Integrierte Lernumgebungen für virtuelle Hochschulen

1 Einleitung

Virtuelle Hochschulen erg�nzen das Pr�-senzangebot herk�mmlicher Hochschulenmit virtuellen Lehrangeboten. Neben einerErweiterung des Angebotsspektrums wer-den dabei neue didaktische Wege beschrit-ten, die auch die Weiterbildung mit ein-beziehen. Ein Beispiel f�r diese Entwick-lungen ist die neu gegr�ndete VirtuelleHochschule Bayern (vhb) [http://www.vhb.org]. Die Virtuelle Hochschule Bay-ern ist ein Verbundinstitut aller staatlichenUniversit�ten und Fachhochschulen inBayern. Sie b�ndelt in ihrem Portal virtu-elle Lehrangebote, die von Anbietern ausden Universit�ten und Fachhochschulenf�r die Aus- und Weiterbildung bereit-gestellt werden. Das F�cherspektrum um-fasst zur Zeit die Lehrgebiete Informatik,Ingenieurwissenschaften, Medizin, Wirt-schaftswissenschaften und Schl�sselquali-fikationen. Die virtuellen Lehrangebotewerden den Studierenden �ber computer-gest�tzte Lernumgebungen bereitgestellt.Eine Lernumgebung stellt dazu ein Spek-trum spezifischer Lehr- und Lernmanage-mentdienste f�r verschiedene Lernsitua-tionen zur Verf�gung. Im Zuge der Gestal-tung virtueller Hochschulen sind die An-forderungen an Lernumgebungen sowiederen Architekturen in den Vordergrunddes Interesses ger�ckt. Erfahrungen mitLernumgebungen liegen bereits seit vielenJahren vor. Die L�sungen reichen von syn-chronen Online-�bertragungen von Vor-lesungen bis zu Offline-Selbstlernumge-bungen auf CD. Seit Verf�gbarkeit des In-ternet werden dessen Potenziale zuneh-mend genutzt. Der Beitrag beschreibt eineLernumgebung, die f�r Lehrangebote imBereich der Wirtschaftswissenschaftenentwickelt wurde und innerhalb der Virtu-elle Hochschule Bayern im Einsatz ist. DieLernumgebung ist Internet-basiert undkann von Arbeitspl�tzen mit Internet-Zu-gangspunkten innerhalb und außerhalbvon Hochschulen genutzt werden. Sie in-tegriert mehrere Teillernumgebungen, dieauf unterschiedliche Lernziele wie Erwerbvon Sach- undHandlungswissen oder Pro-bleml�sef�higkeit ausgerichtet sind. Zurallgemeinen Beurteilung von Lernans�tzenund Lernumgebungen werden Effektivi-t�ts- und Effizienzkriterien herangezogen.

2 Lehr-/Lernsituationen

2.1 Klassifikationvon Lehr-/Lernsituationen

Studierende erleben die herk�mmlichenPr�senzveranstaltungen Vorlesung, �bungund Seminar sowie Arbeiten in der Biblio-thek oder in Arbeitsgruppen als unter-schiedliche Lehr-/Lernsituationen. Vor-lesungen dienen dem Erwerb von Wissen,ein Dozent f�hrt die H�rer durch ein The-mengebiet. W�hrend die H�rer hier in eineeher passive Rolle gedr�ngt sind, erm�gli-chen �bungen und Seminare eine aktiveTeilnahme, die durch �bungs- oder Semi-narleiter moderiert wird. Lernziele dieserbeiden Veranstaltungsarten sind in ersterLinie Probleml�sef�higkeit und sozialeKompetenz in Gruppenarbeiten. Die ge-nannten Lehrveranstaltungen sind inGruppen, bei Vorlesungen m�glicherweisein Großgruppen organisiert. Einzellernenfindet hingegen in Bibliotheken oder zuHause anhand von Lehrb�chern oderdurch Recherchen in Lexika, Kompendienetc. statt.

Innerhalb eines Studiengangs werdenverschiedene Lehr-/Lernkonzeptionen ver-wendet, um auf unterschiedliche Lern-

inhalte und die zunehmende Lernerfah-rung der Studierenden einzugehen. Her-k�mmliche didaktische Ans�tze verwen-den zur Klassifizierung dieser Konzeptio-nen folgende Kriterien [vgl. Acht84, 28;Asch76, 40; Eins78, 60; KaKa99, 16 u. 123;Spet97, 189; St�c60, 120]:

, Lernziele: Welcher Art sind die zu be-handelnden Inhalte und welcher Lern-bedarf wird damit abgedeckt?

, Aktionsform: Welche Rolle �berneh-men Lehrende und Lernende bei derDurchf�hrung der Lehr-/Lernprozes-se?

, Sozialform: Welche Kommunikations-und Kooperationsformen zwischenLehrenden und Lernenden werden ge-nutzt?

, Medien: Welche Medien kommen zumEinsatz?

Prof. Dr. Otto K. Ferstl, Dr. KlausSchmitz, Lehrstuhl f�rWirtschaftsinfor-matik, insbes. Industrielle Anwendungs-systeme, Otto-Friedrich Universit�tBamberg, Feldkirchenstr. 21,D-96045 Bamberg, E-Mail: {otto.ferstl |klaus.schmitz}@sowi.uni-bamberg.de

Integr ier teLernumgebungen

f�r v ir tuelle Hochschulen

Otto K. Ferstl , Klaus Schmitz

WI – Schwerpunktaufsatz

WIRTSCHAFTSINFORMATIK 43 (2001) 1, S. 13–22 13

F�r die Gestaltung von Lernumgebungensind diese Kriterien zu wenig trennscharf.Im Folgenden wird daher ein Kriteriensys-tem f�r Lernaufgaben und Lehr-/Lernsi-tuationen skizziert, das sich am allgemei-nen Aufgabenbegriff orientiert und auf dieoben genannten Kriterien Bezug nimmt(siehe Tabelle 1).

Ausgangspunkt des Kriteriensystemsist der Lernbedarf eines Studierenden, imFolgenden auch als Lerner oder Lernenderbezeichnet. Der Lernbedarf resultiert ausder Differenz zwischen der Kompetenz,die ein Lernender besitzen soll, und seinemaktuellen Kompetenzstand. Aus diesemLernbedarf ist eine Lernaufgabe f�r denLernenden abzuleiten. Er wird bei derenDurchf�hrung von Lehrern sowie zus�tz-lichen Serviceeinrichtungen unterst�tzt,die dabei ihrerseits Lehr- bzw. Serviceauf-gaben �bernehmen. Dazu geh�ren auchcomputergest�tzte Lernumgebungen, dieals Anwendungssysteme Lehr- und Ser-viceaufgaben durchf�hren [vgl. Mand93,31].

Die genannten Lehr- und Lernaufgabensowie die zugeh�rigen Lehr- und Lernpro-zesse werden in Anlehnung an die Merk-male des allgemeinen Aufgabenbegriffs an-hand folgender Kriterien beschrieben [vgl.Schm00, 152 ff. u. 206 ff.]:

, Lernbedarf: Sachziele von Lernaufga-ben werden in kognitive, affektive undmotorische Lernziele differenziert. Inwissenschaftlichen Studieng�ngen ste-hen kognitive Lernziele im Vorder-grund. Formalziele sind u. a. die Ver-

f�gbarkeit von Sach- und Handlungs-wissen oder die F�higkeit zur Anwen-dung von Wissen bei der L�sung vonProblemen.

, Dom�nengliederung und -sequenzie-rung: Ein dom�nenspezifisches Lern-zielsystem wird nach dom�nen-syste-matischen oder nach dom�nen-didakti-schen Prinzipien strukturiert. Lernwe-ge sind gem�ß dieser Gliederung zuw�hlen.

, Koordination: Lehrer und Lerner ste-hen in hierarchischer oder nicht-hierar-chischer Koordinationsbeziehung. ImFall der hierarchischen Koordination�bernimmt ein Lehrer, andernfalls derLerner selbst die Festlegung, Struktu-rierung und Sequenzierung der Lern-ziele. Im Kontext dieses Beitrags wer-den ausschließlich nicht-hierarchischeKoordinationsformen betrachtet, in de-nen Erwachsene autonom ihre Lernzie-le festlegen und verfolgen.

, Lehrleistung: Als Lehrleistungen wer-den die von einem Lehrenden erbrach-ten Dienstleistungen bezeichnet und infolgende Kategorien unterschieden: (1)Vermitteln von Wissen, (2) Stellen undKorrigieren von �bungsaufgaben zurWissensvertiefung sowie zum Erwerbvon Probleml�sekompetenz, (3) Bera-tung bei der Durchf�hrung einer Lern-aufgabe, (4) Steuerung und Kontrollevon Lernaufgaben sowie (5) Bereitstel-lung von Experimentierbauk�sten f�rdie Durchf�hrung von Experimenten.

, Aufgabentr�ger: Es sind Aufgabentr�-ger f�r die Aufgaben Erstellung, Bereit-

stellung und �bermittlung einer Lehr-leistung zu unterscheiden. Elektro-nische Medien dienen �berwiegend derBereitstellung und �bermittlung, beiinteraktiver �bungsbearbeitung auchder Erstellung von Lehrleistungen.

, Zeitpunkte bez�glich Lehrleistungund Lernbedarf: Bez�glich des zeitli-chen Abstandes zwischen Erbringungund �bermittlung der Lehrleistungwerden die Zeitpunkte Teaching in Ad-vance und Teaching on Demand, be-z�glich des Abstandes zwischen Lern-prozess und Lernbedarf die ZeitpunkteLearning in Advance und Learning onDemand unterschieden.

, Kommunikation: Es werden synchro-ne und asynchrone sowie verteilte undnicht verteilte Kommunikationsprozes-se zwischen Lehr- und Lernprozess un-terschieden.

, Kooperation: In Abh�ngigkeit von derAnzahl der Lernenden je Lehrer wirdzwischen Einzel- und Multilehren, undabh�ngig vom Grad der Kooperationder Lernenden zwischen Einzel- undkooperierendem Lernen unterschieden.Vorlesungen weisen z. B. die MerkmaleMultilehren und Einzellernen auf.

2.2 Charakterisierungvon Lehr-/LernsituationenAnhand dieser Kriterien k�nnen nun dieherk�mmlichen Lernsituationen und Ver-anstaltungsarten an Hochschulen charak-terisiert und dabei m�gliche Virtualisie-rungen aufgedeckt werden [vgl. Schm00,202 ff.]:

, Vorlesung: Dozenten bieten in ihrenVorlesungen Lernziele an und richtendie Lehrinhalte darauf aus. Die Studie-renden m�ssen entscheiden, inwieweitdiese Lernziele mit ihrem Lernbedarf�bereinstimmen. Es liegen dieMerkma-le Teaching on Demand, Learning inAdvance,Multilehren und Einzellernenvor. Die Dom�nengliederung erfolgti. d. R. nach didaktischen Prinzipien.Die Kommunikation erfolgt synchronam selben Ort in Form einer Face-to-Face-Kommunikation.

, �bung: In der Lehrveranstaltung�bung stehen die Lehrleistungen�bungsaufgaben, Beratung und Expe-rimentierbauk�sten im Vordergrund.Dazu dienen z. B. Plan- und Rollen-spiele, Fallstudien oder Projekte. Der

Tabelle 1 Beziehungen zwischen Didaktik-Kriterien und Kriterien f�r Lernaufgaben

Kri terien f�r Lernaufgaben. . . in

Didakt ik-Kr i ter ien

werdenaufgegriffen. . . Le

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7 vollst�ndig " �berwiegend ! geringf�gig


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Lehrinhalt ist nach didaktischen oderproblemorientierten Aspekten struktu-riert. Die Kommunikation erfolgt Face-to-Face.

, Seminar: In Seminaren erarbeiten Stu-dierende Beitr�ge zu fachlichen Fra-gestellungen. Ziele eines Seminars sindebenfalls der Erwerb von Wissen undProbleml�sef�higkeit sowie von sozia-ler Kompetenz. Seminare beinhaltendazu Fachvortr�ge oder Projektleistun-gen der Studierenden. Es liegt eine ko-operierende Lernform vor. Die Dom�-nengliederung ist im Allgemeinen pro-blemorientiert-systematisch.

, Selbstlernsituation: In der Selbstlernsi-tuation lernen Studierende einzeln un-ter ausschließlicher Nutzung von Me-dien in Form von Einzellehren und Ein-zellernen. Die Bereitstellung der Lehr-leistung �bernimmt ein Buch. Die Lehr-leistung wird von den Autoren auf Vor-rat im Hinblick auf einen unterstelltenLernbedarf erstellt (Teaching in Ad-vance). Lernende w�hlen ggf. aus meh-reren verf�gbaren Lernzielen und k�n-nen Ort, Zeit sowie Tempo und Verlaufihres Lernprozesses selbst bestimmen.

In Tabelle 2 sind zusammenfassend dieMerkmalsauspr�gungen der verschiedenenLehr-/Lernsituationen dargestellt. Die Ta-belle zeigt u. a., dass vorteilhafteMerkmaleder Selbstlernsituation wie Unabh�ngig-

keit von Ort und Zeit des Lernprozessesoder Einzellehrenmit eher nachteiligen Ei-genschaften wie Einzellernen und Be-schr�nkung aufWissenserwerb kombiniertsind.

3 Effektivit�t und Effizienzvon Lernprozessen

Die Auswahl geeigneter Lehr-/Lernsitua-tionen einschließlich der zugeh�rigen Auf-gabentr�ger f�r die entsprechenden Lehr-aufgaben setzt eine Pr�fung der in der je-weiligen Situation erreichbaren Effektivi-

t�t und Effizienz von Lernprozessen vo-raus. Im Folgenden werden daher ver-schiedene Lehr-/Lernsituationen in Kom-bination mit m�glichen Aufgabentr�gerndahingehend untersucht, welche Effektivi-t�t und Effizienz in den zugeh�rigen Lern-prozessen erreicht werden kann. Soweitn�tig wird dabei zwischen der Erstellung,Bereitstellung und �bermittlung der Lehr-leistung differenziert. Die Effektivit�t ei-nes Lernprozesses beschreibt den Umfangund die Qualit�t der dadurch erreichtenZunahme an Kompetenz der lernendenPerson, die Effizienz misst in Relation da-zu den erforderlichen Umfang an Zeit undAufwand des Lernprozesses.

Kernpunkte f�r dasManagement

Der Einsatz von Lernumgebungen bietet ein hohes Potenzial , Lernprozessew�hrend des Studiums und sp�ter berufsbegleitend deutlich zu verbessern. ZurBeurteilung des Potenzials wird die mit unterschiedlichen Lernmethoden erreich-bare Effektivit�t und Effizienz von Lernprozessen herangezogen. Die darausabgeleiteten Anforderungen sind in einer Integrierten Internet-LernumgebungI 2 LU realisiert, deren Architektur ebenfalls im Beitrag beschrieben wird.

Stichworte: virtuelle Lernumgebung, virtuelle Hochschule, E-Learning,Effektivit�t und Effizienz von Lernprozessen, Fachkonzept, Softwarearchitektur

Tabelle 2 Merkmalsauspr�gungen der verschiedenen Lehr-/Lernsituationen

Kri ter ien Lehr-/ Lernsi tuat ionen

Vorlesung �bung Seminar Selbstlernen mit Lehrbuch

Lernbedar f Wissen Wissen/Probleml�sen Wissen/Probleml�sen Wissen

Dom�nengliederung didakt isch didakt isch/systematisch didakt isch/systematisch didakt isch/systematisch

Lehrleistung Wissensvermit tlung Wissensvermit tlung/�bungsaufgaben/Experimentieren/Beraten

Wissensvermit tlung/�bungsaufgaben/Experimentieren/Beraten

Wissensvermit tlung

Zeitpunkte vonLehrleistung undLernbedar f

Learning in Advance/Teaching in Advance/Teaching on Demand



Learning in Advance/Learning on Demand/Teaching in Advance

Aufgabentr�ger Dozent (personell) �bungslei ter (personell) Seminarlei ter, Mitlernende(personell)

Autor (personell),Medium Buch

Kommunikat ion synchron/gleicher Ort

synchron/gleicher Ort

synchron/gleicher Ort

asynchron/verschiedene Orte

Kooperation Mult ilehren/Einzellernen

Mult ilehren/Einzellernen/Mult ilernen

Mult ilehren/Mult ilernen

Einzellehren/Einzellernen

Integrierte Lernumgebungen f�r virtuelle Hochschulen

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3.1 Vorlesung

In Vorlesungen k�nnen Studierende wederOrt und Zeit des Lernvorgangs noch ihreLernziele bestimmen, strukturieren odersequenzieren. Vorlesungen sind u. a. des-halb nur f�r Learning in Advance geeignet.Die Sozialform Großgruppenlernen unddie dadurch bedingte Lehrform Multileh-ren verlangen, dass die Lernprozesse allerH�rer mit dem Lehrprozess des Dozentensynchronisiert ablaufen. Die Lehrleistun-gen �bungsaufgaben, Beratung und Expe-rimente k�nnen hier kaum genutzt wer-den. Die Effektivit�t und Effizienz vonLernprozessen in Vorlesungen sind dahereingeschr�nkt. Zur Verbesserung wurdenfolgende Alternativen vorgeschlagen:

Video-on-Demand-System: Die Virtuali-sierung der Bereitstellung und �bermitt-lung von Lehrleistung durch elektronischeKommunikationskan�le, wie z. B. durchein Video-on-Demand-System, erlaubt esden Studierenden, Zeit und Ort sowieWiederholung der Lernprozesse selbst zubestimmen und damit eine Effizienzsteige-rung zu erreichen. Die Effektivit�t derLernprozesse wird einerseits durch dieM�glichkeit einer besseren Abstimmungvon Lehr- und Lernprozess einschließlichder M�glichkeit der Wiederholung gestei-gert und n�hert sich der Lehrform Einzel-lehren. Andererseits wirken die M�ngelder Telepr�senz im Vergleich zur realenPr�senz eines Dozenten effektivit�tsmin-dernd. Bei R�ckkan�len treten �hnlicheProbleme wie bei R�ckfragen in einer Pr�-senzvorlesung auf. Insgesamt zeigen diebisherigen Erfahrungen eine deutlich ge-ringere Effektivit�t als Pr�senzveranstal-tungen [vgl. WuSc00]. Allerdings k�nnendie durch Video-on-Demand-Systemefreigesetzten Ressourcen zu Effektivit�ts-steigerungen in anderen Bereichen wiez. B. Betreuung und Beratung genutzt wer-den.

Lehrb�cher: Lehrb�cher bilden eine wei-tere Form der Virtualisierung des Kom-munikationskanals zwischen Dozent/Au-tor und Studierenden/Lesern. Ein Studie-render hat im Vergleich zu Video-on-De-mand-L�sungen mehr Eigenst�ndigkeit,die Geschwindigkeit seines Lernprozesseszu bestimmen und kann somit die Effekti-vit�t und Effizienz des Lernprozesses stei-gern. Negativ ist der fehlende R�ckkanalzum Dozenten zu bewerten. �bungsauf-gaben k�nnen nur gestellt, aber nicht be-

treut werden, Experimente und Beratungwerden insgesamt nicht genutzt. Im Ver-gleich zur Pr�senzveranstaltung zeigt sichein m�glicher effizienzsteigernder Effekt,die Effektivit�t wird hingegen sowohldurch positive als auch negative Momentebeeinflusst.

Computergest�tzte Lernumgebungen:Computergest�tzte Lernumgebungen, imFolgenden kurz Lernumgebungen ge-nannt, sind in der Lage, Vorteile von Pr�-senzveranstaltungen mit denen von Lehr-b�chern undVideo-on-Demand-Systemenzu verbinden. Sie erlauben effektives Ein-zellehren, da Studierende selbstbestimmtden Lernprozess steuern k�nnen, abstra-hieren von Ort und Zeit und bieten dieLehrleistungen Vermittlung und Vertie-fung von Wissen, Experiment und Bera-tung unter Nutzung interaktiver Kom-munikationskan�le an. Sie erm�glichen so-wohl Effektivit�ts- als auch Effizienzstei-gerungen. Im Unterschied zu den zuvorgenannten Lernsituationen werden Ler-nende bei der selbstst�ndigen Bestimmungdes Lernweges unterst�tzt. Lernumgebun-gen bieten im Unterschied zu Videos undLehrb�chern die gesamte Bandbreite anMultimediaobjekttypen interaktiv undvom Lernenden direkt beeinflussbar an.Dar�ber hinaus gestatten sie die Durch-f�hrung von Experimenten an Modellsys-temen (Simulationen) und stellen Werk-zeuge zur Entscheidungsunterst�tzungzur Verf�gung, mit denen Aufgaben z. B.in Planspielen zu l�sen sind. Simulationenund 3D-Visualisierungen k�nnen de factonur mit Lernumgebungen durchgef�hrtwerden.

Bei der Betreuung von �bungsaufgabensind die Leistungen von Lernumgebungengegen�ber denen von Betreuern im all-gemeinen eingeschr�nkt, enge Verf�gbar-keitsrestriktionen f�r die Betreuer schr�n-ken jedoch die tats�chlich erreichbare Be-treuungseffektivit�t ein. Tats�chlich ent-stehen durch Lernumgebungen Effektivi-t�tssteigerungen. Hingegen k�nnen Bera-tung und Betreuung durch Personen weit-aus besser durchgef�hrt werden. Hier k�n-nen Lernumgebungen allerdings durchVirtualisierung der Kommunikationskan�-le die Effizienz wesentlich verbessern, dadiese Lehrleistungen oftmals aufgrund derbereits genannten Verf�gbarkeitsrestrik-tionen stark eingeschr�nkt sind.

Computergest�tzte Lernumgebungenbieten daher ein großes Potenzial, durch

virtuelle Vorlesungen die Effektivit�t undEffizienz von Lernprozessen im Vergleichzu Pr�senzvorlesungen zu steigern. Moti-vationssteigernd f�r Lernende ist zudem,wenn durch virtuelle Kommunikations-kan�le zu Dozenten die Vorteile von Pr�-senzveranstaltungen mit genutzt werdenk�nnen.

3.2 �bung

Die oben gef�hrte Diskussion bez�glichder Aufgabentr�ger in Vorlesungen giltentsprechend auch f�r diese Veranstal-tungsart. Die Lehrleistungen �bungsauf-gabe und Experiment sowie Beratung undBetreuung erhalten jedoch bei �bungenmehr Gewicht. Entsprechend erweisensich B�cher undVideo-L�sungen als wenigeffektive Aufgabentr�ger f�r �bungen.Lernumgebungen k�nnen gerade in diesemBereich ihre Vorteile ausspielen. Auch hierkommt der Integration von Personen alsBerater und Betreuer sowie Computern alsKommunikations- und Speichermediumsowie alsWerkzeug große Bedeutung zu.

3.3 Seminar

In Seminaren k�nnen Lernumgebungendie Effizienz von Lernprozessen durchUnterst�tzung von Kommunikation, Pla-nung, Organisation und Verwaltung sowiedurch Unterst�tzung der Pr�sentation, Vi-sualisierung und Erstellung von Beitr�genund Projektleistungen steigern. Effektivi-t�tsvorteile bieten z. B. Simulations- undEntscheidungsunterst�tzungssysteme.Dozenten �bernehmen weiterhin die Rollevon Beratern, Moderatoren und Betreuern,ggf. unter Nutzung virtueller Kommuni-kationskan�le.

3.4 ZusammenfassendeBetrachtung

In herk�mmlichen Lehrveranstaltungenkann die mit Lernumgebungen m�glicheEffektivit�t und Effizienz von Lernprozes-sen nicht erreicht werden. Die Lehrleis-tung Experiment kann von Personen prin-zipiell nicht effektiv angeboten werden.Die Lehrleistungen Beratung und Betreu-ung leiden unter engen Ressourcenrestrik-tionen und der Belastung von Dozentendurch anderweitige Lehraufgaben. Die


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prinzipiell erreichbare Effektivit�t z. B.von Vorlesungen ist eingeschr�nkt durchRessourcenrestriktionen, die in hohenH�-rerzahlen sichtbar sind.

Die Effizienz von Lernprozessen inherk�mmlichen Lehrveranstaltungen zeigtebenfalls Verbesserungspotenzial auf. Vorallem die Abstraktion vonOrt und Zeit so-wie die Unterst�tzung der Kooperation,Planung und Kommunikation von Ler-nenden mit Lehrenden und weiteren Ler-nern bieten ein hohes Potenzial. Lern-umgebungen, die personelle und maschi-nelle Aufgabentr�ger integrieren, bietendie Chance, diese Potenziale zu nutzen.

4 Anforderungan Lernumgebungen

Ausgehend von den Effektivit�ts- und Ef-fizienzeigenschaften von Lernprozessen inden genannten Lehr-/Lernsituationen undden daraus resultierenden Virtualisie-rungsanforderungen werden im Folgendenfachliche Anforderungen an Lern-umgebungen abgeleitet.

Die Effektivit�t und Effizienz einesLernprozesses wird nicht nur durch die Ei-genschaften einer Lernumgebung, sondernauch durch die aktuelle Situation und denLernbedarf des Lernenden beeinflusst [vgl.z. B. FeSm97; JaMe94, 189 ff.]. Die Situati-on eines Lernenden und seine spezifischenLernziele und Bed�rfnisse sind abh�ngig

, vom Zeitpunkt des Lernbedarfs, d. h.Learning on Demand oder Learning inAdvance,

, vom Lernertyp und seiner Lernerfah-rung sowie

, vom bisherigen Lernfortschritt des Ler-nenden.

Weiterhin ist zu ber�cksichtigen, dass eineLernumgebung, die mangels Flexibilit�tnur f�r wenige Arten von Lehr-/Lernsi-tuationen geeignet ist, ggf. nur f�r Teilpha-sen eines Gesamtlernprozesses oder nurvon speziellen Lernergruppen sinnvoll ge-nutzt werden kann. F�r andere Lernpha-sen m�ssen Lernende dann auf die Diensteweiterer Lernumgebungen zur�ckgreifen.Die Inhalte solcher Lernumgebungen sindzumeist nicht aufeinander abgestimmt,d. h. entweder redundant, inkonsistentoder unvollst�ndig. Ebenso ist i. d. R. diedidaktische Gestaltung der einzelnen

Lernumgebungen nicht angepasst. Zus�tz-lich sind Lernende in diesen F�llen h�ufigmit unterschiedlichen Zugangssystemen,unterschiedlichen Nutzeroberfl�chen undunterschiedlichen technischen Plattformen(Soft- und Hardwareumgebung) konfron-tiert. Ein nahtloser Wechsel zwischenLernumgebungen ist somit aus fachlichen,didaktischen, technischen und organisato-rischenGr�nden kaumm�glich.

F�r effektive und effiziente Lernpro-zesse werden daher integrierte Lern-umgebungen ben�tigt, die f�r eine großeBandbreite von Lernzielen sowie f�r un-terschiedliche Lernertypen geeignet sind.Dabei sind folgende Integrationsmerkmaleund -ziele [vgl. FeSi98, 214 ff.] zu beach-ten:

, Redundanzen bez�glich Lehrinhalt undLehrformen sind ausschließlich auf-grund didaktischer Erw�gungen odervonNutzungsaspekten zul�ssig.

, Lehrinhalte und Nutzeroberfl�che derLernumgebung m�ssen jeweils in sichkonsistent sein.

, Eine integrierte Lernumgebung solltein der Lage sein, den gesamten Lernbe-darf eines Lernenden abzudecken.

, Dienste und Funktionalit�t der Lern-umgebung sollten m�glichst unabh�n-gig von speziellen technischen Plattfor-men sein.

Bild 1 zeigt eine aus mehreren Teillern-umgebungen bestehende Integrierte Inter-net Lernumgebung (I 2LU), die f�r Lehr-angebote der Virtuellen Hochschule Bay-

ern eingesetzt wird. Sie wird im Folgendenkurz dargestellt [vgl. Fe++00; FHS00;FeSm97; FMS98]). Weitere Ans�tze f�r in-tegrierte Lernumgebungen bieten kom-merzielle Systeme wie WEBCT [vgl.WCT00], Lotus LearningSpace [vgl. Lo-tu00], IBT Server [vgl. Time00] oder fin-den sich in der Literatur [vgl. z. B. AML00;G�++00; Le++98; NRS98; PFHS99;ScKr00;WaHo97].

Lernende k�nnen in der integriertenLernumgebung I 2LU das gesamte Leis-tungsspektrum virtueller Lehre �ber alleLernprozessphasen nutzen. In der Lern-umgebung werden folgende Teillern- undServiceumgebungen unterschieden [vgl.Fe++00, 54–55; FeSm97; FHS00]:

1. Die Studierumgebung bietet die Lehr-leistungen Wissensvermittlung und�bungsaufgaben an. Lernende k�nnenzwischen einer virtuellen Selbstlernsi-tuation, virtuellen Fachvortr�gen odervirtuellem Frontalunterricht w�hlen.Die Studierumgebung eignet sich somitf�r virtuelle Vorlesungen, virtuelle�bungen, virtuelle Seminare sowie vir-tuelles Selbstlernen. Im Vergleich zurfolgenden Recherchierumgebung wirddas bereitgestellte Wissen i. d. R. unterdidaktischen Gesichtspunkten struktu-riert und sequenziert. Dabei k�nnenvernetzte Hypermedia-Dokumente ge-nutzt werden.

2. Die Recherchierumgebung bietet dieLehrleistung Wissensvermittlung nachdem Vorbild von Enzyklop�dien an.

Bild 1 Integrierte Internet-Lernumgebung I 2 LU [vgl. Fe++00, 55]


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Sie eignet sich f�r exploratorischenWissenserwerb. Die Recherchier-umgebung kann im Rahmen von virtu-ellen Seminaren, �bungen und Vor-lesungen genutzt werden.

3. Die Experimentierumgebung stellt dieLehrleistung Experimentierbaukastenzur Verf�gung und dient dem LernzielProbleml�sef�higkeit. Lernende f�h-ren Experimente einzeln oder in Grup-pen durch. Beispiele hierf�r sind virtu-elle Planspiele, Fallstudien, Projekteoder Rollenspiele. Neben Modellen ei-nes realen Systems kann die Experi-mentierumgebung auch das reale Sys-tem selbst in den Baukasten einbezie-hen. Beispiele hierf�r sind Anwen-dungssysteme, die mit einer Experi-mentierumgebung gekoppelt werden.

4. Die Kommunikationsumgebung ist ei-ne Serviceumgebung und stellt quer-schnittlich allen TeillernumgebungenKommunikationsdienste zur Verf�-gung. Genutzt werden u. a. Nachrich-tensysteme, Gruppeneditoren undKonferenzsysteme.Mit der Kommuni-kationsumgebung sind z. B. virtuelleSprechstunden realisierbar, um Ler-nenden Beratung bieten zu k�nnen.

5. Die Planungsumgebung, ebenfalls eineServiceumgebung, dient der Steuerungder Lernprozesse durch Lerner undLehrer. Ben�tigt werden Werkzeugezur Aufgaben- und Terminverwaltung,zur Projektplanung oder zur Koor-dination von Gruppenarbeitsprozes-sen.

6. Eine Verwaltungsumgebung schließ-lich als dritte Serviceumgebung erfasstdie Teilnehmer einschließlich ihrerLernprofile und dient der Zugangsver-waltung.

5 Funktionalit�tder integriertenInternet-Lernumgebung I 2 LU

Die Funktionalit�t der integrierten Lern-umgebung I2LU kann aus den beschriebe-nen Potenzialen und Anforderungen abge-leitet werden. Die Lernumgebung unter-st�tzt die Erstellung, Bereitstellung und�bermittlung der Lehrleistungen

, Vermitteln vonWissen,, Stellen und Bewerten von �bungsauf-

gaben,

, Beraten sowie, Experimentierbaukasten

durch Dienste und Werkzeuge sowohl f�rdie Lerner wie auch f�r die Autoren. IhreKonzeption ber�cksichtigt, dass in denTeillernumgebungen verschiedene Lehr-leistungen in Kombination auftreten k�n-nen. So wechseln sich z. B. in der Studier-umgebung vor allem die LehrleistungenVermitteln von Wissen und �bungsauf-gaben ab.

Bei der Gestaltung der Dienste wirdzwischen Dialogdiensten, Lehrdienstenund Lernmanagementdiensten unterschie-den. Lehr- und Lernmanagementdienstenutzen ihrerseits Dialogdienste.

5.1 Dialogdienste

Dialogdienste unterst�tzen die Kommuni-kation zwischen Lerner und Lern-umgebung. Es sind folgende Dienste ver-f�gbar:

, Pr�sentationsdienst: Der Pr�sentations-dienst stellt Informationen an derMensch-Computer-Schnittstelle mittelsMultimediaobjekten wie Text, Bild,Grafik, Animationen, Ton oder Videobereit. Die Art der Pr�sentation kannvomLerner beeinflusst werden.

, Navigationsdienst: Der Navigations-dienst bietet �bersicht �ber die Leis-tungen und Funktionen der Lern-umgebung sowie die M�glichkeit derNavigation durch das Leistungsange-bot.

, Protokolldienst: Der Protokolldienststellt mittels Dialogobjekten wie But-tons und Men�s Funktionen zur Len-kung eines Sitzungsablaufs bereit (vgl.Bild 2). Lernende k�nnen z. B. die Wie-derholung von Pr�sentationen veranlas-sen, die Geschwindigkeit von Pr�senta-tionsabl�ufen beeinflussen, diese startenoder unterbrechen. Diese Funktionensind insbesondere bei kombiniertenLehrleistungen von Vorteil.

5.2 Lehrdienste

Unter Nutzung der Dialogdienste realisie-ren die Lehrdienste komplexe Funktionen,die auf die Bereitstellung und �bermitt-lung spezifischer Lehrleistungen aus-gerichtet sind. Sie unterst�tzen auch dieKombination von Lehrleistungen inner-

halb von Teillernumgebungen. Es stehenfolgende drei Lehrdienste zur Verf�gung:

Wissensvermittlungsdienst

Der Wissensvermittlungsdienst nutzt denProtokoll- und den Pr�sentationsdienstzur Vermittlung von Wissen in Form einerSequenz von Wissenseinheiten. Eine Wis-senseinheit wird anhand von einem odermehreren, ggf. dynamischen Multimedia-objekten pr�sentiert. Eine Textdarstellungkann beispielsweise von einer Sprachein-spielung oder einer Animation begleitetwerden. �ber den Protokolldienst k�nnenLernende die Darstellung dieser Objektebeeinflussen, d. h. z. B. eine Animationstoppen oder ein Video erneut ansehen.

�bungsdienst

Der �bungsdienst pr�sentiert �bungsauf-gaben und bietet die Evaluation der Ant-worten an. Der Ablauf einer �bungsauf-gabe stellt sich folgendermaßen dar:

, Die Lernumgebung pr�sentiert demLernenden eine Aufgabenstellung. Sienutzt dazu den Pr�sentationsdienst.

, Der Lernende l�st die Aufgabe ohneweitere Unterst�tzung und �bermitteltdas Ergebnis an die Lernumgebung.

, Die Lernumgebung analysiert das er-zielte Ergebnis und teilt dem Lernen-den die Analyse mit.

Weist das Ergebnis Fehler auf, erh�lt derLernende einen weiteren Versuch, die Auf-gabe zu l�sen, ggf. mit L�sungshinweisen.

Bild 2 zeigt eine �bungsaufgabe Erstel-len Buchungssatz aus einer LernumgebungzumThema Buchf�hrung1. Die �bung be-findet sich bereits in der dritten und letztenPhase des �bungsablaufes. Die Lern-umgebung gibt dem Lernenden R�ckmel-dungen zu seiner Aufgabenl�sung. DerLernende kann �ber den Protokolldienstden Ablauf der �bung steuern. Bez�glichder vom Lerner abgegebenen L�sung gibtdie Lernumgebung Fehlerhinweise undzeigt die korrekte L�sung. Am oberenRand der Abbildung ist die Aufgabenstel-lung zu sehen.

�bungsaufgaben dienen in der I 2LUmehreren Zwecken, so in erster Linie (1)dem Wissenserwerb, (2) der Kontrolle desLernfortschritts durch den Lernendenselbst oder durch die Lernumgebung und(3) der Verbesserung seiner Probleml�se-kompetenz.


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Differenziert nach der Art der Fra-gestellung und der M�glichkeit, Ant-worten zu formulieren, werden in derI 2LU folgende �bungsformen unterschie-den [vgl. z. B. Bdrf90, 62; Fe++00, 57 f.;FHS00]:

, Single- undMultiple-Choice-Aufgabe,, Anordnungsaufgabe: Vervollst�ndi-

gung von Texten und Grafiken durchAuswahl und Anordnung vorgegebenerAlternativen,

, Zuordnungsaufgabe: Zuordnung vor-gegebener Begriffe zueinander (1:1, 1:n,m:n),

, Freie Texteingabe mit Synonymerken-nung und Rechtschreibtoleranz,

, Vervollst�ndigung von Texten undGra-fiken durch freie Texteingabe (z. B. L�-ckentext).

Dar�ber hinaus werden f�r bestimmte Do-m�nen spezifische Aufgabentypen vor-gesehen, wie z. B. Aufgaben zur Buchungvon Gesch�ftsvorf�llen in einer Lern-umgebung zumThema Buchf�hrung.

Experimentierwerkzeug

Experimentierwerkzeuge dienen vor allemdem Erwerb von Probleml�sef�higkeit.Studierende f�hren mit ihrer Hilfe selbst-st�ndig Untersuchungen und Experimentedurch. Sie erwerben so Probleml�seheuris-tiken [vgl. D�rn87, 129 ff.; Andr96, 215 ff.]und lernen, ihr erworbenes Wissen auf rea-le Problemstellungen anzuwenden.

Bereitgestellte Experimentierwerkzeu-ge beruhen u. a. auf [vgl. FHS00]

, Modellen in Form von Tabellenkalkula-tionen,

, mathematisch-analytischen Modellen(z. B. linearer Programmierung),

, diskreter Simulation,, dem SystemDynamics Ansatz sowie, Expertensystemen.

Experimentierwerkzeuge finden sowohl inder Experimentierumgebung, der Studier-umgebung sowie der Recherchier-umgebung Verwendung.

5.3 Lernmanagementdienste

Lernmanagementdienste bestehen aus denfolgenden drei Komponenten:

Kommunikationsdienste

Der Kommunikationsdienst stellt syn-chrone oder asynchrone Kommunikati-onskan�le f�r die Kommunikation zwi-schen Studierenden und Lehrenden zurVerf�gung.

Im einzelnen werden u. a. folgendeKommunikationsdienste unterschieden:

, Video- und Telefonkonferenzen,, Chat,, E-Mail,, Diskussionsforen,, Schwarze Bretter und, Shared Applications.

Video on Demand-L�sungen werden imRahmen des vorliegenden Beitrags nichtals Kommunikationssysteme betrachtet,weil sie Lehrleistungen nicht nur �bermit-teln, sondern auch bereitstellen.

Planungsdienste

Planungsdienste helfen den Lernenden beider Planung und Lenkung kooperativ oderauch alleine durchzuf�hrender Lernaufga-ben. Angeboten werden Werkzeuge zurAufgaben- und Terminverwaltung, zurProjektplanung oder zur KoordinationvonGruppenarbeitsprozessen.

Verwaltungsdienste

Der Verwaltungsdienst regelt und verwal-tet den Zugang von Lehrenden und Ler-nenden zu Teillernumgebungen. Diesschließt den Schutz von personenbezoge-nen Lernerdaten, die Unterscheidung vonSchreib- und Leserechten sowie ggf. Ab-rechnungssysteme und Teilnehmerlistenein. F�r die Nutzung von Lernumgebun-gen im Bereich von Hochschulen ist dasZugangs- und Verwaltungssystem derLernumgebung mit dem Verwaltungssys-tem der Hochschule zu koppeln.

6 Architekturder integriertenInternet-Lernumgebung

Die im Einsatz befindliche integrierteLernumgebung I2LU ist eine verteilte In-ternet-Applikation zum Thema Buchf�h-rung. Sie erm�glicht den Studierenden ei-nen allgemein verf�gbaren Zugang an be-liebigen Internet-Zugangspunkten unterVerwendung marktg�ngiger Internet-browser. Die folgende Darstellung zur Ar-chitektur der integrierten LernumgebungI 2LU ist nicht an die Dom�ne Buchf�h-

Bild 2 Struktur und Ablauf einer �bung vom Typ Buchungssatz [vgl. FeKu96]


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rung gebunden und gilt f�r weitere Lern-umgebungen mit anderen Dom�nen. ZurTrennung der allgemeinen Dienste derLernumgebung und der dom�nenspezi-fischen Inhalte wird daher zwischen derLernumgebung I 2LU und dem E-Lear-ning Management System (ELMS) unter-schieden. Letzteres beinhaltet die Diensteund Plattformen zur Realisierung einerLernumgebung I 2LU [vgl. Fe++00;FHS00; WaHo97]. Das ELMS, erg�nzt umInhalte, bildet eine Lernumgebung I 2LU.Die Betrachtungen zur Architektur geltendaher f�r das ELMS und eine entsprechen-de I 2LU gleichermaßen.

6.1 Gesamtarchitektur einer I 2 LU

F�r das Verst�ndnis der Architektur einerI 2LU wird zwischen der fachlichen undder technischen Architektur der I 2LU un-terschieden. Die fachliche Architektur istunter Nutzungsgesichtpunkten struktu-riert. Sie unterscheidet Dom�nen- undLehrdienstobjekte f�r die Strukturierungder Lehrinhalte sowie Umgebungs- undInterfaceobjekte f�r die Gestaltung desZugangs zu den Lehrinhalten. Die tech-nische Architektur erfasst plattform- undverteilungsspezifische Strukturen undKomponenten. Sie beinhaltet einenObjectStore, der ein generisches Datenbank-managementsystem f�r Java-Objekte ein-

schließlich Transaktionsverwaltung reali-siert, sowie einen Security Service, derNutzern Rechte an Ressourcen einr�umt.Grundlage f�r diese und alle weiteren Ob-jekte sind relationale Datenbankmanage-mentsysteme mit ODBC- bzw. JDBC-Schnittstelle sowie die Java-Plattform undder XML-Standard. Als Middleware wer-den CORBA-Plattformen genutzt. Bild 3zeigt die Architektur einer I 2LU im�ber-blick.

6.2 Fachliche Architektureiner I 2 LU

Wie dargestellt, besteht eine Lehraufgabeaus der Erzeugung, Bereitstellung und�bermittlung einer Lehrleistung. In einerI 2LU werden Lehrleistungen von Dom�-nenobjekten angeboten und �bermittelt.Dom�nenobjekte entsprechen im Archi-tekturmodell des SOM-Ansatzes [FeSi98,176 ff.] konzeptuellen Objekten. Sie repr�-sentieren z. B. eineWissensvermittlung, ei-ne �bungsaufgabe oder ein bestimmtesExperiment. Die Bereitstellung und ggf.Erzeugung der Lehrleistungen �berneh-men Vorgangsobjekte, hier Lehrdienst-objekte genannt. Weitere als Umgebungs-dienstobjekte bezeichnete Vorgangsobjek-te kombinieren mehrere Lehrleistungenzur Gesamtleistung einer Teillernumge-bung. Wie gezeigt, kombiniert die Studier-

umgebung beispielsweise Wissensvermitt-lung, �bungsaufgaben sowie Simulationenund stellt diese zusammenh�ngend bereit.Die Darstellungssequenz wird ebenfallsvom Umgebungsdienstobjekt gesteuert.Die einzelnen Teilleistungen hingegen wiez. B. Erkl�rungen und �bungsaufgabeneinschließlich Feedbacks werden durchDom�nenobjekte erbracht, die von Lehr-dienstobjekten gesteuert werden.

Die Unterscheidung von Lehrdienst-objekten und Umgebungsdienstobjektenerlaubt, eine bestimmte Lehrleistung wiez. B. eine Simulation in verschiedenenLernumgebungen nutzen und an das je-weilige Ziel der Lernumgebung flexibelanpassen zu k�nnen [vgl. AML00].

Die Mensch-Computer-Kommunikati-on wird mittels Interface-Objekten reali-siert. Diese Objekte unterst�tzen Umge-bungsdienst- und Lehrdienstobjekte sowieDom�nenobjekte bei der Kommunikationmit einem Lerner. Sie �bernehmen Pro-tokoll- oder Pr�sentationsdienste und nut-zen selbst Dialogobjekte wie z. B. Buttonsund Men�s oder Multimediaobjekte wieGrafik, Ton, Text oder Video.

Die fachliche Architektur einer I 2LUberuht auf einem Application Frame-work2, das Entwicklern und Autoren einhohes Maß an Unterst�tzung bietet. Einekonkrete Lernumgebung entsteht durchAnpassung und Erweiterung des Frame-work. Der Entwicklungsaufwand f�r eine

Bild 3 Gesamtarchitektur von I 2 LUs Bild 4 Technische Architektur einer I 2 LU [vgl. Fe++00]


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Lernumgebung kann dadurch reduziertund die Stabilit�t sowie die technische Ef-fizienz der Lernumgebung gesteigert wer-den. Autoren k�nnen z. B. Umgebungs-dienst- und Lehrdienstobjekte unter Nut-zung des Framework gr�ßtenteils durchParametrisierung und deklarative Funk-tionsbeschreibungen ableiten. GrafischeWerkzeuge, die auf dem Komponenten-modell von Java (Java Beans) basieren, ver-bergen die zugrundeliegende Komplexit�t.XML-basierte Beschreibungen dienendem Austausch und der Speicherung vonKomponenten.

6.3 Technische Architektureiner I 2 LU

Bild 4 zeigt die derzeit realisierte tech-nische Architektur einer I 2LU, die als ver-teiltes Client-Server-System gestaltet ist.Alle Lehrdienstobjekte kommen auf demClient zur Ausf�hrung. DerObject Serverf�hrt Dom�nen- und Umgebungsdienst-objekte aus. Die Computer-Computer-Kommunikation erfolgt transparent mit-tels eines Web-Servers sowie CORBA-ORBs. DerObject Store dient der Speiche-rung von Objekten im Server. Im Client-System werden Web-Browser genutzt.Wissensvermittelungsdienste werden mit-tels HTML und ggf. Plugins f�r Animatio-nen realisiert und vomBrowser dargestellt.Lehrleistungen wie z. B. �bungsaufgaben,die mittels HTML nicht geeignet realisier-bar sind, werden als Java-Applets bereit-gestellt. Der Web-Server dient der Ab-wicklung des HTT-Protokolls (HTTP)3

zur �bertragung von HTML-Dokumen-ten. Der entsprechende HTML-Codewird von den Umgebungsdienstobjektenauf demObject Server dynamisch erzeugt.Object Server und Web-Server bilden zu-sammen einen Application Server [vgl.Fe++00, 62 f.; FHS00].

Die in Bild 4 dargestellte Unterschei-dung der Runtime und Buildtime einerI 2LU entspricht der Abgrenzung zwi-schen Erstellung und Bereitstellung vonLehrleistung.

6.4 Realisierungsstand

Zur Realisierung der integrierten Internet-Lernumgebung I 2LU werden drei Ent-wicklungslinien verfolgt. Linie 1 beinhal-tet einen Prototyp mit dem Ziel, die Ge-

samtfunktionalit�t zu implementieren. Erist nicht f�r den aktuellen Einsatz in derPraxis vorgesehen und entsprechend Ge-genstand von Forschung und Entwick-lung. Linie 2 ist auf die Nutzung bestehen-der Selbstlernumgebungen ausgerichtetund f�r den Einsatz in der Praxis kon-zipiert. Auf der Basis eines E-Learning-Management-Systems wurde eine Inter-net-Lernumgebung zum Thema Buchf�h-rung erstellt, die im Rahmen der vhb sowief�r die Lehre an der Universit�t Bambergeingesetzt wird. Sie umfasst als Selbstlern-umgebung die Teilsysteme Studier- undRecherchierumgebung sowie Grundver-sionen der Kommunikations- und Pla-nungsumgebung. Die technische Archi-tektur dieses Systems folgt der Darstellungin Bild 4. In einer dritten Linie wurde einE-Learning-Management-System reali-siert, das Dozenten den Einstieg in die Er-stellung virtueller Lehrangebote erleich-tern soll. Alle drei Linien werden st�ndigweiterentwickelt.

Anmerkungen

1 Eine Demoversion dieser Lernumgebung fin-det sich unter der Adresse http://www.iaws.sowi.uni-bamberg.de/bufu/ .

2 Frameworks stellen eine Komposition ver-schiedener Komponenten mit festgelegtemKooperationsverhalten zur L�sung einer be-stimmten Art von Aufgabenstellung dar[Balz96, 868; Jnsn97, 39; Ga++95, 26–28;Pree97, 7].

3 Abk�rzung von Hypertext Transfer Protocol.Standard des W3C zur Kommunikation zwi-schenWEB-Browsern undWEB-Servern.

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Documents

Integrierte Lernumgebungen für virtuelle Hochschulen