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Vorgehensmodell und Entwicklungsmethodik für

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1. in Versuchskomponente Hilfsmittel 0 0 Teil Versuch ien bearbeitet immt auf Laborger t sen Beh lter ey Substanz nimmt auf Zustandsausgabeger t Zustands nderungsger t Zustands nderungs funktionaler Zustandsausgabeger t Beh lter Abbildung 6 2 Experimentbezogene Sicht auf das Metaobjektmodell m ssen generische Teilversuche In diesem Fall ist die durch den Teilversuch beschriebene Basistechnik prinzipiell auf verschiedene Substanzen anwendbar So gibt es im virtuellen Labor GenLab zum Beispiel den generischen Teilversuch Restriktion der in dem Versuch der Restriktionskartierung durch die Angabe eines konkreten Restriktionsenzyms verwendet wird Des Weiteren k nnen Teilversuche auch als eigenst ndige Versuche aufgefasst werden und ebenfalls aus weiteren Teilversuchen bestehen Ein Teilversuch kann aber auch eine geschlossene Einheit bilden die eine bestimmte Fertigkeit im virtuellen Labor darstellt Besonderes Ziel einer Fertigkeit ist es dass diese vom Lerner verarbeitet und im Ged chnis gespeichert wird um sie bei entsprechenden Versuchen wieder abrufen und anwenden zu k nnen vergleiche Informationsverarbeitung in Strittmatter und Mauel 1997 Seite 53 Eine Fertigkeit ist zum Beispiel die Bedienung eines einfachen Laborger tes wie die Pipette oder Pinzette Aber auch die Bedie
2. Bei erfolgreicher Pr fung das annotierte Versuchsprotokoll an die System Analytiker weiterreichen Nach Fertigstellung des Versuchs diesen anhand des annotierten Versuchsproto kolls ek evaluieren e Aktivit ten des System Analytikers Fiole Pr fen ob das annotierte Versuchsprotokoll t als Grundlage f r den Entwurf und die Implementierung verwendet werden kann das hei t ob die Informationen des annotierten Versuchsprotokolls amp ausreichen Bei Unklarheiten bei dem Fachexperten oder Fachdidaktiker nachfragen Bei erfolgreicher Pr fung das annotierte Versuchsprotokoll an die Sim ulationsspezialisten und die Designer Entwickler weiterreichen e Aktivit ten des Simulationsspezialisten Erstellen eines Zustandsdiagramms f r das Simulationsmodell anhand des anno tierten Versuchsprotokolls akt Bei Unklarheiten den Fachexperten oder Fachdidaktiker fragen Implementieren des Zustandsdiagramms des Simulationsmodells in den diskreten Simulator das hei t implementieren aller Substanzen und Reaktionsabl ufe 177 Testen der Reaktionsabl ufe anhand des Zustandsdiagramms des Simulationsmo dells e Aktivit ten des Designers Entwicklers en Erstellen von Zustandsdiagrammen zu den Laborger ten und Beh ltern anhand des annotierten Versuchsprotokolls akt Bei Unklarheiten den Fachexperten oder Fachdidaktiker
3. Auf die Nennung der weiblichen Form der Rollen wird aufgrund der besseren Lesbarkeit verzichtet Auf die explizite Einf hrung einer Rolle des Didaktikers f r Lehr und Lernsysteme wird hier verzichtet weil das didaktische Konzepietakt des virtuellen Labors bereits durch den Workflow des Tutorkonzeptes MEORRIOR im Wesentlichen vorgegeben wird 3Vergleiche auch die Aufteilung des Produktionsteams f r die Entwicklung multimedialer Lernangebote nach Kerres 1998 Seite 342 und Issing 1997 Seite 207 47 5 3 Medienspezialisten Die Medienspezialisten Rolle Sind f r eine ansprechende multimediale Gestaltung des virtuellen Labors verantwortlich und f hren s mtliche Aktivit ten der Medienproduktion durch Allgemein wird daher unter einem Medienspezialisten ein an der Medienproduktion beteiligter Projektmitarbeiter verstanden Die Medienspezialisten lassen sich noch in weitere Rollen verfeinern Diese werden in den folgenden Unterkapiteln 5 3 1 bis 5 3 4 beschrieben 5 3 1 Audio und Videospezialist Die Audio und Videospezialisten erstellen und berarbeiten die im virtuellen Labor ben tigten Audio und Videosequenzen Dabei werden spezielle Werkzeuge zur Verarbeitung der Audio und Videosequenzen eingesetzt 5 3 2 Digitalisierer Role sind f r die Erstellung elektronisch zugreifbarer Abbilder von Aktivit t Die Digitalisierer physikalischen Medien mit Hilfe von Scannern zust ndig s
4. Integration der Komponenten Teilsysteme und Medien Test und Evaluatonsphase N chsten Versuch umsetzen Einsatzpraso Abbildung C 1 Die Aktivit ten des VirtLab Prozess aus der pragmatischen Sicht r 182 3b Aufbereitung des Versuchs o Spezifiziere Aufbau und Ablauf des Versuchs bzw der Fertigkeit t t Abschnitt 7 3 4 1 und siehe e Spezifiziere das Hintergrundwissen zur Lerneinheit siehe Kapitel 7 3 5 3c Variationen der Versuchsabl ufe Ber cksichtige m gliche Variationen der Versuchsab l ufe t t siehe Abschnitt 7 3 4 2 4a Entwurf der Komponenten Entwerfe die Komponenten siehe Kapitel 7 4 4 4b Implementierung und Test der Komponenten mplementiere die Komponenten siehe Kapitel 7 6 3 5a Erstellung der Medien e Digitalisiere die Medien siehe Kapitel 7 5 5 o berarbeite die Medien siehe Kapitel 7 5 6 e Erstelle die Medien siehe Kapitel 7 5 7 und Beschaffe die Medien siehe Kapitel 7 5 8 5b Medienpr fung Pr fe die Medien siehe Kapitel 7 5 9 6 Integration der Komponenten Teilsysteme und Medien e Integriere die Medien siehe Kapitel 7 6 4 e Integriere die Komponenten zum Teilsystem t t siehe Kapitel 7 6 5 und o Integriere die Teilsysteme zum Labor siehe Kapitel 7 6 6 7 Test und Evaluationsphase e F hre internen Abnahmetest durch siehe Kapitel 7 8
5. und der Fachdidaktiker als Teilzeit Mitarbeiter an der Entwicklung des virtuellen Labors beteiligt werden Der Projektleiter muss sich dabei st ndig um die Verf gbarkeit seiner Teilzeit Mitarbeiter bem hen da diese auch an anderen Projekten mitarbeiten Dabei besteht die Gefahr dass der Projektleiter beginnt Ressourcen zu horten und dadurch anderen Projekten schadet Au erdem k nnen sich die Projektmitarbeiter nicht auf eine Aufgabe konzentrieren siehe Aquilano u a 1998 Seite 54 Die Planung der Ressourcen ist am einfachsten wenn alle Projektmitarbeiter also auch die Fachexperten und Fachdidaktiker als Vollzeit Mitarbeiter mit der Entwicklung des virtuellen Labors besch ftigt werden pure project Der Projektleiter hat dann die alleinige Kontrolle ber seine Projektmitarbeiter und muss diese nicht mit anderen teilen Aquilano u a 1998 Seite 53 7 1 3 3 Erstelle den Rollenplan Neben der Projektorganisation ist auch der Rollenplan des Entwicklerteams festzulegen Dazu ist zu entscheiden welcher Projektmitarbeiter w hrend der Entwicklung des virtuellen Labors welche Rollen einnimmt siehe Pasch 1994 Seite 180 bis 182 So wird ein Infor matiker beispielsweise w hrend der Entwurfsphase die Rolle des System Analytikers anche und wechselt in der Konstruktionsphase zum Designer Entwickler und Tes ter 7 1 3 4 Identifiziere die durchzuf hrenden Aktivit te
6. 7 1 10 Sch tze restlichen Umfang und Risiko des Projekts Diese Aktivit t wird jeweils am Ende einer Iteration analog zu der Aktivit t Sch tze Umfang und Risiko des Projekts siehe Kapitel 7 1 2 durchgef hrt Die Sch tzung erfolgt jedoch in Hinblick auf den restlichen Umfang und Risiko des zu entwickelnden virtuellen Labors So werden in dieser Aktivit t in der Regel keine Vorstudien mehr erstellt Auch besteht die Aktivit Baupg chlieh aus der Aktualisierung und Verfeinerung des Gesamtentwicklungs plans er 71 7 2 Anforderungsbestimmung Der Workflow der Anforderungsbestimmung beinhaltet die Erarbeitung eines gemein samen Verst ndnisses des Auftraggebers und des Entwicklerteams ber das was das virtuelle Labor leisten soll Dazu werden s mtliche Anforderungen des Auftraggebers Rolle an das virtuelle Labor ermittelt Au erdem wird die angestrebte Zielgruppe bestimmt Letztlich dient die Anforderungsbestimmung als Grundlage f r die Planung der technischen Inhalte und f r die Zeit und Kostensch tzung der einzelnen Iterationen Kruchten 2000 Seite 155 BE BEE VY Neues virtuelles Labor Vorhandenes virtuelles Labor lin oN r B Analysiere das Problem N alet iig die A N DA Anforderungen nicht verstanden Anforderungen a Verarbeite ver nderte Anordnungen verstanden V OR u A one das virtuelle Labor Zu den Umfang des Eu Anforderungen und Um
7. Anbindung weiterer Komponenten und Teilsysteme 95 Anforderungen Erheben der 64 Verstehen der 76 Anforderungsbestimmung 72 Animation 119 Anleitung 57 Anleitungsfenster 11 185 annotiertes Versuchsprotokoll 100 Anpassung des Metaobjektmodells Werkzeug zur 87 156 Ansicht von allen Seiten 120 Anweisungs berdeckungstest 135 Anwendungsfall 31 185 Erheben eines 74 rudiment rer 34 Anwendungsfall Modell 74 185 anwendungsfallgetrieben 31 anwesende Beobachtung 137 Arbeitsbereich 186 Arbeitsfl che 11 Arbeitsfl chenwechsel 79 M glichkeiten des 79 Arbeitsumfang Betrachte den 82 Architektur 31 108 186 Definition der 108 Verfeinerung der 114 architekturspezifisch 34 153 architekturzentriert 31 Artefakt 30 186 Annotiertes Versuchsprotokoll 100 Anwendungsfall Modell 74 Architektur 108 Benutzungshandbuch 143 Didaktisches Konzept 88 Drehbuch 102 Entwicklungsplan der Iteration 70 Ergebnisbericht der Iteration 70 Externes Release 145 Gesamtentwicklungsplan 67 Gesamtglossar 65 Implementierungsplan 129 Integrationsplan 129 Internes Release 144 Konfigurationsmanagementplan 148 Liste der ben tigten Medien 118 Liste der Lerneinheiten 86 Pflichtenheft 64 Technische Dokumentation 144 Test und Evaluationsplan 133 Vorstudie
8. und den Fachdidaktikern bedient siehe Spezifiziere das Hintergrund wissen zur Lerneinheit in Kapitel 7 3 5 Werkzeug zur Integration der Medien Mit Hilfe dieses Werkzeuges k nnen von den Medienspezialisten Rolle einzelne Medien der Arbeitsfl chen und Versuchskomponenten in das virtuelle Labor integriert werden So kann zum Beispiel bei der 2D Darstellung des virtuellen Labors das Werkzeug zum Zusammenf gen von einzelnen Medien zu einem Abbild eines Laborger tes oder Beh lters verwendet werden Des Weiteren kann mit dem Werkzeug zu jedem Zustand des Laborger tes ein entsprechendes Abbild Visualisierung zugeordnet werden siehe Integriere die Medien in Kapitel 7 6 4 Werkzeug zur Wartung und Pflege des VirtLab Prozess Auch zur Wartung und Pflege des VirtLab Prozess selbst ist ein Werkzeug denkbar Als Grundlage daf r kann zum Beispiel eine Datenbank eingesetzt werden Mit Hilfe des Werkzeuges k nnen dann die Inhalte der Datenbank erstellt ge ndert und gel scht werden Zur Darstellung des VirtLab Prozess kann eine auf Hypertext basierende Benutzungsoberfl che verwendet werden wie zum Beispiel bereits f r den Rational Unified Process und den Object Engineering Process realisiert Die einzelnen Seiten der Benutzungsoberfl che werden dann automatisch aus den Inhalten der Datenbank generiert Zur Pflege des VirtLab Prozess kann aber auch ein bereits existierendes Content Management System eingesetzt werden wie zum Beispiel
9. und den Medienspezialisten evaluiert Des Weiteren wird im Workflow Test und Evaluation das virtuelle Labor von einer kleinen Anzahl ausgew hlter Endanwendern evaluiert vergleiche dazu die formative Evaluation in Issing 1997 Seite 213 In den internen Abnahmetests wird das virtuelle Labor au erdem beim Auftraggeber pr sentiert beziehungsweise demonstriert Der Auftraggeber hat des Weiteren die M glichkeit das virtuelle Labor selbst zu testen und zu evaluieren Die m glichst fr hzeitige Einbeziehung des Auftraggebers und der Endanwender in den Test und die Evaluation ist bei virtuellen Laboren besonders wichtig Nur so l sst sich die Akzeptanz der Benutzungsoberfl che und der Labornavigation seitens des Auftraggebers und der Endanwender feststellen und aufwendige nderungen im Nachhinein vermeiden Der interne Abnahmetest wird bereits mit dem ersten Oberfl chenprototypen und anschlie end in jeder Iteration des VirtLab Prozess getestet Rolle 144 durchgef hrt Dabei flie en die Ergebnisse und Anregungen aus den Tests und der Evaluation in die weitere Entwicklung des virtuellen Labors mit ein 7 8 4 Erstelle externes Release In dieser Aktivit t wird von den Designern Entwicklern Konfigurationsmanagers wird an den Auftraggeber mit Unterst tzung des ein externes Release des virtuellen Labors erstellt Dieses und die Endanwender zu Test und Evaluationszwecken ausgeliefe
10. Die wichtigsten Mechanismen sind e Drag amp Drop Mechanismus Mit Hilfe des Drag amp Drop Mechanismus k nnen die Versuchskomponenten also die Laborger te Beh lter und Substanzen im virtuellen Labor durch Ziehen mit der Computer Maus von einer Stelle zu einer anderen bewegt werden e Containment Einige Laborger te wie zum Beispiel die Zentrifuge oder die Waage fungieren als Beh lter und k nnen andere Laborgegenst nde aufnehmen siehe funktionaler Beh lter in Kapitel 6 1 Findet zum Beispiel Verwendung im Virtuellen Labor f r Regenerative Energien der Universit t Kassel siehe http www uni kassel de pavi VirLab LabView wird dort f r den Simulator und die Benutzungsoberfl che eingesetzt 10Wird zum Beispiel im Virtuellen Praktikum Leistungselektronik der Technischen Universit t Chemnitz siehe http www infotech tu chemnitz de leielek le home html verwendet siehe Kronberg 1998 Seite 29 Ebenfalls verwendet beziehungsweise erprobt werden SMART SPICE und Mathematica siehe Jacob und Kronberg 1999 Seite 66 111 e Kollisionserkennung Bei der Kollisionserkennung wird zum Beispiel kontrolliert ob der betreffende Laborgegenstand an der gew nschten Stelle abgesetzt werden Kann Kollidiert dieser mit einem anderen Laborgegenstand so wird beispielsweise die n chste verf gbare freie Stelle auf der Arbeitsfl che gesucht und der Laborgegenstand dort abgesetzt siehe dazu Heuten 2001 Seite 18 bis 20 e Schw
11. lt Informatiker v Abbildung 7 14 Detailansicht der Aktivit t Spezifiziere Aufbau und Ablauf der Lerneinheit Allgemein ist bei der Spezifikation der Lerneinheit zu entscheiden welches Steuerungs konzept verwendet werden soll beziehungsweise welches das geeigneteste ist Eine gute Hilfe stellen dabei die Versuchsprotokolle dar Die Spezifikation des Aufbaus und Ablaufs der Lerneinheit kann in einer formalen halb formalen oder nicht formalen Spezifikationssprache erfolgen Damit verbunden ist die Modellierungsebene der Spezifikationssprache Die konkrete Durchf hrung einer Spezifikation l sst sich au erdem noch darin unterscheiden ob ein entsprechendes Entwicklungswerkzeug zur Verf gung steht oder nicht 7 3 4 1 Spezifiziere Aufbau und Ablauf des Versuchs bzw der Fertigkeit F r die Spezifikationssprache sind prinzipiell zwei Modellierungsebenen denkbar Zum einen kann die Spezifikation der Lerneinheiten auf der Wissensebene und zum anderen auf der Symbolebene erfolgen vergleiche Reimer 1991 Eine Spezifikation auf Wissensebene beschreibt was in dem Versuch zu tun ist Wie die konkrete Durchf hrung des Versuchs aussieht bleibt auf der Wissensebene verborgen das hei t die internen Strukturen der Versuchsspezifikation werden automatisch von dem virtuellen Labor um entsprechende Funktionsaufrufe erg nzt Die Modellierung auf Wissensebene erfolgt mit Hilfe einer 96 graphischen Notation die allgemein verst ndlich ist insbe
12. 145 siehe Release Extreme Programming 34 Extreme Projectmanagement 35 F Facade 111 Fachdidaktiker 47 64 Fachexperte 47 Fassade siehe Entwurfsmuster Facade Fehlerm glichkeits und Einflussanalyse 65 Fehlerbehandlung Konzeption der 94 Fertigkeit 55 188 Flachbettscanner 123 Flickenteppich 79 FMEA siehe Fehlerm glichkeits und Ein flussanalyse formative Evaluation siehe interner Ab nahmetest Framework 188 Schichtenmodell des 109 freie Navigation 90 Freie Versuchsm glichkeit 90 Freiheitsgrade der Benutzerinteraktion 90 funktionale Mengenangabe 99 funktionaler Beh lter 56 G Gef hrter Versuchsablauf 91 generischer Teilversuch 55 188 GenLab 188 Hierarchieschema der Versuche 88 Gesamtdesign Erstellen des 118 Gesamtentwicklungsplan Erstellen des 67 Gesamtglossar Erstellen des 65 Gesch ftsprozess 188 Glass Box Expertenmodell 116 Glossar 57 Graphik 119 Graphik Designer 48 Grundrissansicht 79 Gruppenlernen siehe kooperatives Lernen Gr enverh ltnisse der Versuchskompo nenten 100 Guided Tour 90 H Hardware 76 151 Hawthorne Effekt 139 Hierarchie der Lerneinheiten 89 Hierarchieschema der Versuche 88 Hilfe auf Anfrage 92 Hilfestellung Inhalte der 93 Varianten der 92 Hilfsmittel 55 Hintergrundwissen zur Lerneinheit 105 Hypothesentesten 9 I Identifikation der Aktivit ten 69 Identifika
13. Auftraggeber Re REES System Erstelle Vorstudien Analytiker optional P Abbildung 7 5 Detailansicht der Aktivit t Sch tze Umfang und Risiko des Projekts 7 1 2 1 Sch tze Zeit und Kosten der Entwicklung Eine zuverl ssliche Zeit und Kostenabsch tzung ist f r multimediale Lehr und Lernsysteme und insbesondere f r virtuelle Labore nur u erst schwierig durchzuf hren siehe Nagl u a 1999 Seite 182 Vorhandene Aufwandsabsch tzungen f r klassische Lehr und Lernsysteme eignen sich hierf r nicht weil diese nicht pr zise genug sind und nur eine u erst grobe Sch tzung der Gesamtkosten angeben wie zum Beispiel Heinrich und Schifman 2000 Seite 114 ff und Nagl u a 1999 Seite 189 ff Die besonders kostenintensiven Anteile virtueller Labore das hei t die Animationen Simulationen und Videosequenzen siehe Brake 2000 Issing 1997 werden nicht ber cksichtigt Generell gilt jedoch je komplexer die Interaktivit t des virtuellen Labors ist desto teurer wird die Umsetzung mit Hilfe einer h heren Programmiersprache siehe Sawhney 1995 Seite 45 Zur L sung dieser Problematik wird in Nagl u a 1999 Seite 182 vorgeschlagen etablierte Sch tz und Projektmanagementverfahren wie zum Beispiel die Function Point Methode und COCOMO II siehe Balzert 2000b Seite 83 f und 90 f auf die Entwicklung multimedialer Lehr und Lernsysteme zu bertragen Problematisch ist dabei jedoch dass die gest
14. C abgek hlt und in gel ster Form nach Zugabe von Ethidiumbromid Endkonzentration 1ug ml in den Geltr ger gegossen F r einen Fachexperten reicht diese Beschreibung v llig aus Damit aber auch Projekt mitarbeiter die keine Fachexperten sind die Versuchsprotokolle verstehen k nnen m ssen diese um folgende Informationen erg nzt werden e Verwendete Laborger te Beh lter und Hilfsmittel Es m ssen die verwendeten Laborger te aufgelistet werden sowie die ben tigten Beh lter und Hilfsmittel So fehlt im obigen Beispiel die Information dass die Agarose mit einer Waage abgewogen wird das TBE Puffer mit einem Messbecher oder Messzylinder abzumessen ist und das Gemisch letztlich in der Mikrowelle aufgekocht wird Bez glich der Beh lter ist des Weiteren anzugeben welches Volumen dieser aufnehmen kann e Bedienung der Laborger te Beh lter und Hilfsmittel Neben der Auflistung der verwendeten Laborger te Beh lter und Hilfsmittel muss auch deren Bedienung erkl rt werden Es muss also beschrieben werden wie die Waage und die Mikrowelle zu bedienen sind und wie mit einem Messbecher eine Substanz abgemessen werden kann Des Weiteren m ssen zu den Laborger ten genaue Angaben bez glich der m glichen Einstellungen der Schalter und Kn pfe gemacht werden Auch haben die Anzeigen und Messskalen der verwendeten Laborger te und Beh lter die zur Abmessung von Substanzen verwendet werden bestimmte Ungenauigke
15. Komponenten Entwurf der 114 Implementierung der 130 Integration der 131 Komponenten virtueller Labore 114 Konfiguration Planung der 148 Konfigurationsmanagement 146 Konfigurationsmanagementplan 148 Konfigurationsmanager 49 Konfigurationsumgebung Erstellen der 148 Konflikt 87 Konstruktgitterverfahren 85 Konstruktion des Simulationsmodells 112 Konstruktionsphase 44 kontextsensitive Hilfe 58 Kontrast 88 Konzeption der Client Server Verteilung 112 Konzeption der Entwicklungsumgebung f r das Projekt 151 f r die Iteration 151 Konzeption der Fehlerbehandlung 94 Konzeption der Lerneranalyse 93 210 Konzeption der Mehrsprachigkeit 113 Konzeptsortierung 85 kooperatives Lernen 81 Korrespondenz 88 Kostensch tzung 66 Kundenvertreter im Team 35 Kurzanleitung 92 189 L Laborausstattung 55 Laborger t 56 Laborkomponente 58 Laborraum 79 Laborr ume bestimmen 78 Labortypunabh ngigkeit 53 Labor bersicht 189 LabView 111 Laden und Speichern von Versuchen dynamisches 82 lautes Denken 137 Lehr und Lernsystem Begriffsdefinition 7 Lehrermodell 9 Lehrermodul 9 Leitlinien der Iteration 152 Lerndauer 86 Lerneffekt Evaluierung des 139 Lerneinheit 55 86 189 Aufbau der 100 Hintergrundwissen zur 105 Lernen kompetitives 81 94 kooperatives 81 Lerner 189 Lerneranalyse 82 93 113 189 Ein
16. Methoden zur Wissenserhebung Wahl der 85 Methodik siehe Entwicklungsmethodik Mind Map 64 MMLLS siehe Multimediales Lehr und Lernsystem MMS siehe Multimedia System Model View Controller Konzept 109 Modellierungsebenen der Spezifikationss prache 96 Modellierung von 3D Modellen 124 multilingual siehe Mehrsprachigkeit Multimedia System Begriffsdefinition 6 Multimediales Lehr und Lernsystem Begriffsdefinition 7 multimediales Online Handbuch siehe Online Handbuch M glichkeiten des Arbeitsfl chenwech sels 79 m ndliche Befragung 136 N Nachanalyse der Lernerdaten 140 Nachtest 139 Navigationsm glichkeiten 90 Navigationsstruktur 89 freie Navigation 90 Guided Tour 90 Notizbuch Integration eines 95 211 O Oberfl chenprototyp 118 190 Object Constraint Language 21 Object Engineering Process 34 Objektorientiertes Vorgehensmodell 20 Observer 110 OCL siehe Object Constraint Language OFP siehe Object Engineering Process OFFIS 1 Online Handbuch 106 143 Integration eines 95 Online Nutzung 146 OOA Modell 190 OOD Modell 190 Orgware 76 151 P peergroup siehe Vergleichsgruppe Pfad berdeckungstest 135 Pflichtenheft 42 Erstellen des 64 Phase 31 41 190 Beenden der 71 Phasen Definitionsphase 42 Einf hrungsphase 45 Entwurfsphase 43 Evolutionsphase 41 Konstruktionsphase 44 Phasenmeilens
17. Simulation beziehen sich nur auf das Simulationsmodell Inwieweit die Ergebnisse auf die Wirklichkeit bertragen werden k nnen h ngt daher entscheidend davon ab wie gut die Wirklichkeit durch das Modell nachgebildet wird vergleiche Groos und Muthmann 1995 Seite 362 f und Seite 503 Ob das zugrunde liegende Modell als zufriedenstellend angesehen wird h ngt vom Zweck und der gew nschten Genauigkeit einer Simulation ab aus Duden Informatik 1993 Simulationen lassen sich einteilen in e deterministische Simulation und o stochastische Simulation sowie in e zeitkontinuierliche Simulation und e zeitdiskrete Simulation Bei der deterministischen Simulation sind alle am Modell beteiligten Gr en die das Verhalten eines Modells bestimmen exakt definiert oder aufgrund mathematischer Zusammenh nge berechenbar In stochastischen Simulationen werden in den abstrakten Modellen auch zufallsbedingte Gr en verwendet F r die Erzeugung der Zufallsgr en kommen h ufig Zufallszahlengeneratoren zum Einsatz aus Brockhaus Enzyklop die 1992 Duden Informatik 1993 Werden fortlaufend s mtliche Werte der Simulation neu berechnet so wird von einer zeitkontinuierlichen Simulation gesprochen Dagegen werden in zeitdiskreten Simulationen nur ausgew hlte Werte zu bestimmten klar unterscheidbaren Zeitpunkten neu berechnet siehe Brockhaus Enzyklop die 1992 3 Anmerkung In Brockhaus Enzyklop die 1992 wird der Begriff de
18. dagogischen Zwecks das hei t die Medien werden stets didaktisch sinnvoll eingesetzt und verkommen nicht zum Selbstzweck vergleiche Hesse u a 1997 Seite 265 Statt Reiz berflutung sollte bei dem Design des virtuellen Labors also auf berfl ssige visuelle und auditive Effekte verzichtet werden Merx 1999 Seite 140 Au erdem ist bei einem mehrsprachigen virtuellen Labor die Benutzungsoberfl che f r die jeweilige Sprachversion anzupassen Dabei sind nach Yass 2000 Seite 259 die folgenden Bestandteile des virtuellen Labors zu ber cksichtigen Layout der Benutzungsoberfl che Texte Graphiken Audiosequenzen wie zum Beispiel gesprochene Texte und Videosequenzen mit Sprachausgabe 7 5 3 Analysiere vorhandene Medien Nachdem die ben tigten Medien ermittelt wurden sind als n chstes alle bereits vorhandenen das hei t eigenen oder aus anderen Quellen verf gbaren Medien f r eine Wiederverwendung zu pr fen Dazu wird von den Medienspezialisten die Liste der ben tigten Medien mit den bereits vorhandenen Medien abgeglichen und die Verwendbarkeit der Medien f r die n chste Iteration gepr ft F r jedes physikalische Medium wird entschieden ob es digitalisiert wird F r jedes vorhandene Medium wird entschieden ob es wiederverwendet berarbeitet oder nicht verwendet wird F r jedes nicht vorhandene Medium wird entschieden ob es erstellt oder beschaffen wird Make Or Buy Entscheidung Werden Medien aus anderen Quel
19. dem Auftraggeber vorgenommen Dabei sind insbesondere die rechtlichen Aspekte zur Verwendung der Quellen wie zum Beispiel bei den B chern zu ber cksichtigen 85 7 3 2 Analysiere die Dom ne Workflow Wurde bereits die Zielgruppe und die Dom ne des Aktivit t In der Anforderungsbestimmung virtuellen Labors festgelegt Parallel zur Problemanalyse siehe Analysiere das Problem in Kapitel 7 2 1 wird in diesem Teil des Tutorkonzeptes die Analyse der zu modellierenden Dom ne im Detail durchgef hrt siehe Abbildung 7 11 Dazu werden die verf gbaren Quellen mit Hilfe der Methoden zur Wissenserhebung ausgewertet und aufbereitet siehe dazu Schmidt 1989 Es werden die Fachexperten befragt das hei t Interviews durchgef hrt B cher und Versuchsprotokolle analysiert und das Metaobjektmodell f r virtuelle Labore verwendet A N d 2 en 5 4 Metaobjektmodell f r Projektleiter Fachdidaktiker virtuelle Labore Auftraggeber e gt Ber cksichtige Sprach gebrauch und Denkweisen der Projektmitarbeiter Fachexperte System W Analytiker Abbildung 7 11 Detailansicht der Aktivit t Analysiere die Dom ne Die Analyse der Dom ne wird gleicherma en von den Fachexperten Fachdi daktikern und System Analytikern unter Ber cksichtigung der Anforderungen des Auftraggebers durchgef hrt Der Projektleiter koordiniert dabei die Aktivit ten Ergebnis dieser Aktivit t is
20. die eventuell sogar kleiner sind Welche Versuchskomponenten sind wahrscheinlich f r die ma stabsgetreue Darstellung auf dem Bildschirm zu klein und m ssen gr er dargestellt werden gt Ist eine sehr hohe Anzahl an Proben in dem Versuch zu erstellen so ist zu pr fen ob im virtuellen Labor eine Idealisierung der Proben vorgenommen werden darf damit auch eine geringere Anzahl ausreicht gt Sind weitere Alternativen in der Versuchsdurchf hrung m glich die bisher nicht ber cksichtigt wurden So kann zum Beispiel anstelle eines 37 Raumes auch ein Heizblock und umgekehrt verwendet werden gt K nnen unterschiedliche Angaben zu den Ger teeinstellungen in verschiede nen Versuchsprotokollen vereinheitlich werden damit ein auf die Versuche m glichst optimal zugeschnittenes Laborger t entwickelt werden kann Erstellen von Versuchsprotokollen f r Teilversuche und Fertigkeiten bergeben des annotierten Versuchsprotokolls an die Fachdidaktiker Nach Fertigstellung des Versuchs diesen anhand des annotierten Versuchsproto kolls e ekt evaluieren e Aktivit ten des Fachdidaktikers Pr fen des annotierten Versuchsprotokolls auf eventuelle L cken zur Verfeinerung und auf M glichkeiten zur Vereinfachung Rolle Bei Unklarheiten bei dem Fachexperten nachfragen und gegebenenfalls das Rolle annotierte Versuchsprotokoll von dem Fachexperten berarbeiten lassen
21. erfahren sein Dar ber hinaus sollten die Medienspezialisten Erfahrung in der Erstellung von realit tsgetreuen Abbildern von Gegenst nden der realen Welt haben 7 1 2 3 Erstelle Vorstudien optional Anhand von Vorstudien wird eine Empfehlung ausgesprochen ob das geplante Software Produkt nach Pr fung der fachlichen personellen und konomischen Durchf hrbarkeit realisiert werden soll Balzert 2000b Seite 69 Eine Vorstudie ist f r virtuelle Labore zum Beispiel dann zu erstellen wenn eine neue Darstellungsart siehe W hle die Darstellungsar t in Abschnitt 7 2 3 1 oder eine neue Kommunikationstechnologie f r die Client Server Verteilung siehe Verfeinere die Architektur in Kapitel 7 4 2 erprobt werden soll Eine Vorstudie t kann entweder einem einzelnen Projektmitarbeiter in Auftrag gegeben oder von einer kleinen Gruppe des Entwicklerteams erstellt werden Bei be sonders wichtigen Entscheidungen werden diese gemeinsam von allen Projektmitarbeitern aa des Entwicklerteams diskutiert 7 1 3 Erstelle den Gesamtentwicklungsplan Wurde in der Risikoanalyse klar dass die Entwicklung des virtuellen Labors zu riskant ist so wird diese Aktivit t sehr kurz ausfallen und die Entwicklung abgebrochen Ansonsten verfeinert der Projektleiter den initialen Gesamtentwicklungsplan f r das virtuelle Labor siehe Abbildung 7 6 Dazu werden die Phasen in einzelne Iterationen eingeteilt und entsprechende Iterationsme
22. ige Einbeziehung des Auftraggebers und der Endanwender in den VirtLab Prozess ebenfalls als angemessen zu beurteilen Die erste Risikoanalyse zur Entwicklung des virtuellen Labors besteht aus der Sch tzung von Umfang und Risiko der Entwicklung inklusive Vorstudien und der Erstellung eines initialen Gesamtentwicklungsplans Diese umfassende Risikoanalyse wird als angemessen bewertet weil es zu Beginn der Entwicklung besonders wichtig ist die Risiken zu identifizieren und einzusch tzen Des Weiteren wird am Ende jeder Iteration in einer eigenen Aktivit t des Projektmanagements der restliche Umfang und das verbleibende Risiko zur Entwicklung des virtuellen Labors gesch tzt siehe Sch tze restlichen Umfang und Risiko des Projekts in Kapitel 7 1 10 Der Aufwand f r die Risikoanalyse nach jeder Iteration wird als angemessen eingestuft da die Erstellung der Vorstudien wegf llt und die Risikoanalyse im Wesentlichen aus der Aktualisierung und Verfeinerung des Gesamtentwicklungsplans t besteht Insgesamt l sst sich festhalten dass der VirtLab Prozess dem Wunsch nach verbesserten Prozessmodellen f r die Entwicklung von multimedialen Lehr und Lernsystemen siehe Nagl u a 1999 Seite 104 bez glich des Anwendungsfalls virtuelle Labore gerecht wird M gliche Erg nzungen und Erweiterungen zuk nftiger Arbeiten werden im folgenden Kapitel 8 2 identifiziert 8 2 Ausblick Der in dieser Arbeit beschrie
23. tSchichtenarchitektur gegliederten Anwendung auf ein Netzwerk das aus vielen Clients mit mindestens einem Server besteht Didaktik Teilbereich der P dagogik der die Wissenschaft vom Lehren und Lernen umfasst Die Didaktik befasst sich dabei vornehmlich mit der Erforschung von Lehr und Lern Prozessen im Allgemeinen mit deren vorlaufenden Bedingungen deren Initiierung und F rderung sowie mit deren Ergebnissen Director Kommerzielles fAutorensystem der Firma Macromedia Dom ne Eine Dom ne ist ein Diskursbereich Ausschnitt der Realit t also ein bestimmter Arbeits oder Wissensbereich beziehungsweise ein Spezialgebiet Dynamischer Test Dynamische Testverfahren f hren ein ausf hrbares zu testendes Soft ware System oder ein ausf hrbares zu testendes fTeilsystem auf einem Computer Sys tem aus Siehe dazu im Gegensatz die Statische Analyse Echtzeit Wird ein Modell wie zum Beispiel ein 3D Modell oder ein Simulationsmodell durch die unmittelbare Reaktionszeit des Computer Systems auf die Manipulation des Benutzers hin interaktiv ver nderbar so wird diese Reaktionszeit als Echtzeit bezeichnet Dabei ist die Reaktionszeit des Computer Systems abh ngig von dessen Leistungsf higkeit der zu bewegenden Datenmenge und der Bewegungsgeschwindig keit durch den Benutzer Entwicklungsmethodik Siehe Kapitel 2 2 Entwicklungsplattform Siehe TCASE Plattform Entwicklungsumgebung Siehe TCASE Umgebung Entwicklungswerkzeug Si
24. ume so im virtuellen Labor zu verteilen dass bei der Durchf hrung der Versuche minimale Wegstrecken zur ckgelegt werden Unabh ngig davon ob ein reales Labor oder ein fiktives Labor abgebildet werden soll besteht ein virtuelles Labor immer mindestens aus einem Laborraum der wiederum mindestens eine Arbeitsfl che enth lt Des Weiteren kann ein virtuelles Labor prinzipiell eine beliebige Anzahl an Laborr umen und Arbeitsfl chen enthalten Besteht das virtuelle Labor aus mehr als einer Arbeitsfl che so muss entschieden werden ob eine Transportleiste ben tigt wird um Laborgegenst nde zwischen den einzelnen Arbeitsfl chen transportieren zu k nnen Wie viele Arbeitsfl chen letztendlich ben tigt werden ist abh ngig von der Dom ne des virtuellen Labors und der Komplexit t sowie dem Platzbedarf der Versuche Die dabei auftretenden Probleme werden in der Aktivit t Spezifiziere Aufbau und Ablauf der Lerneinheit siehe Kapitel 7 3 4 beschrieben 7 2 3 3 Bestimme M glichkeiten zum Wechsel der Arbeitsfl che Besteht das virtuelle Labor aus mehr als einer Arbeitsfl che so muss die M glichkeit zum Wechsel der Arbeitsfl che bestehen Dabei sind folgende M glichkeiten des Arbeitsfl chen wechsels beziehungsweise der Navigation im virtuellen Labor denkbar e Men steuerung Der Wechsel zwischen den einzelnen Arbeitsfl chen des virtuellen Labors erfolgt ber ein integriertes Auswahlmen Mit Hilfe der Men steuerung kann relativ
25. 2 2222 0 7 1 2 Sch tze Umfang und Risiko des Projekts 7 1 3 Erstelle den Gesamtentwicklungsplan 7 1 4 Erstelle den Entwicklungsplan f r die n chste Iteration 7 1 5 F hre die Iteration durch 2 2 2222er 7 1 6 berwache und kontrolliere den Projektverlauf 7 1 7 Beende die Iteration are Ben ee ar ee ee 7 1 8 Beende die Phase nee ee ge a T9 Beended s Projektis iora AH a R A 7 1 10 Sch tze restlichen Umfang und Risiko des Projekts 7 2 Anforderungsbestimmung a saaa e 7 2 1 Analysiere das Problem naana aaae 7 2 2 Verstehe die Anforderungen o oo a 7 2 3 Definiere das virtuelle Labor o aooaa 7 2 4 Betrachte den Umfang des Labors aana iii iv 3 71 4 1 3 7 6 7 2 5 Verarbeite ver nderte Anforderungen aoaaa 83 T tork nzept gt 32 52 monas 28m a a O a u a A A a n 83 7 3 1 W hle die Wissenserhebungsmethoden onoonoae aaa 85 7 3 2 Analysiere die Dom ne aoaaa aaa Becken 86 7 3 3 Erstelle das didaktische Konzept 2 22 22 202 nenne 88 7 3 4 Spezifiziere Aufbau und Ablauf der Lerneinheit 96 7 3 5 Spezifiziere das Hintergrundwissen zur Lerneinheit 105 Analyse und Desien a 2 222 22a EEE aa aa 106 7 4 1 Definiere die Architektur 2 se elek dab 108 7 4 2 Verfeinere die Architektur or 2 2 2 2a au var ar ee 114 7 4 3 Analysiere das Verhalten x 330822 52 08 43 BER Fan 114
26. 3 e F hre externen Abnahmetest durch siehe Kapitel 7 8 5 und e Beende die Iteration siehe Kapitel 7 1 7 8 Einsatzphase e Vertreibe das virtuelle Labor siehe Kapitel 7 8 6 und e Beende das Projekt A siehe Kapitel 7 1 9 183 D Glossar Adaptierbarkeit Ein Lehr und Lernsystem ist dann adaptierbar wenn es auf der Grundlage einer extern vorgenommenen Diagnose durch extern vorgenommene Eingriffe so eingestellt werden kann dass es dem Unterst tzungsbedarf der Lerner m glichst gut entspricht Siehe dazu im Gegensatz die Adaptivit t Adaptivit t Ein Lehr und Lernsystem ist dann adaptiv wenn das System selbst in der Lage ist den Unterst tzungsbedarf der Lernenden zu diagnostizieren und das Ergebnis der Diagnose in geeignete angepasste Lehrt tigkeiten umzusetzen Siehe dazu im Gegensatz die FAdaptierbarkeit Akteur actor Ein Akteur ist eine Rolle die ein Benutzer des tSoftware Systems spielt Akteure befinden sich immer au erhalb des tSoftware Systems Akteure k nnen Personen oder externe TSoftware Systeme sein Aktivit t activity Eine Aktivit t ist eine T tigkeit die bezogen auf ihr FArtefakt und ihre Durchf hrung genau beschrieben werden kann Anleitungsfenster Das Anleitungsfenster enth lt eine Kurzanleitung zum TVersuchsprotkoll und kann vom TLerner w hrend der Versuchsdurchf hrung beliebig oft eingesehen werden Gleichzeitig kann das Anleitungsfenster zur Visualisierun
27. 5 und o Integriere die Teilsysteme zum Labor t t siehe Kapitel 7 6 6 7 6 1 Strukturiere die Implementierung Rolle Rolle Diese Aktivit t f hren die Designer Entwickler zusammen mit den Medienspezialisten unter Koordination des Projektleiters durch Auf der Basis des OOD Modells amp wird eine Strukturierung der Implementierung vorgenommen so dass es zu minimalen Konflikten zwischen den zu implementierenden Klassen den zu integrierenden Medien und den zu erstellenden Builds kommt F r die Implementierung wird das Entwicklerteam in parallel arbeitende Gruppen aufgeteilt und es wird festgelegt wann welche Komponenten des virtuellen Labors implementiert werden Beispiele f r Komponenten sind die Arbeitsfl chen Laborger te Beh lter und Substanzen die Module des intelligenten Tutorsystems sowie das Anleitungsfenster und die Transportleiste siehe Entwerfe die Komponenten in Kapitel 7 4 4 Aber auch die Klassen zur Anbindung einer Datenbank oder eines Expertensystems stellen Komponenten dar Zur Strukturierung der Implementierung gilt generell dass zun chst die ben tigten Arbeitsfl chen zu implementieren sind Danach werden die Versuchskomponenten also die Laborger te Beh lter und Substanzen zu den Arbeitsfl chen erstellt Abschlie end wird der eigentliche Versuchsablauf implementiert das hei t das Versuchsprotokoll umgesetzt Ergebnis der Strukturierung der Implementierung ist der Implementierungsplan d
28. 67 Audio und Videospezialist 48 Audiosequenz 121 Aufbau der Lerneinheit 100 Aufbau und Ablauf der Lerneinheit 96 Aufgabenkaskade 89 Auftraggeber 51 Ausblick zum VirtLab Prozess 155 Auswerten des Tests 139 Authoring 48 Autorensystem 186 B Backup Strategie 148 Baseline 186 Basic Support for Cooperative Work 148 Bedingungs berdeckungstest 135 Beenden der Iteration 71 Beenden der Phase 71 Beenden des Projekts 71 Befragung m ndliche 136 schriftliche 136 Begleitmaterial 76 Behandlung von Fehlern 94 Beh lter 56 funktionaler 56 Benutzungshandbuch 206 Erstellen des 143 Benutzungsoberfl che 9 Beobachtung abwesende 137 anwesende 137 Ber cksichtigung der Projektorganisation 69 Beschaffen der Medien 126 Bestimmung der Einsatzumgebung 76 Bestimmung der Evaluationsmethoden 136 Bestimmung der Zielgruppe 75 Betrachte den Arbeitsumfang 82 Bewertung der Vorgehensmodelle 36 Bewertung des VirtLab Prozess 153 Bewertungskriterien software technische Aspekte 15 didaktische Aspekte 15 multimediale Aspekte 15 organisatorische Aspekte 13 Black Box Expertenmodell 116 Blickwinkel auf die Dom ne verschiedene 81 BSCW siehe Basic Support for Cooperat ive Work Build 186 C Co Test siehe Anweisungs berdeckungs test C Test siehe Zweig berdeckungstest CAD siehe Computer Aided Design CASE siehe Computerunt
29. Aktivit ten des Auftraggebers az Ziele des virtuellen Labors bestimmen und die Grundlegenden Anforderungen an das virtuelle Labor aufstellen Auswahl der umzusetzenden Versuche und festlegen der Reihenfolge der Umsetzung in Absprache mit dem Projektleiter 171 Artefakt Ist ein spezielles didaktisches Konzept gew nscht so ist dieses festzulegen Trifft das Pflichtenhefi die gestellten Anforderungen dann Unterzeichnen des Pflichtenheftes Vorher ist zu pr fen Stimmt die Beschreibung der Ziele des virtuellen Labors Ist die angestrebte Zielgruppe korrekt erfasst worden Sind alle gew nschten Lerninhalte enthalten Werden alle funktionalen und nicht funktionalen Anforderungen ber cksich tigt Sind die Abnahmekriterien des virtuellen Labor akzeptabel Wurden die Nutzungsrechte hinreichend gekl rt Ist die Zeit und Kostenabsch tzung des Gesamtentwicklungsplans akzeptabel e Aktivit ten des Fachexperten Kols Analyse der Dom ne und Auswahl der Versuche Identifikation von generischen Teilversuchen und Fertigkeiten Festlegen der Reihenfolge der Versuche Verwenden des Metaobjektmodells f r virtuelle Labore gt F r jeden Versuch und jede Fertigkeit die Laborger te Beh lter und Substanzen identifizieren gt Identifikation der zugrunde liegenden Theorie zu den Versuchen gt Identifikation der einzuhaltenden Sicherheitsbestimmungen Erstellen einer kurzen Be
30. Anwendungs f lle in Abschnitt 7 2 1 1 Wesentlicher Vorteil der Aktivit tsdiagramme gegen ber dem Drehbuch ist die standardisierte Notation Allerdings bleiben die gestalterischen Aspekte des virtuellen Labors bei der Erstellung von Aktivit tsdiagrammen unber cksichtigt 7 3 4 2 Ber cksichtige m gliche Variationen der Versuchsabl ufe Entscheidend f r die Akzeptanz des virtuellen Labors ist dass die Spezifikation der Versuchsabl ufe auch von externen Fachexperten gepr ft wird Nur so lassen sich Varianten in der Durchf hrung eines Versuches an anderen Universit ten oder Instituten ermitteln und geeignete Abstraktionen finden Orientieren sich die Versuchsabl ufe des virtuellen Labors nach der konkreten Durchf hrung der Versuche an einer einzigen Universit t oder einem einzigen Institut so besteht die Gefahr dass das virtuelle Labor an anderen Universit ten und Instituten mit abweichendem Versuchsprotokoll nur schwer oder gar nicht akzeptiert wird In diesem Zusammenhang ist auch zu pr fen ob die Laborger te die im virtuellen Labor verwendet werden nicht bereits in der Realit t veraltet sind und durch modernere ersetzt wurden Auch besteht die M glichkeit dass ein vollst ndiger Versuch durch ein speziell daf r entwickeltes Laborger t ersetzt wurde beziehungsweise werden kann 7 3 5 Spezifiziere das Hintergrundwissen zur Lerneinheit Aus dem Metaobjektmodell f r virtuelle Labore in Kapitel 6 ist ersichtli
31. Anwendungsgebietes in Appelrath u a 1998 Seite 126 Nach der objektorientierten Analyse folgt der objektorientierte Entwurf object oriented design OOD Aufbauend auf dem OOA Modell wird bei dem objektorientierten Entwurf die Software Architektur und die Spezifikation der Klassen aus Sicht der Realisierung erstellt Ergebnis des objektorientierten Entwurfs ist das OOD Modell das die technische L sung des zu realisierenden Systems darstellt Das OOD Modell ist ein Abbild des objektorientierten Programms auf einem h heren Abstraktionsniveau In der Implementierung der objektorientierten Programmierung OOP wird das OOD Modell auf die Konzepte und Notationen der verwendeten objektorientierten Programmiersprache abgebildet Im Idealfall lassen sich s mtliche im OOD Modell verwendeten Konzepte und Notationen direkt mit den Konzepten und Notationen der objektorientierten Programmier sprache darstellen Bei der objektorientierten Software Entwicklung steht vor allem die Wiederverwendung im Vordergrund und kann auf den Ebenen der objektorientierten Analyse des objektorientierten Entwurfs und der objektorientierten Programmierung erfolgen F r den Test objektorientierter Software objektorientierter Test kurz OOT k nnen die traditionellen Testmethoden nahezu unver ndert bernommen werden Es werden zun chst die einzelnen Klassen f r sich und dann ihr Zusammenspiel getestet Die Grenzen zwischen den einzelnen Phasen der objektorientierten Softw
32. Architektur des virtuellen Labors festzulegen Anschlie end wird die Architektur verfeinert und das Verhalten des virtuellen Labors wie es durch die Anwendungsf lle im Anwendungsfall Modell e ak festgehalten ist umgesetzt Dazu werden die einzelnen Komponenten des virtuellen Labors entworfen Sind im virtuellen Labor Echtzeit Komponenten vorgesehen so werden diese parallel zu den anderen Komponenten definiert Au erdem besteht die M glichkeit das virtuelle Labor an eine Datenbank oder ein Expertensystem anzubinden Die Aktivit ten des Workflows Analyse und Design Kapiteln im Detail beschrieben Im Einzelnen sind das werden in den folgenden 107 e Definiere die Architektur siehe Kapitel 7 4 1 Verfeinere die Architektur t siehe Kapitel 7 4 2 e Analysiere das Verhalten siehe Kapitel 7 4 3 und Entwerfe die Komponenten siehe Kapitel 7 4 4 sowie die optionalen Aktivit ten Entwerfe die Echtzeit Komponenten At siehe Kapitel 7 4 5 Entwerfe die Datenbank siehe Kapitel 7 4 6 und e Entwerfe das Expertensystem W t siehe Kapitel 7 4 7 7 4 1 Definiere die Architektur Die Architektur des virtuellen Labors ist ein objektorientiertes Framework siehe Elfreich 1999 welches im Wesentlichen vorgegeben wird Daher besteht die Definition der Architektur t siehe Abbildung 7 18 haupts chlich in der Auswahl von bereits identifi zierten Konzepten vergleiche Hasler und Schlattmann
33. Art der Hilfestellung ist bei der Durchf hrung von Versuchen zum Erwerb von Handlungswissen und Wissen ber die Reaktionsabl ufe im Versuch sinnvoll Typische Situationen in der das intelligente Tutorsystem den Lerner unterbricht sind zum Beispiel h ufig gemachte Fehler und Stocksituationen siehe dazu Konzipiere die Fehlerbehandlung in Abschnitt 7 3 3 5 Zwischen den genannten M glichkeiten der Hilfestellung sind eine Reihe von Abstufungen m glich Auch schlie en sich die Varianten nicht unbedingt gegenseitig aus So ist zum Beispiel eine Kombination von st ndiger Hilfestellung und adaptive Hilfe denkbar und wurde zum Beispiel in Form eines Anleitungsfensters siehe Kapitel 2 8 in dem Projekt GenLab realisiert siehe Hasler und Schlattmann 2001 Seite 12 Das Anleitungsfenster enth lt eine Kurzanleitung zum Versuchsprotkoll und kann vom Lerner w hrend der Versuchsdurchf hrung beliebig oft eingesehen werden In einer Stocksituation kann sich der Lerner den n chsten Arbeitsschritt in Form einer Animation vorf hren lassen Ist ein Arbeitsschritt bereits bekannt so kann dieser vom Lerner bersprungen werden Au erdem wird der Lerner auf Fehler bei der Versuchsdurchf hrung aufmerksam gemacht und muss die entsprechenden Arbeitsschritte wiederholen Dieses Beispiel einer einfachen adaptiven Hilfe in Verbindung mit einer freien Experimentierumgebung sieht ein Lernermodell vor das im Wesentlichen aus der Kurzanleitung des Versuchsprotokol
34. Das Gesamtglossar fasst dabei alle Eintr ge aus den Glossaren der einzelnen Dokumente des virtuellen Labors zusammen mit dem Ziel eine einheitliche Terminologie sicherzustellen Balzert 2000b Seite 69 Die einzelnen Dokumente zum virtuellen Labor sind im Wesentlichen das Pflichtenhefi die Vorstudien das Benutzungshandbuch und die technische Dokumentation t Des Weiteren k nnen aber auch die Schablonen und Richtlinien die w hrend der Entwicklung des virtuellen Labors einzuhalten oder zu ber cksichtigen sind weitere Eintr ge f r das Gesamtglossar enthalten Das Gesamtglossar wird ber den gesamten Software Entwicklungsprozess des virtuellen Labors weiterentwickelt das hei t es werden bestehende Eintr ge korrigiert gestrichen und neue eingef gt siehe dazu Ber cksichtige Sprachgebrauch und Denkweisen der Projektmitarbeiter in Abschnitt 7 3 2 2 7 1 2 Sch tze Umfang und Risiko des Projekts Rolle Rolle Von dem Projektleiter und den System Analytikern sind die potentiellen Risiken bei der Entwicklung des virtuellen Labors zu identifizieren und einzusch tzen siehe Abbildung 7 5 Dazu legen die System Analytiker die Anwendungsf lle des virtuellen Labors fest Die wichtigsten Anwendungsf lle sind die zur Auswahl und Durchf hrung der Versuche Weitere Beispiele f r Anwendungsf lle sind das dynamische Laden und Speichern eines Versuchs und der Abruf von Hintergrundinformationen zu e
35. Defizite und W nsche zur Entwicklung von multimedialen Lehr und Lernsystemen unter anderem verbesserte Prozessmodelle genannt werden In GenLab wurde des Weiteren festgestellt dass neben einem Vorgehensmodell insbesondere eine geeignete Entwicklungsmethodik f r den Anwendungsfall virtuelle Labore fehlt So sind die bestehenden Vorgehensmodelle zur Entwicklung von multimedialen Lehr und Lernsystemen zu abstrakt als dass sie f r die Entwicklung von virtuellen Laboren nutzbringend eingesetzt werden k nnten Der hohe Grad der Interaktionsm glichkeiten in virtuellen Laboren sowie die Erstellung und Verarbeitung wichtiger Artefakte wie zum Beispiel die Versuchsprotokolle und das Drehbuch werden von diesen Vorgehensmodellen nicht oder nur zum Teil ber cksichtigt 1 2 Anforderungen Im Rahmen dieser Arbeit wird daher ein Vorgehensmodell und eine Entwicklungsmethodik f r den Anwendungsfall virtuelle Labore erstellt Das Vorgehensmodell beschreibt wann bei der Entwicklung virtueller Labore welche Entwickler welche Aktivit ten durchzuf hren haben Die zugeh rige Entwicklungsmethodik legt fest wie diese Aktivit ten durchzuf hren sind und welche Artefakte dabei erstellt oder verwendet werden Dabei ist der hohe Grad an Interdisziplinarit t des Entwicklerteams und den damit verbundenen sehr hohen Kommunikationsbedarf zwischen den Projektmitarbeitern zu ber cksichtigen Des Weiteren ist der Software Entwicklungsprozess in mehrere Phasen mit festd
36. Dokumentation siehe Kapitel 7 8 2 141 e F hre internen Abnahmetest durch siehe Kapitel 7 8 3 Erstelle externes Release siehe Kapitel 7 8 4 F hre externen Abnahmetest durch siehe Kapitel 7 8 5 und Vertreibe das virtuelle Labor siehe Kapitel 7 8 6 7 8 1 Plane den Einsatz Rolle Artefakt Der Projektleiter plant auf der Basis des Gesamtentwicklungsplans und des Entwicklungsplans der Iteration wann und wie das n chste Release des virtuellen Labors erfolgen soll Au erdem wird eine Liste der Materialien erstellt die f r das Release ben tigt werden wie zum Beispiel das Booklet zur CD ROM und die Verpackung Dabei flie en die Erfahrungen aus den vorherigen Releases in die Planung des n chsten Releases mit ein 7 8 2 Erstelle die Dokumentation Unter der Dokumentation wird die Gesamtheit der Unterlagen verstanden die dem Endanwender einen ordnungsgem en Betrieb Balzert 2000b Seite 1089 und dem Auftraggeber die Wartung und Weiterentwicklung des virtuellen Labors erm glichen Die Dokumentation zum virtuellen Labor besteht daher aus einem Benutzungshandbuch f r die Endanwender und einer technischen Dokumentation f r den Auftraggeber siehe Abbildung 7 27 er D Fachexperte 8 Erstelle das 2 Benutzungshandbuch Fachdidaktiker LO Analytiker E stelle die technische Dokumentation un Designer u Entwickler P Abbildun
37. Helmut Lehrbuch der Software Technik Bd 1 Software Entwicklung 2 Auflage Heidelberg Berlin Spektrum Akad Verl 2000 Ruhr Universit t Bochum Barchfeld u a 2000 BARCHFELD Markus SAND Roland LINK Johannes XP und RUP Passt das zusammen In Net Object Days 2000 2000 Baumgartner 1997 BAUMGARTNER Peter Didaktische Anforderungen an multimediale Lernsoftware In ISSING Ludwig J Hrsg KLIMSA Paul Hrsg Information und Lernen mit Multimedia 2 berarbeitete Auflage Weinheim Psychologie Verlags Union Januar 1997 S 241 251 Beck 2000 BECK Kent Extreme programming explained embrace design Addison Wesley Dezember 2000 Blumstengel 1998 BLUMSTENGEL Astrid Entwicklung hypermedialer Lernsysteme Berlin Wissenschaftlicher Verlag Berlin 1998 Dissertation BmBF 2001 BMBF L3 Lebenslanges Lernen Weiterbildung als Grundbed rfnis 2001 URLhttp www 1 3 de Boedicker 1990 DBOEDICKER Dagmar Handbuch Knigge Software Handb cher schreiben und beurteilen Mannheim Wien Z rich BI Wissenschaftsverlag 1990 Angewandte Informatik Band 6 Boles 1994 BOLES Dietrich Das IMRA Modell Integrationen von Interaktionen in das Autorenwerkzeug FMAD Oldenburg Carl von Ossietzky Universit t Oldenburg Fachbereich Informatik September 1994 Diplomarbeit 196 Boles 1997 BOLES Dietrich Erstellung multimedialer Dokumente und Anwendungen In Workshop Software Eng
38. Hilfe des Heizblocks als auch im 37 Raum durchgef hrt werden In diesem Fall muss im Gesamtkontext aller Versuche entschieden werden ob das Laborger t der Laborraum oder beides im virtuellen Labor umgesetzt werden soll Einen Laborraum im virtuellen Labor hinzuzuf gen macht allerdings nur dann Sinn wenn dieser auch in mehreren Versuchen genutzt wird Die Verwendung eines Laborraums anstelle eines Laborger tes ist insbesondere dann sinnvoll wenn bei Verwendung des Laborger tes der Gr enunterschied zwischen der kleinsten und der gr ten Versuchskomponente zu hoch ist beziehungsweise das Laborger t allgemein zu gro f r das virtuelle Labor ist Bez glich der Alternativen der Versuchsdurchf hrung ist es aber auch m glich dass andere Laborger te oder Beh lter als die im annotierten Versuchsprotokoll eakt angegebenen verwendet werden k nnen So lassen sich zum Beispiel Laborger te durch andere ersetzen wenn diese veraltet sind Beh lter k nnen durch andere ersetzt werden wenn diese zum Beispiel f r das Mischen von Substanzen gebraucht werden Es ist dann irrelevant ob die Substanzen in dem Messbecher oder dem Messzylinder zusammengegeben werden Vereinheitlichung der Versuchsprotokolle Es ist m glich dass die Angaben zu den Ge r teeinstellungen in verschiedenen Versuchsprotokollen nicht einheitlich sind obwohl die Unterschiede in den Ger teeinstellungen f r das Versuchsergebnis nicht signifikant sind So ist es den
39. Laborger t zur Ansicht von allen Seiten eine kurze Beschreibung des Laborger tes sowie eine ausf hrliche Bedienungsanleitung inklusive der Sicherheitsbestimmungen Das Hintergrundwissen zu einem Beh lter beziehungsweise Zubeh r besteht aus einem digitalisierten Photo des realen Beh lters beziehungsweise Zubeh rs einem 3D Modell und eine kurze textuelle Beschreibung Zu jeder Substanz ist in GenLab die Strukturformel als Graphik und eine textuelle Beschreibung der Substanz enthalten Des Weiteren werden zu jeder Substanz gem dem Materialblatt weitere Merkmale genannt wie zum Beispiel andere Bezeichnungen der Substanz die Summenformel Farbe Geruch Form molare Masse Dichte bei 20 C L slichkeit in Wasser bei 20 C Schmelzpunkt Siedepunkt Sicherheitshinweise sowie bei Substanzgemischen die Konzentration das hei t die Zusammensetzung und sonstige Informationen zum Gemisch Existiert ein Werkzeug zur Integration des Hintergrundwissens in das virtuelle Labor so kann die Integration des Hintergrundwissens von einem Fachexperten oder einem Fachdidaktiker vorgenommen werden vergleiche das Werkzeug Laboratory Information Network Authorware in Aden u a 1999 Seite 42 Bei einem separaten Teilsystem f r das Hintergrundwissen wie in GenLab als Online Handbuch kann die Integration des Hintergrundwissens von einem Medienspezialisten nore durchgef hrt werden siehe dazu Ber cksichtige die Anbindung weiterer Komponenten
40. Laborger ten Beh ltern und Substanzen durchgef hrt und s mtliche Reaktionsabl ufe des Simulators gepr ft e Alle m glichen Ausgabeformen des virtuellen Labors werden mindestens einmal erzeugt Die haupts chliche Ausgabeform ist die Darstellung des virtuellen Labors auf dem Bildschirm Weitere Ausgabeform ist der Ausdruck auf Papier zum Beispiel von Versuchsprotokollen 134 e Die Leistungsgrenzen des virtuellen Labors sind auszuloten So ist zum Beispiel die Reaktionszeit des virtuellen Labors auf die Eingaben des Lerners zu untersuchen Dazu sind die Ressourcen des Computer Systems auf dem das virtuelle Labor getestet wird zu varlieren Werden die Quelltexte beziehungsweise das OOD Modell t des virtuellen Labors zur Erhebung der Testf lle betrachtet so muss durch die Testf lle sichergestellt werden dass jeder Programm Zweig der einzelnen Klassen mindestens einmal durchlaufen wird Zweig berdeckungstest beziehungsweise C Test Der Zweig berdeckungstest gilt als minimales Testkriterium siehe Balzert u a 1993 Liggesmeyer 1993 1990 und schlie t den Anweisungs berdeckungstest beziehungsweise Co Test mit ein Balzert u a 1993 Seite 35 In diesem wird nur die mindestens einmalige Ausf hrung aller Anweisungen der Klassen des Software Systems gefordert Balzert u a 1993 Seite 31 f Ein etwas st rkeres Kriterium als der Zweig berdeckungstest ist der Bedingungs berdeckungstest bei dem gefordert wird das
41. Modelle verwendet siehe Abbildung 7 22 Bei der 3D Darstellung k nnen die 3D Modelle direkt verwendet werden Zur Erstellung von Animationen f r die 2D Darstellung eignen sich besonders 3D Modelle die mit Zeitinformation behaftet sind sogenannte 4D Modelle Aus dem 4D Modell werden in bestimmten Zeitabst nden einzelne Graphiken erzeugt und anschlie end zu einer Animation zusammengef gt F r den Druck auf Papier eignen sich spezielle 3D Modelle bei denen lediglich die Konstruktionspunkte durch Linien verbunden dargestellt sind Drahtgittermodelle 3D Modelle werden aber nicht nur zur Nachbildung von Laborger ten verwendet Es bietet sich an auch die einzelnen Arbeitsfl chen und das virtuelle Labor selbst das hei t die Laborr ume und die Inneneinrichtung mit Hilfe von 3D Modellen nachzubilden und in das virtuelle Labor zu integrieren wie zum Beispiel in GenLab siehe Hasler und Schlattmann 2001 Des Weiteren werden die f r das virtuelle Labor ben tigten Audio und Videosequenzen von den Audio und Videospezialisten erstellt siehe dazu Kerres 1998 Seite 334 338 Zur Erstellung von Audiosequenzen k nnen die Ger usche der realen Versuchskomponenten aufgezeichnet werden Diese dienen dann zur Vertonung der virtuellen Versuchskomponenten Des Weiteren kann zum Beispiel f r die Erstellung von Sprache ein professioneller Sprecher beauftragt werden Merx 1999 Seite 127 Soll die Darstellung eine besonders hohe Realit tstr
42. Multimedia Systemen beziehungsweise klassischen Lehr und Lernsystemen zugeschnitten Eine Anpassung eines speziellen Vorgehensmodells f r die Entwicklung von virtuellen Laboren kommt daher bis auf die Bestandteile der klassischen Software Technik einer Neuentwicklung des Vorgehensmodells gleich Der zweite Ansatz der auf Workflows basierenden Vorgehens modelle kann dem gegen ber wesentlich besser auf den Anwendungsfall virtuelle Labore angepasst werden Die Workflows dieser modernen Vorgehensmodelle sind um die Aspekte virtueller Labore anzupassen und um die Medienproduktion und die Erstellung der Didaktik zu erweitern Des Weiteren wird von den auf Workflows basierenden Vorgehensmodellen die Heterogenit t des Entwicklerteams bereits unterst tzt Die Argumente bez glich der Anpassbarkeit des Vorgehensmodells und der Heterogenit t des Entwicklerteams sind letztendlich f r die Entscheidung ausschlaggebend dass der zweite Ansatz weiterverfolgt wird Als Grundlage des Vorgehensmodells f r virtuelle Labore bietet sich zun chst der Unified Software Development Process an Allerdings werden nicht alle Bereiche der Software Technik mit den Workflows des Unified Software Development Process ber cksichtigt Aus diesem Grund beinhaltet der Rational Unified Process weitere Workflows f r das Konfigurationsmanagement Projektmanagement und die Entwicklungsumgebung sowie einen Workflow f r die Gesch ftsprozessmodellierung F r die Entwicklung von virt
43. Navigation eine wesentliche Anforderung an erwachsenengerechte Lehr und Lernsysteme siehe Schanda 1995 Seite 176 So sieht sich der erwachsene Lerner denn auch eher als aktiver selbstgesteuerter Lerner denn als blo er Rezipient von Information Gallenberger u a 1999 Seite 259 Weitere denkbare Navigationsstrukturen ber die Lerneinheiten sind die Suche nach Stichworten Suchbegriffen oder ber das Glossar vergleiche Navigationsstrukturen auf Lerneinheiten in Ateyeh u a 1999 Seite 14 7 3 3 2 Bestimme die Navigationsm glichkeiten in den Lerneinheiten F r die Navigationsm glichkeiten innerhalb der Lerneinheiten stehen f r virtuelle Labore die verschiedensten Steuerungskonzepte zur Verf gung Diese Steuerungskonzepte unterscheiden sich hinsichtlich der Freiheit der Benutzerinteraktion Diesbez glich sind folgende Varianten denkbar vergleiche Hasler und Schlattmann 2001 Seite 11 e Freie Versuchsm glichkeit Das virtuelle Labor agiert als explorative Lehr und Lernumgebung und beschr nkt sich im Wesentlichen auf die Funktionalit ten des Simulators Alle Arbeitspl tze k nnen vom Lerner betreten und s mtliche Laborger te Beh lter und Substanzen nach belieben verwendet werden Dabei kann der Lerner 90 entweder zuvor einen speziellen Versuch ausw hlen oder der Lerner betritt das virtuelle Labor ohne einen bestimmten Versuch ausgew hlt zu haben vergleiche Elfreich 1999 Seite 24 Im letzteren Fall kann der L
44. Rahmenbedingungen f r den Testfall beschreibt Bei der Planung der Evaluation geht es um die Festlegung der Mittel zur Evaluation der gestalterischen didaktischen und fachlichen Qualit t des virtuellen Labors Dabei sind insbesondere die Lernerakzeptanz und der Lernerfolg zu bestimmen Die Planung der Tests und der Evaluation endet mit der Best tigung des Test und Evaluationsplans durch den Projektleiter 4 O En Erhebe die Tester Testf lle QO QO Medien Fachdidaktiker Bestimme die spezialist Evaluationsmethoden C Fachexperte Abbildung 7 25 Detailansicht der Aktivit t Plane die Tests und Evaluation 7 7 1 1 Erhebe die Testf lle Nach Fr hauf u a 1991b Seite 42 stehen f r die Erhebung der Testf lle prinzipiell drei Informationsquellen zur Verf gung Das sind die Anwendungsf lle die Quelltexte beziehungsweise das OOD Modell t des virtuellen Labors sowie die Erfahrungswerte des Entwicklerteams ber die h ufigsten Software Fehler Die aus den Anwendungsf llen abgeleiteten Testf lle m ssen dabei folgende Anforderungen erf llen e Jede Funktion des virtuellen Labors wird mindestens einmal aktiviert Das hei t alle Versuche und Fertigkeiten werden durchlaufen das intelligente Tutorsystem wird aufgerufen und die Navigation im virtuellen Labor durchgef hrt Es werden alle m glichen Alternativen bei den Versuchsabl ufen getestet alle denkbaren Interaktionen zwischen den
45. Rolle l sst sich in die vier Organisationseinheiten Fachexperte Fachdidaktiker 2 Medienspezialist und Informatiker untergliedern In den Kapiteln 5 1 bis 5 4 werden diese Organisationseinheiten n her beschrieben und gegebenenfalls weiter verfeinert Als externe Rollen treten der Auftraggeber und die Endanwender in Erscheinung Diese werden in den Kapiteln 5 5 und 5 6 beschrieben 5 1 Fachexperten Bei der Entwicklung virtueller Labore bringen die Fachexperten Rolle ihr Wissen ber die zu modellierende Dom ne ein Dieses beinhaltet die theoretischen Grundlagen der Dom ne die umfangreichen Kenntnisse ber die Laborausstattung und benutzung sowie die teilweise sehr komplizierten Experimentabl ufe und Versuche die durchgef hrt werden sollen Ein Fachex perte ist demnach also ein Experte der Dom ne die mit dem virtuellen Labor nachgebildet wird 5 2 Fachdidaktiker Ein Fachdidaktiker ist ein Lehrender an einer Schule oder Universit t oder ein Betreuer eines entsprechenden Laborpraktikums Bei der Entwicklung des virtuellen Labors sorgen die Fachdidaktiker f r eine didaktische Aufbereitung und Konzeption der fachlichen Inhalte Dazu ist eine auf die Zielgruppe zugeschnittene Darstellung der durchzuf hrenden Versuche und der zu erwerbenden Fertigkeiten zu entwickeln Ein Fachdidaktiker ist demnach ein an dem Aufbau und der Umsetzung der Didaktik beteiligter Projektmitarbeiter
46. Software Systems gesprochen Realistischer ist allerdings der Ansatz bei der die Transformation von der Spezifikation zum Software Produkt nur halb automatisch unter Verwendung eines wissensbasierten Systems erfolgt siehe auch Pagel und Six 1994 Seite 69 3 2 6 Spiralmodell Das Spiralmodell ist ein Metamodell in das andere Vorgehensmodelle eingebettet werden Ziel des Spiralmodells ist die Risikominimierung Der Software Entwicklungsprozess wird beim Spiralmodell als iterativer Prozess angesehen und durch mehrfaches Durchlaufen der Spirale realisiert Die Iterationen werden im Spiralmodell Windungen genannt Zu Beginn jeder Windung wird geplant welche Aktivit ten durchzuf hren sind und welches Vorgehensmodell verwendet werden soll Au erdem werden die Ziele formuliert die mit dieser Windung erreicht werden sollen Anschlie end wird das ausgew hlte Vorgehensmodell angewendet Am Ende wird das Ergebnis der Windung mit den zuvor gesteckten Zielen berpr ft und bewertet Ist das Risiko f r eine Fortf hrung des Projektes zu gro so wird die Software Entwicklung abgebrochen Entspricht das Ergebnis den Anforderungen des Kunden so ist die Entwicklung zum fertigen Software Produkt abgeschlossen 3 2 7 V Modell Das V Modell beschreibt den Software Entwicklungsprozess mit Hilfe von Aktivit ten und Produkten siehe LABG 2001 ANSSTAND e V 2001 Au erdem legt das V Modell fest mit welchen Methoden die Aktivit ten durchzuf hre
47. System Dokumentation und das Handbuch f r die System Administration Die System Dokumentation dient zur Wartung des virtuellen Labors und zur Weiterentwicklung des Frameworks bei Neuentwicklungen Dazu enth lt die System Dokumentation eine detaillierte Beschreibung des Frameworks und dessen Anwen dung Das Handbuch f r die System Administration enth lt eine Beschreibung der Installation des virtuellen Labors inklusive der Quelltexte und der ben tigten Standardkomponenten auf die Entwicklungsumgebung Au erdem wird die Konfiguration des virtuellen Labors und der verwendeten Standardkomponenten beschrieben Bei der Erstellung der technischen Dokumentation kann von einer allgemeinen informatischen Vorbildung des Lesers ausgegangen werden So kann der Inhalt der technischen Dokumentation relativ kurz aber dennoch pr zise gehalten werden 7 8 3 F hre internen Abnahmetest durch F r den internen Abnahmetest wird von den Designern Entwicklern mit Unterst tzung durch den Konfigurationsmanager ein internes Release des virtuellen Labors erstellt Das interne Release setzt sich zusammen aus dem aktuellen Build des virtuellen Labors dem Benutzungshandbuch und der technischen Dokumentation Die Freigabe des internen Release erfolgt durch den Projektleiter Das interne Release wird dann im Workflow Test und Evaluation siehe Kapitel 7 7 von den Testern und von dem Fachexperten dem Fachdidaktiker
48. Vorgehensmodell in die Phasen Analyse System Spezifikation Konzeption die parallel ablaufenden Phasen Programmrealisation und Medienproduktion sowie die darauf folgenden Phasen System Test und Wartung und Pflege Die Analysephase teilt sich in die Benutzer System Umgebungs und Inhaltsanalyse auf Danach erfolgt die System Spezifikation In der Konzeptionsphase wird basierend auf die System Spezifikation die Navigationsstruktur und die Benutzungsoberfl che des Multimedia Systems festgelegt Die technische Umsetzung des Multimedia Systems erfolgt in der Programmrealisation und der Medienproduktion Zur Entwicklung des Multimedia Systems wird die 7Top Down Strategie vorgeschlagen das hei t es werden Entscheidungen auf h herer Ebene getroffen und dann schrittweise verfeinert Nach der Analysephase vollzieht sich die Entwicklung des Multimedia Systems bis zum Beginn der Programmrealisation in einem evolution ren Prozess Aufgrund der hohen Kosten die durch die Medienproduktion entstehen sind nach der Fertigstellung und Validierung des Drehbuchs script keine Phasenwiederholungen m glich Daher findet im Vorgehensmodell ab der Programmrealisation und Medienproduktion eine strenge Phaseneinhaltung statt 24 Projektbegr ndung Analyse gt Analyse Y Y Y Y Be
49. bertragende Datenmenge zum Server reduziert Auf der Seite des Servers befindet sich dagegen das intelligente Tutorsystem und das Simulationsmodell sowie gegebenenfalls eine Datenbank und ein Expertensystem Besonders wichtig bei der Erstellung einer Client Server Anwendung ist eine klare und m glichst stabile Schnittstelle zwischen Client und Server nderungen am Server sollten keine nderungen am Client erfordern und umgekehrt Eine ausf hrliche Analyse weiterer m glicher Formen von Client Server Architekturen befindet sich zum Beispiel in Knoblich 1998 Seite 11 bis 28 7 4 1 7 Konzipiere die Einbindung von Mehrsprachigkeit Bez glich der Mehrsprachigkeit muss entschieden werden wie diese umgesetzt wird Nach Heinrich und Schifman 2000 Seite 35 gibt es folgende Einsatzarten f r Mehrsprachigkeit e Getrennte Sprachversionen Bei der getrennten Sprachversion werden je nach Anzahl der gew nschten Sprache eine entsprechende Anzahl virtueller Labore erstellt Damit ist die Architektur des mehrsprachigen virtuellen Labors identisch mit der Architektur t ohne Mehrsprachigkeit und eine Umsetzung entsprechend einfach Letztlich wird dann jedoch nicht nur ein virtuelles Labor entwickelt sondern mehrere gleichzeitig Hierbei besteht das Problem dass nderungen am virtuellen Labor einer Sprachversion bei allen anderen nachgezogen werden m ssen was sehr aufwendig und fehleranf llig ist e Sprachauswahl am Anfang Bei der Spracha
50. definiert Dieses legt fest wann und wie zwischen welchen Einzelansichten des virtuellen Labors gewechselt werden kann vergleiche die Umsetzung der Labornavigation in Hasler und Schlattmann 2001 Seite 9 f Bei einer gen gend hohen Anzahl von zuvor generierten Einzelbildern wird beim Lerner der Eindruck einer kontinuierlichen Bewegung durch ein dreidimensionales virtuelles Labor erzeugt vergleiche Kerres 1998 Seite 255 e Virtuelle Realit t VR virtual reality Die Navigation im virtuellen Labor erfolgt bei der virtuellen Realit t siehe Alsdorf und Bannwart 1997 Seite 438 f in einer echten 3D Umgebung das hei t auf der Basis eines formalisierten 3D Modells vergleiche Heuten 2001 Seite 15 f Bei der virtuellen Realit t werden die Einzelbilder des virtuellen Labors inklusive aller Arbeitsfl chen und Versuchskomponenten in Echtzeit generiert vergleiche Kerres 1998 Seite 255 Die virtuelle Realit t stellt also eine konsequente Weiterf hrung der zuvor genannten 3D Raummetapher dar Die Konzepte zum Wechsel der Arbeitsfl chen schlie en sich nicht gegenseitig aus sondern erg nzen sich unter Umst nden sogar So ist in GenLab eine Kombination aus Men steuerung und 3D Raummetapher zu finden Um Laborger te und Substanzen zwischen den einzelnen Arbeitsfl chen im virtuellen Labor transportieren zu k nnen ist zum Beispiel die Integration einer Transportleiste in die Arbeitsfl chenverwaltung denkbar wie zum Beispiel in Ge
51. den Erwerb und die Anwendung von strategischem Wissen und Handlungskompetenz vergleiche Kerres 1998 Seite 116 Dazu wird mit Hilfe der anwesenden oder abwesenden Beobachtung evaluiert wie sich ein Lerner der sich zuvor mit Hilfe des virtuellen Labors auf das Laborpraktikum vorbereitet hat anschlie end bei der Durchf hrung der gleichen Versuche in der realen Laborumgebung zurechtfindet und verh lt Die Evaluation des 139 Lerntransfers wurde nach Freibichler 2000 Seite 307 bisher nur sehr selten durchgef hrt weil dazu insbesondere eine aufwendige und differenzierte Aufgaben T tigkeits und Problemanalyse vorausgesetzt wird Sowohl eine differenzierte Beschreibung der Aufgaben des Laborpraktikanten Versuche durchf hren und der jeweiligen T tigkeiten Arbeitsschritte des entsprechenden Versuchsprotokolls sind f r den Anwendungsfall virtuelle Labore verf gbar Auch eine detaillierte Problemanalyse ist bei virtuellen Laboren mit der Erstellung der annotierten Versuchsprotokolle und der Aktivit ts und Zustandsdiagramme zu den Versuchen vorhanden Damit steht der Analyse des Lerntransfers nur noch der relativ gro e Aufwand zur Durchf hrung entgegen der jedoch im Verh ltnis zum erwartbaren Nutzen als relativ gering erscheint 7 7 8 Analysiere Ergebnisse der Evaluation In dieser Aktivit t werden die Ergebnisse aus den Befragungen und Beobachtungen der Endanwender durch die Fachdidaktiker ausgewertet Des W
52. der Lerners kompetitives Lernen sowie zur Unterst tzung der Nachanalyse der Lernerdaten siehe Analysiere Ergebnisse der Evaluation in Kapitel 7 7 8 Die Punktebewertung kann aber prinzipiell auch zur Notenvergabe im Rahmen einer schulischen oder universit ren Veranstaltung verwendet werden Das Protokollieren von Daten des Lerners ist nach F rster und Zwernemann 1993 Seite 75 ein umstrittenes Thema Demnach sollte der Grundsatz gelten dass so viele Daten wie n tig und so wenige wie m glich protokolliert werden Werden Lernerdaten protokolliert so ist der Lerner dar ber zu informieren Des Weiteren ist der Erhebungszweck dem Lerner gegen ber anzugeben siehe Bundesdatenschutzgesetz 2001 13 und 14 7 3 3 5 Konzipiere die Fehlerbehandlung Ein weiterer wichtiger Aspekt des didaktischen Konzepts ist die Behandlung von Fehlern Diese ist wie die Lerneranalyse ebenfalls Bestandteil des Lerner aber auch des Lehrermodells Im Lernermodell muss festgelegt werden wie die Fehler des Lerners ermittelt und welche Typen von Fehlern erkannt werden sollen Teil des Lehrermodells ist es diese Fehler zu analysieren und darauf unter Verwendung der Informationen aus dem Expertenmodell entsprechend zu reagieren vergleiche Witschital 1990 Seite 31 Durch Beobachtungen von realen Laborpraktika und Befragungen der Fachexperten k nnen h ufig gemachte Fehler ermittelt und anschlie end analysiert werden Die daraus gewonnenen Erkenntniss
53. der Transfer der im virtuellen Labor erlernten Handlungsabl ufe auf die Realit t gew hrleistet nach Schult 1994 Heuten 2001 Diese wesentliche Anforderung an die Gestaltung der Benutzungsoberfl che unterscheidet virtuelle Labore von allgemeinen multimedialen Lehr und Lernsystemen Letztere d rfen auch andere k nstlerische Anspr che und Anforderungen erheben wie zum Beispiel das Design der Benutzungsoberfl che in Form eines Zeichentrickfilms Bez glich des Layouts das hei t der Bildschirmaufteilung ist zu entscheiden an welcher Stelle sich das Anleitungsfenster die Transportleiste die allgemeinen Navigationselemente und die Arbeitsfl che befinden sollen Sowohl die Bildschirmaufteilung als auch das Design der Benutzungsoberfl che des virtuellen Labors kann an GenLab angelehnt werden Werden vom Auftraggeber Vorgaben des Corporate Designs definiert so sind diese bei der Gestaltung der Benutzungsoberfl che einzuhalten Au erdem besteht die M glichkeit das Layout und die Gestaltung der Benutzungsoberfl che in den nachfolgenden Iterationen zu berarbeiten und zu korrigieren 7 5 2 Ermittle ben tigte Medien In diesem Teil der Medienproduktion werden zun chst alle f r die aktuelle Iteration ben tigten Medien ermittelt Dazu treffen sich zum Iterationsauftakt alle an der Entwicklung des virtuellen Labors beteiligten Projektmitarbeiter Allgemein werden Medien zur visuellen und auditiven Darstellung des virtuellen
54. des Lerners vorgenommen werden Die Konzeption der Lerneranalyse ist Gegenstand der Erstellung des didaktischen Konzeptes und wird in der Aktivit t Konzipiere die Lerneranalyse siehe Abschnitt 7 3 3 4 durchgef hrt Die konkrete Umsetzung der Lerneranalyse erfolgt bei der Definition der Architektur des virtuellen Labors und wird in der Aktivit t Konzipiere die Umsetzung der Lerneranalyse siehe Abschnitt 7 4 1 8 beschrieben 7 2 3 8 Ber cksichtige das dynamische Laden und Speichern von Versuchen Eine weitere Anforderung an das virtuelle Labor ist das dynamische Laden von zuvor spezifizierten Versuchen Die Versuche k nnen dabei zum Beispiel im Lieferumfang des virtuellen Labors enthalten sein Auch ist es denkbar den Endanwendern Rolle neue Versuche f r das virtuelle Labor im Internet zur Verf gung zu stellen Des Weiteren sollten beliebige Zwischenzust nde w hrend der Versuchsdurchf hrung gespeichert und wieder geladen werden k nnen So kann der Lerner die Durchf hrung eines Versuchs an einer beliebigen Stelle unterbrechen und zu einem sp teren Zeitpunkt wieder aufnehmen Es ist auch denkbar dass ein Endanwender einen beliebigen Zwischenzustand des virtuellen Labors an einen anderen Endanwender verschickt zum Beispiel ber E Mail Im Zusammenhang mit dem dynamischen Laden und Speichern von Versuchen sollte auch die Austauschbarkeit von Versuchen ber cksichtigt werden So ist es denkbar dass Versuche im virtuellen
55. des Simulators werden bereits durch die anderen Workflows des Rational Unified Process abgedeckt Aus diesem Grund wird dem Vorgehensmodell kein weiterer Workflow f r die Erstellung des Simulators hinzugef gt Insgesamt besteht das Vorgehensmodell f r virtuelle Labore also aus dem Rational Unified Process ohne die Gesch ftsprozessmodellierung dem Workflow f r das Tutorkonzept und dem Workflow f r die Medienproduktion Damit wird insgesamt eine gleich hohe Gewichtung auf die Aspekte Medienproduktion Tutorsystem und Simulator sichergestellt Die Ber cksichtigung der Interdisziplinarit t des Entwicklerteams erfolgt durch die Zuordnung von Rollen zu den durchzuf hrenden Aktivit ten und Artefakten Dieser L sungsansatz f r ein Vorgehensmodell und die zugeh rende Entwicklungsmethodik f r virtuelle Labore wird im Folgenden als der VirtLab Prozess bezeichnet Der Simulator eines virtuellen Labors stellt sehr hohe Anspr che an die Interaktivit ts m glichkeiten der Benutzungsoberfl che Der Einsatz eines modernen Autorensystems mit integrierter Programmiersprache ist daher f r die Entwicklung virtueller Labore unabdingbar Dadurch wird allerdings die Entwicklung des virtuellen Labors unter Umst nden auf ein Produkt beziehungsweise eine Produktpalette eines Herstellers gebunden sofern keine Austauschm glichkeiten zu Autorensystemen anderer Hersteller bestehen In der Regel reduziert sich durch die Verwendung eines Autorensystems der Entwi
56. des virtuellen Labors erhoben F r die Erstellung des didaktischen Konzeptes sind sie dagegen nur von geringer Bedeutung 75 7 2 1 3 Bestimme die Einsatzumgebung Neben den soziodemographischen Daten ist bei der Bestimmung der Zielgruppe auch die Einsatzumgebung von wichtiger Bedeutung das hei t die verf gbaren und voraussetzbaren Ressourcen an die Computer Systeme der Endanwender auf denen das virtuelle Labor sp ter ablaufen soll F r die Bestimmung der Einsatzumgebung sind folgende vier Kriterien zu betrachten e Software Es ist die Zielplattform das hei t das Betriebssystem auf der das virtuelle Labor sp ter ablaufen soll zu bestimmen Auch ist zu ermitteln ob und welche Ger tetreiber auf der Zielplattform vorausgesetzt werden m ssen zum Beispiel um im virtuellen Labor Videosequenzen abspielen oder 3D Modelle darstellen zu k nnen e Hardware Bez glich der Hardware ist zu bestimmen welche Anforderungen an die Computer Systeme der Endanwender gestellt werden k nnen beziehungsweise d rfen Des Weiteren ist eine Minimalanforderung zu ermitteln das hei t es ist festzulegen welche Anforderungen die Hardware erf llen muss damit das virtuelle Labor berhaupt genutzt werden kann e Orgware Es ist zu pr fen ob bei den Endanwendern ein Zugang zum Internet vorausgesetzt werden kann oder nicht Ist dies der Fall so ist die minimale maximale und durchschnittliche Geschwindigkeit der Internetanbindung
57. eine Strukturierung der Lerninhalte vorzunehmen und eine geeignete Navigationsstruktur auf den Lerninhalten zu bestimmen Des Weiteren sind die Navigationsm glichkeiten innerhalb der Lerneinheiten festzulegen Diesbez glich ist auch das Interaktionsdesign also die Wahl der Interaktionsformen und der verwendeten Eingabeger te zu ber cksichtigen siehe dazu Boles 1994 Seite 39 bis 47 Au erdem ist zu ermitteln wie der Lernerfolg des Lerners im virtuellen Labor gemessen und bewertet werden kann Es ist also zu bewerten inwiefern die Erstellung eines didaktischen Konzeptes von dem Vorgehensmodell ber cksichtigt wird und welche Bedeutung dem zukommt 3 1 4 Software technische Aspekte Unter den software technischen Aspekten werden die Adaptierbarkeit des Vorgehensmodells die Wiederverwendbarkeit bestehender Entwicklungen sowie die Angemessenheit der 15 Risikoanalysen und der Tests zusammengefasst Diese Kriterien werden im Folgenden einzeln beschrieben e Adaptierbarkeit des Vorgehensmodells kurz Adaptierbarkeit Werden die didak tischen oder gestalterischen Anforderungen virtueller Labore nur unzureichend oder gar nicht ber cksichtigt so muss das Vorgehensmodell diesbez glich angepasst oder erweitert werden Wichtig ist dabei dass keine der Anforderungen berbewertet werden Von dem Vorgehensmodell ist daher eine gleich hohe Gewichtung auf die software technischen didaktischen und gestalterischen Aspekte zu legen Dieses Gle
58. einfach zwischen den Arbeitsfl chen im virtuellen Labor gewechselt werden Allerdings ist die vermittelte Realit tsn he bei alleiniger Verwendung der Men steuerung sehr gering e Grundrissansicht In der Grundrissansicht wird das virtuelle Labor so dargestellt dass die einzelnen Arbeitsfl chen identifiziert werden k nnen Der Wechsel zwischen den Arbeitsfl chen erfolgt durch Auswahl mit der Computer Maus siehe Hasler und Schlattmann 2001 Seite 9 e Flickenteppich Die einzelnen Arbeitsfl chen des virtuellen Labors werden so aneinander gereiht dass der Eindruck einer gro en Arbeitsfl che ein sogenannter Flickenteppich entsteht Im virtuellen Labor wird dann immer nur ein Ausschnitt der gro en Arbeitsfl che dargestellt Der Lerner kann zwischen den einzelnen Siehe Glossar beziehungsweise Kapitel 2 8 79 Arbeitsfl chen entweder durch einen Rollbalken scrollbar wechseln oder die Computer Maus direkt zur n chsten Arbeitsfl che ziehen Dabei ndert sich der dargestellte Ausschnitt der gro en Arbeitsfl che entsprechend der Bewegung des Rollbalkens beziehungsweise der Computer Maus e 3D Raummetapher Die 3D Raummetapher siehe Kerres 1998 Seite 255 imitiert eine echte 3D Umgebung und besteht aus einer Menge von Einzelansichten des virtuellen Labors Eine Einzelansicht ist eine vorgefertigte Graphik die einen bestimmten Ausschnitt des virtuellen Labors darstellt Zwischen den Einzelansichten ist ein Beziehungsnetzwerk
59. folgenden Entwurfsphase wird die System Spezifikation das hei t die Software Architektur und die Schnittstellen zwischen den Teilen der Software Architektur festgelegt In der Implementierung wird die System Spezifikation in einer konkreten Programmiersprache umgesetzt Dabei sind unter Umst nden die im Entwurf verwendeten Konzepte und Methoden an die M glichkeiten der Programmiersprache anzupassen Ergebnis dieser Phase ist ein implementiertes Software System In der Testphase werden die implementierten Programmteile auf Vollst ndigkeit und Korrektheit gepr ft und gegebenenfalls Korrekturen an der Implementierung vorgenommen Ergebnis dieser Phase ist ein ablauff higes Software Produkt das an den Endanwender ausgeliefert werden kann An die Testphase schlie t sich die Phase Einsatz und Wartung an Diese umfasst alle Aktivit ten die im Praxiseinsatz des Software Systems auftreten Das sind im einzelnen Installation des Software Systems beim Kunden Schulung der Benutzer Korrektur von Fehlern sowie nderungen und Erweiterungen der Funktionalit t nach W nschen des Kunden Alle Phasen der Software Entwicklung werden im Phasenmodell sequentiell durchlaufen Das bedeutet dass eine Phase komplett beendet sein muss bevor mit der n chsten Phase begonnen werden kann R ckspr nge in fr here Phasen sind im Phasenmodell nicht m glich 3 2 2 Iteriertes Phasenmodell Das iterierte Phasenmodell stellt eine Erweiterung des zuvor vorgestellten Phas
60. fragen Implementierung und Test der ben tigten Laborger te und Beh lter unter Ber cksichtigung des annotierten Versuchsprotokolls et Integration der getesteten Laborger te und Beh lter in das virtuelle Labor Integration des annotierten Versuchsprotokolls in das Anleitungsfenster und Fertigstellung des Versuchs e Aktivit ten des Medienspezialisten Erstellung der Medien zu dem Versuch insbesondere der 3D Modelle zu den Laborger ten und Beh ltern Integration der Medien zu Abbildern der Laborger te und Beh lter e Aktivit ten des Testers O Testen der Implementierung des Simulators anhand des Zustandsdiagramms des Simulationsmodells Testen der Implementierung der Laborger te und Beh lter anhand der Zustands diagramme Testen der Implementierung des Versuchsablaufs anhand des annotierten Versuchsprotokolls ek B 4 Erstellen eines virtuellen Laborger tes oder Beh lters e Aktivit ten des Medienspezialisten Festlegen der Modellierungsgenauigkeit unter Absprache mit dem Fachdidakti kerrolle gt Welche Kn pfe Schalter und Regler sind wichtig und m ssen beweglich sein gt Welche Kn pfe Schalter und Regler sind unwichtig und brauchen nur grob modelliert werden gt Welche Kn pfe Schalter und Regler k nnen bei der Modellierung vernachl ssigt beziehungsweise weggelassen werden 178 gt Welche Einstellungen der Kn pfe Schalter und Re
61. im Software Entwicklungsprozess erfolgen und wird damit sehr teuer Auftraggeber sind jedoch h ufig nicht in der Lage zu Beginn eines Software Projektes die gew nschten Anforderungen an das Software Produkt pr zise zu formulieren Appelrath u a 1998 Seite 109 Das gilt insbesondere f r interaktive Software Systeme Sawhney 1995 Seite 17 wie zum Beispiel virtuelle Labore Daher ist eher das Prototypenmodell oder die evolution re Software Entwicklung mit h ufiger Evaluation durch den Auftraggeber und Endanwender zu w hlen vergleiche die Bewertung des evolution ren Modells in Balzert 2000b Seite 57 Im Prototypenmodell spielt nicht die Qualit t des Prototypen sondern die Funktionalit t Ver nderbarkeit und schnelle Entwicklung eine Rolle vergleiche exploratives Prototyping in Sawhney 1995 Seite 18 Aufwendigere Prototypen zur Demonstration der Gestaltung der Benutzungsoberfl che kommen wegen der hohen Kosten zur Erstellung der Benutzungsoberfl che nicht in Frage zumal der entwickelte Prototyp nach der Evaluation nicht weiter verwendet wird Dem gegen ber sieht die evolution re Software Entwicklung eine kontinuierliche Entwicklung des Pilotsystems vor vergleiche evolution res Prototyping in Sawhney 1995 Seite 18 Aber auch dieses Vorgehensmodell ist wegen der Medienproduktion wenig geeignet da diese durch Einbeziehung von externen Firmen oder der Anmietung von Studios genauestens geplant sein muss siehe Sawhney 1995
62. in GenLab die Spezifikation von Aufbau und Ablauf der Versuche mit Hilfe eines Drehbuchs durchgef hrt Aus den Erfahrungen von GenLab ist f r die Erstellung des Drehbuchs wie folgt vorzugehen Zun chst wird der Ablauf des Versuchs skizziert dynamische Sicht Dazu werden die einzelnen Arbeitsschritte des annotierten Versuchsprotokolls in skizzierter graphischer Form dargestellt Dabei ist es Hersteller Microsoft siehe http www microsoft com 102 besonders wichtig dass die Notation zur Skizzierung des Arbeitsablaufs intuitiv verst ndlich ist und keiner aufwendigen Erkl rung bedarf So ist aus Abbildung 7 15 zu ersehen dass zu dem aufgekochten Gel im Messbecher mit Hilfe der Mikropipette 104l Ethidiumbromid hinzuzugeben sind Anschlie end wird der Messbecher gesch ttelt Dann wird zun chst der Gelkamm in den Geltr ger gelegt und anschlie end das aufgekochte Gel aus dem Messbecher in den Geltr ger gegeben Anwendung Lerneinheit Seitennummer 3 Ersteller Abe aer Suab Gleklkko plierese Verana ohet Borud Maar Datum 7 8 8 amp 4 Skizzierung des Ablaufs Sa Q ED A e E RE aaee k 2 w Oul b x ne v S nd gt ee A j RU AN n a J N gt fE r f f 4 4 ma Qulce f Ge O Abbildung 7 15 Beispiel einer Drehbuchseite zur Darstellung des Versuchsablaufs Nach der Skizzierung des Ablaufs wird der Aufbau des Versuchs festgelegt statische Sicht Dazu wird d
63. ist dann zu berlegen inwiefern es berhaupt Sinn macht das alte Laborger te im virtuellen Labor noch nachzubilden Dies gilt insbesondere dann wenn das alte Laborger t besonders gro und damit der Gr enunterschied zur kleinsten Versuchskomponente sehr hoch ist e Probenanzahl Werden in der realen Versuchsdurchf hrung eine sehr hohe Anzahl an Proben zum Beispiel 30 St ck erstellt so k nnen die Proben im virtuellen Labor nicht mehr sinnvoll gehandhabt und auf der Arbeitsfl che dargestellt werden In der Realit t ist die hohe Probenanzahl im Allgemeinen jedoch zwingend notwendig damit bedingt durch die Variationen in der Ausbeute der Proben berhaupt ein signifikantes Versuchsergebnis ermittelt werden kann F r das virtuelle Labor ist dann zu pr fen ob von den Variationen in der Ausbeute der Proben abstrahiert und idealisiert werden kann so dass auch eine geringere Probenanzahl zur erfolgreichen Durchf hrung des Versuchs ausreicht e Alternativen der Versuchsdurchf hrung Gegebenenfalls gibt es Alternativen in der realen Versuchsdurchf hrung die so nicht dem annotierten Versuchsprotokoll entnommen werden k nnen beziehungsweise enthalten sind So ist es zum Beispiel m glich dass ein Laborger t durch einen Laborraum ersetzt werden kann oder umgekehrt Ein Beispiel daf r ist der Heizblock und der 37 Raum Wird der Heizblock auf 37 C eingestellt so kann ein Versuch der eine Temperatur von 37 C ben tigt sowohl mit
64. ist mit jeder anderen Komponente verbunden Abbildung 6 1 Metaobjektmodell f r virtuelle Labore informationsbezogenen Sicht siehe Kapitel 6 2 zu betrachten Des Weiteren wird in Kapitel 6 3 auf den Zusammenhang der beiden Sichten eingegangen 6 1 Experimentbezogene Sicht auf das Metaobjektmodell Bei der experimentbezogenen Sicht auf das Metaobjektmodell werden alle Klassen und Assoziationen ausgeblendet die nicht f r die Durchf hrung eines Versuchs ben tigt werden also informierenden Charakter haben brig bleiben alle Klassen und Assoziationen die f r die Modellierung von Versuchen im virtuellen Labor ben tigt werden Die experimentbezogene Sicht auf das Metaobjektmodell ist in der Abbildung 6 2 dargestellt nach Aden u a 1999 Seite 38 Ein Versuch bezeichnet im virtuellen Labor eine bestimmte Handlungsabfolge Abfolge von bestimmten Arbeitsschritten Dabei kann ein Versuch aus mehreren Teil Versuchen bestehen Teilversuche k nnen in verschiedenen Versuchen auftauchen oder sind innerhalb eines Versuches mehrfach durchzuf hren In der Regel stellen Teilversuche bestimmte Basistechniken der zu modellierenden Dom ne dar die zur Erreichung wichtiger Zwi schenschritte und Teilergebnisse im Versuchsablauf dienen Dabei ist es m glich dass die Teilversuche erst noch durch die Angabe konkreter Substanzen instantiiert werden Entsprechen den in GenLab bezeichneten Module 54 Ausstattung N
65. jeweils Erfahrungen mit der aktuellen Version des Pilotsystems zu sammeln und neue Anforderungen zu definieren Dies geschieht in der Phase Evaluation Analyse In der evolution ren Software Entwicklung kann jeweils zwischen benachbarten Phasen gewechselt werden Zudem sind die Phasen zyklisch angeordnet das hei t es kann zus tzlich noch zwischen der Phase Entwurf und Evaluation Analyse gewechselt werden Entspricht das Pilotsystem den W nschen des Auftraggebers so ist die Entwicklung zum endg ltigen Software Produkt abgeschlossen 3 2 5 Transformationelle Software Entwicklung Bei der transformationellen Software Entwicklung werden die funktionalen Anforderungen an das Software System in einer formalen System Spezifikation definiert Die formale System Spezifikation wird dann in einem automatisierten Prozess in die Programmiersprache also das Software Produkt transformiert vergleiche das AVALON System f r die transformationelle Software Entwicklung von Multimedia Systemen in Boles und W therich 1997 In diesem 3 Achtung In der Literatur wird das iterierte Phasenmodell oft auch als Wasserfallmodell bezeichnet wie zum Beispiel in Sawhney 1995 Seite 16 Yass 2000 Seite 142 und Fr hauf u a 1991b Seite 15 Unter dem Wasserfallmodell wird in dieser Arbeit jedoch das klassische Phasenmodell verstanden wie auch in Appelrath u a 1998 Balzert 2000a Pagel und Six 1994 19 Zusammenhang wird auch von einer Generierung des
66. k nnen f r die Erstellung der 3D Modelle von Versuchskomponenten verschiedene Quellen genutzt werden So k nnen zum Beispiel reale Laborger te von den Ger teherstellern f r die Medienproduktion zur Verf gung gestellt werden Diese werden von den 3D Modellierungsspezialisten im Detail analysiert und modelliert Es ist aber auch denkbar dass die realen Laborger te direkt digitalisiert werden siehe dazu Digitalisiere die Medien in Kapitel 7 5 5 Eventuell werden auch die CAD Zeichnungen Computer Aided Design der Laborger te von den Ger teherstellern zur Verf gung gestellt Eine andere Quelle f r die Erstellung der 3D Modelle sind die Kataloge der Ger tehersteller und andere Lehr B cher zu der Dom ne des virtuellen Labors Aus diesen k nnen beispielsweise auch Photos technische Daten und eine Beschreibung der Laborger te entnommen werden F r alle verwendeten Quellen sind die Nutzungsrechte mit den Ger teherstellern und Verlagen zu kl ren und entsprechende Lizenzen zu erwerben siehe dazu Heinrich und Schifman 2000 Seite 150 f Es k nnen aber auch eigene Photos und Videoaufzeichnungen von den Versuchskomponenten erstellt werden Diese eignen sich dann nicht nur als Grundlage f r die Erstellung der 3D Modelle sondern k nnen zum Beispiel auch zur Darstellung des entsprechenden Hintergrundwissens verwendet werden siehe Spezifiziere das Hintergrundwissen zur Lerneinheit in Kapitel 7 3 5 Bei der Erstellung von 3D Model
67. legt der Konfigurationsmanager die Leitlinien f r die aktuelle Iteration fest Die konkrete Ausarbeitung der Leitlinien wird ebenfalls von dem Konfi gurationsmanager durchgef hrt Unter Absprache mit dem Projektleiter und dem Einverst ndnis aller Projektmitarbeiter werden die Leitlinien verabschiedet Diese sind f r alle Projektmitarbeiter verpflichtend F r die Entwicklung virtueller Labore sind zum Beispiel Richtlinien f r die Dokumentation Werkzeugrichtlinien und Program mierrichtlinien sinnvoll Au erdem k mmert sich der Konfigurationsmanager um die Einf hrung der Leitlinien in den Entwicklungsprozess und berwacht deren Einhaltung w hrend der Durchf hrung der Iteration 7 10 4 Unterst tze die Entwicklungsumgebung w hrend der Iteration Der System Administrator hilft den Projektmitarbeitern bei technischen Problemen bez glich der verwendeten Entwicklungsplattform Dies betrifft neben dem Betriebssystem auch die eingesetzten Entwicklungswerkzeuge Die Unterst tzung der Entwicklungsumge bung durch den System Administrator erfolgt w hrend jeder Iteration des Software Entwicklungsprozesses virtueller Labore 152 8 Bewertung und Ausblick Der in dieser Arbeit vorgestellte VirtLab Prozess stellt einen systematischen Ansatz eines Vorgehensmodells und der zugeh renden Entwicklungsmethodik f r virtuelle Labore dar Als Grundlage des VirtLab Prozesses wurde der um den Work
68. umgesetzt werden sollen Des Weiteren ist die Realisierung weiterer Funktionalit ten wie zum Beispiel das dynamische Laden und Speichern von Versuchen und der Aufruf von Hintergrundinformationen zu planen Es bietet sich daher an den Gesamtentwicklungsplan nach den zu realisierenden Versuchen und Fertigkeiten sowie den weiteren Anwendungsf llen zu strukturieren Aus den Erfahrungen von GenLab heraus sind f r die Umsetzung eines Versuches vier bis sechs Wochen einzuplanen Dies setzt voraus dass das Framework zum virtuellen Labor bereits existiert und nur noch ein Teil der Laborger te Beh lter und Reaktionsabl ufe des Simulators implementiert werden m ssen F r die Umsetzung einer Fertigkeit sind nach den Erfahrungen von GenLab ungef hr zwei bis drei Tage einzuplanen vorausgesetzt die Versuchskompo nenten und Reaktionsabl ufe sind bereits implementiert Es bietet sich daher an die Umsetzung mehrerer Fertigkeiten in einer Iteration zusammenzufassen Eine typische Iteration in der Entwurfsphase umfasst zum Beispiel die Erstellung eines annotierten Versuchsprotokolls zur detaillierten Spezifikation eines Versuchs oder die Erstellung von annotierten Versuchsprotokollen zur Spezifikation einer bestimmten Anzahl von Fertigkeiten insofern kein entsprechendes Entwicklungswerkzeug daf r zur Verf gung steht Das Iterationsziel und damit der Iterationsmeilenstein wird also an der Spezifikation des Versuchs beziehungsweise der Fertigke
69. und Ablauf des Versuchs bzw der Fertigkeit siehe Abschnitt 7 3 4 1 beschrieben F r die Erstellung von weiteren Medien aus den 3D Modellen wird in Heuten 2001 zwischen der 2D Darstellung und der 3D Darstellung unterschieden siehe Definiere das virtuelle Labor in Kapitel 7 2 3 Ausgangsbasis beider Darstellungsarten sind die 3D Modelle aus denen die Medien f r die 2D oder 3D Darstellung im virtuellen Labor erzeugt werden In Heuten 2001 wird in diesem Zusammenhang von den Repr sentationen der 3D Modelle im virtuellen Labor gesprochen Die m glichen Repr sentationstypen sind f r die 2D und 3D Darstellung identisch allerdings ist die zugrunde liegende Technologie das hei t 2D Bitmaps oder 3D Modelle verschieden vergleiche Heuten 2001 Seite 5 und 7 3D Modell 2D Darstellung 3D Darstellung 2D Bitmaps 2D Arbeitsfl che 3D Arbeitsfl che 2D Ansicht 3D Ansicht Ansicht von allen Seiten Ansicht von allen Seiten Animation Animation Graphik Graphik J J Abbildung 7 22 Darstellungsarten von 3D Modellen in virtuellen Laboren und ihre Repr sentationen nach Heuten 2001 125 Wird f r das virtuelle Labor die 2D Darstellung gew hlt so werden 2D Bitmaps zur Erstellung der Repr sentationen der 3D
70. virtuellen Labors k nnen also wiederverwendet werden vergleiche Ateyeh u a 1999 Seite 5 Werden die graphischen nderungen an der Benutzungsoberfl che nicht nachgezogen so wirkt das virtuelle Labor bereits nach wenigen Jahren veraltet Des Weiteren erm glicht das Model View Controller Konzept unterschiedliche Sichten auf die Daten des Modells So k nnen diese zum Beispiel als Liste von Zahlen oder als Diagramm dargestellt werden Au erdem erlaubt das Model View Controller Konzept die Anpassung der Benutzungsoberfl che an unterschiedliche Benutzer wie zum Beispiel Anf nger und Experte siehe Preim 1999 Seite 283 So k nnen verschiedene Schwierigkeitsstufen und Blickwinkel auf die Dom ne des virtuellen Labors realisiert werden siehe Bestimme Schwierigkeitsstufen und Blickwinkel auf die Dom ne in Abschnitt 7 2 3 6 Das Model View Controller Konzept wird f r s mtliche Elemente der Benutzungsoberfl che des virtuellen Labors angewendet Dazu z hlen insbesondere die Laborger te Beh lter und Substanzen aber auch die Arbeitsfl chen und Steuerungselemente des virtuellen Labors F r den einfacheren Austausch der kompletten Benutzungsoberfl che kann zudem noch das Entwurfsmuster Abstract Factory siehe Gamma u a 2000 Seite 87 ff angewendet werden Mit diesem Entwurfsmuster ist es m glich aus einer abstrakten Klasse der Benutzungsoberfl che verschiedene konkrete Klassen zu erzeugen Dies erm glicht ein besonders einfaches A
71. vom Lerner die F higkeit zur Bedienung der Mikrowelle vorausgesetzt werden kann Au erdem ist zu bestimmen welche Eingabeger te wie zum Beispiel Computer Maus und Tastatur in welcher Weise f r die Interaktionsformen verwendet werden k nnen siehe dazu Boles 1994 Seite 39 ff und 45 ff Abschlie end bleibt zu berlegen ob die experimentbezogene und die informationsbezogene Sicht auf das Metaobjektmodell auf der Ebene der Benutzungsoberfl che getrennt oder miteinander verkn pft werden sollen siehe dazu den Zusammenhang der beiden Sichten in Kapitel 6 3 7 3 3 1 Bestimme die Navigationsstruktur ber die Lerneinheiten Durch die Bestimmung der Lerneinheiten und Lernziele lassen sich logische Abh ngigkeiten zwischen den einzelnen Lerneinheiten ermitteln Eine logische Abh ngigkeit zwischen den Lerneinheiten ist zum Beispiel dass f r das Verst ndnis der Lerneinheit A der Inhalt der Lerneinheit B vorausgesetzt wird Ateyeh u a 1999 Seite 9 F r die Navigationsstruktur im virtuellen Labor bedeutet das konkret dass die Lerneinheit A erst dann von dem Lerner ausgew hlt werden kann wenn die Lerneinheit B erfolgreich beendet worden ist Diese Abh ngigkeiten ergeben eine Hierarchie der Lerneinheiten und stellen zugleich das logische Grundger st des didaktischen Konzeptes dar Aufgabenkaskade Diese Hierarchie der Lerneinheiten ist die kanonische Festlegung einer logisch geordneten Navigationsstruktur ber die Lerneinheiten und be
72. 19 Theorie 57 Timeboxing 34 214 Timepacing Verfahren 34 35 Tooltip 192 Transformationelles Vorgehensmodell 19 Transportleiste 11 192 Tutorkonzept 83 Tutorsystem siehe Lehr und Lernsystem U berarbeiten der Medien 123 bereinstimmung 87 UML siehe Unified Modeling Language Umsetzung der Lerneranalyse 113 Unified Modeling Language 6 21 23 59 192 Unified Software Development Process 32 unique selling proposition 64 unterschiedlicher Sprachgebrauch 87 USDP siehe Unified Software Develop ment Process Use Case siehe Anwendungsfall Use Case Modell siehe Anwendungsfall Modell User Interface Komponenten 89 user level siehe Schwierigkeitsstufen V V Modell 20 Varianten der Hilfestellung 92 Variationen der Versuchsabl ufe 105 Vectorshapes 120 Vereinheitlichung der Versuchsprotokolle 101 Verfeinerung der Architektur 114 Vergleichsgruppe 139 Verhaltensspur 140 verschiedene Denkweisen 87 verschiedene Schwierigkeitsstufen 81 Verstehen der Anforderungen 76 Versuch 54 192 Versuchsablauf 193 Versuchsabl ufe Variationen der 105 Versuchsdurchf hrung Alternativen der 101 Versuchskomponente 55 Versuchskomponenten Gr enverh ltnisse der 100 Versuchsprotokoll 98 193 annotiertes 100 Versuchsprotokolle Vereinheitlichung der 101 verteiltes virtuelles Labor 81 Vertrieb des virtuellen Labors 145 Vertriebsmodell i
73. 2001 Seite 24 die f r die Erstellung a r IET n Roll virtueller Labore relevant sind Diese Aktivit t wird von den Designern Entwicklern unter aa x Rolle m R cksprache mit dem Projektleiter durchgef hrt Identifiziere und Konzipiere die Client verwende Server Verteilung Entwurfsmuster Pr fe die Verwendbar keit des bestehenden Frameworks Konzipiere Mechanismen der Konzipiere die Designer explorativen Lehr und Einbindung von Entwickler Lernumgebung Mehrsprachigkeit Pr fe den Einsatz von Standardsoftware Erstelle den Konzipiere die Simulator Umsetzung der lt Lerneranalyse A Abbildung 7 18 Detailansicht der Aktivit t Definiere die Architektur Aktivit t Au erdem sind s mtliche Entscheidungen der Aktivit t Definiere das virtuelle Labor siehe Kapitel 7 2 3 und Erstelle das didaktische Konzept siehe Kapitel 7 3 3 wieder aufzugreifen Dazu geh rt insbesondere die Einbindung einer Arbeitsfl chenverwaltung und einer Transportleiste sowie das dynamische Laden und Speichern von Versuchen 108 7 4 1 1 Pr fe die Verwendbarkeit des bestehenden Frameworks Existiert bereits ein Framework f r virtuelle Labore so ist zu pr fen inwiefern das bestehende Framework f r das neue virtuelle Labor angepasst werden kann oder zu erweitern ist Das existierende Framework dient dabei als Grundlage f r die weitere Entwicklung Die Abbildung 7 19 gibt einen berblick b
74. 7 4 4 Entwerfe die Komponenten ae 8 8 ea SR Sr 114 7 4 5 Entwerfe die Echtzeit Komponenten optional 2 115 7 4 6 Entwerfe die Datenbank optional 2 22 222m 115 7 4 7 Entwerfe das Expertensystem optional 2 2 222 220 116 Medienproduktion 4 2 4 2m use en RE 116 7 5 1 Erstelle das Gesamtdesish 4 44 44 22 22a 3 a fa 2 118 7 5 2 Ermittle ben tigte Medien a2 2 8328 Hs sehr ar 118 7 5 3 Analysiere vorhandene Medien 2 2 2 un a 122 7 5 4 Strukturiere die Medienproduktion 2 2 22 22202 123 7 5 5 Digitalisiere die Medien 2 22 u a8 2 as e a8 2 a 8 123 7 5 6 berarbeite die Medien 2 2 2222 2uue nenn 123 Tole Erstelle die Medien ri ur 2uch 2 ec ee ae eig 124 49 8 Besch ffedie Medien 4x3 Zu 22 Du AOE A a a 126 1 99 Pr fe die Mech u a a Rene 127 Implementierung 4 2 ua 2 ua na a a ea a 127 7 6 1 Strukturiere die Implementierung 2 2 2 Cm 2 nenn 129 7 6 2 Plane die Integration 2a sa ee ee Dane 129 7 6 3 Implementiere die Komponenten 2 2 2222er 130 7 6 4 Interriere die Medien una a area an ana DH 130 7 6 5 Integriere die Komponenten zum Teilsystem 2 2 2 2 2 131 7 6 6 Integriere die Teilsysteme zum Labor 2 222 220 131 7 7 Test und Evaluation 2 2 2 2 oo on nn 132 7 7 1 Plane die Tests und Evaluation 2 2 22 on onen 133 7 7 2 Entwerfe die Tests und Evaluation 2 22220 137 7 7 3 Implementiere
75. 8 2 1 an das virtuelle Labor ist denkbar So wurde in GenLab das Anleitungsfenster der Laborkomponente ber Querverweise mit der Informationskomponente verbunden siehe Kapitel 6 3 Zur Erstellung einer Informationskomponente wie in GenLab kann zum Beispiel das in Sawhney 1995 vorgestellte Vorgehensmodell f r die Multimedia Anwendungsentwicklung verwendet werden siehe Kapitel 3 3 1 Eine weitere Erg nzung zum virtuellen Labor ist die Integration eines Notizbuchs In dieses kann der Lerner w hrend der Durchf hrung der Versuche und dem Erwerb der Fertigkeiten Informationen in textueller und graphischer Form nach belieben eintragen und wieder abrufen 6Zum Beispiel Auswertung der Bewegungsdaten des Mauszeigers 95 7 3 4 Spezifiziere Aufbau und Ablauf der Lerneinheit In diesem Teil des Tutorkonzeptes erfolgt die konkrete Spezifikation von Aufbau und Ablauf der Lerneinheiten die in der aktuellen Iteration umgesetzt werden sollen siehe Abbildung 7 14 Eine Lerneinheit stellt im virtuellen Labor die Durchf hrung eines Versuchs oder den Erwerb einer Fertigkeit dar siehe Kapitel 6 1 Die Spezifikation der Lerneinheit erfolgt mit Hilfe einer speziellen von der Dom ne des virtuellen Labors unabh ngigen Spezifikationssprache N Ne Fachexperte Spezifiziere den Aufbau und Ablauf des Versuchs bzw der Fertigkeit O Fachdidaktiker Ber cksichtige m gliche Variationen der Versuchsabl ufe Io
76. 9 Produktionsphase siehe Ambler 2001 Seite 20 41 Workflows Projektmanagement Anforderungsbestimmung Tutorkonzept Analyse und Design Medienproduktion Implementierung Test und Evaluation Einsatz Konfigurationsmanagement Entwicklungsumgebung Iterationen Abbildung 4 1 Die Phasen und Workflows des Vorgehensmodells f r virtuelle Labore 4 1 Definitionsphase In der Definitionsphase werden die grundlegenden Anforderungen an das virtuelle Labor erhoben und im Pflichtenheft festgehalten Dar ber hinaus ist der Zeit und Kostenrahmen zu kl ren und im Gesamtentwicklungsplan festzuhalten Au erdem ist eine Entscheidung ber die Durchf hrung der Entwicklung herbeizuf hren Es ist nicht Ziel der Definitionsphase die zu modellierende Dom ne bereits in detaillierter Form zu beschreiben Es sind aber alle Anwendungsf lle use cases des virtuellen Labors zu identifizieren und im Anwendungsfall Modell use case model festzuhalten Die wichtigsten Anwendungsf lle sind die zur Auswahl und Durchf hrung der einzelnen Versuche Die Spezifikation dieser Anwendungsf lle ist dabei durch die entsprechenden Versuchsprotokolle bereits gegeben Wegen der Interdisziplinarit t des Entwicklerteams ist ein gemeinsames Verst ndnis von der Dom ne des virtuellen Labors von gro er Bedeutung und eine wesentliche Voraussetzung f r den Erfolg des Projekts Dazu sind m gliche Mehrdeutigkeiten der zu modellierenden Dom ne zu erkenn
77. 97 Dies kann zum Beispiel in Zweiergruppen erfolgen Aber auch kompetitives Lernen also das Lernen im gegenseitigen Wettbewerb ist denkbar Des Weiteren k nnen auch verteilte virtuelle Labore realisiert werden Dabei greift ein Client auf mehrere Server zu So kann ein Versuchsablauf von einem ersten Server geladen werden w hrend f r die Berechnung von komplexen Reaktionsabl ufen auf einen weiteren Server zur ckgegriffen wird 7 2 3 5 Entscheide ber die Einbindung von Mehrsprachigkeit Es ist zu entscheiden ob das virtuelle Labor Mehrsprachigkeit unterst tzen soll Mehrsprachigkeit bedeutet allgemein dass dem Lerner mehrere Sprachen f r das virtuelle Labor zur Auswahl stehen Bei der Darstellung des virtuellen Labors sind also die Besonderheiten der jeweiligen Sprache zu ber cksichtigen siehe auch Ermittle ben tigte Medien in Kapitel 7 5 2 Soll Mehrsprachigkeit nicht gleich zu Beginn der Entwicklung des virtuellen Labors umgesetzt werden so sollte das Konzept trotzdem von Anfang an in die Architektur integriert werden Dadurch wird sichergestellt dass die Mehrsprachigkeit bei einer zuk nftigen Erweiterung des virtuellen Labors m glichst einfach umgesetzt werden kann siehe dazu Konzipiere die Einbindung von Mehrsprachigkeit t t in Abschnitt 7 4 1 7 7 2 3 6 Bestimme Schwierigkeitsstufen und Blickwinkel auf die Dom ne F r das virtuelle Labor ist auch zu berlegen ob verschiedene Schwierigkeitsstufen user le
78. Beh lter bezeichnet Beispiel f r einen funktionalen Beh lter ist der K hlschrank Dieser kann Beh lter mit einem kleineren Volumen und Au enma aufnehmen und an den Substanzen die sich in den Beh ltern befinden Zustands nderungen durch Abk hlung hervorrufen Die Assoziationen zwischen den Klassen des Metaobjektmodells geben an wie diese miteinander in Beziehung treten k nnen Sie definieren welche Interaktionen zwischen welchen Komponenten des virtuellen Labors m glich sind zum Beispiel welche Substanzen auf die Laborger te oder auf andere Substanzen in welcher Form reagieren 6 2 Informationsbezogene Sicht auf das Metaobjektmodell Analog zu der experimentbezogenen Sicht auf das Metaobjektmodell werden bei der informationsbezogenen Sicht alle Klassen und Assoziationen ausgeblendet die keinen informierenden Charakter in dem Sinne haben dass sie dem Lerner dazu dienen sich ausf hrlich ber die durchzuf hrenden Versuche und die Laborausstattung zu informieren Ergebnis der informationsbezogenen Sicht auf das Metaobjektmodell sind die in der Abbildung 6 3 dargestellten Klassen und Assoziationen nach Aden u a 1999 Seite 40 1 Ausstattung 1 n 0 n Sicherheits Theorie 1 lt YJ Versuchskomponente bestimmung on 1 p 0 n 1 n fian Son Laborger t n 7 Teil Versuch 1 n 1 Glossar ist m
79. Benutzungshandbuch a vorliegt sollte das Booklet auch eine kurze Einf hrung in die Bedienung des virtuellen Labors enthalten Schnellstart p tefakt Artefakt Ein Online Handbuch wird wie ein gedrucktes Benutzungshandbuc mit dem An spruch erstellt das betreffende Software Produkt vollst ndig und umfassend zu beschreiben Brodbeck und Rupietta 1994 Seite 216 Daher lassen sich die Verfahrensweisen f r den Entwurf und die Gestaltung von gedruckten Benutzungshandb chern siehe Boedicker 1990 hierauf bertragen Rupietta 1987 Seite 170 Das Online Handbuch sollte m glichst der Benutzungsoberfl che und Bedienungslogik des virtuellen Labors folgen das hei t ebenfalls multimedial gestaltet sein Des Weiteren sollte es nur die notwendigsten Erkl rungen enthalten und aufgabenorientiert verfasst sein Au erdem sollte es Bedienungsfehlern mit L sungsvorschl gen begegnen und die Endanwender zum aktiven Umgang mit dem virtuellen Labor auffordern und anleiten siehe Klimsa 1997 Seite 14 Das Online Handbuch erm glicht die Darstellung Kontextsensitiver Information im virtuellen Labor Des Weiteren sollte es die M glichkeit bieten beliebige Lesezeichen Bookmarks zu setzen Thissen 2000 Seite 66 und eine Navigations und Suchfunktion enthalten Mit der Navigation ist die direkte Auswahl von Informationen zum virtuellen Labor das hei t zu den Versuchskomponenten und Reaktionsabl ufen m glich Die Suchfunktion sollte e
80. Carl von Ossietzky Universit t Oldenburg Fachbereich Informatik Abteilung Informationssysteme OSSIETZKY Prof Dr H J Appelrath universi t t OLDENBURG DIPLOMARBEIT Vorgehensmodell und Entwicklungsmethodik f r virtuelle Labore vorgelegt von Ansgar Scherp Erstpr fer Prof Dr Hans J rgen Appelrath Zweitpr fer Dipl Inform Dietrich Boles Oldenburg den 26 August 2001 Adobe PDF Version Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1 Motivation und Einordnung 2 2 on nn 1 2 Afferderunpen ze rer fa ea u fe O A Small IS Aufbalrdenarbeil ato we a Dr a 2 Begriffsdefinitionen 2 12 Vorgehensmodell i s sta 3 2 204 22 2442er ee 2 2 Entwicklungsmethodik 3 2 2 2 2 3 was 2 ae ee a 2 3 Multimedia System 2 222 2 84 0 ar shna he ss nen 24 Lehr und Lernsysteni ar ar era re a ee Ela 2 5 Multimediales Lehr und Lernsystem 2 2 2 on on DOs SMULA ars Er sr Er Bl 2 2ER DPA PR a i 2 7 Intellisentes Tutorsystem 2 ut 2 4 au 22 aa a DER ee 2 8 Virtielles Labori ar Sa a er Ha 3 Problemanalyse 3 1 Bewertungskniterien 2 2 8 2482 le Bis ae ine 3 1 1 Organisatorische Aspekte 2 2 Con nn 3 1 2 Multimediale Aspekte 22 0 4 2222 3 2 DH I Er 3 1 3 Didaktische Aspekte 4 22 23 Hr ri er er 3 1 4 Software technische Aspekte 2 22 aaa 321 3 Bewertungsschem cepo Tenc iiie eia EEE a 3 2 Vorgehensmodelle der klassischen Software Technik 32 1 Phasen
81. EHu diu SEHR L browiol liu niy An Traus pot Abbildung 7 16 Beispiel einer Drehbuchseite zur Darstellung des Versuchsaufbaus Die Darstellungen des Ablaufs und Aufbaus einer Lerneinheit sind in ein allgemeines Muster einer Drehbuchseite nach Yass 2000 Seite 138 und 139 eingebettet siehe Abbildungen 7 15 und 7 16 Im oberen Teil einer Drehbuchseite befindet sich das Feld Anwendung in dem der Name des zu erstellenden virtuellen Labors eingetragen wird Mit der Lerneinheit wird der Name des Versuches oder der Fertigkeit bezeichnet F r organisatorische Zwecke wird au erdem die Seitennummer der Ersteller der Verantwortliche und das Datum zu der Drehbuchseite festgehalten Im unteren Teil einer Drehbuchseite f r den Ablauf einer Lerneinheit siehe Abbildung 7 15 werden die einzelnen Arbeitsschritte skizziert In der Regel werden zur Darstellung des Ablaufs einer Lerneinheit mehrere Drehbuchseiten ben tigt die dann mit einer fortlaufenden Seitennummer versehen werden Im linken unteren Teil einer Drehbuchseite f r den Aufbau einer Lerneinheit siehe Abbildung 7 16 wird die Position der Laborger te Beh lter und Substanzen auf der Arbeitsfl che des virtuellen Labors festgelegt Des Weiteren kann die Skizzierung des Aufbaus der Lerneinheit weitere Zusatzinformationen zu den verwendeten Versuchskomponenten und der Arbeitsfl che enthalten Diese werden im rechten unteren Feld der Drehbuchseite eingetragen F r jede Arbeitsf
82. Entwicklungsumgebung 9 ist es den Projektmitarbeitern eine geeignete Entwicklungsumgebung f r die Erstellung des virtuellen Labors zur Verf gung zu stellen und w hrend des Entwicklungsprozesses zu betreuen Rolle 149 In den Iterationen der Definitionsphase Fa ee die Entwicklungsumgebung f r das virtuelle Later gt gt ee k n onzipiere die Entwicklungsumgebung f r die N konzipiere die Leitlinien f r die traten n Unterst tze die Entwicklungsumgebung w hrend der Iteration 2 o Abbildung 7 29 Der Workflow f r die Entwicklungsumgebung Die Struktur des Workflow zur Entwicklungsumgebung entspricht der des entsprechenden Workflows des Rational Unified Process siehe Kruchten 2000 Seite 224 und beginnt in der Definitionsphase mit der Konzeption der Entwicklungsumgebung f r das virtuelle Labor F r jede Iteration des VirtLab Prozesses wird dann eine konkrete Entwicklungsumgebung konzipiert und entsprechende Leitlinien erstellt W hrend der Iteration stehen diese Leitlinien dann den Projektmitarbeitern Rolle zyr Durchf hrung ihrer Aktivit ten zur Verf gung Workflow Die Aktivit ten der Entwicklungsumgebung werden in den folgenden Kapiteln im Detail beschrieben Im Einzelnen sind das e Konzipiere die Entwicklungsumgebung f r das Projekt siehe Kapitel 7 10 1 e Konzipiere die Entwicklungsumgebung f r die Iteration t siehe Kapit
83. Erstellung der Benutzungsoberfl che kurz Benutzungsoberfl che Bei der Entwick lung eines virtuellen Labors wird eine sehr hohe Gewichtung auf die multimediale Gestaltung der Benutzungsoberfl che gelegt Ziel ist eine m glichst realistische Darstellung der Laborkomponenten und Versuchsabl ufe zu erreichen damit die im virtuellen Labor erlernten Handlungsabl ufe leicht auf die Realit t bertragen werden k nnen Die Gewichtung des Vorgehensmodells auf die Erstellung und Gestaltung der Benutzungsoberfl che ist daher ein weiteres wichtiges Bewertungskriterium e Ber cksichtigung der Medienproduktion kurz Medienproduktion Aufgrund der multimedialen Gestaltung der Benutzungsoberfl che sind bei der Entwicklung eines virtuellen Labors eine Reihe von Medien zu erstellen und zu integrieren So sollte dieses von einem Vorgehensmodell f r virtuelle Labore in einer eigenen Phase der Medienproduktion ber cksichtigt werden Ist eine Medienproduktion in dem betrachteten Vorgehensmodell enthalten so ist zu bewerten inwiefern diese ber cksichtigt wird und wie gut sich die Medienproduktion planen l sst 3 1 3 Didaktische Aspekte Ebenso wie die multimedialen Aspekte sind auch die didaktischen Aspekte von einem Vorgehensmodell f r virtuelle Labore zu ber cksichtigen Die Erstellung eines didaktischen Konzeptes ist ein wesentlicher Bestandteil bei der Entwicklung virtueller Labore Es ist der Umfang der zu vermittelnden Lerninhalte festzulegen
84. GROUP UML Resource Page 1997 2001 URL http www omg org uml Oestereich 1999 OESTEREICH Bernd Die Macht des Rhythmus das OEP Timepacing Verfahren In OBJEKTspektrum Nr 2 2000 1999 oose de GmbH 1999 OOSE DE GMBH Software entwickeln mit System Object Engineering Process 1999 URL http www oose de oep Oppermann und Reiterer 1994 OPPERMANN Reinhard REITERER Harald Software ergonomische Evaluation Kap 9 S 335 371 In EBERLEH Edmund Hrsg BERQUELLE Horst Hrsg OPPERMANN Reinhard Hrsg Einf hrung in die Software Ergonomie Gestaltung graphisch interaktiver Systeme Prinzipien Werkzeuge L sungen Berlin New York Walter de Gruyter amp Co 1994 Pagel und Six 1994 PAGEL Bernd Uwe SIX Hans Werner Software Engineering Die Phasen der Softwareentwicklung Addison Wesley 1994 Pasch 1994 PASCH J rgen Kooperative Software Entwicklung mehr Qualit t durch das dialogische Prinzip bei der Projektarbeit Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo Hong Kong Barcelona Budapest Springer Verlag 1994 Preim 1999 PREIM Bernhard Entwicklung interaktiver Systeme Grundlagen Beispiele und innovative Anwendungsfelder Berlin Heidelberg New York Barcelona Hongkong London Mailand Paris Singapur Tokio Springer Verlag 1999 Projektgruppe Elvis Internetseiten 1998 PROJEKTGRUPPE ELVIS INTERNETSEITEN Projekt Elvis 1998 URL http elvis offis uni oldenburg
85. Gelkamm nicht eingesetzt Br la ienen Y Gelkamm ER a A V ka on Abk hlen esene Masssczas s A Gelkamm einsetzen Gel gie en N Versuch erfolgreich durchgef hrt Ye Verfeinerung K gt en lasson Gelkamm an Abbildung A 1 Aktivit tsdiagramm zur Gelelektrophorese 166 Substanz X hinzugeben Substanzen X hinzugeben _ Substanzen X X Xu enthalten Substanz X hinzugeben Schutten Substanzen entsorgen fl Substanzen X X X C enthalten und gesch ttelt Leer und verunreinigt Abbildung A 2 Zustandsdiagramm eines Beh lters offen Zeit t und Leistung P einstellen Start gedr ckt Eingeschaltet Stopp gedr ckt nach t Sekunden Ausgeschaltet und T r geschlossen T r schlie en Ausgeschaltet und T r ge ffnet Beh lter in die Mikrowelle stellen Zeit tund Leistung P einstellen Abbildung A 3 Vereinfachtes Zustandsdiagramm einer Mikrowelle 167 B Checklisten Die Checklisten dienen vornehmlich zur Unterst tzung der Zusammenarbeit des heterogenen Entwicklerteams virtueller Labore In diesem Kapitel werden die wichtigsten Artefakte aus der Sicht der beteiligten Rollen beschreiben Dazu wird zu jeder Rolle aufgelistet was zur Erstellung oder Verwendung der Artefakte zu ber cksichtigen beziehungsweise welche Aktivit ten durchzuf hren sind B 1 Erstellen des P
86. Interdisziplinarit t des Entwicklerteams virtueller Labore ist die M glichkeit des Auftretens von Kontrasten besonders hoch Kontraste stellen jedoch nicht unbedingt ein Problem dar da oft dasselbe Ziel ber verschiedene Wege das hei t ber verschiedene Konzepte und Terminologien erreicht werden kann Wichtig ist hier also die Einigung des Entwicklerteams auf ein Konzept und eine Terminologie Bez glich m glicher Probleme im Zusammenhang mit dem unterschiedlichem Sprach gebrauch und den verschiedenen Denkweisen der Projektmitarbeiter sei ein Beispiel aus GenLab genannt In GenLab hatten die Fachexperten eine andere Sichtweise auf die Dom ne der Gentechnik als die Informatiker W hrend die Fachexperten die Dom ne eher in den Strukturen der vorliegenden Versuchsprotokolle sehen denken die Informatiker haupts chlich in hierarchischen Strukturen von wiederverwendbaren Klassen und Komponenten So wurde in GenLab als Grundlage der gemeinsamen Kommunikation zwischen den Fachexperten und den Informatikern ein Hierarchieschema erstellt das die interne Struktur der Versuche beschreibt und sowohl f r die Fachexperten als auch die Informatiker verst ndlich ist In das Hierarchieschema konnten einerseits die Fachexperten die Versuchsprotokolle wiederfinden und andererseits konnten die Informatiker die Dom ne der Gentechnik soweit verstehen dass diese die Versuche unter Ber cksichtigung wiederver
87. Kn pfe Schalter und Regler 91 Sperren von Arbeitspl tzen 91 Sperren von Laborger ten und Beh ltern 91 Spezifikationssprache 96 Spezifikation von Aufbau und Ablauf der Lerneinheiten Werkzeug zur 97 156 Spiralmodell 20 Sprachauswahl am Anfang 113 Sprachauswahl zur Laufzeit 113 Sprachgebrauch unterschiedlicher 87 Sprachversionen getrennte 113 Standardkomponenten Beispiele f r 111 statische Analyse 135 192 statische Sicht 103 Steuerungskonzepte 90 Stocksituation 95 story siehe rudiment rer Anwendungsfall 213 Strategy 110 Stumm Schaltung 121 St ndige Hilfestellung 92 Substanzen 56 summative Evaluation siehe externer Ab nahmetest Supporting Workflows 33 Symbolebene 96 System Administrator 50 System Analytiker 50 System Administration Handbuch f r die 144 System Dokumentation 144 T Teachware 76 151 technische Dokumentation Erstellen der 144 Teilsystem 192 Test des 138 Teilsysteme Integration der 131 Teilversuch 54 192 generischer 55 188 Test 132 Test und Evaluationsplan 133 Testen der Teilsysteme 138 Testen des virtuellen Labors 138 Tester 50 Testfall 134 Quellen zur Erhebung 134 Testf lle Erheben der 134 Testkonfiguration 134 Testprozedur 134 Tests Auswerten des 139 Entwurf der 137 Implementierung der 138 Planung der 133 Zusammenfassen der 140 Text 1
88. Kontrolle des Projekts verantwortlich siehe Balzert 2000b Seite 60 Zu den Aufgaben des Projektleiters geh ren die Einteilung der Ressourcen f r die Entwicklung des virtuellen Labors die Festlegung von Priorit ten bez glich der Aktivit ten und die berwachung des Projektverlaufs w hrend der Durchf hrung der Aktivit ten Des Weiteren koordiniert der Projektleiter s mtliche Inter aktionen mit dem Auftraggeber und sorgt f r eine gemeinsame Kommunikationsbasis des Entwicklerteams vergleiche Kruchten 2000 Seite 264 f Die Rolle des Projektleiters Pog 49 wird w hrend der gesamten Entwicklungsdauer des virtuellen Labors immer durch die gleiche Person besetzt siehe permanente Rolle in Pasch 1994 Seite 180 5 4 5 Simulationsspezialist Rolle Rolle Ein Simulationsspezialist ist ein Informatiker der auf den Entwurf und die Implementierung von Simulationsmodellen in einen konkreten Simulator spezialisiert ist Der Simulationsspezialist muss in der Lage sein sich sehr gut in die Dom ne des virtuellen Labors einzuarbeiten und arbeitet eng mit den Fachexperten Role Zusammen 5 4 6 System Administrator Der System Administrator ist f r die Einrichtung und Instandhaltung der Entwicklungs umgebung des virtuellen Labors inklusive der Installation der verwendeten Werkzeuge und Standardkomponenten verantwortlich Au erdem erstellt der System Administrator in regelm igen Abst nden Sicherheits
89. Korrektheit des virtuellen Labors Au erdem f hren die Fachdidaktiker die Wissenserhebung durch Im Workflow des Tutorkonzeptes wird zun chst die Erstellung des didaktischen Konzeptes w hrend der ersten Iterationen der Software Entwicklung also w hrend der Iterationen der Definitions und Entwurfsphase betrachtet Wie aus Abbildung 7 10 zu ersehen ist teilt sich der Workflow w hrend der ersten Iterationen in zwei parallele Aktivit ten Es werden die verf gbaren Quellen und Methoden zur Wissenserhebung ermittelt sowie eine detaillierte Analyse der Dom ne durchgef hrt Anschlie end wird das didaktische Konzept des virtuellen Labors festgelegt Bereits in den ersten Iterationen des VirtLab Prozess ist es m glich die Lerneinheiten und das ben tigte Hintergrundwissen genau zu spezifizieren Zudem ist in jeder Iteration eine Korrektur des didaktischen Konzeptes akt m glich Dazu sind zuvor erneut die Methoden zur Wissenserhebung zu w hlen und eine Analyse der Dom ne durchzuf hren 83 Alle weiteren Iterationen Didaktisches Konzept Nur in den ersten mu berarbeitet werden Iterationen Didaktisches Konzept in Ordnung go die Wissenserhebungsmethoden ur die ae Erstelle das didaktische Konzept Keine Lerneinheit in dieser Iteration umsetzen wenn Aufbau und Ablauf der ee 2 D C Spez das Hintergrundwissen zur Lerneinh We
90. Labor durch neuere ersetzt werden sollen wenn sich zum Beispiel an dem Versuchsprotokoll etwas ge ndert hat oder wenn modernere Laborger te verf gbar sind Dabei k nnen zugleich auch neue Laborger te Beh lter und Substanzen in das virtuelle Labor geladen und integriert werden Rolle 7 2 3 9 Ber cksichtige die Anbindung externer Ger te optional Sollen externe Ger te wie zum Beispiel ein Messinstrument an das virtuelle Labor angeschlossen werden so sind gegebenenfalls Echtzeit Komponenten zu entwerfen siehe Entwerfe die Echtzeit Komponenten in Kapitel 7 4 5 Derartige virtuelle Labore stellen allerdings nicht den Normalfall dar Aus diesem Grund wird die Anbindung von Echtzeit Komponenten im VirtLab Prozess als optionale Erg nzung betrachtet 7 2 4 Betrachte den Umfang des Labors In der Problemanalyse siehe Analysiere das Problem in Kapitel 7 2 1 der Definition des virtuellen Labors siehe Definiere das virtuelle Labor X in Kapitel 7 2 3 und der 82 Analyse der Dom ne siehe Analysiere die Dom ne t in Kapitel 7 3 2 wurde der Umfang des virtuellen Labors das hei t die zu realisierenden Inhalte festgelegt In dieser Aktivit t wird nun der festgelegte Umfang von den System Analytikern und dem Projektleiter betrachtet und bewertet Wird der Umfang als zu gro eingesch tzt so sind die Anforderungen des Auftraggebers an das virtuelle Labor zu berarbeiten Ansonsten werden Priorit te
91. Labors ben tigt Das sind zum Beispiel die Abbilder der Arbeitsfl chen Laborger te Beh lter und Substanzen Aber auch zur Darstellung des Hintergrundwissens der Transportleiste des Anleitungsfensters und der Navigation im virtuellen Labor werden Medien ben tigt Des Weiteren ergeben sich aus den Vorgaben des didaktischen Konzeptes bez glich des Interaktionsdesigns weitere Medien wie zum Beispiel f r eine Dialogbox zur Auswahl der ben tigten Substanzen Es werden Typen Anzahl sowie weitere Merkmale der ben tigten Medien wie beispielsweise Gr e und Aufl sung ermittelt und in der Liste der ben tigten Medien festgehalten Zu jedem Eintrag in der Auflistung wird vermerkt ob das Medium vorhanden oder nicht vorhanden 118 ist Zudem erh lt jeder Eintrag ein Attribut ob das Medium digitalisiert berarbeitet erstellt oder beschaffen werden soll Prinzipiell sind alle Medientypen die in einem beliebigen Multimedia System nach Kapitel 2 5 auftreten k nnen auch bei der Erstellung von virtuellen Laboren zu ber cksichtigen Bez glich virtueller Labore lassen sich au erdem spezielle Medientypen identifizieren beziehungsweise allgemeine Medientypen pr zisieren Demnach lassen sich f r virtuelle Labore folgende Medientypen unterscheiden e Graphik Eine Graphik ist allgemein ein zweidimensionales Bitmap dass auf dem Bildschirm dargestellt werden Kann Graphiken k nnen beliebige Symbole Kn pfe Regler Navigationselemente un
92. Praktikum Leistungselektronik In 3 Workshop Multimedia f r Bildung und Wirtschaft 1999 September Jacobson u a 1999 JACOBSON Ivar BOOCH Grady RUMBAUGH James The unified software development process Addison Wesley 1999 Addison Wesley Object Technology Series Jarz 1997 JARZ Ewald M Entwicklung multimedialer Systeme Planung von Lern und Masseninformationssystemen Wiesbaden Deutscher Universit ts Verlag Gabler Verlag 1997 Gabler Edition Wissenschaft Kerres 1998 KERRES Michael Multimediale und telemediale Lernumgebungen Konzeption und Entwicklung Wien M nchen R Oldenbourg Verlag 1998 Klimsa 1997 KLIMSA Paul Multimedia aus psychologischer und didaktischer Sicht In Iss nG Ludwig J Hrsg KLIMSA Paul Hrsg Information und Lernen mit Multimedia 2 berarbeitete Auflage Weinheim Psychologie Verlags Union Januar 1997 S 7 23 Knoblich 1998 KNOBLICH Carsten Ein Client Server System zur Organisation von Strategiespiel Turnieren im Internet Oldenburg Carl von Ossietzky Universit t Oldenburg Fachbereich Informatik Mai 1998 Diplomarbeit Kronberg 1998 KRONBERG Manfred Virtuelles Praktikum Leistungselektronik In 2 Workshop Multimedia f r Bildung und Wirtschaft 1998 September Kruchten 2000 KRUCHTEN Philippe The Rational Unified Process an introduction 2nd printing Addison Wesley 2000 Addison Wesley Object Technology Series 200 Kunz und Sc
93. Projekt stands auf Basis repr sentativer Zwischenergebnisse fArtefakte mit dem Ziel den Status zu ermitteln und m gliche Vorschl ge zur weiteren Probleml sung aufzunehmen Rolle role Eine Rolle beschreibt die notwendigen Erfahrungen Kenntnisse und F hig keiten ber die ein Projektmitarbeiter verf gen muss um eine bestimmte TAktivit t durchzuf hren Schichtenarchitektur Gliederung der Software Architektur in hierarchische Schichten Zwischen den Schichten kann eine lineare strikte oder baumartige Ordnung bestehen Anwendungen werden oft nach einer Drei Schichten Architektur aufgebaut Benutzungsoberfl che eigentliche Anwendung und Datenhaltung Schnittstelle interface Eine Schnittstelle ist eine Sammlung von Operationen um die Dienste einer Klasse oder Komponente zu spezifizieren Shockwave Film Ein Shockwave Film ist ein mit Hilfe des fAutorensystems tDirector erstelltes FSoftware System das wie ein tJava Appler mit einem daf r geeigneten Web Browser ausgef hrt werden kann Simulator Siehe Kapitel 2 6 Software Unter Software versteht man die Gesamtheit aller Programme die auf einem Computer System eingesetzt werden k nnen Software Architektur Siehe Architektur Software System Ein aus Software bestehendes System Software Qualit t Unter Software Qualit t versteht man nach DIN ISO 9126 die Gesamtheit der Merkmale und Merkmalswerte eines Software Systems die sich auf dessen Eignung beziehen fe
94. Rollen Aktivit ten und Artefakte Einer Rolle sind Aktivit ten und Artefakte zugeordnet Eine 1 Auch Kernprozesse siehe Balzert 2000a Seite 224 30 Aktivit t stellt eine Arbeitseinheit dar die von einem Mitarbeiter der sich in einer bestimmten Rolle befindet durchgef hrt wird Rollenkonzept Es erfolgt also eine Trennung zwischen Menschen und den Rollen die die Menschen innehaben k nnen vergleiche funktionelle Rolle in Pasch 1994 Seite 171 und Seite 180 Das Ergebnis einer Aktivit t ist ein Artefakt Ein Artefakt kann ein Dokument zum Beispiel eine Risikoliste ein Modell zum Beispiel ein Anwendungsfallmodell oder ein Modellelement zum Beispiel eine Klasse eines Klassenmodells sein Es existieren Leitlinien Guidelines und Schablonen Templates anhand dessen die Aktivit ten durchgef hrt werden k nnen Weiteres gemeinsames Kennzeichen der auf Workflows basierenden Vorgehensmodelle ist dass der Software Entwicklungsprozess haupts chlich durch Anwendungsf lle use cases vorangetrieben wird Jacobson u a 1999 Seite 33 ff Anwendungsfallgetrieben bedeutet dass zur Erhebung der Anforderungen an das Software System haupts chlich Anwendungsf lle eingesetzt werden Durch einen Anwendungsfall wird ein typisches Szenario des zu entwickelnden Software Systems beschrieben wie zum Beispiel die Aufnahme eines neuen Kunden oder einer neuen Bestellung Anwendungsf lle erm glichen dem Benutzer beziehungsweise Auftraggeb
95. Seite 32 Das transformationelle Vorgehensmodell Kann nicht f r die Entwicklung von virtuellen Laboren eingesetzt werden da f r diesen Anwendungsbereich keine vollst ndige formale Spezifikation durchgef hrt werden kann So k nnen zum Beispiel die gestalterischen und didaktischen Aspekte nicht formal erfasst werden F r den Simulator eines virtuellen Labors ist das transformationelle Vorgehensmodell jedoch sehr gut geeignet da dieser strengen naturwissenschaftlichen Gesetzen gehorcht Liegen die Versuchsabl ufe in einer formalen Spezifikationssprache vor so Kann das transformationelle Vorgehensmodell auch zur automatisierten Generierung von Versuchsanleitungen eingesetzt werden Transformationelle 22 Vorgehensmodelle werden allerdings in der industriellen Praxis bisher nur unzureichend unterst tzt und nur in wenigen Bereichen wie zum Beispiel f r sicherheitskritische eingebettete Systeme auch tats chlich eingesetzt Der Einsatz des Spiralmodells wird abgelehnt weil aufgrund der sehr aufwendigen Risikoanalysen nach jeder Windung die Wirtschaftlichkeit des Software Projektes nicht garantiert werden kann Au erdem ist das Spiralmodell nach Hruschka u a 2001 wegen der nur einmal vorhandenen Analysephase weniger flexibel als zum Beispiel das iterative Vorgehensmodell Das V Modell legt einen Schwerpunkt auf Validation und Verifikation des zu erstellenden Software Systems Da das Testen virtueller Labore sehr aufwendig ist und kau
96. Software Komponenten Mannheim Leipzig Wien Z rich BI Wissenschaftsverlag 1993 Forschung in der Softwaretechnik Band 1 Lottmann u a 2000 LOTTMANN Alfred Hrsg SCHENKEL Peter Hrsg TERGAN Sigmar Olaf Hrsg Qualit tsbeurteilung multimedialer Lern und Informationssysteme Evaluationsmethoden auf dem Pr fstand N rnberg BW Bildung und Wissen Verlag und Software GmbH 2000 Multimediales Lernen in der Berufsbildung Lusti 1992 LUSTI Markus ENDRES Albert Hrsg Handbuch der Informatik Bd 15 4 Intelligente tutorielle Systeme Einf hrung in wissensbasierte Lernsysteme M nchen Wien Oldenbourg 1992 Merx 1999 MERX Oliver Hrsg Qualit tssicherung bei Multimedia Projekten Berlin Heidelberg New York Barcelona Hongkong London Mailand Paris Singapur Tokio Springer Verlag 1999 X media interaktiv Nagl u a 1999 NAGL M BEHLE A WESTFECHTEL B BALZERT H WEIDAUER C SIX H W PAUEN P Voss J SCH FER W WADSACK J KELTER U Softwaretechnische Anforderungen an multimediale Lehr und Lernsysteme September 1999 Studie 201 Nowaczyk 2000 NOWACZYK Olaf Interaktive Lernmodule f r die Technische Mechanik nach dem Explorationen Konzept In 4 Workshop Multimedia f r Bildung und Wirtschaft 2000 September Object Management Group 1997 OBJECT MANAGEMENT GROUP UML Summary version 1 1 1997 Object Management Group 1997 2001 OBJECT MANAGEMENT
97. Tests t siehe Kapitel 7 7 6 e Evaluiere das virtuelle Labor amp t siehe Kapitel 7 7 7 e Analysiere Ergebnisse der Evaluation siehe Kapitel 7 7 8 und e Erstelle Zusammenfassung der Tests und Evaluation siehe Kapitel 7 7 9 132 Pune Tests und Evaluation Entwerfe Tests und Evaluation m NRLENE Tests und Evaluation _ I ID Teste die Teilsysteme des m Evalutere aas virtuele t ber Wiederhole Ausneren des Tests den Test V J Tese das virtuelle gt i et Ergebnisse der Evaluation F r jeden Tes g durchf hren Wiederhole die Tests Erstelle Zusammenfassung der Tests und Evaluation e Abbildung 7 24 Der Workflow zu Test und Evaluation 7 7 1 Plane die Tests und Evaluation In dieser Aktivit t werden die Tests und die Evaluation des virtuellen Labors geplant siehe Abbildung 7 25 Dazu erstellen die Tester einen Test und Evaluationsplan f r das virtuelle Labor Bei der Planung der Tests geht es um die Festlegung einer entsprechenden Teststrategie Diese bestimmt in welcher Reihenfolge die Tests ausgef hrt 133 werden Fr hauf u a 1991b Seite 83 Daf r werden die Testf lle zum virtuellen Labor erhoben die in der aktuellen Iteration getestet werden sollen Jeder Testfall wird mittels einer Testprozedur beschrieben Zu jeder Testprozedur geh rt au erdem eine Testkonfiguration die die
98. a 60 C abk hlen lassen 6ul Ethidiumbromid L sung 10mg mi zur Agarosel sung hinzupipettieren so dass eine Ethidiumbromid Endkonzentration im Gel von 0 6ug ml erreicht wird Die aufgekochte L sung durch sachtes Schwenken des Messbechers auf eine einheitliche Konzentration bringen Den Probenkamm in den Geltr ger stecken Die auf etwa 60 C abgek hlte Agarosel sung auf den Geltr ger gie en Nach dem Erstarren der Agarosel sung den Gelkamm vorsichtig aus dem Gel herausziehen Die Gelelektrophoresekammer mit TBE Puffer f llen Das abgek hlte Gel zusammen mit dem Geltr ger aus der Gelkammer herausnehmen und in die Elektrophoresekammer legen Jeweils den gesamten Reaktionsansatz 251 in eine Geltasche pipettieren In die diesen drei Geltaschen benachbarte Tasche 1541 der DNA Standardl sung pipettieren Die Elektrophoresekammer mit einem Deckel verschlie en 161 e Die Elektrophoresekammer an ein Spannungsger t anschlie en e Am Spannungsger t eine Spannung von 100 Volt und eine Laufdauer von ca zwei Stunden einstellen e Die Elektrophorese durchf hren e Nach der anhand des Blaumarkers verfolgten gelelektrophoretischen Auftrennung das Spannungsger t abschalten und den Geltr ger mitsamt dem Gel aus der Kammer nehmen e Das vorsichtig vom Geltr ger abgel te Gel auf den UV Leuchttisch legen e Den auf eine Wellenl nge von A 312nm eingestellten UV Leuchttisch einschalten e Das Gel bei ausgeschalt
99. achdidaktiker nachfragen e Aktivit ten des Designers Entwicklers AR Erstellen eines Zustandsdiagramms zu dem Laborger t oder Beh lter Entwurf entsprechender Model View und Controller Klassen Festhalten der Entwurfsentscheidungen in ein Klassendiagramm Implementierung und Test der Klassen olle Bei Unklarheiten bei dem System Analytiker nachfragen Integration der Medien mit den View Klassen eventuell auch Medienspezia listP 179 Integration der Model und Controller Klassen mit den View Klassen und den Medien zu einem fertigen virtuellen Laborger t oder Beh lter e Aktivit ten des Testers Testen der Implementierung des Laborger tes oder Beh lters anhand des Zustandsdiagramms e Aktivit ten des Fachexperten Evaluation des Laborger tes oder Beh lters Verh lt dieses sich so wie in der Realit t 180 C Pragmatische Sicht auf den VirtLab Prozess Voraussetzung der in Abbildung C 1 dargestellten pragmatischen Sicht auf den VirtLab Prozess ist ein bereits existierendes Framework f r virtuelle Labore das genutzt werden kann Des Weiteren existieren keine Werkzeuge die den VirtLab Prozess unterst tzen das hei t die Versuche werden wie in GenLab mit Hilfe von annotierten Versuchsprotokollen amp umgesetzt Zu den einzelnen Phasen der pragmatischen Sicht werden au erdem jeweils nur die wichtigsten Aktivit ten des VirtLab Prozesses aufgelistet 1 Vorber
100. akten oder schwer verst ndlichen Theorie basiert Der im Extreme Programming geforderte st ndige Kundenvertreter im Entwicklerteam kann bei virtuellen Laboren beispielsweise durch einen Fachexperten vertreten sein 3Zum Beispiel die Skriptsprache Lingo des Autorensystems Director von Macromedia siehe http www macromedia com software director 40 4 Die Phasen und Meilensteine des VirtLab Prozess In diesem und den folgenden Kapiteln wird der in Kapitel 3 5 vorgeschlagene L sungsansatz eines Vorgehensmodells und der zugeh renden Entwicklungsmethodik f r virtuelle Labore kurz VirtLab Prozess im Detail beschrieben Dazu werden in diesem Kapitel zun chst die Phasen und Meilensteine des VirtLab Prozess eingef hrt Anschlie end werden in Kapitel 5 die am Software Entwicklungsprozess beteiligten Rollen beschrieben Danach wird in Kapitel 6 das Metaobjektmodell f r virtuelle Labore als wichtigster Grundbaustein der Entwicklungsmethodik vorgestellt In Kapitel 7 werden dann die Workflows des Vorgehensmodells zusammen mit den zugeh renden Aktivit ten und Artefakten der Entwicklungsmethodik beschrieben Des Weiteren wird folgende Notation festgelegt Die am Software Entwicklungsprozess beteiligten Rollen werden mit dem Symbol a gekennzeichnet Die Workflows des Vorgehensmodells erhalten die Beschriftung Workflow Des Weiteren werden die Iterationsmeilensteine IMS mit IMS und die Phasenmeilensteine PMS mit PMS gekennzeichnet Dar ber hi
101. aktionsabl ufe das h here Anforderungen an die Implementierung stellt so bietet sich die Praktik des Programmierens in Paaren an Ziel dieser Praktik ist es die Korrektheit des Simulationsmodells sicherzustellen Werden die Versuchsabl ufe nicht mit Hilfe eines Entwicklungswerkzeuges erstellt siehe Spezifiziere Aufbau und Ablauf der Lerneinheit in Kapitel 7 3 4 so wird der Versuch anhand des annotierten Versuchsprotokolls implementiert und ein entsprechendes Anleitungsfenster dazu erstellt F r die Implementierung von Mehrsprachigkeit sind au erdem entsprechende Klassen der Programmiersprache zu verwenden wie zum Beispiel die Internationalisierung bei Java oder es sind entsprechende Abfragen nach der ausgew hlten Sprachversion in die Quelltexte des virtuellen Labors einzuf gen siehe dazu Yass 2000 Seite 267 Rolle Die implementierten Klassen und Komponenten werden anschlie end von den Desig nern Entwicklern und den Simulationsspezialisten getestet sowie Fehler behoben Es werden alle Funktionalit ten der Laborger te sowie s mtliche Interaktionsm glichkeiten zwischen den Laborger ten Beh ltern und Substanzen getestet Dabei k nnen die Tests der Model Klassen bereits auf Kommandozeilenebene durchgef hrt werden siehe Boles u a 1998 Seite 46 Das Ergebnis dieser Aktivit t sind also implementierte und getestete Komponenten des virtuellen Labors Das Framework des virtuellen Labors ist nach
102. alterischen didaktischen und inhaltlichen Aspekte bei der Entwicklung virtueller Labore von konventionellen Sch tzmethoden nicht ber cksichtigt werden Au erdem m ssen die einzelnen Medienanteile wegen der Vielfalt der verwendeten Medien separat gesch tzt werden Dabei kann zum Beispiel folgende Aufteilung vorgenommen werden vergleiche Nagl u a 1999 Seite 187 e Text nach der Zahl der Worte e Graphiken nach Anzahl und Gr e gewichtet nach der Komplexit t 66 e Animationen nach Laufzeit e Audio und Videosequenzen nach Laufzeit und Herstellungsaufwand und e die Software Anteile wie zum Beispiel das Simulationsmodell nach der Function Point Methode Des Weiteren ist die Qualit t der Medien zu ber cksichtigen Der Herstellungsaufwand der Medien erh ht sich au erdem je nach Anzahl der Sprachversionen des virtuellen Labors siehe Nagl u a 1999 Seite 122 7 1 2 2 Pr fe die Ressourcen des Entwicklerteams Es ist des Weiteren zu pr fen ob das Entwicklerteam den Anforderungen des virtuellen Labors gerecht wird So muss ein Fachexperter in hinreichendem Ma e w hrend der kompletten Entwicklungsdauer des virtuellen Labors zur Verf gung stehen vergleiche Issing 1997 Seite 204 Des Weiteren sollte der Fachdidaktiker mit der Entwicklung von multimedialen Lehr und Lernsystemen vertraut sein Au erdem sollten die Informatiker mit den verwendeten Technologien zur Entwicklung des virtuellen Labors hinreichend
103. annten Vorgehensmodellen aus der klassischen Software Technik existieren in der Literatur auch zahlreiche Vorgehensmodelle die speziell auf die Entwicklung von Multimedia Systemen Lehr und Lernsystemen und multimedialen Lehr und Lernsystemen zugeschnitten sind Diese wurden entwickelt da sich aus den Multimedia Systemen und Lehr und Lernsystemen neue Anforderungen an die Software Entwicklung wie zum Beispiel die Medienproduktion und der Aufbau der Didaktik ergeben haben F r die Entwicklung von Multimedia Systemen wird in Kapitel 3 3 1 das Vorgehensmodell f r die Multimedia Anwendungsentwicklung nach Sawhney 1995 vorgestellt Als Beispiel f r die Entwicklung von Lehr und Lernsystemen wird in Kapitel 3 3 2 das Vorgehensmodell zur Entwicklung von Lehr und Lernsystemen nach Yass 2000 beschrieben F r die Entwicklung von multimedialen Lehr und Lernsystemen wird in Kapitel 3 3 3 das Vorgehensmodell f r die industrielle Entwicklung multimedialer Lehr und Lernsysteme nach Nagl u a 1999 betrachtet Abschlie end erfolgt in Kapitel 3 3 4 eine Bewertung der speziellen Vorgehensmodelle 3 3 1 Vorgehensmodell f r die Multimedia Anwendungsentwicklung Bei dem in Sawhney 1995 beschriebenen Vorgehensmodell f r die Multimedia Anwendungsentwicklung stehen die Gestaltungsaspekte des zu entwickelnden Multimedia Systems und nicht die zu implementierenden Funktionalit ten im Vordergrund Wie aus Abbildung 3 1 ersichtlich teilt sich das
104. are Entwicklung sind im Gegensatz zum Phasenmodell flie end 3 2 9 Catalysis Das Vorgehensmodell Catalysis ist eine Erweiterung der objektorientierten Software Entwick lung um einen auf Komponenten basierenden objektorientierten Entwurf D Souza und Wills 1998 Die Software Entwicklung findet bei Catalysis auf drei Modellierungsebenen statt Auf der Gesch ftsmodellebene werden die Anforderungen an das Software System unabh ngig von der eingesetzten Entwicklungsumgebung CASE Umgebung festgehalten Das Verhalten der einzelnen Komponenten des Software Systems und das gemeinsame Zusammenspiel aller Komponenten wird auf der Ebene des Komponentenentwurfs beschrieben Des Weiteren findet f r jede Komponente ein Objektentwurf statt Im Objektentwurf wird die Arbeitsweise einer Komponente mit Hilfe von Klassen der verwendeten Programmiersprache im Detail beschrieben Catalysis legt besonderen Wert auf die Konsistenzerhaltung und Nachvollziehbarkeit der Entwurfsdokumente da ansonsten Inkonsistenzen zwischen den verschiedenen Modellierungsebenen entstehen Zur Beschreibung der Elemente von Catalysis wie zum Beispiel Klassen und Komponenten wird die Unified Modeling Language verwendet Catalysis hat durch den Einfluss auf die Object Constraint Language OCL auch eine indirekte Auswirkung auf die Entwicklung der Unified Modeling Language Die Object Constraint Language ist der Beitrag von IBM f r die Unified Modeling Language und wurde zur Spezifika
105. assischen Lehr und Lernsystemen nach Kapitel 2 4 ausgerichtet ist siehe Yass 2000 Seite 280 ff eignet es sich weniger f r die Entwicklung von virtuellen Laboren Das in Nagl u a 1999 beschriebene Vorgehensmodell f r die industrielle Entwicklung multimedialer Lehr und Lernsysteme ist eine konsequente Weiterentwicklung der Elemente der klassischen Software Technik bez glich der Anforderungen die sich seitens der multi medialen Lehr und Lernsysteme ergeben Aber auch dieses spezielle Vorgehensmodell dient eher zur Entwicklung von klassischen Lehr und Lernsystemen Des Weiteren lassen sich die Aktivit ten und Artefakte bei der Entwicklung von multimedialen Lehr und Lernsystemen nicht mehr besonders bersichtlich darstellen siehe Abbildung 3 3 6 Auch grobes Pflichtenheft siehe Balzert 2000b Seite 62 29 Insgesamt l sst sich feststellen dass die speziellen Vorgehensmodelle eher auf die Entwicklung klassischer hypermedialer Lehr und Lernsysteme zugeschnitten sind und sich somit nicht unbedingt f r die Entwicklung virtueller Labore eignen Gegen ber den klassischen Vorgehensmodellen stellen die speziellen Vorgehensmodelle allerdings eine wesentliche Verbesserung dar da gestalterische und didaktische Aspekte ber cksichtigt werden 3 4 Vorgehensmodelle der modernen Software Technik Die in diesem Kapitel betrachteten Vorgehensmodelle stellen im gewissen Sinne eine neue Vorgehensweise in der Software Technik dar Viel
106. atenbanken Konzepte und Sprachen 2 Auflage Bonn MITP Verlag 2000 Heuten 2001 HEUTEN Wilko 3D Visualisierungskonzepte f r virtuelle Labore Oldenburg Carl von Ossietzky Universit t Oldenburg Fachbereich Informatik Februar 2001 Diplomarbeit Hruschka u a 2001 HRUSCHKA Peter JOSUTTIS Nicolai KOCHER Hartmut KRASEMANN Hartmut OESTEREICH Bernd REINHOLD Markus OESTEREICH Bernd Hrsg Erfolgreich mit Objektorientierung Vorgehensmodelle und Managementpraktiken 199 f r die objektorientierte Softwareentwicklung 2 aktualisierte und erg nzte Auflage M nchen R Oldenbourg Verlag 2001 IABG 2001 IABG Das V Modell 2001 URL http www v modell iabg de IEEE Learning Technology Standards Committee 2000 IEEE LEARNING TECHNOLOGY STANDARDS COMMITTEE IEEE P1484 3 D2 Draft Standard for Information Technology Learning Technology Glossary 2000 URL http ltsc ieee org Internet2 1997 2000 INTERNET2 The Virtual Laboratory An Application Environment for Computational Science and Engineering 1997 2000 URL http www internet2 edu html virtual_laboratory html Issing 1997 ISSING Ludwig J Instruktionsdesign f r Multimedia In ISSING Ludwig J Hrsg KLIMSA Paul Hrsg Information und Lernen mit Multimedia 2 berarbeitete Auflage Weinheim Psychologie Verlags Union Januar 1997 S 241 251 Jacob und Kronberg 1999 JACOB Ch KRONBERG Manfred Virtuelles
107. ath u a 1998 APPELRATH Hans J rgen BOLES Dietrich CLAUS Volker WEGENER Ingo Starthilfe Informatik Stuttgart Leipzig B G Teubner 1998 Appelrath und Ludewig 2000 APPELRATH Hans J rgen LUDEWIG Jochen Skriptum Informatik eine konventionelle Einf hrung 5 Auflage Stuttgart B G Teubner 2000 195 Appelrath und Schlattmann 1999 APPELRATH Hans J rgen SCHLATTMANN Marco Virtuelle multimediale Labore und Praktika In OFFIS Jahresbericht 1999 1999 URL http www offis de img jahresbericht jb99 pdfs mi Ol pdf Aquilano u a 1998 AQUILANO Nicholas J CHASE Richard B JACOBS F Robert Production and operations management manufacturing and services 8th edition McGraw Hill Companies Inc 1998 Ateyeh u a 1999 ATEYEH Khaldoun M LLE Jutta A LOCKEMANN Peter C Modulare Aufbereitung von multimedialen Lerninhalten f r eine heterogene Lernumgebung 1999 URL http vikar ira uka de publikationen Balzert 2000a BALZERT Heide Objektorientierung in 7 Tagen vom UML Modell zur fertigen Web Anwendung Heidelberg Berlin Spektrum Akad Verl 2000 Lehrb cher der Informatik Fachhochschule Dortmund Fachbereich Informatik Balzert u a 1993 BALZERT Heide BALZERT Helmut LIGGESMEYER Peter BALZERT Helmut Hrsg Systematisches Testen mit Tensor Mannheim Leipzig Wien Z rich BI Wissenschaftsverlag 1993 Angewandte Informatik Band 9 Balzert 2000b BALZERT
108. ationselemente des virtuellen Labors sind die Quelltexte Medien und Dokumente Zur Verwaltung der Quelltexte kann zum Beispiel das Concurrent Versions System CVS siehe http www cvshome org verwendet werden Wird f r die Entwicklung des virtuellen Labors das Autorensystem Director eingesetzt so kann dieses zur Verwaltung der Medien verwendet werden Director erlaubt jedoch nur ein rudiment res Management der Medien so k nnen zum Beispiel keine verschiedenen Versionen eines Mediums verwaltet werden Zur Verwaltung der Dokumente des virtuellen Labors kann insbesondere in Hinblick auf die einfache Bedienbarkeit des Werkzeuges zum Beispiel das Basic Support for Cooperative Work BSCW siehe http bscw gmd de eingesetzt werden 148 7 9 3 Erstelle ndere die Konfigurationselemente Alle Elemente der Konfigurationsumgebung die ein Projektmitarbeiter erstellt oder ndert werden nach erreichen einer bestimmten Baseline in die Repositories eingespielt In bestimmten Abst nden zum Beispiel zu Beginn des Arbeitstages oder nach Absprache werden dann die nderungen an den Repositories auf die Arbeitsbereiche der einzelnen Projektmitarbeiter bertragen 7 9 4 Verwalte Baselines und Releases o Artefakt Der Konfigurationsmanager le entscheidet nach dem Konfigurationsmanagementplan ob die Entwicklung des virtuellen Labors eine bestimmte Baseline erreicht hat Wurde eine Baseline erreicht so wird ein Release des vir
109. aturwissenschaftlich technische Labore im Internet Oldenburg Carl von Ossietzky Universit t Oldenburg Fachbereich Informatik September 1998 URL http elvis offis uni oldenburg de pdf Zwischenbericht B pdf Aden u a 1999 ADEN Thomas APPEL J rg BOLES Dietrich DAWABI Peter HEUTEN Wilko KOOPMANN Stefan KR GER Tobias LINDNER Marco SACHTELEBEN Mario SCHLATTMANN Marco SCHNEIDER Holger WICHMANN Christian Endbericht der Projektgruppe Virtuelle naturwissenschaftlich technische Labore im Internet Oldenburg Carl von Ossietzky Universit t Oldenburg Fachbereich Informatik M rz 1999 URL http elvis offis uni oldenburg de pdf Endbericht pd f Alsdorf und Bannwart 1997 ALSDORF Claudia BANNWART Edouard Virtuelle Realit t Erfahrbare Informationen im Cyberspace In ISSING Ludwig J Hrsg KLIMSA Paul Hrsg Information und Lernen mit Multimedia 2 berarbeitete Auflage Weinheim Psychologie Verlags Union Januar 1997 S 436 450 Ambler 2001 AMBLER Scott W Enterprise Unified Process Enhancing the Unified Pro cess to Meet the Real World Needs of Your Organization Ronin International April 2001 URL http www ronin intl com publications unifiedProcess PDF ANSSTAND e V 2001 ANSSTAND E V Anwender des Software Entwicklungsstandards der ffentlichen Verwaltung ANSSTAND e V Homepage Deisenhofen ANSSTAND e V 2001 URL http www ansstand de Appelr
110. azu wird von Artefakt 7 5 5 Digitalisiere die Medien In dieser Aktivit t werden die physikalischen Medien digitalisiert und in elektronisch zugreifbarer Form gespeichert Diese Aktivit t wird von einem Digitalisierer durch gef hrt In Steinmetz 1999 Seite 838 bis 840 wird in diesem Zusammenhang auch von der Medienaufbereitung gesprochen Es wird dabei zwischen der physikalischen realen Welt und der elektronischen virtuellen Welt unterschieden Um Medien der physikalischen Welt in die elektronische Welt zu transformieren bedarf es spezieller Ger te Scanner So werden Flachbettscanner f r die Digitalisierung von gedruckten Texten Graphiken und Photos verwendet Des Weiteren werden 3D Scanner zur Erstellung von 3D Modellen anhand real existierender Objekte eingesetzt Dabei ist die Digitalisierung von 3D Modellen nicht zu verwechseln mit der Erstellung von 3D Modellen durch die 3D Modellierungsspezialisten 7 5 6 Uberarbeite die Medien Die berarbeitung der vorhandenen Medien wird in diesem Teil der Medienproduktion durchgef hrt und betrifft prinzipiell alle Medientypen Die zur berarbeitung der Medien durchzuf hrenden Aktivit ten h ngen von dem jeweiligen Medientyp ab Es sind beispielsweise 3D Modelle von den 3D Modellierungsspezialisten anzupassen oder einzelne Graphiken von einem Graphik Designer mit einem geeigneten Bildbearbei tungsprogramm zu korrigieren Die Audio und Videosequenzen werden
111. bene VirtLab Prozess ist wie alle anderen Prozessmodelle mit Sicherheit nicht vollst ndig und erhebt auch keinen Anspruch auf Vollst ndigkeit vergleiche Ambler 2001 Seite 24 M gliche Erweiterungen und Erg nzungen zum VirtLab Prozess sind e Erg nzen des VirtLab Prozesses um die Anbindung weiterer Ein und Ausgabeger te wie zum Beispiel die Anbindung von Handgloves einer Shutter Brille oder die Darstellung des virtuellen Labors mit Hilfe einer 3D Workbench weitere siehe Boles 1994 Seite 40 Des Weiteren ist es auch denkbar eine zweite Computer Maus an das virtuelle Labor anzuschlie en um beide H nde eines realen Laborpraktikanten im virtuellen Labor nachbilden zu k nnen e St rkere Ber cksichtigung der Evolutionsphase des virtuellen Labors Dies ist dann sinnvoll wenn mit dem Auftraggeber wie zum Beispiel eine Universit t ein Wartungsvertrag abgeschlossen wird In der Evolutionsphase ist dann zum Beispiel zu berlegen wie eine neue Version des virtuellen Labors in die Einsatzumgebung aufgespielt werden kann vergleiche Ambler 2001 Seite 20 e Erg nzen des VirtLab Prozess um einen Workflow zum Infrastrukturmanagement Dies ist dann wichtig wenn in dem Unternehmen mehrere virtuelle Labore gleichzeitig 155 entwickelt werden sollen Das Infrastrukturmanagement regelt die gemeinsame Verwendung von Ressourcen der Entwicklungsumgebung und insbesondere der Repositories mit den darin enthaltenden Quelltexten Medien und D
112. berwache und kontrolliere den Projektverlauf Der Projektleiter berwacht und kontrolliert den Projektverlauf w hrend der Durchf h rung der Iteration anhand des Entwicklungsplans der Iteration Au erdem u ert der Projektleiter eventuelle nderungsw nsche an das virtuelle Labor 7 1 7 Beende die Iteration Artefakt Artefakt Anhand des Gesamtentwicklungsplans und des Ergebnisberichts der Iteration nimmt der Projektleiter eine Bewertung des Projektstatus unter Beachtung der Iterationsmeilensteine vor Anschlie end wird der Gesamtentwicklungsplan aktualisiert und die Iteration als beendet erkl rt 7 1 8 Beende die Phase Artefakt Artefakt Anhand des Gesamtentwicklungsplans und des Ergebnisberichts der Iteration nimmt der Projektleiter eine Bewertung des Projektstatus unter Beachtung der Phasenmeilensteine vor Des Weiteren aktualisiert der Projektleiter den Gesamtentwick lungsplan A t Anschlie end wird die Phase als beendet erkl rt 7 1 9 Beende das Projekt Die endg ltige Version des virtuellen Labors das hei t das finale externe Release t wird an den Auftraggeber ausgeliefert Au erdem wird der Projektstatus von dem Projektlei ter unter Beachtung der Phasenmeilensteine bewertet und eine letzte Aktualisierung des Gesamtentwicklungsplans at vorgenommen War die Abnahme des virtuellen Labors durch den Auftraggeber erfolgreich so wird das Projekt als beendet erkl rt
113. bindung der 82 Konzeption der 93 Umsetzung der 113 Lernerdaten 93 Nachanalyse der 140 Lernerkontrolle 88 Lernermodell 9 Lernermodul 9 Lerninhalt 189 Lerntransfer 139 Lernziel 189 190 Lernzielkontrollen 137 Liste der ben tigten Medien 118 Liste der Lerneinheiten 86 LLS siehe Lehr und Lernsystem M Make Or Buy Entscheidung bei den Medi en 122 Massenproduktion 146 Master CD 146 Mathematica 111 Matrix Projekt 69 Mechanismen der explorativen Lehr und Lernumgebung 111 Medien berarbeiten der 123 Analyse der vorhanden 122 Beschaffen der 126 Digitalisieren der 123 Ermitteln der ben tigten 118 Erstellen der 124 Integration der 130 Pr fen der 127 Medienproduktion 116 Planung der 123 Medienspezialist 48 Medientyp 2D Ansicht 120 2D Arbeitsfl che 120 3D Ansicht 120 3D Arbeitsfl che 120 3D Modell 119 Animation 119 Ansicht von allen Seiten 120 Audiosequenz 121 Graphik 119 Text 119 Videosequenz 121 Wegwerf Medium 122 Medientypen 119 Medium 190 Mehrbenutzerbetrieb 81 Mehrsprachigkeit 81 Einsatzarten der 113 Konzeption der 113 Meilenstein 190 der Iteration 41 der Phase 41 Mengenangabe funktionale 99 Men steuerung 79 Metaobjektmodell Verwenden des 87 Metaobjektmodell f r virtuelle Labore 53
114. bors entworfen Datenbanken k nnen in virtuellen Laboren zum Beispiel zur Speicherung der Medien das hei t der Texte Graphiken 3D Modelle Animationen Audio und Videosequenzen verwendet werden Auch kann der aktuelle Zustand der Versuchsdurchf hrung in der Datenbank gespeichert werden Dazu sind das Simulationsmodell und das Lernermodell sowie jeweils alle dazugeh renden Objekte in der Datenbank abzulegen Nach Yass 2000 Seite 152 kann durch den Einsatz einer Datenbank die Speicherung von Textinhalten die Entwicklung eines Multimedia System beschleunigt und flexibilisiert werden Der haupts chliche Einsatz einer Datenbank in virtuellen Laboren wird jedoch die Protokollierung von Lernerdaten sein siehe dazu Konzipiere die Umsetzung der Lerneranalyse t in Abschnitt 7 4 1 8 Im Rahmen dieser Arbeit wird nicht n her auf die Wahl und den Entwurf einer geeigneten Datenbank und die Anbindung an das virtuelle Labor eingegangen Statt dessen sei hier exemplarisch auf Heuer und Saake 2000 verwiesen 115 7 4 7 Entwerfe das Expertensystem optional Diese Aktivit t ist optional und wird von den Datenbank Entwicklern und den Fachex perten durchgef hrt Es ist zu entscheiden welches Expertensystem eingesetzt werden soll und wie dieses an das virtuelle Labor angebunden wird Dabei kann das Expertensystem dem Lerner beispielsweise Ratschl ge zur Versuchsdurchf hrung geben oder aber auch das Simulationsmodell einer sto
115. ch dass zu jedem Teil Versuch und zu jeder Versuchskomponente ein entsprechendes theoretisches Hintergrundwissen siehe Theorie in Kapitel 6 2 geh rt siehe dazu Hasler und Schlattmann 2001 Seite 13 bis 20 Dieses wird von den Fachexperten identifiziert und im Detail bestimmt Au erdem wird das Hintergrundwissen von den Fachdidaktikern Role aufbereitet Zur Beschreibung und Darstellung des Hintergrundwissens k nnen verschiedene Medien eingesetzt werden So k nnen Texte zur Beschreibung des theoretischen Hintergrundwissens zu den Versuchen und Versuchskomponenten verwendet werden Graphiken wie zum 105 Beispiel Zeichnungen und digitalisierte Photos werden zur Veranschaulichung von Reaktionsgleichungen und zur Darstellung der Versuchskomponenten verwendet Die Ansicht von allen Seiten mit Hilfe von 3D Modellen erlaubt es dem Lerner die Laborger te Beh lter und die molekulare Struktur der Substanzen von allen Seiten zu betrachten und interaktiv erfahrbar zu machen Au erdem kann das Hintergrundwissen durch Videosequenzen und Animationen erg nzt und mit Audiosequenzen vertont werden siehe dazu Ermittle ben tigte Medien in Kapitel 7 5 2 Das theoretische Hintergrundwissen zu einem Versuch besteht in GenLab aus einer textuellen bersicht und Beschreibung des Versuchsablaufs mit erg nzenden Animationen und dem Versuchsprotokoll Zu jedem Laborger t gibt es ein digitalisiertes Photo des realen Laborger tes ein 3D Modell vom
116. chastischen Simulation siehe Kapitel 2 6 erg nzen oder sogar ersetzen Im Rahmen dieser Arbeit sei noch erw hnt dass man bei Expertensystemen grunds tzlich zwischen zwei Kategorien von Expertenmodellen unterscheidet Bei dem Glass Box Expertenmodell k nnen die Entscheidungsfindungen des Expertensystems von au en eingesehen und die einzelnen Schritte zum Ergebnis nachvollzogen werden Dagegen werden bei einem Black Box Expertenmodell zwar Antworten auf die Anfragen an das Expertensystem generiert der Prozess der Entscheidungsfindung bleibt jedoch verborgen siehe Witschital 1990 Seite 35 f 7 5 Medienproduktion Workflow Rolle In dem Workflow der Medienproduktion werden von den Medienspezialisten s mtliche multimedialen Elemente Medien erstellt die in der aktuellen Iteration f r das virtuelle Labor ben tigt werden Das sind beispielsweise realit tsgetreue Abbilder der eingesetzten Laborger te in Form von 3D Modellen oder Animationen f r die Erkl rung von Reaktionsprozessen in einem Versuch Der konkrete Ablauf der Medienproduktion ist in Abbildung 7 20 dargestellt In der Medienproduktion besteht zun chst die M glichkeit das allgemeine Layout und die Gestaltung der Benutzungoberfl che zu entwerfen Diese kann in jeder Iteration berarbeitet und ver ndert werden Des Weiteren wird in der Medienproduktion eine Analyse der ben tigten und der vorhandenen Medien vorgenommen Anschlie end wird di
117. chskomponenten falls m glich photorealistisch dargestellt werden Dadurch entsteht ein hoher Wiedererkennungseffekt f r den Lerner Dieser findet sich nach der Vorbereitung im virtuellen Labor sofort in der realen Laborumgebung zurecht siehe dazu auch Erstelle das Gesamtdesign in Kapitel 7 5 1 Soll dagegen ein fiktives virtuelles Labor bez glich einer bestimmten Dom ne erstellt werden ohne dass die R ume und Arbeitsfl chen sich an ein konkretes reales Labor orientieren wie zum Beispiel das virtuelle Genlabor GenLab so m ssen zun chst mehrere reale Labore der Dom ne analysiert werden Anschlie end werden die Gemeinsamkeiten und Unterschiede der realen Labore identifiziert das hei t es werden alle denkbaren 78 beziehungsweise m glichen Laborr ume und Arbeitsfl chen aufgelistet und davon diejenigen bestimmt welche f r die Durchf hrung der Versuche im virtuellen Labor ben tigt werden F r die Erstellung der fiktiven Laborumgebung ist es also wichtig dass eine sinnvolle Schnittmenge aus den bestehenden Laboren der Dom ne auf dem Computer System abgebildet wird Es kommt dann nicht darauf an dass sich der Lerner nach der Vorbereitung im virtuellen Labor anschlie end sofort in einem realen Labor zurecht findet sondern dass er die im virtuellen Labor erlernten Konzepte und Handlungsabl ufe versteht und auf ein beliebiges reales Labor bertragen kann Im Fall des fiktiven virtuellen Labors sind die Arbeitsfl chen und Laborr
118. cken und Fehlern in den Versuchsabl ufen gesucht Des Weiteren werden Arbeitsschritte vereinfacht falls dies m glich ist Dem Fachexperten und Fachdidaktiker sollten au erdem die Grenzen der Virtua lisierung der Versuchsprotokolle bekannt sein das hei t die Probleme die bei Umsetzung des Versuchsprotokolls und der zugeh renden Arbeitsfl chen Laborger te Beh lter und Substanzen auf ein Computer System entstehen Die Probleme der Virtualisierung zeigen sich in den folgenden Unterschieden zwischen der praktischen das hei t realen und der virtuellen Versuchsdurchf hrung e Spezifikation des Aufbaus der Lerneinheit In der Aktivit t Bestimme Anzahl und Ausstattung der Laborr ume siehe Abschnitt 7 2 3 2 wurden die ben tigten Laborr ume identifiziert und im virtuellen Labor angeordnet F r die Spezifikation des Aufbaus der Lerneinheit wird festgelegt auf welchen Arbeitsfl chen sich welche Versuchskomponenten befinden Dabei ist insbesondere zu ber cksichtigen dass sich die Versuchskomponenten nicht unbedingt so auf die Arbeitsfl chen verteilen lassen wie es im realen Labor m glich ist Ursache daf r kann sein dass der Platz auf den virtuellen Arbeitsfl chen aufgrund des eingeschr nkten Sichtbereichs des Bildschirms nicht ausreicht die realen Arbeitsfl chen entsprechen in der Regel nicht der 4 3 Aufteilung des Bildschirms Das virtuelle Labor muss dann um weitere Arbeitsfl chen erg nzt werden Es ist auch m
119. cklung des virtuellen Labors ergebenen nderungen an den Anforderungen Diese nderungen werden verarbeitet und bei der weiteren Entwicklung des virtuellen Labors ber cksichtigt Workflow Die Aktivit ten der Anforderungsbestimmung werden in den folgenden Kapiteln im Detail beschrieben Im Einzelnen sind das e Analvysiere das Problem amp t siehe Kapitel 7 2 1 e Verstehe die Anforderungen siehe Kapitel 7 2 2 e Definiere das virtuelle Labor t siehe Kapitel 7 2 3 e Betrachte den Umfang des Labors t siehe Kapitel 7 2 4 und e Verarbeite ver nderte Anforderungen siehe Kapitel 7 2 5 7 2 1 Analysiere das Problem In der Problemanalyse siehe Abbildung 7 8 ist es besonders wichtig dass das Entwickler team ein gemeinsames Grundverst ndnis ber die Anforderungen und die zu modellierende Dom ne des virtuellen Labors findet Dazu werden die Anforderungen des Auftraggebers en an das virtuelle Labor durch den Projektleiter und die System Analytiker in Form von Anwendungsf llen ermittelt und im Anwendungsfall Modell festgehalten Au erdem wird die Zielgruppe und die Einsatzumgebung bestimmt Des Weiteren k nnen parallel zu dieser Aktivit t die Aktivit ten W hle die Wissenserhebungsmethoden At und Analysiere die Dom ne des Tutorkonzeptes durchgef hrt werden d O N System Erhebe die Anwendungsf lle Analytiker Bestimme die C Zielgruppe Au
120. cklungsaufwand im erheblichen Ma e da aktuelle Autorensysteme mit einer integrierten Skriptsprache speziell auf die Erstellung von multimedialen Systemen zugeschnitten sind und die Skriptsprache auch hohen Anspr chen bez glich Interaktivit t gerecht wird Autorensysteme unterst tzen allerdings nicht den gesamten Entwicklungsprozess multimedialer Anwendungen sondern treten lediglich w hrend der Implementierungsphase und in Ausschnitten w hrend der Entwurfsphase und der Testphase in Erscheinung siehe Boles und Schlattmann 1998 Das Konfigurationsmanagement ist im Allgemeinen nicht in Autorensysteme integriert und kooperative Arbeitsformen werden ebenfalls nicht unterst tzt Daher erscheint es f r die Entwicklung virtueller Labore sinnvoll auf weitere Werkzeuge zur ckzugreifen Wie bereits in Kapitel 3 4 3 der Bewertung der modernen Vorgehensmodelle angedeutet macht es durchaus Sinn bestimmte Praktiken des Extreme Programming in den VirtLab Prozess zu bernehmen F r die Erstellung des Simulators bietet sich die Praktik der automatisierten Tests an Das ist gerade dann der Fall wenn der Simulator mit Hilfe des transformationellen Vorgehensmodells konzipiert und implementiert werden soll Zur Optimierung des Frameworks des virtuellen Labors kann die Praktik der Refaktorisierung angewendet werden Das Programmieren in Paaren ist bei einem besonders komplexen Simulationsmodell zu empfehlen zum Beispiel wenn der Simulator auf einer sehr abstr
121. d Beh ltern f r andere Aktivit tsdiagramme wiederverwendet werden Beispiele f r Zustandsdiagramme befinden sich im Anhang A Des Weiteren kann der Aufbau eines Versuchs mit Hilfe eines Klassendiagramms und dabei insbesondere mit den Aggregationen zwischen den Arbeitsfl chen und den Versuchs komponenten beschrieben werden Zur detaillierteren Darstellung der dynamischen Abl ufe im virtuellen Labor k nnen au erdem noch Sequenzdiagramme zu den Anwendungsf llen erstellt werden Balzert 2000a Seite 132 ff 7 2 1 2 Bestimme die Zielgruppe In der Problemanalyse wird des Weiteren die Zielgruppe des zu entwickelnden virtuellen Labors bestimmt Allgemein kommen f r den Anwendungsbereich virtuelle Labore s mtliche Personengruppen und Altersklassen ab dem ersten Schuljahr als Zielgruppe in Frage In Kerres 1998 Seite 144 wird vorgeschlagen die Zielgruppe anhand der soziodemographischen Daten zu charakterisieren wie e die Gr e der Zielgruppe das hei t die maximale und minimale Anzahl potentieller Benutzer sowie die erwartete Anzahl von Benutzern e die geographische Verteilung bez glich Regionen und Nationen e das Alter im Durchschnitt und als Spanne e die Verteilung des Geschlechts e der h chste schulische Abschluss e die Benutzergruppe betriebliche Anwender oder Heim Anwender sowie e die Kaufbereitschaft der Benutzergruppe Die soziodemographischen Daten werden haupts chlich f r die Planung der Distribution
122. d Hintergundbilder sein die in das virtuelle Labor eingef gt werden Aus Graphiken setzt sich zum Beispiel die Darstellung der Transportleiste und die Labor bersicht zusammen Sollen die Graphiken sp ter animiert werden so k nnen diese auch als Vektorgraphiken abgespeichert werden Sawhney 1995 Seite 47 f e Animation Eine Animation ist die zeitkontinuierliche nderung der Attribute eines oder mehrerer Medien Dabei beschr nkt sich die Animation eines Mediums wie zum Beispiel eine Graphik nicht nur auf die Ver nderung der Position Bewegung auf dem Bildschirm Neben diesem Attribut l sst sich das Medium Graphik ber weitere Attribute wie beispielsweise Farbe Gr e Orientierung und Oberfl chenstruktur animieren Auch nicht sichtbare Medien k nnen animiert werden So lassen sich Audiosequenzen in Lautst rke Frequenz und Klang ver ndern Generell gilt dass alle Attribute eines Mediums f r eine Animation verwendet werden k nnen vergleiche Boles 1998 Animationen werden im virtuellen Labor zum Beispiel zur Veranschaulichung von Versuchsabl ufen und Reaktionsprozessen eingesetzt e Text In der Regel wird ein Gro teil des theoretischen Hintergrundwissens der Dom ne des virtuellen Labors als Text vorliegen Aber auch die Beschreibung der Versuchskomponenten oder ein Tooltip stellt einen Text dar e 3D Modell Allgemein ist ein 3D Modell eine funktionierende mathematische Konstruktion eines real existierenden Objektes und
123. d Reiterer 1994 Seite 342 bis 345 e Subjektive Evaluationsmethoden Bei den subjektiven Evaluationsmethoden werden die Evaluationskriterien von den Endanwendern beurteilt Diese werden weiter unterschieden in M ndliche Befragung Es werden dem Endanwender Fragen gestellt die zur Beurteilung der gew hlten Evaluationskriterien dienlich sind Schriftliche Befragung Es werden ein oder mehrere elektronische Frageb gen erstellt und vom Endanwender ausgef llt 2 Vergleiche dazu Freibichler 2000 136 Lautem Denken Der Endanwender wird aufgefordert w hrend der Ver suchsdurchf hrung seine berlegungen Probleme und Handlungsalternativen laut vorzutragen e Objektive Evaluationsmethoden Im Gegensatz zu den subjektiven Evaluationsme thoden wird hier versucht alle subjektiven Einfl sse der Endanwender wie zum Beispiel Emotionen Vorlieben und Vorurteile weitgehend auszuschlie en Die objektiven Evaluationsmethoden werden weiter unterschieden in Anwesende Beobachtung Der Fachdidaktiker sitzt direkt neben dem Endanwender und versucht anhand der beobachteten Handlungen Fehler Ausf hrungszeiten und anderer wahrgenommener Attribute die Evaluationskrite rien entsprechend zu beurteilen Abwesende Beobachtung Der Endanwender wird indirekt beobachtet wie zum Beispiel durch eine Videoaufzeichnung oder die Protokollierung der Lernerdaten e Leit
124. daktikers Pr fen des Aktivit tsdiagramms in Hinblick auf bestehende L cken und m gliche Vereinfachungen Rolle Bei Unklarheiten bei dem Fachexperten nachfragen und gegebenenfalls das Aktivit tsdiagramm berarbeiten lassen Ist das Aktivit tsdiagramm in Ordnung dann Weitergabe an den System Analyti kerrolle Evaluation des Versuchs nach Abschluss der Implementierung e Aktivit ten des System Analytikers 174 Pr fen des Aktivit tsdiagramms in Hinblick auf die zur Verf gung stehenden Funktionalit ten des virtuellen Labors Dabei sind mindestens folgende Fragen zu beantworten gt Welche Laborr ume und Arbeitsfl chen werden ben tigt gt Welche Laborger te Beh lter und Substanzen m ssen entwickelt werden gt Welche Reaktionsabl ufe sind noch nicht im Simulationsmodell enthalten Bei Unklarheiten den Fachexperten oder Fachdidaktiker fragen Weitergabe des Aktivit tsdiagramms an die Simulationsspezialisten Rolle und die Designer Entwickler e Aktivit ten des Simulationsspezialisten folie Erstellen eines Zustandsdiagramms f r das Simulationsmodell anhand des anno tierten Versuchsprotokolls t Bei Unklarheiten den Fachexperten oder Fachdidaktiker fragen Implementieren des Zustandsdiagramms des Simulationsmodells in den diskreten Simulator das hei t implementieren aller Substanzen und Reaktionsabl ufe Testen
125. das Redaktionssystem RedDot der Firma RedDot Solutions AG siehe http www reddot de 157 Abschlie end bleibt noch die M glichkeit zu betrachten den VirtLab Prozess auf Software Systeme zu erweitern deren wesentlichen Merkmale identisch mit den hier definierten virtuellen Laboren sind Als wesentliche Merkmale werden dabei die Modellierung einer bestimmten Dom ne auf ein Computer System die hohe Interaktivit t der didaktische Anspruch und die Medienproduktion verstanden Die Erweiterung auf derartige Software Systeme l sst sich aufgrund der guten Adaptierbarkeit des VirtLab Prozess siehe Kapitel 8 1 relativ einfach durchf hren Ein Beispiel eines solchen Software Systems ist das am OFFIS in der Abteilung Lehr und Lernsysteme entwickelte Wissensbasierte Interaktive Krankenzimmer Einrichtungs Ausbildungssystem WI KEA siehe http Ils informatik uni oldenburg de lls Projekte Ikea default htm 158 Anhang 159 A Beispiel eines Anwendungsfalls Ausschnitt aus dem von Fachexperten Rolle erstellten Versuchsprotokoll zur Gelelektrophorese aus GenLab 1g Agarose in dem Messbecher auf der zuvor tarierten Waage abwiegen 100ml 1x Elektrophoresepuffer TBE oder TAE Puffer abmessen und zur Agarose in den Messbecher geben Durch Sch tteln die Agarose im Puffer suspendieren Durch kurzes Aufkochen der Suspension ca 120s in der Mikrowelle die Agarose im Puffer in L sung bringen Die Agarosel sung auf etw
126. de Psaralidis und Zimmer 2000 PSARALIDIS Elena ZIMMER Gerhard Der Lernerfolg bestimmt die Qualit t einer Lernsoftware Evaluation von Lernerfolg als logische Rekonstruktion von Handlungen In LOTTMANN Alfred Hrsg SCHENKEL Peter Hrsg TERGAN Sigmar Olaf Hrsg Qualit tsbeurteilung multimedialer Lern und Informationssysteme Evaluationsmethoden auf dem Pr fstand N rnberg BW Bildung und Wissen Verlag und Software GmbH 2000 Multimediales Lernen in der Berufsbildung S 262 303 Reimer 1991 REIMER Ulrich Einf hrung in die Wissensrepr sentation netzartige und schema basierte Repr sentationsformate Stuttgart B G Teubner 1991 202 Rei ing 2000 REISSING Ralf Extremes Programmieren In Informatik Spektrum Band 23 2000 April Nr 2 Ritter 2000 RITTER J rg Prozessorientierte Konfiguration komponentenbasierter Anwendungssysteme Oldenburg Carl von Ossietzky Universit t Oldenburg Fachbereich Informatik Mai 2000 Dissertation zur Erlangung des Grades des Doktor der Naturwissenschaften Rupietta 1987 RUPIETTA Walter Benutzerdokumentation f r Softwareprodukte Mannheim Wien Z rich BI Wissenschaftsverlag 1987 Angewandte Informatik Band 3 Russell und Norvig 1995 RUSSELL Stuart Jonathan NORVIG Peter Artificial Intelligence a modern approach Prentice Hall Inc 1995 Sawhney 1995 SAWHNEY Monica Entwicklung eines Vorgehensmodells f r die Multimedia Anwendung
127. den Ablaufplan des Lehr und Lernsystems Um die Entwicklungskosten durch sp tere nderungen nicht unn tig in die H he zu treiben wird empfohlen das Regiebuch abschlie end mit dem Auftraggeber zu besprechen In der Entwicklungsphase werden die Anweisungen und Ergebnisse des 26 Regiebuchs in ein konkretes Programm umgesetzt Dabei wird ein prototypisches oder evolution res Vorgehen zur Software Entwicklung vorgeschlagen Sp testens in dieser Phase muss die endg ltige Entscheidung f r ein Autorensystem oder eine Programmiersprache mit entsprechenden Programmbibliotheken gefallen sein Ergebnis der Entwicklungsphase ist ein ablauff higes Software System sowie die zu erstellende Dokumentation In der Test und Auswertungsphase wird das Lehr und Lernsystem neben Fehlern in der Implementierung auch auf didaktische und inhaltliche Fehler gestalterische M ngel sowie Abweichungen von den Lernzielen gepr ft und korrigiert In der Phase Distribution und Einf hrung wird der Einsatz des Software Systems vorbereitet In der abschlie enden Wartungsphase werden vom Kunden entdeckte Fehler und M ngel an dem Lehr und Lernsystem behoben sowie von ihm ge u erte nderungsw nsche durchgef hrt 3 3 3 Vorgehensmodell f r die industrielle Entwicklung multimedialer Lehr und Lernsysteme In der Studie von Nagl u a 1999 ber die software technischen Anforderungen an multimediale Lehr und Lernsysteme wird ein Vorgehensmodell f r die industriel
128. den Erfahrungen von GenLab so zu entwickeln dass bei dem Entwurf und der Implementierung des Frameworks bereits s mtliche Funktionalit ten das hei t s mtliche Steuerungs und Konfigurationsm glichkeiten ber cksichtigt und integriert werden Das bedeutet konkret dass s mtliche Kn pfe und Schalter der virtuellen Laborger te und Beh lter direkt angesprochen werden k nnen und die Unterst tzung f r die Lerneranalyse und die Mehrsprachigkeit bereits integriert ist Eine sp tere Erweiterung des Frameworks um das Sperren einzelner Kn pfe und Schalter von Laborger ten die Erweiterung um eine Lerneranalyse oder die Unterst tzung von Mehrsprachigkeit ist sehr aufwendig und daher sehr teuer 7 6 4 Integriere die Medien In diesem Teil der Implementierung werden die Medien von den Designern Entwi cklern oder den Medienspezialisten in die Komponenten des virtuellen Labors integriert Dazu werden die einzelnen Medien unterschiedlichen Medientyps zueinander in Beziehung gesetzt Steinmetz 1999 Seite 838 So entsteht zum Beispiel aus einer Siehe http java sun com j2se 1 3 docs guide intl index html 130 implementierten Komponente und einer Reihe von Graphiken und Audiosequenzen ein funktionsf higes Abbild eines virtuellen Laborger tes siehe Boles u a 1998 Die Medienspezialisten stehen au erdem f r technische Fragen bez glich der Integration der Medien zur Verf gung Ist aus mehreren Medien ein Abbild ei
129. den nicht mehr m glich 3 3 2 Vorgehensmodell zur Entwicklung von Lehr und Lernsystemen In Yass 2000 Seite 296 ff wird ein Vorgehensmodell zur Entwicklung von Lehr und Lernsystemen vorgestellt Nach diesem Vorgehensmodell teilt sich der Software Entwicklungsprozess grob in die Phasen Analyse Projektdefinition Design Entwicklung Test und Auswertung Distribution und Einf hrung und Wartung auf Diese k nnen teilweise noch weiter untergliedert werden In der Analysephase wird gekl rt ob ein Lehr und Lernsystem zu dem vorliegenden Thema sinnvoll ist Dazu wird eine Bedarfsanalyse durchgef hrt und der voraussichtliche Zeit und Kostenaufwand des zu erstellenden Software Systems gesch tzt In der Projektdefinitionsphase werden Lernziele und Lerneinheiten spezifiziert und die Didaktik der Lerneinheiten aufgebaut Zudem werden Richtlinien f r ein einheitliches Bildschirmlayout und die Navigationsstruktur festgelegt vergleiche auch das IMRA Modell in Boles 1994 Seite 85 122 In der darauf folgenden Designphase wird das Regiebuch erstellt Im Regiebuch werden unter anderem die Lerninhalte und eine Liste der ben tigten Medien festgehalten Die Lerninhalte werden basierend auf den Lernzielen die in der Definitionsphase ausgearbeitet worden sind ausgew hlt und vorbereitet Bei den einzelnen Medien wird entschieden ob sie erstellt oder beschafft werden Au erdem beinhaltet das Regiebuch genaue Arbeitsanweisungen f r die Entwickler und
130. der Iteration 70 dynamischer Test 135 187 dynamische Sicht 102 dynamisches Laden und Speichern von Versuchen 82 E Echtzeit 187 Echtzeit Komponenten Entwurf der 115 EDL siehe Experiment Description Lang uage Einbindung der Lerneranalyse 82 Einf hrungsphase 45 Eingabeger te 89 Einsatz 140 Planung des 142 Einsatzumgebung 76 Bestimmung der 76 Einzelplatzanwendung 80 Endanwender 51 Engineering Workflows 33 Entscheidung ber die Client Server Verteilung 80 Entwicklerteam 47 Ressourcen des 67 Zusammenstellen des 63 Entwicklungsmethodik Begriffsdefinition 6 f r virtuelle Labore 41 Entwicklungsplan Erstellen des 70 Entwicklungsplan der Iteration 70 Entwicklungsplattform siehe CASE Plattform Entwicklungsumgebung siehe CASE Umgebung Workflow der 149 Entwicklungsumgebung der Iteration 151 207 Entwicklungsumgebung des virtuellen La bors 151 Entwicklungswerkzeug siehe CASE Werkzeug Entwurf der Datenbank 115 Entwurf der Echtzeit Komponenten 115 Entwurf der Komponenten 114 Entwurf der Tests und Evaluation 137 Entwurf des Expertensystems 116 Entwurfsmuster 109 Abstract Factory 110 Composite 110 Facade 111 Model View Controller 109 Observer 110 Strategy 110 Entwurfsphase 43 Ergebnis siehe Artefakt Ergebnisbericht der Iteration 70 Erheben der Anforderungen 64 Erheben der A
131. der Reaktionsabl ufe anhand des Zustandsdiagramms des Simulationsmo dells e Aktivit ten des Designers Entwicklers Rolle Erstellen von Zustandsdiagrammen zu den Laborger ten und Beh ltern anhand des annotierten Versuchsprotokolls akt Bei Unklarheiten den Fachexperten oder Fachdidaktiker fragen Implementieren des Versuchsablaufs Aktivit tsdiagramm und aller ben tigten Laborger te und Beh lter Zustandsdiagramme Testen der Laborger te und Beh lter anhand der entsprechenden Zustandsdiagram me e Aktivit ten des Testers Testen der Implementierung des Simulators anhand des Zustandsdiagramms des Simulationsmodells Testen der Implementierung der Laborger te und Beh lter anhand der Zustands diagramme Testen der Implementierung des Versuchsablaufs anhand des Aktivit tsdia gramms 175 B 3 Vom Versuchsprotokoll zum virtuellen Versuch 176 e Aktivit ten des Fachexperten Erweitern des Versuchsprotokolls um die fehlenden Informationen das hei t erstellen eines annotierten Versuchsprotokolls siehe Spezifiziere Aufbau und Ablauf des Versuchs bzw der Fertigkeit in Abschnitt 7 3 4 1 Auflisten aller verwendeten Laborger te Beh lter und Hilfsmittel Genaue Beschreibung zur Bedienung der Laborger te Beh lter und Hilfsmittel Angabe erlaubter Abweichungen beziehungsweise Toleranzgrenzen bei den Mengenangaben Anstelle ungenauer oder funkti
132. dert sich beim Extreme Programming in Iterationen von ein bis drei Wochen Mehrere Iterationen ergeben ein Release Ziel des ersten Release ist die Erstellung eines funktionierenden Pilotsystems dass die wichtigsten Funktionalit ten beinhaltet Anschlie end wird das Pilotsystem inkrementell weiterentwickelt Nach jedem Release wird eine Evaluation durch den Endanwender vorgenommen Die Planung der einzelnen Iterationen erfolgt beim Extreme Programming in der Praktik des Planungsspiels Im Planungsspiel werden die Anforderungen an das Software System in rudiment ren Anwendungsf llen storys niedergeschrieben Des Weiteren werden Priorit ten bez glich der Anforderungen festgelegt Eine zentrale Praktik des Extreme Programming sind die automatisierten Tests Ohne automatisierte Tests k nnen die kurzen Iterationszyklen des Extreme Programming nicht eingehalten werden oder die Iterationen 2oose de Dienstleistungen f r innovative Informatik GmbH siehe http www oose de gmbh 34 werden unproduktiv Im Entwurf sind immer die einfachsten L sungen zu suchen die nur die Anforderungen der jeweiligen Iteration abdecken Durch Refaktorisierung refactoring wird der Entwurf des bestehenden Software Systems unter Beibehaltung der Semantik vereinfacht Aufgrund des einfachen Entwurfs sieht das Extreme Programming keine echte System Spezifikation vor Um den einfachen Entwurf auszugleichen wird aber gefordert ber den gesamten Software Entwicklungsp
133. die Tests und Evaluation 2 222 220 138 7 7 4 Teste die Teilsysteme des Labors 2 22220 138 7 1 32 Teste das Labori gt 2 2 2 a es we Da an re rien de 138 7 7 6 Auswerten des Tests 2 2 2 se 139 7 131 Evaluiere das virtuelle Labor 2 as aha ae 139 7 7 8 Analysiere Ergebnisse der Evaluation 2 22 2202 140 1 79 Erstelle Zusammenfassung der Tests und Evaluation 140 7 8 Einsal7 4 2 2 2 2 7 2a RE an 140 7 8 15 Plane den Einsatz 2A ii Er a a 3 142 7 8 2 Erstelle die Dokumentation 4 rm FH ra Bee 142 7 8 3 F hre internen Abnahmetest durch 2 22 2202 144 7 8 4 Erstelle externes Release naaalala a 145 7 8 5 F hre externen Abnahmetest durch a aaau 145 7 8 6 Vertreibe das virtuelle Labor aoaaa Rei 145 7 9 Konfigurationsmanagement 2 RE ar Fran 146 7 9 1 Plane die Konfiguration f r das virtuelle Labor 148 7 9 2 Erstelle die Konfigurationsumgebung 2 2 2222 148 7 9 3 Erstelle ndere die Konfigurationselemente 2 222222 149 7 9 4 Verwalte Baselines und Releases 2 22 2er 149 7 9 5 berwache den Konfigurationszustand 2222222222220 149 7 9 6 Verwalte die nderungsw nsche 2 222222 222 149 7 10 Entwicklungsumgebung 22 Sea Een 149 7 10 1 Konzipiere die Entwicklungsumgebung f r das Projekt 151 7 10 2 Konzipiere die Entwicklungsumgebung f r die Iteration 151 7 10 3 Konzipiere die Leitlinie
134. dik konkret die Menge der Vorschriften zur Durchf hrung von Aktivit ten und Repr sentation entsprechender Ergebnisse verstanden 2 3 Multimedia System Unter einem Multimedia System MMS wird ein Software System verstanden das mindestens gekennzeichnet ist durch die rechnergesteuerte integrierte Darstellung und Kom munikation sowie optional die Erzeugung Manipulation und Speicherung von unabh ngigen Informationen die in mindestens einem kontinuierlichen und einem diskreten Medium kodiert sind vergleiche dazu Steinmetz 1999 Seite 13 Beispiele f r Kontinuierliche Medien sind Audio und Videosequenzen sowie Animationen Diskrete Medien sind beispielsweise Texte Graphiken und Diagramme Siehe Object Management Group 1997 2001 2 4 Lehr und Lernsystem Ein Lehr und Lernsystem LLS im klassischen Sinne ist ein Software System das eigenst ndiges Lernen ohne unmittelbare Einwirkung eines Lehrers gestattet Lehr und Lernsysteme bieten Informationen verlangen vom Lerner eigene Aktivit t durch Beantwortung von Kontrollfragen auf die eine unmittelbare R ckmeldung gegeben wird vergleiche die behavioristischen und kybernetischen Ans tze der Lerntheorien in Kerres 1998 Seite 45 bis 56 Vor allem werden in Lehr und Lernsystemen durch Programmverzweigungen zus tzliche L sungshilfen angeboten Dies geschieht in Form neuer Aufgaben und meist in kleineren Schritten Das Grundprinzip eines Lehr und Lernsystems ist die Gliederun
135. dungsfall Modells abgedeckt werden Da ein virtuelles Labor ein hochgradig interaktives multimediales Lehr und Lernsystem darstellt werden haupts chlich dynamische Tests durchgef hrt das hei t das virtuelle Labor wird auf einem Computer System ausgef hrt und getestet siehe dazu Balzert u a 1993 Liggesmeyer 1993 1990 Statische Analysen dagegen eignen sich bei virtuellen Laboren zum Beispiel zur berpr fung des Simulators Dabei wird die Korrektheit des Simulators anhand eines Zustands bergangsgraphen oder Zustandsdiagramms des Simulationsmodells gepr ft Des Weiteren lassen sich statische Analysen auch f r die einzelnen Laborger te anhand entsprechender Zustandsdiagramme durchf hren siehe Boles u a 1998 Seite 45 Aber auch die dynamischen Tests des virtuellen Labors lassen sich mit Hilfe der Zustandsdiagramme planen Nach Appelrath und Ludewig 2000 Seite 225 sollten die Tests nicht von den Projektmitarbeitern durchgef hrt werden 135 die direkt an der Entwicklung der entsprechenden Programmteile beteiligt waren da diese sich meist unbewusst dagegen str uben Fehler zu finden Erfolgt die Entwicklung in mehreren Gruppen so testen die Projektmitarbeiter die entsprechenden Programmteile gegenseitig 7 7 1 2 Bestimme die Evaluationsmethoden Bez glich der Evaluation des virtuellen Labors sind die gestalterischen didaktischen und fachlichen Aspekte zu bewerten Diese spiegeln sich in den folgende
136. e Der Lerner erf hrt dabei ber das intelligente Tutorsystem welche Aktivit ten zur erfolgreichen Bearbeitung der Lerneinheit durchzuf hren sind e Gef hrter Versuchsablauf Bei dem gef hrten Versuchsablauf ist immer nur ein Knopf Schalter oder Regler zur selben Zeit w hrend der Durchf hrung eines Versuchs aktiviert Alle anderen Kn pfe Schalter und Regler und insbesondere auch der Arbeitsfl chenwechsel sind gesperrt siehe oben Der gef hrte Versuchsablauf wurde zum Beispiel bei dem Virtuellen Sequenzierlabor ViSeL der Universit t Bielefeld realisiert siehe ViSeL Internetseiten 2001 e Keine Interaktionsm glichkeit Der WVersuchsablauf wird dem Lerner in Form einer Animation mit Hilfe des Simulators vorgef hrt ohne das f r den Lerner irgendeine M glichkeit besteht in den Versuch einzugreifen Die einzigen aktiven Interaktionselemente der Benutzungsoberfl che sind die Kn pfe zum Starten Stoppen Unterbrechen und Beenden der Animation Des Weiteren sind auch Mischformen der Navigationsm glichkeiten in den Lerneinheiten denkbar So kann beispielsweise die freie Versuchsm glichkeit bei der der Lerner zuvor einen speziellen Versuch ausgew hlt hat mit dem Sperren von Arbeitsfl chen die f r den ausgew hlten Versuch nicht ben tigt werden kombiniert werden 91 7 3 3 3 Entscheide ber die Varianten der Hilfestellung Neben den Navigationsm glichkeiten in den Lerneinheiten das hei t die Freiheit der Benutz
137. e entsprechende Zeitverwaltung zu integrieren Mit einem Zeitraffer besteht die M glichkeit die Reaktionsabl ufe im virtuellen Labor schneller als in der Realit t ablaufen zu lassen So wurden s mtliche Reaktionsabl ufe der gentechnischen Versuche in GenLab um den Faktor 60 beschleunigt Die Navigation im virtuellen Labor und die Bedienung der Laborger te entsprechen jedoch weiterhin der Geschwindigkeit wie in der Realit t Die Aktivit ten des Lerners im virtuellen Labor dauern also aus der Sicht des Frameworks um den Faktor 60 l nger Daher ist im Zusammenhang mit einer Zeitverwaltung darauf zu achten dass die Punktebewertung des Tutorkonzeptes entsprechend angepasst wird siehe Konzipiere die Lerneranalyse t in Abschnitt 7 3 3 4 7 4 1 6 Konzipiere die Client Server Verteilung Wird das virtuelle Labor als Client Server Anwendung konzipiert zum Beispiel f r die Nutzung im Internet so ist eine sinnvolle Aufteilung der Architektur in Client und Server vorzunehmen In Abbildung 7 19 ist beispielhaft eine m gliche Aufteilung der 11 Auch Z Order Sortierung Heuten 2001 Seite 4 112 Architektur in Client und Server dargestellt Demnach besteht der Client aus der Benutzungsoberfl che und gegebenenfalls aus einem Teil des Modells des virtuellen Labors So ist es zum Beispiel denkbar dass sich ein Teil des Lernermodells im Client befindet Dort werden bereits bestimmte Eingabedaten des Lerners analysiert und somit die zu
138. e Einsatzumgebung siehe Balzert 2000a oose de GmbH 1999 In der Regel besteht die Konstruktionsphase aus mehreren Iterationen Jeder Iterations meilenstein ist dabei mit einem neuen internen Release den zugeh rigen Testabl ufen a Tests und einer Demonstration des virtuellen Labors beim Auftraggeber verbunden Nach Beendigung der Iteration wird ein Ergebnisbericht der Iteration t erstellt Der Iterationsmeilenstein der Konstruktionsphase ist das interne Release ne getestet Zur Erreichung des Iterationsmeilensteins m ssen die folgenden Artefakte vorliegen 44 Artefakt Artefakty 3 e Ergebnisbericht der Iteration inklusive Test und Evaluationsbericht Artefakt e Gesamtentwicklungsplan aktualisiert und Artefakt e internes Release und der technischen Dokumentation e e inklusive des Benutzungshandbuchs soweit dies m glich ist Der Phasenmeilenstein der Konstruktionsphase ist das erste externe Release S das hei t der Abschluss von Implementierung Medienproduktion sowie internen Tests und Evaluation Zur Erreichung des Phasenmeilensteins m ssen die folgenden Artefakte vorliegen Artefakt Artetak e Ergebnisbericht der Iteration inklusive Test und Evaluationsbericht Artefakt e Gesamtentwicklungsplan aktualisiert und Artefakt Artefakt e erstes externes Release inklusive des vollst ndigen Benutzungshandbuchs und der technischen Dokumentation 4 4 Ein
139. e Konzepte und Methoden der bisher genannten Vorgehensmodelle finden sich hier wieder oder wurden weiterentwickelt vergleiche Jacobson u a 1999 Kruchten 2000 oose de GmbH 1999 Beck 2000 In Kapitel 3 4 1 werden zun chst einige moderne Vorgehensmodelle beschrieben die auf Workflows basieren Das sind konkret e der Unified Software Development Process e der Rational Unified Process und e der Object Engineering Process Durch die hohe Anzahl der zu erstellenden Artefakte werden diese Vorgehensmodelle auch als schwergewichtige Vorgehensmodelle bezeichnet Coldewey 2001 Seite 23 Als der zur Zeit popul rste Vertreter der leichtgewichtigen Vorgehensmodelle wird abschlie end noch in Kapitel 3 4 2 das Vorgehensmodell des Extreme Programming betrachtet Dittmar und Eckstein 2001 Seite 28 Danach erfolgt in Kapitel 3 4 3 die Bewertung der modernen Vorgehensmodelle 3 4 1 Auf Workflows basierende Vorgehensmodelle USDP RUP OEP Die Definition und Koordination der statischen Prozessstruktur erfolgt bei den auf Workflows basierenden Vorgehensmodellen wie der Unified Software Development Process USDP Rational Unified Process RUP und der Object Engineering Process OEP mit Hilfe von Workflows Die Anzahl der verwendeten Workflows variiert bei den Vorgehensmodellen und liegt typischerweise zwischen f nf und neun Jedes Vorgehensmodell legt bestimmte Workflows f r die Software Entwicklung fest Die Elemente der Workflows sind
140. e Leistung und Zeit Spannungsger t Einstellbare Spannung und Laufdauer Waagen gt Messbereich Liegt zwischen 100mg und 100g bei der g ngigsten Waage gt Messgenauigkeit Ist unterschiedlich e Beh lter Messbecher Fassen ein Volumen von beispielsweise 50 ml 600ml 1 Liter oder 2 Liter Messzylinder Fassen ein Volumen von beispielsweise 50ml 100ml oder 500ml bis hin zu 2 Litern e Substanzen Agarose Farbe Wei Form Fest Schmelzpunkt 60 bis 95 C DNA Ansatz Substanzgemisch Farbe Farblos Form Fl ssig DNA Standardl sung Substanzgemisch Farbe Farblos 164 Form Fl ssig Ethidiumbromid L sung 10mg ml Farbe Dunkelrot Form Fest Sicherheitshinweise Krebserregend Sehr giftig Reizend Elektrophoresepuffer Substanzgemisch Farbe Farblos Form Fl ssig Hinweis Verhindert das Austrocknen des Gels TBE Puffer Farbe Farblos Form Fl ssig Bei der Durchf hrung der Gelelektrophorese sind bestimmte Abweichungen vom eigentlichen Versuchsprotokoll erlaubt Diese zeigen sich in der parallelen Ausf hrbarkeit einzelner Aktivit ten Au erdem sind eine Reihe von Fehlerf llen m glich Die Abbildung A l zeigt die Gelelektrophorese als Aktivit tsdiagramm mit den Verfeinerungen zum Versuchsprotokoll den m glichen alternativen Versuchsabl ufen Parallelit t und den Fehlerf llen Die Fehlerf lle sind jeweils mi
141. e Netztopologie f r die Entwicklung des virtuellen Labors ben tigt wird Gegebenenfalls ist ein Zugang zum Internet zur Verf gung zu stellen Au erdem ist festzulegen ob Tele Arbeit m glich oder w nschenswert ist und welche zus tzlichen Hilfsmittel dazu eingesetzt werden wie zum Beispiel Video Konferenzen e Teachware Es sind s mtliche Informationsquellen wie zum Beispiel B cher und Experten zu bestimmen die f r die Entwicklung des virtuellen Labors zur Verf gung stehen Au erdem ist festzulegen ob Seminare abgehalten oder Tagungen besucht werden sollen Dazu sind gegebenenfalls Reisen notwendig bei denen zus tzliche Kosten anfallen Des Weiteren wird die Spezifikationssprache zur Spezifikation der Lerneinheiten festgelegt sowie weitere Schablonen und Richtlinien f r die Entwicklung virtueller Labore identifiziert und entwickelt Au erdem sind Entwicklungsf lle in skizzierter Form zu erstellen und eine Bewertung der Entwicklungsorganisation vorzunehmen Kruchten 2000 7 10 2 Konzipiere die Entwicklungsumgebung f r die Iteration In dieser Aktivit t legt der Konfigurationsmanager unter Beratung mit dem System Ad ministrator die konkrete Entwicklungsumgebung f r die anstehende Iteration fest Dazu geh rt die Festlegung der verwendeten Entwicklungswerkzeuge und die Bereitstellung von Schablonen und Richtlinien f r die Iteration 151 7 10 3 Konzipiere die Leitlinien f r die Iteration In dieser Aktivit t
142. e Substanzen sind die elementaren Bestandteile eines Versuchs Um das Ziel eines Versuches zu erreichen werden Substanzen bearbeitet und deren Zust nde ver ndert Die nderung der Eigenschaften von Substanzen kann durch die Einwirkung anderer Substanzen oder durch Laborger te erfolgen Substanzen k nnen im Allgemeinen nicht direkt bearbeitet werden sondern nur indirekt ber einen Beh lter in oder auf dem sie sich befinden Beispiele f r Substanzen sind die Chemikalien in einem Chemielabor die elektrischen Bauteile in einem Elektroniklabor oder abstrakter die Daten in einem Software Labor Beh lter Beh lter k nnen Substanzen oder andere Beh lter aufnehmen Des Weiteren umschlie en Beh lter immer ein gewisses Volumen oder stellen eine Fl che zur Verf gung auf der Substanzen abgelegt werden k nnen Beispiele f r Beh lter die Substanzen aufnehmen K nnen sind Reagenzgl ser in einem Chemielabor Leiterplatten in einem Elektroniklabor und Disketten in einem Software Labor Aber auch ein Glastr ger zum Mikroskopieren ist ein Beh lter Des Weiteren existieren auch Beh lter die wiederum andere Beh lter aufnehmen k nnen Ein Beispiel ist der Eisbeh lter der Reagenzgl ser oder andere kleine Gef e aufnehmen kann Laborger te Laborger te werden dazu eingesetzt um Zust nde von Substanzen zu ver ndern oder deren momentanen Zustand auszugeben Prinzipiell lassen sich die Ger te im virtuellen Labor einteilen in Zustands nder
143. e eigentliche Medienproduktion geplant Bei der Durchf hrung der Medienproduk tion teilt sich der Workflow in vier parallele Pfade Jeder Pfad betrachtet eine m gliche Variante der Herstellung der Medien Die Varianten sind die Digitalisierung von Medien die berarbeitung vorhandener Medien die Herstellung neuer Medien sowie die Beschaffung von Medien vergleiche dazu Multimedia Editing in Kerres 1998 Seite 338 f Die Aktivit ten der Medienproduktion beschrieben Im Einzelnen sind das werden in den folgenden Kapiteln im Detail e Erstelle das Gesamtdesign siehe Kapitel 7 5 1 o Ermittle ben tigte Medien siehe Kapitel 7 5 2 e Analysiere vorhandene Medien siehe Kapitel 7 5 3 e Strukturiere die Medienproduktion At siehe Kapitel 7 5 4 116 In den ersten Iterationen des VirtLab Prozess Erstelle das Gesamiaesian I Ermittle ben tigte Medien araiysiere vorhandene Medien N Smcuee die Medienproduktion Keine Medien in Keine Medien in Keine Medien in Keine Medien in dieser Iteration dieser Iteration dieser Iteration dieser Iteration digitalisieren berarbeiten erstellen beschaffenen Beschaffene Medien berarbeiten A a E a Digitalisiere die Meien berarbeite die Medien Erstelle ae Beschaffe die Medien lt i e Ma wooo E _ E A N pr te die Meien s die Medien prite die M
144. e flie en in das Lernermodell als auch das Lehrermodell ein Allgemein sollte das intelligente Tutorsystem nur dann eingreifen wenn der Lerner einen Fehler macht oder der Eingriff als didaktisch sinnvoll erscheint zum Beispiel um wichtiges Hintergrundwissen zu den gerade ablaufenden Reaktionsprozessen darzustellen vergleiche Witschital 1990 Seite 54 Wird ein Fl chtigkeitsfehler gemacht reicht eine Warnung oder ein Hinweis des intelligenten Tutorsystems ber die Benutzungsoberfl che aus Bei bekannten beziehungsweise h ufig gemachten Fehlern pitfall bietet sich eine detailierte Erkl rung der Fehlerursache an Werden schwerwiegende Fehler gemacht zum Beispiel bei Verst ndnisproblemen so sollte das intelligente Tutorsystem den Lerner die Lerneinheit wiederholen lassen und zus tzliche Hilfen geben Das intelligente Tutorsystem sollte den Lerner ebenfalls unterbrechen wenn aufgrund des Lernermodells das hei t den 94 Beobachtungen des Lernermoduls auf eine Stocksituation des Lerners geschlossen werden kann 7 3 3 6 Beachte die Gefahr der kognitiven berlastung des Lerners Bei der Erstellung des didaktischen Konzeptes ist des Weiteren auf eine m gliche kognitive berlastung cognitive overload des Lerners zu achten Unter der kognitiven berlastung des Lerners versteht man die Tatsache dass aufgrund der Vielzahl von Handlungsalternativen in einer gegebenen Situation wie zum Beispiel das Angebot mehrerer Handlungsalterna
145. ebunden sondern verfolgt die Erreichung von zuvor vereinbarten Zielen 188 Java Plattformunabh ngige objektorientierte Programmiersprache entwickelt von der Firma Sun Microsystems Java Applet Ein Java Applet ist ein Software System das in der Programmiersprache Java entwickelt wurde und in Verbindung mit einem Java f higen Web Browser eingesetzt werden kann Klasse class Eine Klasse definiert f r eine Kollektion von Objekten deren Struktur Attribute Verhalten Operationen und Beziehungen Assoziationen und Vererbungs strukturen Klassen besitzen einen Mechanismus um neue Objekte zu erzeugen Komponente component Eine Komponente ist ein nicht triviales nahezu unabh ngiges und ersetzbares Teil eines TSoftware Systems dass eine eindeutige Funktion im Kontext einer wohldefinierten tSoftware Architektur erf llt und nach au en ber Schnittstellen zur Verf gung gestellt wird Beispiele f r Komponenten im Kontext virtueller Labore sind die Arbeitsfl chen Versuchskomponenten und deren gegenseitiges Zusammenwirken im Simulationsmodell Weitere Beispiele sind das Lerner Lehrer und Expertenmodul des fintelligenten Tutorsystems sowie die Transportleiste und das Anleitungsfenster Kurzanleitung Die Kurzanleitung ist eine sehr knapp gehaltene bersicht ber einen kompletten TVersuch das hei t eine sehr stark gek rzte Version des entsprechenden TVersuchsprotokolls Labor bersicht Eine Labor bersicht erm glicht
146. eden Konflikt Kontrast Abbildung 7 12 Verwendung von Terminologien und Konzepte bereinstimmungen bilden die Grundlage f r die weitere Kommunikation des Entwick lerteams ber gemeinsam benutzte Terminologien und Konzepte Besonders wichtig ist es Konflikte in den Konzepten zu ermitteln um eine Verwirrung ber die Benennung von verschiedenen Konzepten mit derselben Terminologie zu vermeiden Diese Konflikte m ssen ausger umt werden das hei t es muss den verschiedenen Konzepten eine eindeutige 87 und von allen Projektmitarbeitern akzeptierte Terminologie zugeordnet werden Um eine zuk nftige Verwirrung zu vermeiden werden die Konzepte anhand der zugeh renden Terminologie in dem Gesamtglossar schriftlich festgehalten siehe dazu Erstelle das initiale Gesamtglossar t in Abschnitt 7 1 1 4 Korrespondenz erm glicht ein wechselseitiges Verstehen von verschiedenen Terminologien ber das Vorhandensein von gemeinsamen Konstrukten Es ist daher sinnvoll sich auf eine Terminologie zu einigen und diese ebenfalls im Gesamtglossar t festzuhalten gegebenenfalls unter Nennung von Synonymen In allen Dokumenten ist dieselbe Terminologie zu verwenden Das gilt insbesondere f r das Benutzungshandbuch t und die technische Dokumentation Das Erkennen von Kontrasten macht Aspekte von abweichendem Wissen deutlich Eine gemeinsame Kommunikation und Verst ndnis ist dann besonders schwierig Durch die gegebene
147. edeutet dass die Gesamtfunktionalit t des zu entwickelnden Software Systems mit jedem Schritt zunimmt siehe die evolution re Software Entwicklung in Kapitel 3 2 4 Der komplette Software Entwicklungsprozess erstreckt sich bei den auf Workflows basierenden Vorgehensmodellen ber mehrere nacheinander ablaufende Phasen die dem Ablauf der Software Entwicklung im Phasenmodell hneln In der Regel sind das die folgenden vier Phasen 1 Definitionsphase 8 Auch Vorbereitungsphase oose de GmbH 1999 Konzeptphase Balzert 2000a Seite 223 31 2 Entwurfsphase 3 Konstruktionsphase und 4 Einf hrungsphase Sie gliedern das Software Projekt in mehrere zeitlich aufeinander folgende beziehungsweise sachlogisch zusammengeh rende Abschnitte und stellen die oberste Planungseinheit dar Die in jeder Phase zu erzielenden Ergebnisse sowie die damit verbundenen Aufw nde Kosten Termine und Ressourcen sind in dem Projektplan festgehalten Jede Phase besteht aus mindestens einer Iteration Die Definitionsphase wird in der Regel wegen ihrer verh ltnism ig kurzen Laufzeit nicht in mehrere Iterationen unterteilt F r die Entwurfsphase sind normalerweise ein bis zwei und f r die Konstruktionsphase vier bis neun Iterationen vorgesehen Die Einf hrungsphase besteht normalerweise aus einer Iteration Sie kann aber auch aus mehreren Iterationen bestehen zum Beispiel wenn das neue Software System akkumulativ in das Unternehmen eingef hrt werde
148. edien rite die Medien J 7 Nochmal Digitalisierte Nochmal Medien Medien digitalisieren Medien berarbeiten verwerfen Erstellte Nochmal reklamieren berarbeiten Medien erstellen berarbeiten Erledigt Erledigt Erledigt Erledigt Abbildung 7 20 Der Workflow f r die Medienproduktion Digitalisiere die Medien siehe Kapitel 7 5 5 berarbeite die Medien siehe Kapitel 7 5 6 Erstelle die Medien t siehe Kapitel 7 5 7 Beschaffe die Medien siehe Kapitel 7 5 8 und 117 e Pr fe die Medien siehe Kapitel 7 5 9 7 5 1 Erstelle das Gesamtdesign In den ersten Iterationen des VirtLab Prozesses wird von den Medienspezialisten das allgemeine Layout und die Gestaltung der Benutzungsoberfl che entworfen Des Weiteren wird die Farbtiefe und die Bildschirmaufl sung des virtuellen Labors festgelegt In den weiteren Aktivit ten der Medienproduktion werden dann die Medien f r einen entsprechenden Prototypen Oberfl chenprototyp erstellt Die grunds tzlichen Gestaltungsempfehlungen f r die Erstellung von Benutzungsoberfl chen bleiben f r virtuelle Labore bestehen Die wichtigste Vorgabe f r die Gestaltung der Benutzungsoberfl che eines virtuellen Labors ist dass die Arbeitsfl chen Laborger te Beh lter und Substanzen m glichst realit tsnah darzustellen sind Nur durch eine entsprechende Realit tsn he der Benutzungsoberfl che ist
149. efinierten Meilensteinen einzuteilen Es sind die zur Entwicklung von virtuellen Laboren durchzuf hrenden Aktivit ten und die zu erstellenden Artefakte zu identifizieren Dazu sind Anleitungen Richtlinien und Methoden zur Durchf hrung der einzelnen Aktivit ten und zur Erstellung der jeweiligen Artefakte bereit zu stellen Wichtigste Anforderung ist jedoch die Gew hrleistung der Praxistauglichkeit Der Abstraktionsgrad des Vorgehensmodells muss gerade so hoch sein dass es f r die Entwicklung beliebiger virtueller Labore anwendbar ist Es darf jedoch nicht den hohen Abstraktionsgrad der Vorgehensmodelle erreichen die f r die Entwicklung von beliebigen multimedialen Lehr und Lernsystemen einsetzbar sind 1 3 Aufbau der Arbeit Der weitere Aufbau der Arbeit gliedert sich wie folgt In Kapitel 2 werden zun chst einige Begriffe gekl rt die im Kontext dieser Arbeit wichtig sind Danach wird in Kapitel 3 eine umfangreiche Analyse der Problematik eines geeigneten Vorgehensmodells f r virtuelle Labore durchgef hrt Dazu werden bereits bekannte und erprobte Vorgehensmodelle der Software Technik analysiert und diese in Hinblick auf Anwendbarkeit f r virtuelle Labore bewertet Anschlie end wird ein Vorgehensmodell als L sungsansatz f r den Anwendungsfall virtuelle Labore herausgearbeitet In Kapitel 4 erfolgt zu diesem L sungsansatz zun chst ein kurzer berblick und eine Beschreibung der Phasen und Meilensteine Anschlie end werden in Kapi
150. eft Auftraggeber gt C C Verwende erprobte System Methoden zur Erhebung Analytiker der Anforderungen Fachexperte Medien Erstelle initiales L spezialist Say Abbildung 7 4 Detailansicht der Aktivit t Ersinne neues virtuelles Labor 7 1 1 1 Stelle das Entwicklerteam zusammen In dieser Aktivit t stellt der Projektleiter das Entwicklerteam des virtuellen Labors zu sammen Dieses sollte nicht zu gro sein um den ohnehin enormen Kommunikationsaufwand wegen der Interdisziplinarit t des Entwicklerteams nicht noch weiter zu erh hen Ein kleines Entwicklerteam kann untereinander wesentlich effektiver kommunizieren als ein gro es Sommerville 1996 Seite 582 Die minimale Gr e des Entwicklerteams liegt jedoch bei 63 drei Projektmitarbeitern Das Entwicklerteam setzt sich dann aus einem Informatiker J einem Medienspezialisten Rolle Ind einem Fachexperten zusammen In diesem Fall ist der Fachexperte ein Lehrender das hei t Fachdidaktiker der Dom ne des virtuellen Labors Die Organisationsform des Entwicklerteams wird in dieser Aktivit t noch nicht festgelegt Diese berlegungen werden erst in der Aktivit t Erstelle den Gesamtentwicklungsplan t in Kapitel 7 1 3 durchgef hrt 7 1 1 2 Verwende erprobte Methoden zur Erhebung der Anforderungen Zur initialen Erhebung der Anforderungen des Auftraggebers an das virtuelle Labor sind allgemein bekannte und erprobte Methoden anzuwenden w
151. ehe TCASE Werkzeug Ergebnis Siehe tArtefakt Experiment Siehe Versuch Expertensystem Ein Expertensystem ist ein Software System das Spezialwissen und Schlussfolgerungsf higkeit von Experten auf einem eng begrenzten Aufgabengebiet siehe TDom ne rekonstruiert Externes Release Siehe Release 187 Fertigkeit skill Eine Fertigkeit ist eine bestimmte in sich abgeschlossene Handlungs abfolge Teilversuch die in einem oder mehreren Versuchen durchzuf hren ist Ziel einer Fertigkeit ist es dass die Handlungsabfolge vom Lerner verarbeitet und im Ged chnis gespeichert wird um sie bei entsprechenden fVersuchen wieder abrufen und anwenden zu k nnen Analog zu den Versuchen und TTeilversuchen k nnen auch f r die Fertigkeiten entsprechende fVersuchsprotokolle erstellt werden Framework Ein Framework besteht aus einer Menge von zusammenarbeitenden Klassen die einen wiederverwendbaren Entwurf f r einen bestimmten Anwendungsbereich implementieren Es besteht aus konkreten und insbesondere abstrakten Klassen Im Allgemeinen wird vom Anwender also dem Programmierer des Frameworks erwartet dass er Unterklassen definiert um das Framework zu verwenden und anzupassen Siehe dazu tArchitektur Generischer Teilversuch Ein generischer Teilversuch ist ein Teilversuch der erst noch durch die Angabe konkreter Substanzen instantiiert werden muss Die durch einen generischen Teilversuch beschriebene Basistechnik ist prinzipiell auf ver
152. eidet anhand eines Lehrermodells wann welche Lerninhalte von der Benutzungsoberfl che des intelligenten Tutorsystems dem Lerner angeboten werden Au erdem ist es daf r verantwortlich zu entscheiden wann und wie oft das intelligente Tutorsystem den Lerner unterbricht F r die eigentliche Darstellung der Lerninhalte und die Interaktion mit dem Lerner mittels Computer Maus und Tastatur ist ebenfalls die Benutzungsoberfl che zust ndig siehe auch Kunz und Schott 1987 Lusti 1992 Liening 1992 Witschital 1990 gt Auch Intelligente Tutorielle Systeme siehe Schr der 1996 Lerner Benutzungsoberfl che Lehrer modul Lerner modul Abbildung 2 1 Die allgemeine ITS Architektur nach Schr der 1996 2 8 Virtuelles Labor Der Begriff des virtuellen Labors findet in der Literatur keine einheitliche Verwendung So existieren mehrere voneinander abweichende und widerspr chliche Definitionen Diese werden im Folgenden aufgef hrt und es wird eine f r diese Arbeit g ltige Definition herausgearbeitet Oft werden bereits textuelle WWW Seiten mit integrierten Animationen Java Applets oder Shockwave Filmen die zur Simulation von Ger ten oder Prozessen dienen als virtuelle Labore bezeichnet In Internet2 1997 2000 wird ein virtuelles Labor dagegen als eine heterogene verteilte Probleml seumgebung angesehen die es einer ber die Welt verteilten Gruppe von Wissen schaftlern erm glich
153. eidungsfindung sind die Ausgangspfeile mit einer Bedingung verkn pft Gabelungen und Zusammenf hrungen werden mit einem schwarzen Balken dargestellt Bei einer Gabelung verzweigt der Kontrollfluss des Software Entwicklungsprozesses in mehrere parallele Pfade Eine Gabelung hat immer einen eingehenden und mehrere ausgehende Pfeile Eine Zusammenf hrung vereinigt die Kontrollfl sse wieder Dementsprechend hat die Zusammenf hrung mehrere eingehende und genau einen ausgehenden Pfeil Die Aktivit t nach einer Zusammenf hrung also die am ausgehenden Pfeil wird erst dann ausgef hrt wenn alle Aktivit ten der eingehenden Pfeile vollst ndig durchgef hrt worden sind vergleiche Balzert 2000a Seite 108 bis 114 Bei entsprechender Komplexit t einer Aktivit t wird diese zu einer Detailansicht mit weiteren darin enthaltenen Aktivit ten aufgebrochen Die graphische Darstellung der Detailansichten folgt der Notation des Rational Unified Process und ist in Abbildung 7 2 dargestellt a N Aktivit t A1 Ne Auftraggeber Projektleiter Aktivit t A4 Endanwender System Aktivit t A3 lt Analytiker d Abbildung 7 2 Notation zur Darstellung der Detailansichten Aktivit t A2 Fachexperte Aktivit t A5 O Die der aufgebrochenen Aktivit t untergeordneten Aktivit ten werden in der Detailansicht jeweils durch einen nach rechts gerichteten Balken dargestellt Die an der Durchf hrung der Aktivit ten betei
154. eil Systems das eine Teilmenge der Funktionalit ten des endg ltigen Produktes demonstriert CASE Computerunterst tzte Software Entwicklung Computer Aided Software Engineer ing das hei t der Einsatz von TCASE Werkzeugen bei der Software Entwicklung CASE Plattform Software Produkt das allgemeine Basisdienstleistungen wie Benut zungsschnittstelle und Datenhaltung zur Verf gung stellt und damit FCASE Werkzeuge von diesen Dienstleistungen entlastet In eine CASE Plattform k nnen TCASE Werkzeuge integriert werden FCASE Umgebung CASE Umgebung Software Entwicklungsumgebung die konzeptionell aus einer TCASE Plattform und mehreren darin integrierten TCASE Werkzeugen besteht CASE Werkzeug In der tSoftware Technik versteht man unter einem CASE Werkzeug ein Software Produkt das als Hilfsmittel zur Entwicklung von Software eingesetzt wird Allgemein dienen CASE Werkzeuge zur automatischen Unterst tzung von Methoden Verfahren und Notationen 186 CBT Computer Based Training Eine Bezeichnung f r computerunterst tzte Lehr und Lernsysteme die didaktisch aus den Ans tzen des Instruktionsdesigns das hei t der Unterrichtsplanung beziehungsweise des Unterrichtsentwurfs der siebziger Jahre abgeleitet werden Computer Based Training ist f r bestimmte Lernformen wie zum Beispiel Informationsvermittlung und Drill amp Practice gut einsetzbar Client Server Architektur Verteilung einer in mehrere logische Software Schichten
155. eilt sich das Konfigurationsmanagement in vier parallele Aktivit ten Das ist zum einen die Erstellung und nderung von Elementen der Konfigurationsumgebung Des Weiteren werden die Baselines und Releases zum virtuellen Labor verwaltet Gleichzeitig wird der Konfigurationszustand w hrend der Durchf hrung der Iteration berwacht und eventuelle nderungsw nsche an den Anforderungen des virtuellen Labors verwaltet Die Aktivit ten des Konfigurationsmanagements ow im Detail beschrieben Im Einzelnen sind das werden in den folgenden Kapiteln e Plane die Konfiguration f r das virtuelle Labor t siehe Kapitel 7 9 1 e Erstelle die Konfigurationsumgebung siehe Kapitel 7 9 2 e Erstelle ndere die Konfigurationselemente t siehe Kapitel 7 9 3 e Verwalte Baselines und Releases siehe Kapitel 7 9 4 e berwache den Konfigurationszustand At siehe Kapitel 7 9 5 und 147 e Verwalte die nderungsw nsche At siehe Kapitel 7 9 6 7 9 1 Plane die Konfiguration f r das virtuelle Labor In dieser Aktivit t des Konfigurationsmanagements wird vom Konfigurationsman ager der Konfigurationsmanagementplan at erstellt Dieser beinhaltet das Vorgehen zur Verwaltung der Repositories und Baselines des virtuellen Labors sowie der Arbeitsbereiche der einzelnen Projektmitarbeiter Dazu wird bestimmt welche Versionsmanagementsys teme f r die Entwicklung des virtuellen Labors einges
156. eise aus Fachexperten der Dom ne des virtuellen Labors die im Folgenden abk rzend mit Fachexperten bezeichnet werden Fachdidaktikern Medienspezialisten und nformatikern Die hohen Anforderungen an die Projektorganisation begr nden sich darin dass jede der vier Fachrichtungen eine eigene Fachsprache verwendet die von den anderen Projektmitarbeitern und insbesondere dem Projektleiter verstanden werden muss vergleiche Aden u a 1998 Seite 9 Es ist also zu bewerten inwiefern die Heterogenit t des Entwicklerteams von dem Vorgehensmodell unterst tzt wird oder wie aufwendig die Integration eines geeigneten Rollenkonzeptes siehe ANSSTAND e V 2001 Pasch 1994 in das Vorgehensmodell ist Einbeziehung des Auftraggebers kurz Einbez des Auftraggebers Ein weiteres wichtiges Bewertungskriterium ist die Einbeziehung des Auftraggebers in den Software Entwicklungsprozess Neben der Erstellung der Anforderungsdefinition sollte der Auftraggeber in regelm igen Abst nden das virtuelle Labor in Form eines Pilotsystems evaluieren k nnen Von besonderem Interesse ist dabei f r den Auftraggeber ob die Vorgaben des Corporate Designs eingehalten werden falls dieses in dem Unternehmen definiert ist siehe Yass 2000 Seite 17 und 88 Die Ergebnisse der Evaluation durch den Auftraggeber flie en anschlie end direkt in die weitere Entwicklung des virtuellen Labors ein Es ist also die H ufigkeit und der Zeitpunkt der Einbeziehung des Auftraggeber
157. eiteren werden die protokollierten Lernerdaten mit Hilfe von Nachanalysen aufbereitet siehe dazu Konzipiere die Lerneranalyse in Abschnitt 7 3 3 4 In den Nachanalysen ist nicht die Bestimmung des Lerneffekts und der damit verbundene Lernzuwachs von Interesse sondern es wird der Lernprozess der Lerner analysiert vergleiche Schulmeister 1997 Seite 383 Die Lernerdaten lassen sich dazu zum Beispiel als Verhaltensspur darstellen bei der die einzelnen Aktionen des Lerners in tabellarischer Form aufgelistet werden Es ist aber ebenso denkbar die protokollierten Lernerdaten als Animation Wiederholung im virtuellen Labor abspielen zu lassen K nnen in der Nachanalyse der Lernerdaten explizite Wissenszust nde des Lerners extrahiert werden so ist es auch m glich die Lernerdaten in Form eines textuellen Versuchsprotokolls wie es von den Fachexperten Rolle als Vorlage zur Versuchsdurchf hrung erstellt wird aufzubereiten 7 7 9 Erstelle Zusammenfassung der Tests und Evaluation In dieser Aktivit t wird von den Testern eine Zusammenfassung aller Testbewertungen und der Ergebnisse der Evaluation erstellt und im Test und Evaluationsbericht festgehalten vergleiche Fr hauf u a 1991b Seite 80 Au erdem werden eventuelle nderungsw nsche an das virtuelle Labor identifiziert Anschlie end werden die nderungsw nsche klassifiziert und an den Projektleiter weitergegeben 7 8 Einsatz In der Abbildung 7 26 ist de
158. eitungsphase e Ersinne neues virtuelles Labor siehe Kapitel 7 1 1 e Analysiere das Problem siehe Kapitel 7 2 1 und e Sch tze Umfang und Risiko des Projekts t siehe Kapitel 7 1 2 2 Definitionsphase o Definiere das virtuelle Labor siehe Kapitel 7 2 3 e Definiere die Architektur t siehe Kapitel 7 4 1 e Analysiere die Dom ne siehe Kapitel 7 3 2 und e Erstelle das didaktische Konzept siehe Kapitel 7 3 3 3a Planung der Iteration Erstelle den Entwicklungsplan f r die n chste Iteration t siehe Kapitel 7 1 4 Dazu sind im Detail durchzuf hren e Strukturiere die Medienproduktion siehe Kapitel 7 5 4 e Strukturiere die Implementierung siehe Kapitel 7 6 1 e Plane die Integration siehe Kapitel 7 6 2 e Plane die Tests und Evaluation siehe Kapitel 7 7 1 Plane den Einsatz siehe Kapitel 7 8 1 und Aktivit t e Konzipiere die Entwicklungsumgebung f r die Iteration siehe Kapitel 7 10 2 181 RER 1 Vorbereitungsphase wor D 6 efinitionsphase a l Planung der Iteration Aufbereitung des Versuchs la Variationen der Versuchsabl ufe O 4a Entwurf der Kempanerien 5a Erstellung der Medien C p X J Entwurf Implementierung lt 4b Implementierung und Test der Kae eo Medienpr fung Medienproduktion A x p und Integration N
159. el 7 10 2 e Konzipiere die Leitlinien f r die Iteration siehe Kapitel 7 10 3 und Aktivit t e Unterst tze die Entwicklungsumgebung w hrend der Iteration siehe Kapitel 7 10 4 150 7 10 1 Konzipiere die Entwicklungsumgebung f r das Projekt In diesem Teil des Workflows der Entwicklungsumgebung wird die Arbeitsumgebung f r die Entwicklung des virtuellen Labors festgelegt Diese Aktivit t wird von dem Konfigurationsmanager unter R cksprache mit dem Projektleiter durchgef hrt Die Festlegung der Entwicklungsumgebung l sst sich nach folgenden vier Kriterien unterscheiden e Software Es ist festzulegen auf welchem Betriebssystem mit welcher Program miersprache und mit welcher Entwicklungsumgebung das virtuelle Labor erstellt wird In diesem Zusammenhang ist auch zu pr fen ob ein Autorensystem als Entwicklungsumgebung eingesetzt wird Des Weiteren ist zu pr fen ob spezielle Werkzeuge verwendet werden k nnen Gegebenenfalls ist auch eine geeignete Datenbank und ein Expertensystem auszuw hlen e Hardware Es ist zu bestimmen auf welchen Computer Systemen das virtuelle Labor entwickelt werden soll beziehungsweise welche Entwicklungsplattformen CASE Plattform daf r zur Verf gung stehen Gegebenenfalls ist au erdem die ben tigte Hardware zur Einbindung externer Ger te die an das virtuelle Labor angeschlossen werden zu bestimmen e Orgware In diesem Zusammenhang ist zu pr fen welch
160. ell des Extreme Programming kann nicht f r die Entwicklung virtueller Labore eingesetzt werden da eine der wesentlichen Praktiken des Extreme Programming bei virtuellen Laboren nicht anwendbar ist So lassen sich die im Extreme Programming geforderten automatisierten Tests nur f r den Simulator erstellen Die aufwendigen Tests des virtuellen Labors das hei t das Testen des zeitlichen Zusammenspiels der multimedialen Komponenten lassen sich wegen der hohen Interaktivit t des Software Systems kaum vereinfachen oder automatisieren Daher k nnen die kurzen Iterationszyklen des Extreme Programming nicht eingehalten werden Somit ist das Vorgehensmodell des Extreme Programming als solches f r die Entwicklung virtueller Labore ungeeignet Dennoch macht es durchaus Sinn bestimmte Praktiken in das Vorgehensmodell f r virtuelle Labore zu bernehmen wie das Programmieren in Paaren f r das Simulationsmodell die Refaktorisierung der Architektur und f r den Simulator die automatisierten Tests Es soll au erdem nicht unerw hnt bleiben dass durch den Wegfall einer ausgiebigen Analyse und Definitionsphase das Vorgehensmodell des Extreme Programming im harten Widerspruch zur g ngigen Lehrmeinung der Software Technik steht siehe Hruschka u a 2001 3 5 L sungsansatz f r virtuelle Labore der VirtLab Prozess Eine bersicht der Bewertung der klassischen speziellen und der modernen Vorgehensmodel le nach dem in Kapitel 3 1 vorgestellten Bewertu
161. ellengr en Sichten auf Tabellen Trigger gespeicherte Prozeduren stored procedures und weitere Konstrukte um Objekte eines virtuellen Labors in einer Datenbank zu speichern auszulesen und zu l schen vergleiche Kruchten 2000 Seite 264 5 4 2 Designer Entwickler Ein Desi gner Entwickler ist verantwortlich f r den Entwurf die Implementierung und das Testen der Komponenten des virtuellen Labors in bereinstimmung mit den Richtlinien des Projektes so dass sich die implementierten Komponenten ohne Probleme in gr ere Teil systeme einbetten lassen vergleiche Kruchten 2000 Seite 264 Au erdem sind die Desig ner Entwickler f r die Integration der Teilsysteme verantwortlich und schreiben die tech nische Dokumentation des virtuellen Labors 5 4 3 Konfigurationsmanager Der Konfigurationsmanager ist verantwortlich f r die Bereitstellung der Infrastruktur f r das Konfigurationsmanagement und der Arbeitsumgebung f r das Entwicklerteam Zu den Aufgaben des Konfigurationsmanagers geh rt es also den Designern Entwicklern eine geeignete Arbeitsumgebung f r die Entwicklung und den Test des virtuellen Labors zur Verf gung zu stellen Au erdem hat der Konfigurationsmanager daf r zu sorgen dass alle Artefakte die f r die Einsatzumgebung ben tigt werden auch verf gbar sind vergleiche Kruchten 2000 Seite 264 5 4 4 Projektleiter Der Projektleiter ist f r die Planung Steuerung und
162. em und Lehr und Lernsystem beschrieben da diese ebenfalls grundlegend sind und nicht als allgemein bekannt vorausgesetzt werden k nnen Des Weiteren basiert auf diesen beiden Begriffen der Begriff des multimedialen Lehr und Lernsystems der in Kapitel 2 5 festgelegt wird Die Begriffe Simulator und intelligentes Tutorsystem werden in den Kapiteln 2 6 und 2 7 aufgef hrt da diese die beiden wesentlichen Bestandteile eines virtuellen Labors darstellen Abschlie end wird in Kapitel 2 8 der Begriff des virtuellen Labors als ein Spezialfall multimedialer Lehr und Lernsysteme definiert 2 1 Vorgehensmodell Nach Balzert 2000b Seite 71 wird unter einem Vorgehensmodell beziehungsweise Pro zessmodell ein allgemeiner Entwicklungsplan verstanden der das generelle Vorgehen beim Entwickeln eines Software Produkts festlegt Neben dieser sehr allgemeinen Beschreibung des Begriffs des Vorgehensmodells existieren in der Literatur auch konkretere Definitionen So beschreibt ein Vorgehensmodell nach oose de GmbH 1999 auf abstrakte oder generische Weise wie ein System entwickelt wird das hei t in welcher Reihenfolge welchen Aktivit ten und Ergebnissen nachgegangen wird Zusammen mit einer Notation und Sprache wie der Unified Modeling Language UML sowie einer Reihe von Managementpraktiken entsteht daraus eine Entwicklungsmethodik kurz Methodik Demnach beschreibt ein Vorgehensmodell also nicht nur das Vorgehen bei der Software Entwicklung sondern
163. en Hierarchie der Arbeitsschritte parallele vs sequentielle Abl ufe Versuchsprotokolle ber cksichtigen nicht dass einige Arbeitsschritte auch vertauscht werden k nnen Variationen in den Versuchsabl ufen Des Weiteren wird in den Versuchsprotokollen keine Hierarchie der Arbeitsschritte angegeben das hei t es fehlt die Angabe wie die einzelnen Arbeitsschritte voneinander abh ngen Modularisierung der Versuchsprotokolle Die Versuchsprotokolle setzen sich im Allgemeinen aus mehreren generischen Teilversuchen zusammen Diese Teilversuche m ssen identifiziert und k nnen als eigenst ndige Versuche betrachtet werden 99 siehe Kapitel 6 1 Au erdem werden zur Durchf hrung der Versuche zahlreiche Fertigkeiten ben tigt die ebenfalls identifiziert werden m ssen Die Modularisierung von Versuchsprotokollen ist besonders dann wichtig wenn neue Versuche dem virtuellen Labor hinzugef gt werden um dann auf bereits implementierte Teilversuche und Versuchskomponenten zur ckgreifen zu k nnen Ergebnis dieser Aufbereitung sind die um Zusatzinformationen erweiterten Versuchs protokolle das hei t Protokolle die exakter sind als blich und daher als annotierte Versuchsprotokolle bezeichnet werden siehe dazu auch die Checkliste zur Bearbeitung der Versuchsprotokolle in Anhang B 3 Anschlie end werden die annotierten Versuchs protokolle von den Fachdidaktikern gepr ft das hei t es wird nach bestehenden L
164. en und legt fest welche Beziehungen zwischen diesen Teilsystemen und Komponenten existieren und wie sie miteinander interagieren Dabei sind nur die Black Box Eigenschaften der Komponenten von Interesse das hei t nur diejenigen Informationen die f r die Benutzung der Komponenten ben tigt werden Die Architektur ist zentraler Bestandteil eines virtuellen Labors und wird mit Hilfe eines Frameworks realisiert Der stabile Kern dieses Frameworks stellt das TOOD Modell dar Artefakt artifact Artefakte sind Ergebnisse die im Laufe der Software Entwicklung entstehen Artefakte werden von Projektmitarbeitern erzeugt ge ndert und benutzt wenn diese TAktivit ten ausf hren Autorensystem Autorensysteme sind graphisch interaktive TSoftware Systeme die den technischen Entwicklungsprozess multimedialer Anwendungen 7Multimedia Sys teme mit Hilfe von Konzepten der visuellen Programmierung unterst tzen Sie erm glichen eine graphisch interaktive Spezifikation der Beziehungen zwischen Medienobjekten die idealerweise durch eine Programmiersprache in der Regel eine Skriptsprache unterst tzt wird Baseline Eine Baseline ist eine gepr fte und gebilligte Freigabe von TArtefakten die eine gemeinsame Basis f r die weitere Evolution oder Entwicklung eines Software Systems darstellt und die nur durch einen formalen Antrag zum Beispiel im Konfigurationsmanagement ge ndert werden kann Build Ein Build ist eine ablauff hige Version eines T
165. en Entwicklung recht aufwendig ist Welche Darstellungsart gew hlt wird h ngt daher im Wesentlichen von den Anforderungen des Auftraggebers und den voraussetzbaren Rechnerressourcen bei den Endanwendern ab Weiteres Problem bei der 3D Darstellung ist die Navigation im dreidimensionalen Raum mit Hilfe der Computer Maus die eigentlich nur f r eine zweidimensionale Navigation konzipiert ist Die Labornavigation kann dann zum Beispiel durch die Tastatur erg nzt und vervollst ndigt werden siehe Heuten 2001 7 2 3 2 Bestimme Anzahl und Ausstattung der Laborr ume Wichtig f r die Bestimmung der Anzahl und Ausstattung der Laborr ume ist die Entscheidung ob ein reales Labor auf dem Computer System abgebildet werden soll oder ob eine fiktive virtuelle Laborumgebung zu erstellen ist Soll ein reales Labor eins zu eins auf einem Computer System nachgebildet werden wie zum Beispiel bestimmte Laborr ume der Carl von Ossietzky Universit t Oldenburg dann kommt es besonders auf eine realit tsgetreue Nachbildung der realen Laborr ume und Arbeitsfl chen an Die Anzahl der Laborr ume und Arbeitsfl chen im virtuellen Labor entspricht im Idealfall also der Anzahl im realen Labor siehe dazu unten Des Weiteren m ssen sich s mtliche Laborr ume Arbeitsfl chen und die darauf befindlichen Versuchskomponenten im virtuellen Labor an derselben Stelle befinden wie im realen Labor auch Au erdem sollten die Laborr ume Arbeitsfl chen und Versu
166. en Videos Bei virtuellen Laboren in der 3D Darstellung kann die Ansicht von allen Seiten eines 3D Modells direkt mit Hilfe der eingesetzten 3D Darstellungskomponente erfolgen und entspricht der 3D Ansicht siehe oben e Audiosequenzen Mit Hilfe von Audiosequenzen k nnen Arbeitsfl chen und Ver suchskomponenten des virtuellen Labors vertont werden In diesem Fall sind Audiosequenzen die verschiedenen T ne und Ger usche die von den Arbeitsfl chen und Versuchskomponenten erzeugt werden wie zum Beispiel das Ger usch einer Abzugsanlage oder das Klicken eines Schalters Dabei k nnen die verwendeten T ne und Ger usche zuvor in einem realen Labor aufgezeichnet worden sein Audiosequenzen k nnen auch als akkustische Signale des intelligenten Tutorsystems zur Unterst tzung der Benutzungsoberfl che verwendet werden Au erdem werden auch Sprache und Musik als Audiosequenzen verstanden Sprache kann zur Vertonung von Animationen und zur Erl uterung der Bedienung des virtuellen Labors verwendet werden Musik findet in virtuellen Laboren kaum Verwendung und wird zum Beispiel zur Begr ung des Lerners nach dem Start des virtuellen Labors eingesetzt Werden Audiosequenzen f r das virtuelle Labor verwendet so ist es wichtig dass auch bei Stumm Schaltung das hei t ohne Audiosequenzen das virtuelle Labor f r den Lerner verst ndlich ist Merx 1999 Seite 127 e Videosequenzen Videosequenzen sind zum Beispiel Aufzeichnungen von Vorg ngen i
167. en aufteilen Die erste Gruppe von Workflows wird als Engineering Workflows bezeichnet und besteht aus dem Workflow zur Gesch ftsprozessmodellierung Anforderungsbestimmung Analyse und Design Implementierung Test und Einsatz Die zweite Gruppe von Workflows besteht aus dem Workflow zum Konfigurationsmanagement Projektmanagement und der Entwicklungsumgebung und werden Supporting Workflows genannt Des Weiteren ist aus Abbildung 3 4 zu ersehen welche Aufwandsanteile die Workflows des Rational Unified Process in den einzelnen Iterationen das hei t ber den Verlauf der Software Entwicklung haben 11 Auch Einsatz und Verteilung oose de GmbH 1999 33 3 4 1 3 Object Engineering Process Der Object Engineering Process wurde von der Firma oose de entwickelt und stellt einen praxisorientierten und praxiserprobten Vorgehensleitfaden f r die objektorientierte Software Entwicklung dar oose de GmbH 1999 Aufbau und Struktur dieses Vorgehensmodells folgen dem Unified Software Development Process Die Inhalte des Vorgehensmodells also die Workflows Aktivit ten und Artefakte sind jedoch unabh ngig von dem Unified Software Development Process festgelegt Der Object Engineering Process ist auf die Entwicklung individueller betrieblicher Software Systeme ausgerichtet und kann an die unternehmensspezifischen Bed rfnisse angepasst werden Da das Vorgehensmodell eine bestimmte Auspr gung der Anwendungsarchitekur unterstellt wird der Object En
168. en in der Wissenschaft Bd 11 Politikfeld Multimedia multimediale Lehre im Netz der Restriktionen M nster New York M nchen Berlin Waxmann 2000 Brockhaus Enzyklop die 1992 BROCKHAUS ENZYKLOP DIE Brockhaus Enzyklop die in vierundzwanzig B nden 1992 Neunzehnte Auflage Brodbeck und Rupietta 1994 DBRODBECK Felix C RUPIETTA Walter Fehlerma nagement und Hilfesysteme Kap 5 S 197 234 In EBERLEH Edmund Hrsg OBERQUELLE Horst Hrsg OPPERMANN Reinhard Hrsg Einf hrung in die Software Ergonomie Gestaltung graphisch interaktiver Systeme Prinzipien Werkzeuge L sungen Berlin New York Walter de Gruyter amp Co 1994 Bundesdatenschutzgesetz 2001 BUNDESDATENSCHUTZGESETZ Bundesdatenschutzge setz Mai 2001 URL http www bfd bund de Coldewey 2001 COLDEWEY Jens ber sieben Br cken musst Du geh n Eine Kritik am Software Engineering In OBJEKTspektrum Nr 1 2001 2001 Dick 2000 DICK Egon Multimediale Lernprogramme und telematische Lernarrange ments Einf hrung in die didaktische Gestaltung N rnberg BW Bildung und Wissen Verlag und Software GmbH 2000 Multimediales Lernen in der Berufsbildung 197 Dittmar und Eckstein 2001 DITTMAR Thorsten ECKSTEIN Jutta Eine Auseinanderset zung mit XP und anderen leichtgewichtigen Methoden In OBJEKTspektrum Nr 1 2001 2001 D Souza und Wills 1998 D SOUZA Desmond Francis WILLS Alan Cameron Objects compon
169. en oder im Internet zur Verf gung gestellt Bei dem Vertrieb des virtuellen Labors ist au erdem zu ber cksichtigen ob eine Installation des virtuellen Labors oder Teilen davon auf den Computer Systemen der Endanwender notwendig ist Ist dies der Fall so muss neben der Installation auch eine Deinstallation des virtuellen Labors im Lieferumfang enthalten sein 7 9 Konfigurationsmanagement Die Struktur des Workflow zum Konfigurationsmanagement ist identisch mit dem des Rational Unified Process siehe Kruchten 2000 Seite 216 Gegenstand des Konfigurationsmanagement ist die Verwaltung und Komposition des virtuellen Labors aus einer Menge von Komponenten Zur Verwaltung werden entsprechende Werkzeuge des Versionsmanagements eingesetzt die die nderungen an den Komponenten w hrend der Entwicklung oder der Wartung des virtuellen Labors protokollieren Nagl u a 1999 Seite 169 146 V N Plane die Konfiguration f r das virtuelle Labor Erstelle die Konfigurationsumgebung I a 7 N Erstelle Andere die Konfigurationselemente ve Baselines und Releases A nd A C o Jberwache den Konfigurationszusta en die nderungsw nsche A Abbildung 7 28 Der Workflow f r das Konfigurationsmanagement Zun chst wird die Konfigurationsumgebung zur Entwicklung des virtuellen Labors entworfen und erstellt Danach t
170. en sollen 173 gt Erstellen und ber cksichtigen der Projektorganisation Welche Mitarbeiter arbeiten Vollzeit welche nur Teilzeit gt Erstellen eines Rollenplans des Entwicklerteams gt Identifikation und Zuordnung der durchzuf hrenden Aktivit ten zu den Rollen soweit m glich Erstellen der endg ltigen Version des Pflichtenheftes t Unterzeichnen des Pflichtenheftes t B 2 Erstellen eines Anwendungsfalls Die Aktivit ten der einzelnen Rollen zur Erstellung eines Anwendungsfalls werden am Beispiel des wichtigsten Anwendungsfalls virtueller Labore dem Anwendungsfall zur Auswahl und Durchf hrung eines Versuchs aufgelistet Es wird dabei davon ausgegangen dass f r die Erstellung der Aktivit tsdiagramme zu den Versuchen entsprechende Entwicklungswerkzeuge verf gbar sind e Aktivit ten des Fachexperten Erstellen eines Aktivit tsdiagramms f r den Versuchsablauf mit Hilfe des Werkzeuges Dabei sind insbesondere folgende Punkte zu ber cksichtigen gt Identifikation von alternativen Versuchsabl ufen das hei t Arbeitsschritte deren Reihenfolge vertauscht werden kann Parallelit t im Aktivit tsdia gramm gt Identifikation von m glichen Fehlerf llen gt Erarbeiten und einzeichnen von L sungswegen zu den Fehlerf llen Weitergabe des Aktivit tsdiagramms an den Fachdidaktiker Evaluation des Versuchs nach Abschluss der Implementierung e Aktivit ten des Fachdi
171. en und aus dem Weg zu r umen Die Ergebnisse dieser Aktivit t werden im Gesamtglossar festgehalten Die Definitionsphase wird immer dann durchgef hrt wenn ein neues virtuelles Labor erstellt siehe Balzert 2000b Seite 58 bis 60 oder umfangreiche Wartungsarbeiten an 42 einem existierenden virtuellen Labor vorgenommen werden Bestehen Zweifel an der Durchf hrbarkeit von Anforderungen so werden Vorstudien erstellt oder einfache Prototypen entwickelt um eine Entscheidung bez glich der Realisierbarkeit herbeizuf hren Das wichtigste Ergebnis der Definitionsphase ist die Entscheidung ob das virtuelle Labor entwickelt werden soll oder nicht Daher sind die Phasenmeilensteine der Definitionsphase e Vereinbarung ber den Projektauftrag S und e Vorstudie verf gbar optional Zur Erreichung der Phasenmeilensteine m ssen die folgenden Artefakte vorliegen e Pflichtenhefi ak Artefakt e Vorstudie optional sowie Artefakt e Gesamtentwicklungsplan in einer initialen Version Artefakt e Gesamtglossar in einer ersten Version und e Anwendungsfall Modell alle Anwendungsf lle wurden erfasst 4 2 Entwurfsphase In der Entwurfsphase wird eine detaillierte Analyse des zu entwickelnden virtuellen Labors durchgef hrt Dazu sind die funktionalen und nicht funktionalen Anforderungen sofern nicht schon in der Definitionsphase geschehen detailliert zu spezifizieren Au erdem werden die grundlegende Arch
172. en von virtuellen Laboren ist die hohe Interaktivit t der Benutzungsoberfl che Laborger te Zubeh r und Substanzen k nnen in nahezu beliebiger Reihenfolge bedient und verwendet werden Dabei k nnen die virtuellen Laborger te und Substanzen zum Beispiel mit Hilfe einer Transportleiste zwischen den verschiedenen virtuellen Arbeitsfl chen transportiert werden Ein virtuelles Labor dient insbesondere zum Erlernen der teilweise sehr komplexen Arbeitsschritte und der ben tigten Techniken naturwissenschaftlich technischer Experimente Dazu steht im virtuellen Labor zum Beispiel ein Anleitungsfenster zur Verf gung in dem die einzelnen Arbeitsschritte eines Versuchsablaufs dargestellt werden vergleiche Hasler und Schlattmann 2001 Ein Beispiel einer Arbeitsfl che eines virtuellen Labors zeigt die aus GenLab entnommene Abbildung 2 2 Zusammenfassend l sst sich also festhalten dass ein virtuelles Labor im Sinne von GenLab beziehungsweise VirtLab ein multimediales simulationsbasiertes exploratives Lehr und Lernsystem darstellt vergleiche dazu auch das Explorationen Konzept in Nowaczyk 2000 Seite 29 Darauf aufbauend ergibt sich die im Rahmen dieser Arbeit g ltige Begriffsdefinition eines virtuellen Labors Ein virtuelles Labor ist ein Software System das im Wesentlichen aus e einem Simulator siehe Kapitel 2 6 und e einem intelligenten Tutorsystem siehe Kapitel 2 7 besteht Dabei wird der Simulator nicht als reines Werkzeug verwende
173. eng verkn pft mit den durchzuf hrenden fAktivit ten Pilotsystem Ein Pilotsystem ist ein tSoftware System das eine komplette Anwendung realisiert also einschlie lich Benutzungsoberfl che und Datenhaltung Es bietet jedoch nicht die volle Funktionalit t sondern nur die elementaren Funktionen an Im Gegensatz zum Prototypen kann das Pilotsystem zu einem einsatzf higen Software Produkt weiterentwickelt werden Prototyp Ein Prototyp ist ein tSoftware System das bestimmte Aspekte eines sp ter zu entwickelnden Systems vorweg nimmt H ufig werden Prototypen der Benutzungsoberfl che Oberfl chenprototyp eingesetzt oder dienen beispielsweise zur Evaluierung der technischen Datenbankanbindung Prototypen werden im Gegensatz zu TPilotsystemen im Allgemeinen weggeworfen 190 Release Das Ergebnis einer jeden flteration ist ein neues Release Ein Release kann intern oder extern sein Ein internes Release a Release wird nur als Meilenstein oder zur Demonstration Test und Evaluation beim Auftraggeber oder zuk nftigen Endanwender verwendet Ein externes Release 3 Release wird dagegen an den Auftraggeber oder Endanwender ausgeliefert beziehungsweise verkauft Release Zyklus Ein Release Zyklus ist die Dauer zwischen zwei externen Releases Repository repository Speicherbereich f r die Quelltexte Medien und Dokumente des virtuellen Labors Review Ein Review ist eine Sitzung zur kritischen Begutachtung des aktuellen
174. enmodells dar bei dem die R ckkehr von der aktuellen Phase in eine fr here Phase mit Hilfe von 18 R ckkopplungen m glich ist Im iterierten Phasenmodell kann jeweils von der aktuellen Phase zu einer beliebigen fr heren Phase zur ckgekehrt werden 3 2 3 Prototypenmodell Das Prototypenmodell ist eine Erweiterung des iterierten Phasenmodells um die Prototyp Entwicklung Dabei wird fr hzeitig im Software Entwicklungsprozess das hei t w hrend der Analysephase ein bewusst einfach gehaltener Prototyp erstellt mit dem der Auftraggeber experimentieren kann um unklare Anforderungen an das Software System zu beseitigen F r die weitere Entwicklung des Software Produktes wird dieser Prototyp dann nicht mehr verwendet und wird daher auch als Wegwerf Prototyp bezeichnet vergleiche Zehnder 1991 Seite 171 bis 173 3 2 4 Evolution re Software Entwicklung Bei der evolution ren Software Entwicklung werden in der initialen Analysephase zun chst die Kernanforderungen an das Software System ermittelt und in einem initialen Pilotsystem realisiert In den darauf folgenden Phasen Entwurf Implementierung Test und Evaluation Analyse wird das Pilotsystem iterativ also aufbauend auf den bereits realisierten Teilen erweitert Im Gegensatz zum Wegwerf Prototypen wird das Pilotsystem also im weiteren Verlauf der Software Entwicklung weiter verwendet und kontinuierlich verbessert Der Auftraggeber hat beim evolution ren Modell die M glichkeit
175. ente vergleiche Heuten 2001 Seite 3 f Die Vordergrundgraphik stellt ein realistisches Abbild des Laborger tes dar und setzt sich aus ein bis n Teilgraphiken zusammen F r die interaktiven Teile einer 2D Ger teansicht existieren sensitive Bereiche die auf Eingaben der Computer Maus reagieren Diese stellen im gewissen Sinne eine Hintergrundgraphik der 2D Ansicht dar und werden durch sogenannte Bitmap Masken oder kurz Masken realisiert Wie die Vordergrundgraphik so setzt sich auch die Hintergrundgraphik aus ein bis n Teilmasken zusammen Die Standfl che einer 2D Ansicht ist die Projektion des 3D Modells auf die Arbeitsebene Diese wird in der 2D Darstellung verwendet um in Verbindung mit der Z Sortierung und der Kollisionserkennung siehe Konzipiere Mechanismen der explorativen Lehr und Lernumgebung in Abschnitt 7 4 1 4 eine gewisse Tiefenwirkung Dreidimensionalit t zu erzielen Miniaturansichten werden f r die Transportleiste des virtuellen Labors ben tigt Es besteht zudem die M glichkeit die an sich statischen 2D Ansichten um eine dynamische Komponente zu erg nzen Ein Beispiel einer 2D Ansicht ist in der Abbildung 7 21 dargestellt und aus GenLab entnommen Auf die Verwendung der Hintergrundgraphiken kann verzichtet werden falls f r die Implementierung beispielsweise das Autorensystem Director zur Verf gung steht In diesem Fall werden Vordergrundgraphiken anstelle von Hintergrundgraphiken zur Realisierung der Masken der 2D An
176. ents and frameworks with UML the Catalysis approach Addison Wesley Longman Inc Dezember 1998 The Addison Wesley object technology series Duden Informatik 1993 DUDEN INFORMATIK CLAUS Volker Hrsg SCHWILL Andreas Hrsg Duden Informatik ein Sachlexikon f r Studium und Praxis 2 vollst berarb und erw Aufl Mannheim Leipzig Wien Z rich Dudenverlag Lektorat des BI Wiss Verl unter Leitung von Hermann Engesser 1993 Eiwan 1999 EIWAN Barbara Interaktivit t und Lerneffizienz In BRAUNGART Georg Hrsg HITZENBERGER Ludwig Hrsg LEHNER Franz Hrsg Multimedia Informationssysteme zwischen Bild und Sprache Wiesbaden Gabler 1999 Gabler Edition Wissenschaft Multimedia und Telekooperation S 79 93 Elfreich 1999 ELFREICH Sigurd Entwicklung eines Java basierten objektorientierten Frameworks f r virtuelle naturwissenschaftliche Experimente im Internet Oldenburg Carl von Ossietzky Universit t Oldenburg Fachbereich Informatik Dezember 1999 Diplomarbeit F rster und Zwernemann 1993 F RSTER Hans Peter ZWERNEMANN Martin Multimedia Die Evolution der Sinne Neuwied Kriftel Berlin Hermann Lichterhand Verlag GmbH amp Co KG 1993 Freibichler 2000 FREIBICHLER Hans Protokolle von Lernprozessen In LOTTMANN Alfred Hrsg SCHENKEL Peter Hrsg TERGAN Sigmar Olaf Hrsg Oualit tsbeurteilung multimedialer Lern und Informationssysteme Evaluationsme
177. eprinted Addison Wesley 1996 Steinhausen 1994 STEINHAUSEN Detlef Simulationstechniken M nchen Wien Oldenbourg 1994 203 Steinmetz 1999 STEINMETZ Ralf Multimedia Technologie Grundlagen Komponenten und Systeme Berlin Heidelberg New York Barcelona Hongkong London Mailand Paris Singapur Tokio Springer Verlag 1999 Strittmatter und Mauel 1997 STRITTMATTER Peter MAUEL Dirk Einzelmedium Medienverbund und Multimedia In IssING Ludwig J Hrsg KLIMSA Paul Hrsg Information und Lernen mit Multimedia 2 berarbeitete Auflage Weinheim Psychologie Verlags Union Januar 1997 S 47 61 Tanenbaum 1996 TANENBAUM Andrew S Computer Networks Third Edition Prentice Hall Inc 1996 Thissen 2000 THISSEN Frank Screen Design Handbuch Effektiv informieren und kommunizieren mit Multimedia Berlin Heidelberg New York Barcelona Hongkong London Mailand Paris Singapur Tokio Springer Verlag 2000 Virtual Physiology Internetseiten 2001 VIRTUAL PHYSIOLOGY INTERNETSEITEN Georg Thieme Verlag Die Reihe Virtual Physiology 2001 URL http www thieme de elm sim index html ViSeL Internetseiten 2001 VISEL INTERNETSEITEN ViSeL Virtual Sequencing Laboratory 2001 URLhttp www TechFak Uni Bielefeld DE ags pi ViSeL Witschital 1990 WITSCHITAL Peter Intelligente Tutorielle Systeme in der Program mierausbildung Hildesheim Universit t Hildesheim Institut f r Betrieb
178. er ber die Funktionalit t des Software Systems zu sprechen ohne sich in Details zu verlieren Sie werden am Anfang systematisch erarbeitet und bilden die Grundlage f r das weitere Vorgehen Die Vorgehensmodelle werden zudem als architekturzentriert bezeichnet weil sie nach den Eigenschaften und Besonderheiten einer vorhandenen Anwendungsarchitektur ausgerichtet werden k nnen Jacobson u a 1999 Seite 59 ff Architekturen sind h ufig Schichtenmodelle und beinhalten beispielsweise bei der Drei Schichten Architektur die Ebenen Benutzungsoberfl che eigentliche Anwendung und Datenhaltung siehe Balzert 2000b Seite 716 Oft werden Schichten Architekturen im Zusammenhang mit Client Server Anwendungen betrachtet vergleiche Tanenbaum 1996 Seite 3 f Dabei wird die Verteilung des Software Systems auf Server die bestimmte Dienste zur Verf gung stellen und Clients die Dienste der Server in Anspruch nehmen betrachtet Ein weiteres gemeinsames Merkmal ist die iterative und inkrementelle Durchf hrung der Software Entwicklung siehe Jacobson u a 1999 Seite 85 ff Iterativ bedeutet dass die Software Entwicklung in mehrere gleichartige Schritte terationen zerlegt wird Jede Iteration besteht aus einer Feinplanung in der die Iterationsziele festgelegt werden und einer Abfolge der Workflows des Vorgehensmodells In jeder Iteration wird ein ablauff higes Pilotsystem erzeugt das getestet und weiterentwickelt werden Kann Inkrementell b
179. er Teilsysteme an das virtuelle Labor wie zum Beispiel ein klassisches Lehr und Lernsystem zu testen 138 7 7 6 Auswerten des Tests Die Tester analysieren und bewerten die Testergebnisse aus der Testprozedur zu dem Test fall und halten die daraus gewonnenen Erkenntnisse in dem Test und Evaluationsbericht fest Diese Aktivit t wird f r jeden Testfall durchgef hrt 7 7 7 Evaluiere das virtuelle Labor Es werden die in der Aktivit t Bestimme die Evaluationsmethoden siehe Abschnitt 7 7 1 2 festgelegten Methoden zur Evaluation des virtuellen Labors angewendet Das hei t es werden zum Beispiel die gestalterischen Aspekte mit Hilfe eines entsprechenden Leitfadens von den Medienspezialisten bewertet Insbesondere werden die Vorgaben des Corporate Designs von dem Auftraggeber gepr ft Zur Bestimmung des Lerneffekts werden Vor und Nachtests durchgef hrt Dabei wird zun chst das Vorwissen einer Pr fgruppe mit Hilfe eines Vortests erfasst Die Pr fgruppe setzt sich zusammen aus einer repr sentativen Anzahl an Endanwendern aus der Zielgruppe des virtuellen Labors Der Vortest kann zum Beispiel ein elektronischer Fragebogen sein Mit diesem Fragebogen k nnen sowohl Fakten als auch Handlungsabl ufe gepr ft werden Nach dem Vortest wird das virtuelle Labor eingesetzt Nach einer bestimmten Zeit endet die Lernphase und es wird mit einem zum Vortest parallelen Nachtest der Wissenstand der Pr fgruppe erneut e
180. er Workflow zu Analyse und Design 2 2 u nme 107 Detailansicht der Aktivit t Definiere die Architektur 2 2 2 108 Schichtenmodell des Frameworks 2 2 2 2 on n onen 109 Der Workflow f r die Medienproduktion 2 22 22m nenne 117 2D Ansicht am Beispiel eines Eisbeh lters aus GenLab 121 Darstellungsarten von 3D Modellen in virtuellen Laboren und ihre Repr sen tationen nach Heuten 2001 2 2 2 CC Cum 125 Der Workflow f r die Implementierung 2 2 2 2 cn a 128 Der Workflow zu Test und Evaluation 2 2 22 2 onen 133 Detailansicht der Aktivit t Plane die Tests und Evaluation 134 Der Workflow zum Einsatz 2 2 2 on n a 141 Detailansicht der Aktivit t Erstelle die Dokumentation 142 Der Workflow f r das Konfigurationsmanagement 2 22 2200 147 Der Workflow f r die Entwicklungsumgebung 2 2222000 150 Aktivit tsdiagramm zur Gelelektrophorese 2 222 22 166 Zustandsdiagramm eines Beh lters offen 2 2 2 2m nen 167 Vereinfachtes Zustandsdiagramm einer Mikrowelle 2 2 22 2 2 167 Die Aktivit ten des VirtLab Prozess aus der pragmatischen Sicht 182 Tabellenverzeichnis 3 1 3 2 3 3 3 4 Bewertungsschema f r Vorgehensmodelle im Hinblick auf den Anwendungs fall virtuelle Labore 22 2 2 zer sa EEE ER 17 Bewertung der klassischen Vorgehensmodelle 2 22 22 2220 37 Bewertung der speziellen Vor
181. er anstehenden Iteration 7 6 2 Plane die Integration In diesem Teil der Implementierung erstellen die Designer Entwickler und Medien spezialisten auf der Basis des OOD Modells und des Implementierungsplans den Integrationsplan Der Integrationsplan legt fest wann welche Komponenten Medien und Teilsysteme des virtuellen Labors integriert werden sollen Des Weiteren sind gegebenenfalls die Inhalte f r die Datenbank oder das Expertensystem zu integrieren beziehungsweise einzuspielen Au erdem wird im Integrationsplan festgelegt wann ein Build des virtuellen Labors zu erstellen ist Allgemein gilt dass zumindest immer nach der Integration einer neuen Komponente in das virtuelle Labor ein neues Build zu erstellen ist 18Siehe Glossar 19 Auch Halbfabrikat siehe Balzert 2000b Seite 856 129 7 6 3 Implementiere die Komponenten Die Designer Entwickler und Simulationsspezialisten implementieren die Komponen ten des virtuellen Labors anhand des Implementierungsplans der Iteration Dabei sind die Programmierrichtlinien des virtuellen Labors zu ber cksichtigen und einzuhalten siehe dazu Konzipiere die Leitlinien f r die Iteration t in Kapitel 7 10 3 Generell gilt f r die Implementierung einer Komponente dass entsprechende Model View und Controller Klassen zu implementieren sind Handelt es sich bei der Komponente um ein komplexes Simulationsmodell beziehungsweise komplexe Re
182. er die allgemeine Struktur des Frameworks f r virtuelle Labore vergleiche Hasler und Schlattmann 2001 Seite 24 2D Darstellung 3D Darstellung Darstellungs essen een J komponente lt View des ITS Controller gt Client Modell ITS Simulationsmodell _ cs Ger tegruppen Laborger te Zubeh r Substanzen Molek le Lerner Experten l modell 4 gt modell Mome Nukleone POETS E E E gt Server Datenbank Expertensystem n Abbildung 7 19 Schichtenmodell des Frameworks 7 4 1 2 Identifiziere und verwende Entwurfsmuster Grundlegendes Prinzip der Architektur beziehungsweise des Frameworks ist das Model View Controller Konzept MVC Konzept Durch das Model View Controller Konzept werden die Modelle model ihre Bildschirmrepr sentationen view und die Benutzerin teraktionen controller voneinander gekapselt und so eine hohe Wiederverwendbarkeit 109 und nderbarkeit der Komponenten erm glicht Gamma u a 2000 Seite 4 f Ist eine Aktualisierung des Designs der Benutzungsoberfl che notwendig weil sich beispielsweise die Benutzungsoberfl che des zugrunde liegenden Betriebssystem ge ndert hat so kann dieses durch einfaches Austauschen der Bildschirmrepr sentationen zu den Modellen realisiert werden Die Lerneinheiten das zugrunde liegende Simulationsmodell sowie das didaktische Konzept des
183. er festzulegen Au erdem ist bei Verwendung einer Datenbank oder eines Expertensystems die konkrete Anbindung an das virtuelle Labor zu bestimmen Gegebenenfalls lassen sich auch noch weitere M glichkeiten identifizieren um Entwurfsmuster anzuwenden 7 4 3 Analysiere das Verhalten In dieser Aktivit t werden die Anwendungsf lle des Anwendungsfall Modells e von den Designern Entwicklern und den Simulationsspezialisten analysiert Es werden also die Anwendungsf lle zur Auswahl und Durchf hrung der Versuche betrachtet und die m glichen Versuchsabl ufe und Fehlerf lle durchlaufen Auch werden die Anwendungsf lle zum Abruf von Hintergrundwissen und zum dynamischen Laden und Speichern von Versuchen analysiert Ziel der Analyse ist es Elemente zu identifizieren auf deren Basis der objektorientierte Entwurf durchgef hrt werden kann 7 4 4 Entwerfe die Komponenten Auf der Basis des OOA Modells der Architektur und dem Metaobjektmodell f r virtuelle Labore wird der Entwurf der Komponenten des virtuellen Labors durchgef hrt Die 114 Komponenten virtueller Labore sind die Arbeitsfl chen Versuchskomponenten und deren gegenseitiges Zusammenwirken im Simulationsmodell Weitere Beispiele f r Komponenten sind das Lerner Lehrer und Expertenmodul des intelligenten Tutorsystems sowie die weiteren Bestandteile des virtuellen Labors wie die Transportleiste und das Anleitungsfenster Generell gilt f r den Entw
184. ere die Medienproduktion siehe Kapitel 7 5 4 geplant Die Planung der Implementierung wird in der Aktivit t Strukturiere die Implementierung in Kapitel 7 6 1 vorgenommen Anschlie end wird die Integration der implementierten Komponenten und der ben tigten Medien in der Aktivit t Plane die Integration in Kapitel 7 6 2 geplant Gleichzeitig erfolgt in der Aktivit t Plane die Tests und Evaluation siehe Kapitel 7 7 1 die Planung der Testdurchl ufe und der Evaluation des virtuellen Labors Des Weiteren wird in der Aktivit t Plane den Einsatz siehe Kapitel 7 8 1 der Einsatz des virtuellen Labors vorbereitet Au erdem wird in der Aktivit t Konzipiere die Entwicklungsumgebung f r die Iteration siehe Kapitel 7 10 2 die Entwicklungsumgebung f r die anstehende Iteration geplant 7 1 5 F hre die Iteration durch Die im Entwicklungsplan der Iteration amp festgehaltenen Arbeitsanweisungen der aktuellen Iteration werden von den Projektmitarbeitern ausgef hrt Am Ende der Iteration wird der Entwicklungsstand des virtuellen Labors vom Projektleiter bewertet und im Ergebnisbericht der Iteration festgehalten Dazu werden die im Entwicklungsplan der Iteration gesteckten Iterationsziele mit den tats chlich erreichten Zielen verglichen und bewertet Des Weiteren flie en die Erkenntnisse aus dem Test und Evaluationsbericht in den Ergebnisbericht der Iteration t mit ein 70 7 1 6
185. erf llen muss Balzert 2000a Seite 229 f Zur Erstellung von Pflichtenheften existieren in der Literatur neben allgemeinen Beschreibungen zum Beispiel Balzert 2000a b auch Vorgehensweisen speziell f r multimediale Lehr und Lernsysteme wie zum Beispiel Nagl u a 1999 Seite 120 bis 123 und Schanda 1995 Seite 177 bis 194 Diese ber cksichtigen neben den software technischen und didaktischen Anforderungen auch die gestalterischen Anforderungen bez glich der Benutzungsoberfl che virtueller Labore Daraus wurde ein allgemeines Gliederungsschema des Pflichtenheftes f r virtuelle Labore abgeleitet Dieses ist im Anhang B 1 zu finden An der Erstellung des Pflichtenheftes sind der Auftraggeber der Fachexperte die System Analytiker die Medienspezialisten Zur rechnergest tzten Erstellung von Mind Maps kann zum Beispiel der MindManager der Mindjet GmbH siehe http www mindjet de verwendet werden 64 und der Projektleiter beteiligt Die einzelnen Aktivit ten dieser Projektmitarbeiter zur Erstellung des Pflichtenheftes sind in Anhang B 1 als Checkliste zusammengefasst 7 1 1 4 Erstelle das initiale Gesamtglossar Artefakt Artefakt Gleichzeitig zum Pflichtenheft wird ein initiales Gesamtglossar erstellt In diesem werden alle erkl rungsbed rftigen Begriffe und insbesondere die Begriffe der Dom ne des virtuellen Labors in alphabetischer Reihenfolge aufgelistet und beschrieben
186. erinteraktionen siehe Abschnitt 7 3 3 2 unterscheiden sich die Steuerungskonzepte f r virtuelle Labore auch in der Oualit t der Hilfestellung Dabei sind folgende Varianten denkbar e Keine Hilfestellung Das intelligente Tutorsystem gibt dem Lerner w hrend der Abarbeitung einer Lerneinheit keinerlei Hilfestellung Diese Variante ist beim freien Experimentieren sinnvoll e St ndige Hilfestellung In jedem Schritt der Lerneinheit wird von dem intelligenten Tutorsystem eine Hilfestellung eingeblendet Dabei kann der Umfang der dargestellten Hilfe zwischen einer ausf hrlichen Beschreibung des n chsten Arbeitsschrittes und einer sehr knapp gehaltenen bersicht ber den kompletten Versuchsablauf Kurzanleitung variieren Die Kurzanleitung stellt also eine sehr stark gek rzte Version eines Versuchsprotokolls dar Die Variante der st ndigen Hilfestellung eignet sich besonders gut f r den Erwerb von Fertigkeiten und Handlungsabl ufen e Hilfe auf Anfrage Der Lerner erh lt auf eigenen Wunsch eine Hilfestellung vom intelligenten Tutorsystem Es entscheidet also der Lerner wann und wie oft eine Hilfestellung gegeben wird im Gegensatz zur adaptiven Hilfe e Adaptive Hilfe Bei der adaptiven Hilfe entscheidet das Lehrermodul des intelligenten Tutorsystems anhand des Lernermodells wann und wie oft der Benutzer eine Hilfestellung erh lt das hei t der Lerner unterbrochen wird vergleiche Mikro Adaption in Leutner 1997 Seite 143 f Diese
187. erkraft Ein Laborgegenstand kann nicht in der Luft schweben sondern f llt durch die Schwerkraft wieder auf die Arbeitsfl che zur ck e Z Sortierung Bei einer dreidimensionalen Arbeitfl che ist auch die Position des Laborgegenstandes in der Tiefe des Raumes von Bedeutung So k nnen Laborger te Zubeh r und Substanzen nicht nur neben und bereinander sondern bei Verwendung der Z Sortierung auch vor beziehungsweise hintereinander stehen 7 4 1 5 Erstelle den Simulator Grundlage f r die Erstellung eines wie in Kapitel 2 6 definierten Simulators ist das in Kapitel 6 beschriebene Metaobjektmodell f r virtuelle Labore Die anhand des Metaobjektmodells f r virtuelle Labore in der Aktivit t Analysiere die Dom ne t siehe Kapitel 7 3 2 identifizierten Bestandteile der Dom ne wie zum Beispiel die verschiedenen Laborger te Beh lter und Substanzen sowie deren Interaktionsbeziehungen zueinander werden zum Simulationsmodell zusammengefasst Konstruktion des Simulationsmodells und in einem Simulator implementiert vergleiche dazu Dick 2000 Seite 30 f Handelt es sich um einen diskreten Simulator so kann zum Beispiel ein Zustandsdiagramm der Reaktionsabl ufe erstellt werden Liegt eine entsprechende Wissensbasis f r die Dom ne vor so kann f r die Erstellung des Simulators das transformationelle Vorgehensmodell verwendet werden Soll im Simulator die M glichkeit f r Zeitraffer realisiert werden so ist in das Framework ein
188. erner das virtuelle Labor zum freien Erforschen der Reaktionsabl ufe verwenden experimentieren e Sperren von Arbeitspl tzen Im virtuellen Labor sind nur bestimmte Arbeitspl tze ausw hlbar Da Arbeitspl tze oft einen inhaltlichen Bezug haben siehe Bestimme Anzahl und Ausstattung der Laborr ume At in Abschnitt 7 2 3 2 bedeutet das Sperren von Arbeitspl tzen auch dass bestimmte Versuche nicht durchgef hrt werden k nnen e Sperren von Laborger ten und Beh ltern Werden bestimmte Laborger te oder Beh lter auf einem oder mehreren Arbeitspl tzen nicht ben tigt oder wurde der Lerner im Verlauf der Versuchsdurchf hrungen noch nicht mit den Laborger ten vertraut gemacht so ist es sinnvoll diese zu sperren Es ist aber auch m glich die Laborger te und Beh lter erst dann in der virtuellen Laborumgebung darzustellen wenn diese auch tats chlich ben tigt werden So wird der Lerner nicht durch gesperrte das hei t nicht ben tigte oder verwendbare Gegenst nde im virtuellen Labor verwirrt und kann sich vollst ndig auf den durchzuf hrenden Versuch und die daf r ben tigten Versuchskomponenten konzentrieren e Sperren einzelner Kn pfe Schalter und Regler von Laborger ten Das Sperren einzelner Kn pfe Schalter und Regler von Laborger ten oder sonstigem Zubeh r ist dann sinnvoll wenn der Lerner einzelne Fertigkeiten erlernen soll wie zum Beispiel die Bedienung eines bestimmten Laborger tes oder eine typische Handlungsabfolg
189. ernerdaten des intelligenten Tutorsystems Zu jeder Testprozedur wird au erdem eine Testkonfiguration festgelegt Eine Testkonfiguration beschreibt die exakten Einstellungen des virtuellen Labors die vor dem Test einzunehmen sind Im Falle eines automatisierten Tests ist die Testkonfiguration Bestandteil der zugeh rigen Testprozedur F r die Evaluation des virtuellen Labors also zur Pr fung der gestalterischen didaktischen und fachlichen Aspekte werden entsprechende Testprozeduren in nicht formaler textueller 137 oder graphischer Form entworfen Die Medienspezialisten entwerfen zum Beispiel Kriterienkataloge zur Beurteilung der gestalterischen Aspekte der Benutzungsoberfl che Von den Fachdidaktikern werden Leitf den zur Analyse der Benutzungsoberfl che und der Lerneinheiten aus didaktischer Sicht entworfen Au erdem entwerfen die Fachdidaktiker Frageb gen die als Vor beziehungsweise Nachtest zur Evaluation des Lerneffektes dienen siehe Evaluiere das virtuelle Labor in Kapitel 7 7 7 Die Fachexperten erstellen Leitf den zur Bestimmung der fachlichen Korrektheit der Versuche Fertigkeiten und entsprechenden Hintergrundinformationen des virtuellen Labors 7 7 3 Implementiere die Tests und Evaluation Die Designer Entwickler implementieren die Testprozeduren f r der funktionalen Tests soweit dies m glich ist Ein Beispiel f r Testprozeduren die in dieser Aktivit t implementiert werden si
190. erst tzte Software Entwicklung CASE Plattform 151 186 CASE Umgebung 21 186 CASE Werkzeug 36 186 Catalysis 21 CBT siehe Computer Based Training Client Server 31 Client Server Architektur 187 Client Server Verteilung Entscheidung ber die 80 Konzeption der 112 Composite 110 Computer Aided Design 124 Computer Based Training 187 Computerunterst tzte Entwicklung 186 Concurrent Versions System 148 Containment 111 Corporate Design 14 51 118 Pr fen der Vorgaben 136 137 139 CVS siehe Concurrent Versions System Software D Darstellungsart Wahl der 77 Darstellungsarten 77 2D Darstellung 77 3D Darstellung 78 Datenbank Entwickler 49 Datenbank Entwurf der 115 Datenschutz 94 Datensicherung 148 Definition der Architektur 108 Definition des virtuellen Labors 77 Definitionsphase 42 Denken lautes 137 Denkweisen verschiedene 87 Designer Entwickler 49 Detailansicht einer Aktivit t 60 Dialogbox 89 Didaktik 187 didaktisches Konzept Erstellen des 88 Digitalisieren der Medien 123 Digitalisierer 48 Director 40 120 187 direkte Manipulation 89 direktmanipulative Metaphern 89 Dokumentation 142 Benutzungshandbuch 143 technische 144 Dom ne 187 Analyse der 86 Blickwinkel auf die 81 Drag amp Drop Mechanismus 89 111 Drehbuch 24 102 Drei Schichten Architektur 31 191 Durchf hren
191. erung und Pr fung noch weiter verarbeitet werden Das ist zum Beispiel dann notwendig wenn kleine Detail nderungen an den Medien vorgenommen werden m ssen oder wenn die Medien in einer sehr hohen Qualit t geliefert werden die f r den Einsatz im virtuellen Labor nicht praktikabel ist Das ist beispielsweise dann der Fall wenn w hrend der Integration der Medien technische Probleme auftreten wie zum Beispiel dass nicht gen gend Speicher f r eine Videosequenz zur Verf gung steht 7 6 Implementierung Die Struktur des in Abbildung 7 23 dargestellten Workflows der Implementierung entspricht im Wesentlichen dem Workflow der Implementierung nach dem Rational Unified Process siehe Kruchten 2000 Seite 190 Neben der eigentlichen Implementierung und der Integration der Komponenten und Teilsysteme des virtuellen Labors umfasst der Workflow im Gegensatz zum Rational Unified Process jedoch auch die Integration der in der Medienproduktion siehe Kapitel 7 5 hergestellten Medien Zu Beginn des Workflows wird die Implementierung strukturiert das hei t es wird festgelegt in welcher Reihenfolge die Komponenten des virtuellen Labors implementiert werden Darauf basierend wird die Integration der Komponenten und der Medien geplant Danach werden die Komponenten implementiert und die zugeh renden Medien integriert 7Zum Beispiel Adobe Photoshop von Adobe siehe http www adobe com products photoshop main html 127 N N eure d
192. es zwischen den Arbeitsfl chen des virtuellen Labors zu wechseln und wird beispielsweise mit einer Grundrissansicht auf das Labor oder einem Auswahlmen realisiert Lehr und Lernsystem Siehe Kapitel 2 4 Lerner Ein Individuum besch ftigt mit dem Erwerb von Wissen oder Fertigkeiten mit Hilfe eines TLehr und Lernsystem oder fintelligenten Tutorsystems Lerneinheit Eine Lerneinheit besteht aus einer Menge von zu vermittelndem Wissen Lerninhalt und dem Kenntnisstand des TLerners nach Erwerb des Wissens Lernziel Im Kontext virtueller Labore ist eine Lerneinheit ein Versuch oder TTeilversuch der durchgef hrt oder eine Fertigkeit die erworben werden soll Lerneranalyse Unter der Lerneranalyse wird die st ndige Beobachtung das hei t Protokollierung und Analyse der Aktivit ten des fLerners mit dem Zweck der Erstellung des Lernermodells und der Messung und Bewertung des Lernfortschritts Effektivit t und Effizienz des Lernens verstanden Lerninhalt Im Kontext virtueller Labore sind die Lerninhalte die vom tLerner im virtuellen Labor durchzuf hrenden TVersuche und deren zugrunde liegendes theoretisches Hintergrundwissen Siehe auch Lerneinheit 189 Lernziel Siehe Lerneinheit Medium Mittel zur Verbreitung und Darstellung von Information Ein Medium hei t diskret oder zeitunabh ngig oder statisch wenn seine Verarbeitung zeitunkritisch ist wie zum Beispiel Text Graphiken und Diagramme Ein Medium hei t kontinuierlich
193. estimmte Anzahl an Arbeitsschritten festgelegt Diese sind jedoch wesentlich feingranularer als bei den Versuchen und mit entsprechenden Hintergrundinformationen versehen Das Lernziel einer Fertigkeit wird analog zu den Versuchen mit der erfolgreichen Durchf hrung der entsprechenden Arbeitsschritte definiert Bez glich der Navigationsm glichkeiten in den Lerneinheiten ist auch das nteraktions design des virtuellen Labors zu ber cksichtigen Als nteraktionsformen stehen dazu haupt s chlich graphische Bedienelemente User Interface Komponenten und direktmanipulative Metaphern Ziegler 1993 Seite 146 ff zur Verf gung Boles 1994 Seite 41 bis 45 Es ist zum Beispiel zu entscheiden ob sich die Substanzen zu einem Versuch in den entsprechenden Beh ltern auf der Benutzungsoberfl che des virtuellen Labors befinden sollen oder ob das graphische Bedienelement der Dialogbox zur Auswahl der Substanzen angeboten wird siehe Hasler und Schlattmann 2001 Seite 20 und 21 Die Dialogbox muss dann bei der Erstellung der Benutzungsoberfl che entsprechend gestaltet und die daf r ben tigten Medien in der Medienproduktion o hergestellt werden Auch ist zum Beispiel zu berlegen ob die T r der Mikrowelle ge ffnet werden muss um einen Beh lter hineinzustellen oder ob die direktmanipulative Metapher des Drag amp Drop Mechanismus siehe Konzipiere Mechanismen der explorativen Lehr und Lernumgebung t in Abschnitt 7 4 1 4 dazu ausreicht da
194. estimmungen der Versuchskomponenten und die Inhalte der einzuhaltenden Sicherheitsbestimmungen Zwischenschritte Eventuelle Zwischenschritte zu den einzelnen T tigkeiten im Versuchsprotokoll m ssen angegeben werden So fehlt hier zum Beispiel die Angabe der Zwischenschritte dass die Agarose mit der Waage und das der TBE Puffer mit dem Messbecher abgemessen wird Zeitangaben Zu jedem Versuchsschritt m ssen genaue Zeitangaben gemacht werden das hei t es muss zum Beispiel angegeben werden wie lange das Gemisch aus TBE Puffer und Agarose aufgekocht werden muss Visuelle Informationen Bez glich der Substanzen sind generell mindestens die Farbe und der Aggregatzustand anzugeben Reagieren Substanzen miteinander so ndert sich unter Umst nden deren u eres Erscheinungsbild Das kann sich zum Beispiel in der Farbe oder dem chemischen Zustand der Substanz zeigen Ein Beispiel daf r ist die Oxidation von Kupfer zu Kupferoxid und die damit verbundene Farb nderung von Hellrot nach Dunkelrot Oder die Substanz wie zum Beispiel aufkochendes Wasser geht vom fl ssigen in den gasf rmigen Zustand ber Formeln und Regeln zu den Reaktionen und Abl ufen In den Versuchsprotokollen wird das theoretische Hintergrundwissen zu den Reaktionen und Abl ufen nicht beschrieben Dieses ist jedoch wesentlich f r das Verst ndnis des Versuchs Ohne Kenntnis der Formeln und Regeln der Reaktionen und Abl ufe kann das Simulationsmodell nicht erstellt werd
195. eter sonstiger Dunkelkammerbeleuchtung photographieren e Das Gel zur ck auf den Geltr ger legen und weiterbehandeln oder entsorgen Dieses Versuchsprotokoll wurde f r GenLab berarbeitet und um zus tzliche Informatio nen zu einem annotierten Versuchsprotokoll e erg nzt Au erdem wurden die einzelnen Arbeitsschritte identifiziert A Gelherstellung 1 Gelmasse herstellen a Agarose einwiegen 1g Agarose in dem Messbecher auf der zuvor tarierten Waage abwiegen b Puffer hinzugeben 100ml 1x Elektrophoresepuffer TBE oder TAE Puffer mit dem Messzylinder abmessen und zur Agarose in den Messbecher geben Dieser Ansatz dient der Herstellung eines lI igen Agarosegeles H here Agarosekonzentrationen werden verwandt um kleinere DNA Molek le aufzutrennen c Sch tteln Durch Sch tteln die Agarose im Puffer suspendieren d In Mikrowelle erhitzen Durch kurzes Aufkochen der Suspension in der Mikrowelle ca 120s bei 600W die Agarose im Puffer in L sung bringen e EtBr pipettieren 6ul Ethidiumbromid L sung 10mg ml zur Agarosel sung hinzupipettieren so dass eine Ethidiumbromid Endkonzentration im Gel von 0 6ug ml erreicht wird Das Ethidiumbromid dient in einem sp teren Schritt dem Sichtbarmachen der DNA Da Ethidiumbromid ein starkes Kanzerogen ist also krebserregend wirken kann m ssen bei der Arbeit mit dieser Substanz bestimmte Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden So ist insbesondere mit Handschuhen zu arbeiten und d
196. etrachteten 37 Vorgehensmodell Vorgehensmo Vorgehensmodell f r die Bewertungskriterium dell f r MMS zur Entwicklung Entwicklung von Sawhney von LLS Yass MMLLS Nagl Einbez des Auftraggebers o Erstellung der Didaktik o Bewertungsurteil E O Tabelle 3 3 Bewertung der speziellen Vorgehensmodelle Unified Software Rational Object Extreme Bewertungskriterium Develop Unified Engineering Program ment Process Process Process Heterogenit t des Teams Einbez des Auftraggebers Einbez der Endanwender Benutzungsoberfl che Medienproduktion Adaptierbarkeit Wiederverw best Entw O Angem der Tess oo mm Bewertungsurtel _ o oo o Tabelle 3 4 Bewertung der modernen Vorgehensmodelle Vorgehensmodellen lassen sich zwei prinzipielle L sungsans tze eines Vorgehensmodells f r virtuelle Labore ableiten Das sind konkret die folgenden beiden Ans tze 1 Einbettung der objektorientierten Software Entwicklung oder Anwendung von Cataly sis in eines der in Kapitel 3 3 vorgestellten speziellen Vorgehensmodelle 2 Adaption und Erweiterung eines auf Workflows basierenden modernen Vorgehensmo dells aus Kapitel 3 4 Wesentlicher Vorteil des ersten Ansatzes gegen ber dem zweiten Ansatz ist dass bereits die multimedialen und didaktischen Aspekte ber cksichtigt werden Die speziellen Vorgehensmodelle sind aber eher auf die Entwicklung von hypermedialen
197. etzt werden Allgemein sind s mtliche Quelltexte Medien und Dokumente des virtuellen Labors mit Hilfe eines entsprechenden Versionsmanagementsystems zu verwalten Des Weiteren wird eine Strategie f r die Datensicherung erstellt Backup Strategie Die Backup Strategie legt fest wann welche Daten der Entwicklungsumgebung gesichert werden siehe Yass 2000 Seite 125 Au erdem werden separat zu den regelm igen Sicherheitskopien der Entwicklungsumgebung die einzelnen Builds des virtuellen Labors mit Datum und Uhrzeit versehen und aufbewahrt sobald eine bestimmte Baseline oder einen Meilenstein erreicht wurde Dadurch wird ein einfacher Zugriff auf ltere und eventuell stabilere Versionen des virtuellen Labors erm glicht Au erdem kann durch einen direkten Vergleich zwischen zwei Versionen des virtuellen Labors der Projektfortschritt einfacher beurteilt werden Zum Abschluss der Aktivit t wird der Konfigurationsmanagementplan an vom Projektleiter best tigt 7 9 2 Erstelle die Konfigurationsumgebung Rolle Rolle Der Konfigurationsmanager und der System Administrator erstellen auf der Grundlage des Konfigurationsmanagementplans a und des Implementierungsplans die Konfi gurationsumgebung f r die Entwicklung des virtuellen Labors Dazu werden die ben tigten Repositories f r das Versionsmanagement eingerichtet und entsprechende Arbeitsbereiche f r die einzelnen Projektmitarbeiter zur Verf gung gestellt Die Konfigur
198. eue haben so k nnen au erdem Reaktionsabl ufe in einem realen Labor mit einer Videokamera aufgezeichnet und als Videosequenz in das virtuelle Labor eingebunden werden Bei der Erstellung von Videosequenzen f r mehrsprachige virtuelle Labore ist darauf zu achten dass die Audiosequenzen der verschiedenen Sprachversionen getrennt von der Videosequenz vorliegen da Videosequenzen sehr speicherintensiv sind Yass 2000 Seite 262 Die Audiosequenz der entsprechenden Sprachversion wird dann gleichzeitig mit der Videosequenz abgespielt Des Weiteren werden in dieser Aktivit t die einzelnen Graphiken des virtuellen Labors von den Graphik Designern erstellt Dazu werden entsprechende Bildbearbeitungsprogramme eingesetzt 7 5 8 Beschaffe die Medien Der Projektleiter w hlt anhand der Anforderungen an die zu beschaffenden Medien ein geeignetes Unternehmen aus dass die geforderte Leistung innerhalb eines bestimmten Zeit und Kostenrahmens erbringen kann Danach wird eine Vereinbarung ber die erforderliche Qualit t der Medien erstellt und in einem Vertrag schriftlich festgehalten Au erdem werden die Lieferbedingungen mit dem Unternehmen ausgehandelt und die Erstellung der Medien in Auftrag gegeben 126 7 5 9 Pr fe die Medien Bevor die Medien f r die Integration freigegeben werden sind diese durch die Medienspez ialisten zu pr fen Dazu sind zum einen die korrekten technischen Daten wie Aufl sung Farbtiefe und For
199. eug direkt das hei t ohne aufwendige Einarbeitung in die Spezifikationssprache von den Fachexperten angewendet werden kann Ebenso ist aber auch ein Werkzeug zur Spezifikation der Versuche und Fertigkeiten auf Symbolebene denkbar Die entsprechende Spezifikationssprache enth lt dann Sprachelemente zur Beschreibung der internen Strukturen Dies hat zur Folge dass die Spezifikationssprache von den Fachexperten nicht mehr intuitiv verstanden werden kann Unabh ngig von der Modellierungsebene k nnen die Versuchsabl ufe die mit einem auf einer formalen Spezifikationssprache basierenden Werkzeug erstellt wurden direkt von dem virtuellen Labor interpretiert und dargestellt werden Oder die formale Spezifikation wird mittels einer automatisierten Generierung in einen ausf hrbaren Versuch des virtuellen Labors umgesetzt Beispiel einer formalen Spezifikationssprache ist die Experiment Description Language EDL f r virtuelle Labore siehe Aden u a 1999 Seite 104 bis 118 Damit lassen sich beliebige Versuche und Fertigkeiten auf Symbolebene spezifizieren Die Spezifikation wird dann zur Laufzeit vom virtuellen Labor interpretiert und ausgef hrt Derzeit wird im Rahmen von VirtLab au erdem die Extensible Markup Language XML zur Beschreibung von Aufbau und Ablauf von Versuchen erprobt Spezifikation von Aufbau und Ablauf ohne Entwicklungswerkzeug Steht f r die Spezifikation der Versuche und Fertigkeiten im virtuellen Labor kein gee
200. ezifisches Prozessmodell wie auch der Object Engineering Process Von dem VirtLab Prozess werden s mtliche zu Beginn des Kapitels 3 1 genannten Aspekte virtueller Labore ber cksichtigt Die Grundlage zur Unterst tzung der Heterogenit t des Entwicklerteams stellt auf der Ebene des Vorgehensmodells das Rollenkonzept dar Dazu sind die an der Entwicklung des virtuellen Labors beteiligten Rollen des VirtLab Prozess in Kapitel 5 detailliert aufgeschl sselt und beschrieben worden Des Weiteren existiert eine eigene Aktivit t im VirtLab Prozess zur Ber cksichtigung der verschiedenen Fachsprachen und Denkweisen der Projektmitarbeiter siehe Ber cksichtige Sprachgebrauch und Denkweisen der Projektmitarbeiter in Abschnitt 7 3 2 2 Auf der Ebene der Entwicklungsmethodik wird die konkrete Zusammenarbeit des heterogenen Entwicklerteams 153 das hei t der einzelnen Rollen mit Hilfe von Checklisten zu den Artefakten des VirtLab Prozess beschrieben siehe Anhang B Die Einbeziehung des Auftraggebers in die Entwicklung des virtuellen Labors erfolgt w hrend der Erstellung des Pflichtenheftes und in jeder Iteration des VirtLab Prozesses bei der Evaluation des virtuellen Labors im Workflow Test und Evaluation Diese wird in der Aktivit t F hre internen Abnahmetest durch t siehe Kapitel 7 8 3 initiiert Ebenso wie die Einbeziehung des Auftraggebers erfolgt die Einbeziehung der Endanwender in die Evaluation des virtuellen Labors w
201. f higkeit Ausf hrungsgeschwindigkeit und Plattformunabh ngigkeit des virtuellen Labors machen zu k nnen vergleiche Mastering in Yass 2000 Seite 150 f Nach der Durchf hrung der externen Abnahmetests wird eine Liste von nderungs w nschen bez glich der Anforderungen an das virtuelle Labor erstellt Diese werden dem Projektleiter bergeben und flie en in die weitere Entwicklung des virtuellen Labors mit ein 7 8 6 Vertreibe das virtuelle Labor F r den Vertrieb des virtuellen Labors lassen sich prinzipiell drei verschiedene Modelle unterscheiden vergleiche Nagl u a 1999 Seite 105 bis 111 Bei der individuellen Installation wird das virtuelle Labor von den Designern Entwicklern auf den Computer Systemen des Auftraggebers installiert Das ist zum Beispiel dann der Fall wenn das 145 virtuelle Labor begleitetend zu einem realen Laborpraktikum an einer Universit t eingesetzt werden soll vergleiche Kronberg 1998 Seite 30 Nach der Installation des virtuellen Labors f hren die Fachdidaktiker eine Schulung der Betreuer des Laborpraktikums durch Au erdem ist eine regelm ige Wartung der Computer Systeme notwendig Diese kann in einem Wartungsvertrag mit dem Auftraggeber geregelt werden Bei der Massenproduktion wird das virtuelle Labor auf einer CD ROM vertrieben Nach Abschluss der 3 Tests siehe F hre externen Abnahmetest durch in Kapitel 7 8 5 wird eine Master CD erstellt und vervielf lti
202. f hrungsphase In der Einf hrungsphase wird das virtuelle Labor in Form eines externen Release an den Auftraggeber und den Endanwendern ausgeliefert und dort unter realistischen Bedingungen getestet 8 Tests nderungsw nsche bez glich der Funktionalit ten und der Gestaltung der Benutzungsoberfl che sollten in der Einf hrungsphase nur noch in Detailfragen auftreten Ist die Einf hrung des virtuellen Labors mit einem gr eren organisatorischen Aufwand verbunden zum Beispiel wenn das virtuelle Labor in Verbindung mit einem realen Laborpraktikum eingesetzt werden soll vergleiche Kronberg 1998 Seite 30 dann kann die Einf hrungsphase in mehreren Iterationen erfolgen Um das virtuelle Labor in Verbindung mit einem realen Laborpraktikum einsetzen zu k nnen m ssen die durchf hrenden Lehrenden beziehungsweise Betreuer des Laborpraktikums entsprechend geschult werden Au erdem k nnen empirische Untersuchungen bez glich Akzeptanz und Lernerfolg der Praktikumsteilnehmer durchgef hrt werden um weitere R ckmeldungen und Anregungen zu erhalten siehe dazu Eiwan 1999 Kerres 1998 Lottmann u a 2000 Eine Aufteilung der Einf hrungsphase in mehrere Iterationen bietet sich ebenfalls an wenn es sich bei der Entwicklung des virtuellen Labors um eine Massenproduktion handelt In diesem Fall empfiehlt es sich eine besonders umfangreiche 3 Testphase vor der eigentlichen Produktion durchzuf hren um die Ablauff higkeit des virtuel
203. fadenorientierte Evaluationsmethode Das virtuelle Labor wird m glichst objektiv entlang eines Pr fleitfadens beurteilt siehe zum Beispiel Lottmann u a 2000 Ein Endanwender wird f r die leitfadenorientierte Evaluationsmethode nicht ben tigt Welche Evaluationsmethoden ausgew hlt werden ist von den Evaluationskriterien und zielen abh ngig F r die Ermittlung der Lernerakzeptanz k nnen zum Beispiel Frageb gen eingesetzt werden Frageb gen k nnen aber auch als Lernzielkontrollen zur Bestimmung des Lerneffekts dienen Ebenfalls zur Bestimmung des Lerneffekts kann die Protokollierung der Lernerdaten eingesetzt werden Zur Evaluation der gestalterischen Aspekte und der Vorgaben des Corporate Designs eignet sich zum Beispiel die leitfadenorientierte Evaluationsmethode 7 7 2 Entwerfe die Tests und Evaluation Unter Zuhilfenahme des OOD Modells und der implementierten Komponenten entwerfen die Designer Entwickler die Testprozeduren zu den Testf llen des virtuellen Labors Die Testprozeduren beschreiben zu den einzelnen Testf llen wie diese durchgef hrt werden Beispiele f r Testprozeduren sind die automatisierten Tests des Simulators Die Ergebnisse der Tests werden dabei aufgezeichnet und anschlie end von den Testern ausgewertet vergleiche Sawhney 1995 Seite 50 Weitere Beispiele sind Testprozeduren zur berpr fung der Anbindung des virtuellen Labors an eine Datenbank oder die Auswertung der protokollierten L
204. fang passend gt Verfeinerung und berarbeitung der Anforderungen Anforderungsbestimmung abgeschlossen Abbildung 7 7 Der Workflow f r die Anforderungsbestimmung Die Struktur des in Abbildung 7 7 dargestellten Workflows der Anforderungsbestim mung ow folgt dem Workflow der Anforderungsbestimmung des Rational Unified Process siehe Kruchten 2000 Seite 164 Die Anforderungsbestimmung teilt sich gleich zu Beginn in zwei parallele Pfade Im linken Pfad wird der eigentliche Prozess der Anforderungsbestimmung und der Definition des virtuellen Labors durchlaufen Wird ein neues virtuelles Labor entwickelt so ist als erstes eine entsprechende Problemanalyse durchzuf hren Wie bei der Weiterentwicklung eines existierenden virtuellen Labors wird anschlie end gepr ft ob die Anforderungen des Auftraggebers an das virtuelle Labor auch verstanden werden Unter einer Weiterentwicklung des virtuellen Labors wird dabei auch verstanden dass das Framework eines bereits existierenden virtuellen Labors wiederverwendet und weiterentwickelt wird Danach wird das virtuelle Labor definiert 72 das hei t es wird festgelegt was das virtuelle Labor leisten soll Anschlie end wird der Arbeitsumfang f r die Entwicklung des virtuellen Labors betrachtet Werden die Anforderungen als zu umfangreich eingesch tzt so sind diese zu korrigieren Der rechte Pfad der Anforderungsbestimmung betrachtet dagegen die sich w hrend der Entwi
205. flichtenhefts Bevor im Detail die einzelnen Aktivit ten der Projektmitarbeiter zur Erstellung des Pflichtenhefies beschrieben werden wird zun chst das allgemeine Gliederungsschema des Pflichtenheftes vorgestellt 1 Einleitung Es wird die Dom ne des virtuellen Labors kurz beschrieben 2 Zielbestimmung Es wird beschrieben welche Ziele durch den Einsatz des virtuellen Labors erreicht werden sollen siehe Ersinne neues virtuelles Labor in Abschnitt 7 1 1 3 Zielgruppe Es wird die Zielgruppe des virtuellen Labors beschrieben siehe Bestimme die Zielgruppe A in Kapitel 7 2 1 2 4 Lerninhalte Es werden die durchzuf hrenden Versuche nach ihrer Priorit t aufgelistet Dabei ist es auch m glich bestimmte Versuche als optional zu kennzeichnen Des Weiteren werden die generischen Teilversuche und Fertigkeiten identifiziert das hei t es wird die Liste der Lerneinheiten erstellt siehe Analysiere die Dom ne in Kapitel 7 3 2 nderungsanf llige Versuche werden gekennzeichnet und die Art der nderungen wird beschrieben Zu jedem Versuch Teilversuch und jeder Fertigkeit werden des Weiteren die ben tigten Laborger te Beh lter und Substanzen aufgelistet 4 1 Versuch 1 4 1 1 Laborger te 4 1 2 Beh lter 4 1 3 Substanzen 169 170 4 2 Versuch 2 4 2 1 Laborger te 4 2 2 Beh lter 4 2 3 Substanzen 4 3 Zu jedem Teilversuch und zu jeder Fertigkeit wird au erdem angegeben in
206. flow der Gesch ftsprozessmodel lierung reduzierte Rational Unified Process verwendet Dieser wurde um einen Workflow f r die Medienproduktion und einen f r das Tutorkonzept erweitert siehe Kapitel 3 5 8 1 Bewertung Zur Anpassung des Rational Unified Process an den Anwendungsfall virtuelle Labore mussten die vorhandenen Workflows des Rational Unified Process nur relativ wenig ver ndert werden Dadurch wird ein hoher Wiedererkennungseffekt bei denjenigen Lesern erzeugt die den Rational Unified Process bereits kennen was wiederum die Akzeptanz des VirtLab Prozess erh ht Nach den Bezeichnern der Aktivit ten in den einzelnen Workflows des VirtLab Prozess zu urteilen k nnte man zun chst annehmen dass es sich bei dem VirtLab Prozess um ein allgemeines Vorgehensmodell zur Entwicklung von multimedialen Lehr und Lernsystemen handelt Vielmehr konnten jedoch die durchzuf hrenden Aktivit ten sowie die zu erstellenden und verwendenden Artefakte bei der Entwicklung virtueller Labore in die vorhandenen Workflows des Rational Unified Process eingebettet werden Die Inhalte der Aktivit ten des VirtLab Prozess sind speziell auf den Anwendungsfall virtuelle Labore zugeschnitten wie aus den jeweiligen Beschreibungen und graphischen Darstellungen der Aktivit ten zu entnehmen ist Des Weiteren wird durch den VirtLab Prozess eine bestimmte Architektur des Frameworks f r virtuelle Labore unterstellt Damit ist der VirtLab Prozess ein architektursp
207. ftraggeber d Projektleiter Bestimme die L Einsatzumgebung d Abbildung 7 8 Detailansicht der Aktivit t Analysiere das Problem 73 7 2 1 1 Erhebe die Anwendungsf lle In dieser Aktivit t werden von den System Analytikern die Anwendungsf lle des virtuellen Labors erhoben und im Anwendungsfall Modell festgehalten Die wichtigsten Anwendungsf lle sind die zur Auswahl und Durchf hrung eines Versuches siehe Kapitel 4 1 Es liegt nahe f r jede Lerneinheit des virtuellen Labors also auch f r die generischen Teilversuche und Fertigkeiten einen eigenen Anwendungsfall zu erstellen Weitere Beispiele f r Anwendungsf lle sind der Abruf von Hintergrundinformationen aus einer Informationskomponente und das dynamische Laden und Speichern eines Versuchs F r den Anwendungsfall Auswahl und Durchf hrung eines Versuches kann zur graphischen Darstellung des Versuchsablaufs ein Aktivit tsdiagramm erstellt werden Dabei beschreibt das Versuchsprotokoll einen konkreten Pfad Szenario durch das Aktivit tsdiagramm Zu einem Versuch gibt es in der Regel mehrere Versuchsabl ufe das hei t es sind alternative Arbeitsabl ufe m glich alternative Szenarien So k nnen bestimmte Arbeitsschritte im Versuchsprotokoll vertauscht werden ohne an dem Endergebnis des Versuchs etwas zu ndern Zur Erstellung eines Aktivit tsdiagramms zu einem Versuch wird das entsprechende Versuchsprotokoll in der Reihenfolge der einzelnen Arbeitsschri
208. g des Lernfortschritts dienen das hei t zu jedem Arbeitsschritt des Versuchs oder der TFertigkeit wird der aktuelle Stand der Bearbeitung ermittelt und dargestellt Anwendungsfall use case Ein Anwendungsfall beschreibt die Funktionalit t des Soft ware Systems die ein fAkteur ausf hren muss um ein gew nschtes Ergebnis zu erhalten oder Ziel zu erreichen Anwendungsf lle sollen den Entwicklern des 1Software Systems erm glichen mit dem zuk nftigen Benutzer ber die Funktionalit t des Software Systems zu sprechen ohne sich gleich in Details zu verlieren und werden im TUse Case Modell festgehalten Beispiele f r Anwendungsf lle im Kontext virtueller Labore sind die einzelnen TVersuche und TFertigkeiten die durchzuf hren beziehungsweise zu erwerben sind und der Abruf von Hintergrundinformationen zu einem Versuch oder einer Versuchskomponente Anwendungsfall Modell Das Anwendungsfall Modell enth lt die Menge aller TAnwendungsf lle in einem tSoftware System das hei t die komplette Funktionalit t Das Anwendungsfall Modell ersetzt die traditionelle funktionale Beschreibung 185 Arbeitsbereich workspace Der Arbeitsbereich enth lt alle Quelltexte Medien und Dokumente an denen ein Projektmitarbeiter arbeitet Ebenfalls zum Arbeitsbereich geh ren verwendete Programm Bibliotheken und Ger tetreiber Architektur architecture Die Architektur eines Software Systems bestimmt dessen Strukturierung in fTeilsysteme und Komponent
209. g 7 27 Detailansicht der Aktivit t Erstelle die Dokumentation 142 7 8 2 1 Erstelle das Benutzungshandbuch Das Benutzungshandbuch des virtuellen Labors wird gemeinsam von den Fachdidakti kern und den Fachexperten geschrieben Prinzipiell kann zwischen einem gedruckten Benutzungshandbuch und einem elektronischen Benutzungshandbuch Online Handbuch oder auch multimediales Online Handbuch unterschieden werden siehe Balzert 2000b Seite 640 Beim Lesen eines gedruckten Benutzungshandbuchs erm den die Augen nicht so schnell wie beim Lesen des Online Handbuchs Balzert 2000b Seite 640 So ist beim gedruckten Benutzungshandbuch aus didaktischen Gr nden durchaus Redundanz zur Vermittlung der Inhalte erw nscht Rupietta 1987 Seite 170 Des Weiteren kann das Benutzungshandbuch zum Nachlesen und zur Vorbereitung auf eine Pr fung verwendet werden Zur gedruckten Version des Benutzungshandbuchs geh rt auch das Booklet der CD ROM Dieses muss neben allgemeinen Informationen des Herstellers wie zum Beispiel die Adresse und Hinweise zum Kopierschutz auch eine kurze Installationsanleitung zum aktuellen Release inklusive der Hard und Software Anforderungen enthalten Des Weiteren sollten Hinweise zur Problembehebung und gegebenenfalls die Telefonnummer einer Hotline angegeben werden Um dem Lerner den Einstieg in das virtuelle Labor zu erleichtern und falls sonst kein weiteres gedrucktes
210. g des Stoffes in eine Sequenz von Instruktions und Testeinheiten vergleiche Brockhaus Enzyklop die 1992 Stichwort Lehr und Lernmaschinen und Lehrautomaten Lehr und Lernsysteme entlasten den Lehrer bei der Lehre insofern dass auch ohne die Anwesenheit eines Lehrers mit Hilfe eines Lehr und Lernsystems der Wissensstand des Lerners gepr ft und bewertet werden kann Die Weiterentwicklung der Lehr und Lernsysteme zielt auf tutorielle Systeme sogenannte intelligente Tutorsysteme siehe Kapitel 2 7 ab die dem Lerner selbst Hinweise geben wie er vom System am besten unterrichtet werden kann siehe auch Blumstengel 1998 Kapitel 1 2 2 5 Multimediales Lehr und Lernsystem Ein multimediales Lehr und Lernsystem MMLLS ist nach Nagl u a 1999 ein multimediales System dessen Zweck darin besteht den Lerner beim Lernen und den Lehrer bei der Lehre zu unterst tzen Multimediale Lehr und Lernsysteme variieren in technischer wie inhaltlicher Hinsicht erheblich Aus technischer Sicht handelt es sich um ein Multimedia System wie in Kapitel 2 3 das zum Beispiel eine multimediale CD ROM oder multimediale Dokumente auf einem WWW Server sein kann Dabei k nnen sowohl die beteiligten Medien und Formate als auch deren Mischung variieren Aus inhaltlicher Sicht entspricht ein multimediales Lehr und Lernsystem einem Lehr und Lernsystem nach Kapitel 2 4 und kann einen kompletten Kurs eine einzelne Vorlesung oder Schulstunde aber auch nur ein Frag
211. gehensmodelle 222 22 38 Bewertung der modernen Vorgehensmodelle 2 2 2 22 38 ix 1 Einleitung Im Oldenburger Forschungs und Entwicklungsinstitut f r Informatik Werkzeuge und Systeme OFFIS wird in der Arbeitsgruppe Multimedia Systeme von Prof Dr H J Appelrath seit September 1997 ein multimediales gentechnisches Praktikum GenLab entwickelt mit dem gentechnische Experimente in einer virtuellen Umgebung auf einem handels blichen Computer System durchgef hrt werden k nnen siehe GenLab Internetseiten 2001 Dazu wurden die Bestandteile eines realen Genlabors auf ein virtuelles Labor in einem Computer System abgebildet GenLab erlaubt eine interaktive und simulationsbasierte Durchf hrung der Experimente am Bildschirm Daneben veranschaulicht eine umfangreiche Wissenskomponente die entsprechenden molekularbiologischen Abl ufe und erl utert den richtigen Umgang mit den Laborger ten und Substanzen Der Grundgedanke von GenLab ist es Experimente im virtuellen Labor so realit tsgetreu wie m glich durchf hren zu k nnen Dabei kommen die Vorteile gegen ber realen Laborpraktika in Form einer st ndigen Fehler berwachung Steuerungs und Korrekturm glichkeiten sowie die Verkn pfung zu einer Wissenskomponente zum Tragen Appelrath und Schlattmann 1999 Seite 92 bis 95 Allerdings ist auch die Erstellung eines virtuellen Labors wie GenLab sehr zeitaufwendig und teuer Aus diesem Grund schlie t sich an GenLab das Pr
212. gen die die Modellierung des virtuellen Labors betreffen Sie ist eine der wesentlichen Aktivit ten bei der Erstellung des virtuellen Labors da sich die hier getroffenen Entscheidungen sowohl auf das didaktische Konzept siehe Erstelle das didaktische Konzept in Kapitel 7 3 3 die Architektur siehe Definiere die Architektur in Kapitel 7 4 1 als auch auf das Layout und die Gestaltung der Benutzungsoberfl che siehe Erstelle das Gesamtdesign in Kapitel 7 5 1 des virtuellen Labors auswirken Aktivit t d QO System Analytiker p Bestimme Anzahl und Ausstattung der Laborr ume 5 Bestimme M glich keiten zum Wechsel der Arbeitsfl che W hle die Darstellungsart Entscheide ber Client Server Verteilung Entscheide ber die Einbindung von Mehrsprachigkeit Bestimme Schwierigkeits stufen und Blickwinkel auf die Dom ne Ber cksichtige die Einbindung der Lerneranalyse Ber cksichtige das dynamische Laden und Speichern von Versuchen g v J P Ber cksichtige die Anbindung externer Ger te optional P Abbildung 7 9 Detailansicht der Aktivit t Definiere das virtuelle Labor 7 2 3 1 W hle die Darstellungsart Als erste Entscheidung bei der Definition des virtuellen Labors wird festgelegt welche Darstellungsart f r die Benutzungsoberfl che verwendet werden soll Prinzipiell wird hier zwischen den folgenden beiden Darstellungsarten
213. gineering Process nicht mehr als architekturzentriert sondern als architekturspezifisch bezeichnet Des Weiteren existieren Erg nzungen beziehungsweise Erweiterungen zum Object Engineering Process wie zum Beispiel das Timepacing Verfahren siehe Hruschka u a 2001 Seite 134 f Dieses stellt im Wesentlichen eine Kombination bereits bekannter und erprobter Techniken und Verfahren des Projektmanagements dar siehe Oestereich 1999 Eine Kernaussage des Timepacing Verfahrens ist dass iteratives Vorgehen bei der Software Entwicklung nur in Verbindung mit dem sogenannten Timeboxing funktionieren kann Beim Timeboxing hat der Endtermin einer Iteration eine h here Priorit t als das gelieferte Ergebnis Im Software Entwicklungsprozess bedeutet dies konkret dass zum vereinbarten Termin geliefert wird egal was Hruschka u a 2001 Seite 131 Ebenfalls wichtiger Bestandteil des Timepacing Verfahrens ist die richtige Wahl der Zeitdauer der Iterationen Ist die Zeitdauer einer Iteration zu kurz gew hlt so wird die Iteration unproduktiv Die Zeitdauer darf aber auch nicht zu lang sein da sonst die gesteckten Ziele und vereinbarten Aufgaben zu abstrakt werden siehe Hruschka u a 2001 3 4 2 Extreme Programming Das in Beck 2000 Rei ing 2000 beschriebene Vorgehensmodell des Extreme Programming XP besteht aus einer Reihe von Praktiken zur Software Entwicklung die nur in ihrer Gesamtheit sinnvoll sind Der Software Entwicklungsprozess glie
214. gler des Laborger tes Ger teeinstellungen m ssen m glich sein gt Wie sieht die Farbgebung aus Identifikation und Auswahl der Quellen zur Modellierung des Laborger tes oder Beh lters Erstellen des 3D Modells unter Verwendung der vorhandenen Quellen Bei Unklarheiten bei dem Fachdidaktiker nachfragen Pr fen des 3D Modells ob die Modellierung den Vorgaben entspricht Bei der 2D Darstellung des virtuellen Labors erzeugen einzelner Graphiken des 3D Modells Zusammensetzen der einzelnen Graphiken des virtuellen Laborger tes oder Beh lters gegebenenfalls Verwendung eines entsprechenden Werkzeuges Bewerten des Erscheinungsbildes des virtuellen Laborger tes oder Beh lters e Aktivit ten des Fachdidaktikers Ist die Modellierung didaktisch sinnvoll gt Wurden alle wichtigen Kn pfe Schalter und Regler modelliert gt Sind die wichtigen Kn pfe Schalter und Regler beweglich gt Wurden alle unwichtigen Kn pfe Schalter und Regler weggelassen gt K nnen alle ben tigten Einstellungen der Kn pfe Schalter und Regler des Laborger tes Ger teeinstellungen vorgenommen werden Bei Unklarheiten bei dem Fachexperten Rolle nachfragen Evaluation des Laborger tes oder Beh lters nach dessen Fertigstellung e Aktivit ten des System Analytikers Analyse des Laborger tes oder Beh lters in Hinblick auf die anstehende Implementierung Bei Unklarheiten bei dem F
215. glich dass das virtuelle Laborger t trotz des richtigen Ma stabes einfach zu gro f r die Arbeitsfl che ist In diesem Fall muss die bestehende Arbeitsfl che erweitert werden siehe Konzept des Flickenteppichs in Bestimme M glichkeiten zum Wechsel der Arbeitsfl che in Abschnitt 7 2 3 3 e Gr enverh ltnisse der Versuchskomponenten Zur Erstellung der realit tsgetreuen Abbilder der Versuchskomponenten ist auf die korrekten Gr enverh ltnisse der Laborger te Beh lter und Substanzen zu achten Dazu muss m glichst fr hzeitig bestimmt werden wie gro das gr te Laborger t im virtuellen Labor ist Der Ma stab dieses Laborger tes kann dann auf die anderen Versuchskomponenten bertragen werden Insgesamt darf der Ma stab der Versuchskomponenten aber auch nicht zu gro gew hlt werden weil ansonsten kleine Beh lter wie beispielsweise Eppendorfgef e nicht mehr sinnvoll auf der Benutzungsoberfl che dargestellt werden k nnen Dieser Fall tritt dann ein wenn der Gr enunterschied zwischen der kleinsten und der gr ten 100 Versuchskomponente zu hoch ist F r zu kleine Versuchskomponenten wird dann eine Ausnahme gemacht und deren Ma stab reduziert das hei t auf dem Bildschirm gr er dargestellt Bez glich der Gr enverh ltnisse der Versuchskomponenten ist auch zu pr fen ob Laborger te nicht deshalb so gro sind weil sie l ngst veraltet sind und durch modernere und kleinere ausgetauscht werden m ssten Es
216. gt Diese Aktivit t ist von einem Designer Entwickler durchzuf hren siehe Yass 2000 Seite 150 Gerade bei einer Massenproduktion ist eine umfangreiche und sorgf ltige 5 Testphase von gro er Bedeutung da sich Fehler auf der Master CD auf alle Kopien auswirken Es ist au erdem auch denkbar dass das virtuelle Labor den Endanwendern als Download aus dem Internet zur Offline Nutzung zur Verf gung gestellt wird Dann zum Beispiel als Evaluationsversion mit eingeschr nkter Funktionalit t Die dritte M glichkeit ist die Online Nutzung Das virtuelle Labor wird von den Endanwendern direkt ber das Internet gestartet und als Client Server Anwendung genutzt Die Nutzung kann dann zum Beispiel direkt ber das Internet mit dem Endanwender abgerechnet werden Des Weiteren ben tigen eventuelle nderungen am virtuellen Labor bei der Online Nutzung keine separate Aktualisierung mehr Die nderungen an dem virtuellen Labor werden automatisch beim n chsten Start des Clients nachgezogen Des Weiteren ist bez glich des Vertriebs des virtuellen Labors und das dynamische Laden von Versuchen zu berlegen ob weitere eventuell kostenpflichtige Erweiterungen zum virtuellen Labor angeboten werden sollen Diese Erweiterungen bestehen zum Beispiel aus zus tzlichen Versuchen oder Fertigkeiten die gegebenenfalls auch neue Laborger te Beh lter und Substanzen enthalten k nnen Die Erweiterungen werden entweder ber CD ROM vertrieb
217. he Kapitel 7 1 6 e Beende die Iteration siehe Kapitel 7 1 7 e Beende die Phase siehe Kapitel 7 1 8 Beende das Projekt A siehe Kapitel 7 1 9 und e Sch tze restlichen Umfang und Risiko des Projekts t siehe Kapitel 7 1 10 61 r Sa neues virtuelles Sch tze Umfang und Risiko des an r on den Gesamtentwicklungspl Nur die initiale Iteration Alle nachfolgenden Iterationen an A Projekt wird abgebrochen Pflichtenheft wurde Projektabbruch abgesegnet Coemacne und Kontrolliere den Projakiv rlaur pi Erstelle den Entwicklungsplan f r die n chste Iteration VY Fahre die Iteration RN Y S A Iterationsende Beer die en oh Projekt wird abgebrochen gt Projektabbruch Iteration erfolgreich durchgef hrt Beside die Phase maa Projektende Phasenende ORN das T N A Projekt wird Projekt wird abgebrochen gt abgeschlossen Phase Projektabbruch Projektabschluss erfolgreich durchgef hrt Abnahme des Projekts gescheitert Sch tze restlichen Umfan g und Risiko des Projekts A e Abbildung 7 3 Der Workflow f r das Projektmanagement 62 7 1 1 Ersinne neues virtuelles Labor Soll ein neues virtuelles Labor erstellt werden siehe Abbildung 7 4 so ist zun chst eine Bedarfsanalyse durchzuf hren Es ist zu pr fe
218. he in der Informationskomponente gelangt der Lerner wieder zur ck in die Laborkomponente Neben der konsequenten Aufteilung in Labor und Informationskomponente wie in GenLab ist es aber auch denkbar die experimentbezogene Sicht und die informationsbe zogene Sicht auf das Metaobjektmodell auch auf der Ebene der Benutzungsoberfl che eng miteinander zu verkn pfen So k nnen die Informationen zu den Versuchskomponenten oder Reaktionsabl ufen des virtuellen Labors die sonst in der Informationskomponente dargestellt werden anstelle dessen in einem eigenen Hilfe Fenster oder Tooltip auf der Benutzungsoberfl che der eigentlichen virtuellen Laborumgebung integriert werden Achtung Die in Hasler und Schlattmann 2001 verwendeten Begriffe Laborkomponente und Informations komponente suggerieren dass es sich hierbei um Komponenten im Sinne der Software Technik handelt Die Laborkomponente und die Informationskomponente werden jedoch als Teilsysteme des virtuellen Labors GenLab verstanden 58 7 Die Workflows Aktivit ten und Artefakte des VirtLab Prozess F r die graphische Darstellung der Workflows wird in dieser Arbeit die Unified Modeling Language siehe Object Management Group 1997 2001 verwendet Diese Entscheidung begr ndet sich darin dass der Rational Unified Process als Grundlage f r das hier vorgestellte Vorgehensmodell dient und die Unified Modeling Language mit dem Rational Unified Process sehr stark verbunden ist Die Unif
219. heben der Anforderungen des Auftraggebers das hei t insbesondere welche Versuche durchgef hrt werden sollen unter Verwendung von Mind Maps oder der Qualit tsfunktionen Darstellung Initiale Version des Pflichtenheftes Rolle unter Einbezie Rolle erarbeiten und der System Analytiker Role an das virtueller Labor Abgrenzen der Entwicklung gegen ber bestehenden Konkurrenzprodukten Zusammenstellen eines potentiellen Entwicklerteams Artefakt erstellen Identifikation und absch tzen der potentiellen Risiken bei der Entwicklung des virtuellen Labors Zeit und Kostenabsch tzung der Entwicklung siehe Sch tze Zeit und Kosten der Entwicklung t in Abschnitt 7 1 2 1 Pr fen der Ressourcen des Entwicklerteams Steht ein Fachexperte im hinreichenden Ma e w hrend der Entwicklung des virtuellen Labors zur Verf gung Ist der Fachdidaktiker mit der Entwicklung von multimedialen Lehr und Lernsystemen vertraut Haben die Informatiker mit den verwendeten Technologien zur Entwick 2 lung des virtuellen Labors hinreichende Erfahrung Haben die Medienspezialisten Erfahrung in der Erstellung von realit tsge treuen Abbildern von Gegenst nden der realen Welt Erstellen des Gesamtentwicklungsplans gt Identifikation der Iterationen das hei t wann bei der Entwicklung des virtuellen Labors welche Versuche und Fertigkeiten spezifiziert und wann diese realisiert werd
220. hott 1987 KUNZ Gunnar C SCHOTT Franz Intelligente Tutorielle Systeme Neue Ans tze der computerunterst tzten Steuerung von Lehr Lern Prozessen G ttingen Toronto Z rich Verlag f r Psychologie C J Hogrefe 1987 Langenscheidts Fremdw rterbuch 2001 LANGENSCHEIDTS FREMDW RTERBUCH Lan genscheidts Fremdw rterbuch online 2001 URL http www langenscheidt aol de Larman u a 2001 LARMAN Craig KRUCHTEN Philippe BITTNER Kurt Wie Sie ein Projekt mit dem Rational Unified Process garantiert in den Sand setzen k nnen In OBJEKTspektrum Nr 4 2001 2001 Leutner 1997 LEUTNER Detlev Adaptivit t und Adaptierbarkeit multimedialer Lehr und Informationssysteme In ISSING Ludwig J Hrsg KLIMSA Paul Hrsg Information und Lernen mit Multimedia 2 berarbeitete Auflage Weinheim Psychologie Verlags Union Januar 1997 S 138 139 Liening 1992 LIENING Andreas KRAFFT Dietmar Hrsg konomische Bildung Bd 1 Intelligente Tutorielle Systeme ITS eine kritische Analyse unter besonderer Ber cksichtigung ihrer Einsatzm glichkeiten in der Wirtschaftsdidaktik Hamburg Lit Verlag 1992 Dissertation Liggesmeyer 1990 LIGGESMEYER Peter Modultest und Modulverifikation state of the art Mannheim Wien Z rich BI Wissenschaftsverlag 1990 Angewandte Informatik Band 4 Liggesmeyer 1993 _LIGGESMEYER Peter Wissensbasierte Qualit tsassistenz zur Konstruktion von Pr fstrategien f r
221. hrend jeder Iteration des VirtLab Prozesses Des Weiteren sind im VirtLab Prozess auch Tests vorgesehen die von den Endanwendern nolle durchgef hrt werden Die multimedialen Aspekte virtueller Labore werden vom VirtLab Prozess in einem eigenen Workflow der Medienproduktion ber cksichtigt Hervorzuheben ist dabei die detaillierte Aufschl sselung der Medientypen und m glichen Einsatzarten der Medien Des Weiteren wird das allgemeine Layout und die Gestaltung der Benutzungsoberfl che im Workflow der Medienproduktion in der Aktivit t Erstelle das Gesamtdesign siehe Kapitel 7 5 1 ber cksichtigt Die didaktischen Aspekte virtueller Labore werden im Workflow des Tutorkon zeptes low mit der Erstellung eines umfassenden didaktischen Konzeptes ber cksich tigt Dabei wird insbesondere auf die Lerneranalyse Festlegung von Navigationsstruktur und m glichkeiten und die Spezifikation von Aufbau und Ablauf der Versuche und Fertigkeiten eingegangen Dies unterscheidet den VirtLab Prozess von den Vorgehensmodellen nach Yass 2000 und Nagl u a 1999 deren didaktische berlegungen auf die Entwicklung klassischer Lehr und Lernsysteme ausgerichtet sind Da der VirtLab Prozess auf den Rational Unified Process aufbaut und mit Hilfe von Workflows definiert und beschrieben wird kann auch der VirtLab Prozess relativ einfach erweitert und verfeinert werden So k nnen zum Beispiel die bisher als optional gekennzeichnete
222. ht als eigenst ndige Phase angenommen Die Phase Einsatz und Wartung aus dem Phasenmodell deckt die beiden Phasen Abnahme und Einf hrung sowie Wartung und Pflege ab Bei der Entwicklung von multimedialen Lehr und Lernsystemen kommt parallel zur Implementierungsphase noch die Medienproduktionsphase hinzu die die Medienherstellung sowie den Medientest beinhaltet Ergebnis der Planungsphase ist das 27 m Planen Durchf hrbar keitsstudie Y Stop or Go Quellenmaterial e Definieren Produktmodell amp Grobkonzept y NEPELL I ENE NE E SORENE E SAEN EE EAEE E NEE EN ERETO gt Entwerfen Konkretisierung v y l Produkt Bedienkonzept C er C Layout C Prototyp archi Lerndaten erfassung und auswertung ektur y Fachliche Verfeinerung i i i i i i l ji i i i i i rron Y l li i ij ji I li i i ji I li i ji ji li li i ii i li y Medien erstellung Medienobjekt y Medientest y vv y Ao Modulimple Getestete ugessutessickulioteiloion gt mentierung Medienobjekte i i I i y y AA y Steuerungs C Steuerungs Anwendungs Anwendungs testf lle C module S module J testf lle i v y i gt Steuerungs Anwendungs S E e BEE SEEREEE g
223. ichgewicht im Mittel ber den gesamten Software Entwicklungsprozess zu halten ist eine der schwierigsten Aufgaben bei der Erstellung virtueller Labore e Wiederverwendbarkeit bestehender Entwicklungen kurz Wiederverw best Entw Die Entwicklung virtueller Labore stellt eine sehr komplexe und aufwendige Angelegenheit dar und ist aus diesem Grund enorm kostspielig Von einem Vorgehensmodell f r virtuelle Labore sollte daher explizit die Wiederverwendbarkeit bestehender Entwicklungen ber cksichtigt werden Dies betrifft zum einen die Wiederverwendbarkeit bestehender Klassen und Medien aber insbesondere auch die Wiederverwendung vorhandener Laborger te Beh lter und Substanzen sowie die Architektur des virtuellen Labors e Angemessenheit der Tests kurz Angem der Tests Beim Testen von virtuellen Laboren ist auf das korrekte Zusammenspiel der multimedialen Elemente von Simulator und intelligentem Tutorsystem zusammen mit den Benutzungsinteraktionen zu achten Die daf r ben tigte Zeit kann kaum reduziert werden da die Wirkung auf den Lerner nur dann korrekt beurteilt werden kann wenn sie im zeitlichen Verlauf betrachtet wird Durch das Testen von virtuellen Laboren entsteht also ein hoher Zeit und Kostenaufwand der von dem Vorgehensmodell in einem geeigneten Umfang ber cksichtigt werden muss Die Testphase darf dabei nicht zu kurz sein damit die Qualit t des virtuellen Labors gew hrleistet bleibt Andererseits wird bei einer zu lange
224. ie Anzahl und Ausstattung der ben tigten Arbeitsfl chen anhand der dynamischen Sicht bestimmt das hei t es werden die einzelnen Drehbuchseiten zum Ablauf des Versuchs durchgegangen und die Arbeitsfl chen gez hlt Anschlie end werden die Laborger te Beh lter und Substanzen auf den Arbeitsfl chen angeordnet und gepr ft ob der Platz und damit die Anzahl der Arbeitsfl chen ausreicht Steht auf den Arbeitsfl chen nicht hinreichend Platz zur Verf gung so muss das virtuelle Labor entsprechend erweitert werden siehe dazu oben die Spezifikation des Aufbaus der Lerneinheit und die Aktivit t Bestimme Anzahl und Ausstattung der Laborr ume t in Abschnitt 1 2 3 2 Des Weiteren ist zur Spezifikation des Aufbaus der Lerneinheit festzulegen welche Versuchskomponenten sich in der Transportleiste befinden sollen So ist aus Abbildung 7 16 ersichtlich dass die Arbeitsfl che mit der Mikrowelle dem Geltr ger und dem Gelkamm bereits nahezu vollst ndig belegt ist Des Weiteren befindet sich das Eppendorfgef mit dem Ethidiumbromid in der Transportleiste vergleiche dazu Abbildung 2 2 103 Anwendung Suulab Lerneinheit Gleh kko plterese Seitennummer 4 Ersteller Auku M ster Verantwortlicher Borud Datum 7 8 2001 Skizzierung des Arbeitsfl che Aufbaus l ooo Mikowlle f 7 1 Verwendete m gt Versuchskomponenten d Rrouse lh z glt ger Gl kam u LH gt Hessbecher En gt I Ali
225. ie Implementierung C 2 Piane die Integration n K Implementiere die Komponenten lt Getestete Komponenten sind verf gbar ne die Meden x Integrierte Medien sind verf gbar Sf ner die Komponenten zum Teisystem Teilsysteme sind Weitere implementiert und integriert Komponenten sind in dieser X Iteration zu implementieren mn Weitere Medien i i i i ind in dieser Teilsystemen zu Integriere die Teilsysteme zum labor lt Sna i i Iteration zu integrieren Integrieren Weitere Builds sind zu erstellen Erledigt Erledigt Erledigt Erledigt Abbildung 7 23 Der Workflow f r die Implementierung Dieses wird solange fortgef hrt bis in der Iteration keine weiteren Komponenten mehr zu implementieren sowie keine weiteren Medien mehr zu integrieren sind Parallel dazu werden die implementierten Komponenten zu Teilsystemen integriert Anschlie end werden die so entstandenen Teilsysteme zum virtuellen Labor integriert Workflow Die Aktivit ten der Implementierung werden in den folgenden Kapiteln im Detail beschrieben Im Einzelnen sind das 128 o Strukturiere die Implementierung siehe Kapitel 7 6 1 Plane die Integration siehe Kapitel 7 6 2 Implementiere die Komponenten siehe Kapitel 7 6 3 Integriere die Medien siehe Kapitel 7 6 4 Integriere die Komponenten zum Teilsystem t siehe Kapitel 7 6
226. ie mit Ethidiumbromid belasteten Abf lle Pipettenspitzen Gele etc sind gesondert zu sammeln und zu entsorgen 162 f Sch tteln Die aufgekochte L sung durch sachtes Schwenken des Messbe chers auf eine einheitliche Konzentration bringen 2 Geltaschen formen a Gelkamm einsetzen Den Probenkamm in den Geltr ger stecken b Gel gie en Die auf etwa 60 C abgek hlte Agarosel sung auf den Geltr ger gie en Die Abk hlzeit betr gt ungef hr 60 Minuten Wenn man zu lange wartet erstarrt die Agarosel sung vorzeitig zu einem Gel und muss erneut aufgekocht werden c Gelkamm entfernen Nach dem Erstarren der Agarosel sung den Gelkamm vorsichtig aus dem Gel herausziehen B Gellauf 1 Gel vorbereiten a TBE Puffer einf llen Die Gelelektrophoresekammer mit TBE Puffer f llen b Geltr ger einlegen Das abgek hlte Gel zusammen mit dem Geltr ger aus der Gelkammer herausnehmen und in die Elektrophoresekammer legen 2 Gel beladen a Ansatz pipettieren Den gesamten Ansatz 2541 in eine Geltasche pipettieren Dieser Ansatz kann ein Volumen von 5ul umfassen aber auch 25ul oder mehr sind m glich Falls mehrere Proben analysiert werden sollen pipettiert man sie in nebeneinander liegende Geltaschen Man w hlt dabei m glichst die Spuren in der Mitte des Geles aus b Standard pipettieren In eine benachbarte Tasche 15ul der DNA Standardl sung pipettieren Die DNA Standards werden in Abh ngigkeit von dem interessie re
227. ie zum Beispiel die Erstellung von Mind Maps siehe Hertlein 1997 In Mind Maps werden die Anforderungen zun chst ohne irgendeinen Kommentar gesammelt und sortiert Anschlie end kann anhand dieser Ideensammlung ber die Anforderungen an das virtuelle Labor diskutiert werden Das ist insbesondere dann hilfreich wenn der Auftraggeber nur eine ungenaue Vorstellung von dem hat was das virtuelle Labor leisten soll Eine andere Methode zur Erhebung der Anforderungen ist die in Merx 1999 Seite 56 ff beschriebene Qualit tsfunktionen Darstellung QFD quality function deployment Mit Hilfe der Qualit tsfunktionen Darstellung k nnen die oft unklaren Anforderungen des Auftraggebers in konkrete fachspezifische Informationen umgewandelt werden Dazu l sst man den Auftraggeber zun chst in seiner eigenen Sprache die Anforderungen an das zu entwickelnde Software System formulieren bevor man in die Fachsprache wechselt Zur weiteren Konkretisierung der Anforderungen an das virtuelle Labore ist bei der Qualit tsfunktionen Darstellung au erdem der Vergleich mit bereits bestehenden Entwicklungen vorgesehen Dadurch kann das zu entwickelnde virtuelle Labor gegen ber Konkurrenzprodukten abgegrenzt werden unique selling proposition 7 1 1 3 Erstelle das initiale Pflichtenheft Ein Pflichtenheft beschreibt in knapper Form die wichtigsten Anforderungen die das zu entwickelnde Software Produkt aus der Sicht des Auftraggebers
228. ied Modeling Language begleitet den objektorientierten Software Entwicklungsprozess des Rational Unified Process von der Anforderungsbestimmung bis zur Implementierung und wird im Vorgehensmodell selbst zur Darstellung der Workflows verwendet Zudem ist die Unified Modeling Language momentan der bekannteste Vertreter einer Modellierungssprache f r die objektorientierte Software Entwicklung Ritter 2000 Seite 77 Genauer gesagt werden die Workflows mit Hilfe von Aktivit tsdiagrammen der Unified Modeling Language dargestellt siehe Abbildung 7 1 T Aktivit t a AS Aktivit tB A Aktivit t B nach Aktivit t A Bedingung 1 k Bedingung 2 l une Aktivit tA Aktivit tB Y N eu e4 Aniara rtv s X A nam c Gabelung und Zusammenf hrung Startzustand Endzustand lt Verzweigung Abbildung 7 1 Notation zur Darstellung der Workflows 59 Der Startzustand wird mit einem kleinen schwarzen Kreis und der Endzustand durch das Bullauge symbolisiert Jede einzelne Aktivit t wird durch ein Oval dargestellt Erst wenn eine Aktivit t vollst ndig durchgef hrt wurde erfolgt der bergang zur n chsten Die Pfeile beschreiben dabei die Reihenfolge in der die Aktivit ten ausgef hrt werden Verzweigungen werden mit einer Raute dargestellt und symbolisieren Entscheidungen im Software Entwicklungsprozess Dabei wird immer nur genau einer der ausgehenden Pfeile weiter verfolgt Zur Entsch
229. iehe Digitalisiere die Medien in Kapitel 7 5 5 Physikalische Medien sind zum Beispiel Photos gedruckte Texte sowie Audio und Videob nder 5 3 3 3D Modellierungsspezialist Die 3D Modellierungsspezialisten erstellen mit Hilfe spezieller Werkzeuge dreidimensio nale Nachbildungen 3D Modelle realer Laborger te Beh lter und Substanzen Des Weiteren erzeugen die 3D Modellierungsspezialisten weitere Medien aus den 3D Modellen wie zum Beispiel Graphiken und Animationen 5 3 4 Graphik Designer Die Graphik Designer sind f r die Erstellung von Graphiken mit Hilfe entsprechender Werkzeuge f r die Bildbearbeitung verantwortlich Des Weiteren entwerfen die Graphik De signer das Layout der Benutzungsoberfl che und bernehmen das Zusammenf gen der einzelnen Medien authoring 5 4 Informatiker Die Informatiker bernehmen die Analyse den technischen Entwurf und die Implementierung des virtuellen Labors Ein Informatiker l sst sich daher als ein 48 unmittelbar am Software Entwicklungsprozess beteiligter Projektmitarbeiter Role bezeichnen Die Informatiker lassen sich noch in weitere Rollen unterteilen Diese werden in den folgenden Unterkapiteln 5 4 1 bis 5 4 8 beschrieben 5 4 1 Datenbank Entwickler Ein Datenbank Entwickler ist f r die Planung den Einsatz und die Anbindung einer Datenbank an das virtuelle Labor verantwortlich Dazu definiert der Datenbank Entwickler Tabellen Tab
230. ignetes Werkzeug zu Verf gung so sind Aufbau und Ablauf der Lerneinheiten direkt zu implementieren Reicht das Werkzeug zur Spezifikation der Versuchsabl ufe nicht aus weil zum Beispiel Laborger te Zubeh r oder Substanzen im virtuellen Labor fehlen so ist das Werkzeug 7Siehe http www w3 org XML 97 entsprechend zu erweitern und die fehlenden Versuchskomponenten zu implementieren In dem hier betrachteten Fall dass kein Entwicklungswerkzeug zur Verf gung steht wird davon ausgegangen dass f r die durchzuf hrenden Versuche des virtuellen Labors entsprechende Versuchsprotokolle aus einem realen Laborpraktikum vorliegen Versuchsprotokolle stellen eine halb formale Beschreibung eines Versuchsablaufs dar Sie enthalten eine knappe und in der Regel sequenzielle Beschreibung der Arbeitsschritte die f r die Durchf hrung eines Versuches notwendig sind und werden von den Fachexperten erstellt Bei der Spezifikation der Lerneinheiten ist allerdings zu ber cksichtigen dass die Arbeitsschritte zwar sequenziell im Versuchsprotokoll beschrieben werden es aber prinzipiell m glich ist dass Arbeitsschritte auch in einer anderen Reihenfolge abgearbeitet werden k nnen Besonders problematisch bei den Versuchsprotokollen ist aber dass oft wichtige Zusatzinformationen nicht enthalten sind und implizit als bekannt vorausgesetzt werden Dazu ein Beispiel aus GenLab siehe auch Anhang A Lg Agarose wird in 100ml TBE Puffer aufgekocht auf 65
231. ildung 2 2 Beispiel einer Arbeitsfl che eines virtuellen Labors aus GenLab zur Entwicklung integrierter Schaltkreise in der Informatik Eine ausf hrliche Analyse und Beschreibung weiterer Beispiele von virtuellen Laboren im Sinne der hier g ltigen Definition sind zum Beispiel in Elfreich 1999 Seite 9 bis 29 sowie in Kronberg 1998 Jacob und Kronberg 1999 und Nowaczyk 2000 Seite 29 bis 32 enthalten 12 3 Problemanalyse In diesem Kapitel wird eine umfangreiche Analyse der Problematik eines geeigneten Vorgehensmodells f r virtuelle Labore durchgef hrt Aus der Literatur und Anwendung der Software Technik sind bereits zahlreiche Vorgehensmodelle bekannt und hinreichend erprobt Daher werden in Kapitel 3 1 zun chst einige Bewertungskriterien f r Vorgehensmodelle in Hinblick auf den Anwendungsfall virtuelle Labore erarbeitet und ein entsprechendes Be wertungsschema aufgestellt In Kapitel 3 2 werden einige Vorgehensmodelle der klassischen Software Technik beschrieben Danach folgen in Kapitel 3 3 weitere Vorgehensmodelle die speziell auf die Entwicklung von Multimedia Systemen Lehr und Lernsystemen und multimedialen Lehr und Lernsystemen zugeschnitten sind Dar ber hinaus werden in Kapitel 3 4 einige Vorgehensmodelle aus der modernen Software Technik vorgestellt Am Ende der Kapitel 3 2 3 3 und 3 4 werden die dort vorgestellten Vorgehensmodelle anhand des Bewertungsschemas bez glich der Eignung f r die Entwicklung virtuelle
232. ilensteine identifiziert siehe Abschnitt 7 1 3 1 Der Gesamtentwicklungsplan wird des Weiteren w hrend der Entwicklung des virtuellen 67 Labors nach jeder Iteration aktualisiert Au erdem wird der Gesamtentwicklungsplan f r jede anstehende Iteration um einen detaillierten Entwicklungsplan der Iteration erg nzt In dieser Aktivit t wird des Weiteren die endg ltige Version des Pflichtenheftes erstellt Dazu muss aus der Aktivit t Analysiere die Dom ne t die Liste der Lern einheiten siehe Analysiere die Dom ne in Kapitel 7 3 2 vorliegen Au erdem muss die Definition des virtuellen Labors abgeschlossen sein siehe Definiere das virtuelle Labor At in Kapitel 7 2 3 Zusammen mit dem Gesamtentwicklungsplan stellt das Pflichtenhefi den Vertrag mit dem Auftraggeber dar Der Vertrag wird gemeinsam vom Auftraggeber und Projektleiter unterzeichnet und die Entwicklung des virtuellen Labors kann beginnen siehe dazu auch Merx 1999 Seite 109 bis 118 O Identifiziere die Iterationen Erstelle den Identifiziere die z A Rollenplan durchzuf hrenden Projektleiter Aktivit ten Ber cksichtige die WW Projektorganisation Abbildung 7 6 Detailansicht der Aktivit t Erstelle den Gesamtentwicklungsplan 7 1 3 1 Identifiziere die Iterationen F r die Entwicklung des virtuellen Labors ist zu kl ren wann welche Versuche und Fertigkeiten
233. imentbezogene und die informationsbezogene Sicht auf das Meta objektmodell in der Benutzungsoberfl che des virtuellen Labors miteinander verbunden werden h ngt im Wesentlichen von den Anforderungen des Auftraggebers Rolle 3b In GenLab zum Beispiel wurden die experimentbezogene und die informationsbezogene Sicht auf das Metaobjektmodell auf der Ebene der Benutzungsoberfl che nahezu vollst ndig voneinander getrennt Die experimentbezogene Sicht wurde durch eine Laborkomponente realisiert in der die einzelnen Versuche von GenLab durchgef hrt werden k nnen siehe Hasler und Schlattmann 2001 Seite 7 bis 13 Die informationsbezogene Sicht wurde mit Hilfe einer Informationskomponente umgesetzt Die Informationskomponente in GenLab ist ein virtueller Seminarraum mit einer Leinwand verschiedenen Ordnern und einem Computer mit Zugriff auf das Internet Die Leinwand dient zum Vorf hren von Reaktionsabl ufen die Ordner erlauben dem Lerner einen wahlfreien Zugriff auf das f r die Versuche und Versuchskomponenten ben tigte Wissen und der Computer steht f r eine Internet Recherche und externe Applikationen bereit siehe Hasler und Schlattmann 2001 Seite 13 bis 20 Der Lerner kann ber die rechte Maus Taste beziehungsweise ber einen Querverweis hyperlink von der Laborkomponente zur Informationskomponente wechseln In der Informationskomponente werden dann die gew nschten Informationen angezeigt kontextsensitive Hilfe ber eine Schaltfl c
234. ine Volltext Suche im Online Handbuch erlauben und dabei ber cksichtigen dass der Lerner oft nicht genau wei was er sucht siehe Brodbeck und Rupietta 1994 Seite 218 Das elektronische Benutzungshandbuch wird aus Gr nden der schlechteren Lesbarkeit am Bildschirm siehe oben jedoch knapper gehalten als ein gedrucktes Benutzungshandbuch ohne dabei den Anspruch nach Vollst ndigkeit zu verlieren Au erdem sollte das Benutzungshandbuch unabh ngig davon ob gedruckt oder elektronisch mindestens einen Beispieldurchlauf durch das virtuelle Labor enthalten Dieser beschreibt in linearer Form und Schritt f r Schritt welche Aktivit ten der Lerner im 143 virtuellen Labor durchzuf hren hat Dabei werden vom Lerner alle wichtigen Bestandteile des virtuellen Labors mindestens einmal durchlaufen sowie die Benutzungsoberfl che und alle Navigationselemente erkl rt und bedient siehe aufgabenorientierte Gliederung des Benutzungshandbuchs in Balzert 2000b Seite 645 bis 648 Ein Beispieldurchlauf durch das virtuelle Labor liegt zum Beispiel der Dokumentation von GenLab bei 7 8 2 2 Erstelle die technische Dokumentation Artefakt wird von den System Analytikern h Artefakt Die technische Dokumentation und den Designern Entwicklern erstellt Im Gegensatz zum Benutzungshandbuc wird die technische Dokumentation nicht an den Endanwender ausgeliefert Die technische Dokumentation setzt sich zusammen aus der
235. ineering f r Multimedia Systeme im Rahmen der Jahrestagung 1997 der Gesellschaft f r Informatik 1997 September Boles 1998 BOLES Dietrich Begleitbuch zur Vorlesung Multimedia Systeme Oldenburg Carl von Ossietzky Universit t Oldenburg Dezember 1998 Boles u a 1998 BOLES Dietrich DAWABI Peter SCHLATTMANN Marco BOLES Eckhard TRUNK Claudia WIGGER Frank Objektorientierte Multimedia Softwareentwicklung Vom UML Modell zur Director Anwendung am Beispiel virtueller naturwissenschaftlich technischer Labore In APPELRATH Hans J rgen Hrsg BOLES Dietrich Hrsg MEYER WEGENER Klaus Hrsg Tagungsband zum Workshop Multimedia Systeme im Rahmen der GI Jahrestagung 1998 September 1998 S 33 51 Boles und Schlattmann 1998 BOLES Dietrich SCHLATTMANN Marco Multimedia Autorensysteme Graphisch interaktive Werkzeuge zur Erstellung multimedialer Anwen dungen In LOG IN 18 Heft 1 1998 S 10 18 Boles und W therich 1997 BOLES Dietrich W THERICH Gerd Transformationelle Multimedia Softwareentwicklung In FUHR Norbert Hrsg DITTRICH Gisbert Hrsg TOCHTERMANN Klaus Hrsg Hypertext Information Retrieval Multimedia 97 Theorien Modelle und Implementierungen integrierter elektronischer Informationssyste me Proceedings HIM 97 Bd 30 Dortmund Universit tsverlag Konstanz 1997 S 95 108 Hypertext Information Retrieval Multimedia HIM Brake 2000 BRAKE Christoph Medi
236. inem Versuch oder einer Versuchskomponente siehe dazu Erhebe die Anwendungsf lle t in Abschnitt 7 2 1 1 Anschlie end werden die kritischen Anwendungsf lle identifiziert und entsprechende Vorstudien in Auftrag gegeben Bekannte und zuverl ssige Methode des Risikomanagements ist die Fehlerm glichkeits und Einflussanalyse FMEA failure mode and effects analysis Ziel der Fehlerm glichkeits und Einflussanalyse ist es die Fehlerrisiken verschiedener Planungsalternativen zu kalkulieren um diejenige Vorgehensweise auszuw hlen bei der das Entwicklungsrisiko unter Wahrung der Anforderungen des Auftraggebers am geringsten ist Dazu werden die unterschiedlichen Erfahrungen der Projektmitarbeiter bez glich der kritischen Anwendungsf lle zusammengetragen um Probleme bei der Entwicklung des virtuellen Labors von vornherein zu vermeiden Eine wichtige Voraussetzung f r den Erfolg der Fehlerm glichkeits und Einflussanalyse ist daher die Offenheit des Entwicklerteams f r gegenseitige Anregungen siehe Merx 1999 Seite 66 f 65 olle olle und dem Auftraggeber und des Gesamtentwicklungs Artefakt mit Ergebnis dieser Aktivit t ist eine vom Projektleiter berarbeitete und aktualisierte Fassung des Pflichtenheftes plans Dabei flie en s mtliche berlegungen und Ergebnisse der Vorstudien ein A a Sch tze Zeit und Kosten O der Entwicklung Projektleiter P fe die Ressourcen des Entwicklerteams
237. it ten der Assoziationen berpr ft Die Aggregationen wurden dahingehend gepr ft ob eine Komposition vorliegt Zum Schluss wurde das Metaobjektmodell noch um die Abh ngigkeiten von Versuch und Teilversuch erweitert Das so berarbeitete Metaobjektmodell f r virtuelle Labore ist als UML Klassendiagramm in der Abbildung 6 1 dargestellt vergleiche Aden u a 1999 Seite 38 Zum einen liegt dem Metaobjektmodell die Idee zugrunde dass im virtuellen Labor vom Lerner interaktive Versuche beziehungsweise Experimente durchgef hrt werden k nnen Zum anderen soll das virtuelle Labor dem Lerner erm glichen sich umfassend ber die durchzuf hrenden Versuche und die Laborausstattung zu informieren siehe Aden u a 1999 Seite 37 Diese Denkweise legt nahe dass Metaobjektmodell zum einen aus der experimentbezogenen Sicht siehe Kapitel 6 1 und zum anderen aus der 53 1 Ausstattung 1 n A 0 n Sicherheits Theorie Versuchskomponente Hilfsmittel bestimmung Ti 0 n 1 ir 4 tan 1 n On Laborger t bearbeitet x Beh lter amta Substanz 0 Teil Versuch m 1 n 1 Zustandsausgabeger t Zustands nderungsger t 1 1 Per Zustands nderungs funktionaler Anleitun i eng Zustandsausgabeger t Beh lter Glossar
238. it jeder anderen l 1 Komponente verbunden Anleitung Abbildung 6 3 Informationsbezogene Sicht auf das Metaobjektmodell Die Informationsm glichkeiten die dem Lerner im virtuellen Labor zur Verf gung stehen werden durch vier Klassen modelliert Das sind die Anleitung Sicherheitsbestimmung Theorie und das Glossar Anleitungen gibt es sowohl zu jedem Ger t als auch zu jedem Versuch der im virtuellen Labor durchgef hrt werden kann Zu jedem Gegenstand der zur Ausstattung des virtuellen Labors geh rt kann es wichtige Sicherheitsbestimmungen geben Beispielsweise werden wichtige Hinweise f r die richtige Handhabung von Laborgegenst nden gegeben um Unf lle zu vermeiden oder um die Lebensdauer der 57 Laborgegenst nde zu erh hen Sicherheitsbestimmungen sind aber auch bei der Durchf hrung von Versuchen zu beachten So ist es beispielsweise denkbar dass bestimmte Versuche nicht durchgef hrt werden d rfen ohne dass ein Feuerl scher vorhanden ist Um ein Experiment durchf hren zu k nnen ist es oft n tig theoretisches Hintergrundwissen zum Beispiel ber Formeln oder Reaktionsgleichungen zu haben Die Theorie die hinter Versuchen und deren Ergebnissen steckt sollte f r den Lerner abrufbar sein Das Glossar erm glicht schlie lich den schnellen und direkten Zugriff auf alle angebotenen Informationen nach Aden u a 1999 Seite 39 6 3 Zusammenhang der beiden Sichten Wie stark die exper
239. itektur in Form eines Frameworks und das didaktische Konzept des virtuellen Labors festgelegt sowie ein Gesamtentwicklungsplan erstellt Das wichtigste Ergebnis der Entwurfsphase ist ein nahezu vollst ndig spezifiziertes Anwendungsfall Modell das hei t es liegen wenigstens f r jeden Versuch ein entsprechendes annotiertes Versuchsprotokoll und ein Drehbuch vor In oose de GmbH 1999 wird vorgeschlagen am Ende der Entwurfsphase die Ergebnisse dem Auftraggeber vorzustellen externes Review Da die Entwicklung eines virtuellen Labors ein gro es finanzielles Risiko darstellt erscheint es sinnvoll zu diesem Zeitpunkt ber die weitere Durchf hrung oder den Abbruch des Projekts zu entscheiden Umfasst die Entwurfsphase mehr als eine Iteration so wird ein Iterationsmeilenstein eingef gt An diesem Meilenstein werden wichtige Zwischenergebnisse der Entwurfsphase Auch Durchf hrbarkeitsstudie Balzert 2000b Seite 69 3Das k nnen Prototypen zur Demonstration der Benutzungsoberfl che sein Oberfl chenprototypen aber auch Prototypen bei denen bereits ein Teil der Funktionalit t des virtuellen Labors realisiert wurden In Balzert 2000a Seite 224 und Larman u a 2001 Seite 33 wird gefordert dass ungef hr 80 der Anwendungsf lle komplett spezifiziert sind 43 gebunden wie zum Beispiel die Spezifikation zentraler Anwendungsf lle Nach Durchf h rung einer Iteration wird ein Ergebnisbericht der Iteration e
240. iten die bekannt sein m ssen e Erlaubte Abweichungen bei den Mengenangaben In den Versuchsprotokollen werden die Mengen der ben tigten Substanzen oft exakt angegeben wie zum Beispiel 1g Agarose oder 100ml TBE Puffer F r die Erstellung des Simulationsmodells muss bekannt sein wie gro die Abweichungen zu den exakten Mengenangaben sein d rfen so dass trotzdem eine erfolgreiche Versuchsdurchf hrung sichergestellt ist Des Weiteren sollte f r das Simulationsmodell bekannt sein was passiert wenn die Toleranzgrenzen der Mengenangaben ber beziehungsweise unterschritten werden und wenn falsche Substanzen verwendet werden 98 Ungenaue beziehungsweise funktionale Mengenangaben Die Versuchsprotokolle k nnen aber auch nur ungenaue Mengenangaben der ben tigten Substanzen enthalten wie zum Beispiel die Mengenangabe einen kleinen Spatel oder einen gro en Spatel der Substanz zu nehmen dann funktionale Mengenangabe F r das Simulationsmodell muss bekannt sein wie viel Gramm der entsprechenden Substanz ein Spatel bestimmter Gr e im Durchschnitt enth lt und wie gro die Abweichungen sein k nnen Beschaffung und Lagerung der Versuchskomponenten In den Versuchsprotokollen fehlt ebenfalls die Information wo man die entsprechenden Versuchskomponenten im realen Labor herbekommt So werden keine Angaben dar ber gemacht in welchem Beh lter sich die ben tigten Substanzen befinden Des Weiteren fehlen Informationen ber die Lagerungsb
241. iten festgemacht Eine Iteration kann aber auch aus der 68 Implementierung Medienproduktion Test und Evaluation der Arbeitsfl chen Laborger te Beh lter und Substanzen des Versuchs beziehungsweise der Fertigkeiten bestehen Der Iterationsmeilenstein ist dann die Fertigstellung das hei t der Abschluss von Tests und Evaluation des Versuchs beziehungsweise der Fertigkeiten Diese Iteration muss nicht zwangsl ufig in der Konstruktionsphase stattfinden sondern es wird in Larman u a 2001 vielmehr gefordert dass bereits in der Entwurfsphase insbesondere die Architektur implementiert und getestet wird da nur so fr hzeitig gepr ft werden kann ob auch alle Anforderungen ber cksichtigt werden In der Konstruktionsphase werden dann diejenigen Teile entwickelt die in der vorherigen Definitionsphase noch nicht ber cksichtigt wurden 7 1 3 2 Ber cksichtige die Projektorganisation Die Organisationsform des Entwicklerteams Projektorganisation ist f r die Planung der Ressourcen von besonderer Bedeutung Nach Grupp 1996 Seite 43 ist f r den Aufbau eines interdisziplin ren Entwicklerteams die Organisationsform des Matrix Projekts typisch Hierbei werden die einzelnen Projektmitarbeiter entweder als Vollzeit oder Teilzeit Mitarbeiter f r die Dauer der Entwicklung des virtuellen Labors besch ftigt Als Vollzeit Mitarbeiter werden zum Beispiel die Informatiker und Medienspezialisten eingestellt w hrend der Fachexperte
242. itere Lerneinheit spezifizieren Lerneinheiten spezifiziert Abbildung 7 10 Der Workflow zum Tutorkonzept Die Aktivit ten im Workflow des Tutorkonzeptes ow im Detail beschrieben Im Einzelnen sind das werden in den folgenden Kapiteln e W hle die Wissenserhebungsmethoden siehe Kapitel 7 3 1 e Analysiere die Dom ne siehe Kapitel 7 3 2 84 e Erstelle das didaktische Konzept siehe Kapitel 7 3 3 o Spezifiziere Aufbau und Ablauf der Lerneinheit t siehe Kapitel 7 3 4 und e Spezifiziere das Hintergrundwissen zur Lerneinheit siehe Kapitel 7 3 5 7 3 1 W hle die Wissenserhebungsmethoden F r die Wahl der Methoden zur Wissenserhebung muss zun chst ermittelt werden welche Quellen herangezogen werden sollen beziehungsweise welche Quellen zur Wissenserhebung berhaupt zur Verf gung stehen Dabei sind die zur Verf gung stehenden Quellen von der Dom ne und der Zielgruppe des virtuellen Labors abh ngig Als m gliche Quellen f r die Wissenserhebung kommen prinzipiell in Frage e Texte Das sind B cher oder Dokumente der Dom ne in gedruckter oder elektronischer Form wie zum Beispiel die Versuchsprotokolle der realen Laborpraktika und das Metaobjektmodell f r virtuelle Labore siehe Kapitel 6 Aber auch schriftlich fixierte Fallbeispiele und Beobachtungen von den Fachexperten k nnen zur Wissenserhebung verwendet werden e Experte Mit Experte ist der Fachexperte aus dem Entwic
243. kbar dass die Einstellung der Umdrehungszahl einer Zentrifuge 101 in den Versuchsprotokollen mit 13 000 14 000 oder auch 15 000 Umdrehungen pro Minute angegeben wird obwohl jeweils auch einer der anderen Werte erlaubt gewesen w re insbesondere also auch jedesmal 14 000 Umdrehungen pro Minute Sind Ger teeinstellungen nicht entscheident f r das Versuchsergebnis so sind diese in den Versuchsprotokollen zu vereinheitlichen das hei t die Versuchsprotokolle sind aufeinander abzustimmen und zu optimieren Die Vereinheitlichung ist insbesondere in Hinsicht auf die Erstellung der Laborger te wichtig um zu entscheiden welche Einstellungsm glichkeiten an dem jeweiligen Laborger t modelliert werden m ssen So kann zum Beispiel eine Zentrifuge im realen Labor einen Drehregler zur kontinuierlichen Einstellung der Umdrehungszahl haben w hrend in den Versuchen des virtuellen Labors nur die beiden Einstellungen von entweder 7 000 oder 14 000 Umdrehungen pro Minute ben tigt werden F r die virtuelle Zentrifuge kann der Drehregler dann so modelliert werden dass er nur diese beiden diskreten Werte annehmen kann Bez glich der Virtualisierung der Versuchsprotokolle ist es wichtig dass die genannten Probleme von dem Fachexperten und dem Fachdidaktiker verstanden und nachvoll zogen werden um den Informatikern gegebenenfalls gezielt Hilfestellungen geben zu k nnen So k nnen bereits bei der Erstellung der annotierten Versuchsproto
244. klerteam des virtuellen Labors gemeint Dieser hat umfangreiche Kenntnisse ber die Dom ne des virtuellen Labors und steht als Informationsquelle f r die Fragen des Fachdidaktikers Role und der System Analytiker zur Verf gung Die Texte k nnen mittels einer Textanalyse weiterverarbeitet werden Bei Experten k nnen prinzipiell die Methoden des Interviews formale Techniken und Beobachtungstechniken mit anschlie ender Problemanalyse durchgef hrt werden Interviews erfolgen in Form von Expertenbefragungen und werden durch Audio und Videoaufzeichnungen unterst tzt For male Techniken wie zum Beispiel die Konzeptsortierung oder das Konstruktgitterverfahren repertory grid technique siehe Schmidt 1989 Gaines und Shaw 1995 entsprechen im Wesentlichen dem Interview Durch ihre formale Grundlage sind diese Techniken objektiver als Interviews allerdings in der Regel auch weniger zielgerichtet Eine Beobachtungstechnik mit anschlie ender Problemanalyse ist zum Beispiel das Ermitteln von Fallbeispielen durch die Teilnahme an einem oder mehreren realen Laborpraktika mit anschlie ender Auswertung der gewonnenen Informationen Eine ausf hrliche Analyse und Beschreibung der Methoden zur Wissenserhebung ist zum Beispiel in Schmidt 1989 Seite 83 bis 117 zu finden Die konkrete Wahl der Quellen und Methoden zur Wissenserhebung wird gemeinsam von den Fachexperten und den Fachdidaktikern unter Absprache mit dem Projektleiter und
245. koll Ein Versuchsprotokoll enth lt eine knappe und in der Regel sequenzielle Beschreibung der Arbeitsschritte die f r die Durchf hrung eines Versuchs notwendig sind VirtLab Auf der Basis der Ergebnisse und Erfahrungen von tGenLab werden in VirtLab seit September 2000 Methoden und Werkzeuge also Vorgehensmodelle Notationen Entwurfsmuster Frameworks und Spezifikationssprachen zur Entwicklung allgemeiner multimedialer virtueller naturwissenschaftlich technischer Labore und Praktika erarbeitet Erkl rtes Ziel von VirtLab ist es die schnelle und kosteng nstige Produktion qualitativ hochwertiger virtueller Labore zu erm glichen Virtuelle Realit t Virtuelle Realit t ist eine durch ein Computer System erzeugte Modellwelt in der im fEchtzeitverhalten navigiert werden kann mit dem Anspruch dem Benutzer durch koordinierte Stimulierung von Sinnesorganen mittels geeigneter Ger te den Eindruck zu vermitteln sich in dieser Modellwelt zu befinden Virtuelles Labors Siehe Kapitel 2 8 Vorgehensmodell Siche Kapitel 2 1 Werkzeug Siehe TCASE Werkzeug Workflow Siehe tGesch ftsprozess Zwischenergebnis Siehe tArtefakt 193 E Literaturverzeichnis Aden u a 1998 ADEN Thomas APPEL J rg BOLES Dietrich DAWABI Peter HEUTEN Wilko KOOPMANN Stefan KR GER Tobias LINDNER Marco SACHTELEBEN Mario SCHLATTMANN Marco SCHNEIDER Holger WICHMANN Christian Zwischenbericht Teil B der Projektgruppe Virtuelle n
246. kolle amp diese um Hinweise zur Virtualisierung erg nzt werden Wichtig im Umgang mit den Versuchsprotokollen beziehungsweise den annotierten Versuchsprotokollen ist auch das vorliegende Format In der Regel werden die Versuchs protokolle von den Fachexperten mit Hilfe eines g ngigen Textverarbeitungssystems wie zum Beispiel Mircosoft Word erstellt und in dessen Dateiformat gespeichert Dieses Dateiformat kann jedoch nicht direkt weiterverarbeitet werden Daher m ssen die Versuchs protokolle zun chst konvertiert werden Anschlie end k nnen die Versuchsprotokolle in ein Autorensystem beziehungsweise die verwendete Entwicklungsumgebung durch einfaches Einf gen oder mit Hilfe spezieller Werkzeuge integriert und beispielsweise zur Erstellung eines Anleitungsfensters verwendet werden Des Weiteren ist die Erstellung einer zus tzlichen l ngeren Version der Versuchprotokolle f r den Ausdruck auf Papier und f r das Online Handbuch denkbar Hasler u a 2001 Zur besseren Veranschaulichung und zur Visualisierung der Arbeitsabl ufe und des Versuchsaufbaus wird au erdem auf der Grundlage der annotierten Versuchsprotokolle amp k ein Drehbuch erstellt siehe auch Jarz 1997 Seite 261 bis 296 In dem Drehbuch werden die Lerneinheiten in einer nicht formalen Spezifikationssprache festgehalten und besteht im Wesentlichen aus einer graphischen Skizzierung von Aufbau und Ablauf der Lerneinheit So wurde zum Beispiel
247. kopien von der Entwicklungsumgebung des virtuellen Labors vergleiche Kruchten 2000 Seite 265 5 4 7 System Analytiker Der System Analytiker ist f r die Erhebung der Anwendungsf lle des virtuellen Labors also die Erstellung des Anwendungsfall Modells verantwortlich vergleiche Kruchten 2000 Seite 265 Dazu muss der System Analytiker in der Lage sein sich sehr gut in die Dom ne des virtuellen Labors einzuarbeiten Es ist also ein hoher Kommunikationsbedarf mit den Fachexperten und Fachdidaktikern vorhanden Weitere wesentliche Aufgabe der System Analytiker ist die Erstellung und Erweiterung der Architektur des virtuellen Labors vergleiche die Rolle architect in Kruchten 2000 Seite 263 Rolle 5 4 8 Tester Die Tester sind f r die Qualit tssicherung des virtuellen Labors verantwortlich Dazu werden geeignete Testf lle erhoben zu den Testf llen entsprechende Testprozeduren erstellt und diese von den Testern ausgef hrt vergleiche Merx 1999 Seite 25 Die Testf lle betreffen jedoch nicht die einzelnen Komponenten des virtuellen Labors die bereits von den Designern Entwicklern Folle getestet werden sondern beziehen sich ausschlie lich auf die einzelnen Teilsysteme und das virtuelle Labor selbst Au erdem nehmen die Tester eine Bewertung der Tests vor vergleiche Kruchten 2000 Seite 265 50 5 5 Auftraggeber Der Auftraggeber ist der Investor des virtuelle
248. l che der Lerneinheit wird eine entsprechende Drehbuchseite zur Skizzierung des Aufbaus der Versuchskomponenten erstellt Au erdem sind aus dem Drehbuch neben Aufbau und Ablauf der Lerneinheiten auch die Farbgebung der Arbeitsfl che sowie der Laborger te Beh lter und Substanzen zu entnehmen 104 W nschenswert ist au erdem ein entsprechendes Entwicklungswerkzeug dass die Erstel lung des Drehbuchs t geeignet unterst tzt Nagl u a 1999 Seite 103 Dabei werden zum Beispiel die Felder der Drehbuchseite wie Anwendung Lerneinheit Seitennummer Ersteller Verantwortlicher und Datum vom Werkzeug ausgef llt Die Skizzierung von Aufbau und Ablauf der Lerneinheit kann zum Beispiel mit Hilfe eines Graphiktabletts erfolgen Daf r k nnen gegebenenfalls auch Miniaturansichten zu den Versuchskomponenten verwendet werden Gegen ber einem handskizziertem Drehbuch bietet das Werkzeug die M glichkeit auf einfache Weise nderungen und Anpassungen am Versuchsaufbau und ablauf vorzunehmen Des Weiteren k nnen die einzelnen Drehbuchseiten zu den Lerneinheiten mit Hilfe dieses Werkzeuges verwaltet werden Eine alternative M glichkeit zur Darstellung der Versuchsabl ufe sind Aktivit tsdia gramme Dies setzt allerdings voraus dass Aktivit tsdiagramme und die entsprechende Notation von allen Projektmitarbeitern und insbesondere den Fachexperten und Fachdidaktikern verstanden und akzeptiert werden siehe dazu Erhebe die
249. le Entwicklung multimedialer Lehr und Lernsysteme beschrieben Nach der klassischen Software Technik setzt sich die Software Entwicklung aus den drei interagierenden Bereichen Software Management Software Entwicklung und Software Oualit tssicherung zusammen siehe Balzert 2000b Diese stellen im Wesentlichen die Grundlage der Multimedia Entwicklung dar Das Hauptziel des Software Managements ist die erfolgreiche Durchf hrung einer Soft ware Entwicklung Die Aufgaben des Software Managements sind die Einsatzmittelplanung also die Termin Ressourcen und Kostenplanung sowie die Koordination der Einzelaufgaben innerhalb der Gesamtentwicklung F r die Entwicklung von multimedialen Lehr und Lernsystemen wird ein lineares Vorgehensmodell vorgeschlagen siehe Abbildung 3 3 aus Nagl u a 1999 Seite 117 Dieses ergibt sich aus den industriellen Randbedingungen der Budgetierung und Terminierung der Software Entwicklung K nnen diese Randbedingungen vernachl ssigt werden entwickelt sich das Vorgehensmodell in Richtung des evolution ren Modells in dem es mehr R ckkopplungen gibt Die Software Entwicklung besteht aus den sechs aufeinander aufbauenden Phasen Planung Definition Entwurf Implementierung Abnahme und Einf hrung sowie Wartung und Pflege Diese entsprechen im Wesentlichen den Phasen des Phasenmodells Allerdings umfasst die Analysephase des Phasenmodells bereits die beiden Phasen Planung und Definition Die Testphase wird hier nic
250. le Labor angebunden 7 4 2 Verfeinere die Architektur Die in Kapitel 7 4 1 festgelegte Architektur des virtuellen Labors wird in dieser Aktivit t von den Designern Entwicklern und den Simulationsspezialisten verfeinert Ziel der Verfeinerung der Architektur ist es den nat rlichen bergang von der objektorientierten Analyse zum objektorientierten Entwurf bereit zu stellen Kruchten 2000 Dazu wird zum einen das intelligente Tutorsystem betrachtet Dieses wird insofern verfeinert als dass die einzelnen Module das hei t das Lerner Lehrer und Expertenmodul entworfen werden und deren gegenseitiges Zusammenwirken festgelegt wird Problematisch ist dabei allerdings dass es zwar eine allgemeine Architektur f r intelligente Tutorsysteme siehe Abbildung 2 1 gibt diese jedoch nicht die Art der Interaktion und Kooperation der einzelnen Module beschreibt Au erdem existieren f r die Implementierung der Module wiederum jeweils eine Vielzahl von M glichkeiten siehe Witschital 1990 Seite 32 bis 61 Bei der Verfeinerung der Architektur werden des Weiteren die einzelnen Komponenten des Simulators identifiziert So k nnen zum Beispiel bestimmte Reaktionsabl ufe oder Interaktionen mit den Beh ltern und Laborger ten identifiziert und zu einer Klasse zusammengefasst werden Ist f r das virtuelle Labor eine Client Server Verteilung vorgesehen so ist in dieser Aktivit t die verwendete Kommunikationstechnik zwischen Client und Serv
251. len verwendet so m ssen eventuell vorliegende Urheberrechte gepr ft und gegebenenfalls Nutzungslizenzen erworben werden siehe Heinrich und Schifman 2000 Seite 150 f Die Ergebnisse dieser Aktivit t werden in einer aktualisierten Version der Liste der ben tigten Medien festgehalten 16Zum Beispiel B cher Ressourcen im Internet oder spezielle Multimedia CDs 122 7 5 4 Strukturiere die Medienproduktion In dieser Aktivit t wird die eigentliche Medienproduktion den Medienspezialisten auf der Grundlage der Liste der ben tigten Medien eine Zeit und Kostensch tzung der Medienproduktion erstellt siehe dazu Sch tze Umfang und Risiko des Projekts in Kapitel 7 1 2 Diese wird vom Projektleiter mit der Zeit und Kostensch tzung im Gesamtentwicklungsplan verglichen Ziel ist es die Medienproduktion m glichst effizient zu halten damit die Kosten nicht zu hoch werden H ngen die Medien voneinander ab so wird festgelegt in welcher Reihenfolge diese zu produzieren sind Sind die Medien unabh ngig voneinander so kann die Digitalisierung Erstellung berarbeitung und Beschaffung der Medien parallel erfolgen Sawhney 1995 Seite 47 Des Weiteren wird festgelegt welches Medium von welchem Medienspezialisten produziert wird und welche Werkzeuge dabei verwendet werden Nach Best tigung der Planung durch den Projektleiter kann die eigentliche Medienproduktion beginnen geplant D
252. len Labors auf den verschiedensten Computer Systemen und Konfigurationen sicherzustellen Wurde das virtuelle Labor in der Einsatzumgebung getestet und als betriebsf hig angesehen so wird mit der Abnahme des letzten externen Release durch den Auftraggeber die Einf hrungsphase abgeschlossen und damit das Projekt als beendet erkl rt siehe auch Fr hauf u a 1991b Seite 87 Die Iterationsmeilensteine der Einf hrungsphase sind 45 des Phasenmeilensteins muss das letzte externe Release Version des Benutzungshandbuchs und vom Auftraggeber 46 e Abschluss der B Tests S IMS Rolle e externes Release beim Auftraggeber erfolgreich eingef hrt und e Abschluss der Schulung S optional Zur Erreichung des Iterationsmeilensteins m ssen die folgenden Artefakte vorliegen e Ergebnisbericht der Iteration t Artefakt e Gesamtentwicklungsplan aktualisiert und Artefak o externes Release Der Phasenmeilenstein der Einf hrungsphase ist der Projektabschluss Zur Erreichung Artefakt inklusive der endg ltigen Artefakt Artefakt Vorliegen und der technischen Dokumentation Roll e abgenommen worden sein 5 Die Rollen des VirtLab Prozess Die an der Entwicklung von virtuellen Laboren beteiligten Personen nehmen bei der Durchf hrung der Aktivit ten die verschiedensten Rollen ein Die allgemeinste Rolle die eine Person des Entwicklerteams einnehmen kann ist die des Projektmitarbeiters Rollei Diese
253. len legen die 3D Modellierungsspezialisten in Absprache mit dem Fachdidaktiker fest welche Elemente des zu modellierenden Laborger tes wichtig sind und welche unwichtig Wichtige Elemente wie notwendige Schalter Kn pfe und Regler zur Bedienung eines Laborger tes m ssen detailliert nachgebildet werden da sie die Funktionalit t des sp teren virtuellen Laborger tes darstellen Diese m ssen in der Regel beweglich sein au er zum Beispiel Sensor Tasten und sind bei der Implementierung des virtuellen Laborger tes entsprechend zu ber cksichtigen Unwichtige Elemente k nnen weniger genau modelliert oder sogar weggelassen werden falls diese f r die Versuchsdurchf hrung nicht ben tigt werden Das Laborger t wird in diesem Fall also nur 124 zum Teil modelliert und entspricht gerade der Modellierungsgenauigkeit die f r das virtuelle Labor ben tigt wird Dadurch werden zum einen die Herstellungskosten des 3D Modells reduziert Zum anderen wird durch ein einfacheres Modell des Laborger tes der Lerneffekt erh ht da sich der Lerner auf die f r ihn wichtigen Ger teeigenschaften konzentrieren kann und sich nicht mit der eigentlichen Komplexit t des Laborger tes und den f r die Versuchsdurchf hrung unwichtigen Eigenschaften besch ftigen muss vergleiche Kronberg 1998 Seite 30 Bei der Erstellung von 3D Modellen sind des Weiteren die Probleme der Virtualisierung zu beachten Diese werden in der Aktivit t Spezifiziere Aufbau
254. licher Software Systeme spezialisiert wird Diese Spezialisierung stellt gegen ber dem Unified Software Development Process keinen Nachteil dar da der Workflow zur Gesch ftsprozessmodellierung ohne weiteres aus dem Vorgehensmodell entfernt werden kann falls dieser nicht ben tigt wird Der Object Engineering Process ist dem Rational Unified Process sehr hnlich Wie der Rational Unified Process so ist auch der Object Engineering Process auf die Entwicklung betrieblicher Software Systeme spezialisiert und wird ebenfalls als eigenst ndiges Produkt vermarktet und weiterentwickelt W hrend der Object Engineering Process allerdings ein reines Vorgehensmodell darstellt sieht der Rational Unified Process einen ganzheitlichen Ansatz vor Neben der Zuordnung von Rollen Aktivit ten und Artefakte findet im Rational Unified Process auch eine Zuordnung der einzusetzenden Entwicklungswerkzeuge CASE Werkzeuge statt ohne das der Entwickler auf die Verwendung dieser Werkzeuge angewiesen ist Wesentlicher Vorteil der auf Workflows basierenden modernen Vorgehensmodellen gegen ber den klassischen und speziellen Vorgehensmodellen ist dass diese sich relativ einfach an die Bed rfnisse einer konkreten Anwendung erweitern und anpassen lassen Au erdem ist in den auf Workflows basierenden modernen Vorgehensmodellen bereits ein Rollenkonzept integriert Daher eignen sich diese Vorgehensmodelle hervorragend f r die Entwicklung virtueller Labore Das Vorgehensmod
255. ligten Rollen werden jeweils durch ein nach rechts gezogenes Quadrat mit einem dar ber liegendem Kreis dargestellt Zur Abgrenzung zwischen externen und internen Rollen werden au erdem die Aktivit ten und die internen Rollen durch einen grauen Kasten eingeschlossen Im Gegensatz zu den Aktivit ten der Workflows stehen bei einer Detailansicht die Aktivit ten in der Regel nicht mehr in einem unmittelbaren logischen oder zeitlichen Zusammenhang Allerdings sind die Aktivit ten in einer Detailansicht spaltenweise von links nach rechts gewichtet und innerhalb der Spalten von oben nach unten 60 Die einzelnen Workflows des VirtLab Prozess werden in den folgenden Kapiteln 7 1 bis 7 10 beschrieben Die einzelnen Teile der Workflows das hei t die durchzuf hrenden Aktivit ten und die dabei zu erstellenden oder zu verwendenden Artefakte werden in den jeweiligen Unterkapiteln zu den Workflows beschrieben 7 1 Projektmanagement Das Projektmanagement umfasst die Planung Organisation Leitung und Kontrolle zur Entwicklung des virtuellen Labors siehe Balzert 2000b Merx 1999 Der Workflow des Pro jektmanagements ow ist identisch mit dem entsprechenden Workflow des Rational Unified Process siehe Kruchten 2000 Seite 124 und ist in der Abbildung 7 3 dargestellt W hrend der Definitionsphase wird in der initialen Iteration zun chst die Grundidee f r das neue virtuelle Labor erarbeitet Anschlie end wird der Umfang und das Risiko zu
256. ll alle Arbeitsschritte streng sequenziell nach den Vorgaben des Versuchsprotokolls abgearbeitet werden Unter Umst nden erspart es jedoch Zeit und Materialkosten wenn bestimmte Arbeitsschritte parallel oder in einer anderen Reihenfolge durchgef hrt werden Auch sind die Anzahl und Art der gemachten Fehler zu protokollieren da diese wichtige Informationen ber den Lernerfolg liefern 93 Um den Lernerfolg objektiv zu messen sind die einzelnen Aktionen des Lerners auszuwerten und zu bewerten Daf r wird basierend auf der Protokoll Struktur eine Punktebewertung eingef hrt F r jede Aktivit t des Lerners wird eine Punktezahl vergeben Im einfachsten Fall ergibt sich die Punktebewertung der Lerneinheit durch einfaches Aufsummieren oder durch bilden des Durchschnitts ber die Punktezahlen der einzelnen Aktionen des Lerners w hrend der Durchf hrung der Lerneinheit Russell und Norvig 1995 Seite 47 f Zu bewerten ist zum Beispiel die Reihenfolge in der die einzelnen Arbeitsschritte eines Versuches durchgef hrt wurden die daf r ben tigte Zeit sowie die Anzahl und Schwere der Fehler Aber auch die verstrichene Zeit die der Lerner f r die Abarbeitung eines Versuches ben tigt flie t in die Punktebewertung mit ein Die Punktebewertung gibt Auskunft dar ber wie erfolgreich ein Lerner bei der Abarbeitung einer Lerneinheit war vergleiche performance measure in Russell und Norvig 1995 Seite 32 Sie dient dabei vornehmlich zur Motivation
257. lle Labore 2 222 r nennen Experimentbezogene Sicht auf das Metaobjektmodell Informationsbezogene Sicht auf das Metaobjektmodell Notation zur Darstellung der Workflows 2 22 2 2 o nennen Notation zur Darstellung der Detailansichten 2 22200 Der Workflow f r das Projektmanagement 2 222 20 n nennen Detailansicht der Aktivit t Ersinne neues virtuelles Labor Detailansicht der Aktivit t Sch tze Umfang und Risiko des Projekts Detailansicht der Aktivit t Erstelle den Gesamtentwicklungsplan Der Workflow f r die Anforderungsbestimmung 2 222 200 Detailansicht der Aktivit t Analysiere das Problem 2 2 2 Detailansicht der Aktivit t Definiere das virtuelle Labor 2 7 10 Der Workflow zum Tutorkonzept 2 2 2 Emm nn een 7 11 Detailansicht der Aktivit t Analysiere die Dom ne 2 2 2220 vii viii 7 12 7 13 7 14 7 15 7 16 7 17 7 18 7 19 7 20 7 21 7 22 1 23 7 24 7 25 7 26 HR 7 28 7 29 A l A2 A 3 Cl Verwendung von Terminologien und Konzepte 2 2 22 20 87 Detailansicht der Aktivit t Erstelle das didaktische Konzept 90 Detailansicht der Aktivit t Spezifiziere Aufbau und Ablauf der Lerneinheit 96 Beispiel einer Drehbuchseite zur Darstellung des Versuchsablaufs 103 Beispiel einer Drehbuchseite zur Darstellung des Versuchsaufbaus 104 D
258. ls besteht Das Lernermodul 92 ermittelt den Wissensstand des Lerners indem es den aktuellen Zustand des virtuellen Labors beobachtet Das Lehrermodul vergleicht die Beobachtungen mit der Kurzanleitung im Anleitungsfenster und nimmt entsprechende Eintragungen vor Des Weiteren ist f r eine umfassende adaptive Hilfe auch der Einsatz eines Expertensystems denkbar siehe Entwerfe das Expertensystem t in Kapitel 7 4 7 Unabh ngig von den genannten Varianten k nnen die Inhalte der Hilfestellung in inhaltsbezogene und interaktionstechnische Hilfestellung unterschieden werden Die inhalts bezogene Hilfestellung betrifft die Dom ne des virtuellen Labors und liefert zum Beispiel Information zu einem Arbeitsschritt des Versuchsablaufs oder zu einer Versuchskomponente Bei der interkationstechnischen Hilfestellung handelt es sich um Informationen bez glich der Bedienung des virtuellen Labors und insbesondere der Laborger te und Beh lter sowie der Labornavigation 7 3 3 4 Konzipiere die Lerneranalyse Die Lerneranalyse ist sowohl Bestandteil des Lerner als auch des Lehrermoduls F r die Konzeption der Lerneranalyse sind eine Reihe von Aspekten zu ber cksichtigen siehe auch Diagnose des Wissenstandes des Lernenden in Witschital 1990 Seite 47 bis 50 So muss untersucht werden welche Kriterien den Lernerfolg ausmachen das hei t nach welchen Gesichtspunkten der Lernerfolg gemessen werden soll Des Weiteren ist zu entscheiden welche Hilfsmi
259. m Werkzeug der Ablauf der Versuche und Fertigkeiten bestimmt werden das hei t es werden die einzelnen Arbeitsschritte festgelegt die zur erfolgreichen Durchf hrung der Lerneinheiten zu erledigen sind siehe Spezifiziere Aufbau und Ablauf des Versuchs bzw der Fertigkeit Abschnitt 7 3 4 1 Werkzeug zur Erstellung des Drehbuchs Es ist denkbar die Erstellung des Drehbuchs mit Hilfe eines Werkzeuges geeignet zu unterst tzen Das Werkzeug kann zum Beispiel bestimmte Felder der Drehbuchseiten automatisch ausf llen und zur Verwaltung der Drehbuchseiten verwendet werden Die Skizzierung von Aufbau und Ablauf der einzelnen Lerneinheiten erfolgt dabei zum Beispiel mit Hilfe eines Graphiktabletts Daf r k nnen gegebenenfalls auch Miniaturansichten zu den Versuchskomponenten erstellt und verwendet werden Das Werkzeug hat gegen ber dem handskizzierten Drehbuch zum Beispiel den Vorteil dass auf einfache Weise nderungen und Anpassungen am Versuchsaufbau und ablauf durchgef hrt werden k nnen siehe Spezifiziere Aufbau und Ablauf des Versuchs bzw der Fertigkeit in Abschnitt 7 3 4 1 Werkzeug zur Integration des Hintergrundwissens Mit Hilfe dieses Werkzeuges k nnen die einzelnen Medien zum Hintergrundwissen der Lerneinheiten in das virtuelle Labor integriert werden Auch besteht die M glichkeit Texte zu editieren und Querverweise einzuf gen Das Werkzeug zur Integration des Hintergrundwissens wird von den Fach experten
260. m verk rzt werden kann dauert eine Entwicklung nach dem V Modell entsprechend lange und ist somit sehr teuer Der Vorteil des V Modells ist jedoch das bereits vorhandene Rollenkonzept dass nur noch auf die Rollen zur Entwicklung virtueller Labore angepasst werden muss Einer der gr ten Vorteile der objektorientierten Software Entwicklung ist die perfekte Durchg ngigkeit von der objektorientierten Analyse ber den objektorientierten Entwurf bis zur objektorientierten Implementierung Balzert 2000a Seite 168 Dieser Vorteil wird zum Beispiel unter Verwendung der Unified Modeling Language als Modellierungssprache f r die objektorientierte Analyse und den objektorientierten Entwurf und zum Beispiel Java als objektorientierte Programmiersprache erreicht Mit den Methoden zur Klassenbildung und Vererbung ist die objektorientierte Software Entwicklung sehr gut zur Modellierung der Dom ne des virtuellen Labors und insbesondere zur Erstellung des Simulators geeignet Bei auftretenden Fehlern oder sp teren Erweiterungen des Software Systems kommen die weiteren Vorteile der objektorientierten Software Entwicklung wie Datenkapselung Erweiterbarkeit und Wiederverwendbarkeit zum Tragen Vor allem die Wiederverwendbarkeit kommt dem Aspekt einer kosteng nstigen Produktion und dem Aufbau beziehungsweise Einsatz eines Frameworks f r virtuelle Labore sehr entgegen siehe dazu Hasler und Schlattmann 2001 Seite 23 Nach Balzert 2000b Seite 856 erlaub
261. mat zu kontrollieren Zum anderen sind die gestalterischen Aspekte zu ber cksichtigen Dazu ist das Erscheinungsbild des Mediums im Gesamtkontext des virtuellen Labors zu beurteilen Zu betrachtende Aspekte sind beispielsweise die Farbwahl und die Realit tstreue der Modellierung Ein voraussichtliches Erscheinungsbild im Gesamtkontext des virtuellen Labors ist dann zu beurteilen wenn die Medien f r ein Laborger t zwar bereits erstellt aber noch nicht integriert worden sind Setzt sich ein Medium aus mehreren Medien zusammen wie zum Beispiel bei den Abbildern der Laborger te in der 2D Darstellung so muss gepr ft werden ob sich die einzelnen Teile zu einem sinnvollen Ganzen zusammenf gen lassen Dazu werden die einzelnen Medien in ein geeignetes Bildbearbeitungsprogramm 7 geladen zusammengesetzt und insgesamt bewertet das hei t es wird gepr ft ob die Medien zueinander passen Medien die nicht in Ordnung sind m ssen erneut digitalisiert berarbeitet oder erstellt werden Wurde ein externes Unternehmen mit der Erstellung der Medien beauftragt siehe Be schaffe die Medien in Kapitel 7 5 8 dann werden nach Lieferung der Medien diese von den Medienspezialisten gepr ft Entsprechen die Medien nicht der vereinbarten Leistung so wird dies dem Hersteller mitgeteilt und eine Nachbesserung gefordert Sind die Medien in Ordnung so erfolgt die Abnahme durch den Projektleiter Unter Umst nden m ssen die Medien nach Lief
262. ment davon abdecken Ein multimediales Lehr und Lernsystem kann in der schulischen Ausbildung an Hoch und Fachschulen in der beruflichen Erst und Zweitausbildung sowie in der beruflichen Fortbildung eingesetzt werden siehe auch BmBF 2001 2 6 Simulator Nach der Brockhaus Enzyklop die 1992 wird in der Informatik unter einem Simulator ein Software System verstanden das einen Prozess oder das Verhalten eines Systems auf einem Computer System darstellt oder nachbildet simuliert Eine Simulation ist demnach eine Siehe Glossar modellhafte Darstellung oder Nachbildung bestimmter Aspekte eines vorhandenen oder zu entwickelnden Systems auf einem Computer System mit Hilfe mathematischer oder abstrakter Modelle Simulationsmodelle Dabei wird insbesondere das Zeitverhalten des Systems betrachtet das hei t wie sich der Zustand des Systems ber die Zeit ndert vergleiche Duden Informatik 1993 Seite 648 Die Simulation erlaubt die Untersuchung oder Manipulation von Abl ufen die man in der Wirklichkeit zum Beispiel aus Zeit Kosten und Gefahrengr nden nicht durchf hren kann Im Simulationsmodell spiegeln sich die wesentlichen Eigenschaften der zu simulierenden Vorg nge und ihre gegenseitige Beeinflussung wider Mit Hilfe einer Simulation kann eine Prognose f r die Wettervorhersage generiert ein Pilot in einem Flugsimulator ausgebildet oder ein Experiment in einem virtuellen Labor durchgef hrt werden Alle Ergebnisse einer
263. modell 1 22 2 x aux aa u aa Aa Dash 3 2 2 Iteriertes Phasenmodell 2 2 2 2 s 2 5 2 7 202 ka Hr 2a 3 2 3 Prototypenmodell Sa 22H ae a are O 2 2 2 0 0 0 N N 13 13 13 15 15 15 16 17 18 18 19 ii 3 2 4 Evolution re Software Entwicklung ooa aaa 3 2 5 Transformationelle Software Entwicklung 2 22 22 3 2 6 Splalmedell satse e nart ker i a ai 3 2 V Modell se rora 8 5 208 dm dene erde 3 2 8 Objektorientierte Software Entwicklung oaoa 2 9 Catalysis mr Be are a e ee un D E D a e Y 3 2 10 Bewertung der klassischen Vorgehensmodelle 3 3 Spezielle Vorgehensmodelle 2 22 au ou zus zu as ua ar ae 3 3 1 Vorgehensmodell f r die Multimedia Anwendungsentwicklung 3 3 2 Vorgehensmodell zur Entwicklung von Lehr und Lernsystemen 3 3 3 Vorgehensmodell f r die industrielle Entwicklung multimedialer Lehr und Eernsysteme ioi ya nase Br Bee 3 3 4 Bewertung der speziellen Vorgehensmodelle 2 2 2 2 3 4 Vorgehensmodelle der modernen Software Technik 2 2 2 2 3 4 1 Auf Workflows basierende Vorgehensmodelle USDP RUP OEP 3 4 2 Extreme Programming 2 CC on 3 4 3 Bewertung der modernen Vorgehensmodelle 22 2 2220 3 5 L sungsansatz f r virtuelle Labore der VirtLab Prozess Die Phasen und Meilensteine des VirtLab Prozess 4 1 Definitionsphase u 2 24 au 2 as au a WE a ea ee 4 24 Entwurfsphase 2 2 2 2 e
264. modelle der klassischen Software Technik orientiert sich nach Appelrath u a 1998 Pagel und Six 1994 und Balzert 2000b Typische Vertreter von Vorgehensmodellen der klassischen Software Technik sind demzufolge e das Phasenmodell e das iterierte Phasenmodell das Prototypenmodell die evolution re Software Entwicklung die transformationelle Software Entwicklung e das Spiralmodell Das transformationelle Vorgehensmodell und das Spiralmodell sind in diesem Buch nicht enthalten 17 e das V Modell und e die objektorientierte Software Entwicklung Diese werden in den Kapiteln 3 2 1 bis 3 2 8 beschrieben Danach wird in Kapitel 3 2 9 noch das Vorgehensmodell Catalysis als eine Erweiterung der objektorientierten Software Entwicklung vorgestellt Abschlie end wird in Kapitel 3 2 10 eine Bewertung der klassischen Vorgehensmodelle vorgenommen 3 2 1 Phasenmodell Das Phasenmodell ist das lteste und bekannteste Vorgehensmodell der klassischen Software Technik Der Software Entwicklungsprozess setzt sich aus den f nf aufeinander folgenden Phasen Analyse Entwurf Implementierung Test sowie Einsatz und Wartung zusammen Appelrath u a 1998 Seite 108 111 In der Analysephase werden die funktionalen Anforderungen des Auftraggebers an das zu entwickelnde Software System ermittelt Es wird die Frage gestellt was das System leisten soll Die technische Realisierung ist in dieser Phase nicht von Interesse In der darauf
265. n Nach der Bestimmung der Rollen zu den einzelnen Projektmitarbeitern Role iiber die Zeit sind die w hrend der Entwicklung des virtuellen Labors durchzuf hrenden Aktivit ten 69 zu bestimmen soweit das hier bereits m glich ist F r jede Aktivit t wird festgelegt wann diese durchzuf hren ist und wie lange die Durchf hrung dauert Die Aktivit ten werden des Weiteren bestimmten Rollen also Projektmitarbeitern zugeordnet und im Gesamtentwicklungsplan festgehalten Die Darstellung der einzelnen Aktivit ten im Gesamtentwicklungsplan und deren Abh ngigkeiten voneinander kann zum Beispiel in tabellarischer Form in Form eines Aktivit tsnetzwerks oder als Balkendiagramm erfolgen siehe Sommerville 1996 Seite 54 ff 7 1 4 Erstelle den Entwicklungsplan f r die n chste Iteration Der Projektleiter bestimmt anhand des Gesamtentwicklungsplans die Inhalte der n chsten Iteration siehe dazu dentifiziere die Iterationen in Abschnitt 7 1 3 1 Ergebnis dieser Aktivit t ist ein detaillierter Entwicklungsplan f r die anstehende Iteration der Entwicklungsplan der Iteration Dieser beinhaltet eine feingranulare Aufteilung der Aktivit ten die in der n chsten Iteration durchzuf hren sind und die Zuordnung der Aktivit ten zu den jeweiligen Projektmitarbeitern Ist in der n chsten Iteration eine Medienproduktion vorgesehen so wird die konkrete Durchf hrung in der Aktivit t Strukturi
266. n Testphase die Entwicklung des virtuellen Labors unwirtschaftlich e Angemessenheit der Risikoanalysen kurz Angem der Risikoanalysen Durch Risikoanalysen wird eine gewisse Sicherheit bei der Entwicklung virtueller Labore garantiert Diese d rfen nicht zu gering ausfallen da ansonsten keine sinnvolle Einsch tzung der Risiken mehr m glich ist Zu aufwendige Risikoanalysen f hren aber dazu dass die Entwicklung virtueller Labore noch l nger dauert und somit noch teurer und unwirtschaftlich wird 3 1 5 Bewertungsschema Die in Kapitel 3 1 1 bis 3 1 4 genannten Bewertungskriterien lassen sich in Form eines Bewertungsschemas wie in Tabelle 3 1 darstellen Die Bewertungsskala zu den Bewertungskriterien geht dabei ber sechs Abstufungen von sehr gut bis hin zu ungen gend nicht vorhanden 16 I TBewertungskriterium Heterogenit t des Teams Organisatorische Aspekte Einbez des Auftraggebers Einbez der Endanwender Benutzungsoberfl che Multimediale Aspekte Medienpioduktion Didaktische Aspekte Erstellung der Didaktik Adaptierbarkeit Software technische Aspekte Mir NerW pest Bat Angem der Tests Angem der Risikoanalysen Bewertungsskala sehr gut gut o befriedigend ausreichend mangelhaft nicht vorhanden Tabelle 3 1 Bewertungsschema f r Vorgehensmodelle im Hinblick auf den Anwendungsfall virtuelle Labore 3 2 Vorgehensmodelle der klassischen Software Technik Die Auswahl der Vorgehens
267. n bez glich der Anforderungen festgelegt und die Definition des virtuellen Labors verfeinert 7 2 5 Verarbeite ver nderte Anforderungen In diesem Teil der Anforderungsbestimmung o 0 an das virtuelle Labor verarbeitet Diese Aktivit t wird von den System Analytikern durchgef hrt Ver nderte Anforderungen k nnen beispielsweise neue oder ge nderte Anforderungen bez glich der Funktionalit ten sein oder nderungsw nsche bez glich der Gestaltung des virtuellen Labors Der Projektleiter entscheidet dann welche Anforderungen ber cksichtigt werden und wann die Anforderungen in die Entwicklung des virtuellen Labors einflie en Au erdem sind gegebenenfalls neue Anwendungsf lle von den System Analytikern zu erstellen sowie die von den nderungen betroffenen Anwendungsf lle zu berarbeiten werden die ver nderten Anforderungen Rolle 7 3 Tutorkonzept Der Workflow zur Erstellung des Tutorkonzeptes O umfasst die didaktischen und dom nenspezifischen Aspekte des virtuellen Labors und ist in Abbildung 7 10 dargestellt Zum Aufbau der Didaktik des virtuellen Labors sind von den Fachdidaktikern neben den zu vermittelnden Lerninhalten auch die Navigationsstruktur und m glichkeiten festzulegen Die Fachexperten mone analysieren die zu modellierende Dom ne und nehmen eine Aufteilung der Lerninhalte in Lerneinheiten vor Des Weiteren stehen die Fachexperten Rolle als Ratgeber zur Verf gung und verifizieren die fachliche
268. n ob ein virtuelles Labor zu der Dom ne berhaupt sinnvoll ist und welche Anforderungen und W nsche der Auftraggeber hat Dazu erarbeiten der Projektleiter die Fachexperten und die System Analytiker zusammen mit dem Auftraggeber das Ziel des virtuellen Labors und erstellen eine initiale Version des Pflichtenhefis t Die Vision virtueller Labore ist im Allgemeinen ein bestimmtes Laborpraktikum an einer Universit t oder Schule soweit zu erg nzen dass bei der Durchf hrung des realen Laborpraktikums nur noch minimal Substanzen und anderes Zubeh r verbraucht werden Um die Vision zu erreichen kann das Ziel eines virtuellen Labors zum Beispiel sein dass der Lerner die Handlungsabl ufe und Strategien zur Durchf hrung der Versuche erlernt und die zugeh rigen Fertigkeiten erwirbt Es kann aber auch das Ziel sein haupts chlich Strategien zur Durchf hrung von Versuchen zu vermitteln Die Fertigkeiten werden dann als bekannt vorausgesetzt und k nnen bei der Durchf hrung der entsprechenden Versuche bersprungen werden Neben dem Pflichtenheft wird au erdem ein erster Gesamtentwicklungsplan erstellt Dieser enth lt lediglich die ungef hre Dauer der einzelnen Phasen und die entsprechenden Phasenmeilensteine und gibt somit einen sehr groben Zeit und Kostenrahmen f r die Entwicklung des virtuellen Labors vor d Stelle das Entwick O Projektleiter lerteam zusammen Erstelle initiales C Pflichtenh
269. n tigten Medien f r Substanzen sind zum Beispiel die Strukturformel als Graphik eine textuelle Beschreibung sowie eine Auflistung weiterer Merkmale gem dem Materialblatt Wie f r die Lerneinheiten kann au erdem das Quellenmaterial zur Erstellung der Medien angegeben werden 6 Funktionale Anforderungen Zum Beispiel Durchf hren der Versuche Teilversuche und Fertigkeiten Aufruf von Hintergrundwissen Laden und Speichern von Versuchen 7 Nicht funktionale Anforderungen Zum Beispiel Ber cksichtigung von Vorgaben des Corporate Design Umsetzung eines vorgegebenen didaktischen Konzeptes ak 8 Einsatzumgebung Siehe Bestimme die Einsatzumgebung in Abschnitt 7 2 1 3 9 Abnahmekriterien Es werden die Kritieren festgelegt die zur erfolgreichen Abnahme des virtuellen Labors f hren 10 Nutzungsrechte Es werden die Nutzungsrechte des virtuellen Labors festgelegt Diese liegen in der Regel ausschlie lich beim Auftraggeber Ausnahme wird allerdings das Framework sein dass f r andere virtuelle Labor wiederverwendet und weiterentwickelt werden soll 11 Gesamtentwicklungsplan Siehe Sch tze Umfang und Risiko des Projekts t in Kapitel 7 1 2 sowie Erstelle den Gesamtentwicklungsplan t in Kapitel 7 1 3 Um das allgemeine Gliederungsschema des Pflichtenheftes mit den entsprechenden Inhalten zu f llen sind von den beteiligten Projektmitarbeitern die folgenden Aktivit ten durchzuf hren e
270. n Aktivit ten ausgebaut werden Oder es kann die Beschreibung der Aktivit ten die noch nicht im Detail beleuchtet wurden verfeinert werden Die Wiederverwendbarkeit bestehender Entwicklungen steht beim VirtLab Prozess im Vordergrund insbesondere um die Entwicklungskosten virtueller Labore zu senken So ist bei der Definition der Architektur die Wiederverwendbarkeit des Frameworks zu pr fen Da das virtuelle Labor auf Komponenten basierend entworfen und implementiert wird ist eine hohe Wiederverwendbarkeit von bereits realisierten Arbeitsfl chen Laborger ten Beh ltern und Substanzen sichergestellt Au erdem wird die Wiederverwendung von bereits vorhandenen Medien in einer eigenen Aktivit t der Medienproduktion ber cksichtigt siehe Analysiere vorhandene Medien in Kapitel 7 5 3 Im Gegensatz zum Rational Unified Process erfolgt im VirtLab Prozess eine Aufteilung in Test und Evaluation des virtuellen Labors Damit werden neben der Pr fung der funktionalen Anforderungen auch die gestalterischen didaktischen und fachlichen Aspekte des virtuellen Labors ber cksichtigt was dem Wunsch nach einer verbesserten Qualit tssicherung multimedialer Lehr und Lernsysteme nachkommt Nagl u a 1999 Seite 104 Die Tests des virtuellen Labors sind insofern als angemessen zu beurteilen als dass sie in jeder Iteration des 154 VirtLab Prozesses durchgef hrt werden Die Evaluation des virtuellen Labors ist durch die fr hzeitige und regelm
271. n Evaluationskriterien und zielen wider e Jede Lerneinheit das hei t jeder Versuch und jede Fertigkeit wird hinsichtlich der didaktischen Aspekte gepr ft didaktisches Erproben Bez glich des didaktischen Konzeptes ist zu pr fen ob die Lerneinheiten inhaltliche L cken aufweisen und ob die Formulierungen und Darstellungen des intelligenten Tutorsystems klar und eindeutig sind F rster und Zwernemann 1993 Seite 73 f Des Weiteren ist die Lernerakzeptanz und der Lerneffekt des virtuellen Labors zu ermitteln Jede Lerneinheit die entsprechende Hintergrundinformation und die Inhalte des intelligenten Tutorsystems werden auf fachliche Korrektheit hin gepr ft Insbesondere wird gepr ft ob sich der Simulator so verh lt wie in der Realit t das hei t ob das Simulationsmodell korrekt ist Die gestalterische Qualit t der Benutzungsoberfl che und der Dialogf hrung ist zu bewerten vergleiche Sawhney 1995 Seite 50 Dazu werden die Medien bez glich Qualit t und Gestaltung bewertet und es wird das Zusammenspiel der Medien im zeitlichen Verlauf betrachtet Wurden vom Auftraggeber Vorgaben des Corporate Design definiert so wird deren Einhaltung gepr ft Zur Beurteilung der Evaluationskritieren und ziele stehen eine Reihe von Evaluationsme thoden zur Verf gung Diese lassen sich nach dem Grad dessen inwieweit bei der Beurteilung der Evaluationskriterien die Endanwender beteiligt sind unterscheiden siehe Oppermann un
272. n Labors und tr gt das finanzielle Risiko der Entwicklung Au erdem gibt der Auftraggeber die Anforderungen an das virtuelle Labor vor Dies sind zum einen die funktionalen Anforderungen das hei t eine Beschreibung dessen was das virtuelle Labor leisten soll und zum anderen die nicht funktionalen Anforderungen wie Vorgaben bez glich Gestaltung und Layout der Benutzungsoberfl che Dabei ist die Einhaltung von Vorgaben bez glich Gestaltung und Layout f r den Auftraggeber besonders dann von Interesse falls in dem Unternehmen ein Corporate Design definiert ist siehe Yass 2000 Seite 88 Des Weiteren erfolgt die Abnahme des virtuellen Labors durch den Auftraggeber siehe Balzert 2000b Seite 60 Au erdem k mmert sich der Auftraggeber in der Regel auch um den Vertrieb des virtuellen Labors 5 6 Endanwender Unter Endanwender beziehungsweise Lerner sind die letztendlichen Empf nger des virtuellen Labors zu verstehen vergleiche Zehnder 1991 Seite 22 Ein Lerner ist in der Regel eine Person der Zielgruppe wie zum Beispiel ein Student der entsprechenden Dom ne des virtuellen Labors Es ist aber auch m glich dass das virtuelle Labor von Lehrenden genutzt wird die es in der Lehre zur Projektion auf eine Leinwand verwenden und anhand dessen bestimmte Versuchsabl ufe erkl ren 51 6 Das Metaobjektmodell f r virtuelle Labore im Kontext des VirtLab Prozess Das Metaobjektmodell f r virtuelle Labore wurde vo
273. n Vorgehensmodell f r die Erstellung betrieblicher Software Systeme entwickelt siehe Kruchten 2000 Das Vorgehensmodell ist eine spezielle und detaillierte Instanz des Unified Software Development Process und wird von Rational Software als eigenst ndiges Produkt vertrieben und Auch Spezifikationsphase Balzert 2000a Seite 223 Rational Software Corporation siehe http www rational com 32 weiterentwickelt Im Unterschied zum Unified Software Development Process werden die Rollen im Rational Unified Process mit Worker bezeichnet Des Weiteren basiert die Software Entwicklung nach dem Rational Unified Process auf objektorientierten Konzepten Prinzipien und Techniken Phasen Workflows Gesch ftsprozessmodellierung Anforderungsbestimmung Analyse und Design Implementierung Test Einsatz Konfigurationsmanagement Projektmanagement Entwicklungsumgebung Abbildung 3 4 Die Phasen und Workflows des Rational Unified Process Wie aus Abbildung 3 4 zu ersehen ist wird die zweidimensionale Struktur des Rational Unified Process durch die Phasen und den dazu orthogonal stehenden Workflows aufgespannt Dabei stellen die Phasen beziehungsweise Iterationen eine zeitliche Einteilung und die Workflows eine inhaltliche Organisation des Software Entwicklungsprozesses dar Jede Phase besteht aus mindestens einer Iteration und setzt sich aus den neun Workflows zusammen Die Workflows lassen sich des Weiteren in zwei logische Grupp
274. n ae ee er ee de 4 3 Konstrukfionsphase 4 2 0 rn u 8 u nr en ae A a 4 4 Einf hrungsphase 2 22 2 2 2 202 2 a2 Baar Ka a Re Die Rollen des VirtLab Prozess Il Bachexperten aaa are a EB Ir han 3 2 Bachdidaktiker 2 2 5 2 un 2 era ee 5 3 Medienspezialisten ze u ha a a ee 5 3 1 Audio und Videospezialist 2 2 22 onen 3 9 2 Dieit hsierer i 3 2 3 83 4 Se sw Ph an DE ee a 5 3 3 3D Modellierungsspezialist 2 222222 con 5 3 4 Graphik Desisnier 82 203 2 8 888 waste 5 4 Informatiker oo om on 27 29 30 30 34 35 36 41 42 43 44 45 5 4 1 Datenbank Entwickler 2 2222 nennen 5 4 2 Desisner Entwickler 2 0 220 28 0 vr 8 0 004 5 4 3 Konfigurationsmanager 2 2 2 nnn 5 4 4 Projektleiter 3 4 22 4 2 88 Ro His 25 5 4 5 Simulationsspezialist 40 2a el 5 4 6 System Administrator ooa 5 4 7 System Analytiker aoaaa ra JAB Tester wu ra o i ee re 5 5 Auftraggeber zo wars ac a ae he ee in 5 6 Endanwender 2 Hmmm rn Das Metaobjektmodell f r virtuelle Labore im Kontext des Prozess 6 1 Experimentbezogene Sicht auf das Metaobjektmodell 6 2 Informationsbezogene Sicht auf das Metaobjektmodell 6 3 Zusammenhang der beiden Sichten 2 2 2 2 222200 Die Workflows Aktivit ten und Artefakte des VirtLab Prozess 7 1 Projektmanagement s a3 8 225 2er Ip ve a ea en 7 1 1 Ersinne neues virtuelles Labor 2
275. n der Projektgruppe virtuelle naturwissenschaftlich technische Labore im Internet siehe Projektgruppe Elvis Inter netseiten 1998 anhand mehrerer real existierender Labore und Praktika erstellt und mittels eines Prototypen getestet Bei der Erstellung des Metaobjektmodells wurde soweit von den konkreten Auspr gungen existierender Labore und Praktika abstrahiert dass die wichtigsten Eigenschaften aller Modelle naturwissenschaftlich technischer Labore in dem Metaobjektmodell festgehalten werden Damit definiert das Metaobjektmodell eine allgemeine Struktur die sich durch Labortypunabh ngigkeit auszeichnet und durch die Inhalte eines realen Labors oder Praktikums ausgef llt beziehungsweise erweitert werden kann siehe Aden u a 1999 Seite 35 bis 40 Das Metaobjektmodell ist von zentraler Bedeutung f r die Entwicklung virtueller Labore und kann f r die Durchf hrung der verschiedensten Aktivit ten im VirtLab Prozess herangezogen werden Beispiele hierf r sind die Definition des virtuellen Labors siehe Definiere das virtuelle Labor in Kapitel 7 2 3 die Analyse der Dom ne siehe Analysiere die Dom ne t in Kapitel 7 3 2 und die Definition des Frameworks siehe Definiere die Architektur in Kapitel 7 4 1 Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Metaobjektmodell f r virtuelle Labore erneut berpr ft korrigiert und erweitert So wurden zun chst die Klassennamen korrigiert und der Singular eingef hrt Au erdem wurden die Kardinal
276. n einem realen Labor die sonst nur schwer vermittelbar sind das hei t ohne die eine bertragung der erlernten Handlungsabl ufe im virtuellen Labor auf die Realit t nur 5Zum Beispiel QuickTime von Apple siehe http www apple com quicktime 121 schwer m glich ist Dies ist zum Beispiel beim Sezieren von einem Frosch der Fall Oft finden Videosequenzen daher Verwendung in multimedialen Lehr und Lernsystemen die zur Ersetzung von Tierversuchen dienen wie zum Beispiel in dem virtuellen Labor SimNerv aus der Reihe Virtual Physiology des Georg Thieme Verlags siehe Virtual Physiology Internetseiten 2001 Die Vertonung einer Videosequenz geschieht mit Hilfe einer Audiosequenz die entweder fester Bestandteil der Videosequenz sein kann oder getrennt davon vorliegt e Wegwerf Medium Das Wegwerf Medium ist ein Metamedientyp und kann von einem beliebigen der zuvor genannten Medientypen sein Wegwerf Medien werden f r Testzwecke erstellt oder wenn das eigentliche Medium noch nicht verf gbar ist Ein Wegwerf Medium ist zum Beispiel ein vorl ufiges Abbild eines virtuellen Laborger tes das noch nicht der gew nschten Farbgebung oder Modellierungsgenauigkeit entspricht Ob in der aktuellen Iteration tats chlich Wegwerfmedien zu erstellen sind wird w hrend der Implementierung in der Aktivit t Integriere die Medien siehe Kapitel 7 6 4 entschieden Die Auswahl der ben tigten Medien erfolgt immer als Mittel eines p
277. n f r die Iteration 2 22 2020 152 7 10 4 Unterst tze die Entwicklungsumgebung w hrend der Iteration 152 8 Bewertung und Ausblick 153 8 1 Bewertung 28 2 2 ar a8 Kan ar A a dr ar le RR 153 8 2 Ausblicke Aa Be a ae al lie 155 Anhang 159 A Beispiel eines Anwendungsfalls 161 B Checklisten 169 B 1 Erstellen des Pilichtenhefils 2 a her 169 B 2 Erstellen eines Anwendungsfalls 2 2 Con onen 174 B 3 Vom Versuchsprotokoll zum virtuellen Versuch 2 22222000 176 B 4 Erstellen eines virtuellen Laborger tes oder Beh lters 178 C Pragmatische Sicht auf den VirtLab Prozess 181 D Glossar 185 E Literaturverzeichnis 195 Index 205 vi Abbildungsverzeichnis 21 2 2 3 3 2 3 3 3 4 4 1 6 1 6 2 6 3 7 1 7 2 7 3 7 4 7 5 7 6 1 8 7 8 7 9 Die allgemeine ITS Architektur nach Schr der 1996 2 2 2 2 Beispiel einer Arbeitsfl che eines virtuellen Labors aus GenLab Vorgehensmodell f r die Multimedia Anwendungsentwicklung nach Sawh neys LIIS m SOS snp a Gh an a oann EB a te A Ablauf der Medienherstellung nach Sawhney 1995 2 2 222 2 T tigkeiten und Dokumente bei der Multimedia Entwicklung nach Nagl u a 1999 re te ee a ar ee re a Die Phasen und Workflows des Rational Unified Process Die Phasen und Workflows des Vorgehensmodells f r virtuelle Labore Metaobjektmodell f r virtue
278. n soll Die Anzahl der Iterationen in jeder Phase ist abh ngig von dem Umfang des Projektes und dem jeweiligen Aufwand der f r die Erstellung des Software Systems in dieser Phase zu betreiben ist 3 4 1 1 Unified Software Development Process Der in Jacobson u a 1999 beschriebene Unified Software Development Process stellt den allgemeinsten Ansatz der auf Workflows basierenden Vorgehensmodelle dar Der Software Entwicklungsprozess ist anwendungsfallgetrieben architekturzentriert und wird iterativ und inkrementell gef hrt Der Unified Software Development Process besteht aus den genannten vier Phasen und wird durch die f nf Workflows Anforderungsbestimmung Analyse Design Implementierung und Test definiert Im Wesentlichen stellt der Unified Software Development Process ein Rahmenger st zur Verf gung mit dem komplexe und nur schwer berschaubare Software Systeme handhabbar gemacht werden k nnen Des Weiteren besteht die M glichkeit den Unified Software Development Process an die eigenen Bed rfnisse anzupassen und zu konfigurieren So k nnen die verschiedenen Workflows f r ein Projekt verk rzt werden oder es werden neue speziell auf den Anwendungsfall zugeschnittene Workflows hinzugef gt Workflows f r das Software Management und die Software Qualit tssicherung sind im Unified Software Development Process nicht enthalten 3 4 1 2 Rational Unified Process Die Firma Rational Software hat mit dem Rational Unified Process ei
279. n und mit welchen Mitteln die Artefakte darzustellen sind Des Weiteren werden im V Modell die funktionalen Anforderungen der zum Einsatz kommenden Werkzeuge festgelegt Neben der Software Entwicklung im engeren Sinne wird im V Modell ein weiterer Schwerpunkt auf das Qualit ts Konfigurations und Projektmanagement gelegt So nimmt das Testen des Software Systems beim V Modell einen sehr hohen Stellenwert ein Neben dem milit rischen Bereich ist das V Modell auch f r den gesamten Bereich der Bundesverwaltung verbindlich und wird von sehr vielen Industriefirmen als Hausstandard zur Software Entwicklung verwendet Mit Hilfe des V Modells k nnen Software Projekte gem der Norm ISO 9001 abgewickelt werden 3 2 8 Objektorientierte Software Entwicklung Bei der objektorientierten Software Entwicklung werden die Ergebnisse der Phasen Analyse Entwurf und Implementierung objektorientiert erstellt Dazu werden bei der objektorientierten Analyse OOA die Anforderungen an das Software System mittels Eine automatisierte Generierung von Software Systemen ist zum Beispiel mit dem Programmgenerator JANUS der Firma oTRIs siehe http www otris de m glich siehe Balzert 2000a Seite 15 gt Die im V Modell genannten Artefakte 20 objektorientierter Konzepte und Notationen ermittelt und beschrieben Das wichtigste Ergebnis der Analysephase ist das OOA Modell das eine fachliche L sung des zu realisierenden Systems darstellt vergleiche Analyse des
280. nLab realisiert siehe Hasler und Schlattmann 2001 Seite 13 7 2 3 4 Entscheide ber Client Server Verteilung Soll das virtuelle Labor als Einzelplatzanwendung konzipiert werden so ist keine Client Server Verteilung vorzunehmen Bei einer Internetanwendung ist dagegen eine geeignete Client Server Verteilung festzulegen Dabei kommen allerdings nur clientseitige Techniken in Frage bei der sich die eigentliche Darstellung des virtuellen Labors und die komplette Interaktion mit dem Lerner auf dem Client befindet siehe Balzert 2000a Seite 177 Nur so kann die geforderte hohe Interaktivit t virtueller Labore erreicht werden Handelt es sich bei dem virtuellen Labor um eine Internetanwendung so arbeitet jeder Client beziehungsweise Lerner mit einer eigenen Instanz des virtuellen Labors auf die die anderen Lerner nicht zugreifen k nnen Auch haben die Lerner in der Regel keine Kenntnis ber die Existenz weiterer Instanzen das hei t die Lerner wissen nicht ob und wie viele andere Lerner gerade mit dem virtuellen Labor arbeiten 80 Es ist aber ebenso denkbar dass im sogenannten Mehrbenutzerbetrieb mehrere Lerner gleichzeitig auf eine gemeinsame Instanz des virtuellen Labors arbeiten In diesem Zusammenhang ist auch die Unterst tzung weiterer Arbeitsformen beziehungsweise Lernformen zu betrachten Denkbar ist zum Beispiel kooperatives Lernen bei dem mehrere Lerner gemeinsam ein Problem im virtuellen Labor l sen siehe dazu Hesse u a 19
281. naus werden die Aktivit ten mit Aktivit t nd die Artefakte mit et beschriftet Der VirtLab Prozess besteht nach Abbildung 4 1 aus den vier nacheinander ablaufenden Phasen Definition Entwurf Konstruktion und Einf hrung vergleiche Kruchten 2000 Seite 62 Eine Phase fasst eine Menge von Aktivit ten und Artefakte zu einer logischen Einheit zusammen Am Ende jeder Phase steht mindestens ein Phasenmeilenstein der die in der Phase zu erzielenden Artefakte definiert siehe oose de GmbH 1999 Jede Phase setzt sich aus mindestens einer Iteration zusammen Am Ende einer Iteration steht ein Iterationsmeilenstein Dieser definiert wichtige Zwischenergebnisse in einer Phase Ergeben sich nach der Einf hrungsphase seitens des Kunden nderungsw nsche neue Anforderungen oder sind Fehler zu beseitigen so tritt die Entwicklung des virtuellen Labors in die Phase der Evolution ein Das bedeutet dass wieder bei der Definitionsphase begonnen wird Als Zeitrahmen f r ein beispielsweise zwei Jahre andauerndes Projekt schl gt Kruchten 2000 Seite 63 f eine Definitionsphase von acht bis zehn Wochen eine Entwurfsphase von sieben Monaten eine Konstruktionsphase von zw lf Monaten und eine Einf hrungsphase von wiederum acht bis zehn Wochen vor In den nachfolgenden Kapiteln 4 1 bis 4 4 werden die einzelnen Phasen und Meilensteine des VirtLab Prozess kurz beschrieben nach Kruchten 2000 oose de GmbH 1999 Auch Betriebsphase siehe oose de GmbH 199
282. nd die automatisierten Tests des Simulators Diese k nnen f r die Kommandozei lenebene erstellt und dort ausgef hrt werden F r die Evaluation des virtuellen Labors werden zum Beispiel elektronische Frageb gen in Form eines klassischen Lehr und Lernsystems erstellt Dabei k nnen entsprechende Entwicklungswerkzeuge eingesetzt werden wie zum Beispiel WebXam der Universit t Bielefeld siehe http www webxam de 7 7 4 Teste die Teilsysteme des Labors In dieser Aktivit t werden die einzelnen Teilsysteme des virtuellen Labors das hei t das Zusammenspiel der Komponenten der Teilsysteme getestet Dazu f hren die Tester e gem dem Test und Evaluationsplan die Testprozeduren f r die einzelnen Teilsysteme des virtuellen Labors durch Getestet wird anhand des aktuellen Build des virtuellen Labors Auftretende Fehler werden im Test und Evaluationsbericht entsprechend vermerkt 7 7 5 Teste das Labor Diese Aktivit t wird analog zu der Aktivit t Teste die Teilsysteme des Labors in Kapitel 7 7 4 durchgef hrt Dabei betreffen die Testf lle jedoch nicht die Teilsysteme sondern das virtuelle Labor selbst Es werden die Interaktionen zwischen den einzelnen Teilsystemen des virtuellen Labors getestet das hei t ob der Simulator und das intelligente Tutorsystem problemlos miteinander agieren oder der Abruf von Hintergrundwissen zu den Lerneinheiten und Versuchskomponenten funktioniert Auch ist die Anbindung weiter
283. nden Gr enbereich ausgew hlt So umfasst der DNA Standard l EcoRI Hindlll elf Fragmente von 0 56 bis 5 1kb L nge sowie ein weiteres von 21 2kb L nge Die Gr e von Fragmenten die in diesem ersten Bereich liegen k nnen daher recht gut bestimmt werden 3 Gel fahren a Deckel schlie en Die Elektrophoresekammer mit einem Deckel verschlie en b Elektrophorese vorbereiten Die mit einem Deckel verschlossene Elektropho resekammer an ein Spannungsger t anschlie en an welchem eine Spannung von 100 Volt und eine Laufdauer von ca zwei Stunden eingestellt sind Achtung Polung nicht vertauschen sonst laufen die Proben in die falsche Richtung c Gel fahren Die Elektrophorese durchf hren 163 d Elektrophorese beenden Nach der anhand des Blaumarkers verfolgten gelelektrophoretischen Auftrennung das Spannungsger t abschalten und den Geltr ger mitsamt dem Gel aus der Kammer nehmen Zur Durchf hrung der Arbeitsschritte werden eine Reihe von Laborger ten Beh lter und Substanzen ben tigt Diese werden jeweils in alphabetischer Reihenfolge aufgelistet und die f r die Umsetzung des Versuchs ben tigten Merkmale werden genannt e Laborger te Elektrophoresekammer Enth lt den Geltr ger und den Gelkamm Mikropipetten gt Messbereich 1 bis 10001 gt Messgenauigkeit Abh ngig vom Messbereich gt Typen 20er 100er 200er und 1000er fassen jeweils 20 100 200 oder 10004 Mikrowelle Einstellbar
284. ndividuelle Installation 145 Massenproduktion 146 Online Nutzung 146 Verwenden des Metaobjektmodells 87 Verwendung des bestehenden Frameworks 109 Videosequenz 121 VirtLab 193 VirtLab Prozess 39 Ausblick 155 Bewertung des 153 Phasen und Meilensteine des 41 pragmatische Sicht auf den 181 Werkzeug zur Pflege und Weiterentwick lung des 157 Workflows Aktivit ten und Artefakte des 59 Virtualisierung 100 Virtual Physiology Reihe 122 virtuelle Realit t 80 193 virtuelles Labor Begriffsdefinition 10 Definition des 77 Entwicklungsumgebung des 151 Evaluation des 139 neues ersinnen 63 Test des 138 verteiltes 81 Vertrieb des 145 Vision 63 Vorgehensmodell Begriffsdefinition 5 Evolution res 19 f r virtuelle Labore 41 nach Nagl u a 27 nach Sawhney 24 nach Yass 26 Transformationelles 19 Vorgehensmodelle klassische 17 moderne 30 spezielle 24 Vorstudie Erstellen der 67 Vortest 139 VR siehe virtuelle Realit t W Wahl der Darstellungsart 77 Wahl der Methoden zur Wissenserhebung 85 Wartung und Pflege des VirtLab Prozess Werkzeug zur 157 Wasserfallmodell siehe Phasenmodell WebXam 138 Wechsel der Arbeitsfl che 79 Wegwerf Medium 122 Wegwerf Prototyp 19 Werkzeug siehe CASE Werkzeug Werkzeugrichtlinien 152 Werkzeug zur Anpa
285. nes virtuellen Laborger tes oder Beh lters zu erstellen so bietet sich eine automatische Integration der Medien mit Hilfe eines entsprechenden Werkzeuges an Dabei bernimmt das Werkzeug die technische Integration der Medien in das virtuelle Labor Es ist dabei zu pr fen ob sich die Medien zu einem korrekten Abbild des Laborger tes oder Beh lters zusammensetzen lassen und ein sinnvolles Gesamtbild ergeben Au erdem kann mit dem Werkzeug jedem Zustand des Laborger tes oder Beh lters eine entsprechende Visualisierung zugeordnet werden vergleiche das Werkzeug GUI Composer in Aden u a 1999 Seite 41 K nnen die Medien aus irgendeinem technischen Grund nicht integriert werden oder sind diese nicht rechtzeitig verf gbar so werden anstelle derer zun chst Wegwerf Medien siehe Ermittle ben tigte Medien in Kapitel 7 5 2 erstellt und integriert Diese werden dann sp ter durch die eigentlichen Medien ersetzt 7 6 5 Integriere die Komponenten zum Teilsystem 7 Rolle Role nd Simulationsspezialisten integrieren die implementierten Artefakt der Die Designer Entwickler und getesteten Komponenten des virtuellen Labores nach dem ntegrationsplan Iteration zu einem Teilsystem Das bedeutet konkret dass die neuen Arbeitsfl chen Laborger te und Beh lter entsprechend ihrer Model View und Controller Klassen in das Framework genauer gesagt in den Simulator integriert werden Des Weiteren wird der Simulator um ne
286. ngsschema f r Vorgehensmodelle im Bezug auf den Anwendungsfall virtuelle Labore ist in den Tabellen 3 2 3 3 und 3 4 dargestellt 36 Evolutio Transfor Iteriertes Prototy n re mationelle Phasen Bewertungskriterium Phasen penmo Software Software modell dell Entwick Entwick lung lung modell Einbez des Auftraggebers O i e T o Einbez der Endanwender O lo Benutzungsoberf ce o o Wiederverw best Bw O o o o o Anem der Tess J O J o J oo s o Angem der Risikoanalysen O o O Beverunguii Q Q Objektorien ze Spiral tierte Bewertungskriterium modell V Modell Software Catalysis Entwicklung Heterogenitt des Teams o nv m Eine des Auraggeben 0 0 0 0 Einbez der Endanwender o Femme oo Fer aapea OD Q 0 eo OO Tee a rer a are ee Haren Angem der Tests ren Angem der Risikoanalysen o oo gt Tabelle 3 2 Bewertung der klassischen Vorgehensmodelle Insgesamt l sst sich feststellen dass die Vorgehensmodelle der klassischen Software Technik die speziellen Vorgehensmodelle und die Vorgehensmodelle der modernen Software Technik entweder zu abstrakt und zu allgemein sind oder nur einen Teil der in Kapitel 3 1 genannten Bewertungskriterien ber cksichtigen als dass sie nutzbringend f r die Entwicklung virtueller Labore eingesetzt werden k nnten Aus den in Kapitel 3 2 bis 3 4 b
287. nt In Oestereich 1999 wird daher auch von Extreme Projectmanagement XPM gesprochen Dabei handelt es sich um die Integration von Praktiken des Extreme Programming in das dort vorgestellte Timepacing Verfahren siehe dazu auch die Erweiterungen zum Object Engineering Process in Abschnitt 3 4 1 3 3 4 3 Bewertung der modernen Vorgehensmodelle Die im Unified Software Development Process Rational Unified Process und Object Engine ering Process vorgenommene Aufteilung des Software Entwicklungsprozesses in inhaltlich voneinander getrennte Workflows kommt der hohen Anzahl der zu ber cksichtigenden Aspekte bei der Entwicklung virtueller Labore sehr entgegen Des Weiteren wird durch die Zuordnung der Rollen Aktivit ten und Artefakte die Arbeitsverteilung stark vereinfacht Dar ber hinaus erm glichen die Workflows eine bersichtliche und leicht verst ndliche Darstellung der durchzuf hrenden Aktivit ten Gegen ber dem Unified Software Development Process enth lt der Rational Unified Process noch weitere Workflows f r das Konfigurationsmanagement Projektmanagement und die Entwicklungsumgebung Damit wird der Nachteil des Unified Software Development Process nicht alle drei Bereiche der klassischen Software Technik abzudecken mit dem Rational Unified Process behoben Der Rational Unified Process enth lt zudem noch einen 35 weiteren Workflow f r die Gesch ftsprozessmodellierung mit dem das Vorgehensmodell auf die Entwicklung betrieb
288. ntechnische Praktikum 2001 URL http www offis de genlab Groos und Muthmann 1995 GROOS Stefan MUTHMANN Peter ZILAHI SZABOO Mikl s G za Hrsg Kleines Lexikon der Informatik und Wirtschaftsinformatik M nchen Wien R Oldenbourg Verlag 1995 Grupp 1996 GRUPP Bruno Qualifizierung zum Projektleiter Projektmanagement im Wandel 2 Auflage M nchen Computerwoche Verlag GmbH 1996 Hasler u a 2001 HASLER Anja KUCZEWSKI Ralf SCHLATTMANN Marco Multimediaprojekt Gentechnisches Praktikum Entwicklerleitfaden 2001 Hasler und Schlattmann 2001 HASLER Anja SCHLATTMANN Marco Multimediapro jekt Gentechnisches Praktikum Endbericht 2001 Heinrich und Schifman 2000 HEINRICH G nther SCHIFMAN Richard S Multimedia Projektmanagement von der Idee zum Produkt 2 Auflage Berlin Heidelberg New York Barcelona Hongkong London Mailand Paris Singapur Tokio Springer Verlag 2000 X media interaktiv Hertlein 1997 HERTLEIN Margit Mind Mapping Die kreative Arbeitstechnik Rowohlt Taschenbuch Verlag GmbH Juni 1997 Hesse u a 1997 HESSE Friedrich W GARSOFFKY B rbel HRON Aemilian Interface Design f r computerunterst tztes kooperatives Lernen In ISSING Ludwig J Hrsg KLIMSA Paul Hrsg Information und Lernen mit Multimedia 2 berarbeitete Auflage Weinheim Psychologie Verlags Union Januar 1997 S 253 267 Heuer und Saake 2000 HEUER Andreas SAAKE Gunter D
289. nten Tutorsystems und die fachliche Korrektheit der Inhalte Zun chst werden im Workflow Test und Evaluation die in der aktuellen Iteration anstehenden Tests und die Evaluation des virtuellen Labors geplant Anschlie end werden die Tests und die Evaluation entworfen und implementiert Danach teilt sich der Workflow Test und Evaluation in zwei parallele Pfade Im linken Pfad werden die funktionalen Tests durchgef hrt Dazu werden zun chst die Teilsysteme des virtuellen Labors und anschlie end das virtuelle Labor selbst getestet Au erdem wird parallel dazu f r jeden durchgef hrten Test eine Bewertung der Testergebnisse vorgenommen Im rechten Pfad erfolgt die Evaluation des virtuellen Labors Danach werden die Ergebnisse der Evaluation analysiert Nach Abschluss aller Testdurchl ufe und der Analyse der Evaluation wird au erdem eine Zusammenfassung der Testbewertungen und der Evaluationsergebnisse erstellt sowie eventuelle nderungen an den Anforderungen des virtuellen Labors identifiziert Die Aktivit ten des Workflow Test und Evaluation Kapiteln im Detail beschrieben Im Einzelnen sind das werden in den folgenden e Plane die Tests und Evaluation siehe Kapitel 7 7 1 o Entwerfe die Tests und Evaluation amp t siehe Kapitel 7 7 2 Implementiere die Tests und Evaluation siehe Kapitel 7 7 3 Teste die Teilsysteme des Labors tvit amp t siehe Kapitel 7 7 4 e Teste das Labor siehe Kapitel 7 7 5 Auswerten des
290. nung der Waage oder der korrekte Umgang mit Reagenzgl sern stellt eine Fertigkeit dar Als allgemeiner Oberbegriff zu Versuch Teilversuch und Fertigkeit wird auch der Begriff der Lerneinheit verwendet vergleiche IEEE Learning Technology Standards Committee 2000 Eine Lerneinheit bezeichnet im virtuellen Labor also entweder einen Versuch oder Teilversuch den es durchzuf hren gilt oder eine Fertigkeit die zu erwerben ist Zur Durchf hrung von Versuchen im virtuellen Labor wird dem Lerner eine entsprechende Laborausstattung zur Verf gung gestellt Die Laborausstattung setzt sich aus Versuchskompo nenten und Hilfsmitteln zusammen Versuchskomponenten sind alle Gegenst nde im virtuellen Labor die f r die Durchf hrung der Versuche notwendig sind Dagegen m ssen Hilfsmittel nicht zwingend vorhanden sein um einen Versuch durchf hren zu k nnen Beispiele f r Hilfsmittel sind Stative Entsorgungseimer sowie Lagerungs und Reinigungsger te Aber auch Sicherheitsmittel wie zum Beispiel ein Feuerl scher oder ein Notausschalter sind Hilfsmittel Die Versuchskomponenten eines virtuellen Labors lassen sich noch weiter unterteilen in Laborger te Beh lter und Substanzen Das Zusammenspiel der Laborger te Beh lter und 55 Substanzen ist von zentraler Bedeutung f r das Verst ndnis des Simulationsmodells Daher werden diese drei Klassen im Folgenden detailliert beschrieben siehe Aden u a 1999 Elfreich 1999 56 e Substanzen Di
291. nutzer System Umgebungs Inhalts analyse analyse analyse analyse Validierung Y des Prototypen System Spezifikation System gt Prototypenerstellung Spezifikation Y Grobkonzept Test Konzeption 4 gt p Feinkonzept Test Drehbuch Y Benutzerschnittstelle Programmierung Herstellung der Prototypenerstellung Test Medien Nachbearbeitung der Programmrealisation Medien gt und Medienproduktion 4 Implementierung Test System Test gt System Test Wartung amp Pflege Wartung und Pflege Abbildung 3 1 Vorgehensmodell f r die Multimedia Anwendungsentwicklung nach Sawh ney 1995 In Abbildung 3 2 ist die Medienherstellung dargestellt Diese beginnt bereits in der Analysephase mit der Medienanalyse wird in der Konzeptphase mit der Grob und Feinplanung des Inhalts fortgesetzt und endet in der Medienproduktionsphase mit der Herstellung und Nachbearbeitung der Medien In den Analyse und Konzeptionsphasen sind R ckspr nge zu vorhergehenden Phasen erlaubt Nach der Feinplanung des Inhalts 25 Medienanalyse gt Analyse Grobplanung des Inhalts Konzeption Feinplanung des Inhalts Herstellung des Mediums l gt Medienproduktion Nachbearbeitung des Mediums Abbildung 3 2 Ablauf der Medienherstellung nach Sawhney 1995 also zu Beginn der Medienproduktion sind R ckspr nge in der Medienherstellung aus Kostengr n
292. nwendungsf lle 74 Erheben der Testf lle 134 Ermitteln der ben tigten Medien 118 Ersinnen des virtuellen Labors 63 Erstellen der Konfigurationsumgebung 148 Erstellen der Medien 124 Erstellen der technischen Dokumentation 144 Erstellen der Vorstudie 67 Erstellen des Benutzungshandbuchs 143 Erstellen des didaktischen Konzepts 88 Erstellen des Entwicklungsplans 70 Erstellen des Gesamtdesigns 118 Erstellen des Gesamtentwicklungsplans 67 Erstellen des Gesamtglossars 65 Erstellen des Pflichtenhefts 64 Erstellen des Rollenplans 69 Erstellen des Simulators 112 Erstellung des Drehbuchs Werkzeug zur 105 157 Erstellung des Simulationsmodells Werkzeug zur 87 156 Evaluation 132 208 Analyse der Ergebnisse der 140 Entwurf der 137 Implementierung der 138 Planung der 133 Zusammenfassen der 140 Evaluation des virtuellen Labors 139 Evaluationsmethoden Bestimmung der 136 leitfadenorientierte 137 objektive 137 subjektive 136 Evolutionsphase 41 Evolution res Vorgehensmodell 19 Experiment siehe Versuch Experimentbezogene Sicht auf das Meta objektmodell 54 Experiment Description Language 97 Expertenmodell 9 Black Box 116 Glass Box 116 Expertenmodul 9 Expertensystem 187 Entwurf des 116 Extensible Markup Language 97 externe Ger te Anbindung von 82 externer Abnahmetest 145 Externes Release
293. oder zeitabh ngig oder dynamisch wenn seine darzustellenden Informationen nicht nur durch ihre Werte vermittelt werden sondern auch durch den zeitlichen Verlauf ihres Auftretens wie zum Beispiel Audiosequenz Videosequenz und Animation Meilenstein Ein Meilenstein definiert einen festgelegten Zeitpunkt Termin zu dem eine Menge von tArtefakten in vorgegebener Detaillierung und Vollst ndigkeit nachpr fbar und formal dokumentiert vorliegen soll Ein Meilenstein stellt ein Hilfsmittel zur Planung und berwachung eines Projektes dar Es wird des Weiteren unterschieden in TIterationsmeilenstein und FPhasenmeilenstein Multimedia System Siehe Kapitel 2 3 Multimediales Lehr und Lernsystem Siche Kapitel 2 5 OOA Modell Das OOA Modell ist die fachliche L sung des zu realisierenden tSoftware Systems die in einer objektorientierten Notation modelliert wird Das OOA Modell ist das wichtigste Ergebnis der Analyse OOD Modell design model Das OOD Modell ist die technische L sung des zu realisie renden fSoftware Systems die in einer objektorientierten Notation modelliert wird Das OOD Modell ist ein Abbild des sp teren objektorientierten Programms Phase Zusammenfassung von Aktivit ten der Software Entwicklung nach zeitlichen begrifflichen und organisatorischen Kriterien Phasenmeilenstein Ein Meilenstein der das Ende einer Phase definiert Phasenmei lensteine gliedern die Software Entwicklung in inhaltliche Einheiten und sind
294. ojekt VirtLab an in dessen Rahmen von der konkreten Implementierung des virtuellen Labors GenLab abstrahiert wird In VirtLab werden Methoden und Werkzeuge also Vorgehensmodelle Notationen Entwurfsmuster Frameworks und Spezifikationssprachen zur Entwicklung allgemeiner multimedialer virtueller naturwissenschaftlich technischer Labore und Praktika erarbeitet Erkl rtes Ziel von VirtLab ist es die schnelle und kosteng nstige Produktion qualitativ hochwertiger virtueller Labore zu erm glichen 1 1 Motivation und Einordnung Professionelle Software Entwicklung ist heute ohne den Einsatz eines Vorgehensmodells nicht mehr vorstellbar Erstaunlicherweise finden allerdings die aufgrund der Software Krise in den sechziger Jahren entstandenen Vorgehensmodelle und Entwicklungsmethoden der Software Technik in der Entwicklung von Multimedia Systemen kaum Verwendung siehe Boles u a 1998 So wird denn auch die Vorgehensweise bei der Entwicklung von Multimedia Systemen von den Unternehmen selbst als eher ad hoc bezeichnet Besonders der Bereich der multimedialen Lehr und Lernsysteme stellt jedoch sehr hohe Anforderungen an die Projektorganisation Planung und Konzeption Ein Grund hierf r ist die Heterogenit t des Entwicklerteams das typischerweise aus Fachexperten der zu modellierenden Dom ne Fach Didaktikern Medienspezialisten und Informatikern besteht Daher verwundert es auch nicht dass in der Umfrage von Nagl u a 1999 im Bezug auf die
295. okumenten In diesem Zusammenhang ist auch zu berlegen wie der VirtLab Prozess mit seinen Workflows Rollen Aktivit ten und Artefakten in den Gesamtkontext eines Workflow Managementsystems des Unternehmens eingebunden werden kann Die Qualit t des VirtLab Prozess bewerten und kontinuierlich verbessern Dabei stehen eine Reihe von Vorgehensweisen zur Bewertung und Verbesserung von Prozessmodellen f r die Software Entwicklung zur Verf gung wie zum Beispiel CMM SPICE ISO 15504 ISO 9001 und BOOTSTRAP Zur Evaluierung des VirtLab Prozesses ist es zum Beispiel denkbar ein Pilotprojekt durchzuf hren und dabei insbesondere die Zusammenarbeit des heterogenen Entwicklerteams zu analysieren und festzuhalten Erstellen von Prozesssichten auf den VirtLab Prozess Bei einer Prozesssicht werden die Aktivit ten zu einem Thema zu einem bestimmten Aspekt oder f r eine bestimmte Rolle zusammengefasst Prozesssichten sind daher prinzipiell unvollst ndige Ausschnitte aus dem Vorgehensmodell Dar ber hinaus werden Prozesssichten auch unabh ngig von der Einteilung in Phasen und Workflows beschrieben aus oose de GmbH 1999 Beispiel einer solchen Prozesssicht ist die pragmatische Sicht auf den VirtLab Prozess die in Anhang C zu finden ist Eine weitere Prozesssicht ist die Beschreibung des VirtLab Prozess durch einen einzigen zusammenh ngenden Workflow in dem die einzelnen in Kapitel 7 beschriebenen Workflows miteinander verzahnt werden Diese Pro
296. onaler Mengenangaben exakte Mengenanga ben machen Zu den Substanzen angeben in welchen Beh ltern sie sich befinden wie diese zu lagern und welche Sicherheitsbestimmungen einzuhalten sind Zeitangaben werden immer exakt unter Nennung der erlaubten Abweichung angegeben Angabe aller Formeln und Regeln zu den Reaktionen und Abl ufen M gliche Variationen im Versuchsablauf benennen das hei t identifizieren von Arbeitsschritten die vertauscht werden k nnen Identifikation von Teilversuchen insbesondere von generischen Teilversu chen und Fertigkeiten Bei der Spezifikation der Laborr ume und Arbeitsfl chen sowie bei der Umsetzung der Versuchsprotokolle in das Computer System Virtualisierung sind weitere Probleme zu ber cksichtigen siehe dazu Bestimme Anzahl und Ausstattung der Laborr ume t in Abschnitt 7 2 3 2 und Spezifiziere Aufbau und Ablauf des Versuchs bzw der Fertigkeit t t in Abschnitt 7 3 4 1 Wieviele Laborr ume und Arbeitsfl chen werden ben tigt Wie werden die Arbeitsfl chen in den Laborr umen angeordnet Wie werden die Versuchskomponenten auf die Arbeitsfl chen verteilt Wie gro ist das gr te Laborger t Werden Laborger te voraussichtlich zu gro f r das virtuelle Labor sein Wie ist das Gr enverh ltnis zwischen der kleinsten und der gr ten Versuchskomponente Sind die Laborger te vielleicht deshalb so gro weil sie veraltet sind Existieren modernere Laborger te
297. r Erstellung des virtuellen Labors gesch tzt und ein Pflichtenheft inklusive Gesamt entwicklungsplan t erstellt Erscheint die Entwicklung des virtuellen Labors zu teuer oder zu riskant so wird das Projekt abgebrochen Wurde der Gesamtentwicklungsplan gebilligt so beginnt die eigentliche Entwicklung des virtuellen Labors Nach Erstellung des Entwicklungsplans f r die n chste Iteration wird diese durchgef hrt Gleichzeitig berwacht und kontrolliert der Projektleiter den Projektverlauf Mit Erreichung des Iterationsmeilensteins endet die Iteration Anschlie end wird der restliche Umfang und das verbleibende Risiko bei der weiteren Entwicklung des virtuellen Labors gesch tzt Handelt es sich bei der beendeten Iteration um die letzte Iteration in einer Phase so wurde ein Phasenende erreicht und die Phase wird als beendet erkl rt Mit der letzten Iteration der Einf hrungsphase endet schlie lich das Projekt Die Aktivit ten im Projektmanagement 0 beschrieben Im Einzelnen sind das werden in den folgenden Kapiteln im Detail e Ersinne neues virtuelles Labor siehe Kapitel 7 1 1 e Sch tze Umfang und Risiko des Projekts t siehe Kapitel 7 1 2 e Erstelle den Gesamtentwicklungsplan X siehe Kapitel 7 1 3 e Erstelle den Entwicklungsplan f r die n chste Iteration t siehe Kapitel 7 1 4 e F hre die Iteration durch siehe Kapitel 7 1 5 e berwache und kontrolliere den Projektverlauf sie
298. r Labore gepr ft Abschlie end wird in Kapitel 3 5 eine Strategie zur Erstellung eines geeigneten Vorgehensmodells f r virtuelle Labore erarbeitet 3 1 Bewertungskriterien F r die Bewertung der Vorgehensmodelle im Hinblick auf den Anwendungsfall virtuelle Labore sind eine Reihe von verschiedenen Aspekten zu ber cksichtigen Diese lassen sich unterteilen in organisatorische multimediale didaktische und software technische Aspekte Diese werden in den nachfolgenden Kapiteln 3 1 1 bis 3 1 4 beschrieben 3 1 1 Organisatorische Aspekte Die organisatorischen Aspekte betreffen die Aufteilung des Entwicklerteams w hrend der Erstellung des virtuellen Labors sowie die Einbindung des Auftraggebers und der Endanwender in den Software Entwicklungsprozess Daher lassen sich bez glich der Organisationsstruktur folgende Bewertungskritieren identifizieren e Heterogenit t des Entwicklerteams kurz Heterogenit t des Teams Virtuelle Labore bilden einen eigenen Bereich der multimedialen Lehr und Lernsysteme in dem bestimmte Aspekte der Entwicklung wie zum Beispiel die Zusammenarbeit mit den 13 14 Fachexperten noch st rker in den Vordergrund ger ckt werden siehe Aden u a 1999 Seite 34 So zeichnet sich die Entwicklung von virtuellen Laboren gerade wegen der zwangsl ufigen Heterogenit t des Entwicklerteams durch sehr hohe Anforderungen an die Projektorganisation aus Das Entwicklerteam eines virtuellen Labors besteht typischerw
299. r Simulation zun chst allgemeiner gefasst Dort wird prinzipiell zwischen zwei Extremen von Simulationen unterschieden n mlich der Simulation mittels real existierenden physikalischen oder technischen Modellen und der hier betrachteten Simulation mittels mathematischer oder abstrakter Modelle Dazwischen gibt es viele Grade der Mischung beider Prinzipien Die Variante der real existierenden Simulation wie zum Beispiel der Crash Test f r Kraftfahrzeuge ist hier nicht weiter von Interesse und wird daher nicht weiter betrachtet Siehe auch Steinhausen 1994 Seite 6 f Zur Programmierung von Simulationen existieren spezielle Programmiersprachen wie zum Beispiel SIMULA oder General Purpose Simulation System in denen bestimmte Simulationskonzepte einfach formuliert werden k nnen Duden Informatik 1993 2 7 intelligentes Tutorsystem Intelligente Tutorsysteme ITS stellen eine Weiterentwicklung der in Kapitel 2 4 beschriebenen klassischen Lehr und Lernsysteme dar Nach Groos und Muthmann 1995 Seite 565 unterscheiden sich intelligente Tutorsysteme von klassischen Lehr und Lernsystemen durch die unterst tzte Lernstufe das hei t das Niveau der vermittelten Kenntnisse und F higkeiten W hrend konventionelle Lehr und Lernsysteme vor allem Reproduktionswissen vermitteln zielen intelligente Tutorsysteme darauf ab dem Lerner selbst Hinweise zu geben wie er vom System am besten unterrichtet werden kann adaptive Hilfe Der Lerne
300. r Workflow zum Einsatz des virtuellen Labors dargestellt Gegen ber dem entsprechenden Workflow des Rational Unified Process konnte allerdings die Struktur vereinfacht werden siehe Kruchten 2000 Seite 233 140 Bi aiae den Einsatz Internes Release Fame internen Abnahmetest Ben Veh die Dokumenaten ndere die Anforderungen a Kein externes Release in dieser Iteration Esee externes Release p Externes Finales externes Release Release A K N u externen Abnahmetest durch Y rtreibe das virtuelle Labor y Abbildung 7 26 Der Workflow zum Einsatz Zun chst wird in dem Workflow der Einsatz des virtuellen Labors geplant Danach wird die Dokumentation erstellt sowie ein interner Abnahmetest durchgef hrt Der interne Abnahmetest wird solange wiederholt bis alle Anforderungen an das virtuelle Labor stabil sind das hei t bis sich keine nderungen an den Anforderungen der aktuellen Iteration mehr ergeben Anschlie end wird sofern im Entwicklungsplan der Iteration vorgesehen ein externes Release t erstellt und ein externer Abnahmetest durchgef hrt Handelt es sich um das finale externe Release so beginnt der Vertrieb des virtuellen Labors Die Aktivit ten im Workflow Einsatz w beschrieben Im Einzelnen sind das werden in den folgenden Kapiteln im Detail e Plane den Einsatz siehe Kapitel 7 8 1 e Erstelle die
301. r soll mit Hilfe eines Tutorsystems die F higkeit erwerben Probleme aus dem Lehrbereich eigenst ndig und schrittweise zu l sen Hypothesentesten F r den hier betrachteten Anwendungsfall virtuelle Labore bedeutet dies zum Beispiel den Ablaufplan des durchgef hrten Experiments zu erlernen und zu verstehen vergleiche die kognitivistischen und situierten Ans tze der Lerntheorien in Kerres 1998 Seite 56 bis 75 Ein intelligentes Tutorsystem vergleiche Schulmeister 1997 Groos und Muthmann 1995 Blumstengel 1998 hat explizite Kenntnis ber den aktuellen Wissensstand des Lerners Lernermodul die zu vermittelnden Lerninhalte aus einem Wissensgebiet Expertenmodul ein didaktisches Konzept zur Vermittlung der Lerninhalte Lehrermodul sowie eine Komponente zur Darstellung der Lerninhalte Benutzungsoberfl che Abbildung 2 1 zeigt schematisch die zentralen Bestandteile der allgemeinen ITS Architektur Das Lernermodul beobachtet das Probleml sungsverhalten des Lerners Au erdem protokolliert es den Stand und die Ver nderung der Merkmale im Verlauf des L sungsprozesses Das Ergebnis des Lernermoduls ist die computergerechte Darstellung des Lerners in Form eines Lernermodells Im Expertenmodul ist das Wissen von Experten zum Beispiel mit Hilfe eines Expertensystems modelliert Daraus ergibt sich das Expertenmodell in dem die Lerninhalte die mit dem intelligenten Tutorsystem vermittelt werden sollen enthalten sind Das Lehrermodul entsch
302. re ob die Funktionalit ten des virtuellen Labors ausreichen oder ob zum Beispiel bestimmte Laborger te Beh lter Substanzen und Reaktionsabl ufe im virtuellen Labor noch nicht ber cksichtigt werden Wegen der relativ einfachen Notation der Aktivit tsdiagramme ist es durchaus denkbar dass diese Darstellungsform der Anwendungsf lle nicht nur von den Informatikern sondern auch von den Fachexperten und Fachdidaktikern verstanden und akzeptiert wird So k nnen bei entsprechender Unterst tzung durch ein Entwicklungswerkzeug auch Fachexperten role oder Fachdidaktiker die Aktivit tsdiagramme zu den Versuchen erstellen Ein Beispiel eines Anwendungsfalls zur Auswahl und Durchf hrung eines Versuchs dargestellt als Aktivit tsdiagramm ist im Anhang A zu finden 74 Neben Aktivit tsdiagrammen werden zur Beschreibung des Anwendungsfalls zur Aus wahl und Durchf hrung eines Versuchs auch Zustandsdiagramme erstellt Diese beschreiben welche Zust nde die verwendeten Laborger te und Beh lter haben k nnen und legen damit fest wie sich die Laborger te und Beh lter in die Aktivit ten des Aktivit tsdiagramms integrieren Dabei wird mit dem Zustandsdiagramm keine technische Modellierung der Laborger te und Beh lter vorgenommen sondern es werden nur soweit diskrete Zust nde identifiziert und modelliert wie sie zur Durchf hrung des Versuchs notwendig sind Des Weiteren k nnen die Zustandsdiagramme zu den Laborger ten un
303. rgehensmodelle Bei dem Vorgehensmodell f r die Multimedia Anwendungsentwicklung nach Sawhney 1995 handelt es sich um eine Kombination der evolution ren Software Entwicklung und des Phasenmodells erweitert um Aspekte f r die Entwicklung von Multimedia Systemen Bis zur Konzeptionsphase vollzieht sich die Erstellung des Multimedia Systems in einem evolution ren Prozess Der Vorteil der evolution ren Software Entwicklung den Auftraggeber m glichst fr hzeitig und h ufig in den Software Entwicklungsprozess einzubeziehen ist damit auch in dem speziellen Vorgehensmodell gegeben Der Nachteil der evolution ren Software Entwicklung bez glich der nur unzureichend planbaren Medienproduktion wird durch die strikte Phaseneinhaltung ab der Konzeptionsphase behoben F r die Entwicklung von virtuellen Laboren ist das Vorgehensmodell allerdings weniger geeignet da es sich eher in Richtung hypermediale Software Systeme orientiert vergleiche Sawhney 1995 Seite 42 bis 44 Die hohe Interaktivit t und die didaktischen Anforderungen virtueller Labore werden von diesem Vorgehensmodell nicht ber cksichtigt Das Vorgehensmodell zur Entwicklung von Lehr und Lernsystemen nach Yass 2000 ist eine logische Erweiterung des Phasenmodells um die Aspekte zur Entwicklung von Lehr und Lernsystemen So wird das Vorgehensmodell der Erstellung eines didaktischen Konzeptes f r Lehr und Lernsysteme gerecht Da das Vorgehensmodell aber eher auf die Entwicklung von kl
304. rmittelt Aus der Differenz zwischen Vor und Nachtest wird der Lernerfolg der Lerner und damit die Lerneffektivit t des virtuellen Labors bestimmt Auf die Verwendung einer Vergleichsgruppe peergroup zu den Pr flingen wird in Baumgartner 1997 Seite 243 abgeraten da selbst bei gegebener Vergleichbarkeit der beiden Gruppen durch die unterschiedliche Lernsituation zum Beispiel reales Laborpraktikum verglichen mit virtuelles Labor die Ergebnisse leicht verf lscht werden k nnen Um diese Zuf lligkeiten auszugleichen ist der Vergleich beider Lehr und Lernformen mit einer entsprechend gro en Stichprobe erforderlich siehe auch Eiwan 1999 Seite 81 ff Auch m ssen andere Einflussfaktoren wie zum Beispiel der Hawthorne Effekt mit ber cksichtigt werden Beim Hawthorne Effekt hat nach Baumgartner 1997 Seite 243 das multimediale Lehr und Lernsystem nicht deshalb einen h heren Lerneffekt weil es didaktisch besser gestaltet wurde als zum Beispiel ein Buch oder eine klassische Lehrveranstaltung sondern weil es als neues Medium interessanter ist siehe auch Preim 1999 Seite 196 Au erdem ist bei der Evaluation des virtuellen Labors der Lerntransfer zu bewerten das hei t es wird evaluiert wie der Lerner die im virtuellen Labor erlernten Handlungsabl ufe auf die Realit t bertr gt siehe auch Psaralidis und Zimmer 2000 Seite 272 ff Bei dem Lerntransfer geht es also nicht um die reine Behaltensleistung von Fakten sondern um
305. rozess einen Kundenvertreter im Team verf gbar zu haben Weitere zentrale Praktik ist das Programmieren in Paaren pair programming die in den Phasen Entwurf Implementierung und Test verwendet wird W hrend einer von zwei Entwicklern programmiert pr ft der andere den Quelltext auf Fehler und kontrolliert den Entwurf auf Konsistenz Eine weitere Praktik des Extreme Programming ist die kontinuierliche Code Integration Neu entwickelter oder ge nderter Quelltext wird alle paar Stunden in das aktuelle System integriert Auf diese Weise ist immer ein lauff higes Software System verf gbar Erg nzt wird diese Praktik durch die Idee des gemeinsamen Code Eigentums Jedes Entwicklerpaar darf jederzeit und berall im Quelltext nderungen vornehmen Zur Erleichterung der Arbeit in Paaren und des gemeinsamen Code Eigentums sieht das Vorgehensmodell verbindliche Programmierrichtlinien vor In der Literatur existieren Erweiterungen beziehungsweise Erg nzungen zum Extreme Programming In Barchfeld u a 2000 wird untersucht ob das Extreme Programming als eine Instanz des Rational Unified Process angesehen werden kann da es die wichtigsten Prinzipien des Rational Unified Process erf llt Des Weiteren wird betrachtet unter welchen Rahmenbedingungen es sinnvoll erscheint das Extreme Programming um Elemente des Rational Unified Process zu erweitern und umgekehrt Die Praktiken des Extreme Programming sind nicht ohne Auswirkung auf das Projekt manageme
306. rstellt Des Weiteren ist der Gesamtentwicklungsplan zu aktualisieren Der Iterationsmeilenstein der Entwurfsphase ist das Iterationsende Zur Erreichung des Iterationsmeilensteins m ssen die folgenden Artefakte vorliegen e Ergebnisbericht der Iteration und Artefakt e Gesamtentwicklungsplan aktualisiert Die Phasenmeilensteine in der Entwurfsphase sind e Architektur festgelegt S und e Didaktik festgelegt S Zur Erreichung der Phasenmeilensteine m ssen die folgenden Artefakte vorliegen Artefak e Architektur A e didaktisches Konzept und Anwendungsfall Modell zu ungef hr 80 spezifiziert 4 3 Konstruktionsphase In der Konstruktionsphase werden die Anforderungen und die Architektur des virtuellen Labors erweitert und verfeinert Innerhalb einer Iteration werden die Anforderungen bez glich Analyse Design Implementierung Medienproduktion und Test nach Priorit t geordnet und die entsprechenden Aktivit ten durchgef hrt Dabei nimmt die Gesamtfunktionalit t des virtuellen Labors inkrementell von Iteration zu Iteration zu Am Ende der Konstruktionsphase sind alle Anforderungen analysiert entworfen implementiert und getestet sowie alle Medien produziert und integriert worden das hei t alle Versuche des virtuellen Labors sind umgesetzt Die Konstruktionsphase endet mit einem ersten externen Release also mit der Bereitstellung des virtuellen Labors f r die bernahme in di
307. rsuches mehrfach durchzuf hren Des Weiteren kann ein Teilversuch auch als eigenst ndiger TVersuch aufgefasst werden und ebenfalls aus weiteren Teilversuchen bestehen Siehe dazu auch fgenerischer Teilversuch und Fertigkeit Tooltip Unter einem Tooltip wird eine kurze Beschreibung eines Knopfes oder Symbols auf der Benutzungsoberfl che bezeichnet Ein Tooltip erscheint auf der Benutzungsoberfl che wenn der Mauszeiger f r kurze Zeit ber dem Oberfl chenelement stehen bleibt Transportleiste Das Konzept der Transportleiste realisiert im virtuellen Labor die M glichkeit Versuchskomponenten das hei t Laborger te Beh lter und Substanzen zwischen verschiedenen Arbeitsfl chen zu transportieren Unified Modeling Language UML Notationssprache f r die objektorientierte Soft ware Entwicklung Die Unified Modeling Language wurde von Booch Rumbaugh und Jacobsen bei der Rational Software Corporation entwickelt und 1997 von der Object Management Group OMG als Standard akzeptiert Use Case Siehe Anwendungsfall Use Case Modell use case model Siehe TAnwendungsfall Modell Versuch experiment Ein Versuch bezeichnet im virtuellen Labor die Abfolge von bestimmten Arbeitsschritten nach einem entsprechenden fVersuchsprotokoll Ein Versuch kann aus mehreren fTeilversuchen bestehen 192 Versuchsablauf Ein Versuchsablauf bezeichnet die Durchf hrung eines Versuchs in einer bestimmten Abfolge von Arbeitsschritten Versuchsproto
308. rt Bei Auslieferung an die Endanwender setzt sich das externe Release aus dem aktuellen Build des virtuellen Labors dem Benutzungshandbuch t dem Booklet zur CD ROM und die Verpackung zusammen Das externe Release f r den Auftraggeber enth lt au erdem noch die technische Dokumentation Des Weiteren sind bei der Erstellung des externen Release ek gegebenenfalls auch schon f r das interne Release die Quelltexte des virtuellen Labors gegen unbefugte Verwendung zu sch tzen Merx 1999 Seite 128 Die Freigabe des externen Release f r den Auftraggeber als auch f r die Endanwender erfolgt durch den Projektleiter Rolle 7 8 5 F hre externen Abnahmetest durch F r den externen Abnahmetest vergleiche summative Evaluation in Issing 1997 Seite 213 sind prinzipiell zwei Varianten m glich die in der Regel parallel ausgef hrt werden Die erste Variante ist die Demonstration beim Auftraggeber Dazu wird das virtuelle Labor auf den Computer Systemen des Auftraggebers installiert und dort von dem Projektleiter demonstriert Des Weiteren wird das virtuelle Labor vom Auftraggeber getestet Die zweite Variante sind die 8 Tests bei der das virtuelle Labor an eine Vielzahl von Endanwender ausgeliefert und getestet wird Die Koordination der A Tests erfolgt durch den Projektleiter Umfangreiche Tests sind von gro er Bedeutung um verl ssliche Aussagen ber Installationserfolg Lauf
309. s 71 Review 191 Richtlinien f r die Dokumentation 152 Rolle 30 191 3D Modellierungsspezialist 48 Audio und Videospezialist 48 Auftraggeber 51 Datenbank Entwickler 49 Designer Entwickler 49 Digitalisierer 48 Endanwender 51 Fachdidaktiker 47 Fachexperte 47 Graphik Designer 48 Informatiker 48 Konfigurationsmanager 49 Medienspezialist 48 Projektleiter 49 Projektmitarbeiter 47 Simulationsspezialist 50 System Administrator 50 System Analytiker 50 Tester 50 Rollen berblick der 47 Rollenkonzept 31 Rollenplan Erstellen des 69 rudiment rer Anwendungsfall 34 RUP siehe Rational Unified Process S Scanner 123 Schichtenarchitektur 191 Schichtenmodell des Frameworks 109 Schnellstart 143 Schnittstelle 191 schriftliche Befragung 136 Schwerkraft 112 Schwierigkeitsstufen verschiedene 81 Shockwave Film 10 191 Sicherheitsbestimmung 57 SimNerv 122 Simplorer 111 Simulation Begriffsdefinition 7 Einteilung der 8 Simulationsmodell Konstruktion des 112 Simulationsspezialist 50 Simulator Begriffsdefinition 7 Erstellen des 112 SMART SPICE 111 Software 76 151 191 Software Architektur siehe Architektur Software Engineering siehe Software Technik Software Qualit t 191 Software System 191 Software Technik 192 Sperren einzelner
310. s alle Teilausdr cke der logischen Bedingungen in den Programmverzweigungen mindestens einmal ber cksichtigt werden Appelrath und Ludewig 2000 Seite 233 Da virtuelle Labore besonders interaktive Software Systeme darstellen ist die Forderung des Pfad berdeckungstest siehe Liggesmeyer 1993 Seite 337 dass alle unterschiedlichen vollst ndigen Pfade des virtuellen Labors durchlaufen werden wegen der hohen Anzahl verschiedener Pfade unrealistisch siehe dazu Appelrath und Ludewig 2000 Seite 233 Ein ablauff higer Quelltext alleine garantiert jedoch noch nicht dass auch alle Anforderungen an das virtuelle Labor erf llt werden Daher werden insbesondere auch die Schnittstellen zur Erhebung von Testf llen herangezogen da sich nur so fehlende beziehungsweise unber cksichtigte Anforderungen entdecken lassen Die dritte Quelle zur Erhebung von Testf llen bezieht sich auf die Erfahrungswerte des Entwicklerteams ber die h ufigsten Software Fehler Das sind zum Beispiel provozieren von eventuell nicht ber cksichtigten Fehlerzust nden Dazu geh rt auch das Weglassen bestimmter Ger tetreiber die vom virtuellen Labor ben tigt werden oder die Verwendung lterer Versionen Weitere Fehlerzust nde werden erzeugt wenn das Kabel zum Drucker herausgezogen die CD ROM oder Diskette aus dem Laufwerk entnommen oder wenn die Netzwerkverbindung getrennt wird Wichtig bei der Identifikation der Testf lle ist dass alle Anwendungsf lle des Anwen
311. s in den Software Entwicklungsprozess zu betrachten Einbeziehung der Endanwender kurz Einbez der Endanwender Gerade f r die Akzeptanz und den Erfolg eines virtuellen Labors ist die Einbeziehung der zuk nftigen Endanwender beziehungsweise Lerner in den Software Entwicklungsprozess besonders wichtig Die Lerner sollten in regelm igen Abst nden das virtuelle Labor in Form eines Pilotsystems bez glich Interaktionsm glichkeiten Gestaltung der Benutzungso berfl che und Verst ndlichkeit der Lerninhalte evaluieren k nnen Dadurch kann eine realistische Bewertung vorgenommen werden inwiefern das virtuelle Labor von den Lernern akzeptiert wird und wie gut die Lerner im virtuellen Labor lernen das hei t die vermittelten Lerninhalte aufnehmen und nachvollziehen Auch k nnen so Unterschiede in der Durchf hrung eines Laborpraktikums an verschiedenen Universit ten oder Instituten ermittelt und im virtuellen Labor entsprechend ber cksichtigt werden Die Ergebnisse der Evaluation durch die Endanwender flie en dabei zur ck in den weiteren Entwicklungsprozess des virtuellen Labors 1 Auch Sachexperte siehe Kerres 1998 3 1 2 Multimediale Aspekte Da ein virtuelles Labor nach Kapitel 2 8 ein spezielles multimediales Lehr und Lernsystem darstellt sind von einem Vorgehensmodell f r virtuelle Labore auch die multimedialen Aspekte zu ber cksichtigen Diesbez glich lassen sich die beiden folgenden Bewertungskriterien identifizieren e
312. schiedene Substanzen anwendbar GenLab Am Oldenburger Forschungs und Entwicklungsinstitut f r Informatik Werkzeuge und Systeme OFFIS in der Arbeitsgruppe Multimedia Systeme von Prof Dr H J Appelrath seit September 1997 entwickeltes multimediales gentechnisches Praktikum GenLab Mit GenLab k nnen gentechnische T Versuche in einer virtuellen Umgebung auf einem handels blichen Computer System durchgef hrt werden Siehe dazu TVirtLab Gesch ftsprozess workflow business use case Ein Gesch ftsprozess besteht aus meh reren zusammenh ngenden Aufgaben die durchgef hrt werden um ein Ziel zu erreichen beziehungsweise ein gew nschtes Ergebnis zu erstellen Intelligentes Tutorsystem Siehe Kapitel 2 7 Interaktivit t Umfassender Begriff f r solche Eigenschaften eines Computer Systems die dem Benutzer Eingriffs und Steuerm glichkeiten er ffnen im Idealfall auch die wechselnde Dialog Initiative von Mensch und Computer Internes Release Siehe tRelease Iteration Iterationen zerlegen den Software Entwicklungsprozess beziehungsweise die Phasen des Software Entwicklungsprozesses in mehrere gleichartige Schritte Iterationsmeilenstein Ein Meilenstein der das Ende einer tlteration definiert Iterationsmeilensteine unterteilen Phasen in mehrere Schritte und legen wichtige Zwischenergebnisse Artefakte fest Die Festlegung der Iterationsmeilensteine ist nicht so sehr an die inhaltliche Gliederung der Software Entwicklung g
313. schreibung der Dom ne e Aktivit ten des System Analytikers O Artefakt Erstellen eines initialen Gesamtglossars und kontinuierliche Pflege dessen Identifikation der Anwendungsf lle neben den Versuchen des virtuellen Labors Identifikation und absch tzen der potentiellen Risiken bei der Entwicklung des vir tuellen Labors unter Verwendung der Fehlerm glichkeits und Einflussanalyse Gegebenenfalls erstellen von Vorstudien e len zu den kritischen Anwendungsf l Definition des virtuellen Labors unter Absprache mit dem Projektleiter die wichtigsten Aktivit ten gt Wahl der Darstellungsart gt Entscheidung ber eine Client Server Verteilung gt Entscheidung ber die Einbindung von Mehrsprachigkeit gt Einbindung von Lernerkontrolle 172 e Aktivit ten des Medienspezialisten gt Dynamisches Laden und Speichern von Versuchen Rolle Identifiziere die ben tigten Medien zur Beschreibung und Darstellung des Hintergrundwissens des virtuellen Labors Diesbez glich werden betrachtet gt Die Theorie zu den Versuchen gt Die Laborger te Beh lter und Substanzen Angabe der Quellen zur Erstellung der Medien e Aktivit ten des Projektleiters Rolle Durchf hren einer Bedarfsanalyse zum virtuellen Labor Bestimmen der Zielgruppe und der Einsatzumgebung Ziele des virtuellen Labors zusammen mit dem Auftraggeber hung des Fachexperten Er
314. sentwicklung am Beispiel eines Informations und Orientierungs systems f r eine Universit t Osnabr ck Universit t Osnabr ck Fachbereich Wirtschaftswissenschaften Juni 1995 Freie wissenschaftliche Arbeit zur Erlangung des Grades einer Diplom Kauffrau Schanda 1995 SCHANDA Franz Computer Lernprogramme wie damit gelernt wird wie sie entwickelt werden was sie im Unternehmen leisten Weinheim Basel Beltz Verlag 1995 Schmidt 1989 SCHMIDT Frank Expertensystem Erstellung unter der Ber cksichtigung von Erkenntnissen der kognitiven Psychologie und verschiedener Knowledge engineering Methoden zur Extraktion von Expertenwissen Kassel Universit t Kassel 1989 Dissertation Schr der 1996 SCHR DER O Intelligente tutorielle Systeme Intelligente computerunterst tzte Instruktion In BECKER Barbara Hrsg FREKSA Christian Hrsg HAHN Udo Hrsg OPwIs Klaus Hrsg PALM G nther Hrsg STRUBE Gerhard Hrsg W rterbuch der Kognitionswissenschaft Stuttgart Klett Cotta 1996 S 289 291 Schulmeister 1997 SCHULMEISTER Rolf Grundlagen hypermediale Lernsysteme Theorie Didaktik Design 2 aktualisierte Auflage M nchen Wien R Oldenbourg Verlag 1997 Schult 1994 SCHULT Thomas J B cher zerst ren die Erziehung Roger Schank im Gespr ch mit Thomas J Schult In c r 1994 Nr 1 1994 S 56 58 Sommerville 1996 SOMMERVILLE Ian Software Engineering Sth edition r
315. sicht verwendet wie zum Beispiel in GenLab geschehen e 2D Arbeitsfl che Eine 2D Arbeitsfl che ist eine einfache Graphik Diese wird bei spielsweise aus einem 3D Modell der Arbeitsfl che erstellt und als Hintergrundgraphik im virtuellen Labor verwendet e 3D Ansicht Eine 3D Ansicht ist die direkte Darstellung eines 3D Modells einer Versuchskomponente des virtuellen Labors in der 3D Darstellung e 3D Arbeitsfl che Eine 3D Arbeitsfl che ist die direkte Darstellung eines 3D Modells einer Arbeitsfl che im virtuellen Labor in der 3D Darstellung e Ansicht von allen Seiten Die Ansicht von allen Seiten zeigt Gegenst nde des virtuellen Labors losgel st von der Umgebung frei drehbar im dreidimensionalen Raum und wird auf der Grundlage von 3D Modellen erstellt Alle Aspekte des Gegenstandes k nnen somit dem Lerner gezeigt werden vergleiche Yass 2000 Seite 74 Eine Ansicht von allen Seiten wird in virtuellen Laboren typischerweise f r Laborger te Beh lter und Zubeh r realisiert Wird f r die Benutzungsoberfl che des virtuellen Labors die l4Diese stehen zum Beispiel beim Autorensystem Director zur Verf gung und werden dort als Vectorshapes bezeichnet 120 Vordergrundgraphik 3 Teilgraphiken OQO V w Standfl che Miniaturansicht Abbildung 7 21 2D Ansicht am Beispiel eines Eisbeh lters aus GenLab 2D Darstellung gew hlt so erfolgt die Ansicht von allen Seiten beispielsweise mit Hilfe eines interaktiv
316. sondere f r die Fachexperten nolej Im Gegensatz zur Wissenebene enth lt eine Spezifikationssprache auf Symbolebene weitere Sprachelemente zur Beschreibung der internen Strukturen Eine Spezifikation auf Symbolebene erfolgt ber eine spezielle Programmiersprache wie zum Beispiel in GenLab Zwischen den Spezifikationssprachen auf Wissensebene und Symbolebene existiert ein flie ender bergang So kann eine auf die Wissensebene ausgerichtete Spezifikationssprache auch einige Elemente zur Beschreibung interner Strukturen enthalten Spezifikation von Aufbau und Ablauf mit Entwicklungswerkzeug Die Spezifika tion der Lerneinheiten mit Hilfe eines entsprechenden Entwicklungswerkzeuges basiert auf einer formalen Spezifikationssprache Das Werkzeug erm glicht es den Fachexperten Role die Versuche und Fertigkeiten mittels einer graphischen Benutzungsoberfl che zu erstellen ohne dabei vertiefte Kenntnisse in der Informatik haben zu m ssen Mit Hilfe des Werkzeuges k nnen Aufbau und Ablauf der Lerneinheit festgelegt werden Treten Probleme mit der Bedienung des Werkzeuges auf oder reicht das Werkzeug nicht f r die Modellierung eines bestimmten Versuches aus so werden die Informatiker zu Rate gezogen Im Idealfall erfolgt die Spezifikation der Versuche bei Verwendung eines entsprechenden Entwicklungswerkzeuges auf der Wissensebene Die verwendete Spezifikationssprache abstrahiert dann soweit von den internen Strukturen eines Versuches dass das Werkz
317. ssung des Metaobjekt modells 87 156 Werkzeug zur Erstellung des Drehbuchs 105 157 Werkzeug zur Erstellung des Simulations modells 87 156 Werkzeug zur Integration der Medien 131 157 Werkzeug zur Integration des Hintergrund wissens 106 157 Werkzeug zur Spezifikation von Aufbau und Ablauf der Lerneinheiten 97 156 Werkzeug zur Wartung und Pflege des VirtLab Prozess 157 WI KEA 158 Wiederholung 140 Wissensebene 96 215 Worker 33 Workflow 30 siehe Gesch ftsprozess Medienproduktion 116 Analyse und Design 106 Anforderungsbestimmung 72 Einsatz 140 Entwicklungsumgebung 149 Implementierung 127 Konfigurationsmanagement 146 Notation der 59 Projektmanagement 61 Test und Evaluation 132 Tutorkonzept 83 X XML siehe Extensible Markup Language XP siehe Extreme Programming XPM siehe Extreme Projectmanagement Z Z Sortierung 112 Zeitraffer 112 Zeitsch tzung 66 Zeitverwaltung 112 Zielgruppe Bestimmung der 75 Zusammenfassen der Tests und Evaluation 140 Zusammenstellen des Entwicklerteams 63 Zustandsausgabeger t 56 Zustands nderungs Zustandsausgabeger t 56 Zustands nderungsger t 56 Zweig berdeckungstest 135 Zwischenergebnis siehe Artefakt 216
318. ssysteme amp Rechnerverbund Juli 1990 Dissertation Yass 2000 Yass Mohammed Entwicklung multimedialer Anwendungen eine systematische Einf hrung Heidelberg dpunkt verlag GmbH 2000 Zehnder 1991 ZEHNDER Carl August Informatik Projektentwicklung 2 berarbeitete und erweiterte Auflage Stuttgart B G Teubner 1991 Leitf den der angewandten Informatik Ziegler 1993 ZIEGLER J rgen Entwurf graphischer Benutzungsschnittstellen Kap 9 In ILG Rolf Hrsg ZIEGLER J rgen Hrsg Benutzergerechte Software Gestaltung Standards Methoden und Werkzeuge M nchen Wien R Oldenbourg Verlag 1993 204 Index Zahlen 2D Ansicht von Versuchskomponenten 120 2D Arbeitsfl che 120 2D Darstellung 77 3D Modellierungsspezialist 48 3D Ansicht 120 3D Arbeitsfl che 120 3D Darstellung 78 3D Modell 119 Modellierung eines 124 Quellen zur Erstellung 124 3D Raummetapher 80 3D Scanner 123 4D Modell 126 A Abnahmetest externer 145 interner 144 Abstract Factory 110 abwesende Beobachtung 137 Adaptierbarkeit 185 adaptive Hilfe 9 92 Adaptivit t 185 Akteur 185 Aktivit t 30 185 Aktivit ten Identifikation der 69 Alternativen der Versuchsdurchf hrung 101 Analyse der Dom ne 86 Analyse der Ergebnisse der Evaluation 140 Analyse der vorhanden Medien 122 Analyse des Problems 73 Analyse und Design 106 Anbindung von externen Ger ten 82
319. stgelegte oder vorausgesetzte Erfordernisse zu erf llen Des Weiteren flie en f r virtuelle Labore auch inhaltliche didaktische und gestalterische Qualit tsmerkmale mit ein 191 Software Technik Anwendung von Prinzipien Methoden und Techniken auf den Entwurf und die Implementierung von fSoftware Systemen Der Begriff Software Technik steht f r die Auffassung dass die Erstellung Anpassung und Wartung von fSoftware Sys temen kein k nstlerischer sondern vorwiegend ein ingenieurm ig ablaufender Prozess ist Statische Analyse berpr fung Vermessung und Darstellung eines Software Systems oder Teilsystems durch Analyse des Quelltextes unter Verzicht auf die Durchf hrung von Tdynamischen Tests Teilsystem subsystem Ein Teilsystem ist ein eigenst ndiger Teil eines tSoftware Systems Das Verhalten eines Teilsystems wird bestimmt durch die tKlassen und weiteren Teilsysteme die es enth lt Ein Teilsystem hat dabei eine oder mehrere Schnittstellen ber die auf das Teilsystem zugegriffen werden kann und die sein Verhalten definieren Beispiele f r Teilsysteme im Kontext virtueller Labore sind der Simulator und das fintelligente Tutorsystem Teilversuch Ein Teilversuch stellt in der Regel eine bestimmte Basistechnik der zu modellierenden Dom ne dar die zur Erreichung wichtiger Zwischenschritte und Teilergebnisse im TVersuchsablauf dienen Ein Teilversuch kann in verschiedenen Versuchen auftauchen oder ist innerhalb eines FVe
320. stimmt welche Lerneinheiten wann ausgew hlt werden k nnen oder gesperrt sind vergleiche den logischen Abh ngigkeitsgraphen in Ateyeh u a 1999 89 Bestimme die Navi Konzipiere die gationsm glichkeiten Fehlerbehandlung in den Lerneinheiten Bestimme die Naviga Entscheide ber die Beachte die Gefahr der tionsstruktur ber die Varianten der Hilfestellung kognitiven berlastung Fachdidaktiker Lerneinheiten des Lerners Konzipiere die Ber cksichtige die Anbin Lerneranalyse dung weiterer Komponen lt ten und Ey Abbildung 7 13 Detailansicht der Aktivit t Erstelle das didaktische Konzept Seite 9 Mit einer Guided Tour wird dem Lerner ein bestimmter Ablauf durch die Hierarchie der Lerneinheiten des virtuellen Labors vorgeschlagen Es ist auch m glich anhand des Lernermodells zu entscheiden welche Lerneinheiten ausgew hlt werden k nnen So besitzen erfahrene Lerner die grundlegenden Fertigkeiten bereits und k nnen diese berspringen Eine weitere M glichkeit ist dass immer alle Lerneinheiten ausw hlbar sind freie Navigation Das ist dann notwendig wenn sich keine Hierarchie der Lerneinheiten bilden l sst oder kein Lernermodell existiert und somit der Wissensstand des Lerners nicht bekannt ist Die freie Navigation kann aber auch bewusst eingesetzt werden um dem Lerner eine gr tm gliche Auswahl an Lerneinheiten anzubieten wie zum Beispiel in GenLab Des Weiteren ist die freie
321. t auf einer gemeinsamen Grundlage zusammenzuarbeiten Wie in jedem anderen Labor sind auch hier die eingesetzten Werkzeuge und Methoden dom nenabh ngig Die allgemeinen Anforderungen an die zugrunde liegende Infrastruktur das hei t an die ben tigten Kommunikations Technologien sind jedoch in allen Wissenschaftsf chern gleich 6Zum Beispiel das virtuelle Chemielabor von Thomas Seilnacht siehe http www seilnacht tuttlingen com Chemie htm oder das Virtual Lab Exploring Genetics siehe http library thinkquest org 11375 index htm Anmerkung Eine 1996 in den USA gegr ndete Initiative zur Weiterentwicklung des Internet derzeit bestehend aus ber 180 Universit ten sowie Partnerschaften in der Industrie und Regierung 10 Im Rahmen von VirtLab werden Methoden und Werkzeuge zur Entwicklung allgemeiner multimedialer virtueller naturwissenschaftlich technischer Labore und Praktika kurz virtueller Labore erarbeitet Dort wird unter einem virtuellen Labor die multimediale Nachbildung eines realen Labors im Rechner verstanden Die Bestandteile eines virtuellen Labors entsprechen dem eines realen Labors und sind zum Beispiel virtuelle Laborger te virtuelles Zubeh r und virtuelle Substanzen Ein virtuelles Labor kann aus verschiedenen Arbeitsfl chen und R umen bestehen Die Nutzer k nnen sich mit Hilfe von Maus und Tastatur im virtuellen Labor bewegen und dort Laborger te bedienen und Experimente durchf hren Besonderes Kennzeich
322. t modultest modultest ii i y y l l Getestete N Getestete Steuerungs Anwendungs i module module J ji ji li 54 l a Integrations Paaa ea a a Integralions puce testf lle test besor E 7 l EI g Integriertes D Interner l System Systemtest szenarien C y e y Externer Test gt Feldtest mad Produkt 3 Legende Fehler Prototyping Abbildung 3 3 T tigkeiten und Dokumente bei der Multimedia Entwicklung nach Nagl u a 1999 28 Lastenheft und kommt noch vor der Anforderungsdefinition die in der Definitionsphase erstellt wird Unter Software Qualit t versteht man nach DIN ISO 9126 die Gesamtheit der Merkmale und Merkmalswerte eines Software Produktes die sich auf dessen Eignung beziehen festgelegte oder vorausgesetzte Erfordernisse zu erf llen siehe Nagl u a 1999 Seite 142 Bei multimedialen Lehr und Lernsystemen flie en neben den klassischen software technischen Merkmalen auch inhaltliche und mediendidaktische Qualit tsmerkmale ein Im Gegensatz zu den meisten klassischen Software Systemen unterliegen multimediale Lehr und Lernsysteme der Dynamik und Zeitbehaftung Videosequenzen und Animationen haben eine gewisse Laufzeit die kaum reduziert werden kann Das Testen von multimedialen Lehr und Lernsystemen ist dadurch mit einem h heren Zeitaufwand und damit mit h heren Kosten verbunden 3 3 4 Bewertung der speziellen Vo
323. t sondern ergibt in Verbindung mit dem Tutorsystem ein multimediales Lehr und Lernsystem Denkbare konkrete Einsatzbereiche virtueller Labore sind vor allem die klassischen naturwissenschaftlichen Fachgebiete wie Biologie Physik und Chemie beginnend bei ihren Grundlagenthemen bis hin zu den Spezialgebieten und deren verschiedensten interdisziplin ren Themenbereichen Weitere m gliche Anwendungsfelder f r virtuelle Labore sind zum Beispiel ein Pneumatiklabor in der Elektrotechnik oder ein Hardware Labor 8 Anmerkung Die Ans tze von Internet2 1997 2000 und VirtLab werden ebenfalls von dem Verbund Virtuelles Labor VVL siehe http www vvl de verfolgt Ausgehend von realen Hochschullaboratorien mit Robotern Laborger ten und Werkzeugmaschinen werden virtuelle Laboratorien und Laborexperimente entwickelt die einerseits von Telenutzern ber das Internet ferngesteuert werden k nnen und andererseits die M glichkeit bieten den virtuellen Arbeitsprozess beziehungsweise das virtuelle Laborexperiment interaktiv zu steuern Zum Beispiel im Bereich der Biologie die Gentechnik umgesetzt im Projekt GenLab siehe GenLab Internetseiten 2001 11 Anleitungsfenster Transportleiste chen 2min 600W thidiumbrofmid sch tteln Geltr ger Kamm einsetzen Gel hineingie en abk hlen lassen Kamm entfernen Gelelektrophorese Zubeh r Laborger t Substanz Arbeitsfl che Abb
324. t eine Festlegung und Aufbereitung der zu vermittelnden Lerninhalte des virtuellen Labors das hei t eine nach Priorit ten geordnete Liste von Lerneinheiten bestehend aus den durchzuf hrenden Versuchen Teilversuchen und den zu erwerbenden Fertigkeiten Diese werden in der Liste der Lerneinheiten festgehalten Wichtig ist eine m glichst optimale Reihenfolge in der Umsetzung der Versuche und insbesondere der generischen Teilversuche zu bestimmen um schon w hrend der Entwicklung des virtuellen Labors ein maximales Ergebnis in Form von durchf hrbaren Versuchen zu erzielen Des Weiteren h ngt die Festlegung der Priorit ten auch wesentlich von den W nschen des Auftraggebers ab und ist mit diesem abzusprechen Au erdem kann zu jeder Lerneinheit die ungef hre Lerndauer angegeben werden Nach der Bestimmung der Liste der Lerneinheiten wird gegebenenfalls die Zielgruppe des virtuellen Labors pr zisiert beziehungsweise korrigiert 3Auch Lernmodul siehe Ateyeh u a 1999 Seite 4 86 7 3 2 1 Verwende das Metaobjektmodell f r virtuelle Labore Als Grundlage zur Analyse der Dom ne bietet sich das in Kapitel 6 beschriebene Metaobjektmodell f r virtuelle Labore an Dazu werden die einzelnen Objekte des Metaobjektmodells betrachtet und f r das konkrete virtuelle Labor identifiziert Es werden also f r jeden Versuch und jede Fertigkeit die ben tigten Laborger te Beh lter Substanzen und Hilfsmittel bestimmt Au erdem wird die
325. t eine komponentenbasierte Software Entwicklung eine einfache schnelle und preiswerte Herstellung von Software Systemen mit Hilfe von vorgefertigten Komponenten Damit unterst tzt das Vorgehensmodell Catalysis wesentlich das von VirtLab erkl rte Ziel einer schnellen und kosteng nstigen Produktion qualitativ hochwertiger virtueller Labore Dabei ist jeweils im konkreten Fall zu pr fen inwiefern die komponentenbasierte Software Entwicklung notwendig ist oder ob nicht bereits eine Aufteilung des Software Systems in mehrere Teilsysteme ausreicht Die objektorientierte Software Entwicklung und Catalysis werden der Komplexit t virtueller Labore jedoch nur aus software technischer Sicht gerecht Bei beiden Vorgehensmodellen bleiben die gestalterischen und didaktischen Aspekte unber cksichtigt Damit sind auch diese Vorgehensmodelle nur bedingt f r die Entwicklung virtueller Labore anwendbar Zusammenfassend l sst sich sagen dass keines der klassischen Vorgehensmodelle f r die Entwicklung virtueller Labore befriedigend ist Die wesentliche Ursache daf r ist in der fehlenden Ber cksichtigung der multimedialen und didaktischen Aspekte virtueller Labore zu sehen Des Weiteren werden nur von dem V Modell und dem Spiralmodell bei Einbettung 23 eines entsprechenden Vorgehensmodells die Heterogenit t des Entwicklerteams durch ein entsprechendes Rollenkonzept auch tats chlich ber cksichtigt 3 3 Spezielle Vorgehensmodelle Neben den bisher gen
326. t einer Nummer und einer entsprechenden Bemerkung versehen Zu jedem Fehlerfall ist au erdem ein entsprechender L sungsweg im Aktivit tsdiagramm eingezeichnet Des Weiteren werden noch Zustandsdiagramme zur Beschreibung der Zust nde der verwendeten Laborger te und Beh lter erstellt Damit wird festgelegt welche Interaktionen mit den Laborger ten und Beh ltern m glich sind das hei t wie sich die Laborger te und Beh lter in die einzelnen Aktivit ten des Aktivit tsdiagramms integrieren Ein Beispiel eines Zustandsdiagramms f r einen unverschlossenen Beh lter ist der Abbildung A 2 zu entnehmen In Abbildung A 3 ist des Weiteren ein stark vereinfachtes Zustandsdiagramm der Mikrowelle dargestellt Au erdem ist ein weiteres Beispiel eines Zustandsdiagramms in Boles u a 1998 Seite 45 f r die Mikropipette enthalten 165 Messvecrer regen N a BEER i Agarose einwiegen Puter hinzugeben BE Puffer einf llen J i Suvsianzon entsorgen Sisaren en In Miki Il hi K lt gt gt lt fn Mirowete emize En einlegen Ansatz en Standard pipettieren x au O A A N f1 Substanzen PR V nicht gesch ttelt en ER Deckel schlie e 3 A Y U ai erhitzen es ae re f2 Aufkochzeit nicht S i eingehalten V NV ei pipetieren Gutanen Gel erneut aufkochen s m Gel in Messbecher geben a en Felskirsanaiess eenden i ES f3
327. tein 41 190 Phasenmodell 18 iteriertes 18 Pilotsystem 190 pitfall 94 Planung der Implementierung 129 Planung der Integration 129 Planung der Konfiguration 148 Planung der Medienproduktion 123 Planung der Tests und Evaluation 133 Planung des Einsatz 142 Planungsspiel 34 PMS siehe Phasenmeilenstein Post Test siehe Nachtest 212 pragmatische Sicht auf den VirtLab Prozess 181 Praktiken des Extreme Programming 34 Pre Test siehe Vortest Probenanzahl 101 Problemanalyse 73 Produkt 20 Programmieren in Paaren 35 Programmierrichtlinien 152 Programmkontrolle 88 Projekt Beenden des 71 Projektleiter 49 Projektmanagement 61 Projektorganisation 69 Ber cksichtigung der 69 Projektumfang und risiko Sch tzen des 65 Protokoll siehe Versuchsprotokoll Protokollierung von Lernerdaten 93 Prototyp 190 der Oberfl che 118 Prototypenmodell 19 Prozessmodell siehe Vorgehensmodell Pr fen der Medien 127 Punktebewertung 94 pure project 69 Q QFD siehe Qualit tsfunktionen Darstel lung Qualit tsfunktionen Darstellung 64 Qualit t der Hilfestellung 92 Qualit tssicherung 50 Quellen zur Erhebung von Testf llen 134 Quellen zur Erstellung von 3D Modellen 124 R Rational Unified Process 32 RedDot 157 Refaktorisierung 35 Regiebuch 26 Release 191 Release Zyklus 191 Repository 191 restlicher Projektumfang und risiko Sch tzen de
328. tel 5 die am Software Entwicklungsprozess beteiligten Rollen beschrieben Danach wird in Kapitel 6 das Metaobjektmodell f r virtuelle Labore als Grundbaustein der Entwicklungsmethodik eingef hrt In Kapitel 7 werden dann die Workflows des Vorgehensmodells zusammen mit den zugeh renden Aktivit ten und Artefakten der Entwicklungsmethodik f r virtuelle Labore beschrieben Im abschlie enden Kapitel 8 wird eine Bewertung der Arbeit vorgenommen und es erfolgt ein Ausblick bez glich zuk nftiger Arbeiten Au erdem befindet sich im Anhang zu dieser Arbeit ein Beispiel eines Anwendungsfalls siehe Anhang A Checklisten zu den wichtigsten Artefakten der Entwicklungsmethodik siehe Anhang B ein Beispiel einer Prozesssicht auf das Vorgehensmodell siehe Anhang C ein ausf hrliches Glossar siehe Anhang D ein Literaturverzeichnis und ein umfassender Index 2 Begriffsdefinitionen Ziel dieses Kapitels ist es die Bedeutung einiger Begriffe die im Rahmen dieser Arbeit wichtig sind zu kl ren Im Einzelnen sind das die Begriffe o Vorgehensmodell e Entwicklungsmethodik e Multimedia System e Lehr und Lernsystem e multimediales Lehr und Lernsystem e Simulator e intelligentes Tutorsystem und e virtuelles Labor Die Begriffe Vorgehensmodell und Entwicklungsmethodik werden in den Kapiteln 2 1 und 2 2 aufgef hrt da diese grundlegend f r die vorliegende Arbeit sind In den Kapiteln 2 3 und 2 4 werden die Begriffe Multimedia Syst
329. thoden auf dem Pr fstand N rnberg BW Bildung und Wissen Verlag und Software GmbH 2000 Multimediales Lernen in der Berufsbildung S 304 328 Fr hauf u a 1991a FR HAUF Karol LUDEWIG Jochen SANDMAYR Helmut Software Projektmanagement und Oualit tssicherung Stuttgart B G Teubner 1991 Leitf den der angewandten Informatik Fr hauf u a 1991b FR HAUF Karol LUDEWIG Jochen SANDMAYR Helmut Software Pr fung eine Fibel Stuttgart B G Teubner 1991 Gaines und Shaw 1995 GAINES Brian R SHAW Mildred L G Knowledge Acquisition Tools based on Personal Construct Psychology September 1995 URL http ksi cpsc ucalgary ca articles KBS KER University of Calgary Knowledge Science Institute Gallenberger u a 1999 _GALLENBERGER W GRUBER H HARTEIS C HEID H KRAFT S Lehren und Lernen mit neuen Medien In BRAUNGART Georg 198 Hrsg HITZENBERGER Ludwig Hrsg LEHNER Franz Hrsg Multimedia Informationssysteme zwischen Bild und Sprache Wiesbaden Gabler 1999 Gabler Edition Wissenschaft Multimedia und Telekooperation S 259 271 Gamma u a 2000 GAMMA Erich HELM Richard JOHNSON Ralph VLISSIDES John Design Patterns elements of reusable object oriented software 21th printing Addison Wesley Longman Inc November 2000 Addison Wesley professional computing series GenLab Internetseiten 2001 GENLAB INTERNETSEITEN GenLab Das virtuelle ge
330. tion der Iterationen 68 Implementierung 127 Planung der 129 Implementierung der Komponenten 130 Implementierung der Tests und Evaluation 138 Implementierungsplan 129 IMS siehe Iterationsmeilenstein individuelle Installation 145 Informatiker 48 Informationsbezogene Sicht auf das Meta objektmodell 57 Informationskomponente 58 Inhalte der Hilfestellung 93 inhaltsbezogene Hilfestellung 93 Integration Planung der 129 Integration der Komponenten 131 Integration der Medien 130 Werkzeug zur 131 157 Integration der Teilsysteme 131 Integration des Hintergrundwissens Werkzeug zur 106 157 Integrationsplan 129 Intelligentes Tutorsystem Architektur 9 Begriffsdefinition 9 Interaktionsdesign 15 89 118 Interaktionsform 89 Interaktivit t 188 interkationstechnische Hilfestellung 93 interner Abnahmetest 144 Internes Release 144 siehe Release Iteration 31 188 Beenden der 71 Durchf hren der 70 Entwicklungsumgebung der 151 Leitlinien der 152 Iterationen 209 Identifikation der 68 Iterationsmeilenstein 41 188 ITS siehe Intelligentes Tutorsystem J Java 189 Java Applet 10 189 K Keine Hilfestellung 92 Keine Interaktionsm glichkeit Animation 91 Klasse 189 Kognitive berlastung 95 kollaboratives Lernen siehe kooperatives Lernen Kollisionserkennung 112 kompetitives Lernen 81 94 Komponente 189
331. tion der Semantik der Unified Modeling Language entwickelt siehe Object Management Group 1997 21 3 2 10 Bewertung der klassischen Vorgehensmodelle In Sawhney 1995 werden die wichtigsten Vorgehensmodelle der klassischen Software Technik analysiert und es wird untersucht inwiefern diese Vorgehensmodelle f r die Entwicklung von Multimedia Systemen geeignet sind Danach eignet sich das reine Phasenmodell nicht f r die Entwicklung von Multimedia Systemen da diese eine sehr hohe Gewichtung auf die Gestaltung der Benutzungsoberfl che legen Aus diesem Grund ist das Phasenmodell auch nicht f r die Entwicklung von virtuellen Laboren einsetzbar siehe Boles 1997 Seite 3 Durch das Fehlen von R ckspr ngen zu fr heren Phasen der Software Entwicklung ist das Phasenmodell au erdem f r die Entwicklung von Software Systemen ungeeignet bei denen flexibel auf die sich ndernden Anforderungen reagiert werden muss Hruschka u a 2001 Seite 21 wie zum Beispiel bei der Neuentwicklung von virtuellen Laboren Das iterierte Phasenmodell ist mit seinen R ckkopplungen zu fr heren Phasen zwar eine wesentliche Verbesserung gegen ber dem Phasenmodell da der Auftraggeber jedoch wie beim Phasenmodell nur in der Analysephase an der Software Entwicklung beteiligt ist sind nderungsw nsche an der Benutzungsoberfl che und den Funktionalit ten erst in der Phase Einsatz Wartung m glich Eine Korrektur des Software Systems kann also nur sehr sp t
332. tiven anstelle einer klar bestimmten Arbeitsabfolge ein Teil der Aufmerksamkeit des Lerners daf r aufgewendet werden muss Das kann dazu f hren dass sich der Lerner berwiegend mit der Handhabung der Benutzungsoberfl che besch ftigen muss und nicht mit den Lerninhalten siehe Blumstengel 1998 Kapitel 4 Bei virtuellen Laboren kann die Gefahr der kognitiven berlastung des Lerners zum Beispiel dadurch vermieden werden dass sich nur die f r den Versuch notwendigen Versuchskomponenten auf den Arbeitsfl chen befinden und der Lerner die M glichkeit hat die Versuche anhand eines im Anleitungsfenster dargestellten Versuchsprotokolls durchzuf hren 7 3 3 7 Ber cksichtige die Anbindung weiterer Komponenten und Teilsysteme Sollen weitere Komponenten und Teilsysteme an das virtuelle Labor angebunden werden wie zum Beispiel ein klassisches CBT System Computer Based Training das hei t ein Lehr und Lernsystem im Sinne von Kapitel 2 4 so ist dieses zu konzipieren und eine Schnittstelle zum virtuellen Labor festzulegen F r die Entwicklung von klassischen Lehr und Lernsystemen sei auf die zahlreiche Literatur zu diesem Thema verwiesen So k nnen zum Beispiel die in Kapitel 3 3 2 und 3 3 3 beschriebenen Vorgehensmodelle nach Yass 2000 und Nagl u a 1999 f r die Entwicklung von klassischen Lehr und Lernsystemen verwendet werden Aber auch die Anbindung eines Online Handbuchs siehe Erstelle das Benutzungshand buch t in Abschnitt 7
333. tte durchgegangen Arbeitsschritte die streng nacheinander ausgef hrt werden m ssen werden als sequentielle Aktivit ten in das Aktivit tsdiagramm eingetragen Kann die Reihenfolge von Arbeitsschritten vertauscht werden so werden diese als parallel ausf hrbare Aktivit ten in das Aktivit tsdiagramm eingezeichnet Die Anzahl der m glichen alternativen Versuchsabl ufe im Aktivit tsdiagramm sind von der gew nschten Lernform der Lerneinheit abh ngig Bei der freien Experimentierm glichkeit existieren in der Regel zahlreiche Alternativen Dagegen beschr nkt sich die Anzahl der m glichen Alternativen bei den Fertigkeiten auf einige wenige oder auch nur auf einen einzigen sequenziellen Ablauf siehe dazu die Aktivit t Bestimme die Navigationsm glichkeiten in den Lerneinheiten in Abschnitt 7 3 3 2 Des Weiteren werden Fehlerf lle das hei t Aktivit ten die zu einem Fehlerzustand im Simulationsmodell f hren ebenfalls in das Aktivit tsdiagramm eingetragen Zu jedem Fehlerzustand wird au erdem ein entsprechender L sungsweg entworfen und in das Aktivit tsdiagramm eingef gt Die Fachdidaktiker berpr fen die Granularit t der Arbeitsschritte des Versuchsprotokolls beziehungsweise der Aktivit ten des Aktivit tsdiagramms und verfeinern diese gegebenenfalls Au erdem werden Vereinfachungen vorgenommen wo dieses m glich ist Die System Analytiker vergleichen das Aktivit tsdiagramm mit dem Entwurf und pr fen dabei insbesonde
334. ttel neben dem virtuellen Labor noch als Informationsquelle erlaubt sind Um eine objektive Bewertung zu garantieren kann zum Beispiel sichergestellt werden dass das virtuelle Labor die einzige Informationsquelle des Lerners ist F r die Umsetzung der Lerneranalyse sind Daten des Lerners Lernerdaten zu protokollieren siehe Software Recording in Freibichler 2000 Seite 311 f Unter Lernerdaten werden s mtliche Informationen verstanden die vom Lernermodul aus den Eingaben des Lerners ber Computer Maus und Tastatur ermittelt werden k nnen Witschital 1990 Seite 47 Wichtig bei der Protokollierung von Lernerdaten ist die Diskriminierung das hei t Unterscheidung relevanter Information Um die relevanten Daten gezielt protokollieren zu k nnen ist es sinnvoll zuvor eine geeignete Protokoll Struktur zu erstellen F rster und Zwernemann 1993 Seite 75 So ist es zum Beispiel eher unerheblich zu protokollieren wie oft beziehungsweise wie lange einzelne Versuchskomponenten mit der Computer Maus bewegt wurden Auch ist es gegebenenfalls vernachl ssigbar ob ein Reaktionsgef mit der Hand das hei t der Computer Maus oder mit einem entsprechenden Laborger t wie zum Beispiel dem Vortexer gesch ttelt wurde Wichtig ist dagegen zum Beispiel die Protokollierung der Reihenfolge in der die einzelnen Arbeitsschritte eines Versuchs durchgef hrt werden und die zur Durchf hrung der einzelnen Arbeitsschritte ben tigte Zeit So k nnen prinzipie
335. tuellen Labors erstellt Dieses kann entweder ein Artefakt Artefakt a Workflow internes Release oder ein externes Release sein siehe Einsatz in Kapitel 7 8 7 9 5 berwache den Konfigurationszustand Rolle Angiart ob Der Konfigurationsmanager pr ft anhand des Konfigurationsmanagementplans die technischen Anforderungen an das virtuelle Labor eingehalten werden Des Weiteren kontrolliert der Konfigurationsmanager ob alle Artefakte in einer geordneten Form in den Repositories gespeichert und verwaltet werden und pr ft ob alle Artefakte vorhanden und g ltig sind Au erdem muss der Konfigurationsmanager sicherstellen dass alle Projektmitarbeiter auf die ben tigten Artefakte und Baselines zugreifen k nnen 7 9 6 Verwalte die Anderungsw nsche Alle von den Projektmitarbeitern ge u erten nderungsw nsche an das virtuelle Labor werden vom Konfigurationsmanager gesammelt Dieser strukturiert und klassifiziert die nderungsw nsche und berpr ft die Aussagen anhand des aktuellen Build des virtuellen Labors Der Projektleiter entscheidet dann ber jeden nderungswunsch ob er akzeptiert oder abgelehnt wird Gegebenenfalls wird dazu eine Absprache mit dem Auftraggeber vorgenommen Au erdem werden alle beteiligten Projektmitarbeiter informiert damit diese die nderungen argumentativ und inhaltlich nachvollziehen k nnen 7 10 Entwicklungsumgebung Aufgabe des Workflows zur
336. ue Reaktionsabl ufe erweitert Auch werden das Anleitungsfenster und die Transportleiste in das Framework integriert Au erdem wird aus dem Lehrer Lerner und Expertenmodul das intelligente Tutorsystem zusammengesetzt Ergebnis dieser Aktivit t sind die beiden implementierten Teilsysteme Simulator und intelligentes Tutorsystem die getestet werden k nnen 7 6 6 Integriere die Teilsysteme zum Labor Rolle Artefakt der Die Designer Entwickler integrieren nach den Vorgaben des Integrationsplans Iteration die zuvor implementierten Teilsysteme zum virtuellen Labor Ergebnis dieser Aktivit t ist ein neues Build des virtuellen Labors das getestet werden kann Beispiele f r Teilsysteme des virtuellen Labors sind der Simulator und das intelligente Tutorsystem Aber auch ein an das virtuelle Labor angebundenes klassisches Lehr und Lernsystem stellt ein Teilsystem dar 131 7 7 Test und Evaluation Der in der Abbildung 7 24 dargestellte Workflow Test und Evaluation orientiert sich nach dem Workflow Test des Rational Unified Process siehe Kruchten 2000 Seite 203 und wurde um die Evaluation virtueller Labore erweitert Das Testen umfasst s mtliche funktionalen Tests mit dem einzigen Zweck Fehler zu entdecken Appelrath und Ludewig 2000 Fr hauf u a 1991a Die Evaluation des virtuellen Labors umfasst die Pr fung der gestalterischen Qualit t der Benutzungsoberfl che Sawhney 1995 Seite 50 die didaktische Qualit t des intellige
337. uellen Laboren wird der Workflow zur Modellierung von Gesch ftsprozessen nur zum Teil ben tigt So k nnen die f r die Entwicklung von betrieblichen Software Systemen besonders wichtigen Aktivit ten zur Automatisierung von Gesch ftsprozessen sowie zur Zuordnung von Verantwortlichkeiten und Rollen f r den Anwendungsfall virtuelle Labore entfernt werden Die restlichen Aktivit ten des Workflows zur Gesch ftsprozessmodellierung werden nicht entfernt da sich mit diesen die im virtuellen Labor durchzuf hrenden Versuche mit Hilfe von Gesch ftsprozessen beschreiben lassen vergleiche Anhang A Da von dem Rational Unified Process die didaktischen Aspekte virtueller Labore v llig unber cksichtigt bleiben wird dieser um einen Workflow des Tutorkonzeptes erweitert Dieser umfasst die Entwicklung der inhaltlichen und didaktischen Bestandteile des intelligenten Tutorsystems und der Versuche des virtuellen Labors S mtliche f r virtuelle Labore relevanten Aktivit ten der Gesch ftsprozessmodellierung werden in den Workflow des Tutorkonzeptes integriert so dass der Workflow zur Gesch ftsprozessmodellierung vollst ndig aus dem Rational Unified Process entfernt werden kann Au erdem wird der Rational Unified Process noch um 39 den Workflow der Medienproduktion erg nzt Dieser beinhaltet s mtliche Arbeitsschritte die bei der Planung und Herstellung der Medien durchzuf hren sind Die software technischen Anteile des intelligenten Tutorsystems und
338. und Teilsysteme t in Abschnitt 7 3 3 7 Es ist aber auch denkbar das Hintergrundwissen direkt in die Benutzungsoberfl che der explorativen Lehr und Lernumgebung des virtuellen Labors mit einzubinden und dort in einem separaten Fenster darzustellen Stellt die Integration des Hintergrundwissens ein aufwendigeres softwaretechnisches Problem dar so wird dies von den Informatikern bernommen Dies ist zum Beispiel dann der Fall wenn zur Speicherung des Hintergrundwissens eine Datenbank verwendet wird und kein entsprechendes Werkzeug zum Einspielen des Hintergrundwissens in die Datenbank existiert 7 4 Analyse und Design Die Abbildung 7 17 zeigt den Workflow Analyse und Design des Vorgehensmodells f r virtuelle Labore vergleiche Kruchten 2000 Seite 178 Die Hauptaufgabe des Workflows ist die Festlegung der Architektur des virtuellen Labors Dazu sind die software technischen Aspekte des Simulators und des Tutorsystems zu ber cksichtigen 106 In den ersten Iterationen des Entwurfs fe N Definiere die Architektur Iteration des Entwurfs Analysiere das Voraten Optional Optional Optional Ermer die komponenten ee EEN Entwerfe die Echtzeit Komponenten Vereine die Achte Er i OE ns i Entwerfe die Datenbank Abbildung 7 17 Der Workflow zu Analyse und Design In den ersten Iterationen der Entwurfsphase ist die
339. ungsger te und Zustandsausga beger te Zustands nderungsger te sind Laborger te die die Zust nde von Substanzen ver ndern und wirken entweder direkt oder indirekt auf die Substanzen ein Beispiele f r Zustands nderungsger te die direkt auf Substanzen einwirken sind die mechanisch manipulierenden Ger te Schere und Skalpell Aber auch das thermisch manipulierende Ger t Mikrowelle wirkt ebenfalls direkt auf die Substanzen und nicht auf die Beh lter ein Beispiel f r ein Zustands nderungsger t das indirekt auf Substanzen einwirkt ist der Sch ttler zum Sch tteln von Substanzen Zustandsausgabeger te messen bestimmte Eigenschaften von Substanzen und geben diese aus Beispiele f r Zustandsausgabeger te sind Thermometer Waage und Ma band Aber auch ein Oszilloskop oder ein Strommessger t stellt ein Zustandsausgabeger t dar Des Weiteren gibt es auch Laborger te die sowohl die Eigenschaften von Zustands nderungsger ten als auch von Zustandsausgabeger ten haben und daher als Zustands nderungs Zustandsausgabeger te bezeichnet werden Beispiele f r Zustands nderungs Zustandsausgabeger te sind der Videorekorder im Multimedia Labor oder das Diskettenlaufwerk im Software Labor Laborger te haben in der Regel auch Eigenschaften von Beh ltern das hei t sie k nnen Substanzen oder Beh lter aufnehmen wie zum Beispiel eine Waage Ein Zu stands nderungsger t das Eigenschaften von Beh ltern aufweist wird als funktionaler
340. unterschieden e 2D Darstellung In der 2D Darstellung wird das virtuelle Labor mit Hilfe von zweidimensionalen Graphiken auf dem Bildschirm dargestellt Die Graphiken k nnen zum Beispiel mit einem entsprechenden Werkzeug erstellt oder zuvor aus einem 3D Modell generiert worden sein Um einen gewissen Tiefeneindruck bei dem Lerner zu erzeugen kann die 2D Darstellung um eine Z Sortierung siehe Konzipiere Mechanismen der explorativen Lehr und Lernumgebung t in Abschnitt 7 4 1 4 77 erg nzt werden vergleiche Hasler und Schlattmann 2001 Seite 10 Die 2D Darstellung ist derzeit Stand der Entwicklung virtueller Labore und wird beispielsweise in GenLab siehe GenLab Internetseiten 2001 und der Virtual Physiology Reihe siehe Virtual Physiology Internetseiten 2001 eingesetzt e 3D Darstellung Bei der 3D Darstellung werden haupts chlich 3D Modelle f r die Darstellung des virtuellen Labors verwendet Die 3D Modelle werden in Echtzeit berechnet und auf dem Bildschirm dargestellt Bei der 3D Darstellung werden daher im Gegensatz zu der 2D Darstellung erheblich h here Anforderungen an die Ressourcen des verwendeten Computer Systems gestellt Daf r ist mit der 3D Darstellung eine h here Flexibilit t in der Darstellung der Laborgegenst nde m glich Ein prototypischer L sungsansatz f r die 3D Darstellung wurde zum Beispiel in Heuten 2001 f r das virtuelle Labor GenLab realisiert F r beide Darstellungsarten gilt dass der
341. urf der Komponenten des virtuellen Labors dass entsprechende Model View und Controller Klassen zu entwerfen sind Dazu werden entsprechende Klassendiagramme erstellt Ergebnis dieser Aktivit t ist das OOD Modell das das virtuelle Labor mittels Klassen und Klassengruppen beziehungsweise Paketen beschreibt siehe dazu den OOD Architekturentwurf in Balzert 2000b Seite 936 ff Diese Aktivit t ist Gegenstand des objektorientierten Entwurfs und wird von den Designern Entwicklern mong und den Simulationsspezialisten durchgef hrt 7 4 5 Entwerfe die Echtzeit Komponenten optional Diese Aktivit t ist optional und wird von den Designern Entwicklern oder den Simulationsspezialisten durchgef hrt Echtzeit Komponenten die in virtuellen Laboren eingebunden werden sollen sind zum Beispiel ein in Echtzeit berechnetes Simulationsmodell Auch kann die Anbindung von externen Ger ten an das virtuelle Labor wie beispielsweise ein externes Messinstrument die Einbindung von Echtzeit Komponenten erfordern Dazu wird die Schnittstelle sowie das Protokoll zu dem externen Ger t entworfen und in der Aktivit t Implementiere die Komponenten siehe Kapitel 7 6 3 implementiert 7 4 6 Entwerfe die Datenbank optional Diese optionale Aktivit t wird von dem Datenbank Entwickler durchgef hrt Dieser entscheidet welches Datenbankmodell verwendet werden soll Des Weiteren wird die Schnittstelle zu den Komponenten des virtuellen La
342. ustauschen der Bildschirmrepr sentationen zu den Modellen da diese nur Kenntnis von der abstrakten Klasse haben So kann mit dem Entwurfsmuster der Abstract Factory zum Beispiel die Sprachauswahl zur Laufzeit realisiert werden siehe Konzipiere die Einbindung von Mehrsprachigkeit t in Abschnitt 7 4 1 7 Teil des Model View Controller Konzeptes ist das Entwurfsmuster Observer siehe Gamma u a 2000 Seite 193 Mit diesem Entwurfsmuster kann eine Komponente des virtuellen Labors Daten und Zust nde verwenden die von einer anderen Komponente bereitgestellt werden Wichtig ist dabei die Gew hrleistung der Datenkonsistenz zwischen den Komponenten des virtuellen Labors die durch entsprechenden Austausch und Aktualisierung der Daten und Zust nde garantiert wird Die Komponenten des virtuellen Labors sind durch das Entwurfsmuster Observer lose gekoppelt das hei t eine Komponente des virtuellen Labors hat keine Kenntnis ber die Details der verbleibenden Komponenten Insbesondere ist nicht im voraus bekannt welche Komponenten die Daten aktualisieren m ssen vergleiche Elfreich 1999 Seite 33 f Diese Verkn pfungen sind einzeln zu erstellen und von der Dom ne des virtuellen Labors abh ngig Im Zusammenhang mit dem Model View Controller Konzept lassen sich noch weitere Entwurfsmuster bei der Entwicklung virtueller Labore einsetzen siehe Elfreich 1999 Seite 33 Bestehen graphische Objekte aus mehreren Teilen so lassen sich diese mit dem Ent
343. uswahl am Anfang kann nach dem Start des virtuellen Labors ber ein Men die gew nschte Sprache ausgew hlt werden Die Einbindung der entsprechenden Medien f r die ausgew hlte Sprache muss dann also vom virtuellen Labor dynamisch erfolgen Ein Wechsel zu einer anderen Sprache ist w hrend der Durchf hrung eines Versuchs dann nicht mehr m glich e Sprachauswahl zur Laufzeit Bei dieser Einsatzart kann jederzeit also auch w hrend der Durchf hrung eines Versuchs zwischen den verschiedenen Sprachen gewechselt werden Dadurch entsteht ein erheblicher Mehraufwand bez glich Design Programmierung und Synchronisation der Benutzungsoberfl che da die Medien der verschiedenen Sprachen jederzeit austauschbar sein m ssen Des Weiteren muss ein Knopf f r den Sprachwechsel in die Benutzungsoberfl che integriert werden 7 4 1 8 Konzipiere die Umsetzung der Lerneranalyse F r die Lerneranalyse muss die Architektur des virtuellen Labors die Protokollierung von Daten des Lerners erm glichen das hei t es m ssen Lernerdaten erhoben gespeichert 113 ver ndert und ausgelesen werden k nnen Zur Umsetzung der Lerneranalyse bietet sich daher die Verwendung einer Datenbank an Dazu sind in der Datenbank entsprechende Tabellen und Sichten gem der in der Aktivit t Konzipiere die Lerneranalyse tt siehe Abschnitt 7 3 3 4 festgelegten Protokoll Struktur anzulegen Des Weiteren wird die Datenbank ber eine geeignete Schnittstelle an das virtuel
344. vel realisiert werden sollen Die verschiedenen Schwierigkeitsstufen k nnen sich beispielsweise in der Komplexit t der Steuerung des virtuellen Labors der Art der Hilfestellung und der Modellierungsgenauigkeit der Laborger te unterscheiden So ist es dann zum Beispiel m glich das virtuelle Labor als Anf nger Fortgeschrittener oder Profi zu betreten vergleiche Kronberg 1998 Seite 30 Neben der Unterscheidung von verschiedenen Schwierigkeitsstufen sind auch verschiedene Blickwinkel auf die Dom ne des virtuellen Labors denkbar Das bedeutet dass die zu vermittelnden Inhalte aus den Blickwinkeln verschiedener Zielgruppen dargestellt werden Dieses Vorgehen ist besonders bei Grundlagenthemen sinnvoll bei denen es eine gemeinsame theoretische Grundlage gibt die aus vielerlei Richtungen betrachtet wird Bei den verschiedenen Blickwinkeln auf die Dom ne des virtuellen Labors ndern sich also die Versuchsabl ufe sowie die verwendeten Substanzen und Begrifflichkeiten Das der Dom ne des virtuellen Labors zugrunde liegende Simulationsmodell bleibt jedoch gleich 81 7 2 3 7 Ber cksichtige die Einbindung der Lerneranalyse F r das virtuelle Labor ist zu entscheiden inwiefern eine Lerneranalyse durchgef hrt werden soll Die Lerneranalyse erm glicht es dem intelligenten Tutorsystem w hrend der Durchf hrung des Versuchs die Eingaben des Lerners zu analysieren und entsprechende Hilfen zu geben Au erdem kann eine Bewertung der Aktivit ten
345. von den Audio und Videospezialisten berarbeitet Dabei kommen ebenfalls spezielle Werkzeuge zum Einsatz Die Konvertierung von Medien stellt ebenfalls eine berarbeitung dar zum Beispiel wenn die Qualit t der vorliegenden Medien zu reduzieren ist Dabei erfolgt die Konvertierung immer 123 innerhalb desselben Medientyps So kann Zum Beispiel eine Videosequenz die in einer sehr hohen Qualit t das hei t in sehr hoher Farbtiefe und Bildaufl sung vorliegt in eine Videose quenz von geringerer Qualit t umgewandelt werden ndert sich der Medientyp zum Beispiel wenn aus einem 3D Modell eines Laborger tes zweidimensionale Graphiken erzeugt werden so wird von einer Medienerstellung siehe nachfolgendes Kapitel 7 5 7 gesprochen 7 5 7 Erstelle die Medien In diesem Teil der Medienproduktion W werden die ben tigten Medien des virtuellen Labors hergestellt Die dabei durchzuf hrenden Aktivit ten bei der Erstellung eines neuen Mediums sind von dem jeweiligen Medientyp abh ngig Die Medienerstellung betrifft nicht nur die technische Konstruktion mit Hilfe von Werkzeugen sondern auch das Design der Medien siehe auch Erstelle das Gesamtdesign in Kapitel 7 5 1 Zur Erstellung der Medien ist unter Umst nden ein mehrstufiger Entwicklungsprozess n tig Beispiel eines solchen Entwicklungsprozesses ist die Erstellung realit tsgetreuer Abbilder von Laborger ten und Beh ltern f r die 2D Darstellung mittels 3D Modelle Dabei
346. welchen Versuchen und Teilversuchen diese jeweils enthalten sind beziehungsweise zugeh ren 4 1 Teilversuch 1 4 1 1 Laborger te 4 1 2 Beh lter 4 1 3 Substanzen 4 1 4 bergeordnete Teil Versuche 4 2 Teilversuch 2 4 2 1 3 4 3 Fertigkeit 1 4 3 1 Laborger te 4 3 2 Beh lter 4 3 3 Substanzen 4 3 4 bergeordnete Teil Versuche 4 4 Fertigkeit 2 4 4 1 Es kann au erdem das verwendete Quellenmaterial angegeben werden siehe W hle die Wissenserhebungsmethoden in Kapitel 7 3 1 Medien Falls bereits m glich werden die Anzahl und Art der Medien wie zum Beispiel 3D Modelle Animationen und Videosequenzen zur Beschreibung und Dar stellung des Hintergrundwissens aufgelistet siehe Spezifiziere das Hintergrundwissen zur Lerneinheit in Kapitel 7 3 5 5 1 Theorie zu den Versuchen Ben tigt werden beispielsweise eine textuelle bersicht und Beschreibung des Versuchsablaufs mit erg nzenden Animationen und das Versuchsprotokoll 5 2 Laborger te Die ben tigten Medien sind zum Beispiel ein digitalisiertes Photo des realen Laborger tes ein 3D Modell zur Ansicht von allen Seiten eine kurze Beschreibung sowie eine ausf hrliche Bedienungsanleitung inklusive der Sicherheitsbestimmungen 5 3 Beh lter Ben tigt werden beispielsweise ein digitalisiertes Photo des realen Beh lters ein 3D Modell zur Ansicht von allen Seiten und eine kurze textuelle Beschreibung 5 4 Substanzen Die be
347. wendbarer Bausteine implementieren konnten 7 3 3 Erstelle das didaktische Konzept Zun chst wird bei der Erstellung des didaktischen Konzeptes t siehe Abbildung 7 13 eine Navigationsstruktur der Lerneinheiten festgelegt Dazu wurden die Lerninhalte von den Fachdidaktikern in der Aktivit t Analysiere die Dom ne t siehe Kapitel 7 3 2 in einzelne Lerneinheiten das hei t Versuche und Fertigkeiten aufgeteilt Die Lerneinheiten k nnen weiter zu Gruppen geordnet werden Eine Gruppe von Lerneinheiten ist zum Beispiel Beispiel eines Konfliktes ist die Verwendung der Terminologien Programmkontrolle das hei t die Lenkung des Lerners durch das Lehr und Lernsystem und Lernerkontrolle das hei t die Kontrolle des Lerners ber das Lehr und Lernsystem die nach Schulmeister 1997 Seite 151 bis 161 oft v llig verschieden verstanden und verwendet werden Beispiel einer solchen Korrespondenz sind die Begriffe Use Case und Anwendungsfall als dessen bersetzung ins Deutsche 88 eine Menge von zusammenh ngenden Versuchen oder Fertigkeiten Zu jeder Lerneinheit wird au erdem ein festes Lernziel definiert das mit dem erfolgreichen Abschluss der Lerneinheit erreicht wird vergleiche Issing 1997 Seite 203 Bei einem Versuch wird das Lernziel mit der erfolgreichen Durchf hrung aller Arbeitsschritte des entsprechenden Versuchsprotokolls erreicht F r eine Fertigkeit werden hnlich wie in einem Versuchsprotokoll eine b
348. wird in Verbindung mit einer Notation und bestimmten Managementpraktiken zu einer Entwick lungsmethodik Eine klare Trennung zwischen Vorgehensmodell und Entwicklungsmethodik ist in dieser Definition nicht mehr erkennbar Aus diesem Grund wird im Rahmen dieser Arbeit unter einem Vorgehensmodell die aus Appelrath u a 1998 Seite 108 entnommene Definition verstanden Demnach beschreibt ein Vorgehensmodell den Lebenszyklus eines Software Produkts in Form von Aktivit ten Durch das Vorgehensmodell wird festgelegt in welcher Reihenfolge welche Aktivit ten durchgef hrt werden k nnen und welche zeitlichen berschneidungen zul ssig sind Ein Vorgehensmodell liefert au erdem Informationen ber die f r eine Aktivit t relevanten Objekte und die einzusetzenden Entwicklungsmethoden und werkzeuge 2 2 Entwicklungsmethodik Allgemein wird nach Langenscheidts Fremdw rterbuch 2001 unter Methodik die Lehre vom planm igen Unterrichten beziehungsweise die Lehre von den wissenschaftlichen Methoden und ihrer Anwendung verstanden vergleiche auch Brockhaus Enzyklop die 1992 Im Bezug auf die Entwicklung von Software Systemen bezeichnet die Entwicklungs methodik eine Verfahrenslehre zum systematischen Entwickeln eines Software Systems unter Ber cksichtigung aller Einflussfelder und Lebensphasen von der Vision bis zum Produkttod vergleiche Groos und Muthmann 1995 Seite 192 Daran angelehnt wird im Rahmen dieser Arbeit unter der Entwicklungsmetho
349. wird von einem 3D Modellierungs spezialisten erstellt vergleiche Heuten 2001 Seite 106 bis 110 Im virtuellen Labor ist ein 3D Modell zum Beispiel eine dreidimensionale Nachbildung eines realen Laborger tes Beh lters oder einer Arbeitsfl che Ein 3D Modell beinhaltet im Idealfall noch zus tzliche Informationen ber die Bewegungsabl ufe der realen Laborger te Sind Informationen ber die Bewegungsabl ufe nicht im 3D Modell enthalten so kann das 3D Modell ber die einzelnen Bestandteile vordefinierte Primitive des zu modellierenden Objektes erstellt werden vergleiche Heuten 2001 Seite 108 bis 110 Zum Beispiel mit dem Werkzeug Cinema 4D von MAXON Computer Inc siehe http www maxoncomputer com 3Beispiel Das 3D Modell einer Mikrowelle in GenLab besteht nicht nur aus einem virtuellen Abbild des Ger tes sondern beinhaltet noch zus tzliche Informationen ber den ffnungsmechanismus der T r den Drehreglern zur Einstellung von Kochzeit und Leistung sowie den Knopf zum ffnen der T r 119 Des Weiteren kann das virtuelle Labor selbst das hei t die R ume in denen sich die Arbeitsfl chen befinden mit Hilfe eines 3D Modells realisiert werden wie zum Beispiel in GenLab siehe Hasler und Schlattmann 2001 Seite 9 e 2D Ansicht Eine 2D Ansicht einer Versuchskomponente besteht aus einer Vorder grundgraphik Hintergrundgraphik Standfl che Miniaturansicht und gegebenenfalls einer weiteren dynamischen Kompon
350. wurfsmuster Composite realisieren Mit dem Entwurfsmuster Strategy k nnen au erdem verschiedene M glichkeiten bei der Benutzereingabe und der Darstellung durch die Bildschirmrepr sentationen umgesetzt werden Des Weiteren kann das Entwurfsmuster 110 Facade Fassade angewendet werden wenn eine Gruppe von Klassen nach au en hin ber eine Schnittstelle gekapselt werden soll siehe Gamma u a 2000 Seite 185 ff 7 4 1 3 Pr fe den Einsatz von Standardsoftware Des Weiteren ist bei der Definition der Architektur zu pr fen ob Standardsoftware bei der Entwicklung des virtuellen Labors verwendet werden kann Ist dies der Fall so ist die Architektur eek entsprechend anzupassen und die Standardsoftware zu integrieren Beispiele f r m gliche Standardkomponenten sind e LabView von National Instruments siehe www ni com labview e Simplorer von SIMEC siehe http www simec com german simplorer_index htm e SMART SPICE von SILVACO International siehe http www silvaco com und e Mathematica von Wolfram Research Inc siehe http www wolfram com products mathematica 7 4 1 4 Konzipiere Mechanismen der explorativen Lehr und Lernumgebung F r die Modellierung der im virtuellen Labor verwendeten Laborger te und deren Zusammenspiel sind f r das Framework mehrere Aspekte zu ber cksichtigen die als Mechanismen der explorativen Lehr und Lernumgebung bezeichnet werden siehe Hasler und Schlattmann 2001 Seite 10
351. zesssicht ist gleichzeitig auch eine alternative Darstellung des VirtLab Prozess im Gegensatz zur Abbildung 4 1 Neben diesen Erweiterungen und Erg nzungen sind auch eine Reihe von Entwicklungs werkzeugen denkbar um die Entwicklungsmethodik des VirtLab Prozess zu unterst tzen So k nnen zum Beispiel folgende Werkzeuge realisiert werden vergleiche dazu die Werkzeuge in Aden u a 1999 Seite 41 und 42 156 e Werkzeug zur Anpassung des Metaobjektmodells Das Werkzeug basiert auf dem Me taobjektmodell f r virtuelle Labore und unterst tzt die Definition konkreter virtueller Laborger te Beh lter und Substanzen sowie deren Attribute und Methoden siehe Ver wende das Metaobjektmodell f r virtuelle Labore in Abschnitt 7 3 2 1 Werkzeug zur Erstellung des Simulationsmodells W hrend mit dem Werkzeug zur An passung des Metaobjektmodells die einzelnen Versuchskomponenten definiert werden k nnen kann mit diesem Werkzeug das Zusammenspiel und die Interdependenzen der einzelnen Laborger te Beh lter und Substanzen im virtuellen Labor festgelegt werden siehe Abschnitt 7 3 2 1 Werkzeug zur Spezifikation von Aufbau und Ablauf der Lerneinheiten Dieses Werkzeug l sst sich in zwei Aufgabenbereiche zerlegen Zum einen kann der Aufbau der Versuche und Fertigkeiten mit diesem Werkzeug spezifiziert werden das hei t es wird bestimmt auf welchen Arbeitsfl chen sich welche Versuchskomponenten befinden sollen Des Weiteren kann mit de
352. zu bestimmen e Teachware Es ist festzulegen ob dem virtuellen Labor entweder ein umfangreiches gedrucktes Benutzungshandbuch Begleitmaterial beigelegt werden soll oder ob ein elektronisches Online Handbuch zu erstellen ist siehe dazu Erstelle das Benutzungshandbuch in Abschnitt 7 8 2 1 Neben der Festlegung der Zielgruppe ist die Bestimmung der Einsatzumgebung auch f r den sp teren Vertrieb des virtuellen Labors von wichtiger Bedeutung siehe dazu Vertreibe das virtuelle Labor in Kapitel 7 8 6 Typische Zielgruppen f r virtuelle Labore sind zum Beispiel Sch ler jeder Alters und Klassenstufe Studenten der naturwissenschaftlich technischen F cher sowie Auszubildende eines handwerklich orientierten Berufs 7 2 2 Verstehe die Anforderungen Rolle Rolle Es wird vom Projektleiter gepr ft ob alle Anforderungen des Auftraggebers an das virtuelle Labor auch von den System Analytikern Fachexperten Fachdidaktikern und Medienspezialisten korrekt verstanden werden Des Weiteren pr ft der Projektlei ter ob die Bed rfnisse aller Projektmitarbeiter erf llt werden das hei t ob alle mit den Anforderungen und dem geplanten Vorgehen zur Realisierung des virtuellen Labors einverstanden sind 76 7 2 3 Definiere das virtuelle Labor Die Definition des virtuellen Labors siehe Abbildung 7 9 wird von den System Analytikern durchgef hrt und umfasst s mtliche Entscheidun
353. zugrunde liegende Theorie zu den Versuchen identifiziert und die einzuhaltenden Sicherheitsbestimmungen ermittelt Die Analyse der Dom ne mit Hilfe des Metaobjektmodells f r virtuelle Labore kann zudem durch geeignete Entwicklungswerkzeuge unterst tzt werden So ist ein Werkzeug zur Anpassung des Metaobjektmodells an die Anforderungen eines konkreten virtuellen Labors denkbar Das Werkzeug unterst tzt dabei die Definition konkreter virtueller Laborger te Beh lter und Substanzen sowie deren Attribute und Methoden Ein anderes Werkzeug dient zur Unterst tzung der Erstellung des Simulationsmodells Das hei t mit dem Werkzeug kann das Zusammenspiel der Laborger te Beh lter und Substanzen im virtuellen Labor festgelegt werden vergleiche die Werkzeuge Hierarchie Definition und Code Composer in Aden u a 1999 Seite 41 7 3 2 2 Ber cksichtige Sprachgebrauch und Denkweisen der Projektmitarbeiter Bei der Analyse der Dom ne ist es besonders wichtig den unterschiedlichen Sprachgebrauch und die verschiedenen Denkweisen der einzelnen Projektmitarbeiter zu ber cksichtigen siehe Pasch 1994 Seite 171 Gleiche Terminologien und Konzepte werden oft verschieden oder gar falsch verwendet und verstanden Gaines und Shaw 1995 Die m glichen Kombinationen der Verwendung von Terminologien und Konzepte zeigt die Abbildung 7 12 Terminologie A identisch verschieden identisch bereinstimmung Korrespondenz Konzept verschi

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