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.;. Informatik Forsch. Entw. (2001) 16: 082 Informatik Fcndu1g InS EntwickILI1g @ Sprioger-Ver1ag 2001 Elektronische Kreide: Eine Java-Multimedia- Tafel für den Präsenz- und Fernunterricht Raul Rojas, Lars Knipping, Ulrich RatTel, Gerald Friedland Freie Universität Berlin. Institut fIlr Informatik. Takusuaße 9. D-14195 Berlin {e-mail: {rojas.knipping.raffel.friedland}@inf.fu-berlin.de) Eingegangen Olm; 17. November 2000 I Angenommen Olm: 17. Mai 2001 Zusammenfassung. E-Kreide ist ein Multimedia-System für en Präsenz- und Fernunterricht. Unsere elektronische Ta- fel besteht aus einem berührungsempfindlichen Plasmabild- schirm (oder einer Kombination von LCD-Projektor und berührungsempfindlicher Projektionswand) und in Java ge- schriebener Software. die das Gesamtsystem steuert. Da- bei kann auf den Bildschirm auf zwei verschiedene Ar- ten geschrieben werden: Man führt einen Stift entweder direkt über das Display oder über ein Digitalisiertablett. Farbe und Breite der an der Tafel angezeigten Linienzüge können komfortabel geändert werden. Bilder können in das Tafelbild eingebaut, mathematische Ausdrücke ausgewertet und Java-Applets aus dem Internet (unverändert) interak- tiv genutzt werden. Der Lehrende kann dann wie mit ei- ner herkömmlichen Kreidetafel arbeiten, hat aber zusätzlich volle Kontrolle über interaktive Software. Das Tafelbild wird über das Internet übertragen. Ein Netzteilnehmer kann die Webseite des Kurses aufrufen und erhält ohne zusätzliche Software, nur mit Hilfe eines Internet- Browsers, das Tafelbild in Echtzeit. Unser Java-System 'iberträgt neben den Tafelbild noch zwei weitere Daten- '--'tröme: Audio und Video (das Gesicht des Dozenten oder eine Ansicht des Hörsaals). Die Kurse werden archiviert und können später bei Bedarf aufgerufen werden. Studenten ha- ben die Möglichkeit live oder zeitversetzt. zu Hause oder unterwegs (mit Laptop und Mobilkommunikation) an einem Kurs teilzunehmen. Es ist sogar möglich, ein Java-fahiges Handy für den Empfang des Tonsignals zu verwenden. Eine erste Version der Handschrifterkennung wurde bereits implementiert. Damit kann der Dozent arithmeti- sche Formeln schreiben, die von einem Computer-Algebra- System, wie z.B. Mathematica, gelöst werden. Wenn alle Module der Handschrifterkennung fertig sind, wird es möglich sein, Programme per Hand zu codieren, die dann sofort lauffähig sind. Schlüsselwörter: Präsenzunterricht, Fernunterricht, Multi- media. Java. Internet, World Wide Web, Streaming. rechner- unterstützte Lehre. Handschrifterkennung. Whiteboard, Syn- chronisation ,.\bstract. E-Chalk is a mullirn<:dia syslcm fnr Icaching in a dassl'uom and Ihrough thc Inh:rnct. Our dC\.'ll'onic blaek- board consists of a contact sensitive plasma screen (or a combination of an LCD projector and a contact sensitive projection screen) and software written in Java to control the whoie system. The user can write on the screen directly. using a plastic pen, or using a CAD tablet. The color and width of the lines can be changed through a menu. The user can position pictures on the blackboard, can evaluate arithmetical expressions automatically, or can use interac- tive Java Applets from the Internet. Tbe teacher has all the functionality of the classical blackboard, and the added func- tionality of interactive software. Tbe contents of the blackboard are transmitted through the Internet. A remote viewer can start a course just by clicking on a link to the web page of the course. No plug-ins have to be loaded: a conventional browser is all the software needed on the side of the remote viewer. Our Java system transmits three types of data streams: the blackboard image, audio, and video (the face of the teacher or a view of the classroom). The courses are stored on a server and can be viewed on demand. Students can hear and see a lecture live or with a time delay, at home or on the move (with a laptop and mobile communication). It is even possible to use a Java enabled cellular telephone to hear a c1ass. The first version of the handwriting recognition module is now in place. The teacher can write arithmetical formulas on the electronic blackboard, which are evaluated automa- tically by a computer algebra system. Once all handwriting recognition modules are ready, it will be possible to index courses using handwritten annotations or to write computer code that can immediately run. Key words: Class-room teaching, Teleteaching, Multime- dia, Java, Internet, World Wide Web, Streaming, Computer- assisted instruction (CAI), Handwriting recognition, White- board, Synchronisation 1 Moti\'ation Die Kr.:idc!afd ist im Marhematikuntcrrieht und bl:i viden andcren FÜ.:hern scit Jahrhund<:r!l:n uniibcrtroffl.:n. ~lan kann

Informatik Forsch. Entw. (2001) 082 Informatik · den versammelten Studenten Gleichungen an die Tafel, die an mehrere externe Internet-Rechner übertragen werden. Da wir ausschließlich

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Informatik Forsch. Entw. (2001) 16: 082 InformatikFcndu1g InS EntwickILI1g

@ Sprioger-Ver1ag 2001

Elektronische Kreide: Eine Java-Multimedia- Tafelfür den Präsenz- und Fernunterricht

Raul Rojas, Lars Knipping, Ulrich RatTel, Gerald Friedland

Freie Universität Berlin. Institut fIlr Informatik. Takusuaße 9. D-14195 Berlin {e-mail: {rojas.knipping.raffel.friedland}@inf.fu-berlin.de)

Eingegangen Olm; 17. November 2000 I Angenommen Olm: 17. Mai 2001

Zusammenfassung. E-Kreide ist ein Multimedia-System füren Präsenz- und Fernunterricht. Unsere elektronische Ta-

fel besteht aus einem berührungsempfindlichen Plasmabild-schirm (oder einer Kombination von LCD-Projektor undberührungsempfindlicher Projektionswand) und in Java ge-schriebener Software. die das Gesamtsystem steuert. Da-bei kann auf den Bildschirm auf zwei verschiedene Ar-ten geschrieben werden: Man führt einen Stift entwederdirekt über das Display oder über ein Digitalisiertablett.Farbe und Breite der an der Tafel angezeigten Linienzügekönnen komfortabel geändert werden. Bilder können in dasTafelbild eingebaut, mathematische Ausdrücke ausgewertetund Java-Applets aus dem Internet (unverändert) interak-tiv genutzt werden. Der Lehrende kann dann wie mit ei-ner herkömmlichen Kreidetafel arbeiten, hat aber zusätzlichvolle Kontrolle über interaktive Software.

Das Tafelbild wird über das Internet übertragen. EinNetzteilnehmer kann die Webseite des Kurses aufrufen underhält ohne zusätzliche Software, nur mit Hilfe eines Internet-Browsers, das Tafelbild in Echtzeit. Unser Java-System'iberträgt neben den Tafelbild noch zwei weitere Daten-

'--'tröme: Audio und Video (das Gesicht des Dozenten odereine Ansicht des Hörsaals). Die Kurse werden archiviert undkönnen später bei Bedarf aufgerufen werden. Studenten ha-ben die Möglichkeit live oder zeitversetzt. zu Hause oderunterwegs (mit Laptop und Mobilkommunikation) an einemKurs teilzunehmen. Es ist sogar möglich, ein Java-fahigesHandy für den Empfang des Tonsignals zu verwenden.

Eine erste Version der Handschrifterkennung wurdebereits implementiert. Damit kann der Dozent arithmeti-sche Formeln schreiben, die von einem Computer-Algebra-System, wie z.B. Mathematica, gelöst werden. Wenn alleModule der Handschrifterkennung fertig sind, wird esmöglich sein, Programme per Hand zu codieren, die dannsofort lauffähig sind.

Schlüsselwörter: Präsenzunterricht, Fernunterricht, Multi-media. Java. Internet, World Wide Web, Streaming. rechner-unterstützte Lehre. Handschrifterkennung. Whiteboard, Syn-chronisation

,.\bstract. E-Chalk is a mullirn<:dia syslcm fnr Icaching ina dassl'uom and Ihrough thc Inh:rnct. Our dC\.'ll'onic blaek-

board consists of a contact sensitive plasma screen (or acombination of an LCD projector and a contact sensitiveprojection screen) and software written in Java to controlthe whoie system. The user can write on the screen directly.using a plastic pen, or using a CAD tablet. The color andwidth of the lines can be changed through a menu. Theuser can position pictures on the blackboard, can evaluatearithmetical expressions automatically, or can use interac-tive Java Applets from the Internet. Tbe teacher has all thefunctionality of the classical blackboard, and the added func-tionality of interactive software.

Tbe contents of the blackboard are transmitted throughthe Internet. A remote viewer can start a course just byclicking on a link to the web page of the course. No plug-inshave to be loaded: a conventional browser is all the softwareneeded on the side of the remote viewer. Our Java systemtransmits three types of data streams: the blackboard image,audio, and video (the face of the teacher or a view of theclassroom). The courses are stored on a server and can beviewed on demand. Students can hear and see a lecture liveor with a time delay, at home or on the move (with a laptopand mobile communication). It is even possible to use a Javaenabled cellular telephone to hear a c1ass.

The first version of the handwriting recognition moduleis now in place. The teacher can write arithmetical formulason the electronic blackboard, which are evaluated automa-tically by a computer algebra system. Once all handwritingrecognition modules are ready, it will be possible to indexcourses using handwritten annotations or to write computercode that can immediately run.

Key words: Class-room teaching, Teleteaching, Multime-dia, Java, Internet, World Wide Web, Streaming, Computer-assisted instruction (CAI), Handwriting recognition, White-board, Synchronisation

1 Moti\'ation

Die Kr.:idc!afd ist im Marhematikuntcrrieht und bl:i videnandcren FÜ.:hernscit Jahrhund<:r!l:n uniibcrtroffl.:n. ~lan kann

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auf schwarzem oder grünem Hintergrund mit einem Krei-destück malen. wobei der Kontrast so stark ist. daß auch ingroßen Hörsälen die Schrift noch aus zehn oder mehr MeternEntfernung gut lesbar ist. Schreibtafeln aus Kunststoff. aufdie mit Filzstiften geschrieben wird. bieten dagegen keinenguten Kontrast und sind schon in einem mittelgroßen Raumschlecht lesbar.

Die Kreidetafel hat einen wichtigen pädagogischen Vor-teil gegenüber anderen Unterrichtsmedien wie Overhead-Projektoren oder Power-Point-Präsentationen. Mathematikerarbeiten gerne mit der Kreidetafel. weil diese ein Unterricht-stempo erzwingt. das angemessen zum Stoff der Vorlesungist. Es kann geschrieben und laut nachgedacht werden. DieStudenten haben auch genug Zeit, eine Entwicklung nach-zuvollziehen und Fragen rechtzeitig zu stellen. Unter didak-tischen Gesichtspunkten ist die Kreidetafel nach wie vor daszu bevorzugende Unterrichtsmedium in der Mathematik undanderen Naturwissenschaften wie Physik oder Chemie. AuchSozial- und GeisteswissenschaftIer bevorzugen die Kreide-tafel und arbeiten selten mit Folien. Ein Spaziergang durch

~ine beliebige Universität zeigt, daß in kleinen und mittel-großen Räumen die meisten Vorlesungen mit Kreidetafel ge-halten werden.

In unserem Projekt haben wir uns vorgenommen, allepädagogischen Vorteile der Kreidetafel zu behalten, sie je-doch auf den aktuellen technischen Stand zu bringen. Wirwollen die elektronischen Medien benutzen, ohne langwei-lige und inhaltsleere Vorlesungen zu produzieren, bei denen"flashy" Technologie und nicht der Inhalt im Vordergrundsteht [6]. Wir denken dabei primär an den Präsenzunterricht,also an die Studenten und Studentinnen im Hörsaal. DenStudierenden kann eine weitaus interessantere Vorlesungan-geboten werden, wenn interaktive Software auf der Tafellauffähig ist. Man kann z.B. die Turing-Maschine erläuternund dann einen Java-Applet aufrufen, das eine Turing-Maschine simuliert. Wir möchten aber nicht einfach einenComputerbildschirm mit einem Projektor zeigen: Die Präsenzdes Dozenten an einer Tafel hilft, die Aufmerksamkeit derStudenten auf die wichtigsten Aspekte zu lenken. Außerdem'T1öchtenwir auch nicht einfach nur vorgefertigte Folien ver-

~enden (z.B. Power-Point-präsentationen). Viele Dozentenhaben leider die Tendenz. die Folien viel zu schnell zu zei-gen. da sie selber das Thema gut kennen. Doch oft sind diebesten Vorlesungengerade solche, die spontan in der Unter-richtsstunde entstehen.

Wir möchten die Vorlesungen dauerhaft speichern. Da-her haben wir ein System entworfen, das mit Hilfe einesberührungsempfindlichen Plasmabildschirms eine Kreideta-fel simuliert. Wir haben einen Plasmabildschirm verwendet,weil diese Geräte einen hervorragenden Kontrast mit leuch-tenden Farben auf tiefschwarzem Hintergrund bieten. Der anden Bildschirm angeschlossene Rechner erlaubt, die Farbedes Stiftes und die Breite der Linien nach Bedarf zu ändern.Der Dozent lehrt zwar direkt an der Tafel. das Tafelbild wirdaber elektronischgeneriert. Natürlich kann das Tafelbild überdas Internet übertragen und auf diese Weise für alle Netzteil-nehmer zugänglichgemacht werden. Guter Präsenzunterrichtführt ohne Umwege direkt in den Fernunterricht. Erkrankteoder behinderte Studenten kÖnnen so die \"L)rlcsungvon zuHause alls ';erfolgen,

-. --- --. .-

Abb. I. E-Kreide in Verbindung mit einem Projektionssystem

Abb. 2. Applet-Fenster des E-Kreide-Systems mit einer Skizze

Da Plasmabildschirme noch teurer und kleiner als Pro-jektionssysteme sind (die kommerziellen Systeme haben eine50-Zoll-Diagonale), verwenden wir auch eine preiswertereKombination von Projektion und kontaktsensitiver Projekti-onswand (Abb. 1). Der Nachteil der Projektionssysteme istjedoch, daß der Raum etwas abgedunkelt werden muß. Siebieten aber z. Zt. noch eine größere Arbeitsfläche als Plas-mabildschirme.

Bei den ersten Experimenten mit Videoübertragungsys-temen war die Qualität nicht ausreichend, um das Tafelbildnoch richtig zu erkennen. Ein Beispiel dafür sind die erstenMBone-Experimente zwischen den Universitäten Berkeleyund Stanford im Jahr 1996. Heutige MBone-Übertragungenüber schnelle Datenleitungen. wie sie in Deutschland vonmehreren Universitäten durchgeführt werden. sind zwar vielbesser. aber solche schnellen Netze stehen den Studenten zuHause noch nicht zur Verfügung. Die alleinige Übertragungvon Folien spart deutlich an Bandbreite und liefert eine An-zeige ohne Verluste.aber die Faszination der lebendigenEnt-wicklung einer Vorlesung geht dabei verloren.

Ahbildung 2 zc:igt ein Applet-Fenster. wie es der Be-trad1lcr an einem externen R~L'hnerempfangen kann. Diemir dcm E-"reiJc-Sy~tcl11 .:r~;(cll[cS:"IUC zcigt die Kon-zcpli"1\ ,kr cIr.:!..rl'\'I\I,,'hclI TI(cl: FII1 I)(\/,cnt sdtreibt vor

den versammelten Studenten Gleichungen an die Tafel, diean mehrere externe Internet-Rechner übertragen werden.Da wir ausschließlich Java-Software verwenden, kann einInternet-Benutzer ohne zusätzliche Plug-Ins das Tafelbildin Echtzeit empfangen. Auch Audio und ein kleines Vi-deobild (siehe Abb. 13) werden gesendet. Das Fenster mitdem Videobild kann bei Bedarf geschlossen werden, umÜbertragungskapazität zu sparen. Wie in der Skizze ange-deutet, gehen wir davon aus, daß in nächster Zukunft großeBildschirme (Plasmabildschirme oder Bildschirme aus orga-nischen Polymeren) mit mehreren Metern Diagonale (zumBeispiel 1.5 x 3 Meter) produziert werden' . Da alle Datengespeichert werden, kann ein Benutzer später, z.B. um 8.30,und ein anderer um 12.00 (wie in der Skizze), eine Vorlesunghören und sehen, die um 8.15 angefangen hat. Die Vorlesungsteht natürlich auch in anderen Ländern zur Verfügung. Stu-denten mit einem Laptop oder sogar nur mit einem Java-fähigen Handy können Tafelbild und Audio bzw. aussch-ließlich Audio empfangen. Ohne den Präsenzunterricht um-~ugestaltenkann gleichzeitig Fernunterricht stattfinden.

Ähnlich wie kommerzielle Präsentationsprogramme kanndas E-Kreide-System in zwei Modi verwendet werden. ImVorbereitungsmodus wählt der Dozent Bilder und interak-tive Java-Programme aus und legt deren Internet-Adressenfür den späteren Einsatz im Unterricht als Menü-Bookmarksab (dieser Prozeß nimmt wenige Minuten in Anspruch). DerDozent kann auch schriftliche Bausteine bereits vorbereiten(z.B. die lange Formulierung eines Theorems), die dann ein-fach aufgerufen werden, wenn es keinen Sinn hat, zu vielZeit mit ihrer Niederschrift im Unterricht zu verlieren. Wenndie Vorlesung beginnt, kann der Dozent die verschiedenenBausteine im richtigen Moment aufrufen und weiterschrei-ben. Die Bausteine können augenblicklich als Bild oderin "Schrifttempo" erscheinen, um die Aufmerksamkeit derZuhörer zu steigern.

Die Alternative zu E-Kreide sind elektronische Whi-teboards für Brainstorming-Meetings (elektronische weißeKunststofftafel, die mit speziellen Stiften beschreibbar sindund z.B. eine Fotokopie des Tafelbildes drucken können).~olcheMedien sind ursprünglich für statische Präsentationen

'--konzipiert worden und bieten keinen vollwertigen Ersatz fürunsere Unterrichtstafel. Es besteht keine Möglichkeit, neueInhalte, inklusive Dynamik und Ton, zu erfassen und abzu-speichern, um diese z.B. dauerhaft im Internet zur Verfügungzu stellen. Sie sind auch nicht für Handschrifterkennung aus-gelegt, mit der z.B. automatisch transkribiert werden könnte.Elektronische Whiteboards sind eher für das gemeinsameArbeiten in kleineren Gruppen gedacht (Computer Supper-ted Collaborative Work, CSCW). Es ist nicht möglich, dieTafelinhalte nachträglich zu editieren und mit dem Ton zusynchronisieren. Unsere Software kann aber auch mit dieserArt von Projektions-Whiteboards verwendet werden.

In unserem Projekt haben wir versucht, die geschilder-ten Nachteile aufzuheben, und wurden dabei von folgendenZielen geleitet:

- ein leuchtstarkes. kontrastreiches Tafelmedium für denPräsenzunterricht zu verwenden;

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- eine elektronische Tafel zu produzieren, die so einfachzu verwenden ist wie eine Kreidetafel. Der Dozent sollin der Lage sein, in den Hörsaal zu gehen und ohnevorherige mühsame Folien-Vorbereitung eine Vorlesungzu halten. Die Benutzerschnittstelle soll so einfach undintuitiv wie möglich sein;

- Ton und Bild der Vorlesung in Echtzeit zu speichern undüber das Internet oder über ein sonstiges Netz abrutbarzu machen;- die Vorlesung in ihrer transkribierten Form (ASCn) mitTon und ursprünglichem Tafelbild zu speichern;- nachträgliche Verbesserung des gespeicherten Materialszu ermöglichen.

- Computeranimationen (unveränderte Java-Applets ausdem Internet) in der Tafel im Unterricht (sogar spon-tan ohne vorherige Vorbereitung) automatisch starten zukönnen;

- den Lernenden die Teilnahme an der Vorlesung über eineNetzverbindung zu ermöglichen, entweder simultan zurVorlesung oder zu einem späteren Zeitpunkt. Die Stu-denten sehen das Tafelbild und hören den Lehrenden;

- keine Installation spezieller zusätzlicher Software beimTeilnehmer erforderlich zu machen - ein Internetbrowsersoll ausreichend sein;

- die notwendige Bandbreite so gering zu halten, daßISDN-Anlagen benutzt werden können.

Alle diese Ziele, inklusive einer ersten Versionder Hand-schrifterkennung, sind in der vorliegenden Versionder Java-Software realisiert worden. Wir können bereits das Tafelbild,das Tonsignal und sogar einen Videostrom in guter Qua-lität zu einem Browser über eine Verbindung mit doppelterISDN-Bandbreite übertragen (64Kbps für Tafelbild und Au-dio und 64Kbps für Video). In lokalen Netzen sind die Er-gebnisse noch besser. Die Zuhörer brauchen keine Plug-Ins,wie etwa RealVideo oder RealAudio, und keine MBone-Installation.

Die E-Kreide-Software befindet sich in Gebrauch undwurde auf der CEBIT 2001 und der ACMI-Tagung in SanJose, Kalifornien, vorgestellt.

2 Thematisch verwandte Projekteund kommerzielle Systeme

Es gibt eine Reihe von verwandten Ansätzen und kommer-ziellen Systemen, die für Präsentationen angeboten werden.Wir besprechen kurz einige davon in diesem Abschnitt.

2. J "Ubiquitous Computing" QI1IXerox PARC

Bereits Ende der 8Der-Jahre dachten Ingenieure am Xerox-PARC an die Möglichkeit, große, flache LCD-Bildschirmeals Whiteboards einzusetzen. Das sogenannte "Live Board"sollte ans Netz angeschlossen werden und Kollaborationermöglichen. Die späteren kommerziellen Versionen wur-den mit Retroprojektoren ausgestattet, und mehrere hundertdavon wurden bis 1998 verkauft (10).

Hauptanliegen des Projektes war aber nicht der Prä-scnzunh:rricht. slmdt:rn die gt:mt:insame Arbei, in kleinen

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Räumen mit Hilfe von Notepads, auf denen die Sitzungs-teilnehmer ihre Kommentare schreiben konnten. Das Xerox-System hat in Fonn der heutigen kollaborativen Whiteboardsüberlebt.

An der Universität Stanford arbeitet Terry Winograd aneinem ähnlichen Kollaborationssystem (Interactive Room),das auf Retroprojektoren und mehreren Projektionswändensowie PDAs basiert [3].

2.2 Whiteboardsfür Filzsrifte

Kommerzielle Whiteboards für spezielle Filzstifte werdenin Verbindung mit Software für einen Rechner angebotenund erlauben, das Tafelbild im Computer zu speichern. Dadie Whiteboards ihren Inhalt nicht mit einer Scrollbar nachoben oder unten verschieben können, sind die gespeicher-ten Bilder in der Regel ..Standbilder", die keine dynamischeInfonnation enthalten. Tonaufnahmen werden nicht mitge-speichert. Solche Whiteboards werden vor allem verwendet,um die Ergebnisse von Sitzungen zu protokollieren. Ein Bei-spiel dafür sind die Stifte der Finna Mimio, die per Ultra-schall ihre Position auf der Tafel an den angeschlossenenRechner melden. Damit können sie auch für konventionelleWhiteboards verwendet werden.

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2.3 Xero:c PARC ..Zombieboard"

Ein anderes interessantes Projekt am Xerox PARC ist das..Zombieboard", das aus einer weißen Kunststofftafel und ei-ner Kamera besteht [9]. Die Teilnehmer an einer Diskussionschreiben auf die Tafel. die von einer Videokamera gescanntwird. Durch Analyse der Bilder kann die Software Personenaus dem Bild schneiden und nur das Tafelbild im Computerfesthalten und anzeigen.

Der Ansatz könnte natürlich auf die Lehre erweitert wer-den. allerdings wären für eine große Tafel mehrere Kamerasnotwendig, so daß berührungsempfindliche Bildschinne indiesem Fall kostengünstiger sind.

2.4 TramBOARD Projekt

Das TransBOARD-Projekt am ~lIT Media Laburatory (7) istlIns~rem Ansatz ähnli..:h. dient aber wie ZOl1\bid,oard cher

Abb. 3. Zwei kommerzielleWhiteboards

der gemeinsamen Arbeit als der Lehre. Deswegen werdenkeine kontrastreichen Plasmabildschinne, sondern ein elek-tronisches Whiteboard verwendet.

Die Hauptidee des TransBOARD ist auch die Speiche-rung von Objekten (Mengen von Linienzügen) in physika-lischen Karten. die dann am Rechner gelesen und interpre-tiert werden können. Da in diesem Fall das ..Brainstonning"am Whiteboard im Mittelpunkt steht. können auch entfernteBenutzer über das Internet an den Diskussionen teilnehmen.Aspekte wie das Anwenden von interaktiver Software undHandschrifterkennung spielen in diesem Projekt keine Rolle.

2.5 Erweitertes Whiteboard und VlROR-Projekt

An der Universität Freiburg wurde in Zusammenarbeit mitder Universität Mannheim ein erweitertes WhiteboardfürTe/eteachingund Authoring on the Fly entwickelt [1.8], des-sen Konzeption auf Überlegungen von Prof. Thomas Ottmanzurückgeht. Dabei wird Teleteaching mittels einer elektroni-schen Tafel realisiert. Das Whiteboard soll gleichennaßenfür das Halten von Vorlesungen am Rechner und für Tele-teaching geeignet sein. Dabei bereitet der Dozent Folien alsfarbige Postscriptdateien vor und installiert evtl. benötigteAnimationen und Simulationsprogramme auf dem Rechner,mit dem die Vorlesunggehalten werden soll. Die bei der Vor-lesung anfallenden Audio-, Video- und Whiteboard-Aktions-Ströme werden aufgezeichnet, um hinterher zu einem mul-timedialen Dokument zusammengefaßt werden zu können.Dieses kann dann mit Hilfe eines Abspielprogramms wie-dergegeben werden (Replay). Dabei kann man vor- undzurückspulen sowie bestimmte Vorlesungsteile gezielt an-springen. Abspielprogramme wurden für die PlattfonnenlRlX (SGI), Sofaris (Sun) und Linux (PC) entwickelt. GroßeDatenmengen (Bilder, Folien, Filme, Animationen o.ä.) wer-den dabei unter einer vorher angekündigten FTP-Adresseabgelegt und müssen von den Empfangern vor dem Replayabgeholt werden. Live-Übertragungen von Vorlesungensindauch möglich. Dabei wird MBone verwendet, um Vorlesun-gen z. B. aus Freiburg über Stuttgart nach Mannheim zuübertragen. Die Übertragung wird dabei durch das an derUniversität Mannheim entwickelte Scalable Mlllticast Pro-tokoll (smp) realisiert.

Die Idee. ein Werkzeug sowohl für das Halten von Vor-leslIn!.!cnim Hiirsaal als au..:h für Teleteaching zu entwi-<.:kcln~haben \l.;hiICbt)ardund E-Krcidc gemeinsam. Ebenso

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Abb.4.ComputergeneriertesBild ausdemZombieboard

verhält es sich mit dem Aufzeichnen von Audio-, Video-und Whiteboard-Aktions-Strömen sowie einem Replay, beidem Spulen möglich ist.

Ein Nachteil des erweiterten Whiteboards ist, daß derStudent das Abspielprogramm für das Whiteboard erst aufseinem Rechner installieren muß, bevor er eine Vorlesungbetrachten kann. Während beim Whiteboard große Daten-mengen über FrP vorher abgeholt werden müssen, sindbei E-Kreide die Datenmengen so klein gehalten, daß siewährend der Vorlesung auch bei niedriger Bandbreite über-tragen werden können.

Eine neue Version des erweiterten Whiteboard Systems,AoF (for Authoring on the Fly) wird beim VIROR-Projektverwendet (Virtuelle Hochschule Oberrhein). Das AoF-Toolmuß zuerst geladen werden, bevor die im Internet oderauf CD-ROM verfügbaren Vorlesungen betrachtet werdenkönnen. VIROR ist ein folienbasiertes System mit der Mög-lichkeit der Annotation. Mehrere Vorlesungen für dieses Sys-tem stehen schon im Internet (www.viror.de). Im Rahmendes Projektes "Digital Lecture Board" sind auch an derUniversität Mannheim Vorlesungen entstanden , die einenähnlichen Ansatz wie VIROR verwenden [2].

2.6 Fazit des Vergleichs

Für die heute verfügbaren kommerziellen Systeme ist nichtder Präsenzunterricht die Hauptanwendung, sondern die ge-meinsame Arbeit. Feste Tafelbilder werden gespeichert unddienen der Protokollierung von Ergebnissen. Andere Sys-

Jeme, die auf Folien und spezieller Software basieren, sindweniger flexibel als eine reine Java-Anwendung. die in je-dem Computer lauffähig ist.

In unserem Projekt gab es verschiedene Hürden zu über-winden. Zwei davon waren. mit niedriger Bandbreite Tonund Video zu übertragen. Die gespeicherten Vorlesungensollen von den Studenten auch zu Hause empfangen wer-den können. Außerdem sollte dies mit Java geschehen, dawir keine Plug-ins verwenden möchten. Ebenfalls ein inter-essantes Problem war, eine Benutzerschnittstelle zu entwer-fen, die für eine ganz andere Situation konzipiert war alsfür die Arbeit direkt am Computer. nämlich die Steuerungeines großflächigen Plasmabildschirmes im Unterricht. Nachmehreren Experimenten ist es uns gelungen, eine Benutzer-schnittstelle zu entwerfen, die einfach zu verwenden ist unddie Studenten nicht ablenkt.

3 Architektur des E-Kreide-Systems

Die: An.:hitd;tur unseres Systems wird in Abb.5 gezeigt.Auf dem Vor!esungsrechncr. der an e:inem PI.lsmabildschirm

5

Plumabiklachinn

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Abb. S. Architektur desSystemsfür Live- undzeitversetzteBetrachtung

und einer Videokamera angeschlossenist, wird das Tafelpro-gramm von E-Kreide gestartet. das automatisch einen Serverauf dem Vorlesungsrechner für das Tafelbild startet. Gleich-zeitig werden ein Audio- und ein Video-Server gestartet,über die der Ton und das Bild des Vortragenden aus demVorlesungssaalgesendet werden. Die drei Komponenten desSystems (Tafelbild-, Audio- und Videoserver) laufen par-allel und synchronisieren die Aufzeichnung durch ein vonuns definiertes Protokoll. Sofern die Vorlesung lediglich zurnachträglichen Betrachtung aufgezeichnet wird. genügt es,ein Programm zu starten, welches Tafelbild, Ton und Videoin Dateien abspeichert.

Auf einer vorher angekündigten WWW-Seite kann sichdann ein Zuhörer die Vorlesung live oder zeitversetzt an-hören. Dazu befinden sich auf der Seite ein E-Kreide-

, ein Audio- und ein Video-Applet. Das Tafelbild-Appletnimmt Kontakt zum Tafelbild-Server auf, worauf dieser eineSocket-Verbindung zum Client öffnet und über diese dieTafelereignisse sendet. Das Audio-Applet kontaktiert denAudio-Server und empfängt so den Ton der Vorlesung. Auchhier wird für jeden Client eine Socket-Verbindung geöffnet.Genauso geschieht es mit der Videoverbindung. Der Be-trachter sieht auf seinem Bildschirm zwei Fenster: In einemerscheint das Tafelbild, in dem anderen das Videobild. DasVideofenster kann geschlossen werden, wenn der BetrachterBandbreite sparen will, ohne das Tafelbild zu verlieren.

Abbildung 5 stellt die Architektur des Systems für Live-und zeitversetzte Betrachtung dar.

Im Fall der Offline-Betrachtung ist es ähnlich. Der Un-terschied besteht darin, daß die Applets sich nicht mehr miteinem Server verbinden, sondern die benötigten Daten überHTTP aus einer Datei lesen. Beim Beenden des E-Kreide-Programms werden die Tafelereignisse, Audio und Video ineinem vorher spezifizierten Verzeichnis abgespeichert. Wenndieses Verzeichnis über eine WWW-Adresse freigegeben ist,können E-Kreide-Applets die Ereignisse aus ihm lesen.

Der Betrachter einer Vorlesung kann über eine Steuer-konsole Tafel, Ton und Video anhalten, vor- und zurück-spulen. Es ist auch möglich, während einer Live-Vorlesungzurückzuscrollen, um vorangegangene Tafelbilder zu be-trachten.

4 Benutzerschnittstelle

Um über den deutschsprachigen Raum hinaus Verwendungzu finden, ist die Benutzerführung innerhalb des Programmsin Englisch gehalten. Umjedoch die folgenden Erläuterungenlesbarer zu machen. werden hierbei die deuls.:hen Begriffeverwendet.

6

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Abb. 6. Eine leere Tafel mit Menü

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Abb. 7. Das lokale MenU

4.1 BellUt:.erschllittstelLe für Vortragende

Der Vortragende startet auf dem Vorlesungsrechner die E-Kreide-lava-Applikation. Nach dem Programmstart ist zu-'1ächsteine leere Tafel zu sehen, die in der Hintergrundfarbe

~ingefjrbt ist. Die Auflösung ist abhängig vom verwende-ten Plasmabildschirm oder Projektionssystem (die maximalmögliche Auflösung wird automatisch benutzt). Ein Menü,über das der Benutzer Aktionen ausführen und Einstellungenvornehmen kann. ist über die Menüleiste sowie über ein Po-pupmenü. das bei Drücken der rechten Maustaste erscheint,zu erreichen. Abbildung 6 zeigt eine leere Tafel sowie einoffenes Menü.

Der Vortragende kann nun freihand auf die Tafel zeich-nen, indem er einen Stift bewegt. Dies kann er am Bild-schirm selbst oder an einem Digitalisiertablett tun. Dabeiwird zunächst die Farbe und die Linienstärke verwendet.die in der Konfigurationsdatei angegeben ist. Farbe und Li-nienstärke können jederzeit über das Menü geändert wer-den. Wir haben auch eine kabellose Tastatur an unser Sys-tem angeschlossen. Dadurch ist es möglich. Menüoptionendirekt durch Tastenkombinationen auszuwählen. Studentenim Hörsaal können mit einem kabellosen Digitalisiertablettrnitschrt:ib.:n.

Dl'r D"/t:nf kann auch durch einen Doppelklick amSti!'( ein I. ~;Ib \knü öffnen. üher das alle Optionen des

Abb. 8. Typisches Tafelbild

Programms ansteuerbar sind. Abbildung 7 zeigt das lokaleMenü. Farbe und Breite des Stiftes sowie die Größe des überdas Tastatureingegebenen Textes kann man durch Anklickender Knöpfe im Menü verändern. Die Knöpfe in den oberenLeisten erlauben es, Bilder, Applets, Mathematica-Anfragenoder Tastatureingaben ins Tafelbild zu integrieren.

Sollte als Werkzeug der Schwamm eingestellt sein. kannman durch Bewegung des Stiftes bei gedrückter linkerTaste bereits Gemaltes wegwischen, wobei eine einstell-bare Schwammdicke für das Wischen verwendet wird.Abbil-dung 8 zeigt ein typisches Tafelbild, das mit E-Kreide (undSchwamm) erzeugt wurde.

Zusätzlich zu Handschriftzeichnungen kann der Benut-zer auch mit der Tastatur Text eingeben. indem er im MenüBearbeiten den Menüpunkt Texteinfügen auswählt. Zunächsterscheint ein kleines rechtwinkliges Symbol. das den Maus-bewegungen des Benutzers folgt und somit ein PlazierendesTextes ermöglicht. Durch Eingabe über die Tastatur könnennun Zeichen auf den Bildschirm geschrieben werden. Dieseerscheinen in der Farbe und Textgröße, die ebenfalls imMenü Bearbeite1leingestellt werden.

Mit den Pfeiltasten kann man im bisher geschriebenenText navigieren. Zeichen löschen und mit der RETURN-Taste die Eingabe abschließen. Sollte der rechte Rand er-reicht sein, wird der Text automatisch umbrochen. Die aktu-elle Position im Text wird durch den Cursor (eine senkrechteLinie) dargestellt.deren Länge der Textgröße entspricht. Ab-bildung 9 zeigt das Resultat der Eingabe eines Textes alsUnterschrift zu einer Skizze.

Es ist auch möglich, eine abgeschlossene Texteingabeeinem anderen Programm zur Auswertung zu übergeben.Voraussetzunghierfür ist. daß das Programm über eine tex-tuelle Schnittstelle verfügt. Hierfür erwies sich Mathema-tica (ein Computer-Algebra-System der Firma WolframRe-search) als besonders geeignet. so daß die Mathematica-Anbindung auch in E-Kreide implementiert wurde.

Wenn der Benutzer nun eine Anfrage an Mathema-tica stellen will, so wählt er aus dem Menü Bearbeitenden Menüpunkt ,\4athelllatica-,'\llfrageeillfiir:,CIl Zunächstverhiilt sich das Pw!!rarnrn \vi~ bei tkr T~xt.:ingabe.Abersobald die Eingabeabgeschlo:'>senist. wird der T.:xtanMa-

Abb. 9.Texteingabe über die Tastatur

Abb. 10. Tafelbild nach Einfügen einer Grafik

thematica geschickt. das ihn auswertet und ein textuelIes-rgebnis zurückliefert.

' /' ~Sofern es sich um eine Anfrage für eine graphische Aus-gabe handelt, erhält der Benutzer die Möglichkeit. diese aufdem Bildschirm zu plazieren. Dabei sind die Begrenzungender Graphik zu sehen. die ähnlich wie bei der Plazierungeines Textes den Mausbewegungen des Benutzers folgen.Abbildung 10 zeigt ein Tafelbild mit einer Mathematica-Graphik.

Unser System erlaubt auch das Laden von Bildern so-wie die interaktive Arbeit mit Applets aus dem Internet. DerDozent kann über einen Dialog eine Internet-Adresse ein-geben. Das dazugehörige Bild bzw. Applet wird in das Ta-felbild integriert. Auf diese Weise kann der Dozent auf diewachsende Anzahl von Applets für die Lehre zurückgreifenund sie im Unterricht einsetzen. Abbildung 11 zeigt das Er-gebnis des Ladens eines Geometrie-Applets (von der Seite..www.cinderella.de..) für die Illustration und den Beweis desSatzes von Pythagoras. Der Dozent kann die Größe der Sei-ten dc:; Dreic:ds ändern. \\'nr~tufhinsich alk Bilder gleich-lc'lli~ \cLind<.:rn.

Ik!1I1 ('I:-:n!. .11:;" l. H. i'c'::n SludcrH<.:nll1 Ilau:;e. wird

:.,\..::!.dl, \:~:". \r'ri~i .::1' . !l.:t~ I:1\\,.'1'nI.:[ ~..:Li~iCi1linJ \'oln 00-

7

Abb. 11. Ein Applet aus dem Internet

.......- ~

'. ...~.:..,...".-.;;.:..-

Motivation

·Alternative: Übertragung durchjava.net.Socket- Verbindungen- keinefestgelegteSemantikder Obcrtragenen

Byte-Ströme-:>Protokolleerlorderlich- Programminderung -> Protokolländerung

- Kommunikationzwischen~nichtZ\\ischenl~

-+ ..::.~ , :"'~' r::. ~,~ ~!.~: \-::":1-;::,"!.:O"I-.

....... Mfl...".,w..

~::.4.;). ~ta:=J:.1I~J__I~I ~.~ I~~f ;.T~

Abb. 12. Einfügen von vorbereiteten Folien in die Tafel

zenten ferngesteuert. Am Ende der Vorlesung kann aber derStudent das Applet selbst bedienen und andere, eigene Ex-perimente ausführen. Die Vorlesung bleibt auch nach demAbspielen interaktiv.

Man kann also Bilder, Applets und sogar Folien aus demInternet oder von der lokalen Festplatte laden. Die Folienmüssen als Bilder vorliegen (JPEG oder GIF) und könnenüberall im Laufe der Vorlesung eingeblendet werden. Einelangwierige Eingabe der Adresse der Bilder ist nicht notwen-dig. falls diese bei der Vorbereitung als Lesezeichen (Book-marks) abgelegt wurden. Der Dozent kann aber auch spontaneine beliebige Folie aus dem Internet laden. Abbildung 12zeigt eine im Tafelbild eingeblendete Power-Point-Folie, dieals Bild gespeichert wurde.

Es ist dabei natürlich auch möglich. die Folie währenddes Vortragszu bemalen. wie hier durch die roten Markierun-gen angedeutet. Anders als bei einem herkömmlichen Vor-trag. bei dem üblicherweise die Folien ins World Wide Webgestellt werden. können hier auch diejenigen. die sich denVortrag später anschauen, diese Ergänzungen sehen.

Mit Hilfe einer Scrollbar an der rechten Seite der Ta~fe! kann man den sichtbaren Bcreich der Tafe! nach obenund unten s.:hieben. Die virtuelle Gesamthiihe der Tafel istzun;idls1 böcbränkt. wird aU!\1malischum eine TafclhÖhc:

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vergrößert, sobald man den sichtbaren Bereich ganz nach un-ten verschiebt. Damit hat die Tafel nach unten unbegrenzteLänge, während die Breite auf einen Bildschirm beschränktist. Daher empfiehlt es sich, eine Vorlesung oben an der Ta-fel anzufangen und im Laufe der Zeit immer weiter nachunten zu wandern.

Da die Benutzung der Scrollbars mühselig und schwie-rig sein kann, gibt es am unteren und oberen Rand der Tafelnoch zwei weiße Halbkreise, die als ..Scrollpunkte" dienen.Wenn man mit dem Stift auf den unteren Halbkreis auf-setzt, kann man den sichtbaren Bereich der Tafel nach untenschieben, indem man den gedrückten Stift nach oben zieht.Dies entspricht dem Nach-oben-Schieben einer Tafel mit derHand. Entsprechend kann man auch beim oberen SerolI-punkt den sichtbaren Bereich nach oben schieben. Damitdie Scrollpunkte auch bei weißer Hintergrundfarbe sichtbarsind, haben sie einen kleinen schwarzen Rand.

Im Menü Bearbeiten gibt es noch den Menüpunkt AL-les löschen. Damit kann man den kompletten Tafelinhaltlöschen. Man verläßt das Programm wie üblich über dasMenü Datei-Beenden. Die aufgetretenen Tafelereignisse, Au-dio un Video werden dabei automatisch im vorher spezifi-zierten Verzeichnis abgelegt. Um zu verhindern, daß bei ei-nem Rechnerausfall oder einem Programmabsturz die Vorle-sungsdaten unwiederbringlich verlorengehen, werden sie imAbstand von 60 Sekunden automatisch abgespeichert.

Im Menü Hilfe steht demnächst eine Online-Dokumen-tation zur Verfügung.

4.1 Verwendung von anderen Java-Applets

Applets können aus dem Internet, ohne Änderung und so,wie sie in einer beliebigen Homepage vorliegen, geladenwerden. Da die beim Applet auftretenden Ereignisse aufge-zeichnet und beim Client wieder abgespielt werden, müssendie Applets deterministisch sein.

So darf etwa das Verhalten des Applets nicht randomi-siert sein. Betrachten wir z.B. ein Schachapplet, das nicht nurZüge überwachen, sondern selber spielen könnte, und diese

' /Züge dann auch noch teilweise zufällig ausgewählt werden,dann kann es passieren, daß beim Client ein anderer Zugausgeführt wird als beim Server, also auf der Tafel im Vor-lesungsrechner. Das kann dazu führen, daß der folgende Zugdes Dozenten, der das Spielen gegen das Schachprogrammdemonstriert, unsinnig oder sogar unzulässig wird.

Auch die Simulation eines randomisierten Sortieralgo-rithmus, in dem die einzelnen Schritte nacheinander aus-geführt und angezeigt werden, könnte z.B. zu erheblicherIrritation führen, wenn die erklärenden Worte des Dozenten(..Jetzt wird die 7 mit der 12 verglichen.") nicht mit demübereinstimmen, was auf der Clientseite zu sehen ist.

Im Gegensatz dazu ist die Verwendung eines randomi-sierten Algorithmus, der nur Einfluß auf die Laufzeit, nichtaber auf das äußere Erscheinungsbild des Applets hat, durch-aus denkbar. Dies ist z.B. bei einem Applet der Fall, das ran-domisiert die konvexe Hülle berechnet. Würden allerdingseinzelne Schritte des Algorithmus zu sehen sein. wäre dasApplet ungeeignet.

Die verwendeten Appll:t:;dürfen ebensowenig von Zeit-punkt.:n abhängig sein. an denen Ereignisse ausgeführt wer-

...

den, da es auf Clientseite möglich ist, die Vorlesung anzu-halten, vor- und zurückzuspulen.

Aus Effizienzgründen werden nur bestimmte Ereignisse,die das Applet auf Serverseite empfangt, aufgezeichnet undan die Clients weitergeleitet. Dabei handelt es sich um dieEreignisse, die in Java ein MouseListener oder ein Action-Listener empfängt, beispielsweise aber nicht die Ereignisse,die ein MouseMotionListener oder KeyListener empfangt.Daher sind Applets ungeeignet, die auf Mausbewegungenreagieren - egal, ob mit gedrückter Maustaste oder nicht- sowie Applets, die auf Tastatureingaben reagieren. Wennsich diese Einschränkungen allerdings als zu stark heraus-stellen sollten, könnten wir sie mit relativ kleinem Aufwandaufheben.

Bisher wird die Tafel beim Client in der gleichen Größeangezeigt, in der sie auch im Vorlesungssaal zu sehen war.Falls allerdings die Bildschirmauflösung beim Client dafürnicht ausreicht, ist ein Teil der Tafel nicht zu sehen. Deshalbwird es in Zukunft für den Client möglich sein, die Größeder Tafel selbst festzulegen. Alle Ereignisse werden dann aufdie neue Größe skaliert. Dies hat dann aber für die Verwen-dung von Applets die Folge, daß sie skalierbar sein müssenund sich auch skaliert sinnvoll verhalten. Betrachten wir z.B. einen anklickbaren Aktionsbereich, der sich am unterenRand des Applets befindet und unabhängig von der Größedes Applets immer gleich groß ist. Dann kann es passie-ren, daß er zwar auf Serverseite bei einem Mausklick knappoberhalb verfehlt wird, aber auf der Clientseite, bei der dasApplet auf eine kleinere Größe herunterskaliert wurde. ge-troffen wird.

4.2 Benutzerschnittstelle für Betrachter

Der Betrachter braucht nur die zur Vorlesung angegebeneInternet-Adresse aufzurufen. Er erhält dann ein Fenster,das genau wie das Fenster der Tafel aussieht: eine großeMalfläche mit einer Scrollbar auf der rechten Seite. Nurdie Menüs unterscheiden sich vom Tafelprogramm. DieAbbildungen 8 bis 12 sind Ausschnitte vom Bildschirmdes Betrachters. Falls ein Video aufgenommen wurde, wirdaußerdem ein kleines Videofenster eingeblendet, in dem derVortragendezu sehen ist. Einige Vorlesungenwerden nur mitTafelbild und Audio übertragen. Andere erhalten Videodazu,falls die Videokamera des Systems eingeschaltet wurde. DerBenutzer kann entscheiden, ob er das Videofenster sehenwill. Optional kann er es schließen und damit Bandbreitesparen.

Während die Vorlesung läuft, kann der Benutzer zwi-schen Live- und zeitversetzter Betrachtung wählen. Im Fallder Live-Betrachtung werden Ereignisse, die schon vor demAufrufen der Seite aufgetreten sind, so schnell wie möglich,und dann alle weiteren auftretenden Ereignisse sofort abge-spielt. Bei der zeitversetzten Betrachtung entspricht der Zeit-punkt. an dem das Applet gestartet wurde, dem Zeitpunkt O.an dem die Vorlesung begonnen wurde. Alle weiteren Er-eignisse werden dann mit der entsprechenden Verzögerungangezeigt. so daß die ursprünglichen Zeitintervalle zwischenden Ereignissen erhalten bleiben.

Über~eineSteuerkonsole bnn der Betrachter das Abspie-It:n dcr \i'rksung anhalten s,)\\'ie v\)r. und zurückspukn. Die

.~.:.. '_4"~ ~4' -:;~j

Abb. 13. Video fenster beim Client

Steuerkonsole wird noch laufend verändert. da aber die Be-nutzer keine neue Software laden müssen. merken sie davonnichts.

Im Menü Bearbeiten kann der Benutzer einstellen. wel-cher Bildsc/tirmausschnitt gerade zu sehen sein soll. SollteVom Server gesteuert eingestellt sein, ist immer der Bild-~chinnausschnitt zu sehen. der bei der Vorlesung im Hörsaal

~uch zu sehen ist bzw. war. Bei Von Server und Betrachtergesteuert kann der Betrachter über die Scrollbar auf der rech-ten Seite den aktuellen Bildschinnausschnitt verändern. Dieskann beispielsweise sinnvoll sein. wenn man sich einen vor-herigen Vorlesungsteilnoch einmal durchlesen will. währenddie Vorlesung schon weitergelaufen ist und der gewünschteTeil den sichtbaren Bereich verlassen hat. Sollte sich jedochbei der Vorlesung der sichtbare Bereich ändern. springt erbeim Betrachter automatisch zurück, damit er weiß. an wel-cher Stelle der Dozent sich gerade befindet. Ist dies nichtgewünscht. kann man VomBetrachter gesteuert einstellen.

Die Malfläche beim Betrachter ist rein passiv undempfängt nur Ereignisse vom Server bzw. aus der Datei.die sich an der angegebenen URL befindet. Der Betrachterselbst kann nicht zeichnen, kann aber nach der Vorlesungdie Applets bedienen.

5 Zusammenfassung und Ausblick

Jine elektronische Tafel kann aus berührungsempfindlichenPlasmabildschirmen oder einer beliebigen Aachbildschinn-technologie. inklusive Projektionsysteme. bestehen. Plasma-bildschinne sind leuchtstark und besitzen einen idealen Kon-trast für den Einsatz im Klassenraum. der nicht verdunkeltzu werden braucht. Leider sind Plasmabildschinne noch re-lativ teuer und werden deswegen zunächst in Firmen undgroßen Universitäten eingesetzt. Mit der Zeit wird es kos-tengünstige Alternativen für Schulen geben. Wir arbeiten z.Zt. auch mit Projektionssystemen.

Unsere Tafel ist an einen Rechner angeschlossen. derdas Tafelbild automatisch ins Internet speist (eine vorherdefinierte WWW-Adresse). Es ist möglich. eine Vorlesungim Internet zu verfolgen. Das gesamte Tafelbild steht miteiner kleinen Verzögerung im Internet zur Verfügung. DerBetrachter braucht nur die WWW-Adresse der Vorlesungzu wählen und erhält Tafelbild. Audio und Video ohnezusätzliche Plug-ins in seinem Browser.

Der Lehrende kann Bilder. Folien und interaktive Pro-!.!rammefür den Unterricht einsetzen. Solche Bausteine sind~'()rder \'orksllng dllr..:heinfache Auswahl der Dateien oder

9

Adressen als Bookrnarks ablegbar. Der Dozent kann aberauch während des Vortrags ein Applet aufrufen. zu dessenVerwendung er sich spontan entschlossen hat. Er kann auchfrei zeichnen und die pädagogischen Vorteile der Kreidetafelausschöpfen.

In zukünftigen Versionen unserer Software werden wei-tere Optionen eingebaut sein. Einige davon sind:

_ automatische Verbesserungder Schrift: Frei gezeichneteLinienzüge können automatisch geglättet werden. Es istauf diese Weise möglich. Schrift lesbarer zu machen.ohne die Semantik des Textes zu kennen;

_ geometrische Objekte: Quadrate. Kreise. Kugeln undweitere geometrische Figuren werden zur Verfügungge-stellt. so daß der Dozent relativ schnell gute Skizzenanfertigen kann;

_ Vollständige Handschrifterkennung: Das Tafelbild wirdim Hintergrund vom Computer bearbeitet. um die Hand-schrift zu erkennen. Der transkribierte Text wird imComputer gespeichert. Auf Anforderung kann später dertranskribierte Text statt des handschriftlichen Textes aufder Tafel gezeigt werden. Skizzen und Diagramme wer-den zusammen mit dem transkribierten Text gespeichert.Wir haben bereits eine erste Version der Handschrifter-kennung implementiert. die die Auswertung von mathe-matischen Ausdrücken erlaubt.Wir denken zunächst an den kooperativen Benutzer. derdie Arbeit der Handschrifterkennung vereinfacht. Hand-schrifterkennung ist nicht überall sinnvoll. da wir dasTafelbild speichern. Sie kann aber insbesondere die Be-dienung von Mathematica einfacher machen und für In-dizierungszwecke verwendet werden. So kann der Benut-zer später in Suchmaschinen Begriffe eingeben und wirddann an die entsprechenden Vorlesung an die richtigenStelle weitergeleitet;

- nachträgliches Editieren: Das System soll in Zukunftnachträgliches Editieren unterstützen. um Fehler zu be-seitigen oder Ergänzungen vorzunehmen.

Unsere Experimente an der Freien Universität Berlinsind sehr erfolgreich verlaufen. Die elektronische Tafel er-laubt. mit einem guten Tafelbild interessante Vorlesungenzu halten. Wir haben bereits angefangen. erste Vorlesun-gen im Netz zu speichern (unter der Adresse ..www.e-kreide.den). Ab den Sommersemester 2001 werden wir mitder regelmäßigen Übertragung von regulären Vorlesungenanfangen.

In Zukunft werden wir über eine Tafel mit mehrerenMetern Diagonale und einer kontaktsensitiven Oberflächeverfügen. Dann wird E-Kreide alle Vorteile der Kreidetafelwirklich integrieren können.

Danksagung. Unser Projekt hat von der Erfahrung und dem Rat von Mit-arbeitern des Instituts für Infonnatik der FU Berlin wesentlich profitiert.Bernhard FrötschJ hat die Java- Version des Audio- und Videotibertragungs-

Applets mitenrwickelt. Sven Behnke hat geholfen. die Übertragungs ratedes Videoapplets zu beschleunigen. Wir bedanken uns auch bei den Stu-denten der Vorksung Rechnersrrukturen. die Testpersonen für den erstenEinsatz des E-Kreide-Syslcms gewesen sind. Di~ Feuertauf.: des Syst.:msfand w;ihrend dieser V,)rlcsung mit mt'hr als 200 Teilnehman im Oklob..-r20110 SIJtI.

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Raul Rojas iSIseit 1997 Professor für Künstliche Inlelligenz an der FreienUniversität Berlin. Er war Professor für KI an der Universität Halle.Wittenberg von 1994 bis 1997. Studium der Mathematik, Pbysik und In-formatik in Mexiko und Deutschland

Lars Knipping ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der FU Berlin undpromovien im Rahmen des E-Kreide-Projekts. Studium der Mathematikund Informatik an der FU Berlin

Ulrich Raffel hat Module für den Tafelbildserver und .client im Rahmen

seiner Diplomarbeit an der FU Berlin geschrieben

Gerald Friedland ist Student der Informatik an der FU Berlin. Er war 1998Landcssiegu des Wettbewerbs ..Jugend forscht" in Bulin mit einer Arbeitüber Internet-Radio