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Wissenswerkstatt Rechensysteme

Beteiligte an der Hochschule

  • Prof. Dr. Reinhold Kröger
  • Dipl.-Inform. (FH), M.Sc. Frank Köhler
  • Dipl.-Inform. (FH), M.Sc. Markus Schmid
  • Dr. Markus Debusmann
  • Dipl.-Inform. (FH) Andreas Mertens
  • Dipl.-Inform. (FH), M.Sc. Marcus Thoss
  • Dipl.-Inform. (FH) Matthias Klein
  • Zvonimir Mostarkic
  • Dipl.-Inform. (FH) Tina Waldhart

Beteiligte ausserhalb der Hochschule

  • Prof. Dr. Volker Turau (TU Hamburg Harburg)
  • Prof. Dr. Sigmund (TU Brünn, Gastdozent)

Kooperationspartner

  • Johann-Wolfgang-Goethe Universität Frankfurt a.M.
  • Technische Universität Chemnitz
  • Technische Universität Darmstadt
  • Technische Universität München
  • Universität Bayreuth
  • Universität Hannover
  • Universität Karlsruhe
  • Universität zu Lübeck
  • Universität Passau
  • Universität Rostock (Koordination)
  • Universität der Bundeswehr Hamburg
  • Siemens AG
  • Gesellschaft für Informatik e.V. (GI)
  • Informationstechnische Gesellschaft (ITG)

Laufzeit

Beginn: März 2001
Ende: Mai 2004

Finanzierung

  • 100% bmb+f im Rahmen der Initiative "Neue Medien in der Bildung" (NMB)

Veröffentlichungen

  • W. Kalfa; R. Kröger; F. Köhler: "Integrating Simulators and Real-Life Experiments into an XML-based Teaching and Learning Platform", World Conference on Educational Multimedia, Hypermedia and Telecommunications (ED-MEDIA 2002), Juni 2002 (BibTeX)
  • Schmid, Markus: "Wissenswerkstatt Rechensysteme: Providing Computer Science Content for E-Learning - General Approach and Related Work at FH Wiesbaden", 2MN Workshop 2002, September 2002 (BibTeX)
  • Klein, Matthias: "Simulation verteilter Algorithmen in einer e-Learning-Umgebung", interne Diplomarbeit, FH Wiesbaden, FB Informatik, August 2003 (Link) (BibTeX)
  • Waldhart, Tina: "Entwicklung eines XML-basierten e-Learning-Moduls zu Konzept und Anwendung von Web Services", interne Diplomarbeit, FH Wiesbaden, FB Informatik, August 2003 (BibTeX)
  • M. Klein: "Simulation von verteilten Algorithmen für eine E-Learning-Umgebung", Informatiktage '03, November 2003 (BibTeX)
  • M. Schmid; J. Stynes; R. Kröger: "Architektur einer dienstebasierten, personalisierbaren Laufzeitumgebung für Lernumgebungen", 1. GI e-Learning Fachtagung Informatik (DeLFI 2003), September 2003 (BibTeX)
  • F. Köhler; J. Stynes; R. Kröger: "An XML-based Framework for Integrating Simulators and Real-life Experiments into Learning Environments", World Conference on Educational Multimedia, Hypermedia and Telecommunications (ED-MEDIA 2003), Juni 2003 (BibTeX)
  • Köhler, Frank: "Integrating Experiments and Simulators into a Distributed E-Learning Environment", Cork Institute of Technology (CIT) Research Workshop, Cork / Irland, Mai 2003 (BibTeX)
  • Schmid, Markus: "A Service-Based Architecture for Learning Management Systems which Supports Personalisation and Collaboration", M.Sc. Thesis, Cork Institute of Technology, Irland, April 2004 (Link) (BibTeX)
  • Köhler, Frank: "Integrating Experiments and Simulators into a Distributed E-Learning Environment", M.Sc. Thesis, Cork Institute of Technology, Irland, Juni 2004 (BibTeX)
  • M. Schmid; J. Stynes; R. Kröger: "A Distributed Architecture for Learning Management Systems Supporting Institutional Collaboration", Association for the Advancement of Computing in Education (AACE), Norfolk, USA, World Conference on Educational Multimedia, Hypermedia and Telecommunications (ED-MEDIA 2004), Editors: L. Cantoni; C. McLoughlin, ISBN: 1880094533, Juni 2004 (BibTeX)
  • F. Köhler: "Framework zur Integration von Experimenten und Simulatoren in XML-basierte Lerninhalte", Structured E-Learning: Wissenswerkstatt Rechensysteme, Seite 49-58, Editors: D. Tavangarian; U. Lucke, März 2004 (Link) (BibTeX)
  • Köhler, Frank: "Experimentintegration in Lerninhalte", Abschlussworkshop Multimediale Lehre in Informatik, Mathematik und Statistik, Februar 2004 (BibTeX)
  • Volker Turau, "HTTPExplorer: Exploring the Hypertext Transfer Protocol", The 8th Annual Conference on Innovation and Technology in Computer Science Education (ITICSE), Thessaloniki, Griechenland, 30. Juni - 02. Juli 2003

Kurzbeschreibung

Allgemeine Projektbeschreibung

Mit der "Wissenswerkstatt Rechensysteme" wird ein bundesweit ausgedehntes internet-basiertes System von multimedialen Lehr- und Lernmodulen zur Unterstützung der Aus- und Weiterbildung im Wissensgebiet Technische Informatik angestrebt, das in einer Zusammenarbeit von vorwiegend Wissenschaftlern der Fachausschüsse "Architektur von Rechensystemen" der Gesellschaft für Informatik (GI) und der Informationstechnischen Gesellschaft (ITG), diesen Gesellschaften selbst und Mitgliedern aus der Industrie entsteht. Die primären Ziele des Vorhabens sind:
  • Bereitstellung eines Pools mit einer Reihe von kleineren Modulen (Manuskripte, Übungen, Lösungen, wissenschaftlichen Arbeiten, Foren, Praktika etc.), die im Hinblick auf konkrete Lernziele kombinierbar sind;
  • Aufbereitung und kontinuierliche Evaluierung des Lehrstoffs nach fachlichen, gestalterischen und didaktischen Aspekten;
  • Skalierung der Intensität in drei Stufen (Vertiefungs-, Aufbau- und Basis-Module);
  • Sicherung der Nachhaltigkeit durch umfangreiche Maßnahmen: Einsatz in grundständigen Studiengängen, Nutzung in industrieller und außeruniversitärer Weiterbildung, Abrechnungs- und Zahlungsverfahren, neue Formen der Ausbildung (z.B. "Universität am Abend"), u.ä.;
Neben den Grundlagenthemen der Technischen Informatik können auch Spezialthemen und aktuelle Forschungsarbeiten in der Wissenswerkstatt zusammengefasst werden. An deutschen Hochschulen existieren bereits multimediale Lehrmaterialien, die in der Wissenswerkstatt erfasst, strukturiert, ergänzt und angeboten werden können. Das gesammelte Material wird sowohl für die Präsenz- als auch für virtuelle Lehre über eine Internet-Schnittstelle zur Verfügung gestellt.
Das hier zugrundegelegte Modell liefert zwei strukturelle Formen von Lehrmaterialien. Lernmodule für Lernende beinhalten Lehrmaterialien mit Instrumenten zur Selbstevaluation und strukturierten Repetition. Lehrmodule für Lehrende umfassen darüber hinaus z.B. in Zusammenarbeit mit Pädagogen erarbeitete oder aus den Erfahrungen des Erstellers entstandene didaktisch-pädagogische Hinweise, vermitteln detaillierte Aufgabenlösungen und regen Diskussionsthemen an.
Im Rahmen des Projekts wird eine Kommission aus Industriepartnern und Hochschullehrern gebildet, die durch die Evaluierung der Module zur Erhöhung der Qualität und der praktischen Relevanz des erstellten Lehrstoffs beiträgt.
Um eine durchgängige und plattformunabhängige Gestaltung zu gewährleisten und gleichzeitig auf einheitlichen Richtlinien aufbauen zu können, soll die Realisierung der Module mit Hilfe von XML erfolgen. Eine gemeinsam fest zu legende Document Type Description (DTD) ist von den Modulerstellern individuell für die einzelnen Module zu füllen bzw. zu erweitern. Auf diese Weise können z.B. aus in den Modulen eingefügten Angaben gemeinsame Glossare generiert, in Abhängigkeit von im Text verankerten Bedingungen aus einer Datei mehrere Module mit den unterschiedlichen Schwierigkeitsstufen abgeleitet oder sprachabhängige Versionen in Ketten erstellt werden. Gleichzeitig wird den Erstellern der Module durch die vorgegebene Struktur die Arbeit erleichtert, indem über die Internet-Schnittstelle der Wissenswerkstatt Schablonen für die verschiedenen Modularten (Vorlesung, Übung, Praktikum usw.) bereitgestellt werden. XML als Werkzeug stellt außerdem Schnittstellen für unterschiedliche Darstellungs- und Ausgabeformen zur Verfügung, wie z.B. HTML, Drucker, Textverarbeitungen usw.

Ergebnisse des Labors für Verteilte Systeme

Im Rahmen des Projekts wurden von der FH Wiesbaden eine Reihe von multimedialen Lernmodulen entwickelt. Diese sind innerhalb der Hochschule unter der URL http://wwwvs.informatik.fh-wiesbaden.de/e-learning/ verfügbar.
Im Einzelnen wurden die folgenden zwölf Module entwickelt:
  • Vorlesungsmodul: Betriebssysteme - Interprozesskommunikation
  • Praktikumsmodul: Netzwerk-Programmierung
  • Vorlesungsmodul: Verteilte Algorithmen
  • Vorlesungsmodul: Verteilte Systeme - CORBA
  • Praktikumsmodul: Verteilte Systeme - CORBA
  • Vorlesungsmodul: Web-basierte Client-Server Anwendungen
  • Vorlesungsmodul: J2EE - Enterprise Java Beans
  • Vorlesungsmodul: Management Verteilter Systeme
  • Vorlesungsmodul: Sicherheit bei E-Commerce
  • Vorlesungsmodul: Verteilte Systeme - Real-Time CORBA
  • Vorlesungsmodul: Einführung in die digitale Sprachverarbeitung
  • Vorlesungsmodul: WebServices
Neben den entwickelten Lehrinhalten hat sich die FH Wiesbaden auch in den Bereichen Tool-Entwicklung und WWR-Lauftzeitarchitektur in das Projekt eingebracht. Im Einzelnen sind hier die folgenden Ergebnisse zu verzeichnen:
  • Styleguide für Grafiken
  • Literatur-Datenbank Server
  • Framework für interaktive Sequenzdiagramme
  • HTTP-Protokollsimulator
  • Simulationsumgebung für Verteilte Algorithmen
  • Integration von Experimenten und Simulatoren
  • Architektur einer dienstebasierten, personalisierbaren Laufzeitumgebung für Lernumgebungen
  • Integration der WWR-Inhalte in die Lernumgebung Blackboard
  • Integration der WWR-Inhalte in die Lernumgebung ILIAS3
Auf diese Ergebnisse soll im Folgenden detaillierter eingegangen werden:
Styleguide für Grafiken
In der FH Wiesbaden wurde ein Style Guide und Formen-Templates zum Erstellen von Grafiken mit einheitlichem Aussehen entwickelt, der zum einen Autoren die Erstellung von Grafiken erleichtert, zum anderen erscheinen so auch Module unterschiedlicher Autoren in einem einheitlichen Layout.
Literatur-Datenbank Server
Basierend auf einer Implementierung der FH Wiesbaden hat das WWR-Gesamtprojekt in Rostock einen zentralen Literaturdatenbank-Server eingerichtet. In dieser zentralen Datenbank werden alle Literaturverweise für Module des Projekts gesammelt, wodurch inkonsistente Schreibweisen von Titeln und Autoren sinnvoll unterbunden werden.
Framework für interaktive Sequenzdiagramme
Um das Erstellen standardisierter, interaktiver Inhalte für Module so weit wie möglich zu vereinfachen, wurde von der FH Wiesbaden als Teil des Frameworks für interaktive Sequenzdiagramme eine einfache XML-Sprache zur Beschreibung von UML-Sequenzdiagrammen entworfen. Weiterer Bestandteil ist ein XSLT-Stylesheet zur Generierung animierter UML-Sequenzdiagramme im WWR-Design aus dieser einfa-chen XML-Beschreibung. Der Nutzer kann später den Diagrammaufbau durch Navigationsbuttons beeinflussen und bekommt zu jedem Schritt einen erklärenden Text eingeblendet.
Ein interaktives UML Sequenzdiagramm
HTTP-Protokollsimulator
Der von der FH Wiesbaden entwickelte HTTP-Protokollsimulator dient dem Verständnis des HTTP-Protokolls. Der Simulator gestattet es, zu existierenden Web-Servern HTTP Verbindungen aufzubauen, wobei Anfrage und Antwort jeweils im Detail studiert werden können. Der Simulator erlaubt es dem Benutzer, alle möglichen Arten von Anfragen zu formulieren und dann die Reaktion eines echten Webservers auf die gestellten Anfragen im Kontext zu verfolgen.
Simulationsumgebung für Verteilte Algorithmen
Zur Visualisierung verteilter Algorithmen wurde von der FH Wiesbaden ein ereignisbasierter Simulationskern entwickelt. Dieser erlaubt durch modulare Erweiterung die Simulation und Visualisierung verschiedenster verteilter Algorithmen und Protokolle:
  • Architektur entsprechend Model/View/Controller-Paradigma
  • Parametrisierbare Simulationskonfigurationen
  • Eingriffsmöglichkeit durch Benutzer
  • Speicherung und Laden von erreichten Simulationszuständen
  • Einzelschritt- und automatischer Ablauf
  • Undo-Fähigkeit
Bisher unterstützt der Simulator Algorithmen aus den folgenden Bereichen:
  • Election
  • Verteilter wechselseitiger Ausschluss
  • Deadlock-Erkennung
  • 2-Phasen-Commit-Protokoll
  • Konsistente Snapshots
  • NTP-Protokoll
Screenshot des Simulators für Verteilte Algorithmen
Integration von Experimenten und Simulatoren
Dieser Aspekt wurde im Rahmen einer M.Sc. Thesis in Zusammenarbeit mit dem Cork Institute of Technology bearbeitet. Nähere Informationen zu den Ergebnissen finden Sie hier .
Architektur einer dienstebasierten, personalisierbaren Laufzeitumgebung für Lernumgebungen
Dieser Aspekt wurde im Rahmen einer M.Sc. Thesis in Zusammenarbeit mit dem Cork Institute of Technology bearbeitet. Nähere Informationen zu den Ergebnissen finden Sie hier .
Integration der WWR-Inhalte in die Lernumgebung Blackboard
Im Rahmen dieser Arbeiten wurde an der FH Wiesbaden ein Stylesheet zur Transformation der WWR-Inhalte in IMS-konforme Inhalte entwickelt. Die transformierten Module wurden anschließend in das Blackboard System importiert. Da Blackboard allerdings einige Unzulänglichkeiten bei der Darstellung von XHTML-Dokumenten gzeigt hat, wurde dieser Ansatz nicht weiter verfolgt.
Integration der WWR-Inhalte in die Lernumgebung ILIAS3
Im Rahmen dieser Arbeiten wurde an der FH Wiesbaden erfolgreich ein Werkzeug erstellt, das es erlaubt, WWR-Inhalte in das ILIAS3 XML-Format zu überführen und so der ILIAS3-Lernumgebung zugänglich zu machen. Bei der Entwicklung des Werkzeugs wurde insbesondere darauf geachtet, möglichst alle semantischen Auszeichnungen der WWR-Sprache auf geeignete Weise in das semantisch ärmere ILIAS3-Format zu übertragen.