Interactive Multi-modal Multimedia Lecture Demonstrations (Interaktive, multimodale Multimedia-Vorlesungsdemonstrationen)

Targets

Komplexe Sachverhalte und Konzepte der Audio-, Bild- und Videoverarbeitung sind unter Verwendung herkömmlicher Lehrunterlagen nur unzufriedenstellend kompetenzorientiert zu vermitteln. Verfügbare grafische Illustrationen und Animationen können beim Kompetenzerwerb zwar teilweise unterstützen, doch sind diese durch den Mangel an Interaktivität auf Studierendenseite einerseits inhärent beschränkt und daher nur mäßig attraktiv. Andererseits ist das studentische Arbeiten mit solchen Materialien nicht für alle Studierendengruppen sinnvoll möglich, da oft sehr viel fachlicher Kontext vorausgesetzt wird. Darüber hinaus gibt es zu vielen komplexeren Sachverhalten keine oder keine adäquaten verfügbaren Illustrationen, Animationen oder sonstige Unterrichtsmaterialien. Ziel ist es daher, für ausgewählte Sachverhalte der Audio-, Bild- und Videoverarbeitung interaktive Demonstrationen zu erstellen und zur Verfügung zu stellen, die sowohl im Unterricht durch den Lehrenden als auch außerhalb des Unterrichts von den Studierenden zur Exploration, Wiederholung und Festigung der Konzepte genutzt werden können. Dabei soll die Exploration insbesondere durch jene Studierende, die im Stoff noch nicht gefestigt sind oder die für den fachlichen Kontext benötigte Grundlagen noch nicht ausreichend beherrschen, gefördert werden.

Abstract

Im vorliegenden Projekt werden eigens entwickelte, interaktive (Software-)Demonstrationen zur Vermittlung ausgewählter komplexer Sachverhalte der Audio-, Bild- und Videoverarbeitung in mehrfacher Weise verwendet. Zum einen werden die Demonstrationen vom Lehrenden in der Vorlesung zur Illustration, Erklärung und niederschwelligen Verständniseinschätzung verwendet. Zum anderen haben die Studierenden die Möglichkeit, die Demonstrationen jederzeit und praktisch überall auch außerhalb des Unterrichts zu verwenden. Vom interaktiven Ausprobieren bei der initialen Auseinandersetzung mit einem komplexen Sachverhalt bis hin zur gezielten Selbstüberprüfung, z.B. im Rahmen einer Klausurvorbereitung, ermöglichen und vereinfachen die Demonstrationen den Kompetenzerwerb, indem ansonsten schwierig mit herkömmlichen Lernunterlagen zu vermittelnde Aspekte interaktiv visualisiert und mit Hilfe von zusätzlichen kontextuellen Beschreibungen, Beispielen und Dokumentation verständlich gemacht werden. Studierende mit unterschiedlicher Lerngeschwindigkeit und Vorbildung werden so beim Kompetenzerwerb gefördert - insbesondere fachlich weniger gefestigte Studierende, denen über mehrere verschiedene Wege kontextuale, multimediale Unterstützung über die regulären Lehrveranstaltungsunterlagen hinaus angeboten wird. Fortgeschrittenere Studierende können die offenen und frei verfügbaren Demonstrationen bei Interesse selbst modifizieren und erweitern und so ihre Fach- und Programmierkenntnisse vertiefen.

Abstract En

In the project at hand, specially developed, interactive (software) demonstrations are employed in multiple ways in order to convey selected complex issues of audio, image and video processing. On the one hand, the demonstrations are used by the lecturer for illustration, explanation and low-threshold comprehension assessment in the lecture. On the other hand, the students get to use the demonstrations at any time and practically everywhere outside of class. Ranging from interactive exploration during the initial confrontation with a complex issue to targeted self-assessment, e.g., within the scope of exam preparation, the lecture demonstrations enable and simplify competence acquirement by visualizing aspects which are difficult to convey through conventional teaching materials, and by getting these aspects across using additional, contextual descriptions, examples and documentation. This way, the competence acquirement of students with a different pace of learning and preparatory training is fostered. This is especially true for students whose technical skills are less stabilized, who are offered contextual, multimedia-based support through multiple ways beyond the regular lecture material. Advanced students can modify and extend the openly and freely available demonstrations on their own, if they are interested, and deepen their technical and programming knowledge in doing so.

Text

Die hier eingereichten Multimedia Lecture Demonstrations sind eine seit 2016 erprobte und laufend erweiterte Sammlung von interaktiven Demonstrationen, die zusammen mit ausführlichen, kontextuellen Beschreibungen, Anwendungsbeispielen, Hinweisen und Screenshots frei verfügbar sind. Sie werden in einer neuartigen Art und Weise sowohl in der Vorlesung durch den Lehrenden als auch außerhalb des Unterrichts von den Studierenden verwendet. Das Hauptziel der Demonstrationen selbst sowie deren gezielter Einsatz besteht darin, strukturelle und individuelle Lernbarrieren abzubauen oder zumindest deutlich zu verringern. Wie einleitend erwähnt, sind einige komplexe Sachverhalte in der Audio-, Bild- und Videoverarbeitung nicht trivial zu illustrieren oder zu vermitteln, was zusammen mit einem Mangel an verfügbarem Illustrations-, Animations- und sonstigem Lehr- und Lernmaterial strukturelle Lernbarrieren entstehen lässt. Diese Lernbarrieren werden durch die eigens entwickelten und speziell an die zu vermittelnden Konzepte angepassten Demonstrationen gezielt reduziert und in vielen Fällen sogar gänzlich abgebaut. Individuelle Lernbarrieren werden auf zweierlei Arten abgebaut oder zumindest reduziert. Zum einen wird sowohl gezielt als auch bei Bedarf (z.B. bei Rückfragen oder scheinbaren Verständnisschwierigkeiten) die Bedienung der Demonstrationen mit Lehrendenunterstützung den Studierenden überlassen, um das Verständnis laufend und niederschwellig zu überprüfen (Beispiel: stellen Sie den Schieberegler so ein, dass X passiert/dass Y verschwindet/dass Z sichtbar wird) sowie um die Festigung der Konzepte sicherzustellen. Zum anderen haben die Studierenden die Möglichkeit, jederzeit und praktisch von jedem Ort aus (was gerade bei berufsbegleitenden Studierenden die Lernbedingungen verbessert) die frei verfügbaren Vorlesungsdemonstrationen selbst zu verwenden - sei es zur Exploration, Wiederholung, Festigung oder Klausurvorbereitung. Da das im eigenen Tempo und bei nahezu jeder fachlichen Vorbildung möglich ist, werden dadurch individuelle Lernbarrieren abgebaut. Der individuelle Kompetenzerwerb wird dabei insbesondere bei ungleicher Vorbildung oder dem Mangel an fachlicher Vorbildung durch auf verschiedenen Verständnisebenen ansetzenden, zusätzliche Beschreibungstexte sowie durch intuitive sowie explorative Gestaltung der Demonstrationen selbst gefördert. Vor dem Einsatz der Demonstrationen waren einige komplexe Konzepte (für Fachvertraute sei hier beispielhaft die Rekonstruktion eines Bildes über die 2-D-IDCT aus deren gewichteten Basisfunktionen genannt) schwer darstell- und erklärbar. Auch in Ermangelung passender Beschreibungen, Illustrationen und Animationen wurden eigene (Software-)Demonstrationen konzipiert, entwickelt, erprobt und durch laufendes Studierendenfeedback immer weiter verbessert. Die Qualitätsverbesserung nach dem Einsatz der Demonstrationen, insbesondere bei der kompetenzorientierten praktischen Anwendung der erlernten Konzepte ist frappierend, wie im Abschnitt Akzeptanz im Detail beschrieben. Für fortgeschrittene Studierende sowie jene, die aus Eigenmotivation ihre Fachkenntnis weiter vertiefen und/oder ihre Programmierkompetenz erweitern möchten, besteht die Möglichkeit, die frei verfügbaren Demonstrationen anzupassen und/oder zu erweitern. Diese Möglichkeit besteht auch international über die Grenzen der Hochschule hinaus, da die Demonstrationen öffentlich verfügbar sind und die Beschreibung und Dokumentation in englischer Sprache gehalten sind. Die Demonstrationen selbst enthalten nur ein Minimum an Text, um beim Explorieren so weit wie möglich auch ohne Fachenglischkenntnisse von Nutzen zu sein. Zusammengefasst sind die Multimedia Lecture Demonstrations ein erfolgreiches Projekt zum Abbau struktureller und individueller Lernbarrieren, das die kompetenzorientierte Vermittlung komplexer Sachverhalte erleichtert oder gar erst möglich macht.

Surplus

Durch das vorliegende Projekt wird einerseits einer Lernerleichterung für Studierende erreicht, indem die zu vermittelnden Konzepte über mehrere Wege und für unterschiedliche Vorkenntnisse vermittelt werden. Andererseits wird die Exploration der Konzepte durch teilweise spielerische Auseinandersetzung mit den Zusammenhängen und Wechselwirkungen insbesondere außerhalb des Unterrichts gefördert. Durch die verbesserte Beherrschung der erforderlichen Kompetenzen auf Grund des Projektes kann außerdem das Niveau in den Begleitlehrveranstaltungen (z.B. Laboratorien) gehoben und so die Ergebnisqualität gesteigert werden (Details siehe Punkt Akzeptanz).

Transferable

Im Sommersemester 2016 wurde in einem Vorprojekt mit einer kleinen Anzahl an Demonstrationen zu bekanntermaßen komplexen Sachverhalten eruiert, inwieweit der Kompetenzerwerb prinzipiell verbessert werden kann. Nach dem initialen Erfolg wurde der Projektumfang erweitert und die Demonstrationen wurden im Sommersemester 2018 erstmals im aktuellen Modus (in dem die Studierenden die Demonstrationen auch außerhalb der Lehrveranstaltung selbst ausprobieren und anpassen können) eingesetzt. Seither sind die Demonstrationen fester Bestandteil der Lehrveranstaltung und werden laufend erweitert und verbessert. Die Erweiterung erfolgt dabei nach Maßgabe der verfügbaren Ressourcen und laufend identifizierter kritischer Punkte im Kompetenzerwerb. Die Verbesserung erfolgt insbesondere durch Studierendenfeedback. Als Nachfolgeprojekt ist ein Transfer in eine andere Lehrveranstaltung geplant (vgl. Punkt Dissemination/Transfer unten für Details).

Das Grundkonzept ist prinzipiell auf Lehrveranstaltungen aus anderen Fachgebieten, insbesondere in der Mathematik und Informatik, aber auch andere, anwendbar. Aktuell gibt es Bestrebungen, das Konzept für die Pflichtlehrveranstaltung Kryptologie (5. und 6. Semester Bachelor) am selben Studiengang an derselben Hochschule zu adaptieren. In dieser Lehrveranstaltung werden zwar vor allem Grundlagen und nur eine geringe Anzahl hinreichend komplexer Sachverhalte vermittelt, doch sind die verfügbaren Illustrationen und Animationen an einigen für den Kompetenzerwerb kritischen Punkten oft unvollständig oder qualitativ unzureichend. Es ist daher angedacht, eine kleine Auswahl an Demonstrationen für die Lehrveranstaltung Kryptologie zu erstellen und probeweise zur Verfügung zu stellen, um zu ermitteln, ob damit der Kompetenzerwerb an ebendiesen kritischen Punkten verbessert werden kann.

Der Studiengang Informationstechnik und Systemmanagement an der Fachhochschule Salzburg hat für die Verwendung der Demonstrationen im Unterricht ein mobiles "Smartboard" - einen mobilen großen Bildschirm mit Touchfunktionalität und Zusatzsoftware - zur Verfügung gestellt. Mit diesem Gerät können die Demonstrationen direkt in der Vorlesung vorgezeigt werden und bei Bedarf interaktiv durch die Studierenden bedient werden (vgl. Details oben). Das mobile "Smartboard" weist eine deutlich bessere Bildqualität und vor allem einen deutlich höheren Kontrast als herkömmliche Projektoren/Beamer auf und ermöglicht so auch in größeren Gruppen eine gute Erkennbarkeit von subtilen, aber relevanten Details.