgeführt. Dabei sind bisher alle multimedialen Fähigkeiten moderner Computersysteme nur selten eingesetzt worden.

Diese Diplomarbeit hat das Ziel, Lehrveranstaltungen der FHTW, insbesondere Informatikveranstaltungen des Fachbereichs 3 (Informationstechnik/Elektronik), mit dem Thema „Computerschnittstellen und Bussysteme“ methodisch und didaktisch durch den Einsatz eines multimedialen Lehr- und Lernprogramms zu unterstützen. Durch das Programm sollen sich einerseits Studenten mit den Themengebieten zu den Vorlesungen interaktiv vertraut machen können, andererseits soll das Programm den Lehrkräften die Möglichkeit geben, komplexes Wissen auch mit Hilfe einer Software zu vermitteln. Das zu entwickelnde Programm soll unter einer grafischen Oberfläche als ein selbständiges Programm arbeiten.

Ausgangspunkt dieser Arbeit ist eine Untersuchung zur Integration des Computers sowie interaktiver multimedialer Lehr- und Lernprogramme in die Aus- und Weiterbildung. Es soll dabei analysiert werden, ob der Einsatz von Computern im Unterricht als Lernmedien sinnvoll ist und ob das computergestützte Lernen als eine Form der Unterrichtsmethode andere Formen sinnvoll ergänzen oder als eigenständige Unterrichtsform aufgefaßt werden kann. Dazu sind ebenfalls Vor- und Nachteile von Lehr- und Lernsoftware herauszuarbeiten sowie wichtige Begriffe wie z.B. „Multimedia“ und „Interaktion“ zu erläutern. Es sollen die Grundlagen des Lernprozesses und deren Implikationen auf die Gestaltung von Lernsoftware untersucht werden. Die Vorüberlegungen zum Gestaltungsprozeß interaktiver, multimedialer Lehr- und Lernprogramme (Softwareergonomie, Didaktik) sollen die verschiedenen Gestaltungselemente des zu entwickelnden Programms bestimmen.

In einem Pflichtenheft sind die wichtigsten Kriterien zur Entwicklung und zur Gestaltung des Programms zu spezifizieren. Nach einer begründeten Entscheidung für die Programmierplattform (Betriebssystem) und der Entscheidung für eine spezielle Programmiersprache sowie deren Beschreibung sollen die zu beachtenden Aspekte bei der Entwicklung von multimedialen Lehr- und Lernprogrammen für den Unterricht erläutert werden. Dazu sind wichtige allgemeine Schritte darzustellen, die den Entwurf und die Implementierung solcher Software unterstützen. Es soll also gezeigt werden, nach welchen Gesichtspunkten ein solches Programm entwickelt werden kann. Danach sind Entwurf und Implementierung des Programms detailliert zu beschreiben. Dabei soll neben der notwendigen inhaltlichen Analyse zu den vorgegebenen Themengebieten auch auf die gewählte Modellierung und Strukturierung der Software Wert gelegt werden. Die zu vermittelnden Informationen sind grafisch ansprechend aufzuarbeiten. Anhand von speziellen Beispielen oder Animationen sollen komplexe Abläufe vom Benutzer nachvollzogen werden können. Das Programm muß eine selbsterklärende und einheitliche Bedienoberfläche besitzen und nur eine kurze Einarbeitungszeit beanspruchen. Abschließend ist die Software anhand spezieller, im Pflichtenheft definierter Teststrategien, auf mögliche Fehler hin zu untersuchen.

2 Multimediale Lehr- und Lernsoftware

2.1 Computergestütztes Lernen

Es stellt sich die Frage, ob der Einsatz von Computern im Lernprozeß lediglich eine Notlösung angesichts mangelnder Ausbildungsressourcen darstellt und die zur Verfügung stehende Zeit der Lernenden nicht ausreicht, um andere Lernmethoden effektiv zu nutzen oder ob computergestütztes Lernen darüber hinaus bisher ungenutzte Möglichkeiten erschließt.

„Es liegt nahe, das Medium Computer schon frühzeitig in das Lernumfeld zu integrieren, damit wir nicht nur am Rechner als Unterrichtsergänzung beliebiges Wissen erwerben, sondern darüber hinaus gerade auch den Computer selbst rechtzeitig als Werkzeug für den gezielten Umgang mit Wissen kennenlernen.“

Der mittlerweile große Umfang an kommerziell verfügbarer Software für computergestützte Lehr- und Lernanwendungen deutet auf die Existenz eines Absatzmarktes für derartige Produkte hin. Zahlreiche Konferenzen mit Schwerpunkt im computergestützten Lernen zeigen das gegenwärtige Interesse des wissenschaftlichen Fachpublikums. Neben der gegenwärtig geforderten Effizienzsteigerung des Lernens bewirken auch zwei aktuelle technologische Entwicklungen, daß verschiedene Bereiche intensiver untersucht werden, welche die effektive Nutzung des Computers im Lernprozeß zum Gegenstand haben.

Dies sind:

- Fortschritte der multimodalen Fähigkeiten moderner Computer (siehe 2.6.1)
- Fortschritte der Kommunikationstechnik

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2.1: Ursachen für die Untersuchung zur Nutzung des Computers im Lernprozeß

2.1.1 Definition von Lehr- und Lernsoftware1

Unter Lehr- und Lernsoftware versteht man alle Programmsysteme, die der computergestützten Vermittlung bzw. Vertiefung von Wissen dienen. Mit diesen Systemen kann sich der Lernende Wissen programmgesteuert, im interaktiven Dialog und auf den verschiedensten Wissensgebieten aneignen. Die Software stellt eine Ergänzung zu traditionellen Lernmitteln dar. Es können komplexe Sachverhalte durch Verbindung von Text, Bild, Ton, Video und Animation besonders gut veranschaulicht werden (multimediale Software).

Der Begriff Softwaresystem wird verwendet, um damit anzudeuten, daß Lehr- und Lernprogramme manchmal spezielle Hardware benötigen, um überhaupt lauffähig zu sein (z.B. CD-ROM-Laufwerk, Soundkarte). Mit dem Begriff System wird dieser Sachverhalt ausgedrückt.

In den unterschiedlichen Einsatzgebieten haben sich auch unterschiedliche Begriffe gebildet, die sich aber in ihrer Bedeutung nicht wesentlich unterscheiden. Im wissenschaftlichen Bereich spricht man von Computer Assisted Instruction (CAI), bei konventionellen Ansätzen von Intelligent Computer Assisted Instruction (ICAI). Bei Softwaresystemen in der Unternehmenspraxis werden die Begriffe Computer Based Training (CBT) und Computerunterstützter Unterricht (CUU) verwendet.

2.1.2 Arten von Lehr- und Lernsoftware

Man unterscheidet entsprechend dem Grad an Interaktivität zwischen den Softwaresystemen und dem Anwender. Betrachtet man die Rolle des Lernenden im Dialog mit dem Lehrsystem, so gibt es drei Interaktionsstile2 :

- systemgesteuerter Dialog
- lerngesteuerter Dialog
- gemischt-initiativer Dialog

In der ersten Variante sind die Dialogschritte im wesentlichen vom System vorgegeben. Der Lernende nimmt in der passiven Rolle Informationen auf und reagiert auf Anfragen und Vorgaben des Systems.

Den zweiten Stil bildet der lerngesteuerte Dialog, bei dem sich der Lernende frei nach seinen Vorstellungen im System bewegen bzw. dieses manipulieren kann. Der Computer reagiert auf die Eingaben oder Befehle des Benutzers und führt bestimmte Funktionen aus.

Zwischen den beiden Extremen liegt der gemischt-initiative Dialog. Bei diesem Interaktionsstil übernehmen Lernender und System jeweils wechselnd aktive und reaktive Rollen. Nach einer Lerninitiative folgt z.B. ein systemgeführter Dialog, der wiederum beim menschlichen Partner zu weiterem Nachhaken und damit zu neuen Initiativen führt.

2.1.3 Einordnung in das Spektrum didaktischer Medien

Reines Lesen muß nicht automatisch zu Wissen führen, sondern der Lernstoff sollte gezeigt bzw. in der Praxis angewandt werden, um so das Gelesene in Wissen umzuwandeln. Konventionelle Lehr- und Lerntechniken berücksichtigen dies nur unzureichend. Neue computerunterstützte Methoden hingegen fördern besonders den Dialog und die Anwendung des Erlernten.

Lehr- und Lernsoftware basiert auf einer Folge von kleinen Lernschritten. Über die Interaktion mit dem Programm ausgelöst, durchläuft der Benutzer einen Lernprozeß. Die Frage- und Antwortinteraktion verstärkt die Aufnahme des Wissens im Gedächtnis. Außerdem hat der Lernende eine sofortige Wissenskontrolle.

Die folgende Grafik zeigt die Einordnung von Lehr- und Lernsoftware (CAI und ICAI) in das Spektrum didaktischer Medien im Zusammenhang mit deren Interaktion und Individualität.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2.2: Flexibilität von Lehrmethoden1

2.2 Vergleich verschiedener Lernmedien

Jedes Lernmedium hat seine charakteristischen Eigenschaften. Es sollen nun verschiedene Medien untersucht und miteinander verglichen werden. Dazu gehören:

- Bücher
- Audiovisuelle Medien
- Computersoftware

Das Buch eignet sich am besten zur Übermittlung großer Mengen geschriebenen Textes und zur Darstellung statischer Bilder in hoher Qualität. Die Geschwindigkeit der Informationsaufnahme wird durch den Benutzer bestimmt. Das Auffinden bestimmter Information ist relativ leicht, wenn sich das Gesuchte im Inhalts- oder Stichwortverzeichnis befindet. Dynamische Information kann ein Buch nur indirekt vermitteln, die Qualität der Informationsübertragung hängt von den sprachlichen Fähigkeiten des Autors und des Lesers ab. Das Buch ist das einzige Medium, dessen Benutzung energieunabhängig und damit auch ortsunabhängig ist.

Audiovisuelle Medien (z.B. Filme) sprechen mehrere Sinne gleichzeitig an, sie eignen sich besonders zur Übermittlung von dynamischen Vorgängen und von Emotionen. Die Darstellung von geschriebenem Text ist mit diesen Medien sehr schlecht. Wer liest schon den sehr langen Nachspann eines Films? Die Geschwindigkeit der Informationsaufnahme ist durch den Autor bestimmt. Informationsinhalte können vom Benutzer nicht gezielt ausgewählt werden.

Moderne computergestützte Medien bieten oft Vorteile beider oben genannten „klassischen“ Medien, nämlich akzeptable Textdarstellung und Animation bzw. Video. Wesentlich ist die Gleichzeitigkeit und Verknüpfbarkeit von Ton, Bild (Video) und Text. Als gänzlich neue, und möglicherweise wesentlichste, Möglichkeit kommt die Interaktivität hinzu, das heißt die unmittelbare Reaktion des Mediums auf Aktionen des Benutzers. Das Auffinden bestimmter Informationen ist erleichtert und automatisierbar.

Computergestützter Unterricht bedeutet für die Lehrenden einen beträchtlichen Mehraufwand an Zeit und Energie. Es gibt trotzdem gute Gründe, den Computer in der Lehre zu verwenden. Der vermehrte Aufwand kann eine höhere Qualität mit sich bringen. Künftige Entwicklungen auf dem Computersektor sollten die Basis für einen effizienteren Einsatz von Lehr- und Lernprogrammen schaffen.

Lehrmittel müssen von den Lernenden verwendet werden, damit sie ihr Ziel erreichen können. Daher stellt sich zunächst die Frage:

- Gibt es Lernsituationen, in denen ein Computerprogramm bei den Lernenden eine höhere Akzeptanz erreicht als ein Lehrbuch und somit auch über längere Zeit bevorzugt verwendet wird?

Erst wenn diese Frage mit „Ja“ beantwortet werden kann, ist es sinnvoll, zu prüfen, ob durch die Software auch eine höhere Effizienz des Lernens erreicht wird.

Es genügt aber nicht, daß Lernende mit Software lernen wollen. Bevor Schulen und Universitäten ihre Ressourcen in computergestützten Unterricht investieren, ist es notwendig, daß auch die Lehrenden überzeugt sind, daß es sinnvoll ist, Software in das Lehrmittelspektrum einzubeziehen.

2.2.1 Vor- und Nachteile von Lehr- und Lernsoftware

Nachteile

Computer sind vielen von uns fremd. Trotz der Tatsache, daß wir im sogenannten „Computerzeitalter“ leben, haben die meisten Lernenden noch nie zuvor selbständig mit einem Computer gearbeitet. Beim heutigem Stand der Technik ist der Computer noch nicht überzeugend besser als ein Lehrbuch, da er:

- zu schwer (zu wenig mobil),
- zu teuer,
- nicht standardisiert (verschiedene Betriebssysteme DOS, Unix, OS/2 usw.),
- zu wenig verbreitet ist und eine
- zu schlechte (den Leser oft ermüdende) Textdarstellung besitzt.

Die verschiedenen „Navigationswerkzeuge“ zur Software sind noch in einem experimentellen Stadium. Sie entsprechen nicht den sehr verschiedenen Bedürfnissen des individuellen Anwenders. Man kann dadurch leicht im Programm die Orientierung verlieren. Allerdings ist das, bei manchen Lernzielen, nicht unbedingt ein Nachteil. Die Fülle der neuen Möglichkeiten wirkt also auch verwirrend, abschreckend oder reizt zum Spielen und bewirkt dadurch einen Zeitverlust. Weitere Nachteile können sein:

- Die Isolierung des einzelnen Lernenden und dadurch kein direkter Wissensvergleich mit anderen Lernenden
- Fehlen unmittelbarer Hilfen beim Auftauchen unvorhergesehener Verständnisprobleme

Diese Nachteile sind für viele Lernende beunruhigend und für manchen Lehrer inakzeptabel. Bei einem Buch dagegen weiß man, daß man alles gelesen hat, wenn man bei der letzten Seite angekommen ist.

Vorteile

Die Verwendung von Computern zum jetzigen Zeitpunkt könnte man als eine „Investition in die Zukunft“ bezeichnen, da bereits die nächste Generation von Lernenden eine Einstellung mitbringen wird, die den Computer als selbstverständliches Werkzeug ansieht.

Computer werden in den nächsten Jahren sicher eine noch wichtigere Rolle als Nachschlagemedium und Fortbildungsmedium bekommen, da z.B. das „Suchen“ von speziellen Informationen mit einer Computerunterstützung wesentlich effizienter ist. Der Suchvorgang ist schneller und die Information hat meist eine höhere Aktualität.

Dynamische Vorgänge werden besser und vor allem leichter begreifbar am Computer dargestellt. Die Integration von Text, Animation und Ton ist nur mit dem Computer in befriedigender Weise zu erreichen. Die Wissensvermittlung kann in kleinen Portionen mit anschließender Überprüfung erfolgen. Haltungen wie: „Ich lerne es später“ oder „Prinzipiell verstehe ich sowieso alles“ werden dadurch vermieden. Wird dieser Ansatz jedoch übertrieben, könnte diese Lernmethode lästig oder sogar abschreckend wirken.

Mit einem Computerprogramm sind Interaktionen möglich. Hier ist aber das Potential noch lange nicht ausgeschöpft, und es ist zu hoffen, daß neue Programme diese Möglichkeit viel stärker nutzen. Querverweisen kann man mit der Hypertexttechnik leicht folgen. Auch Glossare, Zusatzinformationen oder weiterführende Erklärungen sind dadurch leicht aufrufbar. Beim Lesen von Texten treten immer wieder Verständnisprobleme auf, die auf den unterschiedlichsten Ebenen liegen können. Wenn das „Nachschlagen“ nur einen Tastendruck entfernt ist, steigt sicher die Bereitschaft des Lernenden, es auch wirklich zu tun.

Zusammenfassend kann man folgende Vorteile für die Nutzung von Lehr- und Lernsoftware aufzählen:

- Interaktiver Dialog zwischen Rechner und Mensch
- Lernen ohne Druck, Abbau von Scheu
- Anpassung an unterschiedliche Vorkenntnisse und Lerngeschwindigkeiten möglich
- Sofortige Wissenskontrolle
- Unendliche Wiederholungsmöglichkeit und Geduld des Computers
- Die Auswahl und die Aufeinanderfolge der Lerninhalte ist dem Lernenden freigestellt

2.2.2 Perspektiven

Die Frage, ob (Lehr-) Bücher durch Computerprogramme ersetzt und verdrängt werden, ist sicherlich wenig sinnvoll. Wie man bei der Entwicklung von Radio und Fernsehen gesehen hat, ergänzen die neuen Medien die alten, sie ersetzen sie aber nicht. Damit sich Lehr- und Lernprogramme in der Zukunft durchsetzen können, sind zwei wichtige Voraussetzungen notwendig:

- Der Umgang mit dem Medium Computer sollte anerkannten und für die Benutzer nachvollziehbaren, definierten Regeln folgen.
- Das Medium Computer muß in die schulischen und universitären Lehrpläne voll integriert werden.

Im Moment werden Lehr- und Lernprogramme nur von wenigen interessierten Lehrenden und Lernenden genutzt. Gerade für die Studenten bzw. Fernstudenten der technischen Fachrichtungen wäre eine multimediale Software zur Unterstützung und Wiederholung des Gelernten vorteilhaft, da komplexe technische Abläufe durch multimediale Komponenten besser dargestellt werden können.

Es ist zu erwarten, daß sich die Computertechnologie auch in den nächsten Jahren rasch weiterentwickeln wird. Handlichere und kostengünstigere Geräte mit besseren Hardwarekomponenten dürften die Akzeptanz des Lernmediums „Computer“ steigern.

Besonders stürmisch verläuft im Moment die Entwicklung von Lernsystemen, die über das World Wide Web (WWW) benutzbar sind. Diese Lernumgebungen bieten als besonderen Vorteil die fast vollständige Unabhängigkeit vom benutzten Computersystem sowie die Möglichkeit, weltweit auf das Lernsystem zugreifen zu können.

2.3 Anforderungen an eine Lehr- und Lernsoftware

Es lassen sich oft keine allgemeingültigen Anforderungen für Lehr- und Lernsoftware aufstellen. Die einzelnen Anforderungen werden stark von verschiedenen Gegebenheiten beeinflußt. Eine der wichtigsten Einflußgrößen auf die Einsetzbarkeit von Lehr- und Lernsoftware ist das Alter bzw. die damit verbundene Fähigkeit der Lernenden, den Lernprozeß in eigener Verantwortung zu gestalten. Weiterhin liegt es auf der Hand, daß Lehr- und Lernprogramme für den Universitätsbereich sich zwangsläufig von jenen, die im Schulunterricht eingesetzt werden sollen, hinsichtlich der Bewegungs- und Entscheidungsfreiheit der Benutzer erheblich unterscheiden.

Die folgenden Stichpunkte geben ein Beispiel für einen Anforderungskatalog, wie er für die Entwicklung einer interaktiven Lehr- und Lernsoftware vorgeschlagen werden könnte. 1 Allgemeingültige Anforderungen sind mit einem Sternchen (*) gekennzeichnet.

- Schnelles Laden des Programms und rasche Antwortzeiten auf Benutzereingaben. (*)
- Die Gestaltung der verschiedenen Bildschirmseiten soll durch eine ansprechende und vernünftige Verwendung von Text, Grafik, Farbe und Videos gekennzeichnet sein. (*)
- Viele Programmverzweigungen, also kein linearer Ablauf des Programms.
- Möglichkeit der Anforderung von Lösungshilfen durch den Benutzer.
- Vielfältige, motivierende und informierende Rückmeldungen an den Benutzer.
- Bei einer Wiederholung von Lehrstoff sollte anderes Aufgabenmaterial vorhanden sein als bei früheren Durchgängen.
- Vielfältige Interaktionsmöglichkeiten. (*)
- Der Benutzer sollte aktiv in die Ablaufsteuerung des Programms eingreifen können (Verkürzung oder Vertiefung der Stoffgebiete). (*)
- Auf Wunsch kann ein Ergebnisbericht und/oder Fehlerbericht für den jeweiligen Benutzer gespeichert oder ausgedruckt werden. Dies ist besonders in der Erprobungsphase des Programms wichtig.
- Es sollten jederzeit Unterbrechungsmöglichkeiten mit eventueller Zwischen- speicherung der bisher erreichten Ergebnisse des Benutzers möglich sein, um später an der gleichen Stelle wieder anfangen zu können.
- Das Programm sollte an geeigneter Stelle auch auf andere Medien, Hilfen usw. hinweisen. (*)

Weitere Anforderungen an Lehr- und Lernsoftware ergeben sich aus den Besonderheiten des Lernprozesses. Die Vorüberlegungen zur Gestaltung der zu entwickelnden Software bestimmen die verschiedenen Gestaltungselemente. Dazu zählen die:

- inhaltliche (z.B. Auswahl inhaltlicher Schwerpunkte, Strukturierung),
- grafische (z.B. Einsatz von Grafiken mit verschiedenen Funktionen),
- formale (z.B. Textformulierung, Aufbau des Bildschirmes),
- interaktive (z.B. Aufgaben, Zwischenfragen),
- und simulative Gestaltung (z.B. Modellierung von Sachverhalten in Anlehnung an die Realität).

2.3.1 Allgemeine softwareergonomische Richtlinien

Die Softwareergonomie beschäftigt sich mit der Anpassung von technischen Systemen an den Menschen, mit dem besonderen Verhältnis von Softwaresystemen und ihren Benutzern sowie mit der Berücksichtigung dieses Verhältnisses bei der Analyse, Gestaltung und Bewertung interaktiver Computersysteme.

Für die softwareergonomische Gestaltung gibt es verschiedene deutsche und internationale Normen. Es sollen nun anhand spezieller Kriterien die softwareergonomischen Anforderungen an Lehr- und Lernsoftware herausgearbeitet werden.

Die DIN-Norm „DIN 66234-Teil 8“ beschränkt sich auf die einheitliche Gestaltung des Bildschirmes und des Dialogs. In der ISO-Norm „ISO 9241-Teil 10“ werden ebenfalls wichtige Hinweise zur Entwicklung des Programms gegeben. Die Normen enthalten u.a. folgende Kriterien an die Softwareergonomie:

- Aufgabenangemessenheit
- Selbstbeschreibungsfähigkeit
- Steuerbarkeit
- Erwartungskonformität
- Fehlerrobustheit
- Erlernbarkeit

Aufgabenangemessenheit

Aus heutiger Sicht sollte eine Software mehrere Eingabemedien unterstützen (z.B. Maus, Tastatur). Für die Software ist es wünschenswert, wenn die direkte Manipulation von Objekten auch z.B. über einen Touchscreen möglich wäre. Dadurch würden spezielle Fähigkeiten, wie sie bei dem Gebrauch einer Maus benötigt werden, keinen Einfluß auf den Lernerfolg haben. Durch Touchscreens und große Bildschirme ist es zudem möglich, einen kooperativen Lernprozeß zu fördern.

Die Software sollte nicht das alleinige Medium des Lernens sein. Ein Medienwechsel kann durchgeführt werden, wenn in unterschiedlichen Stufen der Software größere Texte nachzulesen sind und dies durch Lesen in einem Buch geschehen muß. Auch ist es denkbar, daß nach Abschluß einer bestimmten Lernphase „normale Unterrichtsformen“ wie Gruppenarbeit, Frontalunterricht eingesetzt werden, um einerseits die Stoffaufnahme vielfältig zu gewährleisten und anderseits der monotonen Computerarbeit entgegenzuwirken.

Die Software soll zum Ausprobieren animieren. Deshalb sollten tadelnde Hinweise, wie z.B. „Das war schon wieder falsch !“, vermieden werden. Auch ist es wichtig, Fehler nicht mit lauten akustischen Signalen bekannt zu machen. Wichtiger sind Mittel, um die Fehler zu beseitigen.

- Rücknahmefunktionen auf mehrere Ebenen (Mehrstufiges Undo)
- Jederzeitige Korrekturmöglichkeit der Eingabe
- Hinweise auf näher erläuternde Hilfstexte oder Buchstellen

Selbstbeschreibungsfähigkeit

Zur Selbstbeschreibungsfähigkeit gehört vor allem eine durchgängige Benennung von Ein- und Ausgabefeldern und Aktionsschaltflächen. Die Anleitung zur Handhabung eines Programms sollte in mehreren Stufen erfolgen.

- Dynamische Hilfe: Kontextabhängige Hilfestellungen durch eine Statuszeile oder durch Betätigen einer bestimmten Taste (z.B. F1)
- Individuelle Hilfe: Verschiedene Hilfesysteme für Einsteiger und Experten (individuell einstellbar); Hierbei sind unterschiedliche Eigenschaften von Benutzern zu berücksichtigen. Einsteiger haben oft Schwierigkeiten mit dem System und erwarten genaue Beschreibungen von Kommandofolgen, die einfach und selbsterklärend sind. Experten erwarten, daß das System die Handlungsweise nicht einschränkt. Außerdem werden Kommandos für eine schnelle Interaktion erwartet.
- Aktive Hilfe: In Form von Assistenten oder animierten Beispielen

Steuerbarkeit

Zur Steuerbarkeit der Software gehört eine Eigendefinition der Lernschritte vom Benutzer. Programmschritte müssen jederzeit abgebrochen, übersprungen und/oder neu angesetzt werden können. Bei Simulationen oder Modellsoftware sollte jederzeit zwischen verschiedenen Ansichten hin und her geschaltet werden können (Tabellen, Grafiken, Formeln). Erforderlich ist die Vermittlung des Stoffs durch verschiedene Methoden/Medien (Nachschlagewerk, Tabellarisch, genauer Text). So können Informationen, die bereits gelernt wurden, übersprungen oder stichwortartig nachgelesen werden, andere Informationen intensiver gelernt werden.

Erwartungskonformität

Zur Erwartungskonformität gehört zunächst die Einhaltung des jeweiligen „Style-Guides“ der benutzten Plattform. Desweiteren muß ein programminterner „Style-Guide“ erstellt werden, der eine Konsistenz in der gesamten Programmumgebung gewährleistet. Dazu gehört unter anderem eine konstante Belegung von Hotkeys.

Fehlerrobustheit

Für besondere Lernsituationen sollte das System eine besondere Stabilität haben.

- Abfangen motorischer Fehlleistungen (z.B. durch große Schaltflächen)
- Besondere Fehlertoleranz, da mit dem System aus Fehlern gelernt werden soll.
- Kein Abstürzen des Systems bei unsinnigen Eingaben (z.B. Division durch 0)

Lernförderlichkeit

Es reicht nicht aus, Fehleingaben nur durch allgemeine Fehlermeldungen anzuzeigen (z.B. „Es ist ein Fehler aufgetreten !“). Ein exaktes Benennen, Markieren und Erläutern der Fehler hilft dem Anwender mehr. Dies gilt sowohl für Fehler innerhalb der Systembedienung als auch bei falschen Anworten oder falschen Berechnungen. Fehler sollten protokolliert oder gespeichert werden können, so daß sie im nachhinein reflektiert oder in der Gruppe diskutiert und gezeigt werden können.

Zusammenfassend kann man sagen, daß die allgemeinen softwareergonomischen Anforderungen an Lehr- und Lernsoftware höher sind als an „normale Software“. Die Aufmerksamkeit muß auf den zu lernenden Stoff gerichtet werden und nicht auf die Handhabung der Software selbst. Der Computer soll nur Medium und nicht Hindernis beim Lernen sein.

2.3.2 Informationsdarstellung

Die korrekte Darstellung der einzelnen Informationen entscheidet oft über die Nutzbarkeit und Akzeptanz des Programms. „Die Anordnung von Information ist erheblich von der jeweiligen Anwendungssituation sowie von der verfügbaren Bildschirmfläche abhängig. Trotzdem gibt es eine Reihe von Empfehlungen, die immer berücksichtigt werden sollten.“1 Für die Darstellung von Informationen auf dem Bildschirm werden folgende allgemeine Richtlinien definiert :2

- Logisch zusammengehörige Informationen sollten auf dem Bildschirm leicht erkennbar gruppiert werden.
- Durch die Verwendung von Abkürzungen läßt sich der Bildschirm ökonomisch und übersichtlich gestalten. Abkürzungen sollen konsistent verwendet werden.
- Unnötige Details sind möglichst zu vermeiden. Details können in mehrstufigen Hierarchien dargestellt werden.
- Daten sollten in gängigen Datenformaten dargestellt werden.
- Informationsgruppen, die gleichartig sind, sollten möglichst tabellenartig mit einer Tabellenüberschrift dargestellt werden.
- Die Informationsdichte (z.B. Anzahl der Buchstaben im Darstellungsraum) sollte 60 % nicht überschreiten, da die menschliche Aufnahmefähigkeit mit zunehmender Informationsdichte fällt.
- Die Anordnung der einzelnen Informationen sollte in einer günstigen Reihenfolge erfolgen. Günstige Reihenfolgen sind:
- eine Reihenfolge, wie sie bei der Arbeit benötigt wird
- eine Reihenfolge, nach der Wichtigkeit der Informationen
- nach der Häufigkeit, mit der die einzelnen Informationen benötigt werden
- Sortierreihenfolge (z.B. alphabetisch)

2.3.3 Navigationssysteme

Um einerseits eine effiziente Informationsfindung und Informationsauswertung zu erlauben und andererseits das Risiko des „in der Information Verlorengehens“ minimal zu halten, sollte ein Navigationssystem für ein Lehr- und Lernprogramm folgendermaßen gestaltet sein:

- dem Benutzer maximale Bewegungsfreiheit lassen, insbesondere zur „Entdeckung“ eigener Pfade durch das Programm,
- einem „verlorengegangenen“ Benutzer ermöglichen, zu einem ihm vertrauten Punkt zurückzukehren,
- dem Benutzer nach einer Pause den Wiedereinstieg in das System bei schon besuchten Informationseinheiten ermöglichen,
- gewährleisten, daß ein Benutzer auf alle relevanten Informationseinheiten zugreifen kann, auch wenn diese Informationseinheiten „sehr weit entfernt“ sind,
- auch ein im Umgang mit Computern unerfahrener Benutzer sollte ohne Probleme mit ihnen arbeiten können.

In der Literatur wird überwiegend die Meinung vertreten, daß ein optimales Navigationssystem aus zwei Komponenten bestehen sollte:

- einer Browsing-Komponente und
- einer IR- Komponente (IR = Information Retrieval).

Aufgabe der IR-Komponente sollte dabei sein, als Antwort auf eine Informationsanfrage einen oder mehrere Startpunkte zu finden, von denen aus der Benutzer schnellen und direkten Zugang zu allen relevanten Informationen hat (z.B. ein Inhaltsverzeichnis).

2.4 Pädagogische Kriterien

Die Entwicklung im Bereich der elektronischen Datenverarbeitung, Multimedia, Computernetzwerke, Datenautobahn usw. eröffnen neue Perspektiven für das Lernen. Die Integration dieser Dienste ermöglicht völlig neue Lernformen.

Die Pädagogik hat heute noch große Probleme beim Umgang mit Computern und elektronischer Datenverarbeitung. Langsam kommt seit 1996 eine Diskussion in Gang, die sich mit den Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes von Computern beschäftigt. Immer wieder spielt dabei die Frage eine Rolle, welche pädagogischen Bewertungskriterien zur Beurteilung der Qualität von Lehr- und Lernsoftware entwickelt sind oder entwickelt werden müssen. Die folgenden Bewertungskriterien könnten eine Orientierungshilfe sein:

- Alters- und Sachgemäße Kriterien
- Benutzerführung und Ergonomie aus pädagogischer Sicht
- Methodisch-Didaktische Kriterien
- Hilfe

Alters- und Sachgemäße Kriterien

Die pädagogische Entscheidung zum Einsatz von Lehr- und Lernsoftware hängt, wie auch beim Einsatz anderer methodisch-didaktischer Hilfsmittel, davon ab, ob das gewünschte Medium dem Alter und der Sache (Lernziel) entspricht.

Benutzerführung und Ergonomie aus pädagogischer Sicht

Die Software darf nicht den überwiegenden Teil der Aufmerksamkeit der Benutzer auf die Bedienung legen. Die Software sollte also keine zusätzlichen Probleme (Bedienung, Benutzerführung, Password-Klippen usw.) schaffen, die mit dem eigentlichen Lernzweck und Lernziel nichts zu tun haben. Benutzer von Lehr- und Lernsoftware sollten immer wissen, wo sie sich gerade im Programm befinden, wie sie an einen gewünschten Ort kommen, wo sie mit welchen Konsequenzen agieren können und wie sie Fehlbedienungen wieder rückgängig machen können.

Methodisch-Didaktische Kriterien

Einer der wichtigsten „Lernkatalysatoren“ ist der Erfolg. Entsprechende Erfolgserlebnisse müssen erreichbar sein. Dies bedeutet, das Programm darf nicht zu einfach (da sonst langweilig) und nicht zu schwer (da sonst zu frustrierend und wenig motivierend) sein!

Visualisierungshilfen sollten die einzelnen Lernschritte unterstützen. Das Programm muß Eingabefehler sofort als solche erkennen. Es sollte generell zwischen sachlich richtigen, aber von der Bedienung her falschen Eingaben unterscheiden und differenziert reagieren können. Dies fördert auch die Aufmerksamkeit und Konzentration. Auch eine Differenzierung nach verschiedenen Schwierigkeitsstufen ist möglich (z.B. Vokabeltrainer, die ihre Antwortzeiten flexibel einstellen lassen). Man sollte auch ein wenig Spaß am Programm haben, dann lernt man besser!

Hilfe

Hilfestrukturen in Programmen sollten davon ausgehen, daß man sie braucht, wenn man Fehler gemacht hat und/oder nicht mehr weiterkommt. Hilfen sollen ebenfalls auf das Alter der Benutzergruppen zugeschnitten sein. Der Lernerfolg ist am größten, wenn Rückmeldungen und Hilfen (auf eventuelle Eingabefehler) unmittelbar erfolgen.

Lehr- und Lernsoftware wird flexibler, wenn es dem Lehrer/Dozenten möglich ist, eigene Übungen und Beispiele einzubauen.

2.4.1 Grundüberlegungen zum Einsatz von Computern im Unterricht

Für den Einsatz von Computern im Unterricht gilt wie für jedes andere Medium die grundsätzliche Klärung einiger Fragen:

- Welche Voraussetzungen sachlicher Art liegen vor?
- Welche Voraussetzungen persönlicher Art liegen vor?
- Welche Lernerfolge können erzielt werden?
- Welchen Nutzen bringt der Computer dem Anwender?

Voraussetzungen sachlicher Art

Zu diesen Voraussetzungen zählen alle Angaben, die sich auf die Lernausstattung, die Räumlichkeiten, die Hard- und Software beziehen. Hierzu zählt auch der zur Verfügung stehende Zeitrahmen.

Voraussetzungen persönlicher Art

Dazu gehört die Motivation des jeweiligen Dozenten/Lehrers für den Einsatz von Computern in seinem Unterricht (erhöhter Zeitaufwand zur Einarbeitung usw.). Außerdem ist wichtig, welche Vorkenntnisse für den Einsatz der Software mitgebracht werden.

Erzielbare Lernerfolge

Der Einsatz von Computern im Unterricht muß berücksichtigen, welche Lernerfolge bei den verschiedenen Benutzern möglich sind. Hier gilt ebenfalls, daß eine Unterforderung sowie auch eine Überforderung für die Betroffenen demotivierend und frustrierend wirken können.

Welchen Nutzen bringt der Computer dem Anwender?

Der Einsatz von Computern hat bezüglich der Anwender mehrere Zielperspektiven:

- Sachlich-Fachliche: die Benutzer kommen inhaltlich voran, üben und vertiefen den Lernstoff
- Psychologisch-Persönliche: die Benutzer erhalten durch gezielte Lern- und Übungshilfen neue Erfolgserlebnisse und damit neue Lernzugänge
- Weitere Kenntnisse: die Benutzer erlernen durch die Arbeit am Computer verschiedene Fertigkeiten (z.B. Konzentrationsfähigkeit)

2.4.2 Argumente für den Computereinsatz

Für den Einsatz von Computern im Unterricht gilt wie für jedes andere Medium die grundsätzliche Klärung einer Frage:

Eignet sich das Medium für die vorgesehene Aufgabe oder kann ein anderes Medium die Zielsetzung genauso gut oder besser erreichen ?

Folgende Eigenschaften des Computers zeichnen ihn als Übungsmedium aus:

- Attraktivität
- Abgeschlossene Übungssituation
- Neutralität

Die Attraktivität des Computers als Übungsmedium

Erfahrungen in der Praxis haben gezeigt, daß der Einsatz des Computers im Unterricht zu einem hohen und länger andauernden Motivationsschub bei den Benutzern führt. Diese Motivation fördert natürlich die Bereitschaft zum Lernen.

Abgeschlossene Übungssituation

Die Arbeit am Computer reduziert das Aufmerksamkeitsspektrum, somit wird die Konzentration auf die jeweilige Aufgabe gefördert. Dies wird dadurch erreicht, daß der Computer relativ wenig Platz benötigt, daß keine weiteren Medien hinzukommen und die Übungsprogramme eine kompakte Arbeitssituation erzeugen. Das bietet gute Voraussetzungen für konzentriertes und individuelles Üben.

Neutralität

In Übungssituationen haben Benutzer den Computer besonders wegen seiner Neutralität (Verhältnis zum Benutzer) gelobt. Dabei spielt eine relativ große „Angstfreiheit“ eine wichtige Rolle. Ein Computer lacht den Benutzer nicht aus, quittiert Fehler nicht mit negativen Bemerkungen und akzeptiert ein unterschiedliches Lerntempo. Dies fördert die Motivation zur Weiterarbeit.

2.5 Multimediale Anwendungen

Gerade in den letzten Jahren verbesserten sich die grafischen und akustischen Fähigkeiten derart, daß jede für sich eigentlich kaum noch Wünsche offen läßt, zumal der Preisverfall in der Computerbranche dafür sorgt, daß sich auch Durchschnittskonsumenten diese Technik leisten können. Letztere Tatsache ist ganz entscheidend für die Existenz multimedialer Anwendungen, denn selbst die beste Software findet keinen breiten Absatz, wenn schon die hierzu benötigte Hardware nahezu unerschwinglich ist.

Multimediale Anwendungen sind Programme, die dem Benutzer Informationen durch den Einsatz unterschiedlicher Medien vermitteln. Medien sind in diesem Zusammenhang alle sensorischen Eindrücke, die der Mensch verarbeiten kann. Diese Sinne lassen sich folgendermaßen unterteilen:

- visuell (Sehsinn)
- auditiv (Gehörsinn)
- taktil (Tastsinn)
- vestibulär (Gleichgewichtssinn)
- olfaktorisch (Geruchssinn)
- gustatorisch (Geschmackssinn)

Multimedia steht heutzutage speziell für die Einbeziehung von visuellen, auditiven und vereinzelt auch taktilen sowie vestibulären Reizen. Die beiden letzteren sind besonders in der „Virtual Reality“ vertreten.

Mit Multimedia wird im weitesten Sinne die Integration von Unterhaltungselektronik, Informationsverarbeitung und Kommunikationstechnik bezeichnet. Den Computer könnte man dabei als „Schaltzentrale“ bezeichnen, um Informationen abzurufen und zu verwalten, wobei unterschiedliche Komponenten wie z.B. Modem, Video- und TV-Karte, Soundkarte und Netzwerkkarten koordiniert werden müssen.

Im engeren Sinne steht Multimedia für die Verknüpfung der Medien Video, Ton, Grafik und Text auf einem Computer unter einer einheitlichen Benutzeroberfläche.

Mit Multimedia ist es möglich, Informationen sehr variantenreich zu präsentieren und somit dem Anwender auch detaillierte Informationen durch Grafik, Audio, Video u.a. Medien zugänglicher zu machen als es konventionelle Methoden vermögen. Über Interaktion kann der Benutzer seinen eigenen, individuellen Weg durch eine multimediale Anwendung gehen.

2.5.1 Anforderungen an multimediale Anwendungen

Multimediale Anwendungen sollten folgende wichtige Kriterien erfüllen:

- Medienunabhängigkeit: Unterschiedliche Medientypen müssen unabhängig voneinander in multimediale Anwendungen integrierbar sein.
- Vermeidung von Hardwareabhängigkeiten: Die schnelle Entwicklung neuer Hardwaretechnologien verlangt eine Trennung der Anwendung von der Hardware. Eine multimediale Anwendung sollte auch dann noch laufen, wenn Geräteeinheiten ausgetauscht oder hinzugefügt werden. Außerdem sollte sie leicht auf andere Betriebssysteme portierbar sein.
- Echtzeitverhalten: Multimediale Anwendungen verarbeiten große Datenmengen. Es sollten Audio- und Videodaten trotzdem in Echtzeit ausgegeben werden können.
- Flexibilität: Eine multimediale Anwendung sollte auf einfache Weise erweitert und modifiziert werden können.
- Komfortabilität: Die grafische Benutzungsoberfläche sollte übersichtlich gestaltet und die Symbolik der jeweiligen Interaktionsfelder selbsterklärend sein.

2.5.2 Multimediale Anwendungsfelder und Beispiele

Schon lange versuchte der Mensch, Kommunikation nicht ausschließlich über ein einzelnes Medium zu vollziehen. Sei es die Gestik, Mimik oder die Intonation (die Art der Tongebung), die als zusätzliches Attribut einer Nachricht beigemischt werden kann. Heute können die neuesten Computer dieses Zusammenspiel teilweise nachbilden, da erst sie die technischen Möglichkeiten besitzen, datenintensive Übertragungsmedien wie Ton oder Bild zu verarbeiten. Innerhalb der Vielschichtigkeit multimedialer Anwendungsfelder kann man die folgenden Klassen unterscheiden:

- Unterhaltung

Die Unterhaltungsbranche bildet den weitaus größten Marktanteil von Multimedia-Applikationen, insbesondere in Form von elektronischen Spielen.

- Kommunikation

In diesem Bereich vollzieht sich der Wandel von rein textueller elektronischer Post zu einer Multimedialen. Der Text wird also mit Sprach- und Videosequenzen erweitert. Die Entwicklung der Telefonnetze zu digitalen Netzen ermöglicht auch hier die Einbindung von multimedialen Komponenten wie das Bildtelefon und Videokonferenzen.

- Aus- und Weiterbildung

Der Einsatz von CBT-Anwendungen in schulischer und betrieblicher Ausbildung wird durch zwei Argumente gerechtfertigt. Untersuchungen und Erfahrungen haben gezeigt, daß durch multimedial vermitteltes Wissen ein besserer Lernerfolg und eine deutlich höhere Lernmotivation erzielt werden kann. Dieser Lernerfolg wird in kürzerer Lernzeit erreicht, was zusätzlich zu einer Verringerung der Ausbildungskosten führt.

- Werbung, Produkt- und Firmenpräsentation

Damit ein Produktname im Gedächtnis der Verbraucher haften bleibt, muß die entsprechende Werbung oder Präsentation möglichst effektvoll sein und viele Sinne ansprechen. Auch hier werden die Forschungsergebnisse aus der Weiterbildung genutzt. Durch interaktive Techniken ist es möglich, Produkte zu allen Zeiten zu bestellen und direkt mit Kreditkarte zu bezahlen. Als Beispiele wären hier die Werbung in Apotheken oder Stadtinformationssysteme zu nennen. Als Beispiel für Produktpräsentationen mit Bestellmöglichkeit sei Teleshopping über das Internet genannt.

- Wartung, Reparatur und Produktservice

Durch das Ansprechen verschiedener Wahrnehmungsorgane können beispielsweise Reparaturanleitungen viel verständlicher gestaltet sein. Lange schriftliche Erklärungen mit sparsamer Bebilderung der Schritte werden z.B. durch Videosequenzen ersetzt, die durch Sprachausgabe erläutert werden. Auch die umfangreichen Handbücher und Manuals können durch multimediale Bedienungsanleitungen ersetzt werden.

Weiterhin sind im Bereich der multimedialen Anwendungen elektronische Publikationen der Buchverlage zu nennen: Enzyklopädien, multimediale Reiseführer, Kochbücher, Kinderbücher, Sprachführer usw. Im Bereich der Computersimulation lassen sich z.B. Flugsimulatoren mit Hilfe von Video und Audio realistischer gestalten, als es allein durch eine Animation möglich ist.

2.6 Interaktion

Interaktionen sind ein wesentlicher Bestandteil von Lehr- und Lernsoftware. Bis vor wenigen Jahren beschränkten sich die Möglichkeiten zur Dateneingabe und Datenausgabe bei den meisten Anwendungen auf die Eingabe von Text über die Tastatur und dem Lesen von dargestellten Texten oder einfachen Grafiken. Mit der Verbreitung hochauflösender Monitore und vieler weiterer Eingabegeräte haben sich die Interaktionsmöglichkeiten erheblich erweitert.

Der Computer ist weit mehr als ein reines Präsentationsmedium. Natürlich kann er als solches eingesetzt werden, dabei wird jedoch nur ein kleiner Teil seiner Möglichkeiten genutzt. Es bietet sich an, den Computer als ein Kommunikationsmedium zu nutzen. Daher sollen Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen der Mensch-Computer- Interaktion und der Mensch-Mensch-Kommunikation zuerst untersucht werden. Die Begriffe Interaktion und Kommunikation werden in der Literatur uneinheitlich verwendet. Hier soll Interaktion eine einseitige Beeinflussung bezeichnen, also im allgemeinen die Beeinflussung des Computers durch den Menschen, während mit Kommunikation die wechselseitige Einflußnahme gemeint ist.

Mensch-Mensch-Kommunikation

Die einfachsten Kommunikationstechniken beruhen auf einfachen Körperbewegungen, wie das Anspannen der Gesichtsmuskeln (Mimik) oder die Einnahme bestimmter Körperhaltungen (Gestik). Die Sprache ist eine weit höhere Form der Kommunikation, mit ihr können sich Lebewesen komplizierte Sachverhalte vermitteln. Ferner wird die Sprache ausschließlich bewußt eingesetzt, während Mimik und Gestik auch durch Reflexe beeinflußt werden können (z.B. Lachen, Weinen). Als weitere Kommunikationstechnik hat sich die Schrift entwickelt. Im Vergleich zur Sprache sind die Ausdrucksmöglichkeiten jedoch eingeschränkt, da Betonung, Gestik oder Mimik nicht oder nur wenig schriftlich festgehalten werden können.

Mensch-Computer-Interaktion

Die Mensch-Computer-Interaktion beruhte aufgrund technischer Gegebenheiten anfänglich ausschließlich auf schriftlicher Basis. Erst später gab es Bemühungen, auch Kommunikation über eine Spracheingabe oder bestimmte Körperbewegungen zu realisieren. Während diese Versuche zunächst das Ziel hatten, Behinderten die Arbeit mit dem Computer zu erleichtern, wird mittlerweile versucht, den Computer an den Menschen anzupassen. Der Computer soll stärker auf menschliche Kommunikationstechniken eingehen können.

2.6.1 Multimodalität

Im Gegensatz zur Multimodalität bezeichnet der Begriff Multimedia die Eigenschaft eines Computers, dem Menschen Informationen auf verschiedene Arten (z.B. Bilder, Ton) zu präsentieren. Er sagt somit über die Möglichkeiten zur Dateneingabe, also zur eigentlichen Interaktion, nichts aus. Im folgenden soll der Begriff Multimodalität genauer erläutert werden.

Wie bereits erwähnt, werden in natürlichen Dialogen oft mehrere Kommunikationstechniken gleichzeitig eingesetzt. Zur Anpassung der Mensch-Computer-Interaktion an diese Art der Kommunikation ist es somit erforderlich, die Möglichkeiten zur Dateneingabe den Möglichkeiten der Datenausgabe anzugleichen. Um eine solche Angleichung zu realisieren, sollte der Computer dieselben Eindrücke wie ein menschlicher Gesprächspartner wahrnehmen und entsprechend interpretieren können. Die reine Wahrnehmung dieser Eindrücke ist mit „künstlichen Sinnesorganen“, wie Kameras und Mikrofonen technisch möglich, die Analyse ist jedoch heute technisch noch nicht befriedigend zu realisieren.

Eine Lösung besteht darin, Elemente der natürlichen Kommunikation mit Hilfe nicht-natürlicher Medien zu simulieren, so kann z.B. eine Zeigebewegung des Fingers durch das Führen des Mauszeigers zu einer bestimmten Stelle des Bildschirms und durch anschließendem „Klick“ dargestellt werden.

Werden die Eingabemöglichkeiten soweit erweitert, daß mehrere Sinneskanäle des Menschen zur Eingabe genutzt werden, wie zum Beispiel bei einer Eingabe durch die Tastatur und die Maus, so spricht man von „Multimodalität“. Mit Eingabemodalitäten bezeichnet man demzufolge die verschiedenen Arten der Interaktion durch den Menschen.

2.6.2 Interaktionsaufgaben, Interaktionsformen und Interaktionsziele

Die wichtigsten Interaktionsaufgaben werden im folgenden aufgelistet und kurz beschrieben:

- Positionierung: Sie dient der Bestimmung eines Punktes in der Ebene oder im Raum.
- Texteingabe: Damit wird eine Zeichenkette übergeben oder manipuliert.
- Auswahl: Es wird eine Auswahlmenge als Teil einer nichtleeren Menge bestimmt.
- Bestätigung: Sie dient der Fortsetzung des Programmablaufs, z.B. nach einer Rückfrage durch das Programm.

Mit einer Interaktionsform ist die softwareabhängige Form der Informationseingabe in den Rechner gemeint. Man kann Interaktionsformen also als das bezeichnen, was der Benutzer bei der Durchführung einer Interaktionsaufgabe auf dem Bildschirm sieht. In der Literatur finden sich zahlreiche unterschiedliche Ansätze zur Klassifikation von Interaktionsformen. Man kann allgemein eine Unterteilung in vier Hauptformen vornehmen1 :

- Interaktionssprachen (Kommandozeilendialog, Programmiersprache, Menüauswahl)
- Eingabemaske (vorgefertigte Formulare)
- User-Interface-Komponenten (grafische Benutzerschnittstellen)
- direkte Manipulation (z.B. Drag & Drop)

Der Begriff „Interaktionsziele“ beschreibt die Absicht, die ein Benutzer mit der Durchführung einer Interaktion hat. Man kann dabei zwischen benutzer-initiierten und computer-initiierten Interaktionen unterscheiden.

Ziele vom Benutzer eingeleiteter Interaktionen sind häufig:

- Einflußnahme auf den Programmablauf (Starten, Stoppen, Beenden)
- Abfragen von Daten
- Bewegen oder Verändern einzelner Objekte
- Hilfesuche

Das typische Interaktionsziel bei den vom Rechner gestarteten Interaktionen ist die Eingabe von Daten.

Es erleichtert die Arbeit mit Anwendungen, insbesondere für ungeübte Benutzer, wenn auf eine große Anzahl von möglichen Interaktionszielen Rücksicht genommen wird.

2.6.3 Interaktionen für multimediale Anwendungen

Interaktionsmöglichkeiten sind ein wesentlicher Bestandteil multimedialer Anwendungen. Daher sollte die Interaktion an die Art und Weise des Programms angepaßt werden. Es wäre z.B. ungeschickt, aus einer hochauflösenden, grafischen Darstellung, zum Zwecke einer Interaktion, in den Textmodus zu wechseln und den Benutzer aufzufordern, dort den gewünschten Befehl einzugeben. Interaktionen in multimedialen Anwendungen werden meistens mit Hilfe von Interaktionsobjekten der Formen „User-Interface-Komponenten“ und „direkte Manipulation“ realisiert.

Interaktionsobjekte vom Typ „User-Interface-Komponenten“ sind die in multimedialen Programmen am häufigsten verwendeten Interaktionstypen, da sie eine visuelle Erscheinung besitzen, also in grafische, multimediale Darstellungen eingefügt werden können. Dazu zählen u.a.:

- Schaltflächen
- Icons
- Schieberegler
- Dialogboxen

Interaktionsobjekte der Form „direkte Manipulation“ gehören nicht zu den unmittelbar darstellbaren Interaktionsobjekten. Sie werden oft mit darstellbaren Objekten gekoppelt. Diese können sie dann manipulieren und werden auf diese Weise quasi „indirekt“ darstellbar.

2.6.4 Design von Interaktionskomponenten

Das Thema Interaktionsdesign soll hier nicht erschöpfend behandelt werden. Daher werden beispielhaft einige Aspekte des Designs von Interaktionen vorgestellt.

Besonders große Bedeutung kommen Fragen des Designs bei der Entwicklung von „User-Interface-Komponenten“ zu, da diese Objekte eine visuelle Darstellung besitzen. Eigenschaften wie die Farbe, die Größe oder Schriftsatz und Schrifttyp sollten dabei so gewählt werden, daß sie sich dem Design der übrigen auf dem Bildschirm sichtbaren Objekte anpassen.

Auch bei dem Entwurf von Menüs gilt es, einige Regeln zu beachten. Um die Auswahlkomponenten eines Menüs möglichst natürlich erscheinen zu lassen, ist es, wann immer möglich, besser Symbole, also Icons, statt Wörter oder Texte anzuzeigen. Es sollte beispielsweise bei der Auswahl einer Schriftart der Name in der jeweiligen spezifischen Erscheinung dargestellt werden. Sind jedoch nicht alle Auswahlmöglichkeiten so darstellbar, kann die gleichzeitige Verwendung von normalem und hervorgehobenen Text oder Text und Symbolen als verwirrend empfunden werden. Hier gibt es, wie bei allen Fragen des Designs keine festen Regeln, vielmehr hängt die Entscheidung von der persönlichen Einschätzung des Entwicklers ab. Bei der Interaktion durch die „direkte Manipulation“ spielen die Fragen des Designs zunächst eine untergeordnete Rolle, da die einzelnen Objekte und ihre Eigenschaften bereits vor dem Interaktionsvorgang festgelegt sind.

Eine besondere Bedeutung kommt bei der Verwendung einer Maus dem Aussehen des Mauszeigers zu. Dient die gerade durchgeführte Interaktion dem Verschieben eines Objektes, so kann dies durch die Darstellung des Mauszeigers als „menschliche Hand“ verdeutlicht werden. Wird die Größe eines Objektes durch Ziehen einer seiner Kanten verändert, so bietet sich für die Darstellung des Zeigers eine „Hand mit gekrümmtem Zeigefinger“ an. Wartezeiten, die entstehen, weil der Computer eine längere Zeit benötigt, um eine ihm gestellte Aufgabe zu erledigen, sollten ebenfalls entsprechend angezeigt werden. Dafür eignet sich eine „Eieruhr“ oder ein „analoges Ziffernblatt“, das, wenn möglich, sogar die Zeit, die noch benötigt wird, anzeigen kann.

[...]