Bibliografischer Nachweis

Baum Michael: m-Learning via PDA; Betrachtung von Technik und Zukunftsperspektiven mobiler Lernumgebungen

Diplomarbeit, Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur (FH), Fachbereich Polygraphische Technik, Studiengang Medientechnik, 2002 85 Seiten, 31 Abbildungen, 11 Tabellen, 28 Quellenangaben, Anhang

Autoreferat

Technologische Entwicklungen haben bereits in der Vergangenheit zu einer Vielzahl neuer Anwendungsmöglichkeiten geführt. Der Einsatz moderner Computertechnik in der Aus- und Weiterbildung ist dabei eines der bemerkenswertesten Beispiele.

Mit der Verbreitung von Mobiltelefonen, PDA, Laptop sowie sogenannten Smart-Phones werden nun erste Überlegungen angestellt, inwieweit diese Geräte über ihren eigentlichen Einsatzzweck hinaus auch als Lernplattform eingesetzt werden können. Ziel ist es dabei, bereits etablierte e-Learning-Anwendungen auch für diese Mobilgeräte nutzbar zu machen und somit eine ortsunabhängige Lernumgebung zu schaffen. Mit Blick auf die flexiblen Einsatzmöglichkeiten könnten m-Learning-Anwendungen für verschiedene Zielgruppen interessant werden.

In den folgenden Ausführungen sollen am Beispiel des PDA, die technischen Vorraussetzungen für einen möglichen Einsatz dieser Technik zur optimalen Wissensvermittlung dargelegt werden. Dabei werden neben didaktische Grundlagen, auch die Probleme und Lösungsansätze bei der Umsetzung einer e-Learning-Anwendung auf einer PDA-Plattform betrachtet.

m  -Learning via PDA Inhalt  

Inhalt:

1  Einleitung  7

1.1  Zielsetzung.  7

1.2  Gliederung.  8

2  Grundlagen  9

2.1  Computergestützte Lernumgebungen  9

2.1.1  Begriffliche Grundlagen  9

2.1.2  Historischer Überblick.  9

2.1.3  Grundlagen der Didaktik  10

2.1.4  Formen computergestützten Lernens.  14

2.1.5  Präsentation.  16

2.1.6  Motivation.  19

2.1.7  Ablaufsteuerung.  20

2.1.8  Interaktion  20

2.2  Mobile Endgeräte  23

2.2.1  Klassifizierung.  23

2.2.2  Intention  24

2.2.3  Betriebssysteme  24

2.2.4  PDA-Typenauswahl  28

2.2.5  Datenaustausch  32

2.2.6  Schnittstellen.  32

2.2.7  Kommunikation  34

2.2.8  Speicher.  35

2.2.9  Display  37

2.2.10  Funktionen und Einsatzgebiete  39

2.2.11  Benutzerschnittstellen.  40

3  Mobiles Lernen  42

3.1  e-Learning vs. m-Learning  42

3.2  Zielgruppenbetrachtung  43

3.2.1  Der typische Nutzer  43

3.2.2  Definition der Zielgruppe.  44

3.2.3  Zielgruppenmerkmale  45

3.2.4  Akzeptanz  46

3.2.5  Wirtschaftlichkeit  46

3.2.6  Mögliche Einsatzbereiche.  47

3.3  Technische Umsetzung  49

3.3.1  Design Philosophie  49

3.3.2  Allgemeine Regeln.  50

3.3.3  Dateiformate  51

3.3.4  Bildschirmaufbau  52

3.3.5  Schwerpunkte der Programmierung  54

3.3.6  Programmbeschreibung  56

3.3.7  Quellmedien.  56

3.3.8  Gestaltung der Benutzerschnittstellen.  57

3.3.9  Programmaufbau  58

3.4  Grenzen  63

3.4.1  Grafische Barrieren.  64

3.4.2  Speichergrenzen.  64

3.4.3  Energie-Ressourcen  64

3.5  Beispiele mobiler Lernumgebungen  65

3.5.1  MeduMobile  65

3.5.2  pocket-WI.  66

3.5.3  Smartforce  67

3.5.4  Fernuniversität Hagen  67

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m  -Learning via PDA Inhalt  

4  Zusammenfassung  68

4.1  Offene Probleme  68

4.2  Trends und Prognosen  69

4.3  Nachträge.  70

4.3.1  Technik  70

4.3.2  PalmOS 5.0.  70

4.4  Fazit  71

5  Anhang  72

5.1  Hardware.  72

5.1.1  PDA.  72

5.1.2  Speichermedien  75

5.1.3  Schnittstellen.  75

5.1.5  Display  76

5.1  Software  77

5.2.1  Aufbau der Betriebssysteme.  77

5.2.2  Ausgewählte Programme  78

5.2.3  Linksammlung.  78

5.3.4  Glossar.  79

5.3  Bildnachweise  81

5.4  Literaturverzeichnis  81

5.5  WWW-Quellen  83

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m  -Learning via PDA Abbildungen / Tabellen  

Abbildungen  :  

Abbildung  1: PDA Markt 2001  25

Abbildung  2:Linux PDA.  28

Abbildung  3: Aufbau eines Touchscreen.  37

Abbildung  4: Benutzerschnittstellen eines PalmOS-PDA  40

Abbildung  5: Graffiti Elemente.  41

Abbildung  6: Nutzungsverhalten PC vs. PDA  43

Abbildung  7: ökonomische Ziele beim Einsatz multimedialer Lernumgebungen.  47

Abbildung  8: Auswirkungen von Zusatzfunktionen bei PC-Anwendungen  50

Abbildung  9: Formulartypen  54

Abbildung  10: P-Minteraktiv.  56

Abbildung  11: Empfangsbildschirm  59

Abbildung  12: P-Minteraktiv Büro.  59

Abbildung  13: Büromodus  59

Abbildung  14: Menü.  60

Abbildung  15: Lektionsmodus  60

Abbildung  16: Einfachauswahl  61

Abbildung  17: Entscheidungsmodus  62

Abbildung  18: Pop Up Fenster Rückmeldung  62

Abbildung  19: Wissensstatus  62

Abbildung  20: PM interaktiv Glossar  63

Abbildung  21: Glossar  63

Abbildung  22: Konzept MeduMobile.  65

Abbildung  23: pocket-WI  66

Abbildung  24: Smartforce-Lernmodus.  67

Abbildung  25: Smartforce-Test.  67

Abbildung  26: Smartforce-Report.  67

Abbildung  27: Fernuniversität Hagen  67

Abbildung  28: PalmOS 5.0  71

Abbildung  29: PalmOS Aufbau.  77

Abbildung  30: WindowsCE Aufbau  77

Abbildung  31: Embedded Linux Aufbau  77

Tabellen  :  

Tabelle 1:  PC versus PDA.  49

Tabelle 2:  Technische Daten HandEra 330  72

Tabelle 3:  Technische Daten Handspring  72

Tabelle 4:  Technische Daten SONY Clie PEG-N770c.  73

Tabelle 5:  Technische Daten Palm m515  73

Tabelle 6:  Technische Daten NOKIA Communikator 9210.  74

Tabelle 7:  Technische Daten Siemens IC35  74

Tabelle 8:  Speichermedien.  75

Tabelle 9:  Eigenschaften Schnittstellen  76

Tabelle 9:  Eigenschaften Display  76

Tabelle 10:  ausgewählte Programme.  78

Tabelle 11:  Linksammlung.  78

a  / t  

m-Learning via PDA 1 Einleitung

1 Einleitung

1.1 Zielsetzung

Das Zeitalter globaler Kommunikation und verstärkter Mobilität hat zu einer Miniaturisierung der Datentechnik geführt. Mobiltelefon, Laptop und Datenbank-Organizer bieten bereits heute schon den Vorzug, unabhängig vom Standort mobil kommunizieren zu können. 1993 entwickelte die Firma Apple mit dem „Newton Message Pad“ ein mobiles Endgerät, das die Vorzüge eines Personal Computers und die Größe eines herkömmlichen Datenbank-Organizers miteinander vereint. Eine Vielzahl von Anbietern stellen derzeit ihre eigenen PDA-Plattformen (PDA = Personal Digital Assistant) mit den unterschiedlichsten Funktionen vor. Dabei handelt es sich vorwiegend um Büroanwendungen. So besitzt beispielsweise jeder PDA einen Kalender, eine Adress-Datenbank, einen Taschenrechner und eine Notizblockfunktion. Die Geräte stellen die digitale Umsetzung des in der Geschäftswelt weit verbreiteten „Filofax“ (Papierplaner) dar. Da alle Daten in digitaler Form vorliegen, wurde darüber hinaus die Möglichkeit in Betracht gezogen, Adressen und Termine mit denen des Personal Computer aktualisieren zu können.

Der „Computer im Westentaschenformat“ hat nach anfänglichen Akzeptanzschwierigkeiten nun doch an Popularität gewonnen. Die höhere Leistungsfähigkeit moderner Geräte lässt jedoch noch wesentlich mehr Möglichkeiten zu. Neben der Video-, Spiel- und MP3-Konsole, stellt die Nutzung des Personal Digital Assistant als mobile Lernumgebung ein neues Einsatzgebiet dar. Hier stellt sich jedoch die Frage, in wieweit die vorhandene Technik den Anforderungen an eine Lernoberfläche gerecht werden kann.

Aufgabe dieser Arbeit soll es sein, sich mit den Grundlagen und Möglichkeiten dieser Technik auseinander zusetzen. Demzufolge lautete der Titel dieser Arbeit:

Schwerpunktmäßig konzentriert sich die Ausarbeitung auf die Ergonomie der PDA-Technologie im Hinblick auf den Einsatz als mobile Lernumgebung. Dabei sollen unter anderen die Grenzen der Darstellung unter Betrachtung des Nutzerkomforts näher beleuchtet werden und der Frage nach einer Standardisierung der entsprechenden Benutzeroberflächen nachgegangen werden. Des weiteren wird die Entwicklung dieser Technik in Bezug auf den Einsatz mobiler Endgeräte im Bildungsbereich dargestellt.

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m-Learning via PDA 1 Einleitung

1.2 Gliederung

Die vorliegende Arbeit gliedert sich in fünf Teile. Dem Leser werden dabei im Kapitel 2 zunächst grundlegende didaktische Anforderungen an eine Computergestützte Lernumgebung nähergebracht. Diese beziehen sich weniger auf die mobile Lernumgebung im Speziellen, als vielmehr auf die allgemeine Betrachtung von Lernumgebungen mit elektronischer Unterstützung. Die Betrachtung stellt die Grundlage für die im Verlauf der Arbeit zu betrachtende Problematik dar.

Im zweiten Teil dieses Kapitels wird dann auf die technischen Grundlagen der PDA-Technologie eingegangen. Hier stehen hauptsächlich die technischen Eigenschaften, der für das Thema der Arbeit relevanten PDA-Geräte und deren Unterschiede im Mittelpunkt der Ausführungen. Dies ermöglicht dem Leser einen umfassenden Überblick über die Vielschichtigkeit dieser Technologie.

Das dritte Kapitel widmet sich möglichen Zielgruppen und wirtschaftlichen Aspekten bei der Umsetzung von mobilen Lernumgebungen auf einer PDA-Plattform betrachtet. Hier werden wichtige Kriterien, die sowohl die Ergonomie, Programmierung als auch an die grafische Umsetzung betreffen genannt. Anhand eines Beispiels können dabei auftretende Probleme besser deutlich gemacht werden. Im Anschluss erhält der Leser einige für die Thematik interessante Beispiele und deren Lösungsansätze.

In Kapitel 4 wird in Form einer Zusammenfassung nochmals auf die wichtigsten Ergebnisse der Ausarbeitung eingegangen. Dabei erscheinen auch eventuell offengebliebene Fragen. In diesem Teil werden außerdem die wichtigsten Veränderungen, welche sich im Verlauf der Arbeitserstellung in der technischen Entwicklung ergeben haben nachgetragen.

Der Anhang enthält umfangreiche Tabellen und Datenblätter zu technischen Details der im Rahmen dieser Arbeit betrachteten Geräte und Zubehörteile. Des weiteren erhält der Leser hier weiterführende Informationen und Verweise auf Bezugsquellen für Soft- bzw. Hardwarelösungen im PDA-Bereich. Den Abschluss bilden ein Glossar mit Kurzerläuterungen relevanter Begriffe und die Referenzlisten der verwendeten Abbildungs-, Literatur- und WWW-Quellen.

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m-Learning via PDA 2 Grundlagen

2 Grundlagen

2.1 Computergestützte Lernumgebungen

2.1.1 Begriffliche Grundlagen

Bei der Betrachtung der Wissensvermittlung unter Zuhilfenahme digitaler Technik begegnet man einer Vielzahl verschiedener Begriffe, die zwar einen ähnlichen Bedeutungsumfang besitzen, aber nach der Art des Einsatzes differenziert werden können. Das Computerunterstützte Lernen (CUL) kann als zusammenfassender Oberbegriff für sämtliche Verfahren des Lernens mit Hilfe des Personal Computers verstanden werden. Dabei stellt der Computer das Werkzeug des Lernens dar, welches den Lernprozess unterstützt, mit dem Ziel der Wissenserweiterung, d.h. dem Lernen. [EUL 98, S.11] Das CUL gliedert sich wiederum in eine Vielzahl unterschiedlicher Lernstrategien und deren Varianten. Teilgebiete des Computerunterstützten Lernens in Hinblick auf den Einsatz sind:

N Computer Assisted Instruction (CAI) - Einsatz im akademischen Bereich N Computer Based Training (CBT) - Einsatz im betrieblichen Bereich N Computerunterstützter Unterricht (CUU) - Einsatz im schulischen Bereich N Computerunterstützte Instruktion (CUI) - privater und auch schulischer Bereich N Web Based Training (WBT) - Einsatz im betrieblichen Bereich

2.1.2 Historischer Überblick

Die Ursprünge des Computerunterstützten Lernens reichen bis in die 60er Jahre des vorigen Jahrhunderts zurück. Lehrermangel und der sogenannte „Sputnikschock“ führten dazu, dass in den USA und später auch in Europa dem Bildungssystem ein höherer Stellenwert zuteil wurde. Computer sollten der Ausbildung einen neuen Aufwind bringen. Infolge dessen hielten nicht nur in Universitäten, sondern auch in Haupt- und Vorschulen Computer ihren Einzug. Mit Hilfe öffentlicher und privater Gelder wurde in den Schulen das Computerunterstützte Lernen vorangetrieben. Allerdings erwiesen sich die Softwarelösungen und Lernprogramme als didaktisch wenig ausgereift. Die zumeist textorientierten Lernprogramme wurden sehr schnell eintönig. Erschwerend kam hinzu, dass man zu dieser Zeit noch auf Großrechner angewiesen war.

Leistungsfähigere und preiswertere Mikrocomputer sorgten Ende der 70er Jahre für eine neue Diskussion über die Chancen Computerunterstützten Lernens. Man hoffte mit der Computertechnik die Defizite im Lernbereich ausgleichen zu können. Die Qualifikationsanforderungen an die Unternehmen waren aufgrund der Marktlage und der zunehmenden Konkurrenz aus Japan gestiegen. Große Unternehmen führten deshalb Mitarbeiterschulungen durch. Dabei setzte sich in vielen Unternehmen die Erkenntnis durch, dass die Aus- und Weiterbildung ihrer Mitarbeiter mit Hilfe des

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m-Learning via PDA 2 Grundlagen

Computerunterstützten Lernens wesentlich kostengünstiger ist. Gute Lernprogramme waren zu dieser Zeit jedoch immer noch die Ausnahme. Die Kommerzialisierung dieses Bereiches führte dazu, dass ein Großteil der Software-Lösungen ohne Beachtung pädagogischer Anforderungen programmiert wurde.

Bis in die 90er Jahre zeichnete sich mit der zunehmenden Integration von Internet-Technologien eine neue Form des Computerunterstützten Lernens ab. Web-Based-Training (WBT) wurde zu einem neuen Schlagwort. Zahlreiche Unternehmen bauten bei der Qualifikation ihrer Mitarbeiter verstärkt auf Online-Seminare.

Heute ist der Computer ein didaktisches Werkzeug für die multimediale Wissensvermittlung. Mit dem Begriff „Multimedia“ wurde ein neues Konzept entwickelt, welches sich auch auf den Bereich Computer-Bildung auswirkte. Ziel war es, das bis dahin eher farblose Seminar durch Integration von Bild, Ton, Video und Animation interessanter zu gestalten. Die Motivation zum Lernen sollte auf diese Art gesteigert werden, da der Einsatz multimedialer Elemente durchaus zu einer Verbesserung der kognitiven Wahrnehmung der Lerninhalte führen kann. Hier traten allerdings einige Probleme auf. Zum Einen erforderte der Multimedia-Einsatz einen höheren technischen Aufwand, den nicht alle Bildungsträger tragen konnten. Zum Anderen wurde oft mehr Augenmerk auf den Einsatz von Effekten gelegt, als auf das eigentliche Thema. Anstatt den Umfang und den Einsatz von Multimedia-Elementen nach den jeweiligen Erfordernissen zu richten, wurden Lernanwendungen vielfach der multimedialen Umgebung angepasst. Die technischen Möglichkeiten verführten schnell dazu, die Programme mit multimedialen Elementen zu überladen. Um also eine effiziente Lernwirkung mit einem computergestützten Lernprogramm zu erzielen, müssen bereits in der Planungsphase grundlegende didaktische Forderungen betrachtet werden.

2.1.3 Grundlagen der Didaktik

Der Begriff Didaktik hat seinen Ursprung im Griechischen und definiert die „Kunst des Lehrens“. Bereits im Altertum wurden erste umfassende Überlegungen zur Unterrichtsgestaltung angestellt. An diesem Punkt soll deshalb zunächst das Wesen des Lernens geklärt werden.

Das Lernen bezeichnet den Vorgang der Aufnahme, Verarbeitung und Speicherung von Informationen, die zusätzlich eine Verhaltensänderung beim Individuum bewirken können. Es umfasst ein sehr breites Spektrum, das sich vom spielerischen Lernen über das Auswendiglernen bis zum Erkennen von komplexen Zusammenhängen erstreckt. Der Begriff des Lernens baut vorrangig auf die Techniken erfolgreicher Wissensvermittlung. Grundlegende Voraussetzung für das Lernen und Denken ist das Gedächtnis. Es dient zur Speicherung von Informationen im Gehirn, die bei Bedarf wieder abgerufen werden können. Die Definitionen zahlreicher Wissenschaftler gehen dabei weit auseinander. So finden bei Einigen oft nur bestimmte Teilaspekte größere Beachtung. Andere Bereiche werden dagegen teilweise vernachlässigt.

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m-Learning via PDA 2 Grundlagen

Psychologen unterscheiden vier Arten der Gedächtnisleistung:

Von Natur aus besitzt der Mensch die Fähigkeit, ihm dargebotene Information in Verbindung mit bereits vorhanden Erfahrungen zu setzen und somit sein Wissen zu erweitern. Die Art der Information ist entscheidend für den erfolgreichen bzw. weniger erfolgreichen Erwerb von Wissen.

Erfolgreiches Lernen ist dann gegeben, wenn sich der Lernende dem Lernziel nähert. Dies geschieht, indem er zunächst die gegebene Problemstellung erkennt, dafür eine Strategie entwickelt und nach Prüfung dieser Strategie in der Lage ist das Problem zu beheben. Ist eine Lösung unmöglich oder nur mit großem Aufwand umsetzbar, wird nach einer Alternative gesucht. Die Eigenschaft, seine eigenen Fähigkeiten zu erkennen und diese in geeigneter Art zur Problemlösung einsetzen zu können, sind der Ausdruck menschlicher Intelligenz. [GRI 01, S.6]

Man unterscheidet zunächst nach zwei Grundformen des Lernens: das absichtliche und das unabsichtliche Lernen. Absichtliches Lernen wird auf ein konkretes Lernziel hin entworfen und der Erfolg kann kontrolliert werden. Beim schulischen Lernen soll beispielsweise ein bestimmter Lernerfolg erzielt werden, der dann mit Hilfe eines Tests abgefragt wird. Die einzelnen Lernschritte sind programmatisch aufeinander und auf das Erreichen dieses Lernzieles zugeschnitten. Dem gegenüber erlernt das Kleinkind in den ersten Lebensjahren eher unbeabsichtigt die menschliche Sprache, um die Menschen in seiner Umgebung zu verstehen und sich ihnen mitteilen zu können.

Das sogenannte lebenslange Lernen, die Erziehung zu Kritikfähigkeit und das Lernen am Erfolg treten in der heutigen Zeit immer mehr in den Vordergrund. Dabei wird verstärkt auf moderne Konzepte, wie das Lernen zum Selbstlernen (Autodidaktik) gesetzt. Frühere pädagogische Erziehungsmethoden, die auf Drill und Bestrafung aufgebaut sind, werden nach den modernen Erkenntnissen der Pädagogik als ungeeignet angesehen.

Der Didaktik werden sowohl wissenschaftliche Theorien des Lehrens als auch Bildungslehren und Theorien zu Bildungsinhalten und Lehrplangestaltung zugeordnet. Die Entwicklung neuer Lernsysteme orientiert sich jedoch vielfach an den drei klassischen lernpsychologischen Theorieansätzen: dem behavioristischen-, dem kognitiven- und konstruktivistischen Ansatz.

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Behavioristischer Ansatz

Seine Wurzeln hat der behavioristische Ansatz in den Schriften der britischen Assoziationstheoretiker, im amerikanischen Funktionalismus sowie in der darwinschen Evolutionstheorie und wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts von dem amerikanischen Psychologen J.B. Watson begründet. Mit Hilfe verschiedener Experimente wurden das Verhalten (Reaktionen) in Beziehung zu Einflüssen (Reizen) aus der Umgebung betrachtet. Dabei wurde die Anpassung der Individuen an ihre natürliche und soziale Umwelt untersucht. Watson vertrat die Auffassung, dass Reaktionen erlernbar sind. Er wurde dabei stark von den Untersuchungen der russischen Physiologen I.P. Pawlow und W.M. Bechterew zum Lernen mit Tieren beeinflusst. Pawlow geht in seiner Konditionierungstheorie („Pawlowsche Hunde“) beispielsweise davon aus, dass auf jeden Reiz eine Reaktion folgt. Diese kann durch Belohnung verstärkt werden und zu einer Lernwirkung führen.

B.F. Skinner vertrat die Auffassung, dass sich das Verhalten mit Hilfe der üblichen naturwissenschaftlichen Methoden untersuchen lässt und konnte dies durch kontrollierte Experimente mit Tieren und Menschen belegen. An Tieren erforschte er beispielsweise das Lernen in Abhängigkeit von der Verstärkung, die das Tier für sein Verhalten erhält. Komplexes Verhalten wie Sprechen und Problemlösen konnte so naturwissenschaftlich untersucht werden.

Nachfolgend wurde die Wissensvermittlung an Schulen, sowie die Ausbildung im gewerblichen, industriellen und militärischen Bereich erforscht. Auf diese Ergebnisse aufbauend entwickelte Skinner in den 50er Jahren die Methode des Programmierten Unterrichts. Dazu wurde der Lehrstoff in kleine Lernkomplexe aufgeteilt und diese jeweils mit einem Test (Reiz) abgeschlossen. Nachdem die Antwort (Verhaltensreaktion) ausgewertet wurde, wurde dem Lernenden mitgeteilt, ob seine Antwort richtig oder falsch war. Dabei konnte eine Verstärkung bzw. Abschwächung des Lernerfolges nachgewiesen werden. Die pädagogischen Vorraussetzungen des programmierten Unterrichts definierte Skinner in sieben Schritten:

Noch heute wird diese Methode gezielt im modernen Unterricht eingesetzt, vor allem aber in den Sprachwissenschaften und im Fremdsprachenunterricht. Obwohl der behavioristische Ansatz die komplexen menschlichen Lernprozesse nicht vollständig erklären kann und jede individuelle

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m-Learning via PDA 2 Grundlagen

Problemlösung ausschließt, orientieren sich heute noch zahlreiche Computergestützte Lernprogramme an dieser Theorie.

Kognitivistischer Ansatz

In den fünfziger und sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts setzten sich zahlreiche neue Forschungsansätze und Theorien über die Verarbeitung von Informationen durch. Dazu zählen beispielsweise die Kybernetik und die Informationstheorie. Die damals entstandene kognitive Psychologie war eng mit der Geschichte der allgemeinen Psychologie verknüpft. Sie beschäftigt sich hauptsächlich mit den Prozessen, durch die das Individuum Erkenntnisse über die Welt gewinnt und sich seiner Umwelt bewusst wird. D. Broadbent von der Universität Cambridge (USA) schuf wesentliche Grundlagen für die Erforschung menschlicher Erkenntnisprozesse als Teil der Informationsverarbeitung, indem er sich für die Verbindung von Ergonomie und Informationstheorie aus psychologischer Sicht einsetzte. H. Simon und A. Newell von der Carnegie-Mellon Universität (USA) wandten Ansätze aus dem Bereich der Künstlichen Intelligenz auf die Darstellung menschlicher Denkleistungen an. Dazu setzten sie erstmals auch Computerprogramme ein. In bezug auf das Sprachlernverhalten zeigte A.N. Chomsky vom Massachusetts Institute for Technology (MIT), dass Menschen über angeborene Fähigkeiten zur Analyse und Anwendung von Sprachen verfügen müssen, um diese erlernen zu können.

Heute stellt die Simulation kognitiver Prozesse durch Computerprogramme eines der wichtigsten Forschungsgebiete der kognitiven Psychologie dar. Dies bezieht sich vorwiegend auf die Untersuchung von Gedächtnis-, Sprach- und Denkpsychologie. Innere Prozesse des Gehirns besitzen dabei eine wichtigere Rolle als äußerlich beobachtbare Reaktionen. Das Denken wird als Informationsverarbeitung betrachtet. Der Lernende entdeckt den Lernstoff für sich und setzt sein bereits vorhandenes Wissen zur Lösungsfindung ein. Der Lehrer agiert dabei nur als Beobachter. Der kognitivistische Ansatz richtet sich im Gegensatz zum starren behavioristischen Ansatz individuell nach dem Lernfortschritt des Lernenden (Anfänger vs. Fortgeschrittener). [SCH 99, S.188]

Konstruktivistischer Ansatz

Der Konstruktivismus ist der fortgeschrittenste lerntheoretische Ansatz, bei dem ein Problem lösungsorientiert bearbeitet wird. Dieser Ansatz stützt sich auf die Annahme, dass der Mensch in einem subjektiven Erkenntnisprozess lernt. Somit nutzt der Lernende seine eigenen Erfahrungen zur Problembewältigung. Sein Wissen basiert auf der aktiven Auseinandersetzung mit der sich ständig ändernden Realität. Der Lernende nutzt sein bereits vorhandenes Wissen und versucht durch Probieren eine Problemlösung herbeizuführen. Das Ergebnis ist eine individuelle Lösung der jeweiligen Problemstellung. Er lernt auf diese Weise für ihn ungewohnten Situationen zu bewältigen. Im Unterschied zum kognitivistischen Ansatz verbindet der Lernende in der konstruktivistischen Lerntheorie bereits vorhandenes Wissen mit neuem Wissen. Der Lehrer übernimmt die Rolle eines Trainers, der bei der Lösung komplexer Problemstellungen lediglich Hilfestellungen gibt.

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m-Learning via PDA 2 Grundlagen

Wirtschaftssimulationen wie beispielsweise „Sim City“ basieren auf dem konstruktivistischen Ansatz. [SCH 99, S.188]

2.1.4 Formen computergestützten Lernens

Lernsoftware lässt sich mit Blick auf das jeweilige Lernziel in fünf Bereiche unterteilen. Dabei werden sowohl gemeinsame wie auch differierende Merkmale hinsichtlich des Lerncharakters deutlich.

Tutorielle Systeme

Tutorielle Lernprogramme dienen der reinen Vermittlung von Wissen, der Schulung von Fähigkeiten und dem Erlernen von Fertigkeiten. [SCH 99, S.191] Im Mittelpunkt steht ein virtueller Lehrer (Tutor), der Informationen präsentiert, Aufgaben stellt und Antworten kontrolliert, sowie diese korrektiv bewertet. Die Bewertung erfolgt in Form einer Rückmeldung. Dabei können dem Lernenden zusätzliche Hilfen gewährt werden. Zu dieser Art der Informationsvermittlung zählen beispielsweise Programme, die den Aufbau und die Funktionsweise technischer Geräte erläutern sollen. Der Vorteil tutorieller Systeme ist, dass alle Lernenden den gleichen Lernzielen folgen und der Lehrer in seiner Lehrveranstaltung auf die selben Voraussetzungen aufbauen kann. Auf diese Weise können die Lernenden sich selbstständig in ein Thema einarbeiten und die Seminarzeit kann gekürzt werden. [EUL 92, S.18/19]

Werkzeugsysteme (Tools)

Diese Programme dienen vorrangig zur Darstellung von Produktionsabläufen. Ein virtueller Tutor führt den Lernenden durch das Programm und zeigt ihm in einzelnen Schritten die Entstehung eines Objektes oder Produktes. Solche Programme sind sowohl im schulischen, wie auch im beruflichen Bereich zu finden. Auf unterhaltsame Art wird dem Lernenden die Erstellung von Grafiken, Texten oder 3D-Objekten mit komplexen Anwendungsprogrammen näher gebracht. Das Programm „3-D-Filmstudio“ von Microsoft ist ein typischer Vertreter dieser Kategorie. [SCH 99, S.192]

Informationssysteme

Lernprogramme dieser Kategorie zeichnen sich durch die multimediale Darstellung und Übermittlung von Informationen aus. Der Lernende nimmt von Anfang an aktiv am Lernprozess teil. Das Lernprogramm fragt den Wissensstand oder Informationen vom Lernenden ab. Dazu werden umfangreiche, mit dem Programm verbundene Datenbanken genutzt. Die Themenbereiche von Informationssystemen erstrecken sich von allgemeinen Themen (Tiere, Pflanzen usw.) bis zu wissenschaftlichen Themen (z.B. Aufbau des Sonnensystems, Arbeits- und Wirkungsweise von Supraleitern). Informationssysteme stellen eine optimale Ergänzung der schulischen Wissens-Vermittlung dar.

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m-Learning via PDA 2 Grundlagen

Simulationsprogramme

Bei Simulationsprogrammen wird der Lernende mit einem Modell eines fiktiven realitätsbezogenen Sachverhaltes konfrontiert. Seine Aufgabe ist es, durch sein Eingreifen Parameter zu verändern und auf diese Weise das Modell zu beeinflussen. Hierbei differiert man nach Entscheidungs-, Verhaltens-und Anwendungssimulationen.

Bei Entscheidungssimulationen steht die Analyse und Veränderung von teilweise abstrakten Modellen der Realität im Mittelpunkt. Beispiele hierfür sind Wirtschafts- und Flugsimulationen, in welchen der Lernende zum Manager bzw. Pilot wird und die Steuerung in seinen Händen liegt. Dabei können Situationen bearbeitet werden, die in der Realität zu gefährlich, zu schnell bzw. zu langsam oder zu teuer sind. [EUL 92, S.25] Simulationsprogramme basieren auf dem konstruktivistischen Ansatz und können zusätzlich in Verhaltens- und Anwendungssimulationen unterteilt werden.

Verhaltenssimulationen beziehen sich auf die Vorbereitung und Umsetzung von Handlungsabläufen. Der Lernende hat die Aufgabe, zur Lösung eines Problems unterschiedliche Handlungsmöglichkeiten zu untersuchen und sich für eine zu entscheiden. Diese wird dann zur Problemlösung herangezogen. Nachdem die Auswirkung seiner Entscheidung vom Programm demonstriert wurde, folgt eine Bewertung seiner Leistung. Im Fall einer negativen Bewertung, wird ihm die Möglichkeit gegeben, sich für eine andere Handlungsalternative zu entscheiden. [EUL 92, S.24/25] Typische Vertreter dieser Kategorie sind Arbeitsschutz- und Bewerbungstraining.

Anwendungssimulationen dienen im Gegensatz zu den bereits aufgeführten Simulationsformen nicht zur Lösung fiktiver Probleme, sondern vielmehr zur Unterweisung in die Bedienung von technologischen Systemen. Lernprogramme zur Einweisung in Hardwaresysteme oder Software-Anwendungen sind in diesem Bereich ebenso zu finden, wie Anleitungen für die korrekte Erfassung von Daten in spezieller Buchhaltungssoftware (z.B. SAP). Der Lernende kann dabei den Umgang mit komplexen Anwendungen durch die schrittweise didaktische Vermittlung erlernen. Auch hier zeigt sich der Vorteil gegenüber Echtzeit-Systemen. Die laufenden Arbeitsprozesse werden nicht belastet und sensible Daten können nicht zerstört werden.

Spielprogramme

Lernspiele ermöglichen es, spezielle Kenntnisse und Fähigkeiten zu vermitteln, indem in den Ablauf solcher Programme Informationen eingebaut sind, die auf unterhaltsame Art dem Lernenden übermittelt werden. Es ist dabei nicht offensichtlich, dass es sich um eine Lernsoftware handelt. Eine Abgrenzung von Lernspielen zu reinen Spielen ohne Lerncharakter ist nur schwer möglich. Die spielerische Vermittlung von Wissen mit Hilfe von Lernspielen erstreckt sich von der Erlangung reinen Wissens und Fertigkeiten (Education) bis hin zur Förderung von Ausdauer, Geschicklichkeit und Konzentration (Edutainment). [NIK 02, S. 34]

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m-Learning via PDA 2 Grundlagen

2.1.5 Präsentation

Mit Hilfe des Computers sind erweiterte Darstellungsmöglichkeiten gegeben, als dies bei einem Buch der Fall ist. Bewegte Grafik zur Darstellung von Entwicklungen sind ebenso realisierbar wie dynamischer Bildschirmaufbau, Hervorhebungen im Text, Simulationen und die Einblendung von Hilfefenstern. Die Lerninhalte können variabler dargestellt werden. Dies gilt sowohl für die Bildschirmgestaltung, wie auch für die Textgestaltung. Dabei dürfen dem Lernenden nicht mehr Informationen übermittelt werden, wie dieser auch verarbeiten kann. Auf dem eingeschränkten Bildschirm ist es vielfach nur möglich, einen Bruchteil der gesamten Informationen darzustellen. Problematisch ist dies, weil dadurch zusammenhängende Themen teilweise auseinandergerissen werden. Design und Funktionalität entscheiden oft über die Akzeptanz der Lernumgebung beim Lernenden. Ist dieser auch selbst der Käufer (vgl. Abschnitt 3.2), dann ist die Art der Umsetzung ausschlaggebend für den wirtschaftlichen Erfolg des Programms. Dieser Abschnitt soll sich deshalb den Besonderheiten bei der Präsentation von Lerninhalten widmen.

Bildschirmgestaltung

Ein bindendes Schema für den Aufbau des Bildschirms innerhalb einer Computerunterstützten Lernanwendung gibt es nicht. Derzeit existieren lediglich zwei Gestaltungsmodelle, die sich an der klassisch/funktionalen Oberfläche und an der explorativen Oberfläche orientieren. Um jedoch eine gewisse Standardisierung der Darstellung zu erreichen und Unübersichtlichkeit zu vermeiden, empfiehlt sich die Unterteilung des Bildschirms in vier prinzipielle Bereiche, die hinsichtlich Größe und Position variieren können.

Wichtig ist eine einheitliche Gestaltung sämtlicher Bildschirmseiten, um einen unnötigen Orientierungsverlust beim Lernenden zu vermeiden. Die Aufmerksamkeit sollte nur auf relevante und dem Lernziel entsprechende Informationen gerichtet werden. Bereits beim Aufbau des Bildschirms ist es wichtig, dass der Lernende seinen Blick auf die wesentlichen Informationen fokussieren kann.

Navigation

Hinsichtlich der Steuerung sind dem Autor der Lernanwendung zwar keine Barrieren gesetzt, es werden jedoch einige wesentliche Steuerelemente empfohlen, die bei der Entwicklung einer Lernanwendung unbedingt vorgesehen werden sollten.

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m-Learning via PDA 2 Grundlagen

Unverzichtbare Steuerelemente eines Lernprogramms sind zum Beispiel...

N ...die Menüsteuerung, die in Form eines Inhaltsverzeichnisses dem Lernenden den Wechsel zu verschiedenen Positionen im Programm ermöglichen soll.

N ...die Funktion zum Weiterblättern, mit deren Hilfe der Lernende zur nächsten Aufgabe springen kann.

N ...die Rücksprungfunktion, um bereits gelöste Aufgaben nochmals zu bearbeiten. N ...die Möglichkeit der Unterbrechung, wobei bei einer späteren Bearbeitung der Aufgabe an der selben Position weitergearbeitet werden kann.

N ...die Chance für den Lernenden, das Programm jeder Zeit abbrechen zu können.

Die Navigations- und Steuerelemente sollten immer gleichbleibend sein. Unterschiedliche Navigationselemente verwirren den Lernenden und lenken seine Aufmerksamkeit vom eigentlichen Lernziel ab.

Symbole

Symbole bieten die Möglichkeit den Text aufzulockern und besser zu strukturieren. Diese kleinen Zeichen haben den Vorteil oft mehr auszudrücken, als es mit vielen Textzeichen der Fall wäre. Gerade bei der Darstellung auf begrenzten Bildschirmoberflächen (z.B. PDA) erweist sich dies als sehr effizient. Symbole eignen sich hier besonders gut als Navigationselemente. Dabei werden Icons und Grafiken oft als Schaltfläche genutzt. Das Symbol steht hier in metaphorische Beziehung zu gleichartigen Funktionen aus dem Alltag des Lernenden. Der Lernende kann intuitiv die Bedeutung des Symbols verstehen. Beispielsweise bietet sich das Symbol des Briefumschlages gut für die Darstellung der E-Mail-Funktion an. Es sollten stets die selben, eindeutigen Zeichen für den selben Sachverhalt benutzt werden.

Textgestaltung

Der Text, als die wichtigste Komponente der Lernanwendung muss hinsichtlich der äußeren und inneren Form sowie der Lesbarkeit untersucht werden. Das Lesen von Texten auf dem Bildschirm ist anstrengend und wirkt ermüdend. Bei langen Texten lässt die Konzentration des Lernenden schnell nach. Deshalb sollte der Umfang des Textes schon im Vorfeld nur auf das Notwendigste beschränkt und auf die wichtigsten Kernaussagen reduziert werden. Sinnvoll ist es auch längere Textpassagen durch Grafiken zu unterteilen. Texte müssen stets zielgruppengerecht umgesetzt werden. Um eine optimale Lesbarkeit garantieren zu können ist es bei der Erstellung des Textlayouts wichtig, dass...

N ...der Bildschirm gleichmäßig ausgefüllt ist. N ...genügend Zeilenabstand und eine optimale Schriftgröße gewählt wird. N ...nicht mehr als zehn Worte pro Zeile dargestellt werden. N ...keine unnötigen Leseanstrengungen durch Formatierungen entstehen.

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m-Learning via PDA 2 Grundlagen

Hervorhebungen im Text lenken die Aufmerksamkeit des Lesers auf einen bestimmten Sachverhalt. Wichtige Informationen können so besser kenntlich gemacht werden. Allerdings wird der Lernende dabei im Lesefluss unterbrochen. Deshalb ist es ratsam, sich im gesamten Lernprogramm für eine Art der Hervorhebung zu entscheiden und diese sparsam einzusetzen. Anspruchsvolle Texte kann der Lernende aber nur dann verarbeiten, wenn...

N ...sie in Orthographie, Interpunktion und Grammatik einwandfrei sind. N ...sie hinsichtlich der Satzlänge kurz und einfach formuliert sind. N ...Fachbegriffe vor deren Verwendung erklärt wurden.

N ...Insiderbegriffe durch allgemein verständliche Bezeichnungen ersetzt werden. N ...die Art der Umgangssprache auf die jeweilige Zielgruppe angepasst wird.

Festzuhalten bleibt, dass ein kurzgefasster und auf das Wichtigste beschränkter Text zu einem wesentlich höheren Verständnis führt.

Visualisierung mit Hilfe von Bildern

Bilder bewirken eine Auflockerung des starren Textbildes. Sie dienen zur Darstellung abstrakter Zusammenhänge, wobei sie Zeige-, Situierungs- und Konstruktionsfunktionen erfüllen sollen. [vgl. GRI 02, S.36] Mit Hilfe von Bildern werden dem Lernenden spezielle Lerninhalte besser verdeutlicht. Innerhalb der Lernanwendung besitzen Bilder die Funktion der:

N Information - Abbild der Realität N Illustration - Bild als Metapher zur Beschreibung abstrakter Sachverhalte N Strukturierung - Zusammenfassung komplexer Zusammenhänge N Motivation - ästhetische Darstellung der Realität

Bilder stehen immer im engen Zusammenhang zum Text. So kann der Text auf bestimmte Bilder verweisen und umgekehrt können Bilder zur Ergänzung des Textes beitragen. Im Gegensatz zu verbalen Informationen sind Bildinformationen weniger strukturiert. Bei der Bilderkennung steht vielmehr die Erfassung von räumlichen Dimensionen und deren Tiefenwirkung im Vordergrund. Die äußere Erscheinung des Bildes ist dabei entscheidend. Im Rahmen der Bildwirkungsforschung wird hier der Begriff des „primal sketch“ für die Stellen mit der größten Helligkeitsänderung im Bild (Kanten) gebraucht. An diesen Stellen kann sich der Betrachter orientieren. Für weitere Ausführungen zu dieser Thematik wird auf die Ausarbeitung von Issing/Mickasch verwiesen. [MIK 86]

Um Bilder nicht nur auf die Illustrationsfunktion zu reduzieren, sollte primär der Informationsgehalt geprüft werden. Wie auch bei online-Learning-Systemen kommen bei CBT-Programmen Bilder in komprimierter Form zum Einsatz. Die gebräuchlichsten Formate sind das JPEG- und das GIF-Format. Sie weisen derzeit bei der Datenreduktion die besten Kompressionsergebnisse auf.

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