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|title=Konzepte und Verfahren zur Visualisierung von Kontextinformationen und Adaptionsmechanismen in mobilen adaptiven Lernanwendungen
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==Konzepte und Verfahren zur Visualisierung von Kontextinformationen und Adaptionsmechanismen in mobilen adaptiven Lernanwendungen==
https://ceur-ws.org/Vol-1443/paper41.pdf
Sabine Rathmayer, Hans Pongratz (Hrsg.): Proceedings of DeLFI Workshops 2015
co-located with 13th e-Learning Conference of the German Computer Society (DeLFI 2015)
München, Germany, September 1, 2015 203
Konzepte und Verfahren zur Visualisierung von Kontextin-
formationen und Adaptionsmechanismen in mobilen adap-
tiven Lernanwendungen
Tobias Moebert1, Martin Biermann1, Helena Jank1 und Ulrike Lucke1
Abstract: Damit kontextsensitive mobile Lernanwendungen ihre Inhalte an die Situation und die
Vorlieben des Lernenden anpassen können, werden unbemerkt Kontextinformationen erfasst und
ausgewertet. Bedingt durch technische Einschränkungen, sind diese Informationen jedoch nicht
immer akkurat. Dies kann dazu führen, dass das Verhalten der Anwendung nicht mehr nachvoll-
ziehbar ist. Um dies zu vermeiden, müssen Konzepte für Benutzeroberflächen entwickelt werden,
die die gesammelten Kontextinformationen und die auf der Basis dieser Informationen durchge-
führten Anpassungen für den Benutzer transparent machen.
Keywords: E-Learning, Mobiles Lernen, Kontexterfassung, Kontextsensitivität, Adaptierung,
Benutzerfreundlichkeit, User-Interfacedesign
1 Einleitung
Auf Smartphones zum Einsatz kommende adaptive Mikrolernanwendungen können
Kontextinformationen erfassen und dadurch den Lernprozess an den Nutzer und sein
Verhalten anpassen (vgl. [SAW94]). Kontext umfasst hierbei alle Informationen, die die
Situationen charakterisieren, in der sich der Benutzer gerade befindet und welche für die
Interaktion mit der Anwendung relevant sind [De01]. Vorwiegend findet die Erfassung
von Kontextinformationen unauffällig im Hintergrund statt. Jedoch ist diese oft einge-
schränkt, hinsichtlich Genauigkeit und Verlässlichkeit der Daten. Dadurch kann das
Verhalten der Lernanwendung für den Benutzer nicht mehr nachvollziehbar oder sogar
befremdlich wirken. Zudem birgt die Erfassung von Kontextinformationen die Gefahr
eines Einschnitts in die Privatsphäre des Benutzers.
Eine noch offene Fragestellung ist die nach der Sicherstellung einer hinreichenden In-
formationsversorgung und der gleichzeitigen Vorbeugung von Datenschutzverletzung
durch den möglichen Mangel an transparenter Kontexterfassung. Hierzu müssen, basie-
rend auf etablierten Designprinzipien, neue Entwurfsmuster für die Benutzerfreundlich-
keit von mobilen adaptiven Mikrolernanwendungen erarbeitet werden. Der weitere Ver-
lauf dieses Papers soll einen Vorschlag für solche Entwurfsmuster vorstellen.
1
Universität Potsdam, Institut für Informatik und Computational Science, August-Bebel-Str. 89,
14482 Pots- dam, vorname.nachname@uni-potsdam.de
204 Tobias Moebert et al.
2 Benutzerfreundlichkeit
Benutzerfreundlichkeit umfasst die Konzepte Usability und User Experience (UX): Usa-
bility bezeichnet die effektive, effiziente und zufriedenstellende Gebrauchstauglichkeit
einer Software, UX darüber hinaus das ganzheitliche Erlebnis des Nutzers vor, während
und nach der eigentlichen Nutzung (EN ISO 9241-210:2010 [EN10]). In früheren Arbei-
ten wurden die “acht goldene Regeln” [Sh86] bzw. “zehn Heuristiken” [Ni94] für User
Interface Design erarbeitet, mit Hilfe derer es möglich werden soll, ein hohes Maß an
Benutzerfreundlichkeit gewährleisten zu können. Von diesen, sich teilweise überdecken-
den, Designprinzipien waren für diese Arbeit folgende sechs im Hinblick auf das Ziel
einer transparenten Kontextverarbeitung von besonderem Interesse:
Informatives Feedback soll angeboten werden.
Aktionen sollen einfach rückgängig gemacht werden können.
Der Nutzer soll das Gefühl der Kontrolle über das System behalten.
Das Kurzzeitgedächtnis des Nutzers soll entlastet werden.
Der Systemzustand soll jederzeit sichtbar sein.
Das Design soll ästhetisch und minimalistisch (auf die nötigsten Informationen
beschränkt) sein.
Zusätzlich zu diesen allgemeingültigen Empfehlungen für benutzerzentriertes Interface
Design gilt es, die Besonderheiten zu beachten, die vor allem Smartphones mit sich
bringen, und die neue Herausforderungen, aber auch Chancen für die Benutzerfreund-
lichkeit [Ni15][Ba07] bergen.
3 Konzeption
Basierend auf einem Beispiellehrszenario für mobile adaptive Lernanwendungen wurde
ein digitaler Paper-Prototype erstellt und später als Grundlage für die Studie der entwi-
ckelten Prinzipien genutzt. Dieser zeichnet sich durch die folgenden Schlüsselmerkmale
aus:
1. Verwendung von üblichen Benutzerschnittstellenkomponenten: Es wurden le-
diglich Benutzeroberflächenkomponenten verwendet, die zum Standard-Set des Be-
triebssystems gehören. Da diese Komponenten den Schnittstellenrichtlinien der Platt-
form entsprechen, kann davon ausgegangen werden, dass sie sich bewährt haben und
von den meisten Benutzern verstanden werden.
2. Simulation von realistischen Kontextveränderungen: Die simulierten Adaptie-
rungen basieren auf Kontextveränderungen, die jeden Tag für die meisten mobilen Be-
Konzepte und Verfahren zur Visualisierung von Kontextin-formationen und
Adaptionsmechanismen in mobilen adap-tiven Lernanwendungen 205
nutzer geschehen.
3. Realistisches Beispielszenario: Es wird ein Szenario verwendet, das auf Lehrin-
halten aufbaut, die bereits in gewöhnlichen Lehrformen eingesetzt wurden. Diese
Lehrinhalte wurden für das Szenario als Mikrolerninhalte umgesetzt.
Um die Bereiche zu identifizieren, die maßgeblich für die Entwicklung neuer Entwurfs-
muster sind, wurde der charakteristische Programmablauf innerhalb des Beispiellehrsze-
narios betrachtet. Dieser beginnt mit dem ersten Starten der Anwendungen, dem typi-
scherweise die Navigation durch die verschiedenen Lerninhalte folgt. Da die Lerninhalte
in solchen Anwendungen häufig in alternativen Präsentationsformen vorliegen, kommt
es regelmäßig zur Auswahl dieser Alternativen durch das System oder den Nutzer. Zu-
dem werden während der gesamten Nutzung der Anwendung in regelmäßigen Abstän-
den Kontextinformationen erfasst und Inhalte basierend auf diesen Informationen aus-
gewählt oder angepasst. Basierend auf diesen Abläufen wurden die folgenden
Entwurfsmuster für die Benutzerfreundlichkeit entwickelt:
3.1 Onboarding
Mittels eines sogenannten Onboarding-Prozesses wird der Benutzer mit Interaktionsmus-
tern vertraut gemacht, die ihm durch seine bisherige Nutzung oder aus anderen Anwen-
dungen noch nicht vertraut sind. Das Onboarding besteht aus mehreren informatorischen
Ansichten, die mit dem ersten Anwendungsstart angezeigt werden. Sie bieten eine kurze
Einführung in die Anwendung und erläutern die wichtigsten Funktionen. Besonderer
Fokus wurde auf situatives Lernen gelegt, auf die explorative “Honeycomb”-
Navigationsansicht (Abb. 1) und die Art und Weise, wie neu erfasste Kontextinformatio-
nen angezeigt werden.
206 Tobias Moebert et al.
Abb. 1: Der Onboarding-Prozess hebt den Fokus auf situatives Lernen, die explorative “Ho-
neycomb”-Navigationsansicht und die Erfassung von Kontextdaten hervor.
3.2 Navigation in Lerninhalten
Vergangene Forschung hat gezeigt, dass Lehr- / Lernstile sich dahingehend unterschei-
den, wie Lerninhalte präsentiert bzw. diese vom Lernenden aufgefasst werden [FS02].
Eine dieser Unterscheidungen differenziert zwischen einem sequentiellen und einem
globalen Lehr- / Lernstil. Hierbei umfasst sequentielles Lehren “[...] die Präsentation von
Lehrmaterial in einem logisch geordneten Fortschritt” [FS02] Um diese klassische Lehr-
/ Lernmethode abzubilden, wurde der “Learning Card Stream” entworfen (Abb. 2). Jede
Karte repräsentiert eine Mikrolerneinheit. Neue Karten werden dem Strom von oben
hinzugefügt, wenn entweder ein Mikrolerninhalt konsumiert wurde oder neue bzw. aktu-
alisierte Kontextinformationen verfügbar werden. Eine neu hinzugefügte Karte wird als
solche markiert, um besser erkennbar zu sein. Um dem Lernenden eine allgemeine Vor-
stellung davon zu geben, welcher Inhalt sich hinter jeder Karte verbirgt, haben diese
einen Titel, eine kurze Beschreibung und ein Symbol, das auf den Inhaltstyp hindeutet.
Obwohl hier ein linearer Lernstil im Fokus steht, ist ein gewisser Grad an Freiheit beim
Abarbeiten der Karten gegeben. Beispielsweise können jederzeit ältere Karten oder al-
ternative Lerninhalte aufgerufen werden.
Im Gegensatz zu einem sequentiellen Lernstil, wo Lernende “[...] linearen Denkprozes-
sen beim Lösen von Problemen folgen [...] am besten lernen, wenn das Lernmaterial
einem stetigen Anstieg von Komplexität und Anforderung folgt.”[FS02], neigen Lernen-
de, die einem eher globalen Lernstil folgen, dazu “[...] stoßweise zu lernen [...] intuitive
Konzepte und Verfahren zur Visualisierung von Kontextin-formationen und
Adaptionsmechanismen in mobilen adap-tiven Lernanwendungen 207
Sprünge im Stoff zu vollführen [...] manchmal erfolgreicher zu sein, wenn sie direkt zu
komplexerem oder schwererem Material springen.”[FS02] Um einen solchen globalen
Lernstil zu unterstützen, wurde die “Honeycomb”-Navigationsansicht entwickelt (Abb.
2). Hierbei werden alle Lerneinheiten eines Szenarios als Wabenstruktur dargestellt, in
der verwandte Lerneinheiten in unmittelbarer Nähe positioniert sind. Dies ermöglicht es
dem Lernenden, einen Blick auf zukünftige Lerneinheiten zu nehmen. Gerade erreichba-
re Lerneinheiten sind blau gefärbt und die Auswahl einer solchen Lerneinheit zeigt die
direkt nachfolgenden Lerneinheiten an. Dies ermöglicht dem Lernenden, den weiteren
Verlauf des Lernpfades abzuschätzen und so einen umfassenderen Überblick über den zu
lernenden Stoff zu erhalten. Welche Lerneinheiten folgen, basiert auf den erfassten Kon-
textinformationen und den vom Autor festgelegten Beziehungen zwischen den Lernein-
heiten.
Die unterschiedlichen Navigationsansichten geben dem Lernenden mehr Möglichkeiten,
die Lerninhalte an seine eigenen Bedürfnisse anzupassen und erleichtern es ihm indivi-
duelle Lernpfade zu finden. Da es schwierig ist, ohne Weiteres vorherzusehen, welchen
Lernstil der Lernende momentan bevorzugt, sollte es möglich sein, zu jeder Zeit zwi-
schen den beiden Navigationssystemen zu wechseln.
3.3 Alternativen
In einem adaptiven Lernszenario ist es sehr wahrscheinlich, dass unterschiedliche Versi-
onen desselben Lerninhalts existieren. Diese Versionen können sich beispielsweise in
den verwendeten Medientypen unterscheiden oder unterschiedliche Kontextinformatio-
nen voraussetzen. Auch wenn eine adaptive Lernanwendung anfänglich Annahmen dar-
über tätigen wird, welche Version für die aktuelle Situation, in der sich der Lernende
befindet, optimal ist, ist es dennoch von großer Wichtigkeit, dass der Lernende manuell
zwischen den Alternativen wechseln kann. Eine Liste der alternativen Darstellungen
(falls vorhanden), kann durch ein Tippen auf das Symbol, das den aktuellen Inhaltstyp
der Karte darstellt, geöffnet werden. In der Liste werden für jede Alternative die Kontex-
tinformationen, die als Voraussetzung festgelegt wurden, sowie der Inhaltstyp angezeigt.
Zudem soll ein Vorschaubild des Karteninhalts es dem Lernenden erleichtern, die Inhalte
zu finden, die für ihn am besten geeignet sind.
208 Tobias Moebert et al.
Abb. 2: Der “Card Stream” (links) unterstützt sequentielles Lernen, die
“Honeycomb”-Navigationsansicht (rechts) fokussiert einen globalen Lernstil.
3.4 Kalibrierung
Ein bedeutender Bedarf für die Kalibrierung der adaptiven Lernanwendung geht aus dem
Fakt hervor, dass Kontextinformationen subjektiv vom Lernenden aufgefasst werden
können. So werden beispielsweise Umgebungsgeräusche von Lernenden unterschiedlich
stark als störend empfunden. Die Kombination von Kontextinformationen und dem Nut-
zerverhalten liefert bereits einige Hinweise, die für die Erkennung von Situationen ge-
nutzt werden können, welche besonders gut für das Lernen geeignet sind. Eine weitere
Möglichkeit ist, die aktuell erfassten Kontextinformationen zu nutzen und gelegentlich
den Lernenden zu fragen, ob dieser das Gefühl hat, dass die aktuelle Situation seine
Konzentration beim Lernen behindert. Dies bietet eine direkte Rückmeldung durch den
Lernenden dahingehend, welche Situationen für ihn persönlich ideal für das Lernen sind
und welche nicht.
3.5 Benachrichtigung über Kontextänderungen
Wesentlich ist, dass der Lernende über neu erfasste oder aktualisierte Kontextinformati-
onen informiert wird. Allem voran soll dies ein Bewusstsein für die von der Anwendung
Konzepte und Verfahren zur Visualisierung von Kontextin-formationen und
Adaptionsmechanismen in mobilen adap-tiven Lernanwendungen 209
Abb. 3: Die “Trail”-Funktionalität hält in chronologischer Reihenfolge vergangene Ereignisse und
erfasste Kontextinformationen fest. Zusätzlich gibt sie dem Lernenden die Möglichkeit, von der
Kontexterfassung getätigte Annahmen zu revidieren.
gesammelten Kontextinformationen schaffen. Im Gegenzug wird dem Lernenden ermög-
licht, Verletzungen seiner Privatsphäre, aber auch fehlerhafte Informationen zu identifi-
zieren. Um den Lernenden nicht von seiner eigentlichen Lernaufgabe abzulenken, ver-
sperren Meldungen so wenig wie möglich vom Bildschirm, liefern gleichzeitig jedoch
eine geeignete Menge an Informationen. Es kann nicht davon ausgegangen werden, dass
jeder Benutzer benachrichtigt werden möchte, weshalb Nachrichten nach kurzer Zeit
ohne Zutun des Lernenden verschwinden und ihm gleichzeitig die Möglichkeit bietet,
zukünftige Benachrichtigungen vollständig abzustellen. Was noch ausgewertet werden
muss, ist, welche Arten von Kontextinformationen sich für diese Art von Benachrichti-
gungen eignen und welche Meldefrequenz akzeptabel für den Benutzer ist. So kann
beispielsweise sicher davon ausgegangen werden, dass in den meisten Lernszenarien
eine sekündliche Benachrichtigung über die Änderung der Umgebungslautstärke schnell
als störend empfunden werden wird.
3.6 Ereignishistorie
Ebenso wie das Bewusstsein über sich ändernde Kontextinformationen, ist entscheidend,
dass dem Benutzer eine einfach zu verstehende Übersicht über erfasste Kontextinforma-
tionen oder vergangene Ereignisse zur Verfügung steht. Eine solche Historie wird durch
die “Trail”-Funktionalität bereitgestellt (Abb. 3). Zusätzlich zur Übersicht über die ge-
sammelten Daten, kann der Benutzer einzelne Ereignisse oder Informationen auswählen
210 Tobias Moebert et al.
und Annahmen der Kontexterfassung revidieren (z.B. Informationen löschen, Informati-
onen als falsch markieren oder die Erfassung bestimmter Informationen anpassen).
4 Untersuchungsergebnisse
Um eine erste Untersuchung der hier aufgestellten Konzepte durchzuführen, wurden
mehrere Usability-Tests in Form von Experteninterviews durchgeführt. Dazu wurden
Experten aus den Bereichen Produktvermarktung, Design und akademische Lehre be-
fragt. Diese haben in einem Interview, teilweise geführt und teilweise explorativ, ver-
schiedene Anwendungsfälle mit dem entwickelten digitalen Paper-Prototypen durchge-
spielt. Dabei konnten sowohl allgemeine als auch konzeptspezifische Erkenntnisse
gewonnen werden:
1. Generelle Erkenntnisse
− Probanden mit sporadischem oder situativem Lernverhalten, lernen auf Ba-
sis von Lernmaterialien mit atomarem Lernfokus, d.h. nicht aufeinander
aufbauenden Elementen. Im Vordergrund steht direkt erreichbarer Lerner-
folg.
− Nutzer jedweder Herkunft und Profession empfinden mangelhaftes Durch-
haltevermögen und abnehmende Konzentration beim langfristigen Lernen.
− Experten erhoffen sich integrative Lerninteraktion mit extern geplanter
Lernpfadoptimierung für lang-, sowie kurzfristige Lernziele. Diese sollen in
Form von Meilensteinen und unären Zielen explizit auswählbar sein.
2. Für das Lösungskonzept spezifische Erkenntnisse
− Die Experten haben bestätigt, dass die Verwendung von plattformspezifi-
schen Benutzeroberflächenelementen eine intuitive Nutzerinteraktion er-
möglicht.
− Die inhärente Verknüpfung von “Card Stream”- und “Honeycomb”-
Navigation war oft nicht intuitiv ersichtlich und die Einfärbung der Waben
wurde vermehrt missverstanden.
− Für die “Trail”-Ansicht der vergangenen Sensordatenerfassung und Ereig-
nisprotokollierung wünschen sich die Mehrzahl der Experten die Möglich-
keit einer Filterung, um sich auf jeweilige Einträge in diesen Kategorien
konzentrieren zu können.
− In der Stichwortsuche oder bei Referenzen innerhalb einer Karte war unklar,
inwiefern Karten, welche nicht auf dem aktuellen Lernpfad enthalten sind,
verfügbar gemacht werden können. Die Experten waren jedoch in der Mei-
Konzepte und Verfahren zur Visualisierung von Kontextin-formationen und
Adaptionsmechanismen in mobilen adap-tiven Lernanwendungen 211
nung gespalten, ob eine vollständige oder eine gefilterte Ergebnisliste in Be-
zug auf den aktuellen Lernpfad notwendig ist.
5 Zusammenfassung und Ausblick
Die Erfassung von Kontextinformationen und die Adaptierung von Lerninhalten basie-
rend auf diesen Informationen hat das Potential, die Lernerfahrung an die Bedürfnisse
und die Situation des Lernenden anzupassen. Werden Kontexterfassung und Adaptierung
jedoch nicht klar genug vermittelt, kann das Verhalten der Lernanwendung für den Ler-
nenden nicht mehr nachvollziehbar oder sogar befremdlich wirken. Zudem kann die
unbewusste Erfassung von Kontextinformationen einen Einschnitt in die Privatsphäre
des Lernenden darstellen.
Dieses Paper präsentiert erste Konzepte, um die Mechanismen von Kontexterfassung
und Adaptierung für den Lernenden bewusst zu machen, ohne ihn jedoch durch kogniti-
ve Überlastung von der eigentlichen Lernaufgabe abzulenken. Innerhalb von Expertenin-
terviews wurde versucht, die entwickelten Entwurfsmuster für die Benutzerfreundlich-
keit von kontextsensitiven Lernanwendungen zu verifizieren. Es hat sich dabei gezeigt,
dass einige der für die Konzeption getroffenen Annahmen (z.B. Verwendung von übli-
chen Benutzerschnittstellenkomponenten oder die Unterstützung von irregulärem Lern-
verhalten) sich als richtig erwiesen haben, genauso ist aber auch ersichtlich geworden,
dass bestimmte Konzepte (z.B. “Honeycomb”-Navigation oder das Onboarding) die
erhofften Effekte noch nicht im vollen Umfang befriedigen. Was die Erfüllung der
Kernanforderung, der Verbesserung der Transparenz von Kontexterfassung und Adapti-
on, angeht, so kann noch keine endgültige Aussage getroffen werden. Hierfür bedarf es
umfangreicherer Tests mit “echten” Lernenden und “echten” Lerninhalten. Aus den
Experteninterviews geht jedoch hervor, dass Kontexterfassung und Adaptierung weder
positiv noch negativ aufgefallen sind. Dies lässt jetzt schon den Schluss zu, dass, um das
Ziel der Bewusstmachung dieser Mechanismen zu erreichen, weitere Anpassungen an
den Konzepten nötig sein werden. Dies könnte beispielsweise durch ein weiterentwickel-
tes primäres Onboarding mit klarerem Fokus auf Adaptivität und Kontexterfassung,
sowie einem sekundären Onboarding auf Lernszenario-Ebene zur Einführung in erwei-
terte Adaptionsmethodik und Szenariostruktur, ermöglicht werden. Auch die Verwen-
dung von eingebetteten “Coach Mark” 2- Hilfestrukturen zum interaktiven Erlernen der
applikationsspezifischen Navigationsstruktur und zur Lokalisierung der unterschiedli-
chen Funktionen, sind als zielführend einzustufen.
2
engl. Trainermarkierung; ursprünglich: Markierungen auf einem Spielplan, um den Spielern die vom Trai-
ner geplanten Spielzüge zu erklären.
212 Tobias Moebert et al.
Literaturverzeichnis
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