Reader zum Workshop
Standardisierung im eLearning
Begleitveranstaltung zum Förderprogramm
Neue Medien in der Bildung
10./11. April 2002
Johann Wolfgang Goethe-Universität
Frankfurt/Main
J. W. Goethe-Universität Frankfurt/M.
Kompetenzzentrum für
Neue Medien in der Lehre
Projektträger Neue Medien
in der Bildung + Fachinformation
veranstaltet von
gefördert durch
unterstützt von
im eLearning
Inhalt
Vorwort .................................................................................................................................................. 3
1. Tag
Learning Technology Standardization: Too Many? Too Few?
Prof. Dr. Erik Duval................................................................................................................................ 5
Do e-learning standards meet their challenges?
Dr. Bernd Simon .................................................................................................................................. 14
Forum 1
Teil 1: Theoretischer Ansatz zur Rolle der Didaktik in Metadaten Standards
Teil 2: Konzeptionelle Ideen des P2P Systems Edutella
Heidrun Allert, Changtao Qu, Wolfgang Nejdl.................................................................................. 23
Modellierung didaktischer Konzepte mit dem Essener-Lern-Modell
Dr. Jan M. Pawlowski ....................................................................................................................... 28
Web-Didaktik
Prof. Dr. Norbert Meder.................................................................................................................... 35
Ariadne - Digitale Bibliothek für die (virtuelle) Hochschule
Stephan Trahasch ............................................................................................................................ 37
2. Tag
Educational Modelling Language: adding instructional design to existing specifications
Prof. Dr. Rob Koper ............................................................................................................................. 41
Forum 2
Inhalte-Management mit semantischen Metadaten: Erfahrungen aus den Projekten CardioOp und
LaMedica
Dr. Reinhard Friedl ........................................................................................................................... 51
Modulare Wissensbasis in k-med
Dr.-Ing. Cornelia Seeberg ................................................................................................................ 56
PROMETHEUS - Standardisierung einer Klinikumssimulation?
Dr. Stefan Krause ............................................................................................................................. 61
Schnittstellen bei der Entwicklung eines Portals für fallbasierte medizinische Lernsysteme
Matthias Holzer................................................................................................................................. 69
1
Forum 3
Verteilte Archive, Metadaten und Bereitstellung von eLearning - Modulen - Stand der Arbeiten im
BMBF Projekt „Physik Multimedial“
Julika Mimkes ................................................................................................................................... 73
Knowledge Representation for Web-Based User-Adaptive Education Systems
PD. Dr. Erica Melis .......................................................................................................................... 78
Simulations as Media – Prospects and Pitfalls
Wolfram Horstmann.......................................................................................................................... 82
Forum 4
LOM-basierte XML-Lehreinheiten zur Workflow-Generalisierung
Maik Stührenberg. ............................................................................................................................ 93
E-Learning-Techniken in Virtuellen Umgebungen auf Basis aktueller Web3D Standards
Dr. André Janson.............................................................................................................................. 98
Technische und dokumentarische Standardisierung im IWFcontentport
Dr. Christopher N. Carlson ............................................................................................................. 101
Arbeitsbeitrag aus dem BMBF-Förderprojekt movii – moving images & interfaces zum Workshop
"Standardisierung im eLearning"
Prof. Stefan Kim, Prof. Franz Kluge ............................................................................................... 104
Autoren .............................................................................................................................................. 110
2
Vorwort
Standardisierung im eLearning
Bei der Entwicklung und vor allem bei der institutions- und projektübergreifenden Nutzung von
eLearning Modulen oder Lernobjekten spielen Standards und Spezifikationen zu deren Beschreibung
und Verwaltung eine immer wichtigere Rolle. Nur auf deren Basis können sich langfristig
Verwaltungs- und Verwertungsmodelle entwickeln, die eine breite Nutzung von eLearning Modulen
bis hin zur Entwicklung eines entsprechenden Marktes ermöglichen. Aufgrund allgemeingültiger
Spezifikation für die Beschreibung von Lernobjekten bis hin zu standardisierten Angaben für
komplette online Kurse werden Anbieter und Nachfrager in Tauschbörsen, institutionsübergreifenden
Kooperationen, fachspezifischen Datenbanken und Bildungsservern eLearning Ressourcen anbieten
und nutzen.
Projekte und Initiativen stehen jetzt vor der Aufgabe, sich einen Überblick über vorhandene
Standards und Spezifikationen zu verschaffen, um für sich selbst die geeigneten auswählen und
anwenden zu können. Oft werden aufgrund der projektspezifischen Anforderungen zudem eigene
Beschreibungen entwickelt. Dadurch entsteht eine Vielzahl von Beschreibungen, die den Austausch
und das Auffinden von Modulen über die Projektgrenzen hinaus schwierig wenn nicht unmöglich
machen.
Der in diesem Band dokumentierte Workshop "Standardisierung im eLearning" hat das Ziel, die
aktuelle Diskussion um die Entwicklung und Anwendung von Standards aufzugreifen, transparent zu
machen und fortzuführen.
Veranstalter des Workshops sind das Kompetenzzentrum für Neue Medien in der Lehre der Johann
Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt/Main und der Projektträger Neue Medien in der Bildung +
Fachinformation. Die Veranstaltung setzt die Reihe von themenspezifischen Begleitworkshops im
Rahmen des Förderprogramms Neue Medien in der Bildung fort. Eine Übersicht zu bereits
durchgeführten und in Planung befindlichen Begleitveranstaltungen finden Sie auf dem Internet-
Portal des Projektträgers (
http://www.medien-bildung.net
).
BMBF-Förderprogramm Neue Medien in der Bildung – Förderschwerpunkt Hochschule
Mit dem Förderschwerpunkt Hochschule zielt das Bundesministerium für Bildung und Forschung
(BMBF) auf eine dauerhafte und breite Integration der Neuen Medien als Lehr-, Lern-, Arbeits- und
Kommunikationsmittel in die Hochschullehre sowie die qualitative Verbesserung akademischer
Bildungsangebote durch Medienunterstützung.
Inzwischen beteiligen sich mehr als 100 Verbundprojekte mit über 500 Einzelpartnern aus
bundesdeutschen Hochschulen. Die Projekte verteilen sich über alle Fachgebiete, entwickeln auf der
Grundlage moderner Informations- und Kommunikationstechniken netzgestützte Lehrformen, setzen
Inhalte multimedial um und ermöglichen für Studierende ein eigenverantwortliches und
selbstorganisiertes individuelles Lernen.
Insgesamt werden in den Jahren 2000 bis 2004 vom BMBF mehr als 200 Mio. Euro bereitgestellt.
Das größte Volumen (ca. 185 Mio. Euro) umfasst die Förderung der genannten Verbundprojekten.
Gefördert wird zusätzlich die Funkvernetzung an Hochschulen sowie unter dem Stichwort „Notebook-
University“ die Umsetzung von Lernarrangements, die einen tatsächlichen Mehrwert durch die
mobile Nutzung von Computern erfahren.
In Vorbereitung ist der Förderschwerpunkt „Virtuelle Hochschule“, bei dem es um Geschäftsmodelle
zur Realisierung kompletter Studienangebote mit einem hohen Maß an virtuellen Anteilen gehen
wird.
3
Workshop "Standardisierung im eLearning"
Der Workshop setzt sich zwei Ziele:
• Zum einen werden vorhandene Standards und Spezifikationen sowie deren Anwendung in
eLearning Projekten vorgestellt. Diejenigen, die sich hier qualifizieren und informieren wollen,
haben dabei die Möglichkeit, sich einen Überblick zu verschaffen. Die vorgestellten Konzepte
und Erfahrungsberichte kommen überwiegend aus den vom BMBF geförderten Projekten
selbst, um gleichzeitig einen Erfahrungsaustausch zwischen den Beteiligten zu fördern.
• Zum anderen werden die aktuellen - auch kritischen - Diskussionen um vorhandene
Standards und Spezifikationen aufgegriffen und mögliche Weiterentwicklungen sowie neue
Ansätze vorgestellt. Einige Vorträge behandeln Ansätze zur Beschreibung didaktischer
Aspekte von eLearning Modulen. Zudem wird ein Ausblick auf die mittel- bis langfristige
Bedeutung von Standards und einheitlichen Spezifikationen gegeben: Als Voraussetzung für
die Austauschbarkeit von eLearning Modulen über Projektgrenzen hinweg und als Grundlage
für Verwertungsmodelle, die in Richtung eines "Marktes" für eLearning Produkte weisen.
Um diesen beiden Zielsetzungen Rechnung zu tragen, werden auf dem Workshop folgende Inhalte
in Form von Vorträgen und parallelen Foren behandelt:
• Darstellung der aktuellen Standards und Spezifikationen
im Hinblick auf deren Gemeinsamkeiten, Unterschiedlichkeiten und geeignete Einsatzfelder.
• Berichte aus Projekten, die Standards und Spezifikationen anwenden,
um einen Bezug zur praktischen Anwendung herzustellen, projekt- und fachspezifische
Ansätze kennenzulernen und einen Erfahrungsaustausch zwischen Projekten zu fördern.
• Darstellung der aktuellen Diskussion zu Standards und Spezifikationen
und ein Ausblick auf deren mögliche Weiterentwicklungen. Dabei werden auch Informationen
auf die an der Diskussion beteiligten Organisationen und deren Zielsetzungen gegeben.
Claudia Bremer und Michael Kindt
Adressen und Ansprechpartner der beiden veranstaltenden Organisationen
Kompetenzzentrum für Neue Medien in der Lehre
Projektträger Neue Medien in der Bildung
Johann Wolfgang-Goethe Universität Frankfurt/M. + Fachinformation
Ansprechpartner/in:
Ansprechpartner:
Claudia
Bremer
Michael
Kindt
E-Mail: neuemedien@rz.uni-frankfurt.de
E-Mail: pt-nmb@bi.fhg.de
Telefon (069) 798-23690
Telefon (02241) 14-3322
Telefax (069) 798-28313
Telefax (02241) 14-3320
Postfach
11
19
32
Schloß
Birlinghoven
60054 Frankfurt 53754
Sankt
Augustin
4
Erik Duval
Dept. Computerwetenschappen, K.U.Leuven
Celestijnenlaan 200 A
B-3001 Leuven, Belgium
Phone: +32-16-32.70.66
Email:
Erik.Duval@cs.kuleuven.ac.be
http://www.cs.kuleuven.ac.be/~erikd
Learning Technology Standardization:
Too Many? Too Few?
Prof. Dr. Erik Duval
Abstract
This paper presents an overview of the relevant initiatives in learning technology standardization.
One focus is the role of accredited standardization bodies (ISO/IEC SC36, IEEE LTSC,
CEN/CENELEC LTWS). Another focus is the role of consortia: a priori, they develop the
specifications that the standards will be based on; a posteriori, they adopt so-called application
profiles that adapt the standard to the needs and requirements of their community. The role of
standardization in the area of learning technologies is elaborated upon through a case study of the
Learning Object Metadata (LOM) specification, which is nearing completion as a standard.
Introduction
Recently, the European Committee for Standardization (CEN – Comité Européen de Normalisation)
initiated work on standards for clothes sizing. The background is that many people are confused by
the different sizing systems in different countries. As an example, a woman with a bust of about 88
cm, a waist of about 72 cm and a hip of about 96 cm has size
• 38 in Germany, the Netherlands and France (sometimes)
• C38 in Norway, Sweden and Finland
• 40 in Belgium and France (sometimes)
• 44 in Italy
• 44/46 in Portugal and Spain
• 12 in the UK
In fact, the problem is more widespread than just clothes: shoes come in sizes designated as 39, 46,
etc., but sneaker sizes are indicated as 6, 10 etc. Women’s bras are sold in sizes like 80B; 100C etc.
Casual wear uses letter codes for size, like M, L, XXL, XXS, etc. Most often, the size labels do not
indicate to which body measurement they refer. As a result, it has been reported that up to 50 % of
returns from catalogue shopping are due to fitting problems [1]. Within CEN, Technical Committee
248 (Textiles and textile products) has a working Group that is looking at standardizing the size
designation system of clothing. The goal is to develop a European standard for clothes sizes, that
5
would be uniform across Europe, and that would be more easily memorized and understood by the
general public.
So, how does this relate to the topic of learning technology standardization? The story above
illustrates nicely the important features of standardization in general:
• The first central notion is that of semantic interoperability: it refers to the idea that standards
enable people to better understand each other: one can imagine how the different clothes
size systems could give rise to misunderstandings when two people would be discussing
their size, each one using the system (s)he know best, unaware of the fact that the other was
using a different system.
• One can also readily understand that, on a more technical level, the discrepancies between
local systems could also lead to serious interoperability problems when one would want to
compose clothes with French sleeves, an Italian collar and German pockets, all to be put
together with some English connecting tissue.
• Although the standards would impose some requirements on how to express the size of a
piece of clothing, it is important to note that they would by no means limit the creativity of the
designers! In that sense, standards do not limit freedom – rather, the idea is to increase
freedom, by enabling a Belgian designer to more easily integrate clothing components from
different origins.
The above can readily be translated into similar observations for learning technologies, as will be
explained in the remainder of this paper. The basic idea of standardization in our area, then, is to
enable open, interoperable systems, or components thereof. The alternatives to standardization are:
• the adoption of de facto standards: As can be seen in a number of other domains, this can
lead to commercial inequalities. More importantly, in the domain of education, this could also
lead to the dominance of one cultural model (in practice, most probably a US based one)
over the cultural diversity that characterizes Europe in this context.
• the fragmentation or balkanisation of incompatible technologies: This was very much the
state of affairs in hypermedia systems before the advent of the World-Wide Web. Several
powerful hypermedia systems (HyperCard, Owl, Intermedia, Toolbook, Director) had been in
use for some time, but there was no easy way to cross-reference between applications in
different systems, or to re-use content from one application in another application,
developed in another system. Consequently, the adoption of such a proprietary solution
effectively locks the end user into that development platform.
It is clear that both these alternatives lead to very severe problems, especially in the field of
education, which sorely lacks a base platform infrastructure. As a consequence, research and
development projects are quite disparate, and there is little reuse and further development of
intermediate results. This obviously hinders the uptake in practice of technology, so that it remains
difficult to seriously impact on the field of education and training.
6
The What of Learning Object Metadata
Now that we have covered the general idea of standardization, and have clarified the reasons why
standardization is important, especially in the field of learning, let’s consider one particular area of
standardization in some detail.
We will focus in this section on “Learning Object Metadata” (LOM), as this is certainly the most
advanced area in terms of standardization of learning technologies. Moreover, it is the area that I am
personally deeply involved in. Most importantly, it can be considered as the first and foremost piece
of the technology puzzle that is needed if we want to enable reuse on any serious scale (see also
below). Finally, it clearly illustrates the concept of learning technology standardization: it is not
general technical standardization (as in the case of TCP/IP, HTML or WiFi), and it is not a learning
standard. The latter exist in many countries to define national or regional qualification levels.
The general idea behind LOM is quite simple: it is concerned with the standardized description of
components for education and training. The descriptions are called “metadata” and the components
are referred to as “learning objects”. In other words, the goal is to have a standardized approach for
the characterisation of educational material. This should facilitate finding relevant learning objects.
That is why metadata can be considered as the first area where standardization should be
considered a priority.
Figure 1: Overview of the LOM structure (courtesy Thomas Herrmann)
The general structure of the LOM specification is illustrated in figure 1: there are 9 categories that
regroup characteristics of learning objects:
1. The
General category groups the general information that describes the learning object as a
whole. This category includes elements that indicate an identifier for the learning object, its
7
title, the human language it uses to communicate to the end user, a textual description,
keywords, etc.
2. The
Lifecycle category groups the features related to the history and current state of this
learning object. It includes information on the status and version of the learning object, as
well as all on contributions of both individuals and organisations, including the role these
entities played in the contribution.
3. The
Meta-Metadata category groups information about the descriptive metadata itself (rather
than the learning object that the metadata instance describes). This category mirrors the
lifecycle one, in the context of the metadata, so that for instance the origin of the description,
as well as its potential validator, etc. can be identified.
4. The
Technical category groups the technical requirements and technical characteristics of
the learning object. This includes data elements that cover its format, size, location, as well
as technical requirements for using the learning object.
5. The
Educational category groups the educational and pedagogic characteristics of the
learning object. These data elements indicate
a. the interactivity type, i.e. whether the learning object is more suited for active or
expositive learning;
b. the resource type, like for instance exercise, simulation, questionnaire, etc.
c. the interactivity level (on a scale from very low to very high);
d. the semantic density (idem);
e. the intended end user role (teacher, author, learner or manager);
f. the context (school, higher education, training or other);
g. the typical age range
h. the difficulty level (again on a scale from very low to very high);
i. a description of how the learning object is to be used in education or training;
j. the language of the intended end user (which may be different from the language of
the learning object itself, for instance in the context of language learning).
6. The
Rights category groups the intellectual property rights and conditions of use for the
learning object. This includes information on whether or not any cost is involved with the use
of the learning object, and whether or not any copyright restrictions apply.
7. The
Relation category groups features that define the relationship between the learning
object and other related learning objects. This category includes information on the nature of
the relationship (‘is based on’, ‘is part of’, etc.).
8.
The Annotation category provides comments on the educational use of the learning object
and provides information on when and by whom the comments were created.
9.
The Classification category describes this learning object in relation to a particular
classification system. The Classification category may be used to provide certain types of
extensions to the LOMv1.0 Base Schema, as any classification system can be referenced.
8
Collectively, these categories form the LOMv1.0 Base Schema. For each of the data elements, LOM
defines:
• the name: the name by which the data element is referenced;
• explanation: the definition of the data element;
• size: the number of values allowed;
• order: whether the order of the values is significant (only applicable for data elements with
list values);
• example: an illustrative example.
• value space: the set of allowed values for the data element - typically in the form of a
vocabulary or a reference to another standard;
• datatype: indicates whether the values are:
o LangString (a string value in different languages),
o DateTime (a moment in time),
o Duration (a length of time),
o Vocabulary (an extensible set of suggested appropriate values),
o CharacterString (simple string value), or
o Undefined.
The Who of Learning Object Metadata
LOM standardization is currently taking place in the context of the IEEE Learning Technology
Standards Committee or LTSC [2] (see figure 2). This group was set up in 1996, and has adopted a
general strategy to standardize the “smallest, useful, doable specification that has technically
feasibility, commercial viability, and widespread adoption”. Although the IEEE is certainly a global
organisation, it is also true that it is rather U.S. centric.
Figure 2: Overview of the standardization organisations
The origins of LOM reside with ARIADNE [3]: this organisation started as a European research &
development work on the sharing and reuse of educational documents. Out of the projects grew a
non-commercial foundation that is furthering the development and exploitation of the toolset that was
developed. Central to that toolset is the notion of a “Knowledge Pool System”: a distributed database
of reusable learning objects with associated metadata. That is why ARIADNE developed an
elaborate schema for the description of learning objects [4,5].
9
Around 1997, similar work to the ARIADNE metadata development was taking place in the IMS
consortium [6]. When both groups became aware of each others existence, they decided to make a
joint submission to the IEEE LTSC. That was the so-called ‘base document’, which is the origin of the
current LOM specification.
At around the same time, the European Commission and the European Committee for
Standardization (CEN) set up the Learning Technologies WorkShop or LTWS, which started
operating in March 1999. The basic idea is that it is better to be involved in the process of
standardization if we, as Europeans, want to make sure that our requirements are being met. The
general approach in this group is to create specific standards only when no initiative addressing such
requirements is in place yet, or when solutions developed elsewhere are inappropriate for the
European context. The latter situation may give rise to localisation efforts, or to specific new
developments that take a completely different approach that one developed elsewhere. In the
specific case of LOM, the LTWS has been developing a number of related specifications. First of all,
the LOM document itself is being translated into a number of European languages. Secondly, a
specific project was set up to investigate internationalisation and localisation issues with respect to
LOM. Moreover, a profile of LOM has been developed to describe different lingual versions of a
learning object.
Finally, at the truly global level, ISO/IEC JTC1 has set up a Subcommittee, or SC, numbered 36, on
“Information Technology for Learning, Education, and Training” [7]. This committee has invited the
LTSC to submit the LOM specification when it is finalized, for the so-called fast-track procedure,
which means that the formal process for accepting LOM as a standard at ISO level can be
substantially shortened.
As figure 2 illustrates, this is very much a bottom up process: ARIADNE and IMS jointly submitted a
base specification to the IEEE LTSC, where international consensus was built. In parallel,
complementary developments were taking place at the CEN LTWS level. Both IEEE LTSC and CEN
LTWS have liaisons with the ISO SC36, so that they can submit finalized specifications in a fast track
procedure.
This is how standardization is supposed to work: specifications are developed and experimented with
by consortia (which are numerous in our field), who submit their work for further consensus building
to the accredited standardization organisations (of which there are exactly three that are relevant to
learning). In reality, work is sometimes undertaken because it seems to be needed, but without
substantial finished specification and implementation work at the consortium level. This is sometimes
inappropriate, as it can consume substantial working time in a context that is meant for consensus
building, not for development – because it leads to a “design by committee”.
10
Figure 3: the ARIADNE metadata tool
After the upward process illustrated by figure 2, the flow often reverses, as consortia start developing
so-called application profiles: these are specifications that are fully compatible with the standard, but
adapt it to the needs and requirements of a particular community. In the case of LOM, for example,
ARIADNE has developed such a profile for its multilingual community. In this process, some data
elements in the overall LOM scheme have been made mandatory, some value spaces have been
restricted and some interrelationships have been imposed. This enables the ARIADNE Foundation to
develop more powerful tools for its community, as illustrated by a screenshot of the ARIADNE
metadata tool in figure 3.
Along the same downward lines, LOM has now been adopted by numerous consortia, including the
ADL initiative [8], which has integrated LOM in its Sharable Content Object Reference Model or
SCORM. Other such consortia include the Japanese Advanced Learning Infrastructure Consortium
or ALIC [9]. Moreover, numerous projects across the world are now using LOM as the metadata
basis for much of their work.
So, in conclusion the IEEE LOM specification is in the final balloting stages and is set to become a
standard in the coming months. After completion at that level, it may be “fast tracked” at the ISO
level. A number of related specifications are under development and nearing completion at the CEN
level. Consortia of all kinds
Beyond Metadata: Other Standardization Work
The
aforementioned organisations all engage in other standardization activities than LOM.
o At this moment, the ISO SC36 has working groups that cover aspects related to:
o vocabulary issues,
o collaborative technologies, and
o learner information.
11
o The IEEE LTSC LOM working group is also working on bindings of the LOM structure into:
o XML: both with a Document Type Definition, and with an XML Schema based
approach, potentially based on joint Ariadne and IMS work;
o ISO 11404: programming language independent data types specification, and
o RDF: the overall framework for metadata from the World-Wide Web Consortium.
At the same time the IEEE LTSC has groups working on Computer-Managed Instruction
(CMI) and learning architectures. There are about a dozen other groups, in various stages of
activities and advancement.
o The CEN LTWS has some LOM related activities that were already briefly mentioned above.
Other focal points of the work by this group include:
o metadata and accessibility,
o Educational Modeling Languages,
o the description of language capabilities,
o quality assurance,
o taxonomies and vocabularies for learning in Europe, and
o educational copyright licenses.
CEN also hosts a number of other, related workshops, including one on the topic of cultural
diversity.
Beyond Standardization: some Other Issues
Standardization is surely no simple universal solution to all the problems we face in learning today. In
fact, there are a number of specific issues related to the very process of standardization.
o First of all, it is clear that there is widespread confusion in the community of developers,
decision makers and end users. The role of consortia and accredited standardization bodies
is often misunderstood. Application profiles, specifications, “real standards”, etc. are often
confused. The status of standards, as well as the time it takes to finalize the process for one
piece of the puzzle often is difficult to assess for those who are not directly involved.
Expectations are sometimes exaggerated and sometimes people underestimate the potential
impact of the standardization efforts.
o There is a lack of explicit consensus at this moment on what needs to be standardized, and
in what order. Clearly, in the European context, issues around (cultural and other) diversity,
as well as privacy, are sometimes perceived differently than elsewhere. There are many
socio-political and legal aspects in this area, and a way should be found to guide and control
this process better, with due involvement of all interested parties.
o Much of the standardization effort is driven by a desire to enable reuse of content, course
design, etc. Currently, LOM only enables end users to identify and locate in a more effective
and efficient way those learning objects that may be of relevance to them. In order to
facilitate reuse on a deeper level, a whole family of issues around “design for reuse and
interoperability” needs to be tackled. This can for instance include facilities for an adaptive
look and feel of learning objects, so that the aggregate can be presented to the end user in a
uniform way.
12
o Finally, there are many sensitive questions about the final effect of the standardization
efforts. Obviously, many of those involved hope that the interoperable infrastructure that the
standards enable will provide end users with much more flexible environments and will
enable researchers and developers to collaborate on a dramatically larger scale than ever
before. At the same time, there is some apprehension that the final result may be an
increased commercialisation of education, which could herald the ‘neo-industrialization’ of
academia...
Conclusion
In this paper, a brief overview was given of the Learning Object Metadata standard. The involvement
of different parties in the history of LOM was presented. In this way, some of the characteristics of
standardization in general, and of standardization of technologies for education and training in
particular, were illustrated.
References
[1]
http://www.cenorm.be/standardization/tech_bodies/cen_bp/workpro/ tc248.htm
[2]
http://ltsc.ieee.org/
[3]
http://www.ariadne-eu.org/
[4] E. Forte, F. Haenni, K. Warkentyne, E. Duval, K. Cardinaels, E. Vervaet, K. Hendrikx, M.
Wentland-Forte, and F. Simillion, Semantic and Pedagogic Interoperability Mechanisms in the
Ariadne Educational Repository, ACM SIGMOD Record Vol. 28, no. 1, 20-25, March 1999.
[5] E. Duval, E. Forte, K. Cardinaels, B. Verhoeven, R. Van Durm, K. Hendrikx, M. Wentland Forte,
N. Ebel, M. Macowicz, K. Warkentyne, F. Haenni, The ARIADNE Knowledge Pool System: a
Distributed Digital Library for Education, Communications of the ACM, May 2001.
[6]
http://www.imsproject.org/
[7]
http://jtc1sc36.org/
[8]
http://www.adlnet.org/
[9]
http://www.alic.gr.jp/
13
Dr. Bernd Simon
Abteilung für Wirtschaftsinformatik, Wirtschaftsuniversität Wien
Augasse 2-6,
1090 Wien
Telefon: 0(043) 1 31336 4328
E-Mail: bernd.simon@wu-wien.ac.at
Projekt: UNIVERSAL Brokerage Platform for Learning Resources (http://www.ist-universal.org/)
Homepage: http://nm.wu-wien.ac.at/people/Simon.html
Do e-learning standards meet their challenges?
Dr. Bernd Simon
Abstract
The purpose of this paper is to apply e-learning standards to smart spaces for learning and teaching.
Smart spaces are defined as network-based, integrated systems, which support its users in acquiring
and delivering knowledge. Smart spaces have defined interfaces allowing interaction between
learning management systems, content repositories, assessment tools, etc. on a system level. The
paper illustrates that e-learning standards are limited to a syntax-based integration of educational
material and educational artefacts. The analysis puts particular emphasize on the educational
attributes of the LOM Draft Standard. Based on this analysis additional requirements for metadata
models of educational activities such as courses, course units, etc. are presented. In order to support
semantic integration of artefacts the design of concept hierarchies is proposed.
Zusammenfassung
Der Beitrag beschreibt die Anwendung von eLearning-Standards bei der Entwicklung von "Smart
Spaces for Learning and Teaching". Unter einem "Smart Space" wird ein netz-basiertes, integriertes
System zur Wissensvermittlung verstanden, das mit offenen Schnittstellen an Lernmanagement-
systeme, Content Repositories und Lernerfolgskontrollen angebunden ist. Die Arbeit zeigt, dass
eLearning-Standards lediglich eine syntaktische Integration von Lehrmaterialien und Lernaktivitäten
unterstützen. Dies wird anhand der pädagisch-didaktischen Attribute des LOM Draft Standards
illustriert. Basierend auf dieser Analyse werden die Anforderungen an einen Metadata-Standard für
die Beschreibung von Lernaktivitäten aufgelistet. Der letzte Abschnitt skizziert die Einsatzmöglichkeit
von Begriffshierarchien, um eine semantische Integration von lernrelevanten Artefakten zu
unterstützen.
Acknowledgements
This work was supported by the UNIVERSAL project and is partly sponsored by the European
Commission (IST-1999-11747). The author would like to express his special gratitude to the following
consortium members who actively participated in the metadata model discussion Arno Wagner, Effie
Law, Gustaf Neumann, Juan Quemada, Katherine Maillet, Tapio Koskinen, Thomas Enzi, Sigrun
Gunnersdottir, Spiros Amourgis, Vana Kamtsiou. The two reference scenarios presented are the
result of a consortium-internal discussion, which was based on a learning resource taxonomy
proposed by Juan Quemada distinguishing educational activities and educational material.
14
Smart Spaces and Metadata Requirements
The premise of this paper is a critical reflection of metadata standards based on two usage
scenarios. The usage scenarios are derived from an abstract concept called smart space for learning
and teaching. A smart space for learning and teaching is defined as a network-based, integrated
system incorporating various learning and teaching-related systems.
An abstract view on smart spaces can be described as the following (Simon 2001, Guth, et al. 2001):
Based on the New Media concept (Schmid 1997), smart spaces can be perceived as networked,
electronic environments, where a community of users constitutes (see Figure 1). Within smart spaces
users utilize “smart” services to exchange artefacts in order to satisfy their learning needs or to
perform teaching. Artefacts are delivered via an interconnected communication infrastructure.
Smart Space
Artefacts
Users
User Services
Instructor
Instructor
Learner
Learner
Assessor
Assessor
Learner
Learner
Instructor
Learner
Learner
Systems
System Services
Metadata
Figure 1: Components of Smart Spaces
Figure 1 illustrates the components of smart spaces. In smart spaces various educational systems
such as electronic educational markets, content repositories, learning management systems, human
resources management systems, or assessment tools are interconnected via system services, which
provide metadata replication and query functionality as well as access control via standardized
interfaces. Users consume artefacts such as tutoring sessions on quantitative economics, online
textbooks on information systems, videos for language training, etc. delivered by those systems.
Smart services consider user profiles and/or collaborative filtering techniques when serving its users.
In addition, smart spaces require smart integration of metadata describing artefacts, which goes
beyond information systems integration on a syntax level.
Metadata labels artefacts with descriptors and refers to the set of information systems and users
need in order to find, select and combine the artefacts into the right size and context that fulfills their
requirements and needs best. Metadata is crucial information when it comes to managing multimedia
resources such as images, films and other content in file formats or synchronous activities such as
chat / video conferencing session, from which management systems cannot derive additional
information directly (as compared to textual artefacts). In order to make systems interoperable in a
smart space, metadata describing each system’s artefacts have to become interoperable. In smart
spaces metadata is the primary information object, which is exchanged, altered and annotated by the
participating systems.
15
Reference Scenarios of Smart Spaces
The following two reference scenarios are instantiations of the smart space framework presented
above. Scenario 1 describes a smart space, which facilitates the exchange of educational material.
Scenario 2 illustrates the application of the smart space concept in an collaborative environment for
delivering courses.
Reference Scenario 1: Exchange Platform for Educational Material
Exchange platforms for educational material support instructors preparing their courses. Educational
material such as electronic textbooks, lecture notes, exercises, case studies, etc. is already widely
available at Web-enabled content repositories or learning management systems. Exchange platforms
for educational material integrated those systems and make their content available from one virtual
node. The idea behind such educational brokers is to support the re-use of educational material and
the collaborative development of it.
System integration can be carried out on various levels. Platforms such as Merlot
(
http://www.merlot.org/
) or the Gateway to Educational Material (
http://www.thegateway.org/
)
require providers to enter the metadata describing the content at the central exchange platform. The
content itself is available at public web server and referred to via hyperlinks. This loose integration
does not require systems to exchange metadata with each other, because all metadata is entered
and stored on the central server. Such systems do not provide access control for its providers, so
there is no way to allow providers to have access to their content restricted for selected peers or
institutions. Ariadne (
http://www.ariadne-eu.org
) bases its exchange platform on replicated database
servers (Duval, et al. 2001) allowing instructors to store the educational material locally. The
decentralized learning repositories are then replicated in order to facilitate exchange. Both kind of
system architectures are based on a single metadata model for each implementation. Mapping
between different kinds of metadata models is not part of this kind of exchange platforms nor does it
provide a public web-accessible catalogue of the resources. The Universal Brokerage Platform
(
http://www.ist-universal.org/
) integrates heterogeneous metadata schemas and presents those
descriptions at a publicly accessible catalog. Universal connects learning resource repositories via
interfaces supporting access control and – in forthcoming versions – metadata replication and
querying. Although the system has its own metadata model, Universal is designed to cope with
different kinds of metadata models. Hereby, Universal is an ideal show case for the application of e-
learning standards.
In this reference scenario metadata plays a crucial role not only for facilitating effective search, but
also for supporting the re-use of educational material. Hence, educational material requires a
thorough metadata description that covers the following areas:
• General content description (e.g. title, description, location, classification, …)
• Presentation Media description (e.g. media type, format, …)
• Usage rights description (e.g. access rights, translation rights, modification rights, …)
• Pedagogical description (e.g. educational objective, educational context, material type, …)
Although e-learning standardization efforts such as the IEEE LOM draft standard try to cover all four
aspects this section only focuses on the pedagogical description from the re-use point-of-view.
General resource description tags are for example provided by the widely accepted Dublin Core
Metadata Standard and it is recommended to use Dublin Core for tagging metadata elements such
as title and description since this is understood by a greater number of users and systems. The same
applies to presentation media descriptions, which are also covered by standards developed by the
Dublin Core Group. The IEEE LOM draft standard is not designed to specify usage rights, instead
16
digital rights languages such as the Open Digital Rights Language (ODRL) provide a comprehensive
vocabulary for this particular purpose.
In order to facilitate re-use of educational material, pedagogical descriptions of educational material
should provide two kinds of information:
• context-neutral pedagogical information providing an idea on what the provided educational
material is all about as well as
• information on how, and where the content was actually used.
Although there is not a common understanding among educators, which types of educational
material exist, there is a need for providing means for a type classification. LOM proposes the
learning resource type attribute for this particular purpose, for which a vocabulary of 15 values has
been defined (the attentive reader might note that although LOM has introduced the notion of
learning object, the educational type classification attribute is called learning resources type as
compared to learning object type). This list of attributes has three major weaknesses:
1. The value space can be perceived as subjective selection given the variety of
educational material types used by exchanges platforms such as GEM, MERLOT,
UNIVERSAL, etc. A survey on the usage of the learning resource type attribute is
available at
http://nm.wu-wien.ac.at/e-learning/lr-types.htm
.
2. Since the values are not defined, no guidance is given on how to use these values (e.g.
what is the difference between a figure and a diagram, a slide or a graph, a problem
statement and narrative text, etc.). Exchange platforms such as MERLOT and GEM
provide this kind of definition, which is important when it comes to mapping metadata
models between different systems and especially between a system and an e-learning
standard.
3. LOM’s value space for the attribute learning resource type mixes media type,
educational activity type and educational material type to a certain extend (e.g. graphs
and figures refer to a media type, lecture and self assessment to an educational activity
type, narrative text refers to an educational material type). It is proposed to have a pre-
defined set of media types based on Dublin Core (see
http://www.agcrc.csiro.au/projects/3018CO/metadata/dc_tf/
for the latest proposals of
The Dublin Core Resource Type and Format Working Group; currently the following
general media types are proposed: text, image, sound, dataset, software, interactive,
event, physical object). This general media types could then be “instructionalized”.
Such an approach has already been applied by the Digital Library of the Florida
International University (DL-FIU) and by ILUMINA. For example, DL-FIU lists the
following educational material types under the media type text: Abstract, Article,
Commentary, Correspondence, Postcard, Dictionary or Encyclopedia, Fact sheet,
Proceedings, Journal, Monograph, Newsletter, Newspaper, Poem, Script, Doctoral
Thesis, Master's Thesis,.
UNIVERSAL solely focuses on educational material types (links to those sites are
available at the survey mentioned above) introducing the following attribute values: Case
Study, Case Study Guide, Collection, Data Set, Demonstration, Educator’s Guide, Exam,
Exercise, Experiment, Figure, Lecture Notes, Narrative Text, Presentation, Problem
Statement, Questionnaire, Recorded Lecture, Reference Material, Research Paper,
Research Study, Self Assessment, Simulation, Text Book, Thesis, Tutorial.
Throughout the evolvement of the UNIVERSAL metadata model, we identified especially two fields,
with which educators feel acquainted, because they regularly consider this kind of information when
designing educational activities: educational objective and method of instruction.
17
Educational objective refers to teaching-related objectives instructors aim to achieved by using the
provided educational material in an educational environment. On an abstract level the types of
objectives achieved relate to basic functions of instructions and such as motivation, communication
of information, information processing, information storing and recalling, information application and
transfer, controlling and supervising learning (Leutner 1997) and how these functions have been
supported by the educational material.
Method of instruction distinguishes between directed learning, self-directed learning, and
collaborative learning (Seufert, et al. 2001). With this attribute instructors can specify in which
instructional setting the educational material was used. Directed learning refers to a instructor-
centered environment, the learning situations is rather simple and all information required for
accomplishing a particular exercise is provided by instructor. Directed learning is also associated with
“learning by telling”. The instructor has direct leadership where as the learner role is rather passive.
Typically educational material such as textbooks, exercises with solutions are used. In an self-
directed learning environment learners become more active where as the instructor role changes
from leader to facilitator. Self-directed learning is also associated with “learning by doing”. Case
studies are typically used in such an instructional setting. Collaborative learning refers to learning
which takes places through reflexion and discussion. The approach can be considered team-
centered and aims at addressing complex learning situations. Term project assignments and data
sets are considered to be educational material typically used for such an instructional method, where
the instructor acts as coach and moderator of the discussion.
Throughout the evolvement of the UNIVERSAL metadata model, we also learned that other
additional educational attributes proposed by LOM such as interactivity type and level, difficulty or
semantic density can hardly find acceptance among the users of an exchange platform for
educational material. However, typical learning time and educational context where found to be
appropriate for the exchange of educational material.
Reference Scenario 2: Collaboration Platform for Educational Activities
Collaboration platforms for educational activities support instructors delivering courses and other
educational activities. Such systems integrate course administration information, which for example
provides basic data on time and location, registered students and instructors. Based on this data,
which is usually available in legacy systems or human resources management systems,
collaboration platforms for educational activities provide means for organizing the delivery of learning
in more detail. Educational activities take place according to a specific schedule and are usually
accompanied by educational material. Collaborative platforms for educational activities provide
means to link educational material to activities and associate learning objectives with them. They
integrate communication media platforms such as video conferencing tools, instant messaging,
whiteboards and application sharing.
There is still much confusion among researchers whether LOM is also applicable for modeling
educational activities (see e.g. Schulmeister 2001). According to LOM learning objects are defined as
any entity, digital or non-digital, that may be used for learning, education or training (IEEE/P1484.12).
Hence, one could argue that LOM can also be used for modeling educational activities. However, a
detailed examination reveals that LOM does not provide a vocabulary, which is rich enough for
describing contributor roles of persons engaged in educational activities nor those it provide learning
resource types, which would be required for categorizing educational activities (A more detailed
18
discussion on the learning object notion is provided by Wiley 2001). In addition, LOM also lacks
means for specifying communication media used in educational activities.
On the contrary, the Educational Modeling Language (EML) provides means for fulfilling this
request (Hermans, et al. 2000). EML (
http://eml.ou.nl/
) aims at providing a comprehensive notational
system that allows one to codify - what they call - “units of study”, which directly relates to the
concept of educational activities in this paper. EML allows to specify environments for educational
activities which are defined by communication objects, which could either be based on asynchronous
communication media (e.g. news groups, e-mail) or synchronous communication media (e.g. chat
room, video conference). However, detailed specifications of such communication media – as for
example compared to presentation media types – is still missing. A first preliminary work has been
performed in the framework of the UNIVERSAL project where an open session definition language
was designed for integrating the video conference system Isabel (
http://isabel.dit.upm.es/
) into the
brokerage platform.
A metadata model for educational activities has to address the following areas:
• Roles for contributors: where as educational material descriptions require contributor roles
related to the creation and modification of the material, for educational activities role
description performance-related role descriptions are required (e.g. course administrator,
instructor, lecturer, teaching assistant, tutor, etc.).
• Learning resource types: for educational activities such as course, course unit, lecture,
presentation, group collaboration exercises.
• Educational objective: educational activities aim at achieving an educational objective, which
should be addressed by the metadata model.
• Instructional design: for educational activities clear statements regarding the applied method
of instruction (see section above) can be made.
• Communication media: educational activities rely on communication media ranging from
traditional, classroom-based face-to-face communication to video conferencing sessions.
The Universal Brokerage Platform for Learning Resources
The Universal Brokerage Platform (UBP) is a web-based tool, which integrates collaboration facilities
for distributed educational activities and an exchange platform for educational materials
(
http://www.ist-universal.org/
). It enables collaboration among educators by providing exchange
services for learning resources supporting a full range of services required for the exchange of
learning resources. The UBP provides functionality for cataloguing and delivering both educational
material and educational activities.
Up to now, educators have had limited alternatives for sharing content with other educators outside
their own institution. They could upload learning content to public Web servers, which provide no
control over the usage of a resource, or keep their resources on a local intranet, unable to publicize
their availability to interested parties outside the institution. Educators have also lacked collaboration
platforms which automate the delivery of educational activities and complete on-line courses. The
UBP aims to fill these gaps by providing a seamless service for registered users. Educators will be
able to advertise resources through the UNIVERSAL catalogue which lists descriptive information
about both educational materials and educational activities. The UBP allows educators to book
learning resources and it links the resources to selected users by means of a set of delivery systems,
like video conferencing applications, learning management systems, adapted to various learning
resource types, in a controlled and secure manner. Thus the UBP makes an international selection of
educational materials and activities virtually available to consumers at any point of entry, and opens
19
a market place to educational providers (A more detailed functionality description in German is
available at
http://nm.wu-wien.ac.at/universal/
).
As illustrated above, a necessary prerequisite for the exchange of learning resources, is a common
language and understanding on, both, machine-level and human-level. Hence, defining a common
syntax and semantics is a crucial activity when it comes to learning resource exchange. Learning
resources have to be described with structured metadata in order to enable an effective query of the
UNIVERSAL repository. Structured metadata provides a knowledge base that can be used for
facilitating an open interface, which is aligned to various standards issued by organizations such as
IEEE LTSC, IMS, Dublin Core, ADL, and AICC.
Learning resource metadata contain attributes describing the learning resource and providing hints
on its usage. The general attributes such as title, description, language, etc. are described by using
Dublin Core (and Dublin Core Qualifiers), which is the most common metadata standard available on
the Web. Hereby maximum interoperability between the world of learning management systems and
the world of digital libraries has been achieved (For example the open archives protocol for digital
libraries, available at
http://www.openarchives.org/
, is also based on Dublin Core). Education-specific
attributes such as learning resource type or typical learning time are taken from the IEEE LOM
standard. The metadata describing learning resource contributors are based on the vCard Standard.
In addition to these standards UNIVERSAL has introduced its proprietary learning resource attributes
such as instructional design, which distinguishes between directed learning, self-directed learning,
collaborative learning.
The formal presentation of the learning resources is facilitated by the Resource Description
Framework (RDF), which provides means for modeling semantics. The logical foundation of RDF is a
general model to represent the named properties and property values of resources. The Extensible
Markup Language (XML) is used to encode the RDF-modeled learning resource metadata on the
UNIVERSAL platform in a common syntax. The XML/RDF mapping of the UNIVERSAL metadata
model is aligned to the LOM XML/RDF mapping proposed by IMS (
http://www.imsproject.org/rdf/
) to
which the Universal consortium has contributed.
Instead of a Conclusion: Towards Standard Ontologies
It has been shown that e-learning standards provide sufficient means for describing learning
resources with a common syntax. In order to achieve maximum interoperability between the world of
digital libraries and learning management systems we propose to apply a from-the-general-to-the
specific approach, when it comes to selecting descriptive attributes proposed by standardizing bodies
such as Dublin Core or IEEE LTSC.
However, in order to achieve semantic interoperability between learning resource descriptions of
heterogeneous sources (e.g. is a learning resource labeled as narrative text according to LOM, a text
book, case study or project description?), a semantic modeling of the learning domain is required.
Hence it is recommended to move towards an ontology-based construction of learning-related
schemas (Meder 2000). Ontologies serve as metadata schemas, providing a controlled vocabulary of
concepts, each with explicitly defined and machine-processable semantics (Maedche and Staab
2001).
The construction of ontologies in the field of learning would have two consequences. On the one
hand, the standardization process becomes concept-focused requiring semantically rich definitions of
attributes (properties) and their associated value spaces. At the same time, it would require to specify
20
the relationship among those terms (e.g. educational activities use educational material; concept 1:
educational activity, concept 2: educational material, relationship: use). On the other hand, such an
approach would make localized, educational concepts easier to integrate in existing standards,
especially when they are also based on ontologies. One can envision a hierarchy of primitive and
context-specific concepts, within which the top-level concepts such as title, and description are
defined by widely accepted groups such as the Dublin Core Group and mid-level, education-specific
concepts are provided by bodies such as the IEEE LTSC. Local-level concepts describing, e.g. the
local education domain can then be carried out by local standardization bodies. By doing so
metadata standards would gain a new level of flexibility, which would make them easier to use and
adapt to future usage scenarios.
References
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Macowicz, K. Warkentyne and F. Haenni (2001). The Ariadne Knowledge Pool System.
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21
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Metaphor, and a Taxonomy. In: D. A. Wiley (ed.), The Instructional Use of Learning Objects,
available: http://reusability.org/read/, accessed 7.11.2001
About the author
Bernd Simon is a post-doc research assistant at the New Media Lab of the Department of
Information Systems (
http://nm.wu-wien.ac.at/
) at Wirtschaftsuniversität Wien. As a member of the
Universal Consortium he is leading the development of a brokerage platform for learning resources
(
http://www.ist-universal.org/
). Bernd has published various papers and one book (
http://nm.wu-
wien.ac.at/e-learning/
) examining the dependencies between web-based information technology and
organizational change in higher education institutions. He investigates design issues of educational
electronic markets with a special emphasizes on business model aspects and system
interoperability. Bernd studied at Wirtschaftsuniversität Wien and New York University’s Stern School
of Business. He holds a PhD and a Magister diploma from the Wirtschaftsuniversität Wien. Bernd
has professional experience in the field of information systems and has held positions ranging from
IT project manager to software engineer.
22
Heidrun Allert, Changtao Qu, Wolfgang Nejdl
Learning Lab Lower Saxony
Deutscher Pavillon, Expo Plaza 1
30539 Hannover
Telefon: 0(049) 511 7629717
E-Mail: allert;qu,nejdl@learninglab.de
Personalized Access to Distributed Learning Repositories (PADLR)
http://www.learninglab.de/deutsch/projekte/padlr.html
Teil 1: Theoretischer Ansatz zur Rolle der Didaktik in
Metadaten Standards
Teil 2: Konzeptionelle Ideen des P2P Systems Edutella
Heidrun Allert, Changtao Qu, Wolfgang Nejdl
Zusammenfassung
Im Teil 1 des Vortrags wird die Notwendigkeit der Integration didaktisch relevanter Kategorien in
bestehende Metadaten Standards begründet. Bisher bereits vorhandene Kategorien wie
'Educational' in LOM spiegeln ein implizit vorhandenes Verständnis von Lernen wider. Im
vorgestellten Ansatz wird die Integration verschiedener didaktischer Ansätze und Paradigmen
diskutiert.
In the second part of the talk we will introduce a P2P network Edutella, which provides a novel
approach to accessing distributed, RDF-based meta-data repositories. Taking advantage of an open
source developing style, Edutella has made a rapid progress in the past one year. We will principally
present the general design idea, technical infrastructure, and typical working scenario involved in
Edutella network. Also the further development of Edutella in the context of project PADLR will be
envisioned.
1. Theoretischer Ansatz zur Rolle der Didaktik in Metadaten Standards
1.1 Einführung
Um die Suche, den Austausch und die Wiederverwendung von Learning Objects zu ermöglichen,
sind verschiedene Standards für Metadaten entwickelt worden, mittels derer Objekte beschrieben
werden können. Der IEEE LOM draft standard for Learning Objects Metadata [LOM2001] wird im
Folgenden examplarisch betrachtet. Er spezifiziert u.a. bibliografische und technische Attribute von
Learning Objects sowie verschiedene Relationen zwischen ihnen. Obwohl aber eine mit
„Educational“ benannte Kategorie existiert, enthält LOM keine Möglichkeit, die didaktische Rolle von
Lernobjekten in Lernprozessen zu beschreiben. Ebenso wie Curricula, konzentriert sich LOM auf die
Frage, was unterrichtet wird, nicht wie unterrichtet wird. Natürlich hat ein Metadaten Standard für
Lernmaterialien nicht die Aufgabe vorzuschreiben, wie unterrichtet werden soll. Aber er sollte
ermöglichen, didaktische Aspekte zu beschreiben. Schulmeister betrachtet dieses Thema
bedarfsorientiert: Studenten, die auf der Suche nach geeigneten Kursen sind, können nach Preis,
23
Autor und Thema eines Kurses suchen. Sie können aber nicht Kriterien in Erfahrung bringen, die
ebenso wichtig sind wie diese formalen Aspekte: z.B. die Art der Betreuung, die Frage nach der
Sozialform (ist die Beteiligung an kooperativen Arbeitsgruppen vorgesehen e.g.) uvm. [SCH2001,
p.19].
Wenn wir behaupten, dass LOM keine didaktischen Dimensionen enthält, müssen wir zunächst
darlegen, welche didaktische Dimensionen wir im Auge haben. Das möchten wir im folgendenKapitel
1.2 tun. Zunächst aber ein Grundgedanke: Standardisierungsbestrebungen im Bereich der
Pädagogik und Didaktik sind schwierig, denn Entscheidungen, die im Rahmen von Lernen und
Lehren getroffen werden, beruhen implizit oder explizit auf kulturellen, historischen und theoretischen
Hintergründen, auf der Wahl einer erkenntnistheoretischen Richtung, auf dem spezifischen
Verständnis des Lerners und des Lernens und nicht zuletzt auf persönlichen Vorlieben und
Überzeugungen.
Eine sehr beachtenswerte Herangehensweise an Standardisierung, den die europäische Educational
Modelling Language (EML) Initiative (Rob Koper, Open University, Niederlanden u.a.) in Angriff
genommen hat, ist die Bildung eines pädagogischen Meta-Modells: die Frage, welches Modell allen
Modellen des Lehrens und Lernens zu Grunde liegt.
Wir gehen das Problem anders an. Denn unserem Gedanken nach dürfen Standardisierungs-
Vereinbarungen zwischen vielen verschiedenen Ansätzen und Gruppen nicht dazu führen, dass die
beschreibenden Metadaten immer weniger didaktisch relevante Informationen enthalten. Metadaten
sollten nicht dazu tendieren pädagogisch neutral zu sein; denn sie können dann nicht mehr dazu
dienen, Lernprozesse bzw. den Einsatz von Lernobjekten in Lernprozessen beschreibbar zu
machen.
Zwei Ansätze möchten wir vorschlagen. Zum einen einen community orientierten Ansatz. Zum
anderen die Integration des Rollenkonzeptes nach Guarino [GUAR1994] in das Metamodell von
LOM. Diesen zweiten Ansatz möchten wir im Kapitel 1.3 vorstellen.
1.2 Pädagogisch didaktische Dimensionen und Abstraktionsebenen
Allein beim Vergleich nordamerikanischer und europäischer (oder zumindest deutscher)
pädagogischer Traditionen fällt uns der unterschiedliche theoretische Hintergrund der Didaktik auf.
Aus der Tradition des Bildungsbegriffs nach Humboldt, der durch Klafki [KLA1993] nach dem 2.
Weltkrieg wiederbelebt wurde, lässt sich ein Top-down-Modell didaktischer Abstraktionsebenen
beschreiben. Der Bildungsbegriff wird in den USA erst in jüngerer Zeit rezipiert [WES2000]. Etabliert
hat sich dort die Curriculumstheorie. Dennoch ist Vergleichbares zu finden: in Merrills [MER2001]
Darlegung der Grundlagen des Instructional Design (was im weitesten Sinne mit dem deutschen
Begriff der ‚Didaktik’ übersetzt werden kann) finden sich ebenfalls Abstraktionsebenen. Diese stellen
Entscheidungsebenen dar. Eine Entscheidung auf einer ‚höheren’ Ebene beeinflusst die Gestaltung
aller tieferliegenden Ebenen.
Instructional approach
Instructional principles
Program (set of practices), theory
Practices, specific instructional activities,
Type/class
Role
Epistemology, paradigm
Principles
Instructional model, learning theory
Practices, activities, tools, content
Didaktische Dimensionen nach Merrill
Vorschlag für die Integration von Rollen
24
LOM adressiert unseres Erachtens nur die ‚unterste Ebene’. In welchen Rahmen ein Lernobjekt
integrierbar ist, ist nicht annotierbar durch die in LOM zur Verfügung stehenden Metadaten. Ein
Beispiel: Prinzipien können PBL (Problem Based Learning), case based learning (fallbasiertes
Lernen) oder auch die expositorische Lehre sein. Je nach Prinzip wird sich die „Typical Learning
Time“ [Kategorie Nr. 5.9 im Base Scheme of LOM IEEE P1484.12/D6.1], also die Zeit, die der Lerner
typischerweise der Ressource widmet, sicher verändern.
1.3 Instructional Roles
Epistemologische Richtung (Kognitivismus, Konstruktivismus e.g.), Prinzipien sowie Lerntheorie oder
–modell sind durch LOM nicht annotierbar. Betrachtet man allerdings nicht nur Lerninhalt, sondern
auch Lernprozesse oder möchte Lernsequenzen beschreibbar machen, so enthalten sie wichtige
Informationen sowohl für Lerner wie für Lehrende.
Das Metamodell von LOM kennt die Konzepte „Klasse“ und „Typ“, die aus der objektorientierten
Programmierung stammen. Wir schlagen vor, das Konzept der „Rolle“ ebenfalls zu integrieren.
Dieses Konzept wird von Guarino [Guar1994] aus der Linguistik, der Ontologie und der
Datenmodellierung hergeleitet. Auch Steimann [STE2002] beschreibt den Rollenbegriff für den
Bereich der Modellierung. Vereinfacht lässt sich der Begriff durch seine Verwendung beim Theater
erklären: Ein Schauspieler (Typ) kann verschiedene Rollen füllen. Dabei verliert er seine Identität
nicht. Eine ausführliche Beschreibung der Integration des Rollenkonzeptes in das Metamodell von
LOM findet sich in [ALL2002]. Lernobjekte können ebenfalls eine oder mehrere Rollen in
verschiedenen Ansätzen, Modellen und Prinzipien des Lernens spielen. In unserer weiteren Arbeit
implementieren wir ein Open Learning Repository (OLR
3
), in dem wir die Lernmaterialen nach
verschiedenen Prinzipien und Lerntheorien strukturieren und den Rollenansatz für Metadaten
anwenden und ausdifferenzieren.
2. Konzeptionelle Ideen des P2P Systems Edutella
2.1 Introduction
Central-server based approaches to learning resource sharing have received much attention in
recent years. However, since many institutions are reluctant to hand their own resources to some
centralized “E-Learning portals” due to the worry of losing their control over these materials, the
central-server based approaches have run into increasing predicaments. This unpleasant situation
motivates the application of a new computing style: Peer-to-Peer (P2P) in E-Learning area. Edutella
is just such sort of a general P2P framework that aims at facilitating the learning resource sharing
typically among distributed institutions. Edutella provides sets of services, including query service,
replication and annotation service, and mapping service, etc., which enables efficient searching,
managing, and sharing learning resources among heterogeneous, distributed repositories. Generally,
these learning resource repositories could adopt different back-end implementations, different meta-
data descriptions (DC, LOM, SCORM), and various network topologies. In figure 1 we illustrate the
general infrastructure of Edutella.
25
Edutella P2P Net
Front-End
Front-End
Front-End
Provider
Provider
Provider
Hub
Query
Query
Replication
Annotation
Query
Distribution
Web Bridge
Web-Client
Web-Client
At present Edutella is under active developing among about 10 institutions and research groups
respectively coming from Germany, Sweden, and USA. Also as an open source project, Edutella has
attracted over 30 contributors from all over the world.
2.2. Technical basis
There are two core technologies that construct the basis of Edutella.
Sun JXTA: JXTA is an open source programming platform to enable P2P services and applications.
JXTA was proposed by Sun Microsystems company in April 2001 and has experienced a rapidly
growth in the continuing one year. The technology objectives of JXTA can be concluded as
interoperability, platform independent, and ubiquity. In comparison to some other popular P2P
platform e.g., Napster, Gnutelle, JXTA locates itself in a much lower technical level, which can
ensure the widespread interoperability among different P2P applications. As a matter of fact, taking
JXTA as its P2P basis, Edutella essentially ensures its scalability, interoperability, and ubiquity on
the one hand, one the other hand, its development can also directly benefit from rapid prototyping
approach offered by JXTA.
W3C RDF: Edutella adopts W3C RDF to represent the syntax of query, annotation and other
Edutella services. Although Edutella basically assumes RDF-based meta-data repositories, it can
also handle XML-based meta-data taking advantage of self-defined Edutella Common Data Model
(ECDM), which is derived from Datalog. On the basis of ECDM, a set of Query Exchange Language
(QEL), including QEL 1-5, are defined, which is used to handle different query capabilities, e.g.,
conjunctive query, relational algebra, etc. All QELs are represented using RDF, which could benefit
directly from RDF’s powerful eatures such as expressiveness, adaptability, and transformability, etc.
2.3. Current status
A prototype implementation has gone through intensive test until the beginning of March, 2002. The
performance and efficiency of JXTA-based P2P computing have been partly proven by the test
between USA, Sweden, and Germany via Internet. Currently there are four types of back-end
repositories that have been implemented and integrated into Edutella:
A: Open Learning Repository: implemented by KBS, University of Hannover, Germany, which uses
RDF-based meta-data back-end, SQL as internal query language.
B: Conceptbase, implemented by KBS, University of Hannover, Germany, which uses RDF-based
meta-data backend, Otelos as internal query language.
26
C: RDQL: implemented by KBS, University of Hannover, Germany, which uses RDF-based meta-
data back-end, RDQL as internal query language.
D: dbXML: implemented by KBS, University of Hannover, Germany, which uses XML-based meta-
data back-end, Xpath as internal query language.
Other three types back-end repositories are now under developing:
A: AMOSII: developed by Database group, University of Uppsala, Sweden, which uses RDF-based
meta-data back-end, AMOSQL as internal query language.
B: Prolog: developed by KBS, University of Hannover, Germany, which uses RDF-based meta-data
back-end, Prolog as internal query language.
C: KAON: implemented by AIFB, University of Karlsruhe, Germany, which uses RDF-based meta-
data back-end.
In addition, three front-end applications have been implemented and integrated into Edutella:
A: Conzilla: developed by KTH, Sweden. Query tool for Edutella.
B: Edutella Shell: developed by KBS, University of Hannover, Germany. GUI for Edutella
C: Ontomat: developed by AIFB, University of Karlsruhe, Germany. Annotation GUI.
2.4. Future work
A powerful mediator algorithm will be developed to strengthen Edutella hub’s functionality. A more
efficient P2P computing will be also explored to improve the performance of whole Edutella in the
public network. More importantly, various back-end learning resource repositories will be integrated
into Edutella soon.
3. Literatur
[ALL2002] Heidrun Allert, Hadhami Dhraief, Wolfgang Nejdl. How are learning Objects Used in
Learning Processes? Instructional Roles of Learning Objects in LOM (IEEE LOM draft
standard for learning object metadata). ED-MEDIA 2002, Denver Colorado.
[GUAR1992] Nicola Guarino. Concepts, attributes and arbitrary relations. Data & Knowledge
Engeneering 8 (1992) 249-261
[GUAR1994] N. Guarino, M. Carrara, and P. Giaretta. An Ontology of Meta-Level Categories. In D.
J., E. Sandewall and P. Torasso (eds.), Principles of Knowledge Representation and
Reasoning: Proceedings of the Fourth International Conference (KR94). Morgan Kaufmann,
San Mateo, CA: 270-280.
[KLA1993] Wolfgang Klafki. Neue Studien zur Bildungstheorie und Didaktik. Weinheim 1993
[KOE1993] Edmund Kösel. Die Modellierung von Lernwelten. Elztal-Dallau. 1993
[LOM2001] Draft Standard for Learning Object Metadata. IEEE P1484.12/D6.1. 18. April 2001
[MER2001] David Merrill. First Principles of Instruction. Educational Technology Research &
Development.
[LOM2001] Draft Standard for Learning Object Metadata, 18 April 2001
[SCH2001] Rolf Schulmeister. Szenarien netzbasierten Lernens. In: Virtueller Campus, Szenarien-
Strategien-Studium. GMW, Berlin 2001
[STE2000] Friedrich Steimann. Modellierung mit Rollen. Habilitationsschrift, University of Hanover,
Germany, 2000.
[STE2000] Friedrich Steimann. On the representation of roles in object-oriented and conceptual
modelling. Data & Knowledge Engineering 35:1 (2000) 83–106.
[WES2000] Ian Westbury, Stefan Hopmann, Kurt Riquarts (Eds.). Teaching as a Reflective Practice.
The German Didaktik Tradition. Mahwah, 2000
27
Dr Jan M. Pawlowski
Universität Essen, Wirtschaftsinformatik der Produktionsunternehmen, Arbeitsgruppe E-Learning
Universitätsstr. 9
45141 Essen
Telefon: ++49 (0) 201 1834061
E-Mail: j.pawlowski@vawi.de
Virtuelle Aus- und Weiterbildung Wirtschaftsinformatik
http://www.vawi.de
http://elm.wi-inf.uni-essen.de
Modellierung didaktischer Konzepte mit dem Essener-
Lern-Modell
Dr. Jan M. Pawlowski
Zusammenfassung
Die Verwendung von Lerntechnologiestandards gewinnt maßgeblich an Bedeutung. Standards wie
Learning Object Metadata (LOM) oder das Sharable Content Object Reference Model (SCORM)
tragen zwar zur Interoperabilität von Lernsystemen bei, allerdings werden dabei insbesondere
didaktische Aspekte vernachlässigt. Daher wurde ein Ansatz zur Erweiterung dieser Standards
entwickelt, der die Beschreibung didaktischer Konzepte und die Verknüpfung von Inhalten und
Methoden ermöglicht.
Der Vortrag stellt nach einer Einleitung über didaktische Aspekte von LOM und SCORM eine
Übersicht vorhandener Ansätze dar. Insbesondere werden die Ansätze der Educational Modelling
Language (EML) und des Essener-Lern-Modells (ELM) diskutiert.
Einleitung
Die Vielzahl an Lernplattformen, Lernmanagementsystemen und Lernumgebungen, die in den
letzten Jahren entwickelt wurden, führten zu der Notwendigkeit, Standards zur Interoperabilität
derartiger Systeme zu entwickeln. Dabei werden maßgeblich technische und inhaltliche Aspekte
betrachtet, während die didaktische Konzeption vernachlässigt wird.
In verschiedenen Initiativen (z.B. Learning Technology Standards Committee der IEEE, Advanced
Distributed Learning Network, Instructional Management Systems Project) werden Konzepte zur
Standardisierung entwickelt. Der Fokus dieser Konzepte liegt auf der Austauschbarkeit,
Rekombinierbarkeit und Wiederverwendbarkeit der Komponenten computergestützter
Lernumgebungen. Das bedeutet, dass Lernumgebungen unabhängig von der verwendeten
Systemumgebung, dem verwendeten Autorensystem oder dem Kontext eingesetzt werden können.
Eine solche Wiederverwendbarkeit ist für die wirtschaftliche Entwicklung qualitativ hochwertiger
Lernumgebungen unerlässlich.
Spezifische Lerntechnologiestandards werden insbesondere vom Learning Technology Standards
Committee (LTSC) der IEEE erarbeitet. Ziel der Arbeitsgruppen ist die Entwicklung technischer
Spezifikationen, Empfehlungen und Richtlinien für Softwarekomponenten, Tools, Technologien und
Methoden. Dabei liegt der Fokus auf der Entwicklung technischer Spezifikationen. Weitere Standards
28
(z. B. Bildungsstandards, Managementstandards, Evaluation) liegen außerhalb des
Wirkungsbereichs der LTSC. Die Standards der LTSC sollen die Entwicklung, Umsetzung, Wartung
und Interoperabilität von Lernsystemen unterstützen. Ausgehend von einer Systemarchitektur, der
Learning Technology Systems Architecture (LTSA) [LTSC2001] werden Standards für verschiedene
Teilbereiche entwickelt, wie zum Beispiel Learning Object Metadata (LOM) zur Beschreibung von
Lernressourcen [LTSC2002] oder Public and Private Information for Learners (PAPI) zur
Beschreibung von Lernerprofilen [LTSC2000].
Das Sharable Content Object Reference Model (SCORM) [Dodd2001] des Advanced Distributed
Learning Network (ADLNET) integriert verschiedene Lerntechnologiestandards. Aufgrund der
Beteiligung der maßgeblichen Standardisierungsinitiativen (LTSC, IMS, ARIADNE, AICC) ist dieser
Standard als besonders erfolgversprechend anzusehen.
Ein maßgebliches Problem dieser Standards ist jedoch die Perspektive auf die Entwicklung von
Lernumgebungen: Die Beschreibung des didaktischen Konzeptes einer Lernumgebung wird nur
nebensächlich betrachtet, da inhaltliche und technologische Aspekte im Vordergrund stehen.
Teilweise behindert der Aufbau dieser Standards sogar die Menge möglicher didaktischer
Konzeptionen. In diesem Artikel werden Möglichkeiten zur Modellierung didaktischer Konzeptionen
aufgezeigt und eine Verbindung zu bestehenden Standards beschrieben.
Didaktische Standards
Der Begriff der didaktischen Standards wird häufig missverständlich interpretiert:. Es handelt sich
dabei keineswegs um die Vorgabe einer endlichen Menge vordefinierter didaktischer Konzeptionen.
Vielmehr soll eine standardisierte Auszeichnungssprache bzw. –methodik entwickelt werden, mit
deren Hilfe die verwendeten didaktischen Konzeptionen spezifiziert werden können, um eine
Austauschbarkeit und Wiederverwendung dieser Konzepte zu ermöglichen.
Es hat sich gezeigt, dass die derzeitige Spezifikation von Metadaten durch LOM keine adäquate
Repräsentation von didaktischen Konzepten zulässt [Kope2001, Pawl2001]. Zudem kann durch
diese Beschreibung keine angemessene Zuordnung von Lernobjekten zu didaktischen Kontexten
erfolgen. Diese Schwachpunkte sollen durch didaktische Standards behoben werden. Zwar wurde
bereits eine Vielzahl an Ansätzen für spezifische didaktische Kontexte erstellt, dennoch sind diese
Ansätze bisher nicht in einen Kontext mit anderen Standards gestellt worden. Die folgenden Modelle
und korrespondierenden Auszeichnungssprachen decken Teilbereiche der didaktischen
Modellierung ab:
Die Educational Modeling Language (EML) basiert auf einem Metamodell zur pädagogischen
Modellierung von Lernumgebungen. Zentraler Aspekt ist die Einbettung von Lernobjekten in einen
didaktischen Kontext [Kope2001]. Das Metamodell besteht aus vier Komponenten:
Die Theories of learning and instruction (Lern- und Lehrtheorien) beschreiben Theorien,
Prinzipien und Modelle des Lernens und Lehrens. In diesem Modell werden die Theorien als
empiricist (behavioristisch), rationalist (kognitivistisch und konstruktivistisch), pragmatist-
sociohistoric (sozio-konstruktivistisch) und eclectic (Mischformen) klassifiziert.
Das Learning Model (Lernermodell) beschreibt, wie Lernende konsensbasiert lernen. Das
Lernmodell besteht aus der Beschreibung von Interaktionen in bestimmten Lernsituationen.
Das Domain Model (Domänenmodell) ist eine Abbildung der Anwendungsdomäne, für die
Lernprozesse initiiert werden.
Das Units of Study Model (Modell der Lerneinheiten) bildet ab, wie Lerneinheiten bei gegebenen
Lerntheorien, Lernermodellen und Domänenmodellen gestaltet werden können.
29
Die Tutorial Modelling Language (TML) [Netq2000] ist eine Auszeichnungssprache zur Entwicklung
von Tutoriellen Systemen und bezieht sich somit explizit auf einen didaktischen Ansatz. Mit TML
lassen sich Frageszenarios entwickeln, die durch die Spezifikation von Fragen, Antworten, Regeln
und Hilfestellungen umgesetzt werden. Zwar lassen sich so einfache behavioristische Systeme
entwickeln; dennoch ist die Konstruktion komplexer didaktischer Szenarios nicht möglich. Zur
Entwicklung umfangreicher intelligenter tutorieller Systeme ist diese Auszeichnungssprache nicht
geeignet.
Die Instructional Material Description Language (IMDL) [Gaed2000] bildet die Struktur, Inhalt,
Überprüfungen, Metadaten und ein Lernerprofil ab. Der Ansatz ist geht strikt nach den Prinzipien des
Instructional Design vor und impliziert somit eine Festlegung auf bestimmte didaktische
Vorgehensweisen. Daher ist auch diese Auszeichnungssprache kein umfassender Ansatz zur
gleichberechtigten didaktischen wie technologischen Modellierung.
Es zeigt sich, dass zwar verschiedene Spezifikationen existieren, die Ansätze zu bestimmten
didaktischen Methoden liefern. Derzeit gibt es jedoch keinen Ansatz zur konsistenten und flexiblen
Modellierung didaktischer Methoden.
Die Beschreibung didaktischer Ontologien [Mede2001] ist ein vielversprechender Ansatz zur
Beschreibung didaktischer Konzepte. Dabei werden didaktische Objekte durch fünf Kategorien
beschrieben:
Sachkategorie: Problem, dem ein didaktisches Objekt zugeordnet wird.
Zielkategorie: Zielsetzung, für die ein didaktisches Objekt verwendet wird.
Knowledge-Organisation-Kategorie: Wissensarten.
Mediale Kategorie: Präsentationsformen, mit der Inhalte angezeigt werden können
(Präsentationsmedien, Kommunikationsmedien).
Relationale Kategorie: Bestimmung des Verlaufs der Wissensaneignung durch Methoden
(sachlogische Beziehungen).
Die Ansätze von EML und der didaktischen Ontologien unterstützen die Modellierung und
Beschreibung didaktischer Konzepte. Zur sinnvollen Einsetzbarkeit müssen jedoch weitere
Unterstützungsfunktionen verfügbar gemacht und die Anpassung an spezifische Projektsituationen
ermöglicht werden. Des Weiteren werden genaue Kontextanalysen, Querschnittsfunktionen wie das
Projektmanagement sowie Qualitätssicherung derzeit noch nicht erfasst. Als weitere Schwäche fehlt
die Anbindung an derzeit existierende Standards (LOM, SCORM).
Modellierung didaktischer Konzepte im Essener-Lern-Modell
Mit dem Essener-Lern-Modell (ELM) wird ein generisches Vorgehensmodell zur Verfügung gestellt,
das die Qualität des Entwicklungsprozesses von Lernumgebungen auf verschiedenen Ebenen in
didaktischer, wirtschaftlicher und fachlicher Hinsicht sicherstellt. Es unterstützt Design- und
Entwicklungsprozesse durchgängig von der Curriculumentwicklung bis zur Umsetzung einzelner
Lerneinheiten sowie Querschnittsprozesse wie z.B. Projektmanagement.
Abbildung 1 zeigt das Datenschema der Top-Level-Entities des Essener-Lern-Modells. ELM wird
jeweils innerhalb von Projekten verwendet, die durch Projektziele abgegrenzt sind. Ein solches
Projekt ist in einen organisationalen Kontext eingebettet, für den ein spezifisches Prozessmodell
angepasst wird. Der Kontext und das Prozessmodell bestimmen den Ablauf der Entwicklung von
Lernobjekten.
30
unterstützt Entwicklung
besteht aus
Projekt
Aktoren
Curriculum
Prozessmodell
Ziele
verwendet
Organisation
wird durchgeführt für
besteht aus
Kontext
bestimmt
beeinflusst
entwickelt
entwickeln / verwenden
bestimmt
durch
Lernobjekt
Abbildung 1: Datenschema der Top-Level-Entities
Das Essener-Lern-Modell schließt die Modellierung der maßgeblichen Bedingungs- und
Entscheidungsfelder ein. Dabei werden inhaltliche Komponenten (Lernobjekte) und didaktische
Komponenten (Beschreibung des Kontextes, Aktoren, Lernzielen, Methoden) verknüpft.
Ziel der Methodenmodellierung ist die Abbildung didaktischen Wissens zur Wiederverwendung und
Anpassung von Methoden an Lerninhalte und Aktoren. Dabei werden keine präskriptiven Regeln im
Sinne des Instruktionsdesign vorgegeben, sondern Vorschläge zur Methodenauswahl in Form von
Empfehlungen präsentiert. Somit erfüllen die Modelle der Methoden eine Unterstützungsfunktion für
Lehrende und Entwickler, indem einzelne Methoden sowie entsprechende Vorlagen und
Erfahrungswerte dargestellt werden. Die Methodenbasis wird sukzessive bei ihrer Nutzung erweitert,
so dass in Entwickler auf vorherige Entwicklungen und Erfahrungen zurückgreifen können.
Das Qualitätskriterium der Wiederverwendbarkeit bezieht sich in den meisten Fällen [vgl. LTSC2002]
auf die Wiederverwendung von Lerninhalten. Dazu wird ein Lerninhalt in Lernobjekte aufgeteilt, so
dass auch Teile eines Kurses in einem anderen Kontext genutzt werden können. Die
Wiederverwendbarkeit didaktischer Methoden und damit auch didaktischen Wissens wird nur selten
diskutiert [vgl. Kope2001]. Die formale Modellierung von Lernmethoden verfolgt daher folgende
maßgebliche Zielsetzungen:
Beschreibung einer Methode: Eine Lernmethode wird so abgebildet, dass Benutzer die
notwendigen Arbeitsschritte, eingesetzte Informationsobjekte und Erfahrungen nachvollziehen
können. Die formale Beschreibung ermöglicht es, Methoden vergleichbar zu machen. Eine rein
textuelle, nicht formale Beschreibung führt insbesondere durch eine unterschiedliche
Terminologie zu missverständlichen Interpretationen (z. B. bezüglich des Kontextes der
Methode) [vgl. AdBP2000].
Vereinfachte Konzeption und Implementierung: Das Modell einer Methode beschreibt
umfangreiche Aspekte einer Lernmethode. Diese Beschreibungen können als
Implementierungshilfe angesehen werden. So ist das Methodenmodell in einzelne Phasen
gegliedert, die als Basis für die Navigation oder eine sachlogische Abfolge eines Kurses dienen
können. Weiterhin werden Präsentations-, Kommunikations- und Evaluationsobjekte
vorgeschlagen, die automatisch generiert werden können. Wird zum Beispiel für eine
Lernmethode die Verwendung eines Forums oder Chats vorgeschlagen, so kann der Autor diese
Kommunikationsobjekte automatisch für eine Lernumgebung generieren.
Verwendung von Templates: Für eine Lernmethode können Templates angelegt werden, die
wiederverwendbar sind. Ein Template kann die sachlogische Abfolge einer Methode beinhalten
oder auch Designaspekte einbeziehen. Damit dienen Templates als Hilfsmittel für Autoren.
31
Wissensbasis: Ein Methodenmodell umfasst Hinweise über Erfahrungen, die mit einer Methode
in einem spezifischen Kontext erworben wurden. Damit dient das Modell als Hilfsmittel für
Autoren zur Selektion einer Lernmethode. Im Essener-Lern-Modell können sowohl Hinweise und
Anmerkungen als auch Evaluationen zu einer Methode erfasst werden. Dadurch haben Autoren
die Möglichkeit Probleme und Schwierigkeiten beim Einsatz einer Methode a priori zu vermeiden.
Die Beschreibung einer Methode besteht aus den Hauptelementen Setting, Phasen, Präsentation,
Kommunikation und Evaluation (Abbildung 2).
besteht aus
Setting
Rolle
Methode
Lernziel
Phase
wird empfohlen für
Kontext
Raum
Zeit
wird bestimmt
durch
wird verwendet in
Lerneinheit
Kurs
wird zugeordnet
wird zugeordnet
Aktor
handelt in
nimmt ein
Kommunikation
Präsentation
Evaluation
bestimmt
Abbildung 2: Datenschema Methode
Die Beschreibung einer Methode wird in einer Verhandlungsphase evaluiert und dann zur
Wiederverwendung in ein Repository aufgenommen. Zu jedem Zeitpunkt der Methodenmodellierung
und -auswahl sollten Entwickler jeweils die Kontextspezifikationen und damit die Bedürfnisse der
beteiligten Aktoren beachten. Dadurch wird eine weitere laufende Evaluation impliziert, die zu
verbesserten Ergebnissen und beschleunigten Konsensprozessen führt.
Das Informationsmodell in Tabelle 1 fasst die Spezifikation einer Methode zusammen.
Tabelle 1: Informationsmodell Methode
Kategorie
Beschreibung
Allgemeine Daten
Dublin Core
Dublin Core-Elemente zur Methodenspezifikation
Referenz
Referenz auf weiteres Informationsmodell
Beschreibung
Name
Name einer Methode
Quelle
Quelle der Methode
Template
Referenz auf Vorlage, Format der Vorlage
Setting
Kontext Kontextspezifikation
Raum räumlicher
Kontext
Zeit zeitlicher
Kontext
Phasen
Phase
Name der Phase einer Methode
Art
Art der Phase
Anordnung
Beziehung zu Phase, Reihenfolge, Sequenzoperator (sequenziell, parallel,
nebenläufig, frei)
Durchläufe
Anzahl der Durchläufe einer Phase
Interaktion
Beschreibung Beschreibung
der
Interaktion
Rolle
Rolle der Aktoren, Beschreibung
Typ
Typ der Interaktion
32
Topologie unidirektional,
bidirektional
Verlauf synchron,
asynchron
Anwendungen Kommunikationsanwendungen
Referenz Verweis
auf
weitere
Kommunikationsspezifikation
Präsentation
Typ
Typ eines Präsentationsobjektes
Anwendung
Anwendung zur Präsentation
Referenz
Verweis auf weitere Präsentationsspezifikationen
Evaluation
Form
Art der Evaluation (Prüfung, Übungsszenario)
Anwendung
Referenz zu Evaluationsanwendung
Evaluation
Referenz auf Lernobjektevaluation
Zusammenfassend zeigt es sich, dass didaktische Elemente in der standard-konformen
Beschreibung von Lernumgebungen vernachlässigt werden. Das Essener-Lern-Modell bietet ein
Erweiterung bestehender Standards um didaktische Elemente wie Kontext, Aktoren und
insbesondere Methoden. Durch diese Erweiterung wird die Wiederverwendbarkeit nicht auf Inhalte
beschränkt; vielmehr können Inhalte und Methoden kombiniert wiederverwendet werden. Somit wird
die Konzeption von Lernumgebungen vereinfacht und verbessert.
Literatur
[AdBP2000a] Adelsberger, H.H., Bick, M.H., Pawlowski, J.M.: The Essen Learning Model - A Step
Towards a Standard Model of Learning Processes. In: Bordeau, J., Heller, R. (Hrsg.): Proc. of ED-
MEDIA 2000, World Conference on Educational Multimedia, Hypermedia & Telecommunications.
AACE, Charlottesville, VA 2000.
[Dodd2001] Dodds, P.(Hrsg.): Advanced Distributed Learning Initiative - Sharable Content Object
Reference Model – The SCORM Overview, Version 1.2.
http://www.adlnet.org/library/documents/scorm/specifications/SCORM_1.2_Overview.pdf, 2001-10-
01, Abruf am 2001-11-01.
[Gaed2000] Gaede, B.: Die Instructional Material Description Language und das Produktionssystem
für interaktive Lernsoftware ProfiL. Eine Metaspezifikationssprache und ein Generator für
Lernsoftware. 10. Arbeitstreffen der GI-Fachgruppe Intelligente Lehr-/Lernsysteme, Hamburg 2000.
[Kope2001] Koper, R.: Modeling units of study from a pedagogical perspective – the pedagogical
meta-model behind EML. http://eml.ou.nl/introduction/articles.htm, 2001-06, Abruf am 2001-07-01.
[LTSC2000] IEEE Learning Technology Standards Committee: Draft Standard for Learning
Technology – Public and Private Information (PAPI) for Learners (PAPI Learner), Version 7.0.
http://edutool.com/papi/papi_learner_07_main.doc, 2000-11-28, Abruf am 2001-05-30.
[LTSC2001] IEEE Learning Technology Standards Committee: P1484.1/D8, Draft Standard for
Learning Technology – Learning Technology Systems Architecture, Version 8.0.
http://ltsc.ieee.org/wg1, 2001-05-06, Abruf am 2001-07-01.
[LTSC2002] IEEE Learning Technology Standards Committee: Draft Standard for Learning Object
Metadata, Version 6.4. http://ltsc.ieee.org/doc/wg12/LOM_WD6_4.pdf, 2002-03-04, Abruf am 2002-
03-05.
[Mede2001] Meder, N.: Didaktische Ontologien, http://www.l-3.de/de/literatur/download/did.pdf, Abruf
am 2001-12-01.
33
[Netq2000] Netquest: Tutorial Markup Language (TML). http://www.ilrt.bris.ac.uk/netquest/liveserver/
TML_INSTALL/doc/tml.html, Abruf am 2000-08-25.
[Pawl2001] Pawlowski, J.M.: Das Essener-Lern-Model (ELM): Ein Vorgehensmodell zur Entwicklung
computerunterstützter Lernumgebungen, Dissertation. Essen 2001.
34
Prof. Dr. Norbert Meder
Gerhard-Mercator-Universität Duisburg
FB2 – Erziehungswissenschaft LE 224
Lotharstr. 65
47057 Duisburg
Telefon: 0203 3792306
E-Mail: norbert.meder@uni-duisburg.de
L3 - Lebenslanges Lernen in der Weiterbildung
Web-Didaktik
Prof. Dr. Norbert Meder
Paradigmawechsel Web-Didaktik: neues Lernen – neue Didaktik
Man muss konstatieren, dass das Lernen im 21. Jahrhundert radikal anders sein wird, als das
Lernen, das wir als schulisches bzw. kursorientiertes Lernen aus dem 19. und 20. Jahrhundert
kennen. Dieses neue Lernen ist eher ein Sich-verfügbar-machen von Informationen und
Wissensbeständen bei aktuellen Problemen; es ist eher eine Art Aktualisierung von in Maschinen
gespeichertem Wissen. Und ein solches neues Lernen erfordert auch eine neue Didaktik, die eben
keine Schuldidaktik und auch keine Kursdidaktik im Sinne von Weiterbildungstrainings sein kann. Sie
muss eine Didaktik der Verfügbarkeit sein. Sie muss sich für kurze Phasen, die in den
Arbeitsprozess eingeschoben werden können und in denen man sich zielgenaues Wissen erarbeitet,
eignen.
In diesem Spannungsfeld wird auch im Leitprojekt L3 nach neuen Methoden und Techniken gesucht,
die eine effiziente und bedarfsgerechte Vermittlung gemäß individueller Bildungsbedürfnisse
ermöglicht. Der grundlegende Ansatz besteht dabei in einer Modularisierung des Wissens in Form
von Wissensobjekten, die durch Metadaten gemäß ihres Inhaltes und ihrer didaktischen Qualität
beschrieben (verschlagwortet) und miteinander in Beziehung gesetzt werden. Das Leitprojekt L3
steht insbesondere unter der Frage, wie weltweit vorhandenes oder verfügbar gemachtes Wissen für
die Weiterbildung nutzbar gemacht werden kann. Das WWW entwickelt sich in diesem Sinne zur
Basis der Globalisierung von Wissen, zur universellen, weltweit verfügbaren Bibliothek.
Das L3-Projekt behandelt dabei die Zuordnung von vorhandenem Wissen zu einer
Weiterbildungsaufgabe als Zuordnung zu einem Problem am Arbeitsplatz. Die Strategie der
Problemlösung besteht darin, den Webseiten bzw. den Wissenseinheiten Metadaten hinzuzufügen,
die das zweckgebundene Suchen und damit auch das Finden von Wissen erleichtern und
insbesondere zielgerichteter machen. Metadaten sind Informationen über die Wissensressourcen
selbst und sollen die Wissenseinheiten so charakterisieren, dass sie im jeweiligen Kontext treffsicher
gefunden werden können. Derzeit bemühen sich Organisationen wie W3C, IMS, ADL, Ariadne, IEEE
um Standards zur Metadatenbeschreibung (LOM/SCORM), deren Ansätze jedoch unserer Meinung
nicht weit genug gehen. Natürlich gilt es, die Materialfülle des WWW zu ordnen, zu klassifizieren und
zu autorisieren – aber nicht zum Ausdrucken von Lehrmaterial für den Frontalunterricht, sondern
35
zum entdeckend-lernenden Surfen in einer Umgebung, die es dem Lernenden über eine
professionelle Organisation des Wissens möglich macht, das entdeckende Lernen selbst zu steuern.
Im Erfolgsfall läuft es auf selbstgesteuertes Wissensmanagement hinaus.
Vor diesem Hintergrund wird im L3-Projekt eine integrierte Lehr-Lern-Umgebung konzipiert, deren
Kern eine didaktische Ontologie - d. i. ein didaktisches Klassifikationssystem - bildet, die sowohl die
Autoren in ihrem Bemühen, optimale Lehr-Lern-Pfade zu entwickeln, als auch die Lernenden in
ihrem Bemühen, sich selbstorganisiert Wissen zu erarbeiten, unterstützt. In L3 geht es also stets
zugleich um den didaktischen wie auch um den autodidaktischen Support.
Damit liegt dem L3-Projekt sowie der hier vorgestellten Web-Didaktik auch eine Bildungsidee oder
besser ein Bildungsideal zugrunde: das Ideal vom selbstbestimmten und selbstorganisierten
Lernenden, dem Autodidakten. Diese Vision stellt sich einen Mitarbeiter vor, der um die didaktischen
Prozesse weiß, die ihn dazu führen, dass durch ihn Wissen performant werden, d. h. in Gebrauch
kommen kann, und der weiß, wie er diese didaktischen Prozesse für sich selbst und für die Lösung
anstehender Probleme am besten auslöst und gestaltet. Dieses Bildungsideal wird sowohl den
gesellschaftlichen Anforderungen gerecht als auch den je individuellen Anforderungen an die
Entfaltung der eigenen Fähigkeiten und Fertigkeiten – an die Steigerung eigener Möglichkeiten.
Dieses Bildungsideal wahrt aber auch die Idee, durch Selbstbestimmung sich der Funktionalisierung
und der Ausbeutung durch andere entgegenzustellen. Ob das selbstorganisiert und selbstbestimmt
Gelernte auch wirklich an das Unternehmen ‚verkauft’ wird, bleibt gerade beim autonomen Lerner
eine weitere offene Frage. Um sie zu beantworten, gilt es eine neue Arbeitgeber-Arbeitnehmer-Kultur
zu entwickeln, die sich sehr intensiver an Urheberfragen und Autorenrechten orientieren muss als an
Arbeitszeiten und Stundenlöhnen. Auch dieses Motiv artikuliert die Abwendung der
Wissensgesellschaft von Strukturen und Konventionen der Industriegesellschaft.
Ein Ziel des L3-Projektes ist es, ein systematisch begründetes Konzept der vollständigen
Bestimmung didaktischer Objekte zu liefern und dieses sowohl in geeignete Autorenwerkzeuge und
eine Lernumgebung einfließen zu lassen. Die vollständige Bestimmung didaktischer Objekte soll
dazu führen, dass unabhängig und isoliert erstellte Wissenseinheiten dynamisch zu einer
Hypermedia-Lernumgebung zusammengestellt werden können. Insofern geht es um die Nutzung
weltweit verfügbaren Wissens für die Weiterbildung. Das L3-Projekt will es verfügbar und in
Lernumgebungen durch die Beschreibung mit geeigneten Metadaten organisierbar machen. Diese
Beschreibung soll und wird zugleich die Individualisierung von Lernprozessen unterstützen. Mithilfe
der kontextuellen Beschreibung in konzeptionellen Graphen wird es gelingen, Verlaufsformen, die an
kognitiven Typen orientiert sind, als Guided Tours festzulegen. Diese Tours repräsentieren die
klassischen didaktischen Methodiken. Schon jetzt können deduktive und induktive Lernformen
realisiert werden. Es werden die Lernformen des exemplarischen, des handlungsorientierten, des
problemorientierten, des sokratisch-diskursiven Unterrichts und andere mehr hinzukommen.
Die L3 Ontologie und ihre Ausprägung in dem spezifischen Metadatenschema ist darüber hinaus als
Vorschlag für die Entwicklung eines weltweit akzeptierten Standards zur Beschreibung von
Wissensressourcen zu verstehen. Nur dann, wenn sich viele Hersteller dazu entschließen ihre
Inhalte gemäß eines Standards zu beschreiben, kommt der maximale Nutzen zum tragen.
36
Stephan Trahasch
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Institut für Informatik
Georges-Köhler-Allee
79110 Freiburg
Telefon: 0(049) 761 2038169
E-Mail: trahasch@informatik.uni-freiburg.de
VIROR – Virtuelle Hochschule Oberrhein
http://www.viror.de/
Virtuelle Hochschule Baden-Württemberg
http://www.virtuelle-hochschule.de/
Ariadne - Digitale Bibliothek für die (virtuelle) Hochschule
Stephan Trahasch
Zusammenfassung
Die Erstellung multimedialer Lernmodule ist sehr zeitaufwendig und man benötigt dazu
Expertenwissen aus verschiedenen Disziplinen. Eine Archivierung und einheitliche Bereitstellung der
Objekte in einer digitalen Bibkliothek stellt deshalb für Hochschulen, die multimediale Präsenz- oder
Fernkurse anbieten, ein Basisdienst für Lehrende und Autoren dar. Darüber hinaus ist insbesondere
für Kooperationsprojekte der hochschulübergreifende Austausch und die Wiederverwendung von
Lernmodulen von Bedeutung. Im folgenden stellen wir die ARIADNE Foundation vor und erläutern
deren Knowledge Pool System. Dies ist eine digitale Bibliothek, die eine dezentrale Speicherung von
Lernmodulen und deren semantischer Beschreibung auf Basis von IEEE Learning Object Metadata
sowie einen hochschulübergreifenden Austausch ermöglicht. Ausführlich werden wir das Konzept
des Knowledge Pools Baden-Württemberg und insbesondere die Integration des Systems in das
Bibliothekswesen in Baden-Württemberg darstellen.
ARIADNE Foundation
Die ’ARIADNE Foundation for the European Knowledge Pool’
1
ist eine internationale Organisation,
die sich maßgeblich an der Standardisierung des Learning Object Metadata Standards (LOM) der
IEEE
2
beteiligt. Das Ariadne-Metadatenschema
3
ist eine Instanzierung des LOM-Standards, wobei
Ariadne insbesondere die Mehrsprachigkeit in Europa berücksichtigt.
Die Organisation stellt ihren Mitgliedern verschiedene Werkzeuge zur Erstellung und Distribution von
Lernmodulen zur Verfügung. Kernelement ist das Knowledge Pool System (KPS); eine verteilte
Datenbank, in welcher digitale Lernressourcen und deren Beschgreibungen auf Basis des Ariadne-
Metadatenschemas gespeichert werden. Das System dient zur Archivierung und zum Austausch von
digitalen Objekten und deren Metadaten.
1
Ariadne Foundation: http://www.ariadne-eu.org/
2
IEEE LOM: http://ltsc.ieee.org/wg12/index.html
3
Ariadne Metadatenspezifikation: http://www.ariadne-eu.org/3_MD/main.html
37
Es ist das Ziel von ARIADNE, den Austausch und die Wiederverwendung digitaler Lernmodule durch
das Knowledge Pool System zu propagieren und ein europäisches bzw. weltweites Netzwerk von
Hochschulen, Organisationen und Unternehmen aufzubauen, die ihre Lerninhalte einbringen und
Module anderer Mitglieder wiederverwenden. Leitgedanke der Organisation ist das Prinzip des
„share-and-reuse“ digitaler Lernmodule.
Knowledge Pool System
Das Kernelement von ARIADNE ist das Knowledge Pool System [
i
], das zur Speicherung von
digitalen Lernressourcen und deren Beschreibungen dient. Der Hauptvorteil des Knowledge Pool
Systems (KPS) gegenüber Internetkatalogen oder -suchmaschinen liegt zum einem in der
Möglichkeit, gezielt nach Lernmodulen auf Basis von Metadaten zu suchen, und zum anderen in der
gemeinsamen Speicherung des Objekts und dessen Beschreibung in einem Dokumentenserver.
Somit kann die Datenkonsistenz zwischen Beschreibung und der Ressource selbst sichergestellt
werden. Beide Elemente sind langfristig verfügbar.
Das Konzept sieht vor, dass mit dem Knowledge Pool System primär nur die Autoren oder Dozenten
interagieren und die Lernmodule in eigene Lerneinheiten einbetten, die sie dann den Studierenden
zur Verfügung stellen. Es ist Aufgabe der Dozenten, die technischen Voraussetzungen für den
Einsatz der Lernmodule in ihren Kursen zu schaffen. Einen direkten Zugriff von Studierenden auf
das KPS ist technisch möglich, aber konzeptuell nicht vorgesehen.
In dem System können digitale Medien jeglichen Formats gespeichert und mit Metadaten
ausgezeichnet werden. Das System selbst dient nicht als Streaming-Server für Video- und Audio-
Dateien. Der Lehrende, der ein Modul wiederverwenden will, muss die Datei aus dem Knowledge
Pool System in seinen Kurs einbetten und z.B. über einen lokalen Streaming-Server den
Studierenden zur Verfügung stellen.
Technisch basiert das System auf einer verteilten Oracle-Datenbank mit Web-Schnittstelle
4
, über die
der Benutzer Inhalte einstellen und nach Lernmodulen gezielt suchen kann. Die Skalierung wird über
eine sternförmige Topologie des Systems sichergestellt. Es besteht aus einem Central Knowledge
Pool (CKP), einigen Regional Knowledge Pools (RKPs), die über den CKP ihre Daten replizieren,
und mehreren Local Knowledge Pools (LKP), die mit einem RKP verbunden sind. Nicht jede
Institution, die das Knowledge Pool System einsetzen will, muss einen eigenen LKP installieren,
sondern kann auch auf einen LKP zugreifen, der in der Region bereits betrieben wird.
Die LKPs replizieren untereinander ihre Daten, d.h. Lernmodule und Metadaten. Dies hat den Vorteil,
dass sämtliche Informationen auf allen Servern nach einer gewissen Verzögerung durch den
Replikationsprozess identisch vorliegen und lokal an den verschiedenen Standorten verfügbar sind.
Nachteil dieser Architektur ist die redundante Datenhaltung der Lernmodule und Verschwendung von
Netzressourcen. Bei Lernmodulen mit geringem Datenvolumen ist dies vernachlässigbar, aber bei
datenintensiven Dokumenten wie z.B. Videos ist die redundante Speicherung der Ressourcen auf
mehreren Servern nicht mehr vertretbar. In der Weiterentwicklung des KPS ist deshalb geplant, nur
noch die Metadaten zu replizieren und eine Benutzeranfrage zu einem Lernmodul, das nicht am
lokalen Knowledge Pool verfügbar ist, an den entsprechenden Knoten weiterzuleiten, in welchem
das Lernmodul vorhanden ist, und einen Zugriff nach Überprüfung der Rechte des Nutzers darauf zu
ermöglichen.
4
Testsystem: http://lkptest.irit.fr/lkptm5/Query.jsp
38
Knowledge Pool Baden-Württemberg
In den Hochschulen Baden-Württembergs entstehen sowohl in den Projekten der „Virtuellen
Hochschule“ als auch projektunabhängig kontinuierlich multimediale Lernmodule, die in
Präsenzlehrveranstaltungen ebenso wie in Online-Kursen eingesetzt werden können. Im Gegensatz
zu Kursprogrammen werden diese Lernmodule, die Einheiten unterhalb der Kursebene darstellen, in
unterschiedlichster Weise abgelegt und sind nur lokal in den Projekten oder an den Instituten, die die
Inhalte entwickelt haben, für Dozenten verfügbar. Eine einheitliche Erschliessung sowie eine
langfristige Archivierung und Sicherung der Module findet überwiegend nicht statt. Eine Recherche
nach Lernmodulen ist sowohl an den einzelnen Hochschulen institutsübergreifend als auch
landesweit nicht möglich.
Zur Unterstützung der Dozentinnen und Dozenten beim Einsatz neuer Medien in der Lehre ist der
standardisierte Nachweis und die dauerhafte Archivierung sowie die anbieterübergreifende
Recherche von Lehrmaterial, insbesondere von Einheiten unterhalb der Kursebene, erforderlich. Die
Interessengemeinschaft Ariadne Baden-Württemberg – IGA
5
setzt sich deshalb für die Einrichtung
von Knowledge Pools als Angebot für Lehrende ein. Die Knowledge Pools erfüllen folgende
Aufgaben:
-
Einheitliche Erschliessung und Speicherung für alle in baden-württembergischen Hochschulen
erzeugten digitalen Lernmodule
-
Sicherstellung des einheitlichen und einfachen Zugriffs auf Lernmodule für alle Lehrende im
Land durch Integration in Bibliothekskataloge
-
Langfristige Archivierung der digitalen Lernmodule
Der Knowledge Pool Baden-Württemberg ist ein notwendiger Basisdienst für alle Hochschulen und
bietet die Chance der inhaltlichen Vernetzung der Hochschulen sowohl in Baden-Württemberg als
auch international.
Schichten-Konzept: Ariadne – Autorensysteme – Lernplattformen.
Um diese Ziele zu erreichen, muss das Knowledge Pool System institutionell verankert und in die
technische sowie organisatorische Infrastruktur der Hochschule integriert werden. Insbesondere für
die Autoren von Lernmodulen ist es wichtig zu wissen, dass das System und somit ihre Lernmodule
langfristig zur Verfügung stehen. Es widerspricht dem Konzept des langfristigen Nachweises von
5
Interessengemeinschaft Ariadne: http://www.ariadne-eu.de
39
Lernmodulen, dass ein Local Knowledge Pool an einem Lehrstuhl oder Institut betrieben oder gar
selbst entwickelt wird, da hier zum einem die technischen Voraussetzungen fehlen und eine
langfristige personelle Betreuung nicht sichgestellt werden kann.
In Baden-Württemberg gewährleisten die Rechenzentren, insbesondere das RZ Karlsruhe, den
technischen Betrieb des Systems. Die Universitätsbiblitoheken und das Bibliotheksservice-Zentrum
6
Konstanz unterstützen die Autoren bei der semantischen Beschreibung der Lernmodule.
Multimediale Lernmodule, die in baden-württembergischen Hochschulen entwickelt und in das
Knowledge Pool System eingestellt werden, sollen auch im Katalog des Südwestdeutschen
Bibliotheksverbund nachgewiesen werden. Dies erlaubt es den Lehrende, über das Suchinterface
des Bibliothekkatalogs neben Printmedien auch nach multimedialen Lernmodulen zu suchen und
Zugriff auf die Objekte zu erhalten.
Damit die Metadaten in den Bibliothekskatalogen aufgenommen werden können, müssen sich die
Metadatenfelder an den bibliothekarischen Vorschriften orientieren. Deshalb werden die Autoren
insbesondere bei dem Prozess der Verschlagwortung und der Fachklassifikation der Lernmodule
durch die Fachreferenten der Universitätsbibliotheken unterstützt. Nachdem das Lernmodul und die
Metadaten im Knowledge Pool System vom Autor eingestellt und durch einen Validator die
Metadaten hinsichtlich der Konsistenz und Korrektheit überprüft wurden, werden die Metadaten in
den Katalog des Südwestdeutschen Bibliotheksverbund überspielt.
Dazu musste das ARIADNE Metadaten-Schema auf ein im Südwestdeutschen Bibliotheksverbund
entwickeltes Metadaten-Schema DLmeta
7
, das sich an Dublin Core anlehnt, abgebildet werden.
DLmeta selbst ist ein erweiterbares Schema, über das heterogene Lernmedien von verschiedenen
Anbietern nachgewiesen werden können.
Schlussbemerkungen
Das ARIADNE Knowledge Pool System ist ein wichtiger Basisdienst für Hochschulen, die digitale
Lernmodule entwickeln und in Lehrveranstaltungen einsetzen. Für die erfolgreiche Einführung und
Akzeptanz des Systems ist es uns unbedingt erforderlich, dieses langfristig in die technische und
organisatorische Infrastruktur der Hochschulen zu integrieren. Dies muss in Zusammenarbeit von
Bibliotheken, Rechenzentren und Projekten bzw. Autoren erfolgen.
Unsere Erfahrungen haben gezeigt, dass zwar der Nachweis der Lernmodule im Knowledge Pool
System möglich ist und praktiziert wird, aber dass die Wiederverwendung von schon vorhandenen
Lernmodulen, die von anderen Autoren entwickelt wurden, bisher nur begrenzt stattfindet. Innerhalb
einer Hochschule findet eine lehrstuhlübergreifende Wiederverwendung nur bei allgemeinen Themen
statt. Fachspezifische Inhalte wie z.B. Experten-Vorträge können jedoch hochschulübergreifend
ausgetauscht und wiederverwendet werden. Das größte Hindernis bei der Wiederverwendung von
Lernmodulen scheint jedoch psychologischer Art zu sein. Man scheut sich davor, Objekte andere
Hochschulen zu verwenden, da diese nicht eigenen Qualitätstandards entsprechen etc. Hier ist ein
langfristiges Umdenken notwendig.
[1] Erik Duval, Eddy Forte, Kris Cardinaels et al., “The ARIADNE Knowledge Pool System: a
Distributed Digital Library for Education”, Communications of the ACM, Vol.44, No.5, ACM, New
York, Mai 2001, S.72 -78.
6
Bibliotheksservice-Zentrum:
http://www.bsz-bw.de
7
DLmeta: http://www.dlmeta.de
40
Rob Koper
Professor in Educational Technology
Director of learning technology development
Educational Technology Expertise Centre
Open University of the Netherlands
rob.koper@ou.nl
Educational Modelling Language:
adding instructional design to existing specifications
Prof. Dr. Rob Koper
Abstract
With EML, educators can specify instructional designs, based on different pedagogical models, for e-
learning applications. Current learning technology specifications allow only for some simple ordering
and sequencing of resources used in e-learning (e.g. SCORM, IMS Content Packaging). EML adds
to this the ability to integrate instructional designs to enable more advanced e-learning applications,
e.g. to model competency based education, portfolio's, collaborative learning. In this paper I will
present what EML is, how it is used and how it develops in standardization efforts, like the IMS
Learning Design Specification based on EML and the CEN/ISSS WS-LT survey on EMLs.
Introduction
Practitioners in the e-learning field recognize the fact that they can only successfully implement e-
learning applications at a large scale, when they comply with open learning technology specifications
('standards'). Standards guarantee that you will not be locked in into proprietary systems, especially
in a market where there are no real dominant players, setting de-facto standards (also 'dangerous' to
a certain extend). There are still hundreds of L(C)MS vendors providing solutions for different niche
markets. Some only active in one or two countries, and most are providing a rather limited
functionality as compared to the total complexity and demands of education.
Development and exploitation of high quality e-learning applications is expensive, not only in the
hardware and software involved, but also in the cost for design, content development and
tutoring/guidance. When designing and developing e-learning applications without taking care of
standards, one takes the risk of not being able to carry over the designs and content to other
systems later on, to use available content in the market or to exchange content with partners, using
different systems.
Worldwide, different efforts are made to develop open learning technology specifications, in
laboratories, in industry consortia, in associations of professionals and in standardization bodies.
Although there is already some results (e.g. IEEE LTSC LOM, IMS specifications, ADL SCORM) we
are still at the beginning of the development of these specifications, meaning that practitioners (and
vendors) still miss essential parts in practice. One of the essential parts we felt that are missing is an
integrative framework to model ‘units of learning’, integrating all types of learning facilities (tests,
communication services, learning activities, learning objects), which one would come across when
41
modelling e-learning applications, but is still open and flexible enough to support new developments
and user customizations.
In 1998 we started with the development of what is called an Educational Modelling Language in our
laboratories to provide such a framework. December 2000, EML 1.0 was released as an open
specification. In this paper I will present what an Educational Modelling Language is, how it relates
(and adds) to existing specifications and what the current developments are in the standardisation of
EML.
1. EML
1.1 What is EML
EML could be defined as: "a semantic rich information model and binding, describing the content and
process within ‘units of learning’ from a pedagogical perspective
." To state it differently: EML is a semantic notation for units of learning to be used in e-learning.
The concept of ‘unit of learning’ (also called ‘unit of study’ or ‘unit of instruction’) is central to this
case. It is the smallest unit providing learning events for learners, satisfying one or more interrelated
learning objectives. This means that a unit of study can not be broken down to its component parts
without loosing its semantic and pragmatic meaning and its effectiveness towards the attainment of
learning objectives. The unit of study could be considered as a gestalt. In practice you see units of
learning in all types, sorts and sizes: a course; a study program; a workshop; a practical; a lesson
could all be considered to be a unit of learning. In EML one can develop educational entities, being
integral parts of units of learning, such as:
-
Instructional design
-
Study tasks/learning activities
-
Learning objects (tests, learning materials, parts of learning materials, …)
-
Conferencing facilities
-
Monitoring and tutoring facilities
-
Search facilities
-
Workflow facilities
One way of looking at EML is to see it as a means to build up (aggregate) courses from smaller
learning objects and services. It is generally agreed upon that for re-use purposes smaller units than
courses must be identified. This forms the basis for the learning objects discussion and the related
specifications like the LOM. However, having a large number of small learning objectives available,
doesn’t mean that one is able to build courses from these. A course is more than a set of learning
objects. The learning objects have to be structured in one way or another and integrated with
learning activities and services (communication facilities, search facilities, monitoring facilities, etc.).
The basic way of structuring educational entities into courses is the ‘instructional design’. An
instructional design can be based on explicitly identified pedagogical models/theories, but in practice
most of the time these pedagogies are bound to the teachers personal opinions about ‘good’
teaching and learning. For EML it doesn’t matter: EML allows to structure the educational entities
according to whatever formal or informal pedagogical model.
1.2 Roles in a learning process
For real e-learning applications, not only the workflow for students must be modelled in the
specification, but the complete flow of events for students and tutors, including the interactions
between students, tutors and other staff members (e.g. assessors, mentors). The roles which must
42
be taken into account into a learning process are: learners and staff (tutors, mentors, examiners,
coaches, …).
In a learning process, roles can be spit down further to a lot of sub-roles. The role developer may
(e.g.) be split by: author, interaction designer, graphical designer, etc.
1.3 General requirements for an EML, modelling units of learning
An Educational Modelling Language, which describes a unit of learning, must meet the following
general requirements:
1. The notational system must describe units of learning in a formal way, so that automatic
processing is possible (formalisation).
2. The notational system must be able to describe units of learning that are based on different
theories and models of learning and instruction (pedagogical flexibility).
3. The notational system must explicitly express the semantic meaning of the different learning
objects within the context of a unit of learning. It must provide for a semantic structure of the
content or functionality of the typed learning objects within a unit of learning, alongside a
reference possibility (explicitly typed learning objects).
4. The notational system must be able to fully describe a unit of learning, including all the typed
learning objects, the relationship between the objects and the activities and the workflow of all
students and staff members with the learning objects (completeness). And regardless of whether
these aspects are represented digital or non-digital.
5. The notational system must describe the units of learning so that repeated execution is possible
(reproducibility).
6. The notational system must be able to describe personalization aspects within units of learning,
so that the content and activities within units of learning can be adapted based on the
preferences, prior knowledge, educational needs and situational circumstances of users. In
addition, control must be able to be given, as desired, to the student, a staff member, the
computer or the designer (personalization).
7. The notation of content components, where possible, must be medium neutral, so that it can be
used in different publication formats, like the web, paper, e-books, mobile, etc. and also in
different settings like distance teaching, online learning, blended learning, hybrid learning, …
(medium and setting neutrality).
8. When possible, a ‘wall’ should be placed between the standards that are used for notating units
of learning and the technique used to interpret the notation of the units of learning. Through this,
investments in educational development will become resistant to technical changes and
conversion problems (interoperability and sustainability).
9. The notational system must fit in with available standards and specifications (compatibility).
10. The notational system must make it possible to identify, isolate, decontextualize and exchange
useful learning objects, and to re-use these in other contexts (reusability).
11. The notational system must make it possible to produce, mutate, preserve, distribute and archive
units of learning and all of its containing learning objects (life cycle).
43
1.4 Basic Information Model
The basic information model for EML is presented in the UML class model of figure 1.
Figure 1. The UML information model of EML.
First of all it is important to see that this model describes the 'design time' and not the 'runtime'.
Models of units of learning has to be interpreted by runtime systems before the actual learning and
teaching can start.
To interpret the diagram, one has to focus first on the three elements: role, activity definition and
resource definition. Basically the model says that a teaching/learning process is defined as follows:
"Multiple roles perform multiple activities with a set of ordered resources in a certain workflow
organization (the activity structure)".
There are two types of roles: learners and staff. The learners are directed towards the learning
objectives (outcome definition) and the staff members support learners in reaching these outcomes.
Personalization comes through the use of properties (stored in a dossier) per person and per role.
There are different kinds of properties: global properties, local properties, role properties (for a group
of persons) and personal properties. Conditions can be defined on the basis of property values.
Notifications, triggering new activities, can be defined on property value changes. Outcomes and
tracking information is stored into properties. This enables e.g. portfolio based assessment and
education.
44
Depending on the pedagogical model, the different classes in the model may be typed and used
differently. E.g. in some implementations of problem based learning there are seven predefined
learning activities a group of students must do sequentially, using different resources (including
communication services) in each activity. The tutors roles and activities are also predefined
(supporting and assessing students). In all cases however they are further specializations of the
generic EML model, enabling runtime systems which support the generic model, to run a variety of
different pedagogical models.
1.5 XML Binding
In order to be able to codify content, one needs a so called 'binding' which complies to the
information model stated above. In learning technology, the most used bindings are XML bindings,
but also other bindings are possible. Creating a binding means nothing more or less than creating an
XML DTD or XML Schema. When two different bindings comply to the same information model, a
transformation of the content from the one to the other binding should not be a problem with the use
of e.g. XSLT.
For EML, we created an XML binding. The basic structure of EML is shown in a tree view in figure 2.
Shown are only a selection of the elements and relationships and no attributes. The complete
schemas can be downloaded from http://eml.ou.nl . What you see is:
-
The tree structure of the containing framework.
-
The names of the elements represent the classes from the semantic information model (actually
the information model is more extensive than specified in this paper, e.g. knowledge objects are
part of the environment as a resource type).
-
The tree is made up of components which could exist (and edited) on their own. For instance:
metadata, activities, knowledge objects, test items (not shown here).
-
The relationships between the elements is expressed in the framework within the possibilities
provided by XML: ? means optional; * means zero or more; + means one or more.
Notation: The
fork represents a sequential list of elements, and the
fork represents a
selection of one of the elements.
45
Figure 2. XML binding of EML in a tree view.
An example of the smallest valid document instance can be found below:
<Unit-of-study>
<Metadata><Title>Course on X</Title></Metadata>
<Roles><Learner Id=”learner”/></Roles>
<Method>
<Play>
<Role-ref Id-ref=”learner”/><Activity-ref Worldwide-unique-id-ref=”default-student”/>
</Play>
</Method>
</Unit-of-study>
Because of space constraints I will refer to
http://eml.ou.nl/introduction/docs/ped-metamodel.pdf
(at
the end of the document the examples can be found).
46
1.6 How are EML documents used?
When one has produced a EML document, e.g. a XML document valid to the EML DTD/Schema.
The next question is how to publish this document so that turns into real education for real users?
There are several ways of publishing EML files:
1. Publish it to a mail or groupware environment as the delivery environment. In this case every
person in a role of a certain instance (run), get e-mails according to the design with
pdf