Konzeption und Implementierung von multimedialen Lehrveranstaltungen im Rahmen der Hochschullehre

Diplomarbeit von Marius Schönberger

Einleitung:

Heutzutage prägen Begriffe wie ‘E-Business’, ‘E-Commerce’ oder auch ‘E-Mail’ den Lebensalltag vieler Menschen auf der Welt. Alle Begriffe mit dem großen ‘E-’ am Wortanfang, weisen gegenwärtig auf den ausgedehnten und erfolgreichen Einsatz moderner Technologien hin. Im Bereich der Aus- und Fortbildung ist dies nicht anders. Wegen der riesigen Bandbreite an unterschiedlichen Lernansätze und Methoden, welche in facettenreicher Form mit modernen Lerntechnologien in das Lerngeschehen eingebunden werden, hat sich das E-Learning im Bereich der Schul- und Hochschulausbildung sowie im Aus- und Fortbildungsbereich für Erwachsene einen Namen gemacht.

Gerade im Zusammenhang mit der Planung und Durchführung von Unterrichtsstunden an einer Schule oder von Lehrveranstaltungen an einer Hochschule bzw. an einer Universität, wird der Einsatz von E-Learning Methoden kontinuierlich gesteigert. Unabhängig von Ort und Zeit, kann der Lernende mit Hilfe von multimedial aufbereiteten Lerninhalten, nach seinen persönlichen Bedürfnissen und Lerngeschwindigkeiten an das Neue heranführen. Diese Art des elektronischen Lernens ist jedoch erst dann sinnvoll, wenn bei der Planung des Lernangebots Präsenzveranstaltungen mit eingeplant werden. Diese Form des Lernens wird als Blended-Learning bezeichnet.

Die Konzeption und Einführung einer erfolgreichen Blended Learning-Veranstaltung erfordert eine hohe Kompetenz und ist gleichzeitig mit einem immensen Arbeitsaufwand verbunden. Das Ziel einer Blended Learning-Veranstaltung ist es, dass Teilnehmern selbstständig ihren Lernprozess planen und gestalten und gleichzeitig die Möglichkeit haben, die während des Lernprozesses erarbeiteten Lehrinhalte, durch Präsenzveranstaltungen zu vertiefen. Dafür müssen im Voraus Vorlesungsinhalte, Übungen und Tests medien- und zielgruppengerecht vorbereitet und geplant, Möglichkeiten zur Kommunikation und Zusammenarbeit eingerichtet sowie die elektronische Lernumgebung angepasst und eingestellt werden. Bei Letzterem genügt es jedoch nicht, eine Menge an Informationen, den Studierenden online bereitzustellen. Damit gewährleistet werden kann, dass der Teilnehmer durch die Nutzung des Online Angebotes seine Wissensbasis erweitern kann, muss das Informationsmaterial didaktisch aufbereitet und die Besonderheiten der Lehrumgebung berücksichtig werden. Damit die Blended-Learning Methoden die Denk-, Arbeits- und Lernweisen der Teilnehmer effektiv verändern können, muss die Motivation der Studierenden dauerhaft gefördert werden.

Diese Diplomarbeit über die Konzipierung und Implementierung einer multimedialen Lehrveranstaltung, entstand während des Sommersemesters (SS) 2009 an der Fachhochschule Kaiserslautern Standort Zweibrücken. In dieser Zeit wurde im Rahmen einer wissenschaftlichen Mitarbeit im Bereich des Content Managements und der Administration eines Online-Studienkurses, die Lerninhalte des Studienfachs ‘Datenbankentwurf und -management’ organisiert und durchgeführt.

Die vorliegende Arbeit ist in zwei Kapitel gegliedert. Der Fokus im ersten Kapitel fällt zunächst auf die theoretische Ausarbeitung von multimedialen Lehrveranstaltungen. In diesem Kapitel erfolgt neben der Angabe aufschlussreicher Lerndefinitionen und der Analyse geläufiger Lerntheorien, die Erläuterung des Begriffs ‘neue Lernmedien’ und der Aufzählung der durch die neuen Lernmedien entstandenen Potenziale für die Hochschullehre. Zuvor erfolgt jedoch ein kurzer Überblick über die Geschichte der Fachhochschule Kaiserslautern und die von der Fachhochschule angebotenen Fachbereiche. Den Lesern soll im ersten Kapitel weiterhin deutlich gemacht werden, welcher technische Aufwand betrieben werden muss, damit multimediales Lernen im Netz durchgeführt werden kann.

Das zweite Kapitel bezieht auf die praktische Anwendung einer multimedialen Lehrveranstaltung, an der Fachhochschule Kaiserslautern Standort Zweibrücken. Hierfür wird zunächst auf die Konzeption und Realisierung der Lehrveranstaltung ‘Datenbankentwurf und -management’ eingegangen. Der Schwerpunkt des zweiten Kapitels liegt in der Anwendung und Kombination einer elektronischen Lernumgebung mit den Lerninhalten des Studienfaches ‘Datenbankentwurf und -management’. Des Weiteren soll in diesem Kapitel der Einsatz und die Umsetzung von Blended-Learning-Methoden im Rahmen der Hochschullehre verdeutlicht werden. Ein Schlussfazit rundet diese Arbeit mit den gewonnenen Erkenntnissen ab.

Welche Informationen können die Leser aus dieser wissenschaftlichen Arbeit entnehmen? Durch schnelles abwägen, der in diesem Manuskript niedergeschriebenen Vor- und Nachteile des E-Learnings, kann der Leser entscheiden, welche E-Learning-Methoden er in seinem Umfeld einsetzten kann. Weiterhin wird beschrieben, wie Blended-Learning die Vorteile von Online- und Präsenzveranstaltungen verbindet. Den Lesern erwartet weiter, eine Beschreibung über den technischen Aufbau von E-Learning-Netzwerken und den dazu nötigen Einsatz von Hard- und Software. Ferner erhalten Ausbilder, Lehrkräfte oder auch Lernende einen Überblick über den Einsatz und die Leistungsfähigkeiten der neuen Lernmedien, im Bereich der Aus- und Weiterbildung.

Inhaltsverzeichnis:

Textprobe:

Kapitel 6.2.4, Konzept und Realisierungsmaßnahmen für die digitale Bereitstellung von Übungsaufgaben:

Die Übungsaufgaben der DBEM Vorlesungen sollen dazu dienen, den Inhalt der in den zuvor gelernten E-Learning-Einheiten zu vertiefen. Dabei liegt das Hauptaugenmerk nicht darin, den gelernten Stoff nochmals wiederzugeben. Viel mehr sollen neue Wissensgebiete vermittelt werden, die einen direkten Bezug zu den E-Learning-Einheiten aufweisen. Hierzu wurden einzelne datenbankbezogene Anwendungsbereiche analysiert und zu folgenden Themengebieten spezielle Übungsaufgaben erstellt:

- Entity-Relationship-Modell (ERM); - Unified-Modeling-Language (UML); - Relationenmodell; - Datenbank-Normalisierungen; - Structured-Query-Language (SQL); - Datenbankeinbindung mittels PHP Hypertext Preprocessor (PHP).

Im Folgenden wird kurz auf die einzelnen datenbankbezogenen Aufgabenbereiche eingegangen und diverse Begrifflichkeiten erklärt.

Die durch ein ERM repräsentierten Entities (Gegenstände) und Relationships (Beziehungen) dienen zur Abbildung eines realen Umweltzustandes. Vor allem wegen der Unabhängigkeit zu einem bestimmten Datenbanksystem und der Einfachheit der Ausdrucksmittel hat sich das ER-Modell als wichtigstes Werkzeug für den Entwurf von Datenbanken durchgesetzt. Durch die Angabe von Kardinalitäten kann die Komplexität der Beziehung ausgedrückt werden. Hierbei werden 1:1 Beziehungen, 1:N Beziehungen und N:M Beziehungen betrachtet. Kann einem Entity höchsten ein weiteres Entity zugeordnet werden, so erfolgt die Angabe einer 1:1 Beziehung. Eine 1:N Beziehung wird für den Fall, dass zu einem Entity mehrere Entities zugeordnet werden können, angegeben. Können mehrere Entities zu beliebig vielen Entities zugeordnet werden, spricht man von einer N:M Beziehung.

Die Unified-Modeling-Language stellt insgesamt 13 Diagrammtypen zur Verfügung. Dabei werden die Diagramme in Verhaltens- und Strukturdiagramme unterschieden. Die Unified-Modeling-Language wurde wegen der Annahme, eine rein objektorientierte Modellierungssprache zu sein, oftmals missverstanden. In den bisherigen DBEM Übungen wurde deshalb von einer Verwendung der UML-Klassendiagramme abgesehen. Durch die jedoch flexible Entwicklung der UML erkannte man später größere Potenziale in der Modellierungssprache, sodass die Zahl der Anwendungsbereiche anstieg. Die UML-Diagramme wurden im Laufe der Zeit für die Darstellung von Geschäftsprozessen, Arbeitsabläufen und Datenbankstrukturen verwendet. Durch diesen Wandel und die mittlerweile weit verbreitete Verwendung der Unified-Modeling-Language in der Wirtschaft wurde für das SS 2009 erstmals das Modellieren von UML-Diagrammen eingeführt.

Ein Datenbanksystem wird dann als relational beschrieben, wenn das System basierend auf einem Relationenmodell aufgebaut wurde. Eine Relation bezeichnet eine zweidimensionale Tabelle mit einer fixen Anzahl von Spalten und einer unbestimmten Anzahl von Zeilen. Ein Relationenmodell dient dazu, die vorher im ER-Modell aufgestellten Entities und Beziehungstypen in eine Tabelle umzuwandeln. Die Spalten der Tabelle entsprechen hierbei den jeweiligen Entity-Attributen. Die Zeilen der Tabelle werden mit den entsprechenden Attributwerten aufgefüllt. Jede Relation benötigt die Angabe eines Primärschlüssels bestehend aus einem Attribut, dessen zugeordneter Wert die gesamte Zeile eindeutig identifizieren kann. Typisch bei der Umwandlung eines ER-Modells zu einem Relationenmodell ist die Optimierung des aufgestellten ER-Diagramms. Während diesem Verbesserungsschritt sollen redundante Daten sowie überflüssige Entities oder Beziehungen verworfen werden. Weiterhin kann die Umwandlung des ER-Modells auch in schriftlicher Form durchgeführt werden. Hierbei werden die Tabellennamen und -spalten der Relation, unter Bezugnahme geeigneter Datentypen und sinnvoller Datentypwerte, niedergeschrieben.

Die Normalisierung einer Datenbank beschreibt die Betrachtung eines in Tabellenform dargestellten Relationenmodells. Ziel der Normalisierung ist eine vereinfachte Darstellung des Relationenmodells und die Minderung von Speicherkapazität. Die Tabellen sollen dabei in drei unterschiedliche Normalformen gebracht werden. Für die Darstellung der ersten Normalform werden alle Tabellenbezeichnungen in relationaler Schreibweise aufgelistet. Die erste Normalisierungsform beschreibt die Vergabe von Primärschlüsseln. Primärschlüssel müssen gesetzt werden, damit die Datensätze der Tabelle identifiziert werden können. Die zweite Normalisierungsform beschreibt die Zuordnung aller Nicht-Primärschlüssel zu einem Primärschlüssel. Als Hilfestellung kann die Zeichnung eines ER-Modells erfolgen. Die dritte Normalisierung beschreibt die Abhängigkeit der Datensätze vom Primärschlüssel. Können durch die Umformung der Tabelle in die zweite Normalform neue Primärschlüssel gesetzt werden, so müssen diese aus der jeweiligen Relation ausgegliedert werden. Die in den nun neu erstellten Tabellen vorhandenen Primärschlüssel müssen dennoch in der vorher eingegliederten Relation als Fremdschlüssel bestehen bleiben.

Die Structured-Query-Language dient zur Abfrage und Manipulation von Datensätzen sowie für die Verwaltung von Rechten innerhalb einer Datenbank. SQL bildet den Standard für die Kommunikation in Datenbanksystemen. Über sogenannte SQL-Anweisungen oder auch SQL-Statements genannt, erfolgt die Anfrage von Daten an den Server eines Datenbanksystems. Hierfür werden drei unterschiedliche SQL-Schnittstellen betrachtet. Die Data-Definition-Language (DDL) und die Data-Control-Language (DCL) dienen zur Beschreibung und Kontrolle der Datenbank. Typische Befehle der DDL- und DCL-Schnittstelle werden zum Erzeugen, Löschen und Verwalten von Tabellen sowie für das Gewähren von Zugriffsrechten verwendet. Die Data-Manipulation-Language (DML) beinhaltet alle SQL-Befehle, die für das Ändern, Löschen und Einfügen von Daten in eine Datenbank benötigt werden. Der Zugriff auf diese Schnittstellen wird in der Realität nur bestimmte Personen oder Personengruppen freigegeben.

Die Skriptsprache PHP Hypertext Preprocessor (PHP) wird hauptsächlich im Bereich der Webprogrammierung verwendet. Der PHP-Code wird dabei in den HTML-Code einer Webseite integriert oder komplett eingebunden. Nach dem Aufruf der Webseite wird das integrierte PHP-Script ausgeführt und das Ergebnis als HTML-Dokument auf der Webseite dargestellt. Der bevorzugte Einsatz von PHP-Skripten erfolgt für die Erstellung von dynamischen Webseiten. Diese Webseiten sind von den Eingaben der Benutzer oder von einer Datenbank abhängig. Durch die große Anzahl der vorhandenen PHP-Bibliotheken und die dadurch bereitgestellten PHP-Tools und -Befehle, eignet sich der Einsatz von PHP-Skripten auch für die Integration von Web- und Datenbank-Umgebungen.

Durch die genannten datenbankspezifischen Themengebiete können die Studenten durch die Bearbeitung von Übungen einen tieferen Einblick in die Aufgabenbereiche des Datenbankentwurfs und -managements erhalten. In den folgenden Abschnitten wird der genaue Inhalt der Übungsaufgaben beschrieben.

Damit das Modellieren von ER-Modellen in den Übungen durchgeführt werden kann, wurden in der Vorbereitungszeit spezielle Fallbeispiele generiert. Diese Fallbeispiele beinhalten reale Ausschnitte aus der Wirklichkeit, sogenannte Miniwelten. Diese Miniwelten werden durch einen kurzen zusammenhängenden Text beschrieben. Anhand von Anhaltspunkten, welche aus dem Text gefiltert werden müssen, können Entities, Beziehungen und Kardinalitäten ermittelt werden, damit ein vollständiges ERM modelliert werden kann. Ziel dieser Übungen ist es, beschreibende Bausteine eines realen Ausschnitts aus einem gegeben Kontext zu entnehmen und diese in ein sinnvolles Modell z integrieren.

Die vorhandenen Miniwelten sollten ebenfalls für die Erstellung von UML-Diagrammen verwendet werden. Dadurch kann der Unterschied zwischen UML-Diagrammen und ER-Modellen betrachtet werden. Für die Darstellung dieser Fallbeispiele können nur UML-Klassendiagramme erzeugt werden. Grund hierfür sind die in den Klassendiagrammen eingefügten Funktionen zur Darstellung von Multiplizitäten, Aggregationen, Kompositionen, Leserichtung und der Eigenschaft der mehrgliedrigen Assoziation. Klassendiagramme lassen sich zu der Familie der Strukturdiagramme einordnen und ähneln stark dem Aussehen und Aufbau von ER-Modellen. Die sinnvolle Verwendung von Aggregationen und Kompositionen sowie die richtige Angabe der Leserichtung und der Unterschied zu einem ER-Modell bilden die Ziele dieser UML-Übungen.

Für die Erstellung eines Relationenmodells sollte die Aufgabenstellung der Datenbank-Übungen eine Umwandlung und Optimierung der zuvor erstellten ER-Modelle beschreiben. Da eine Umwandlung von UML-Diagrammen zu einem Relationenmodell mit der Gefahr des Informationsverlustes verbunden ist, wurde eine weitere Betrachtung der UML-Diagramme ausgeschlossen. Das Ziel der Übung ist den Vorgang der Optimierung von ER-Modellen und den korrekten Aufbau eines Relationenmodells verstanden zu haben.