Kostengünstige multimediale Lernprogramme zum Chip-Entwurf

Kostengünstige
multimediale Lernprogramme zum
Chip-Entwurf
Vom Fachbereich für Mathematik und Informatik
der Technischen Universität Braunschweig
eingereichte Dissertation
zur Erlangung des Grades eines
Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.)
von
Tamer Çatalkaya
aus Istanbul
Eingereicht am 14. Juli 2003
1. Referent: Prof. Dr. Ulrich Golze
2. Referent: Prof. Dr. Stefan Fischer

Für meinen Vater.

Vorwort
Vorwort
Diese Dissertation entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher
Mitarbeiter an der Abteilung Entwurf integrierter Schaltungen (E.I.S.) der Technischen
Universität Braunschweig. Sie ist das Ergebnis einer mehrjährigen kontinuierlichen
Entwicklung, basierend auf der ständigen fachlichen Auseinandersetzung mit Kollegen
und Studierenden.
An dieser Stelle möchte ich mich bei all denen bedanken, die sowohl direkt als auch
indirekt zu dem Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben. Mein ganz besonderer Dank
gilt dabei Herrn Prof. Dr. Ulrich Golze für die Anregung des interessanten und
vielseitigen Themas, die ausgezeichnete Betreuung während ihres gesamten Verlaufs,
seine ständige Bereitschaft zu fachlichen Diskussionen und die Ideen die er mir gab.
Herrn Prof. Dr. Stefan Fischer danke ich für die bereitwillige Übernahme des
Koreferats.
Meinen Kollegen Dr. Andreas Koch, Helge Böhme, Jürgen Hanken-Illjes, Niko
Kasprzyk und Gerrit Telkamp danke ich für zahlreiche Anregungen und Hinweise in
Gesprächen, technische Unterstützung und freundschaftlichen Rat. Für die
Unterstützung bei den alltäglichen organisatorischen Arbeiten danke ich unserer
Sekretärin Frau Susanne Neugebauer.
Danken möchte ich außerdem den Studentinnen und Studenten, mit denen ich in den
letzten Jahren zusammenarbeiten konnte, insbesondere Heiko Buchholz, Wolfgang
Fietzke, Oliver Heister, Karsten Kamm, Guido Kirschbaum, Martin Krosche, Patric
Mielke, Thilo Mücke, Björn Schulz und Markus Stöbe. Im Rahmen ihrer Praktikums-,
Studien- und Diplomarbeiten haben sie mit großem Engagement wichtige Beiträge zu
dieser Arbeit geleistet.

vi
Vorwort
Außerhalb dieser Arbeit gilt es noch vielen weiteren Menschen zu danken, besonders
danke ich meinen Eltern für ihre Erziehung, ihre Liebe und die Fürsorge, mit der sie
uns aufgezogen haben. Danken möchte ich auch meiner Frau Süheyla, die mir durch
ihr Verständnis und ihre Geduld den nötigen Rückhalt gab. Meinen Geschwistern und
meinem Schwager Levent danke ich für die vielen Dinge des Lebens, die sie für die
Familie und mich taten.
Meinen Freunden danke ich für ihre Anteilnahme. Den Mitgliedern des türkischen
Studentenvereins an der TU Braunschweig (Braunschweig Türk Öğrenci Birliği –
B.T.Ö.B.) danke ich für eine sehr freundschaftliche gemeinsame Zeit.

Kurzfassung
Kurzfassung
Multimediale Lernprogramme (CBTs) bieten unbestrittene Vorteile wie
Unabhängigkeit von Ort, Zeit und Tutor, Förderung der Motivation, leichte
Distributierbarkeit sowie Verringerung von Aus- und Weiterbildungskosten.
Allerdings kann die CBT-Eigenproduktion sehr zeitintensiv und teuer werden.
Diese Arbeit plädiert gleichwohl für die Eigenproduktion an Hochschulen,
insbesondere für technische Institute zum Chip-Entwurf mit beschränktem Etat. Es
werden Wege für eine kostengünstige CBT-Produktion erforscht, insbesondere wird
ein universell verwendbares Referenzmodell präsentiert. Es handelt sich um eine noch
inhaltsfreie CBT-Schablone unter dem Autorensystem Authorware mit vollständiger
Inhaltshierarchie und Navigation mit Unterstützung von Sprache, Animation, Text und
Interaktion. Es wird ergänzt um didaktische, stilistische und technische Hinweise für
CBT-Designer.
Unter Low-Cost-Low-Time werden neben dem Referenzmodell auch die
Prinzipien von Modularität, Standardisierung, Design-Reuse, Team-Entwicklung und
studentischer Beteiligung zusammengefasst.
Die Praxistauglichkeit unseres Low-Cost-Low-Time-Konzepts wird durch
zahlreiche Musteranwendungen im Bereich des Chip-Entwurfs demonstriert,
insbesondere zur Hardware-Beschreibungssprache VERILOG, zur Logiksynthese, zu
Parallelität und Zeit und zu einem vollständigen kleinen Chip-Entwurf. Anhand eines
Feldtests mit 57 Teilnehmern wird diese Praxistauglichkeit weiter belegt.
Als Besonderheit bei Fächern mit ohnehin vorhandener CAD-Unterstützung wird
eine Kopplung des Lernprogramms mit dem fachlichen CAD-Werkzeug demonstriert.

Abstract
Abstract
Computer based training (CBT) has undisputed advantages such as independence of
learning from time, place and teacher, increased motivation, ease of distribution, and
reduction of training costs. Nevertheless, self produced CBTs can be highly expensive
and time-consuming.
This thesis, however, is pleading for self-produced CBTs at universities,
particularly for technical institutions with limited budgets. Therefore, low-cost lowtime
CBT production is investigated, and the universally applicable reference model is
presented. The reference model is a kind of template for CBT production, developed
with Authorware. It gives functions supporting navigation, text, speech, and
interaction. This reference model is augmented by didactical, stylistic and technical
advice for CBT designers.
The low-cost low-time production concept includes principals for modularity,
standardization, design reuse, teamwork, and the participation of students in the
development process. The reference model and its concept is demonstrated by many
example CBTs within the area of chip design, it is in particular used to teach the
hardware description language VERILOG, the logic synthesis, parallelism and time
concepts, and for demonstration of a complete chip design flow. The practical
orientation of the reference model is evaluated within a test by 57 participating
students.
As a distinctiveness, integration of CAD tools into CBTs is demonstrated.

Inhalt
Inhalt
VORWORT...........................................................................................................................................................V
KURZFASSUNG ...............................................................................................................................................VII
ABSTRACT ........................................................................................................................................................ IX
INHALT .............................................................................................................................................................. XI
1 EINLEITUNG ...............................................................................................................................................1
2 BETRACHTUNGEN ZUM MODERNEN LERNEN................................................................................5
2.1 ZEICHEN FÜR DEN BEDARF AN NEUEN LEHR- UND LERNFORMEN ...............................................................5
2.1.1 Anzeichen im wirtschaftlichen Umfeld...............................................................................................6
2.1.2 Anzeichen im Umfeld der Hochschulen .............................................................................................8
2.2 DIE ROLLE DER HOCHSCHULEN IN DER ZUKUNFT .....................................................................................11
2.3 BETREUENDE TUTOREN IN DER ZUKUNFT .................................................................................................14
2.4 E-LEARNING IN DER VLSI-AUSBILDUNG...................................................................................................16
2.4.1 Entwurf digitaler Schaltungen .........................................................................................................17
2.4.2 E-Learning im Chip-Entwurf ...........................................................................................................18
3 CBT-ENTWICKLUNG MIT LOW-COST-LOW-TIME .......................................................................21
3.1 EIGENENTWICKLUNG VON CBTS...............................................................................................................21
3.1.1 Nachteile der CBT-Eigenentwicklung..............................................................................................22
3.1.2 Vorteile der CBT-Eigenentwicklung ................................................................................................23
3.1.3 Notwendigkeit der CBT-Eigenentwicklung im Chip-Entwurf ..........................................................24
3.2 KLASSIFIZIERUNG VON LERNPROGRAMMEN..............................................................................................25
3.2.1 Attribute ...........................................................................................................................................26
3.2.2 Lerntheorien ....................................................................................................................................26
3.2.3 Methodische Grundtypen.................................................................................................................28
3.3 LOW-COST-LOW-TIME-PRODUKTIONEN IM UNIVERSITÄREN UMFELD.......................................................29
3.3.1 Autorensysteme ................................................................................................................................30
3.3.2 Bild- und Grafik-Bibliotheken .........................................................................................................31
3.3.3 Modularität......................................................................................................................................31
3.3.4 Studenten entwickeln für Studenten .................................................................................................31
3.3.5 Reuse von klassischen Lehrmaterialien ...........................................................................................32
3.4 DIDAKTISCHE KONZEPTE FÜR CBTS IM CHIP-ENTWURF ...........................................................................32
3.4.1 Integration von CAD-Werkzeugen ins CBT .....................................................................................33
3.4.2 CBT als virtueller Tutor...................................................................................................................33
3.4.3 Ansprechen von auditiv und visuell orientierten Lernern................................................................34

xii
Inhalt
3.5 LOW-COST-LOW-TIME-PRODUKTION AN DER ABTEILUNG E.I.S. ..............................................................34
3.5.1 Autorensystem Authorware..............................................................................................................34
3.5.2 Standardisierung..............................................................................................................................37
3.5.3 Design-Reuse und modularer Aufbau von CBTs .............................................................................37
3.5.4 Multimediale Lehre zur Einarbeitung ins Referenzmodell ..............................................................38
3.5.5 Lernen durch Lehren .......................................................................................................................38
3.5.6 Eingesetzte Lerntheorien und methodische Grundtypen..................................................................38
4 DAS REFERENZMODELL FÜR MULTIMEDIALE LERNPROGRAMME.....................................41
4.1 GRUNDLAGEN ZUM REFERENZMODELL .....................................................................................................41
4.1.1 Anforderungen .................................................................................................................................42
4.1.2 Zielgruppen......................................................................................................................................43
4.1.3 Voraussetzungen ..............................................................................................................................43
4.1.4 Komponenten ...................................................................................................................................44
4.1.5 Design-Empfehlungen......................................................................................................................45
4.1.6 Einsatz .............................................................................................................................................47
4.2 KONZEPTION DES REFERENZMODELLS ......................................................................................................48
4.2.1 Lernprogrammstruktur ....................................................................................................................49
4.2.2 Module.............................................................................................................................................51
4.2.3 Modularität......................................................................................................................................52
4.2.4 Modulaufbau....................................................................................................................................52
4.2.5 Präsentationsfenster ........................................................................................................................53
4.2.6 Navigation .......................................................................................................................................55
4.2.7 Hauptmenü.......................................................................................................................................57
4.2.8 Textfenster........................................................................................................................................58
4.3 ZEITERSPARNIS BEIM CBT-ENTWURF .......................................................................................................59
5 DAS PROGRAMM DES REFERENZMODELLS..................................................................................61
5.1 PROGRAMMIEREN IN AUTHORWARE..........................................................................................................61
5.1.1 Programmierebenen ........................................................................................................................61
5.1.2 Lineare und parallele Abläufe .........................................................................................................62
5.1.3 Funktionen, Variablen und Skriptsprache .......................................................................................64
5.1.4 Programmieren in Authorware und dem RSK .................................................................................64
5.2 ERLÄUTERUNGEN ZUM RSK-PROGRAMM-CODE.......................................................................................65
5.2.1 Aufbau des RSK-Programm-Codes..................................................................................................65
5.2.2 Pause-Taste......................................................................................................................................66
5.2.3 Skip-Taste ........................................................................................................................................67
5.2.4 Textfenster........................................................................................................................................67
5.2.5 Automatischer Aufbau des Inhaltsverzeichnis .................................................................................67
5.2.6 Koppeln von Modulen zu Lernsystemen ..........................................................................................69
5.2.7 Lesezeichen ......................................................................................................................................69
5.2.8 Austauschverzeichnis.......................................................................................................................71
6 DAS MULTIMEDIALE LERNSYSTEM VERIBOX .............................................................................73
6.1 VERIBOX UND ASSOZIIERTE LERNPROGRAMME ........................................................................................73
6.1.1 VERILIOGisch – eine Einführung in die HDL VERILOG...............................................................74
6.1.2 Parallelität und Zeit.........................................................................................................................74
6.1.3 Illusion – FPGA-Entwurf eines Display-Controllers.......................................................................75
6.1.4 Logiksynthese...................................................................................................................................76
6.1.5 Zur VeriBox assoziierte Lernprogramme.........................................................................................77
6.2 CHIP- UND SYSTEM-ENTWURF ..................................................................................................................79
6.2.1 Abstraktionsebenen im Chip-Entwurf ..............................................................................................79
6.2.2 Verhalten und Struktur ....................................................................................................................82
6.2.3 EDA-Tools .......................................................................................................................................83
6.2.4 Synthese ...........................................................................................................................................85
6.2.5 Simulation........................................................................................................................................88
6.2.6 Parallelität und Zeit.........................................................................................................................89
6.2.7 Tests .................................................................................................................................................92

6.2.8 Entwurfsstile ....................................................................................................................................94
6.2.9 Hardware-Software-Codesign .........................................................................................................96
6.3 FELDTEST ZUR LOGIKSYNTHESE DER VERIBOX.........................................................................................97
6.3.1 Aufbau..............................................................................................................................................98
6.3.2 Durchführung ..................................................................................................................................98
6.3.3 Prognose..........................................................................................................................................99
6.3.4 Ergebnis...........................................................................................................................................99
7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK ...........................................................................................103
A IMPLEMENTIERUNG DES RSK..........................................................................................................107
A.1 RSK-PROGRAMM-CODE .....................................................................................................................107
A.1.1 Initialisierung ................................................................................................................................108
A.1.2 Inhaltsverzeichnis und Login .........................................................................................................109
A.1.3 Hauptmenü.....................................................................................................................................110
A.1.4 Abschnitte ......................................................................................................................................112
A.2 HISTORY-APPLIKATION.......................................................................................................................113
A.3 LESEZEICHEN-APPLIKATION................................................................................................................114
A.4 COPYRIGHT-MECHANISMEN ...............................................................................................................114
B FELDTEST ZUR EVALUIERUNG........................................................................................................117
B.1 AUSGETEILTE UNTERLAGEN ...............................................................................................................117
B.1.1 Informationsbogen.........................................................................................................................118
B.1.2 Zeiterfassungsbogen ......................................................................................................................119
B.1.3 Fragebogen Klasse A.....................................................................................................................120
B.1.4 Fragebogen Klasse B.....................................................................................................................122
B.1.5 Fragebogen Klasse C.....................................................................................................................123
B.1.6 Testklausur.....................................................................................................................................125
B.2 ERGEBNISSE DER TESTKLAUSUR.........................................................................................................130
B.3 AUSWERTUNG DER FRAGEBÖGEN .......................................................................................................132
B.3.1 Ankreuzfragen................................................................................................................................132
B.3.2 Auszufüllende Antworten ...............................................................................................................134
B.4 ZUSAMMENFASSUNG...........................................................................................................................139
LITERATUR......................................................................................................................................................141
INTERNET-SEITEN, CBT- UND DATEI-REFERENZEN..........................................................................147
LEBENSLAUF...................................................................................................................................................151
INDEX ................................................................................................................................................................153
xiii

xiv
Inhalt

Die virtuelle Lehre reißt Löcher in die Uni-Kassen
1 Einleitung
Einleitung
betitelt soeben die Computer Zeitung vom 30. Juni 2003, und weiter: Ohne
Subventionen von Staat oder Land können mediengestützte Studiengänge kaum
überleben. […] Die Investitionen rechnen sich nicht, Entwicklung und Betreibung sind
teuer und aufwändig. Genau aus diesen Gründen erforschen wir in der vorliegenden
Arbeit eine kostengünstige Produktion multimedialer Lernprogramme.
E-Learning lässt hoffen, künftig Wissen „On-Demand“ und unabhängig von Zeit,
Ort und Tutoren verfügbar zu machen. Mit multimedialen Methoden wird Wissen
anders als auf die klassische Art vermittelt durch die Kombination von Bild, Ton,
Animation, Film, Sprache und Text zur Präsentation, Interaktion und Kopplung der
Lernprogramme mit der realen Welt oder in vielen technischen Bereichen auch mit
ihrer Simulation und anderer CAD-Software.
Die Produkton von Lernprogrammen ist
kostenintensiv, weil unter anderem viel
manuelle Arbeit in der Produktion steckt und
Standards fehlen. Bild 1.1 zeigt einen
allgemeinen Design-Flow zur Entwicklung
von Lernprogrammen. Häufig wird zunächst
ein Konzept aufgestellt für das
Lernprogramm und das zu vermittelnde
Bild 1.1 Lernprogramm-Design-Flow
Wissen. Daraus werden ein Drehbuch
abgeleitet und die Spezifikation der Assets genannten multimedialen Komponenten
eines Lernprogramms. Nach den Vorgaben des Drehbuchs werden die Assets dann
produziert. Je nach Asset-Typ (Bild, Ton, Animation, Film etc.) kann die Produktion
sehr zeitaufwändig und teuer werden. Schließlich werden die Assets und das Material
zum fertigen Lernprogramm zusammengefügt, was wiederum viel Zeit kostet,
abhängig vom Interaktionsgrad. Typischerweise wird ein Autorensystem verwendet

2
Kapitel 1. Einleitung
zur Entwicklung interaktiver multimedialer Anwendungen. Da Lernprogramme
keinem globalen Standard unterliegen, können die Konzepte beliebig stark
voneinander abweichen. Ein Design-Reuse ist daher zunächst kaum möglich.
In dieser Arbeit werden Regeln zur kostengünstigen und standardisierten
Produktion von Lernprogrammen vorgestellt. Praktisch wird ein Referenzmodell
entwickelt als Standardschablone für die Produktion. Es unterstützt auch die modulare
Kopplung mehrerer Lernprogrammen zu Lernsystemen.
Very Large Scale Integration oder kurz VLSI steht für die Höchstintegration von
Schaltkreisen mit bis zu einer Milliarde Transistoren pro Chip. Alle Schritte zum
Entwurf solch komplexer Chips werden heute an Computern durch die Anwendung
spezieller, hochkomplexer CAD-Software ausgeführt, mit einem Lizenzwert von bis zu
100.000 Euro. In der Lehre muss zum einen der Umgang mit diesen wertvollen
Software-Werkzeugen vermittelt werden, zum anderen natürlich das
Grundlagenwissen zu den Abläufen, Methoden, Techniken, Regeln und
Empfehlungen.
Für beide Felder, die Grundlagen und die Praxis, kann der ergänzende Einsatz
multimedialer Lehre Kosteneinsparungen und Qualitätssteigerung bringen. Zum
Beispiel können Studierende mit Lernprogrammen das Arbeiten mit den Chip-
Entwurfswerkzeugen schneller, selbständiger und kostengünstiger erlernen. Den CAD-
Werkzeugen zugrunde liegende Algorithmen und Prinzipien können durch animierte
und interaktive Methoden anschaulicher als bisher vermittelt werden.
Die Arbeit beginnt in Kapitel 2 mit Betrachtungen zum modernen Lernen. Es
werden Entwicklungen sowohl im wirtschaftlichen als auch im universitären Umfeld
aufgezeigt. Schließlich wird die Integration von E-Learning in die VLSI-Ausbildung
diskutiert.
Der Hauptteil der Arbeit besteht aus den folgenden vier Kapiteln. Kapitel 3
beginnt mit der Analyse von Vor- und Nachteilen von Eigenentwicklungen von
Lernprogrammen im Gegensatz zu kommerziell verfügbaren oder in
Auftragsproduktion entstandenen Lernprogrammen. Abschnitt 3.2 gibt einen Einblick
in die Klassifizierung von Lernprogrammen nach Attributen, Lerntheorien und
methodischen Grundtypen. Abschnitt 3.3 stellt zunächst unser Konzept zur
kostengünstigen Produktion vor. Die Abschnitte 3.4 und 3.5 zeigen die von uns zum
Chip-Entwurf umgesetzten Schritte des Konzepts aus Abschnitt 3.3.
Im 4. Kapitel stellen wir das von uns entwickelte Referenzmodell für
multimediale Lernprogramme vor, zunächst seine Spezifikation unterteilt nach
Anforderungen, Zielgruppen, Voraussetzungen, Komponenten, Design-Empfehlungen
und sein praktischer Einsatz. In Abschnitt 4.2 folgen Einzelheiten zur Umsetzung der
Spezifikation. Der letzte Abschnitt 4.3 diskutiert kurz die mit dem Referenzmodell
mögliche Zeitersparnis.
Das 5. Kapitel baut auf dem 4. auf und erläutert die praktische Umsetzung des
Referenzmodells mit Authorware. Dazu werden zunächst einige wesentliche, zum

Verständnis notwendige Details der Authorware-Programmierung erklärt und darauf
aufbauend ausgewählte Details der Implementierung des Referenzmodells. Weitere
Details sind im Anhang A dargestellt.
Die praktische Anwendung des Referenzmodells beim Aufbau des Lernsystems
VeriBox zum VLSI-Entwurf wird in Kapitel 6 dargestellt. In Abschnitt 6.1 werden die
Module der VeriBox und weitere Lernprogramme vorgestellt. Abschnitt 6.2 gibt einen
kompakten Überblick zu wesentlichem Wissen des Chip- und System-Entwurfs wieder
und die Verzahnung und Umsetzung durch die VeriBox. Der letzte Abschnitt im
Kapitel 6 stellt einen Feldtest zur Evaluierung eines unserer Lernprogramme auf der
Basis des Referenzmodells vor. Alle Materialien und Ergebnisse zum Feldtest finden
sich in Anhang B.
3

4
Kapitel 1. Einleitung

2 Betrachtungen zum modernen Lernen
Betrachtungen
zum modernen Lernen
Lernen und Lehren verändern sich im Wandel von der Industriegesellschaft zur
Informationsgesellschaft. Es sind sowohl technische als auch strukturelle
Veränderungen, die die klassische Lehre in Frage stellen. Im folgenden werden
zunächst Zeichen im Bereich der Wirtschaft, dann der Hochschulen aufgezeigt. Ganz
wesentlich ist auch das veränderte Engagement der Lernenden, als Reflex auf
Anforderungen der Neuzeit, vom Vorratslernen hin zum lebenslangen Lernen.
Weiterführend werden Hochschullehrer als Teil des Hochschulsystems in diese
Betrachtungen einbezogen. Über die Rolle der Tutoren lassen sich Veränderungen an
den Hochschulen definieren. Schließlich folgt im Speziellen eine Betrachtung der
Ausbildung zum Chip-Entwurf hinsichtlich des Lernens mit neuen Medien.
2.1 Zeichen für den Bedarf an neuen Lehr- und
Lernformen
Der Siegeszug des Personal Computers hat den Wandel zur Informationsgesellschaft
forciert. Durch die kontinuierlich rasante Entwicklung der Computertechnik und
vornehmlich der integrierten Schaltungen fanden die modernen Kommunikationswerkzeuge
der Informationsgesellschaft Einzug ins Leben. Heute sind im Vergleich zu 1970
1 Mio. Mal mehr Speicherzellen auf einem Chip, Speicherzellen 4 Mio. Mal günstiger,
100 Mal feinere Strukturen auf den Chips und über 20.000 Mal mehr Transistoren
integriert, die 20.000 Mal schneller schalten können [Infi02, S.2].
1989 schufen die Entwicklungen HTML, URL und HTTP eine weitere
Revolution. Das Internet entstand als ein Instrument der akademischen Forschung,
entwickelte sich jedoch schnell ausserhalb der Wissenschaft zu einem der
einflussreichsten Kommunikationsmedien und zu einer wirtschaftlichen Triebfeder
unserer Zeit. Die soziale und ökonomische Bedeutung des Internets ist vergleichbar
mit der Industriellen Revolution oder der Erfindung von Telefon und Fernsehen
[Booz00, S.6].

6
Kapitel 2. Betrachtungen zum modernen Lernen
Die oben beschriebenen Entwicklungen sind mit Auslöser der Prozesse, die die
Entwicklung von der Industrie- zur Informationsgesellschaft vorantreiben. Sie treten in
der Wirtschaft wegen der stärkeren Konkurrenz deutlicher auf. Im folgenden werden
diese Prozesse im Zusammenhang mit der Wirtschaft, den Unternehmen und
anschließend im Rahmen der Hochschulen betrachtet.
2.1.1 Anzeichen im wirtschaftlichen Umfeld
In Unternehmen werden Lernformen wie Ausbildung, Umschulung und Weiterbildung
für die Zukunft eine noch stärkere Dominanz im Arbeitsleben haben, jedoch nicht in
der klassisch bekannten Form, sondern auf eine neue Art, durch Integration von neuer
Informationstechnologie. Variierende Allianzen zwischen den Unternehmen zwingen
die Mitarbeiter beim Umgang mit Wissen flexibel zu handeln. Unternehmen stehen
unter dem Druck, neue Methoden schnell in Produktivität umsetzen zu müssen. Die
Halbwertzeit des Wissens ist so hoch, dass Wissen ganzer Berufszweige innerhalb von
zehn Jahren völlig veraltet. Da Menschen sehr stark in wechselnden Projekten bei
veränderten Anforderungen arbeiten, können sie potenziell auch alle zehn Jahre etwas
Neues machen [Magn01, S.31].
Zeit für gemeinschaftliches Präsenzlernen wird immer knapper, das Selbstlernen
rückt stärker in den Vordergrund. In immer kürzerer Zeit werden Produkte entwickelt,
die auf immer neuen Methoden und Technologien basieren; mit der gestiegenen
Innovationsrate sinkt auch die Halbwertzeit des Wissen. Lernen im Zeitwettbewerb
bedeutet dabei immer auch kontinuierliches Entlernen, um Raum für neues Wissen zu
schaffen. Angesichts der Tatsache, dass die Halbwertzeit des Wissens in vielen
Bereichen auf unter drei Jahre gesunken ist und sich derzeit alle fünf Jahre das
menschliche Wissen verdoppelt, eine Überlebensnotwendigkeit. Hinzu kommt, dass
durch normale Fluktuation jährlich bereits fünf Prozent des Unternehmenswissens
verloren gehen [Schw02, S.30].
Stark schwankende Nachfragen verlangen nach flexiblen Produktionszyklen, zu
denen Mitarbeiter kurzfristig angelernt werden müssen. Mit klassischen Lehrmitteln
und Methoden kann der Bedarf kaum befriedigt werden. Die Konstellation, dass
während einer Präsenzschulung Kosten für Tutoren, Räumlichkeiten, Reisen u.v.m.
anfallen und gleichzeitig durch die Abwesenheit der Mitarbeiter die Produktion ruht,
erhöht den Bedarf an Lösungen, die mit der neuen Informationstechnologie näher
rücken. Das ergibt deutliche Anforderungen an ein Lernen der Zukunft: es muss
Wissen in Echtzeit liefern, modulare, genau auf individuellen Bedarf zugeschnittene
Wissenspakete liefern und weltweit distributierbar sein [Magn01, S.27].
Die gestiegene Innovationsrate und die kürzer werdende Halbwertzeit von Wissen
sind zwei Faktoren, die ein stärkeres ständiges Weiterlernen notwendig machen, das
modern mit dem Begriff lebenslanges Lernen umschrieben wird. Das Tempo, in dem
die Informationsmenge zunimmt, hat in den letzten Jahrzehnten eine atemberaubende

2.1 Zeichen für den Bedarf an neuen Lehr- und Lernformen 7
Höhe erreicht: Allein in den acht Jahren zwischen 1972 und 1980 wurden so viele
Informationen gesammelt wie in den 2000 Jahren zuvor. Fünfzig Jahre nach dem
Druck der ersten Gutenbergbibel waren rund zwei Millionen Druckerzeugnisse
veröffentlicht; heute werden weltweit mehr als 3000 Bücher täglich publiziert, weit
über eine Million im Jahr [Hase95, S.13]. Um diese Flut zu beherrschen, tritt eine
Verlagerung von der Erstausbildung zur qualifizierten, kontinuierlichen Weiterbildung
ein mit neuen Anforderungen an die Arbeitnehmer der Zukunft. Im 21. Jahrhundert,
im Übergang vom Industrie- zum Informationszeitalter, werden qualifizierte und
innovative Mitarbeiter und die Fähigkeit, kontinuierlich und schnell Kompetenz und
Wissen aufzubauen, zu den wichtigsten Wettbewerbsfaktoren [Schw02, S.29].
Neue Anforderungen an die Unternehmen verdeutlichen, dass ein Bedarf an
neuen Lehr- und Lernformen notwendig wird.
In diesem Zusammenhang wird der Begriff des E-Learning als die Zukunft des
Lernens angesehen. In [BaHM02, S.302] wird E-Learning umschrieben als:
Ursprünglich Sammelbegriff für alle Formen elektronisch unterstützten Lernens.
Eingeschlossen darin sind netz- und satellitengestütztes Lernen, Lernen per
interaktivem TV, CD-ROM, Videobändern usw. Mehr und mehr wird der Begriff
jedoch ausschließlich für Internet- bzw. Intranet-basiertes Lernen verwendet.
In dieser Arbeit umfasst E-Learning alle Formen elektronischer Lehre,
insbesondere software-basierte Lernprogramme. Gewöhnlich steht CBT für
„Computer-Based-Training“, bei uns dagegen soll CBT für Computer-Based-
Training-Lernprogramm stehen, und zwar für eines, das überwiegend offline läuft, also
beispielsweise von einem lokalen Rechner aus. Entsprechend soll WBT (Web-Based-
Training) stehen für ein Web-Based-Training-Lernprogramm, das überwiegend online
arbeitet, etwa über einen Internet-Browser. Die Grenzen zwischen CBTs und WBTs
sind offensichtlich fließend, indem CBTs beispielsweise gelegentlich auch auf andere
entfernte Programme zugreifen.
E-Learning wird als eine Antwort auf Fragen im Bereich der Aus- und
Weiterbildung gesehen, mit denen sich Unternehmen in zunehmender Globalisierung
konfrontiert sehen. Es ist aber auch bekannt, dass die Einführung des E-Learning
zusätzliche Anstrengungen und einen Wandel in den Unternehmensstrukturen fordert.
Die E-Kommunikation erfordert eine Veränderung der Kultur in den Unternehmen und
einen Transfer in Richtung Selbst-Lernkultur und konsequenten Umgang mit Systemen
zum Wissensmanagment. Ohne E-Learning, d.h. nur mit den herkömmlichen
Instrumenten der Weiterbildung, werden Unternehmen diese Veränderungsprozesse
kaum und schon gar nicht in der geforderten Zeit bewerkstelligen können
[Neum02, S.17].
Investitionszahlen der US-Wirtschaft als Trend-Setter zeigen das Potenzial.
E-Learning ist in den USA ein Wachstumsmarkt, der zunehmend auch das Interesse
von Venture-Capital-Firmen findet, was die Entwicklungsdynamik noch weiter forciert.
Schätzungen gehen von einer jährlichen Verdopplung der Investitionen von derzeit

8
Kapitel 2. Betrachtungen zum modernen Lernen
etwa 2 Mrd. Dollar in diesem Bereich aus und betrachten den Bildungsbereich als den
am stärksten wachsenden Dienstleistungssektor. Zwischen 1990 und 2000 haben
Investoren – wie eine Studie der Marktforschungsfirma Eduventures belegt – rund 10
Mrd. Dollar in private E-Learning-Unternehmen investiert. Lagen die Aufwendungen
der amerikanischen Wirtschaft im Jahre 1997 erst bei 197 Mio. Dollar und steckt die
Entwicklung auch heute noch in den Kinderschuhen, so wird für das Jahr 2003 ein
Marktvolumen von 11,3 Mrd. Dollar prognostiziert. Eine Entwicklung die – so IDC
International Data Corporation – alle anderen Lernmethoden in den Schatten stellen
wird [Schw02, S.42].
Eine Befragung von C-DAX-Unternehmen in Deutschland [Inno01, S.2] stellt
heraus, dass bereits jetzt E-Learning in Unternehmen begonnen hat, sich zu etablieren.
E-Learning hat bereits einen hohen Verbreitungsgrad erreicht. So führt bereits ein
Drittel der Unternehmen elektronische Weiterbildungsmassnahmen durch, wobei über
90% davon Computer Based Training (CBT) einsetzen. Diese Unternehmen erwarten
als Vorteile eine erhöhte Verfügbarkeit, Zeitersparnis, erhöhtes Selbstlernen sowie
Kostenersparnis. Am ehesten erfüllt werden dabei die Erwartungen einer Zeitersparnis
sowie einer erhöhten Verfügbarkeit, gefolgt von der Kostenersparnis. Weiter ergab die
Befragung [Inno01, S.4]: Der Einsatz von E-Learning wird zukünftig steigen. So
planen in der Gruppe der „E-Learner“ 73% der Befragten eine Ausweitung des
bestehenden Angebotes. Bei den „Traditonellen Weiterbildern“ plant bzw. diskutiert
über die Hälfte die Einführung von E-Learning.
Die Unternehmen haben erkannt, dass der Bedarf, im 21. Jahrhundert die
Ausbildung der Mitarbeiter schnell und effizient zu gestalten, ein das Überleben
sichernder Schritt ist. Hierzu wird E-Learning als eine Lösung gesehen, und es wird in
die Entwicklung und Integration neuer Lehr-/Lernformen investiert. Es ist zu erwarten,
dass mit dem anhaltenden Einsatz von E-Learning in Unternehmen und privaten
Haushalten die Akzeptanz weiter steigen wird. Dann wird das Benutzen von
E-Learning, ähnlich wie Telefon, Fax, Computern und zunehmend auch Internet zum
alltäglichen Einsatz führen. Die Zahl der Internet-Nutzer ist in weniger als einem Jahr
um 2,9 Millionen Nutzer auf jetzt 23,2 Millionen gewachsen. Damit sind 45,7 Prozent
der Bevölkerung [von allen potenziellen Internetnutzern in Deutschland] im Web
[EPub02]. Ob es gleichzeitig die traditionellen Lehrformen verdrängen wird, ist kurzund
mittelfristig zunächst zu bezweifeln. Langfristig hängt es entscheidend mit den
Entwicklungen in der Zukunft ab, die E-Learning durchaus noch attraktiver machen
könnten.
2.1.2 Anzeichen im Umfeld der Hochschulen
Der Wandel zu einer Wissensgesellschaft äußert sich unter Anderem in den
gestiegenen Studentenzahlen. Die 16. Sozialerhebung im Auftrag des Deutschen
Studentenwerkes (DSW) vom 19.08.2001 belegt, dass seit 1975 bis 2000 die Anzahl

2.1 Zeichen für den Bedarf an neuen Lehr- und Lernformen 9
der Studierenden und Studienanfänger, mit Phasen des Rückgangs, gestiegen sind.
Bild 2.1 veranschaulicht diese Zahlen.
Bild 2.1 Deutsche und ausländische Studierende und
Studienanfänger 1975 bis 2000 nach Geschlecht
[DeSW01, Bild 2.1]
In modernen Gesellschaften wird Bildung immer wichtiger und von immer mehr
Menschen praktiziert. Prof. Wolter schreibt in [Wolt01, S.47]: Moderne Gesellschaften
scheinen sich relativ konvergent zu einer Gesellschaft der langen oder immer längeren
Bildungswege hinzuentwickeln. Als Anzeichen nennt er die Verlängerung von
Pflichtschulzeiten und die Ausweitung beruflicher Erstausbildungszeiten sowie die
Tatsache, dass ein immer größerer Teil der jüngeren Generationen Bildungswege
präferiert, die traditionell schon immer länger waren (in Deutschland z.B. Gymnasium
und Studium). Weiter schreibt er, dass sich diese Bildungszeiten zusätzlich aber auch
noch – z.B. durch eingeschobene andere Ausbildungsphasen oder durch Verlängerung
der Verweildauer im Hochschulbereich – immer weiter ausgedehnt haben. Die Statistik
belegt dies z.B. in [Info02]. In zwölf der 20 beliebtesten Uni-Studiengänge hat sich die
Fachstudiendauer seit 1993 weiter erhöht. Die Absolventen werden so zunehmend

10
Kapitel 2. Betrachtungen zum modernen Lernen
älter: Waren sie 1980 noch 27,1 Jahre jung, so zählten sie im Jahr 2000 bereits
29 Lenze. Als Gründe für längere Studienzeiten sind natürlich auch überfüllte
Hochschulen, fehlende Betreuer und ausbleibende Reformen zu nennen. Diese Fakten
sind jedoch kein Widerspruch, sondern unterstreichen zusätzlich den Bedarf an neuen
Lehr- und Lernformen, die offensichtlich ausschließlich mit klassischen Mitteln nicht
gedeckt werden können.
Der Drang nach Bildung durchzieht alle Schichten der Gesellschaft. Es wird
bestärkt durch hohe Innovationsraten, kurze Halbwertzeit von Wissen, zunehmende
Informationsflut durch klassische und neue Medien, dem stärkeren Wettbewerb durch
Globalisierung, um hier einige Einflüsse zu nennen (vgl. Abschnitt 2.1.1). Hinzu
kommt die Erkenntniss, dass Arbeitsplätze für unqualifizierte Arbeitnehmer
zunehmend in der Gesellschaft geringer werden. Der beste Schutz gegen
Arbeitslosigkeit ist Bildung – dabei gilt: Je mehr, desto besser. [...] Dagegen wird
Arbeitslosigkeit zunehmend zu einem Problem der Geringqualifizierten. War zu Beginn
der 90er Jahre nur jeder Siebte ohne abgeschlossene Ausbildung arbeitslos, so fand im
Jahr 2001 bereits jeder Vierte von ihnen keine Anstellung [Fors02].
An den Hochschulen ist zunehmend die Tendenz hin zum lebensbegleitenden
Studium zu beobachten, dass durch die Flexibilisierung der Lern- und Lebensmodelle
begünstigt wird. [Hanf01, S.10] berichtet über eine Befragung von Studenten, in der
nach dem Stellenwert des Studiums im Leben gefragt wurde. Ein immer größerer
Anteil von ihnen scheint den Job nicht lediglich als Quelle zum Gelderwerb zu sehen,
sondern sich mit ihm zu identifizieren. Das Studium wird quasi zur Nebensache,
notwendig, um einen akademischen Abschluss zu erlangen, aber nachrangig, wenn es
um die Ausgestaltung der persönlichen Karriereperspektiven geht. Nach unseren
Beobachtungen gibt es bei einer beachtlichen Anzahl von Studierenden eine
Schwerpunktsverlagerung vom Studium zur Erwerbsarbeit, die dadurch begünstigt
wird, dass die relativ großzügigen Gestaltungsfreiräume ein Studieren auf Teilzeitbasis
ermöglichen. Eine stringentere Strukturierung der Studienorganisation wird daher von
der Mehrheit der Studierenden abgelehnt.
Lebensbegleitendes Lernen wird auch oft mit dem Begriff lebenslanges Lernen
bezeichnet (vgl. Abschnitt 2.1.1). Ein Konzept des lebenslangen Lernens stellt
Prof. Wolter sehr ausführlich und in allen Ausprägungen in [Wolt01, S.42] vor. Als
Gründe für den expansiven Bedarf an lebenslangem Lernen nennt er:
1. Den Strukturwandel von Wirtschaft und Beschäftigung, in dem kürzere
Innovationszyklen und der Bedarf, immer schneller und flexibler auf neue
Anforderungen reagieren zu müssen, deutlich werden.
2. Die Dynamik der Wissens- und Wissenschaftsentwicklung, in der immer schneller
Wissensbestände und Kompetenzen entwertet werden. Lebenslanges Lernen ist
erforderlich, um in allen Handlungsfeldern die Handlungskompetenzen und
Partizipationschancen zu erhalten oder zu vergrößern.

2.2 Die Rolle der Hochschulen in der Zukunft 11
3. Bildungszeiten müssen zugunsten der Weiterbildung umverteilt werden, da
steigende Anforderungen an den Einzelnen, die immer häufigere Wahl von langen
Ausbildungswegen und biographische Veränderungen, die zu einer
kontinuierlichen Ausdehnung vorberuflicher Bildungs- und Ausbildungszeiten
geführt haben, zur Unproduktivität führen. Man geht in diesem Zusammenhang
davon aus, dass die kreativste Lebenszeit vor dem Arbeitsleben verbracht wird.
4. Im lebenslangen Lernen wird auch ein Konzept aktiver Arbeitsmarkt- und
Gesellschaftspolitik gesehen. Durch Verkürzung von Arbeitszeit wird Lebenszeit
verfügbar, die durch lebenslanges Lernen aufgewertet wird. Dies dient in einem
umfassenden Sinne dazu, Personen zu aktivieren oder Aktivitätspotenziale zu
erhalten.
5. Zur Entschärfung sozialer Problemlagen durch lebenslanges Lernen als Instrument,
wodurch der soziale Zusammenhalt des Gemeinwesens gefördert wird. In diesem
Zusammenhang dient lebenslanges Lernen zur Marginalisierung von Personenoder
Problemgruppen sowie um gesellschaftlichen Spaltungstendenzen
entgegenzuwirken und gesellschaftliche Integration zu fördern.
Die Experten sind sich einig, dass die Ausbildung an Hochschulen durch neue
Medien modernisiert werden muss. Anders, scheint es, kann man den veränderten
Wissenskonsum in der Zukunft nicht befriedigen. Spätestens seit Mitte der 90er Jahre
wird die Notwendigkeit des umfassenden Einsatzes von Computern und Neuen Medien
an den Hochschulen als ein zentrales Thema der Hochschulpolitik in der
Bundesrepublik thematisiert [BMBF02, S.5]. Der klassische Weg, dass ein Lehrer,
Trainer oder Professor in einer Präsenzveranstaltung lehrt, ist wohl noch immer die
ideale Lernumgebung. Diese Konstellation ist jedoch im Rahmen der gestiegenen
Anzahl an Lernenden und des lebenslangen Lernens eine kostenintensive Form. But
the possibility of having everyone tutored by a skilled teacher is not realistic, because
of lack of skilled teachers and the cost involved [Bork92, S.3]. Neue Lehr- und
Lernformen müssen durch moderne Konzepte entwickelt und angewendet werden.
2.2 Die Rolle der Hochschulen in der Zukunft
Mit der Weiterentwicklung der Technik werden neue Einsatzmöglichkeiten
erschlossen. Man hat ausgerechnet, dass man durch Berechnen von 80 Mio. Polygonen
pro Sekunde die normale Realität ununterscheidbar abbilden kann. Eine
Spielekonsole, Playstation 2 von SONY, kann bereits 20 Mio. Polygone pro Sekunde
berechnen [Magn01, S.50]. Nach der These von Moore, mit der Annahme, dass die
Anzahl der berechneten Polygone parallel zu der Anzahl Transistoren auf einem Chip
steigt, wird man in drei Jahren die Realität ununterscheidbar abbilden können, und es
werden sich dann ungeahnte neue Formen und Gestaltungsmöglichkeiten ergeben. Die

12
Kapitel 2. Betrachtungen zum modernen Lernen
modernen Technologien mit ihren zunehmenden elektronischen Steuerungen und
vernetzten Datenspeicherungen machen ständig neue selbständige Auswahl-,
Erschließungs- und Verarbeitungsprozesse notwendig. Und zunehmende virtuelle
Gestaltungs- und Kommunikationsmöglichkeiten bringen neue Herausforderungen an
die konstruktive Lern- und Integrationsfähigkeit [BMBF01, S.14].
Mit den veränderten Anforderungen an das Lernen der Zukunft (vgl.
Abschnitt 2.1) ändert sich auch die Rolle der Bildungsanstalten. Nach [AlWa01, S.16]
wird im Unterschied zu traditionellen Formen der akademischen Lehre die Moderne
viel stärker von unterschiedlichen Interessen und Perspektiven beeinflusst. Im
derzeitigen, noch überwiegend experimentellen Stadium der Entwicklung und
Verbreitung von Multimedia und Telematik in der Hochschullehre spielen diese
unterschiedlichen Interessen und Perspektiven teilweise eine wesentliche Rolle. [...]
Eine zentrale Folgerung aus dieser Beobachtung von Interesse und Perspektiven ist,
dass multimedial und telematisch gestützte Hochschullehre unvermeidlich zu neuen
Mustern von Arbeitsteilung und Kooperation führen wird.
Zu der Frage, wie die Entwicklung lebenslanges Lernen, Funktion und Bedeutung
der Hochschule verändern wird, schreibt Prof. Wolter, dass sich Hochschulen im
internationalen Maßstab tiefgreifend verändern werden müssen, um diesen neuen
Anforderungen zu entsprechen. Wenn lebenslanges Lernen mehr umfasst als die
sektorale Förderung von Weiterbildung, sondern den Blick auf Bildung als
ganzheitliches und interdependentes System lenkt, dann ist es selbstverständlich auch
auf der Ebene der Hochschule mit der Forderung nach mehr wissenschaftlicher
Weiterbildung allein nicht getan. Vielmehr wird die Realisierung lebenslangens
Lernens tief in die Strukturen der Zugänge, der Angebote, der Formen des Lehrens und
Lernens und des Studiums eingreifen [Wolt01, S.57].
Um ein alt etabliertes Hochschulsystem zu modernisieren, braucht es Kräfte, die,
so scheint es, nur durch Kooperation der Anbieter hervorgebracht werden können. Die
Herausforderung an uns liegt darin, diese weltweiten Wissensnetze aufzubauen [...]
[Magn01, S.27]. Kooperationen dieser Art entstanden in den letzten Jahren. Der
Virtuelle Campus 1 ist einer davon. Die Ursprünge und Anlässe fand sie in den
folgenden drei Entwicklungen, die [AlWa01, S.81] entnommen sind:
1. Es zeigt sich immer offensichtlicher, dass für bestimmte Studiengänge
bzw. - angebote interessante oder notwendige Fachgebiete in der wünschenswerten
Breite und Tiefe nicht an jedem fraglichen Hochschulstandort eingerichtet werden
können. Daraus entsteht der Bedarf an hochschulübergreifenden Kombinationsund
Ergänzungsmöglichkeiten.
1 Das Projekt Virtueller Campus wird seit September 1997 in folgendem Verband von Instituten der
Universitäten Hannover, Hildesheim und Osnabrück bearbeitet: Die Partner vertreten die Fachgebiete Informatik,
Computerlinguistik, Kognitionswissenschaft sowie Informationswissenschaft und bringen diese in den Verbund
ein.

2.2 Die Rolle der Hochschulen in der Zukunft 13
2. Lebenssituationen und Interessen von Studierenden verlangen zunehmend
flexiblere Formen der Studienorganisation. Daraus entsteht ein Bedarf für
produktive didaktische Vielfalt zur Gestaltung unterschiedlicher Lernzugänge für
Studierende.
3. Hochschulen müssen Wege finden bzw. Lösungen entwickeln, um für Studierende in
einem Kontext zunehmender (teilweise auch international ausgeprägter)
Konkurrenz attraktiv zu bleiben bzw. zu werden. Dadurch entsteht ein Bedarf für
eine hohe Qualität virtueller Studienformen und für wettbewerbsfähige
Kooperationsbündnisse.
Um in Hochschulen übergreifendes E-Learning zu etablieren, werden diese
Kooperationen zur Bündelung von Kräften und Kompetenzen als notwendig
angesehen. Ferner wird damit auch der Forderung entsprochen, den Einsatz von
Internet und anderen modernen Mitteln in die Lehre zu integrieren. Dies kann am
besten mit kompetenten Partnern „in der Ferne“ umgesetzt werden. Das
ELAN-Projekt 2 ist eine der jüngsten Kooperationen und definiert als Ziel: Es wird ein
eLearning-Netzwerk an den beteiligten Hochschulen (Netzpiloten und Netzträger) in
Niedersachsen implementiert. Dabei soll aus bereits vorhandenen Kompetenzen
geschöpft werden, die das Netzwerk durch Synergien ausbauen und neue Elemente
entstehen lassen [ELAN02].
Hochschulen müssen auch die Lernenden auf das Leben und das damit
verbundene Lernen nach dem Studium vorbereiten. Es kommt deshalb in Zukunft auf
die Hochschulen die Aufgabe zu, Verstehens-, Orientierungs-, Handlungs- und
Kompetenzgrundlagen für konstruktives und selbstgesteuertes Erschließen von neuem
Wissen zu vermitteln. Das Bestreben, neue Medien in den Lehr- und Studienalltag zu
integrieren, ist nicht nur ein Reflex auf externe Prozesse (Technologieentwicklung,
beschleunigte Entwertung bzw. Erneuerung des Wissens, Notwendigkeit zur
Verarbeitung wachsender Informationsmengen, Wandel der Anforderungen des
Beschäftigungssystems, internationaler Wettbewerb, Globalisierung), sondern erfolgt
auch in der Erwartung eines eigenständigen Beitrags zur Steigerung der Effizienz und
Qualität von Forschung und Lehre an den Hochschulen und einer erhöhten
Nachhaltigkeit des Kompetenzerwerbs als Ergebnis der Hochschulausbildung auch im
Sinne einer Befähigung zu lebenslangem Lernen [BMBF02, S.9].
Hochschulen müssen zukünftig durch Forschung und Entwicklung Wege finden,
neue Medien in die Ausbildung zu integrieren. In diesem Sinne sind probeweise
Bestrebungen wie z.B.:
2 ELAN = eLearning Academic Network (Niedersachsen). Die ELAN-Netzpiloten in Hannover und
Braunschweig haben die Aufgabe, als Spezialisten für den Einsatz von Multimedia in Lehre, Studium und
Weiterbildung zu fungieren und ein Netzwerk für eLearning zu leiten. Das Ziel ist eine hochschulübergreifende
Positionierung und Profilierung sowie eine nachhaltige Verbesserung von multimedialen Lehrformen. Dabei
steht auch die wirtschaftlich tragfähige Entwicklung von eLearning-Services und -Angeboten im Vordergrund
[ELAN02].

14
Kapitel 2. Betrachtungen zum modernen Lernen
- der Import ergänzender Angebote, die am Ort nicht vorhanden sind
- die Nutzung gemeinsam aufbereiteter multimedialer Lerneinheiten
- das Anbieten von virtuellen Seminaren über Uni-Grenzen hinweg, jedoch mit
Fachleuten vor Ort
- die Virtualisierung von Vorlesungen durch „Presentation Recording“
zu beobachten. Weiterführende Anwendungen wie z.B.:
- Teleteaching im synchronen Hörsaal-zu-Hörsaal-Szenario
- Import und Export kompletter Vorlesungen
- kosten- und zeitaufwändige multimediale Inhaltsaufbereitung
- virtuelle Praktika und Projekte
werden derzeit noch als interessante, aber problematische Formen angesehen und
bedürfen weiterer Forschung und Entwicklung.
2.3 Betreuende Tutoren in der Zukunft
Die Hochschulentwicklung durch neue Medien hat das Ziel, die Lehre zu verbessern
und den Hochschulbetrieb effektiver zu gestalten. Diese oder ähnliche Definitionen
können in vielen Verlautbarungen von Kultusbehörden und Ministerien vernommen
werden. Bislang nehmen die Hochschullehrer eine wesentliche Stellung in der
Ausbildung ein. Sie lehren und leiten die Studenten in Vorlesungen und Übungen,
vornehmlich in Präsenzveranstaltungen. Sie sind Bezugsperson, wenn es um Fragen
zum Lehrstoff oder Studium geht. Die Ressource Mensch ist jedoch auch hier die
kostenintensivste Komponente, vor allem im Zusammenhang mit der Präsenzlehre.
In der Lehrer-Lerner-Beziehung bezeichnen wir Lehrende allgemein als Tutor,
unabhängig von ihrer Qualifikation. Es zählen demnach Professoren, Dozenten,
wissenschaftliche Mitarbeiter und auch Hiwis dazu.
Zu Beginn der Multimedia-Euphorie in den 90er Jahren wurden unterschiedliche
Szenarien beschrieben, die man mit Hilfe der neuen Medien als machbar
prognostizierte. Rationalisierung durch Qualitätssteigerung, denn man unterstellt, dass
qualitativ hochwertiges Lernmaterial orts- und zeitunabhängiges und damit
individuelles Lernen unterstützt. Soweit das erfolgreich möglich ist, kann eine partielle
Ablösung vom Präsenzbetrieb erfolgen, d.h. die personale Interaktion zwischen
Lehrenden und Lernenden wird durch die Interaktion mit der jeweiligen
Lernumgebung ersetzt. Dadurch können mit Fernlehre und neuen Formen der
Arbeitsteilung (virtuelle Studiengänge) neue „Kunden“ erschlossen und
Personalaufwand reduziert werden [Slaw02, S.181].
Ähnliche Ansätze entsprachen idealisierten Vorstellungen, die in der Umsetzung
schnell Grenzen fanden. Es wurden die Kosten für solche notwendigen qualitativ

2.3 Betreuende Tutoren in der Zukunft 15
hochwertigen Lernsysteme unterschätzt. Ein entsprechend hoher Aufwand an
Kompetenz und Kosten ist dafür notwendig, weshalb der Aufbau solcher Lernangebote
zunächst nur mit erheblicher Förderung erfolgen kann, die wiederum – um sich zu
rechtfertigen – entsprechend hochwertige didaktische Konzepte und aufwändige
Tauglichkeitsnachweise einfordern [Slaw02, S.181].
Auch wenn durch längere Mehrfachnutzung eine relative Verbilligung eintritt,
bleibt die Implementierung, Wartung und Erneuerung überwiegend nicht
automatisierbare Arbeit. Das hochgradig interaktive Lernprogramm LernSTATS zum
Lernen der Statistik [...] hat bis heute etwa DM 180.000 gekostet, also bei 60
Lernstunden weniger als DM/h 3.000, bei 60 Studierenden pro Jahrgang weniger als
DM/h/Stud 50 [Schu01, S.369]. Mit der Annahme, dass die Halbwertzeit von Wissen
stetig kleiner wird und gleichzeitig die Innovationsrate steigt (vgl. Abschnitt 2.1),
werden Wartung und Erneuerung einen immer größeren Stellenwert einnehmen. Es
kommt hinzu, dass künstliche Intelligenz nur sehr begrenzt zu realisieren ist, was
wiederum Lernprogramme als Ersatz für Tutoren in Frage stellt. Zusätzlich bedarf das
Lernen mit Computern ein verändertes Lernverhalten, das noch nicht in allen
Disziplinen etabliert genug ist. Der Anspruch früherer Lernprogramme war es, das
Lernen komplett einem medialen Träger anzuvertrauen, meistens einer CD-ROM oder
einem Web-Angebot als Downloadfile. Dies bedeutet aber einen didaktischen Spagat:
Eine Lernapplikation sollte einerseits ein umfassendes gut erschließbares Fachwissen
bieten – auf der anderen Seite sollte sie den Stoff „einfühlsam“ vermitteln. Durch
diesen Anspruch war die Lernapplikation zum Scheitern verurteilt – konnte sie doch
nicht den Dozenten und das Buch gleichzeitig ersetzen [Goer02, S.45].
E-Learning allein, ohne tutorielle Betreuung, bringt keine Effizienzsteigerung. Bei
Lernprogrammen, die ohne Tutor auskommen und in denen nur die Maschine
Hilfestellungen per Standards-Mails bietet, geht der Lernerfolg schnell gegen null. Für
eine erfolgreiche Fortbildung müssen die Lernenden über soziale Bande – die auch
virtuell geknüpft werden können – und Betreuung motiviert werden [Loos01]. Diese
Erfahrungen wurden nicht nur an Hochschulen unter Forschungsbedingungen, sondern
auch in der Wirtschaft gemacht, wo in der Regel ausgereifte kommerzielle
Lernprogramme zum Einsatz kommen. Auch namhafte Konzerne haben die Erfahrung
machen müssen, dass E-Learning ohne eine Betreuung der Lerner nicht die erwarteten
Erfolge brachte. Es traten die gleichen Probleme wie beim herkömmlichen
Selbstlernen auf. Der Mitarbeiter fühlte sich „allein“ gelassen oder er nahm die
Angebote erst gar nicht wahr [Neum02, S.24].
Die jüngsten Expertenmeinungen sind sich einig, dass derzeit E-Learning ohne
Betreuung kaum Erfolgschancen hat. Zu oft wird E-Learning nur als Substitut für
Präsenztrainings gesehen. E-Learning ist jedoch interaktives „Selbstlernen“ und
ermöglicht die Schwächen der bisherigen Formen des Selbstlernen über Skripte,
ausgedruckte Präsentationscharts, Literatur und Fachbücher oder von CD-ROMs
auszugleichen [Neum02, S.19].

16
Kapitel 2. Betrachtungen zum modernen Lernen
Zu Beginn unserer Forschung vermuteten wir bereits, dass E-Learning als
vollwertiger Ersatz für die klassische Lehre kostengünstig kaum zu realisieren sein
würde. Wir entschieden uns für die Erforschung des kombinierten Einsatzes mit Hilfe
von selbst entwickelten CBTs. Our focus is the development and application of
training programs in chip design in addition to the well-known teaching methods with
lectures and labs [ÇaGo00].
Fakt ist aber auch, dass mit E-Learning Möglichkeiten entstehen, die zuvor nicht
vorhanden waren. Die Zukunft liegt darin, E-Learning in Kombination mit der von
allen Lehrenden und Lernenden praktizierten, auf der Welt einheitlich etablierten
klassischen Lehre, in der Tutoren eine ganz wesentliche Rolle einnehmen, zu
kombinieren. Genau für diese Symbiose, die mit dem Begriff Blended Learning
umschrieben wird, sind Tutoren vielleicht mehr als früher notwendig. Am effektivsten
sind daher Möglichkeiten der Kombination von Selbststudium und Präsenzphasen, was
inzwischen unter dem Begriff „Blended Leraning“ subsummiert wird: hier werden für
einen Lerninhalt/Curriculum mehrere Lerneinheiten definiert, die teils über
asynchrones WBT-Lernen zum Aufbau von Basiswissen, mittels [...] virtueller
Seminare für Verständisfragen und mittels Präsenzphasen für Übungseinheiten
verbunden werden [Neum02, S.20].
Nach unserer Meinung werden Tutoren auch zukünftig Maßstäbe für Lernende
setzen und als „Wegweiser“ dienen. Sie werden nicht kurzfristig bis mittelfristig von
Lernsoftware zu ersetzen sein. Tutoren müssen sich jedoch mit den neuen Medien
vertraut machen, um die Kompetenz in ihrer Rolle zu erfüllen. Der Lernende wird in
Zukunft die Möglichkeit haben zu wählen wann, mit welchen Mitteln, mit welcher
Intensität er lernen möchte und von welchen Tutoren er dabei Unterstützung haben
will. Die Tutoren werden als Anbieter von Wissen ein größeres Angebot führen
müssen, d.h. zukünftig auch die Aufgabe der Zusammenstellung, der Pflege und
Integration des täglich zunehmenden E-Learning-Angebots betreuen müssen. Der
Tutor [der Zukunft] ist Wissensvermittler und Arrangeur von Wissen [Neum02, S.25].
2.4 E-Learning in der VLSI-Ausbildung
Allgemein ist eine Tendenz zu beobachten, dass der Einsatz von E-Learning verstärkt
in Bereichen der Telekommunikation und EDV zum Zuge kommt. Der Bedarf an
E-Learning-Lösungen ist bei IT-Kräften aufgrund der hohen Innovationsgeschwindigkeit
und der geringen Halbwertzeit des Wissens am größten. Hinzu kommt,
dass diese Zielgruppe den Computer als Lernmedium von vornherein akzeptiert
[Neum02, S.39].
Im folgenden soll die Eignung der VLSI-Ausbildung für E-Learning diskutiert
werden.

2.4 E-Learning in der VLSI-Ausbildung 17
2.4.1 Entwurf digitaler Schaltungen
Obwohl fast täglich neue Rekorde durch leistungsfähigere Chips gebrochen werden,
die Kapazitäten der Speicher ständig wachsen und die Leitungsstrukturen stetig kleiner
werden, haben den Entwurf digitaler Schaltungen vor allem einige wenige
Entwicklungen wesentlich beeinflusst:
- Computer-Aided-Design-Werkzeuge (CAD-Tools);
- Hardware-Beschreibungssprachen (Hardware Description Language, HDL),
zur Beschreibung und zur Simulation von Schaltungen;
- Synthese-Compiler zur automatischen Transformation von einer höheren auf
eine niedrigere Entwurfsebene, insbesondere die Logiksynthese.
Zweifellos sind Computer und CAD-Werkzeuge das unentbehrliche
Handwerkszeug eines Chip-Designers. Mit exponenziell wachsender Zahl der
Transistoren auf einem Chip (1960 zwei Transistoren, 2002 bereits eine Mrd. [Golz02,
S.1-3]) wuchs auch der Einsatz von Computern beim Entwurf von digitalen
Schaltungen. Heute sind Computer unentbehrlich und werden auf allen
Entwurfsebenen mit unterschiedlichen Werkzeugen genutzt. With the advent of LSI
(Large Scale Integration), designers could put thousands of gates on a single chip. At
this point, design processes started getting very complicated, and designers felt the
need to automate these processes. Computer Aided Design (CAD) techniques began to
evolve [Paln96, S.3].
Um den Nutzungsgrad des Computers beim Chip-Entwurf zu verdeutlichen, wird
im folgenden ein möglicher Ablauf im VLSI-Entwurf kurz vorgestellt, ohne dabei ins
Detail zu gehen.
Ein möglicher Schaltungsentwurfsablauf
Nach der Spezifikation einer Schaltung beginnt der Designer in der Regel seinen
Top-Down-Entwurf zunächst als Verhaltensmodell in einer HDL. Dabei werden
interne hardware-nahe Strukturen der Schaltung nicht betrachtet, lediglich das
Verhalten nach außen modelliert. Das Verhaltensmodell wird am Computer
eingegeben und anschließend simuliert und analysiert.
Im nächsten Schritt wird ebenfalls in einer HDL ein Register-Transfer-Logik-
Modell (RTL-Modell) entwickelt. Das RTL-Modell beschreibt die Schaltung in
Abhängigkeit von später zu fertigenden Registern und kombinatorischer Logik. Die
durch das RTL-Modell definierte Schaltungsstruktur wird in der Regel, sofern sie nicht
durch Optimierungsprozesse verändert wird, in die Fertigung übernommen. Die
wesentliche Schwierigkeit beim Entwurf des RTL-Modells ist, unbeabsichtigte
Strukturen, die als Folge unsauberer Konstruktionen im RTL-Modell auftauchen
können, zu vermeiden. Hierzu wurden z.B. an der Abteilung Entwurf integrierter
Schaltungen (E.I.S.) der TU Braunschweig Regeln und Empfehlungen aufgestellt,

18
Kapitel 2. Betrachtungen zum modernen Lernen
deren kombinierte Anwendung in der Verantwortung des Designers steht. Das RTL-
Modell wird, wie das Verhaltensmodell auch, am Computer entwickelt, simuliert und
analysiert.
Im nun folgenden Entwicklungsschritt wird das RTL-Modell mit Hilfe eines
Compilers synthetisiert und in eine Gatternetzliste überführt. Einfluss nimmt der
Designer auf die automatische Logiksynthese durch die Design-Constraints
(Optimierungsziele) und die gewählte Technologiebibliothek. Ansonsten erfolgt die
Umsetzung abgekoppelt vom Einfluss des Designers. Die Herausforderung hierbei
besteht darin, die Design-Constraints „richtig“ anzugeben. Fehlende oder
unrealistische Design-Constraints können zu schlecht optimierten Ergebnissen führen.
Nach der Logiksynthese wird die Netzliste zur Fertigung an den Chip-Hersteller
übergeben oder, wenn der Ablauf für ein FPGA (Field-Programmable Gate-Array –
ein programmierbarer Chip) bestimmt war, entsprechend weiterverarbeitet. Zwischen
allen Entwicklungsschritten sind Tests und Simulationen zur Sicherung der Integrität
enthalten, die hier im einzelnen nicht erwähnt sind.
2.4.2 E-Learning im Chip-Entwurf
Zur VLSI-Ausbildung sind Grundlagen der Informatik notwendig, und damit wird die
VLSI-Ausbildung an Universitäten im wesentlichen im Hauptstudium angeboten. Die
teilnehmenden Studenten verfügen, neben notwendigen technologischen und
theoretischen Grundlagen aus dem Grundstudium, bereits auch über Fähigkeiten im
Umgang mit dem Computer. Durch wiederholt notwendiges Studieren von
elektronischen Handbüchern, Anleitungen zu Programmen oder auch schon das
Programmieren als Disziplin besitzen sie Erfahrungen im Lernen am Computer, also
mit Abläufen, die im E-Learning ähnlich auftauchen. Ein der eigentlichen Lernphase
vorgeschaltetes Anleiten zur Arbeit oder dem Lernen am Computer kann somit oftmals
entfallen.
Die Informatik ist im Allgemeinen eine EDV-affine Disziplin mit entsprechend
systematischem Wissen. Die Informatik eignet sich dazu [zum E-Learning] besonders
gut, da in ihr viel systematisch aufgebautes Wissen vermittelt wird [Ottm02]). Die
Inhalte der VLSI-Ausbildung im Speziellen sind zur Präsentation am Computer
ebenfalls gut geeignet, weil die Anwendung des Gelernten im wesentlichen am
Computer erfolgt (vgl. Abschnitt 2.4.1). Es ist z.B. mit Lernprogrammen möglich, dem
Lernenden seine zukünftige Arbeitsumgebung und die Werkzeuge identisch und real
zu vermitteln. Das Medium Buch (hier stellvertretend für alle geschriebenen Medien)
kann den Umgang mit den CAD-Werkzeugen nicht dynamisch vermitteln. Die
dynamische Wiedergabe von dynamischen Prozessen kann das Lerntempo erhöhen.
Beim Lernen mit einem Buch müssen zunächst die Vorgänge vor dem inneren Auge
eine imaginäre Dynamik bekommen. Diese subjektive Wirklichkeit kann auch bei
falscher Vorstellung zu Fehlern oder falsch Gelerntem führen, das anschließend bei der

2.4 E-Learning in der VLSI-Ausbildung 19
Arbeit mit den realen Tools wieder korrigiert werden muss. Mit E-Learning könnte
hier vorgebeugt und gleich das „Richtige“ vermittelt werden.
Lernende wollen oft die gelernte Theorie gleich durch praktische Anwendung
erfahren und vertiefen. Dieses konstruktive Lernen, bei dem der Rezipient aktiv den
Lernprozess mitgestaltet und nach dem Prinzip des entdeckenden Lernens arbeitet,
wird auch durch die Lernpsychologie favorisiert. Ein derzeit stark propagiertes
Reformkonzept ist der sog. Konstruktivismus. [...] Konstruktivistische Auffassungen
unterstellen die Konstruktion einer subjektiven Wirklichkeit aufgrund eigener
Erfahrungen durch den einzelnen Lerner [Edel00, S.287].
Einen Anfänger ohne Unterstützung gleich an die im Einsatz hochkomplexen
CAD-Werkzeuge zu stellen, kann aber auch zur Folge haben, dass der Lernende
abgeschreckt wird. Diese Erfahrung haben wir z.B. im Umgang mit dem
Synthese-Tool Design-Analyzer von Synopsys gemacht. Studenten berichteten, dass
sie von der Kombinationsvielfalt der Einstellungen abgeschreckt wurden. Durch die
virtuelle Darstellung von CAD-Werkzeugen, in die zu Beginn lediglich wesentliche
Funktionen eingeblendet werden oder aktiviert sind, können diese ohne zu große
Ablenkung gelehrt werden.
Portabilität ist ein weiterer Vorteil. Während CAD-Werkzeuge zum Chip-Design
kommerziell bis zu 100.000 Euro kosten und nicht ohne weiteres am heimischen PC
verwendet werden können, kann ein Lernprogramm schon eher erschwinglich sein.
Sind die Lernprogramme gar selbst entwickelt, können sie möglicherweise über das
Internet an die Lernenden distribuiert werden. Hier sind weitere für die Lehre
vorteilhafte, unterschiedliche Möglichkeiten denkbar. Die im Schaltungsentwurf
eingesetzten CAD-Werkzeuge sind sowohl in der Benutzeroberfläche als auch im
Einsatz hochkomplex. Mit einem großen Betreuungsaufwand werden die Studenten in
der Lernphase an diesen Werkzeugen geschult. Komplexität, Wartungsaufwand sowie
Lizenzbeschränkungen erlauben die Schulung nur ortsgebunden an institutseigenen
Rechnern. Ein ortsunabhängiges Erlernen dieser Werkzeuge beispielsweise zuhause
wäre von Vorteil [Çata01].
Die hier diskutierten Vorteile von E-Learning im Zusammenhang mit den
Entwicklungen zur Informationsgesellschaft rechtfertigen nach unserer Auffassung die
Erforschung neuer Lehr- und Lernmethoden in der Lehre des Entwurfs digitaler
Schaltungen.

20
Kapitel 2. Betrachtungen zum modernen Lernen

3 CBT-Entwicklung mit Low-Cost-Low-Time
Dieses Kapitel erläutert den Bedarf an CBT-Eigenentwicklungen an Hochschulen im
Rahmen kostensenkender Maßnahmen. Dazu werden zunächst Vor- und Nachteile der
CBT-Eigenentwicklung aufgezeigt und ihre Notwendigkeit im Chip-Entwurf
begründet. Es folgt ein Überblick über Klassifizierung von Lernprogrammen. Vor
allem wird das Konzept der Low-Cost-Low-Time-Produktion erklärt und seine
Anwendung an der Abteilung E.I.S. vorgestellt.
3.1 Eigenentwicklung von CBTs
CBT-Entwicklung
mit Low-Cost-Low-Time
An Hochschulen lehren Tutoren entweder mit dem Material anderer Autoren oder mit
selbst verfassten Werken. Ihre Entscheidung wird dabei durch das vorhandene
Literaturangebot, die Qualität und die Kosten wesentlich beeinflusst. Bei CBTs könnte
es sich künftig ähnlich verhalten.
In CBTs sind Inhalte durch multimediale Elemente didaktisch aufbereitet und zu
Lektionen zusammengestellt. Zur Produktion von CBTs wird in der Regel ein
Autorensystem verwendet. Daten und Inhalte werden ähnlich wie bei
Programmiersprachen zusammengefügt und in ihrem Verhalten programmiert. Im
Gegensatz zu Programmiersprachen bieten Autorensysteme jedoch spezielle
Funktionen an, die die Entwicklungszeit verkürzen.
Das Multimediale ist eine Stärke der CBTs, aber gleichzeitig auch ein Nachteil,
wenn es um die Eigenentwicklung geht, die extrem zeitaufwändig sein kann. Zu
Beginn unserer Forschung haben wir die Erfahrung gemacht, dass die „herkömmliche“
Produktion von CBTs, bei der alles von Grund auf neu entworfen, zusammengestellt
und programmiert wird, extrem viel Zeit benötigt. Autorensysteme oder fertige
Grafikbibliotheken können die Produktion zwar beschleunigen, doch im Gegensatz zu
gekauften CBTs wird immer ein erheblicher Mehraufwand bleiben, den es zu
rechtfertigen gilt.

22
Kapitel 3. CBT-Entwicklung mit Low-Cost-Low-Time
Sowohl gekaufte als auch selber produzierte CBTs haben ihre Vor- und Nachteile,
die es abzuwägen gilt. Im folgenden sollen diese aus Sicht eines Informatik-Instituts
betrachtet werden.
3.1.1 Nachteile der CBT-Eigenentwicklung
Während man bei gekauften CBTs lediglich einen Computer zum Abspielen benötigt,
muss man bei CBT-Eigenentwicklungen zunächst eine Produktionsausstattung
anschaffen. Exemplarisch ist in Tabelle 3.1 eine Liste notwendiger Hard- und Software
für einen einzelnen Multimedia-Arbeitsplatz zusammengestellt.
Bezeichnung
Hardware
Beispiel Preis (€)
PC-System (Win OS,
marktüblicher Standard)
AMD Athlon 2,5GHz 3.000,-
Audio-Prozessor dbx 286A 350,-
Mikrofon Behringer B2 200,-
Kleinteile
Software
... 100,-
Autorensystem Authorware 6.5 2.800,-
Filmprogramm Premiere 6.5 750,-
Sound-Programm SoundForge 6.0 400,-
Zeichenprogramm Corel Draw 11.0 400,-
Sound-Bibliothek
(gemafrei, 10CDs)
Highland Musikarchiv 200,-
Grafikbibliothek Art Explosion 150,-
Malprogramm Paint Shop Pro 7.04 100,-
Film-Capture-Programm HyperCam 1.70 50,-
Anfangsinvestition 8.500,-
Tabelle 3.1 Eine beispielhafte einfache Ausstattung eines CBT-Entwicklers
Die Liste aus Tabelle 3.1 lässt sich beliebig durch weitere Soft- und Hardware
ergänzen, z.B.: Autoren-Tools (Flash, Director etc.), Compiler (C, VisualBasic,
Delphi etc.), Datenbanken (Access, Oracle, My-SQL etc.), 3D-Tools (3Dfx,
3D Studio Max etc.), ein Video-Schnittplatz, eine Videocamera oder ein Mischpult.
Die Produktion von CBTs ist bekanntlich nicht nur irgendeine Kombination von
Medien, sondern es müssen unter anderem das Design, die Didaktik und die Technik
betreffende Fragen professionell gelöst werden. Im Entwicklungsprozess eines
multimedialen Lernsystems müssen eine Vielzahl gestalterischer Elemente einbezogen
und ihre Nutzungsaspekte für [...] Lernzwecke beachtet werden. Ein interdisziplinäres

3.1 Eigenentwicklung von CBTs 23
Team erfasst die Vielzahl der miteinander in Beziehung stehenden Einflussfaktoren,
bildet sie auf relevante Komponenten ab und leitet die Lernsoftware-Entwicklung in
einem sowohl technisch als auch pädagogisch eingebetteten Designprozess [Tava02,
S.179].
Während die Anschaffungen zur CBT-Produktion lediglich eine Frage des Geldes
sind, kommen also die Kosten für die Einarbeitung und Anwendung hinzu. Auch bei
den von uns produzierten CBTs zeigt ein Vergleich der älteren zu den heutigen
Lösungen, dass seit Beginn ein positives Wachsen von Erfahrung stattfand. Damit
haben wir unsere CBTs optimiert und verfeinert. Schließlich benötigen auch die
Pflege, das Aktualisieren und Ergänzen der eigens produzierten CBTs ein gewisses
Engagement, das ebenfalls Kosten verursacht. Diese Kosten fallen bei gekauften CBTs
nicht an.
3.1.2 Vorteile der CBT-Eigenentwicklung
CBTs etwa als Blended Learning müssen gewisse Ansprüche erfüllen. Sie müssen
unter anderem in das Konzept der bestehenden Vorlesung passen, und die
Präsentationsreihenfolge muss stimmen. Diese und ähnliche Ansprüche erfüllen auf
dem Markt erhältliche CBTs in Kombination mit bereits bestehenden Vorlesungen in
der Regel nicht.
Curricula an Hochschulen sind oftmals individuell erarbeitet und
zusammengestellt. Nicht alle Tutoren wollen oder können ihre bestehende Vorlesung
umstrukturieren und an gekaufte CBTs ausrichten.
Oftmals ist es schwer, fertige bedarfsgerechte CBTs zu finden, besonders in sehr
speziellen Forschungsgebieten wie dem Chip-Entwurf. Oft wird die Vorlesung
überarbeitet oder komplett neu angeboten. Kommerzielle CBTs können solch eine
permanente Entwicklung schwer kostengünstig mitmachen [Zufe03]. Der Tutor, der
gekaufte CBTs einsetzt, wäre von den Update-Zyklen der CBT-Hersteller abhängig,
was die Lehre behindern würde. Diese Problematik ist nicht nur hochschulspezifisch,
sondern taucht auch in anderen Bereichen auf, wo standardisierte Lernprogramme
eingesetzt werden sollen: Viele Firmen haben Angst, dass die standardisierten WBTs
ihren firmenspezifischen Trainingsbedürfnissen nicht entsprechen [Neum02, S.22].
Bei kommerziellen CBTs verhindern Lizenzrestriktionen die freie Weitergabe.
Anschaffungskosten von mehreren hundert Euro pro CBT-Lizenz müssen für jede
Kopie aufgebracht werden, was die gewünschte freie individuelle Nutzung behindert.
Fehler können bei kommerziellen CBTs zu einem Problem werden, da aus dem
Lehrmaterial auch Ansprüche für Prüfungen resultieren. Auf die Korrektur haben die
Nutzer nur sehr beschränkten Einfluss, was die weitere Nutzung in Frage stellen kann.
CBT-Eigenentwicklungen ermöglichen die freie und flexible Nutzung und sind,
wenn sie auf Basis bestehender Vorlesungen entwickelt werden, zur Vorlesung
kompatibel. Kleine Änderungen und Verbesserungen können schnell und

24
Kapitel 3. CBT-Entwicklung mit Low-Cost-Low-Time
unkompliziert an den vorliegenden Sourcen durchgeführt werden. Updates können bei
Bedarf synchron zur Anpassung der Vorlesung erfolgen. Lizenzrestriktionen sind kein
Problem.
Informatik-Institute haben zusätzlich den Vorteil, dass die zur CBT-Produktion
benötigte Hard- und Software oftmals bereits in Teilen am Institut vorhanden ist
(vgl. Tabelle 3.1), was die Kosten niedrig hält. Die Mitarbeiter sind oft auch im
Umgang mit diesem Equipment vertraut, was zu kürzeren Einarbeitungszeiten führt.
Dass der Einsatz von vorhandener Ausstattung sich kostenreduzierend auswirken
kann, unterstreicht auch Prof. Schulmeister in [Schu01, S.368]. [..] das [...]
Lernprogramm „Die Firma“ zum Lernen der Gebärdensprache hätte etwa
200.000 DM gekostet, würde man alle Kosten einberechnen. Es hat aber nur knapp
50.000 DM gekostet, weil die technische Ausstattung und das Personal bereits
vorhanden waren. Interessant ist hier eine mögliche Reduktion auf ein Viertel der
ursprünglichen Kosten.
Eine dritte Variante ist die Fremdproduktion, wobei ein Multimedia-Unternehmen
beauftragt wird. In [GlKu00, S.122] wird eine sehr ausführliche
Kosten-Nutzen-Rechnung bezüglich der Fremd- und Eigenproduktion von virtuellen
Studienangeboten durchgeführt. Auch wenn diese Kostenschätzung umfangreicher ist
als eine lediglich für die CBT-Produktion notwendige, so favorisieren die Autoren
trotzdem die Eigenproduktion. Folgt man diesen Kostenschätzungen, so erscheint die
Produktion durch ein eigenes Multimedia-Zentrum deutlich günstiger als die Vergabe
an externe Auftragnehmer. Das trifft auf die Auftragserteilung durch eine einzelne
Universität ebenso zu wie auf die gemeinsame Vergabe durch mehrere Hochschulen.
In [Schu01, S.368] wird diese Kostenschätzung kommentiert und auf zusätzlich
Kostensenkendes hingewiesen. Was Glotz und Kubicek nicht berücksichtigen, sind
Einsparungen aufgrund der vorhandenen Infrastruktur (Rechner, Server,
Medienzentren), des vorhandenen Medienmaterials (Tondateien, Dias, Filme) und der
vorhandenen Kompetenzen (Drehbuchskripte, didaktische Übungen).
Auch in Unternehmen, wo dem Kostendruck bekanntlich viel leichter
nachgegeben wird, zeichnet sich ein Trend zur eigenen Implementierung ab. Wir sehen
den Trend, dass ergänzend zu den standardisierten WBTs in der Zukunft von Trainern,
Tutoren und Führungskräften Inhalte selbst geschrieben werden. Diese Arbeit mit den
Autoren-Tools der Lern-Management-Systeme sichert die firmenspezifische
Aufbereitung der Lerninhalte [Neum02, S.22].
3.1.3 Notwendigkeit der CBT-Eigenentwicklung im Chip-Entwurf
Der Chip-Entwurf ist ein sehr spezielles Wissensgebiet. Vorhandene CBTs sind teuer
und die Auswahl ist sehr gering. Zum Beispiel ergab eine von uns durchgeführte
Recherche zu VERILOG-CBTs lediglich die Titel aus Tabelle 3.2. Diese CBTs sind
sicher zum Lernen von VERILOG (vgl. Abschnitt 6.2.3) unter anderen Umständen

3.2 Klassifizierung von Lernprogrammen 25
geeignet. Jedoch erfüllen sie nicht unsere Ansprüche (Abschnitt 3.1.2) für ein
Blended Learning im Chip-Entwurf.
Hersteller Titel Preis
Doulos HDL PaceMaker 2.0 315,00 €
Esperan Verilog MasterClass 2.0 672,00 €
Xilinx Verilog CBT 344,00 €
McGraw-Hill Verilog Computer-Based 199,95 €
Professional Training Course
Mabex RTL Verilog CookBook 240,00 €
Aldec (NTU) Practical Verilog for Simulation 710,00 €
(CD03011399) and Synthesis Series
Aldec (NTU) Verilog Advanced Topics and 380,00 €
(CD03011592) Synthesis
Tabelle 3.2 Kommerzielle Lernprogramme zur HDL VERILOG
Zur Lehre des Chip-Entwurfs gehört auch der praktische Umgang mit
CAD-Werkzeugen. Die Kopplung von Lernprogrammen und CAD-Werkzeugen zur
Implementierung von hoch interaktiven CBTs erfordert ein individuell angepasstes
Vorgehen, das kostengünstig nur bei Eigenproduktionen möglich ist. Keines der
Lernprogramme aus Tabelle 3.2 unterstützt die Anbindung an ein CAD-Werkzeug.
Dagegen haben wir in einer Eigenentwicklung z.B. das CBT VERILOGisch mit einem
VERILOG-Simulator erfolgreich verbunden (Abschnitt 6.1.1). Der Lernende kann
direkt das Gelernte im Simulator anwenden und individuell weiterentwickeln. Das
explorierende Lernen wird damit unterstützt.
3.2 Klassifizierung von Lernprogrammen
In der Literatur [z.B. RKFH02, S.68 f.; Blum98, S.34 f.; Jarz97, S.141 f.] findet man
unterschiedliche Klassifizierungen von Lernprogrammen, die sich ähneln. Eine
standardisierte, allgemein gültige Einteilung von Lernprogrammklassen ist jedoch
nicht bekannt.
Die fehlende Standardisierung und die Vielzahl an Klassifizierungen sind auch
auf die nicht einfache Vergleichbarkeit von Lernprogrammen zurück zu führen. In
diesem Kapitel erhalten Sie eine Übersicht über verschiedene [CBT] Formen, wobei
die Zuordnung zu einer dieser Formen nicht immer eindeutig sein wird und auch
sicherlich nicht sein muss [RKFH02, S.68].
Zur Klassifizierung findet man unterschiedliche Ansätze. Die geläufigsten werden
im folgenden kurz vorgestellt. Unsere Auswahl an Lernmodellen und methodischen
Grundtypen sind dann in Abschnitt 3.5.6 beschrieben.

26
3.2.1 Attribute
Einige Eigenschaften von Lernprogrammen haben
sich als Maß zur Klassifizierung etabliert.
Tabelle 3.3 zeigt eine mögliche Auswahl an
Attributen, die wiederholt in der Literatur zu
diesem Zweck auftauchen. Eine einheitlich
definierte Begriffsmenge für alle Quellen ist
jedoch nicht bekannt. Viele Attribute wie z.B. der
Interaktionsgrad sind unter Experten nicht
eindeutig definiert. Schulmeister schlägt eine
Kapitel 3. CBT-Entwicklung mit Low-Cost-Low-Time
Differenzierung nach dem Grad der Interaktionsfreiheit vor. [...] Diese Einteilung ist
jedoch sehr problematisch. So stellen z.B. Guided Tours i. allg. keine eigene
Programmklasse dar, sondern dienen als ein möglicher Zugriffsmodus in
Hypertext/Hypermedia-Systemen [Blum98, S.35].
3.2.2 Lerntheorien
Jedem Lernprogramm liegt, zumindest theoretisch, eine Lerntheorie zugrunde. Dabei
wird oft zwischen der behaviouristischen, kognitivistischen und konstruktivistischen
Orientierung unterschieden. In jeder Lernsoftware schlägt sich ein theoretisches
Lernmodell nieder. Egal ob dieser theoretische Ansatz nun von den Autoren auch
tatsächlich expliziert worden ist oder nicht, spiegelt die Lernsoftware – angefangen
vom behandelten Thema über den Aufbau bzw. die Struktur des Softwarepakets bis hin
zur Benutzeroberfläche des Lernprogramms – ein pädagogisches und didaktisches
Modell wieder, das in ihr implementiert wurde [Baum97, 244].
Bahaviourismus – Lernen durch Verstärkung
Attribute
offline / online Nutzung
Interaktionsgrad
Komplexität
Implementierungsaufwand
Tabelle 3.3 Auswahl an Attributen
zur Klassifizierung von
Lernprogrammen
Das Lernen erfolgt im Behaviourismus durch Konditionierung, d.h. durch eine Abfolge
aus Reiz, Reaktion, Belohnung/Bestrafung. Mehrere Reiz-/Reaktionsmuster lassen sich
verketten und erzeugen einen Gewöhnungseffekt, der von Vertretern der Theorie mit
Lernerfolg gleichgesetzt wurde.
So genannte Drill & Practice-Programme (z.B. Vokabel-Trainer) verwenden diese
Lerntheorie. Inhalte werden wiederholt trainiert, bis ein Erfolg eintritt. Bereits kleine
Lernschritte ermöglichen eine positive Rückkopplung, gleichzusetzen mit dem
Verstärken des Gelernten. Dann kann zur nächsten Lernstufe übergegangen werden.
Der Instruktionalismus ist eine Abwandlung des Behaviourismus. Bei
Lernprogrammen nach dem instruktivem Modell wird der Lernprozess zentral
organisiert und durch einen Lehrenden (z.B. Tutor oder CBT) gesteuert. Solche
Lernprogramme sind stark lernzielorientiert und dienen primär der Aufgabenlösung

3.2 Klassifizierung von Lernprogrammen 27
und Übung. Ein Verständnis der Sachverhalte oder die Fähigkeit zur eigenständigen
Problemlösung wird meist nicht vermittelt.
Kognitivismus – Lernen durch Einsicht, Modell des entdeckenden Lernens
Beim Kognitivismus wird der Lernende im Gegensatz zum Behaviourismus als
Individuum begriffen, das auf äußere Reize aktiv reagiert und nicht lediglich darüber
gesteuert werden kann.
Der Lernende stellt demnach einen aktiv agierenden Empfänger auf mediale
Botschaften (Ton, Text, Bild, Film etc.) dar. Aufgrund seiner Erfahrung und seinem
Wissen erfolgt nun eine Interpretation dieser Botschaften. Bei kognitivistisch
orientierter Software muss die Überlegung beachtet werden, welche Abläufe zwischen
Lernendem und Lehrmaterial, welche internen Prozesse beim Lernenden auslösen
sollen.
Obwohl bei kognitivistischer Orientierung der individuellen Interpretation eine
Bedeutung zukommt, wird an der Wechselwirkungsannahme festgehalten, dass
zwischen externer medialer Präsentation und internen Verarbeitungsprozessen ein
direkter Zusammenhang besteht. Damit ist die Position verbunden, dass das Lernen
durch Instruktion und Lernhilfen angeregt, unterstützt und in gewissem Umfang
gesteuert werden kann.
Konstruktivismus – Lernen durch Erleben und Interpretieren
Im Konstruktivismus wird die Annahme, dass durch mediale Botschaften der Lernende
beeinflusst wird, skeptischer eingeschätzt. Hier wird dem Einfluss der individuellen
Wahrnehmung und Verarbeitung von Erfahrungen eine stärkere Bedeutung
zugesprochen. Das Individuum strukturiert Situationen, in denen es sich befindet, und
gestaltet gleichzeitig die Situation in Wahrnehmung und Handeln mit.
Für die Entwicklung von Lernprogrammen bedeutet dies, dass anstelle von
instruktiven Modellen im wesentlichen Lernprogramme als Informations- und
Werkzeugangebote für selbstgestaltete Lernprozesse zu konzipieren sind.
Das konstruktivistische Modell, bei dem der Rezipient aktiv den Lernprozess
mitgestaltet und nach dem Prinzip des entdeckenden Lernens arbeitet, steht im
Gegensatz zum instruktiven Modell. Konstruktivistische Lernprogramme sind jedoch
kostenintensiver bei der Implementierung. Konstruktives Lernen ist maschinell
schwieriger zu unterstützen, da die Lerninhalte auf die individuellen Präferenzen und
Fragen des Lerners abgestimmt werden müssen [Jarz97, S.138].
Der Radikale Konstruktivismus geht noch einen Schritt weiter und erklärt: Es gibt
keine ontologische Realität. Ernst von Glasersfeld gilt als einer der Begründer des
Radikalen Konstruktivismus. Interessant sind seine Thesen im Zusammenhang mit
multimedialen Lernprogrammen. Wir können unsere Erfahrung mit niemandem teilen,
wir können den Mitmenschen nur davon erzählen. Wenn wir dies tun, gebrauchen wir

28
Kapitel 3. CBT-Entwicklung mit Low-Cost-Low-Time
Wörter, die wir mit unserer Erfahrung assoziieren. Was unsere Partner verstehen,
wenn wir sprechen oder schreiben, das kann sich nur in den Bedeutungen
verwirklichen, die sie aufgrund ihrer Erfahrung mit den Klangbildern der Wörter
verknüpfen, die wir gebrauchen – und ihre Erfahrung ist nie identisch mit der unsrigen
[Glas97, S.92]. Durch Multimedia steigt die Variation der Kodierungsmöglichkeiten,
und damit kann Wissen neben Sprache und Schrift mit weiteren multimedialen Mitteln,
möglicherweise genauer, vermittelt werden.
Selten wird in Lernprogrammen nur eine einzige Lerntheorie umgesetzt, in der
Praxis kommt es zu Vermischungen. Eine konkrete Einteilung allein nach Lerntheorien
ist aufgrund von Überschneidungen nur schwer möglich.
3.2.3 Methodische Grundtypen
Eine weitere Klassifizierung ist die nach methodischen Grundtypen. Die verbreitetsten
Typen sind tutorielle Systeme, intelligente tutorielle Systeme, Spiele und Mikrowelten.
Teilweise führen Autoren auch Präsentationen, Simulationen und Hypermedien als
Grundtypen ein [vgl. Blum98, S.38 f.].
Der älteste Grundtyp ist das tutorielle System, ihm liegt der Behaviourismus als
Lerntyp zugrunde. Bei tutoriellen Systemen wird in einer weitgehend linearen Abfolge
das Wissen in Phasen präsentiert: Einführung, Wissensvermittlung, Wissensabfrage
und Antwortanalyse mit Rückmeldung. Der Entwickler gibt dabei die
Instruktionsreihenfolge vor, die der Lerner dann abarbeiten muss
(Drill & Practice-Programme). Tutorielle Systeme finden noch heute begründete
Anwendung in Fällen, wo es auf das bloße Memorieren von Wissen ankommt. Die
weite Verbreitung wird unter anderem auf die einfache und kostengünstige
Implementierbarkeit zurückgeführt.
Die Weiterentwicklung von tutoriellen Systemen sind intelligente tutorielle
Systeme (ITS), mit adaptiven Systemen als Vorstufe. Dabei bedeutet adaptiv die
Anpassung des Lernprogramms an den Lernenden. Das Lernprogramm analysiert
durch Diagnose-Algorithmen die Unterstützungsbedürftigkeit des Lernenden und
versucht durch Variation von adaptiven Größen den Lernerfolg zu steigern. Mögliche
adaptive Größen sind z.B. Lernweg, Lerndauer, Schwierigkeitsgrad und Antwortzeit.
Durch Anwendung von Methoden der künstlichen Intelligenz zur Adaption entstehen
die intelligenten tutoriellen Systeme, auch als hochadaptive Systeme bekannt.
Der Idealfall bei ITS ist die Anpassung, die auch ein Tutor dem Lernenden
entgegenbringen könnte. Die Umsetzung von ITS hat sich jedoch als sehr schwierig
erwiesen, da wesentliche Faktoren nicht erfasst und damit nicht berücksichtigt werden
können. Als Beispiel sei hier ein Problem mit der Reaktionszeit genannt. Das System
registriert, dass eine gewisse Zeit keine Eingabe erfolgt ist, jedoch bleibt ihm die

3.3 Low-Cost-Low-Time-Produktionen im universitären Umfeld 29
Ursache unbekannt. Als Folge kann das System Entscheidungen treffen, die für den
Benutzer nicht nachvollziehbar sind und zu Frustration führen können.
Spiele sprechen eher jüngere Lernende an und gehen auf die konstruktivistische
Lerntheorie zurück, dem Lernen durch Entdecken im Spiel. Sie erfordern allerdings ein
hohes Maß an Selbstlenkung und sind damit weniger zum Vermitteln von Grundlagen
geeignet. Ergänzend können Spiele z.B. zur Motivation, Auflockerung und
Entspannung von konzentrierten Lernphasen eingesetzt werden.
Durch Mikrowelten werden Realitäten partiell in die virtuelle Umgebung des
Lernprogramms abgebildet. Dabei steht das Lernen durch Aktion-Reaktion im Vordergrund.
Durch seinen Einfluss löst der Lernende Vorgänge aus und lernt über die
Konsequenzen seines Handelns.
Je konstruktiver das Lernprogramm
wird, um so höher
steigt der Implementierungsaufwand.
Damit sind stark
konstruktive Lernprogramme
zur CBT-Eigenproduktion eher
ungeeignet. Tabelle 3.4 gibt
eine mögliche Zusammenstellung
von Lernprogramm-
Modell Lernprogrammklassen
instruktiv Präsentationen
Hypermedien
Tutorielle Systeme
Intelligente tutorielle Systeme
Spiele
konstruktiv Mikrowelten
Tabelle 3.4 Mögliche Lernprogrammklassen
klassen nach Grundtypen, geordnet von instruktiven zu den konstruktiven
Lernmodellen.
Während Präsentationen im universitärem Umfeld ein gängiges Mittel zur
Wissensvermittlung sind, kommen ITS kaum vor. Hypermedien, als Internet-Seiten
wohl in der am meisten vorkommenden Form, haben sich ebenfalls etabliert. Ob
Hypermedien instruktiver oder konstruktiver als tutorielle Systeme sind, hängt auch
von der jeweiligen Implementierung ab.
3.3 Low-Cost-Low-Time-Produktionen im
universitären Umfeld
Es ist allgemein bekannt und wird doch immer wieder unterschätzt, dass die
Produktion von CBTs mit hohen Kosten verbunden ist. Technischen Instituten, die
keine brauchbaren CBTs auf dem Markt finden, bleibt nur die CBT-Eigenproduktion,
so auch in der Lehre des Chip-Entwurfs (Abschnitt 3.1.2). Jedoch kommt wegen den
hohen Kosten höchstens die Produktion unter scharfen Randbedingungen in Frage.
Um die Vorteile multimedialer Lernprogramme im Chip-Entwurf nutzen zu
können, streben wir die Low-Cost-Low-Time-Produktion (LCLT-Produktion) an:
Die Produktion von Lernprogrammen darf den Produktionsaufwand klassischer
Skripten nur um den Faktor zwei bis vier übersteigen. Mit dieser Obergrenze wird die

30
Kapitel 3. CBT-Entwicklung mit Low-Cost-Low-Time
Optimierung der Produktionskosten im Gegensatz zur herkömmlichen
CBT-Produktion gefordert.
Die CBT-Eigenentwicklung haben wir 1997 begonnen und stetig
weiterentwickelt. Dabei haben wir wesentliche Punkte erarbeitet, die die
LCLT-Produktion von CBTs ermöglichen. Im folgenden werden diese Punkte
zusammengefasst präsentiert.
3.3.1 Autorensysteme
Zur CBT-Produktion werden Autorensysteme den klassischen Programmiersprachen
wie C, Java und Delphi vorgezogen. Da sie CBT-spezifische-Lösungen anbieten,
verkürzen Autorensysteme die Entwicklungszeit. Bild 3.5 verdeutlicht diesen
Zusammenhang.
Bild 3.5 Merkmale von Autorenwerkzeugen [vgl. auch Jarz97, S.325, IsKl02, S.165]
Auch unter den Autorensystemen gibt es allerdings Unterschiede (vgl. Bild 3.5),
die zur Kostenminderung berücksichtigt werden sollten. Bei der Wahl eines
Autorensystems zur LCLT-Produktion sollte auf folgende Punkte geachtet werden:
- Kurze Einarbeitungszeit, da im universitären Umfeld nicht nur Stammpersonal,
sondern eher wechselnde Nutzer wie Studenten, Hilfsassistenten oder
wissenschaftliche Mitarbeiter das Autorensystem bedienen werden;
- möglichst zukünftig garantierter Support, ein Wechsel des Autorensystems könnte
die Überarbeitung aller bereits entwickelten CBTs notwendig machen;
- hohe Benutzerfreundlichkeit, z.B. durch eine graphische Benutzeroberfläche, die
parallel zu einer optionalen Skript-Sprache verwendet werden kann;
- Erweiterbarkeit durch klassische Programmiersprachen, um komplexere Probleme
zu implementieren;

3.3 Low-Cost-Low-Time-Produktionen im universitären Umfeld 31
- großer Bekanntheitsgrad fördert den Zugang an Informationen und Lösungen, z.B.
über Newsgroups oder das Internet; auch ist Literatur zu bekannten
Autorensystemen vielfältiger im Angebot; dies kann die Entwicklungszeit
verkürzen, da Lösungen oftmals bereits erarbeitet z.B. im Internet vorliegen; bei
„Exoten“ ist man überwiegend auf die Handbücher und den Support beschränkt;
- Eignung zur modularen Implementierung, damit Teams an einer CBT-Lösung
parallel arbeiten können; dies spart Entwicklungszeit, und die später folgende
Wartung und Pflege wird erleichtert.
3.3.2 Bild- und Grafik-Bibliotheken
Individuell produzierte Bilder oder Grafiken sind oftmals sehr teuer und erhöhen die
Produktionszeit. Durch den Einsatz von Bild- und Grafik-Bibliotheken kann hier
Abhilfe geschaffen werden. Dabei ist auf die möglichst lizenzfreie Nutzbarkeit zu
achten.
3.3.3 Modularität
Bereits bei der Entwicklung der CBTs sollte auf eine Modularisierung und
Austauschbarkeit geachtet werden. Dies erleichtert den zukünftigen Einsatz, indem
bereits produzierte Stücke einfach durch neue CBTs ergänzt oder ersetzt werden
können.
Es ist allgemein bekannt, dass das Konzept des Design-Reuse die „erneute
Erfindung des Rades“ verhindert und Einsparungen bringt. Nur wenn Modularität
vorhanden ist, kann Design-Reuse effektiv eingesetzt werden.
Wir haben mit einem wiederverwendbaren CBT-Gerüst versucht, das Konzept
von Modularisierung und Design-Reuse auf die CBT-Eigenentwicklung zu übertragen.
Dieses Konzept, seine Anwendung und alle zugehörigen Lernprogramme zusammen
bezeichnen wir als Referenzmodell für multimediale Lernprogramme oder kurz als
Referenzmodell. Details zum Referenzmodell werden in Kapitel 4 vorgestellt.
Mit Lerneinheit bezeichnet man eine in einem Lernprogramm dargestellte
Wissensmenge. Sie kann auf anderen Lerneinheiten aufbauen oder eigenständig sein.
Mit Granularität bezeichnet man die Größe einer Lerneinheit. Leider gibt es
keine normierte Größe zum Messen der Granularität. Oft wird sie intuitiv nach
pädagogisch-didaktischem Empfinden des Lehrenden festgelegt.
3.3.4 Studenten entwickeln für Studenten
Personalkosten belasten am stärksten die Entwicklungskosten, so auch bei der
CBT-Entwicklung. Die Entwicklungszeiten beeinflussen die Personalzeiten, und die

32
Kapitel 3. CBT-Entwicklung mit Low-Cost-Low-Time
sind der größte Brocken bei einer CBT/WBT-Produktion [RKFH02, S.109]. Zur
Reduktion dieser Kosten haben Hochschulen ein besonders wertvolles
Potenzial: Studenten.
Dies soll auf keinen Fall das Ausbeuten von günstigen studentischen
Arbeitskräften bedeuten, sondern es steckt die Idee des „Lernen durch Lehren“
dahinter. Indem Studenten in Praktika, Studien- und Diplomarbeiten dazu ermuntert
werden, Lernprogramme zu entwickeln, wechseln sie quasi die Rolle vom Lerner zum
Lehrer und sind motiviert, besonders gründlich zu lernen. Denn nur das, was man
selber weiß und verstanden hat, kann man auch in CBTs umsetzen (Beim Lehren lernt
man..., Lucius Annaeus Seneca, um 4 v. Chr. bis 65 n. Chr., römischer Philosoph,
Staatsmann und Dichter).
Dieser Ansatz ist auch insofern interessant, als die Ergebnisse aus studentischen
Arbeiten sonst kaum zur Lehre wiederverwendet werden. Anders hier, besonders
gelungene CBTs können ohne weiteres zur Lehre für jüngere Semester eingesetzt
werden.
3.3.5 Reuse von klassischen Lehrmaterialien
Zu den Produktionskosten von CBTs gehört auch die Aufbereitung des Wissens als
Rohmaterial. Die Inhalte müssen zusammengetragen, gegliedert und zu Kernaussagen
zusammengefasst werden. Durch den Einsatz von bereits verfügbarem Lehrmaterial,
auf dem die CBTs aufbauen, werden Kosten gespart. Hochschulen als Stätten der
Bildung verfügen über genügend Rohmaterial. Bei CBT-Eigenproduktionen können
damit die Lehrmaterialien aus der klassischen Lehre in CBTs umgesetzt werden. Die
klassische Lehre gibt Gliederung und Kernaussagen vor, was eine zusätzliche
Erleichterung bedeutet. Im Weiterbildungsbereich sucht man zunächst Träger von
inhaltlichem Wissen, das als Rohmaterial eingekauft und von anderen Partnern
didaktisch aufbereitet und von wiederum anderen technisch multimedial umgesetzt
wird. [...] Anders an den Hochschulen: Hier verfügt das wissenschaftliche Personal
über das fachlich-inhaltliche Wissen. Das Rohmaterial ist vorhanden [GlKu00, S.113].
Durch den Einsatz von vorhandenem Lehrmaterial erhalten die CBTs zusätzlich
eine starke Anlehnung an die bereits praktizierte Vorlesung.
3.4 Didaktische Konzepte für CBTs im
Chip-Entwurf
Im Rahmen der LCLT-Produktion ist die Entwicklung von komplexen intelligenten
tutoriellen Systemen und höheren konstruktivistischen Grundtypen (Abschnitt 3.2)
wegen der Kosten nicht möglich. Beschränkt man sich jedoch beim E-Learning nur auf
die Präsentation von Fakten, wird kaum ein Lernender damit zu motivieren sein.

3.4 Didaktische Konzepte für CBTs im Chip-Entwurf 33
Im Bereich des Chip-Entwurfs haben wir versucht, durch besondere didaktische
Konzepte die Attraktivität unserer CBTs zu steigern, ohne wesentlichen Mehraufwand
zu produzieren.
3.4.1 Integration von CAD-Werkzeugen ins CBT
Zur Lehre der Hardware-Beschreibungssprache VERILOG haben wir einen frei
verfügbaren kostenlosen Simulator in ein CBT integriert (Abschnitt 6.1.1). Lernende
werden zunächst durch das CBT an die VERILOG-Sprachkonstrukte multimedial
herangeführt. Parallel zu jeder Lektion können sie eine Experimentierwand aufrufen
und dort Beispiele simulieren. Der integrierte vollwertige Simulator erlaubt sowohl die
Ausführung von weiter modifiziertem Code als auch die Simulation von vollständig
selbst entwickelten VERILOG-Programmen. Der Lernende kann das Gelernte direkt
komfortabel explorieren, ohne Installationen durchführen und Handbücher wälzen zu
müssen.
Die Integration von CAD-Tools oder auch anderen Applikationen sehen wir als
einen besonderen Vorteil von CBTs. In WBTs ist dies wegen Zugriffsrechten,
Netzgeschwindigkeit, auf Grund der verteilten Systeme, Lizenzrestriktionen und
weiterer Hürden schwieriger.
3.4.2 CBT als virtueller Tutor
Im Chip-Entwurf kommen auch hochkomplexe CAD-Werkzeuge zum Einsatz. Der
Umgang mit diesen Tools ist Teil der Ausbildung. Lernende müssen hier mit intensiver
Betreuung geschult werden, ansonsten fühlen sie sich allein gelassen und überfordert,
was zu Resignation führen kann. Wir haben zu diesem Zweck ein CBT entwickelt, das
in die Arbeit mit solch einem komplexen Tool, dem Synopsys Design Analyzer,
einführt.
In diesem Zusammenhang definieren wir den Begriff der losen Kopplung als die
Verbindung von CBT und realen Tools ohne eine programmierte Schnittstelle. Das
CBT wird parallel zu dem Tool verwendet, wobei einzelne Schritte zunächst im CBT
erklärt und interaktiv wiedergegeben werden. Zur Umsetzung wechselt der Lernende
anschließend zum realen Tool und vollzieht die dort gerade gelernten Schritte. Damit
fungiert das CBT quasi als Instruktor.
Die Granularität der Lernschritte ist hier besonders klein gehalten, um Fehler am
realen Tool zu vermeiden. Leider ist durch die lose Kopplung ein Feedback vom Tool
ebenfalls nur manuell möglich. Allerdings wissen dies die Lernenden auch, und wir
haben beobachtet, dass die Ausführung dann um so genauer befolgt wird. Die so
erreichte höhere Aufmerksamkeit der Lernenden sehen wir als positive Motivation.

34
Kapitel 3. CBT-Entwicklung mit Low-Cost-Low-Time
3.4.3 Ansprechen von auditiv und visuell orientierten Lernern
Die Lerneinheiten in unseren CBTs werden von mindestens einem Sprecher
kommentiert. Die Einbeziehung der auditiven Modalität in Multimediaanwendungen
eröffnet attraktive Möglichkeiten. Gesprochene Sprache ist einprägsam, weckt
Aufmerksamkeit und wirkt – auch persönlicher als gedruckte Sprache [Weid02, S.53].
Der gesprochene Kommentar wird zusätzlich in einem Textfenster als Text
dargestellt. Damit werden sowohl auditive als auch visuell orientierte Lerner
unterstützt.
Die sprachliche Kommentierung von CBTs kann sehr aufwändig werden und
damit in Widerspruch zur LCLT-Produktion treten. Hier sind durch Abwägen von
Kosten zur Qualität Entscheidungen zu treffen, um im Rahmen der LCLT-Produktion
zu bleiben.
3.5 Low-Cost-Low-Time-Produktion an der
Abteilung E.I.S.
Um mit Hilfe von CBTs die Lehre des Chip-Entwurfs zu ergänzen, haben wir die sonst
sehr kostenintensive CBT-Eigenentwicklung optimiert und Konzepte für unsere
LCLT-Produktion entwickelt. Mit diesen Konzepten ist es uns gelungen, die Kosten
soweit zu senken, dass CBT-Eigenentwicklungen auch für einfache technische
Institute möglich werden.
3.5.1 Autorensystem Authorware
Zu Beginn unserer Forschung stand die Wahl eines geeigneten Autorensystems. Nach
einer Marktrecherche kamen die Produkte Director 5.0, Authorware 3.5 und
ToolBook 4.0 in die engere Auswahl. Durch Tests mit Studenten fanden wir heraus,
dass Authorware von diesen Autorensystemen am einfachsten zu erlernen ist und
schnell zu Resultaten führt. Ohne Programmierkenntnisse [...] lassen sich sehr schnell
einfache Anwendungen erstellen [vgl. GoPu97, S.38]. The heart of Authorware’s ease
of use lies in the fact that it is truly a „What-You-See-Is-What-You-Get“ (WYSIWYG)
authoring environment [WiTh02, S.2]. Diese Meinung teilen auch andere 3 .
3 In der PCWeek vom 18.8.1997 fand eine Rezension statt, in der Herb Bethoney und 18 Juroren aus Hochschulen und
Firmen folgende Programme verglichen: TopClass, LearningSpace, Authorware 4, QuestNet+, ToolBook II Assistant,
ToolBook II Instructor, Phoenix for Windows, IconAuthor. Auf einer Skala von 0 bis 100 rangierten die getesteten Produkte
im Bereich zwischen 82 und 98 Punkten. Mit einem Punkt Abstand hatte WBT Systems Inc.‘s TopClass die Nase vorn. Auf
dem zweiten Platz landeten Lotus Development Corp.‘s LearningSpace und Macromedia Inc.‘s Authorware 4. An vierter
Stelle plaziert wurde Allen Communication Inc,‘s QuestNet+; an fünfter Stelle gleichauf kamen Asymetrix Corp.‘s ToolBook
II Assistant und ToolBook II Instructor und Pathlore Software Corp.‘s Phoenix for Windows. Von dieser Rezension erfuhren
wir erst später durch [Schu00], jedoch fanden wir die Bestätigung unserer Wahl.

3.5 Low-Cost-Low-Time-Produktion an der Abteilung E.I.S. 35
Unter Authorware kann der CBT-Designer mittels einer grafischen
Benutzeroberfläche per Drag’n’drop sein CBT aufbauen. Dabei wird z.B. durch
wiederholtes Platzieren von Icons entlang einer Flusslinie „programmiert“. Diese Art
des Programmierens führt selbst Anfänger schnell zu Ergebnissen. With Authorware,
you can easily create interactions that require that the learner becomes engaged in the
learning process, without the use of programming [WiTh02, S.2]. Fortgeschrittene und
Profis können mit der integrierten Skriptsprache oder in klassischen
Programmiersprachen Feinheiten ausarbeiten oder besonders Komplexes lösen.
Bild 3.6 zeigt einen Vergleich, wie Macromedia Authorware zu anderen eigenen
Autorensystemen positioniert. Authorware‘s Stärken liegen in der Implementierung
von Interaktionen (learning interactions), den geringen Anforderungen an den Autor
(technical skills) und dem Aufzeichnen von Leistungen (student tracking).
Bild 3.6 Vergleich von Authorware mit anderen Autorensystemen von Macromedia [Macr03]
Authorware hat eine sehr aktive und hilfsbereite Nutzergemeinde (AWARE), die
über das Web ([Auth03a]) oder über eine Mailing-Liste zu erreichen ist. AWARE
besteht seit Februar 1994, ein Indiz für die Langlebigkeit. Nutzer finden hier kostenlos
kompetente Hilfe, die von Ratschlägen bis zu programmierten Lösungen reicht. Dieser
Service muss bei anderen Herstellern teuer bezahlt werden. Ebenfalls ein Indiz für die
Qualität ist, dass auch Mitarbeiter von Macromedia hier teilnehmen, wie z.B.

36
Kapitel 3. CBT-Entwicklung mit Low-Cost-Low-Time
Jamil Zainasheff 4 , Stefan van As 5 , Ed Skwarecki, um nur einige zu nennen. Weitere
Profis, die Bücher über Authorware geschrieben haben und langjährige Erfahrungen
vorweisen können, wie Joe Ganzi, Ron Lubensky, Jennie Thornton sind, unter vielen
anderen Größen des Gebiets, ebenfalls dabei.
Authorware ermöglicht den modularen Aufbau von CBTs auf unterschiedlichen
Ebenen, was ein wesentlicher Vorteil ist. Sowohl Teile einer Applikation als auch
ganze Applikationen können so in Teams entwickelt und später zusammengestellt
werden. Diese Eigenschaft von Authorware haben wir ausgenutzt und ermöglichen
den modularen Aufbau von Lernsystemen. Mehrere Lernprogramme auf Basis des
Referenzmodells, die zusammen ein Lerngebiet lehren und miteinander verbunden
sind, bezeichnen wir als Lernsystem. Diese Lernprogramme sind im Lernsystem
modular und austauschbar. Durch Modularität wird die Erweiterbarkeit und die Pflege
von Lernsystemen erleichtert. Neue Komponenten können kostengünstig eingefügt,
vorhandene bei Bedarf ausgetauscht oder ganz entfernt werden.
Obwohl heute weitere Autorensysteme verfügbar sind, bleibt Authorware, das
mittlerweile in der Version 7 vorliegt, für die LCLT-Produktion nach unserer
Einschätzung unübertroffen. Macromedia als Marktführer in diesem Segment
gewährleistet den künftigen Support von Authorware.
Eine detaillierte Einführung in Authorware würde den Rahmen dieser Arbeit bei
weitem sprengen. Wir verweisen an dieser Stelle auf entsprechende Literatur
([WiTh02, KeBh02, SAGK00, Tuck97, Robe97]) und Informationen aus dem Internet
([Auth03a, Auth03b, Auth03c]). Im folgenden wollen wir einige wenige, für die
Zukunft wichtige Punkte zu Authorware erwähnen.
Authorware ist nicht nur für die Produktion von CBTs, sondern auch für WBTs
geeignet. Although Authorware can be described as an authoring tool for creating
multimedia and Web applications in general, its strength lies in its ability to create,
deliver, and keep record of highly interactive learning/training applications that can
be delivered on CD-ROM, LANs/WANs, company intranets, or over the internet
[WiTh02, S.3]. Die heute als CBT entwickelten Kurse können später, wenn z.B.
höhere Bandbreiten allgemein verfügbar sind, auf WBTs umgestellt werden, ohne
dabei das Autorensystem wechseln zu müssen, die aufgebaute Kompetenz bleibt
erhalten. Ab der Version 6 ist z.B. in Authoware das One-Button-Publishing integriert,
mit dem eine Authoware-Applikation quasi per Tastendruck in eine Web-Applikation
überführt werden kann. Zum Abspielen im Browser benötigt man lediglich ein
kostenloses Authoware-Plugin, ähnlich wie das bekannte Flash- oder
Shockwave 6 -Plugin. Allerdings sind hier einige Feinheiten zu beachten. Die
4 Director of Product Engineering for Authorware at Macromedia.
5 Software Engineer at Macromedia for Authorware.
6 Das Shockwave-Plugin wird benötigt, um Macromedia Director Filme abzuspielen. Während das Flash-Plugin mittlerweile
mit den gängigen Browsern ausgeliefert wird, müssen für Director und Authorware die Plugins extra installiert werden.

3.5 Low-Cost-Low-Time-Produktion an der Abteilung E.I.S. 37
Umwandlung von bereits bestehenden CBTs in WBTs ist nicht uneingeschränkt
möglich, z.B. in Fällen wo das CBT von lokalen Komponenten abhängig ist.
XML (eXtensible Markup Language) hat sich als Daten-Beschreibungssprache
etabliert. Auch Authorware unterstütz XML. The XMLParser Xtra allows Authorware
pieces to read, parse, and make use of the contents of XML documents. Create
dynamic, data-driven applications by importing external data stored in Web-standard
XML files [Auth02a].
Lern-Management-Systeme (LMS) dienen zur Distribution, Kontrolle und
Verwaltung von Inhalten und Lernenden. Authorware kann nach mehreren Standards
mit LMS kommunizieren, z.B. nach AICC (Aviation Industry CBT Committee) oder
SCORM (Shareable Courseware Object Reference Model). Mehrere Beispiele findet
man unter anderen Quellen auch auf der Installations-CD.
Trotz aller Vorteile hat Authorware auch seine Schwächen, die nicht
verschwiegen werden sollen. So bereiten Änderungen, die an mehreren Stellen im
Programm durchzuführen sind, Probleme, da es keinen Batch-Modus gibt. Im
Batch-Modus können Funktionsabläufe automatisch wiederholt werden. Zum Beispiel
wird in Grafikprogrammen damit das Konvertieren von mehreren Bildern in ein
anderes Grafikformat erleichtert. Da die Funktionalität in der Icon-Struktur verborgen
ist, müssen teilweise erst mehrere Icons durch Anklicken geöffnet werden, bis die
eigentliche Änderung vorgenommen werden kann.
Die einfache Drag’n’drop-Bedienung verleitet gerade Anfänger dazu, den Einsatz
von Icons zu übertreiben. Implementierungen für die ein Icon genügen würde, werden
durch eine komplexere Struktur aufgebaut. Dies kann zu unnötig unübersichtlichen
Programmen führen, die Performance bei der Ausführung sinkt und natürlich wird der
Code unnötig groß. Während bei CBTs in der Regel genügend Resourcen die
ineffiziente Programmierung ausgleichen, ist bei WBTs Ineffizienz inakzeptabel.
3.5.2 Standardisierung
Durch die Vielfalt der eingesetzten Medien spielt bei der CBT-Entwicklung Kreativität
eine wesentliche Rolle. Während Profis aus Erfahrung ungünstige Kombinationen in
der Umsetzung vermeiden, sind Anfänger oftmals überfordert. Die Suche nach
Lösungen kann die Produktionskosten erhöhen. Durch maßvolle Vorgaben und
Standardisierungen haben wir diese Kosten minimiert, ohne die Kreativität nach
unserer Meinung zu beschneiden (vgl. Abschnitt 4.1.5 und 4.2).
3.5.3 Design-Reuse und modularer Aufbau von CBTs
Während der Entwicklung mehrerer CBTs ist uns aufgefallen, dass wiederholt Zeit und
damit Kosten in die Entwicklung von wiederkehrenden Abläufen gesteckt wurde. Um

38
Kapitel 3. CBT-Entwicklung mit Low-Cost-Low-Time
diese Kosten zu eliminieren, haben wir das Referenzmodell entwickelt und unseren
CBTs damit eine modulare Struktur zugrunde gelegt.
Lernprogramme, die auf dem Referenzmodells basieren, bekommen ein
einheitliches Erscheinungsbild. Lernende müssen sich somit nicht jedesmal aufs Neue
in eine Benutzeroberfläche einarbeiten, der Wiedererkennungswert steigt.
Lernprogramme können zu Lernsystemen zusammengestellt werden. Mit dieser Option
können einmal erstellte Lernprogramme als Teil von mehreren Lernsystemen
wiederverwendet werden. Diesem Konzept liegt das Referenzmodell zugrunde. Es
wird in Kapitel 4 detailliert beschrieben und soll an dieser Stelle nicht weiter erklärt
werden.
3.5.4 Multimediale Lehre zur Einarbeitung ins Referenzmodell
Mit unseren Lernprogrammen auf Basis des Referenzmodells vermitteln wir Wissen
aus dem Bereich des Chip-Entwurfs. Der Einsatz des Referenzmodells ist allerdings
nicht nur auf dieses Gebiet beschränkt, sondern kann universell erfolgen. Wir nutzen
es z.B. auch, um zukünftige CBT-Entwickler einzuarbeiten und um unsere
Erfahrungen in der CBT-Produktion multimedial zu vermitteln.
3.5.5 Lernen durch Lehren
Um den Bedarf an CBT-Entwicklern zu decken, bieten wir qualifizierten Studenten
Studien- und Diplomarbeiten an. Eine Qualifikation können Studenten z.B. in unserem
Multimedia-Praktikum Multimediale Lehre im Chip-Entwurf erlangen. Das Praktikum
nutzen wir, um Studenten nach dem Prinzip des Lernen durch Lehren zu unterrichten
(vgl. Abschnitt 3.3.4).
Im Multimedia-Praktikum entwickeln Studenten zu ausgewählten Themen des
Chip-Entwurfs Lernprogramme mit dem Referenzmodell unter Authorware. Es
entstanden bereits mehrere Titel wie Built-In Logik Block Observer (BILBO),
A Simple Instruction Computer (ASIC), Grobüberblick integrierter Schaltungen
(GrobiS CBT) und Logiksynthese, um nur einige zu nennen. Gelungene Arbeiten
werden gewöhnlich in Studien- und Diplomarbeiten noch verbessert oder ergänzt.
Teile des Projekts VeriBox, das in Kapitel 6 beschrieben wird, entstanden ebenfalls mit
der Unterstützung von Studenten. So werden gute Ergebnisse der studentischen
Arbeiten zu Lehrzwecken wiederverwendet.
3.5.6 Eingesetzte Lerntheorien und methodische Grundtypen
Im Rahmen der Low-Cost-Low-Time-Produktion können sowohl behaviouristisch als
auch kognitivistisch orientierte Lernprogramme entstehen. So zeigen viele von uns

3.5 Low-Cost-Low-Time-Produktion an der Abteilung E.I.S. 39
entwickelte Lernprogramme z.B. in den enthaltenen Testaufgaben behaviouristische
Züge, in denen durch die mehrfache Bearbeitung der Fragen eine Konditionierung
entsteht.
Sehr viel öfter wird in unseren Lernprogrammen der kognitivistische Ansatz
verfolgt, indem Modelle interaktiv präsentiert werden. Durch Ausprobieren erlangt der
Lernende Einsichten. Bild 3.7 zeigt eine Seite aus dem CBT Illusion (Abschnitt 6.1.3),
in dem ein Modell die Bewegung des Elektronenstrahls erklärt.
Bild 3.7 Modell zum Elektronenstrahl
Konstruktivistische Lernprogramme sind schwieriger zu implementieren
(vgl. Abschnitt 3.2.2). Im CBT VERILOGisch (Abschnitt 6.1.1) werden kurze
VERILOG-Programme vorgestellt und können mit dem integrierten Simulator
übersetzt und ausgeführt werden. Dem Lernende wird hier ermöglicht, durch Ergänzen
der Programme selber weitere Erfahrungen zu sammeln. Damit dient das
Lernprogramm eher als gestalterisches Element denn als instruktives. Diesen Ansatz
haben wir im CBT Regeln und Empfehlungen zur Logiksynthese (REL) mit einem
selbst entwickelten Parser erweitert (Abschnitt 6.1.5).
Wegen dem exponentiell ansteigenden Entwicklungsaufwand bei intelligenten
tutoriellen Systemen (ITS) zur integrierten Stoffmenge sind diese zur Low-Cost-Low-
Time-Produktion ungeeignet.
Bei Spielen und Mikrowelten (Abschnitt 3.2.3) gibt es ähnliche Probleme, auch
wenn der Aufwand im Gegensatz zu ITS kleiner ist. Damit beschränkt sich die
Entwicklung in Low-Cost-Low-Time-Produktionen überwiegend auf Tutorielle
Systeme und Präsentationen.

40
Kapitel 3. CBT-Entwicklung mit Low-Cost-Low-Time

4 Das Referenzmodell für multimediale
Lernprogramme
Das Referenzmodell für
multimediale Lernprogramme
Dieses Kapitel stellt das Referenzmodell für multimediale Lernprogramme vor. Es
wurde entwickelt, um die Produktion von CBTs zu erleichtern, zu beschleunigen und
damit Kosten zu senken. Während der Entwicklung wurden viele kleine Tests und
Versuche durchgeführt. Aus dieser Forschung entstanden mehrere Versionen bis zur
aktuellen Version 5. Oft scheinen die Umsetzungen selbstverständlich und
selbsterklärend. Die investierte Forschung erkennt man allerdings, wenn man unsere
Lernprogramme mit bereits auf dem Markt vorhandenen CBTs vergleicht. Die positive
Entwicklung spiegelt sich auch in den mehr als 30 Lernprogrammen wieder, die auf
Basis des jeweils aktuellen Referenzmodells entstanden.
In Fragen der Didaktik, Psychologie und Physiologie, also für uns fachfremden
Disziplinen, stützten wir uns als Forschungseinrichtung der technischen Informatik auf
Erkenntnisse, die wir aus entsprechender Literatur zusammengetragen haben, ohne
diese zunächst selber zu erforschen.
Im folgenden beginnen wir mit Grundlagen und stellen anschließend die
Konzeption vor. Schließlich folgt eine Abschätzung der Zeitersparnis, die das
Referenzmodell bringt.
4.1 Grundlagen zum Referenzmodell
In Ansätzen zur Kostensenkung sind Design-Reuse-Maßnahmen ein bewährtes Mittel.
The design process in most engineering disciplines is based on component reuse
[Somm01, S.307]. Im Software-Engineering und der IT-Branche (IT, Informations-
Technologie) trifft man besonders häufig auf diesen Ansatz. Software should be
considered as an asset and reuse of these assets is essential to increase the return on
their development cost [Somm01, S.307].
Windows bedient sich z.B. mit den Dynamic Link Librarys (DLL) dieses
Ansatzes. Funktionen liegen zentral in DLLs und können von Applikationen durch
Aufruf verwendet werden. Diese Funktionen müssen somit nicht jedesmal neu

42
Kapitel 4. Das Referenzmodell für multimediale Lernprogramme
programmiert werden, sondern stehen direkt zur Verfügung, und der eigene Code baut
oftmals darauf auf.
Im Chip-Entwurf bezeichnet man mit Intellectual Property (IP) fertige
Schaltungsmodule, die in anderen Schaltungen wiederverwendet werden. Eine
Schaltung die z.B. unter Aufwand optimiert wurde, wird als „Geistiges Eigentum“
geschützt und bringt ihr Return-on-Investment, indem sie von anderen lizensiert wird.
Die Lizenznehmer ersparen sich dadurch die Zeit zur Entwicklung und die Kosten,
weil die Lizenz oft günstiger ist. Ein Ableger von IPs sind Chipbaukästen:
Chipbaukasten bringt Zeitgewinn: Grundidee: Die Entwickler greifen auf einen
vorhandenen Baukasten von Schaltmodulen zurück und ergänzen den Chip dann um
kundenspezifische Funktionen [Comp02a].
Ähnliche Ansätze gibt es natürlich auch außerhalb der IT-Branche, z.B. in der
Automobil-Industrie. Dr. Ferdinand Piëch beschreibt in seiner Autobiographie, wie
durch die modulare Bauweise von Autoteilen und Einsatz in unterschiedlichen
Konzernmarken eine Rationalisierung erreicht wurde. Die Rationalisierungseffekte
bestehen einerseits in komplexen Modulen (bis zu Systemen), vor allem aber in einer
Längsverkettung von Gleichteilen über die Hierarchie hinweg: Das oberste Federbein
beim Polo könnte auch einen mittelmotorisierten Golf und einen niedermotorisierten
Passat ausstatten [Piëc02ë, S.203]. Hier ist das Zusammenspiel von Standardisierung
und Design-Reuse besonders deutlich zu erkennen. Standardisierte Komponenten
werden einmal entworfen und wiederholt in unterschiedlichen Automobil-Modellen
mit modellspezifischen Teilen verbaut.
Ähnliche Rationalisierungseffekte können auch bei der CBT-Produktion
ausgenutzt werden. Dazu haben wir das Referenzmodell entworfen, mit dem Ziel, die
CBT-Produktion im Sinne von Low-Cost-Low-Time (Abschnitt 3.3) zu optimieren.
Durch Design-Reuse, Standardisierungen und Vorgaben werden der
Produktionsaufwand und die Entwicklungskosten reduziert. Das Referenzmodell
basiert auf diesen bewährten Regeln und ist eine Anwendung zur kostengünstigen
CBT-Produktion (Abschnitt 4.2).
4.1.1 Anforderungen
Zu Beginn der Entwicklung wurden Ziele, Ansprüche und Erwartungen definiert,
denen das Referenzmodell genügen sollte:
- Die Entwicklungszeit von CBTs soll verkürzt werden.
- Ihre Wartung soll vereinfacht werden (Erweiterung, Anpassung und Pflege).
- Die dazu gewählte Lernprogrammstruktur soll die Umsetzung eines Textskripts in
ein CBT unterstützen und erleichtern. Man kann existierende Gliederungen
übernehmen.

4.1 Grundlagen zum Referenzmodell 43
- Der Einsatz soll nicht auf das universitäre Umfeld beschränkt sein, obwohl es
zunächst hier eingesetzt werden soll.
- Team-Arbeit bei der Implementierung von CBTs soll mit dem Referenzmodell
gefördert werden.
- Die Einarbeitungszeit 7 soll möglichst minimal sein.
- Der Funktionsumfang soll die Navigation im Lernprogramm umfassen und das
Lernen fördern.
- Kommunikation zwischen Lernprogramm und anderen CAD-Tools soll möglich
sein.
- Multimedia-Anfänger, Amateure und Profis sollen das Referenzmodell gleichsam
nutzen können.
4.1.2 Zielgruppen
Das Referenzmodell wendet sich an Dozenten, wissenschaftliche Mitarbeiter und
andere Entwickler multimedialer Lernprogramme mit Sprachunterstützung. Da es ein
offenes System ist, kann es beliebig adaptiert und für eigene Ansätze umprogrammiert
werden und beschränkt sich nicht auf ein bestimmtes Wissensgebiet. Durch den
Einsatz des Referenzmodells legt sich der CBT-Designer keinesfalls auf eine
Lerntheorie oder einen der methodischen Grundtypen fest. Die Ausprägung, die sein
CBT bekommt, hängt immer noch von seiner Umsetzung ab.
Wir haben das Referenzmodell für anspruchsvolle Arbeiten bis hin zu Teilen
dieser Dissertation (Kapitel 6) und sogar zur Selbstdarstellung des Referenzmodells
(Abschnitt 4.1.4) verwendet. Dabei sind sowohl behavioristische als auch
konstruktivistische Lernprogramme entstanden.
4.1.3 Voraussetzungen
Voraussetzungen für die eigene CBT-Entwicklung ist ein Standard-Windows-PC mit
Authorware-Lizenz und dem Referenzmodell aus Abschnitt 4.1.4. Weitere Tools wie
Grafik-, Musik-, Video- und Animationsprogramme werden je nach individuellem
Bedarf zusätzlich benötigt. Das Referenzmodell ist mit Authorware implementiert, und
es werden nur Kenntnisse in diesem Autorensystem vorausgesetzt.
Das Referenzmodell wurde eher zur LCLT-Produktion von CBTs als von WBTs
entwickelt. Es enthält zur Kopplung von CBTs Funktionen, die nicht uneingeschränkt
7 Mit Einarbeitungszeit ist sowohl die Einarbeitung ins Referenzmodell als auch die Einarbeitung in dazu
notwendige Tools gemeint.

44
Kapitel 4. Das Referenzmodell für multimediale Lernprogramme
über ein Netz laufen. Lässt man diese weg, so kann das Referenzmodell auch in WBTs
eingesetzt werden.
Ferner werden natürlich Kenntnisse im Umgang mit Computern und ein gewisses
Verständnis von Programmierprinzipien im Allgemeinen vorausgesetzt. Natürlich sind
auch mediendidaktische Fähigkeiten sinnvoll.
4.1.4 Komponenten
Das Referenzmodell besteht aus mehrere Programmkomponenten und einem Konzept
zur LCLT-Produktion von CBTs. Bild 4.1 zeigt alle Programmkomponenten des
Referenzmodells.
Bild 4.1 Programmkomponenten des Referenzmodells
Das CBT-Gerüst Refmod-Starter-Kit (RSK) stellt die Ausgangsbasis für jedes
Lernprogramm dar und liegt als Authorware-Source-Code vor. Es entspricht einem
Lernprogramm ohne Inhalt, jedoch mit bereits vielen fertigen Funktionen wie
Lesezeichen, Inhaltsverzeichnis und Navigation. In Abschnitt 4.1.6 wird der Einsatz
des RSK beschrieben.
Das Projekt-Linking-Tool (PLT) dient mit einer grafischen Benutzeroberfläche
dem einfachen Koppeln von Lernprogrammen zu Lernsystemen. Das PLT entstand als
zusätzliches Tool in einer Studienarbeit [Schu02].
Um dem zukünftigen Referenzmodell-Anwender den Einstieg ins Konzept zu
erleichtern, haben wir das Lernsystem Einführung ins Referenzmodell (EIR)
entwickelt [ÇaSc02]. EIR besteht aus drei Lernprogrammen, die unterschiedliche Teile
des Referenzmodells erklären und damit in das Konzept einführen.
Mit dem Lernprogramm Vorstellung des Referenzmodells (VDR) wird zunächst
eine allgemeine Einführung gegeben. VDR liefert einen Überblick über die
Komponenten und eine Vorstellung, wie und wofür das Referenzmodell zu verwenden
ist, ohne dabei ins Detail zu gehen.

4.1 Grundlagen zum Referenzmodell 45
Das Lernprogramm RSK im Detail (RID) erklärt das Referenzmodell aus Sicht
des CBT-Entwicklers. Sowohl Teile des Quellcodes als auch Techniken und
Umsetzungen werden hier detailliert vorgestellt, und ein kleines Beispiel demonstriert
die Anwendung.
Informationen, Tipps und Empfehlungen zum Design werden im Lernprogramm
Designer-Empfehlungen (DE) vermittelt. Auch mit diesem Teil soll der zukünftige
CBT-Designer für offensichtliches und weniger offensichtliches sensibilisiert werden.
Im nächsten Abschnitt 4.1.5 gehen wir auf DE genauer ein.
Diese drei Lernprogramme sind in dem Lernsystem EIR zusammengefasst und
geben das Konzept wieder. EIR erfüllt damit drei Funktionen und dient als tutorielle
Einführung, multimediale Dokumentation und als ein Beispiel für eine mögliche
Implementierung eines Lernsystems auf Basis des Referenzmodells, da es selbst
ebenfalls mit dem Referenzmodell erstellt wurde. Durch Betrachten von EIR bekommt
der zukünftige Entwickler eine Vorstellung, wie Lernsysteme mit dem Referenzmodell
aufgebaut werden können, und kann diese Erfahrungen zur Planung eigener
Lernprogramme oder Lernsysteme nutzen.
4.1.5 Design-Empfehlungen
Wiederholt haben wir festgestellt, dass die Missachtung teilweise recht offensichtlicher
Designpunkte die Produktion verzögert oder das Resultat verschlechtert. Durch
Vorgaben soll der CBT-Designer an diese Designpunkte erinnert werden und
gleichzeitig auch einen Rahmen bekommen, in dem er seine Kreativität ausüben kann.
Wir haben uns hierbei zunächst auf einige wenige Punkte, die für alle Produktionen
anwendbar sind, beschränkt. Jedem Nutzer bleibt es überlassen, diese beliebig nach
seinen Vorstellungen zu erweitern.
Schriftarten und -größen
Der übertriebene Einsatz von unterschiedlichen
Schriftarten in unterschiedlichen Schriftgrößen
erschwert oftmals das Lesen und damit die
Informationsaufnahme. Die Suche nach einer
passenden Schriftart bei der CBT-Entwicklung
kann zum Zeitgrab werden, wenn eine Auswahl
aus sehr vielen Fonts getroffen werden soll. Um
hier vorzubeugen, haben wir die erlaubte Anzahl
Arial
Times New Roman
System
Courier
Tabelle 4.2 In unseren CBTs
erlaubte Schriftarten
unterschiedlicher Fonts auf den Quasi-Standard in Tabelle 4.2 beschränkt.
Neben der Zeitersparnis umgeht die Beschränkung auf Tabelle 4.2 weitere Kosten
wie z.B. für Font-Lizenzen, da diese praktisch auf jedem Computer mit dem
Betriebssystem installiert werden. Ferner werden Fehler zur Laufzeit verhindert, da die

46
Kapitel 4. Das Referenzmodell für multimediale Lernprogramme
unbedachte Auswahl einer auf dem Entwicklungssystem installierten Schriftart auf
dem Benutzer-System Fehlermeldungen verursachen kann, wenn sie dort nicht
installiert ist.
Tipps zur Sprachaufnahme
Die Feinheiten, die ein Tontechniker während einer Aufnahme beherrscht, können
natürlich nicht von einem studentischen CBT-Entwickler verlangt werden. Allerdings
kann heute jeder auf einfache Weise Sprachaufnahmen am PC machen.
Sauber ausgesteuerte Aufnahmen sind das Resultat der richtig angewandten
Technik. Um CBT-Entwickler zu schulen, präsentieren wir Demo-Aufnahmen wie in
Bild 4.3, die Unterschiede wiedergeben. Damit vermeiden wir kostspielige Fehler und
Doppelaufnahmen. Übrigens kommt hier eine wesentliche Stärke von CBTs zur
Anwendung. Gute und schlechte Aufnahmen können in CBTs dem Lernenden einfach
vorgespielt werden, was in Printmedien eben nicht möglich ist.
Bild 4.3 Beispiel zur Aussteuerung von gesprochenen Aufnahmen
Kontrast und dünne Linien auf hellem Hintergrund
Zu Lehrzwecken werden unsere CBTs auch in der Vorlesung über einen Beamer
betrachtet oder als Videoaufnahme in Präsentationen eingebunden. In diesen
Vorführungen ohne Monitor sind die Lichtverhältnisse oft schlechter. Kontrastarme
Darstellungen können das flüssige Lesen behindern. Schwach kontrastierter Text ist
schwer zu lesen, besonders, wenn er auch noch winzig und in Kursivdruck steht
[...][Niel00, S. 126].
Wir sensibilisieren unsere studentischen CBT-Entwickler durch Beispiele und
Hinweise, die exemplarisch in Bild 4.4 zusehen sind, und fördern so gute Resultate.

4.1 Grundlagen zum Referenzmodell 47
4.1.6 Einsatz
Bild 4.4 Design-Empfehlungen zu Linien und Kontrast
Der mit dem Lernsystem EIR geschulte CBT-Designer legt zunächst eine Kopie vom
RSK an und öffnet es in der Authorware-Programmierumgebung. Entsprechend dem
Drehbuch zu seinem Lernprogramm dupliziert er die enthaltenen Musterabschnitts-
Icons und Musterseiten-Icons nach Bedarf und baut so seine Lernprogrammstruktur
auf. Im nächsten Schritt benennt er die Abschnitte und Seiten nach seinen
Vorstellungen um, indem er die zugehörigen Icon-Namen ändert. Damit ist die
RSK-Kopie für sein Lernprogramm vorbereitet, und die Umsetzung des Wissens kann
beginnen. Im nächsten Schritt wird diese RSK-Kopie mit Inhalten gefüllt.
Da das Duplizieren der Icons kaum Zeit beansprucht, fällt die Vorbereitungszeit
einer RSK-Kopie in der gesamten Entwicklungszeit vernachlässigbar klein aus. Jedoch
gewinnt der CBT-Designer viel Zeit, die er sonst zur Implementierung der im RSK
enthaltenen Funktionen hätte aufbringen müssen (vgl. Abschnitt 4.3).
Bild 4.5 zeigt Screenshots von fünf Lernprogrammen, die mit dem RSK
entwickelt wurden. Das RSK-Fenster ist oben links im Bild zu sehen. Die
Darstellungsbereiche der übrigen Fenster sind mit unterschiedlichen Darstellungen
gefüllt. Der Wiedererkennungswert wird hier als einer der Vorteile deutlich. Lernende,
die sich einmal in die Funktionalität eines der Lernprogramme eingearbeitet haben,

48
Kapitel 4. Das Referenzmodell für multimediale Lernprogramme
sind ohne weitere Einarbeitung in der Lage, die übrigen Lernprogramme gleich zu
bedienen.
Bild 4.5 Aus einer RSK-Kopie entstandene Lernprogramme
4.2 Konzeption des Referenzmodells
Die beim Lernen intern ablaufenden kognitiven Prozesse müssen durch das
Analysieren mit den Sinnesorganen quasi „befriedigt“ werden. Nur dann können
Einzelheiten und Zusammenhänge entdeckt, verstanden und gelernt werden.
Kognitionen sind solche Vorgänge, durch die die Person Kenntnis von ihrer Umwelt
erlangt. Durch Kognitionen (z.B. Wahrnehmung, Vorstellung, Denken) wird Wissen
erworben. Die Informationsverarbeitung kann man als aktiven, subjektiven
Strukturierungsprozess begreifen [Edel00, S.113]. Wird die „Befriedigung“ gestört,
kann dies das Lernen stören. Störungen können unterschiedliche Ursachen haben, unter
anderem auch technische wie eine langsame Internet-Verbindung, mangelnde
Navigationsfunktionen oder auch schlechte Tonqualität.
Die Konzeption des Referenzmodells wurde zur kostengünstigen Produktion von
CBTs mit dem RSK unter Einbeziehung didaktischer Aspekte entwickelt. Es wurden
Details implementiert oder gewählt, die das Lernen fördern und Störungen verhindern
sollen. Diese werden im folgenden vorgestellt.

4.2 Konzeption des Referenzmodells 49
4.2.1 Lernprogrammstruktur
Bücher sind in der Regel linear in Kapitel, Abschnitte und Seiten gegliedert. Das
Medium Computer, auf dem für gewöhnlich Lernprogramme laufen, bietet
multimediale Darstellungsformen und damit auch andere Gliederungsformen als bei
Büchern an. Zum Beispiel sind Hypertexte typische Vertreter von Lernprogrammen,
während sie in Printmedien kaum vorkommen. Hypertexte entziehen Texte und
multimediales Material der Linearität, die etwa bei traditionellen Texten gegeben ist.
An die Stelle der Linearität wird die Vernetzung durch Querverweise gesetzt. In
Multimedia-Anwendungen erlaubt das Benutzen eines Querverweises (eines so
genannten Links) den automatischen Sprung zur vernetzten Einheit. Das WWW folgt
dem Hypertextprinzip [BaBS02, S.66].
Während die Gliederungsform bei Büchern klassisch, altbewährt und für viele
Lernende beim strukturierten Lernen (zur ersten Wissensaufnahme) intuitiv zu
bedienen ist, bieten Hypertexte gerade für unstrukturiertes Lernen (zum Nachlernen
oder zum Informieren) Vorteile (und natürlich auch Nachteile). Um größtmögliche
Flexibilität zu wahren, sollte das Lernprogramm sowohl strukturiertes als auch
unstrukturiertes Lernen ermöglichen. In Hypertext-Systemen wird dies manchmal
durch so genannte Guided Tours versucht, das sind vordefinierte Pfade durch das
Lehrmaterial. Die Guided Tours sollen die Koherenzbildung unterstützen [Seeb03,
S.143]. Zunächst wird der Lerner die Tour wählen, später jedoch seinem individuellen
Lernpfad folgen.
Im folgenden erläutern wir kurz gängige Lernprogrammstrukturen und stellen
anschließend die Struktur des Referenzmodells vor. Gängige Strukturen für
Lernprogramme sind Leiterstruktur, Baumstruktur und Netzwerkstruktur [FLSt97,
S.51], die in Bild 4.6 schematisch dargestellt sind.
Bild 4.6 Lernprogrammstrukturen nach [FLSt97, S.51]

50
Kapitel 4. Das Referenzmodell für multimediale Lernprogramme
Die Leiterstruktur repräsentiert am ehesten die Gliederung von Büchern. Wählt
man diese Struktur für Lernprogramme, wird die Umsetzung z.B. von Text-Skripten in
Lernprogramme ebenfalls vereinfacht. Bestenfalls kann man die Gliederung eines
Skripts eins zu eins übernehmen. Dies ist ein Vorteil, wenn bestehendes Lehrmaterial
in Lernprogrammen umgesetzt werden soll. Der Designer kann von den bereits
didaktisch aufbereiteten Materialien profitieren und bei der Ausarbeitung des
Drehbuchs zum Lernprogramm Zeit sparen.
Für die Leiterstruktur spricht zusätzlich seine Übersichtlichkeit und sein einfacher
Aufbau. Die Implementierung kann schnell und effizient erfolgen, da komplexe
Verknüpfungen zwischen den Informationseinheiten, im Gegensatz z.B. zur
Netzwerkstruktur, nicht eingerichtet und, was noch wesentlicher ist, verwaltet werden
müssen. Eine komplexe Lernprogrammstruktur kann bei der Design-Findung gerade
Anfänger und Amateure überfordern.
Die Lehre in ihrer neuen Form als E-Learning ist eine relativ junge Disziplin.
Viele Lernende müssen sich erst an das Lernen in dieser Form gewöhnen. Die
Lernprogrammstruktur sollte den Aufwand nicht zusätzlich erhöhen. Während die
Netzwerkstruktur die inhaltliche Gliederung dominiert und für Informations- und
Lernprogramme thematische Vorkenntnisse, ein Selbstlernkonzept und ein hohes Maß
an Selbstdisziplin beim Anwender voraussetzt (ähnlich wie bei Hypertexten), bietet die
Leiterstruktur didaktische Vorteile. Obwohl dieses Modell [Leiterstruktur] die
Beweglichkeit des Anwenders im Programm einschränkt, hat es gerade bei ungeübten
Benutzern durchaus didaktische Vorteile: Es vermeidet Irritationen durch die
Programmbedienung und unterstützt die Konzentration auf den Inhalt [FLSt97, S.51].
Als Nachteil wird allerdings die eingeschränkte Bewegungsfreiheit angeführt. Beim
Lernen kann es bekanntlich notwendig sein, bereits bearbeitete oder zukünftige
Passagen im Lernprogramm auch mal direkt anspringen zu müssen. Eine dann
vorhandene Navigationseinschränkung, z.B. wenn man die Seiten nur linear aufrufen
kann, führt oftmals zu Motivationsverlusten und ist von Nachteil.
Die Lernprogrammstruktur zum Referenzmodell baut auf der Leiterstruktur auf
und ergänzt diese durch zusätzliche Navigationsfunktionen. Dadurch gewinnen wir die
Vorteile der Leiterstruktur wie Übersichtlichkeit, Einfachheit, Vermeiden von
Irritationen und Unterstützen der Konzentration. Diese erleichtern dem Lernenden den
Zugang und helfen dem CBT-Designer, bei der Entwicklung Zeit zu sparen. Mit den
zusätzlichen Navigationsfunktionen lösen wir das Problem der eingeschränkten
Bewegungsfreiheit und ermöglichen die Navigation ähnlich wie in einer
Netzwerkstruktur. Damit bietet das Referenzmodell größtmögliche Flexibilität.
Durch die gewählte Leiterstruktur und die implementierten Navigationsfunktionen
im RSK wurde versucht, sowohl strukturiertes als auch unstrukturiertes Lernen zu
unterstützen. Der Lernende kann wahlweise den Stoff durch einfaches Blättern
durchlaufen (vordefinierter Lernpfad) oder mit Hilfe der Navigationsfunktionen die
Seiten auch mal direkt Anspringen (individueller Lernpfad).

4.2 Konzeption des Referenzmodells 51
4.2.2 Module
Ein Lernprogramm auf Basis einer RSK-Kopie heißt Modul. Module entstehen, wenn
eine RSK-Kopie mit Inhalten gefüllt wird. Ein Modul stellt die kleinste selbständige
Einheit dar. Module sind wie in Bild 4.7 in Abschnitte unterteilt, die aus Seiten
bestehen.
Bild 4.7 Aufbau eines Moduls
Auf den Seiten wird das Wissen präsentiert. Aufeinander folgende Seiten, die
einen engen Zusammenhang haben, können zu einer Seitengruppe zusammengefasst
werden (Seiten 2.2 bis 2.4 in Bild 4.7).
Die Gliederung in Module, Abschnitte, Seitengruppen und Seiten soll beim
Lerner einen Bezug zur bekannten Struktur klassischer Lehrmittel (Bücher, Skripte
etc.) schaffen und zu einer intuitiven Benutzerleitung führen.
Seitengruppen
Im Gegensatz zu anderen Autorensystemen wie Director oder Flash kann in
Authorware nicht vor- oder zurückgespult werden. Daher ist es notwendig, die
Seitendauer kurz zu halten, jedoch kann nicht jedes Wissen kurz präsentiert werden.
Zur Lösung haben wir das Konzept der Seitengruppe erarbeitet.
Lernsequenzen, die wegen ihrer Länge nicht auf eine Seite passen, werden auf
mehrere Seiten aufgeteilt (Bild 4.7). Der Lernende erhält damit eine Möglichkeit zu
einer Art Vor- und Rückspulen durch Springen in der Seitengruppe. Technisch
unterscheiden sich Seitengruppen von Seiten lediglich, indem außer der ersten Seite
einer Seitengruppe die restlichen nicht im Inhaltsverzeichnis erscheinen.
Mit dem Konzept der Seitengruppe wird verhindert, dass zu lange Lernsequenzen
das Lernen stören. Zusätzlich dient der Wechsel als Anregung der Aufmerksamkeit.
Das Anspringen von Seiten ausser der ersten Seite einer Seitengruppe wird nicht
gewährt, da sie dann in der Regel aus dem Zusammenhang gerissen wirken würden.

52
Kapitel 4. Das Referenzmodell für multimediale Lernprogramme
Der Lerner muss sie linear durchlaufen, kann dabei aber das Tempo bestimmen und
Seiten auch durch schnelles Blättern überspringen.
4.2.3 Modularität
Die Vorteile von Modularität in Lehrmaterialien zum E-Learning werden in [Seeb03,
S.61] als Wartbarkeit, Redundanz und Wiederverwendbarkeit genannt. Um diese
Vorteile zu nutzen, wurden besondere Funktionen im RSK implementiert. Damit
können Module durch einfaches Zusammenkopieren in ein Verzeichnis individuell zu
Lernsystemen (Abschnitt 3.5.1) zusammengestellt werden. Ein modulübergreifendes
Inhaltsverzeichnis, das automatisch generiert wird, verbindet dabei die Module
(Abschnitt 5.2.6). Erst die Modularität mit diesem Automatismus ermöglicht den
flexiblen und kostengünstigen Einsatz aus Bild 4.8. Die Module sollten allerdings
kontextfrei implementiert sein, da nur dann eine beliebige Zusammenstellung möglich
wird.
4.2.4 Modulaufbau
Bild 4.8 Aus dem Modul-Pool werden Module zusammengestellt
Jedes Modul ist wie in Bild 4.9 prinzipiell gleich aufgebaut. Nach dem Benutzer-Login
folgt der Vorspann, der für jedes Modul individuell sein kann. Das Hauptmenü
verbindet alle Bereiche eines Lernsystems, und Seiten bzw. Seitengruppen aus allen
Modulen können von hier direkt angesprungen werden. Zusätzlich können von hier der
Vorspann, das Setup und die Hilfe des aktuellen Moduls erreicht werden. Vom
Hauptmenü gelangt man zu allen anderen Teilen und zurück, vom Login dagegen nur
zum Vorspann.
Im Setup kann das Programmfenster auf dem Bildschirm zentriert, der Rahmen
ein- und ausgeschaltet, ein Textfenster ein- und ausgeblendet sowie der Desktop
optional verdeckt werden. In der Hilfe werden Erklärungen zu den Funktionen des
Lernprogramms gegeben. Die Hilfe kann wahlweise auch vom Designer ergänzt oder
beliebig verändert werden. Über das Ende verlässt man das Lernprogramm nach einer
Bestätigung.

4.2 Konzeption des Referenzmodells 53
4.2.5 Präsentationsfenster
Bild 4.9 Aufbau eines Moduls
Nach dem Anstarten läuft das Lernprogramm innerhalb eines Windows-Fensters, dem
Präsentationsfenster in Bild 4.10 ab. Der Darstellungsbereich enthält die
multimedialen Präsentationen. Der Navigationsbereich sowie das optional
zuschaltbare Textfenster mit dem gerade gesprochenen Text sind optisch getrennt,
was für eine klare Orientierung beim Lernen sorgt. Das Textfenster ist aus
wahrnehmungsphysiologischen Gründen rechts angeordnet.
Bild 4.10 Präsentationsfenster
Der Navigationsbereich ist nach ergonomischen Regeln im unteren Fensterbereich
angeordnet (Abschnitt 4.2.6).
Ohne Textfenster hat der Darstellungsbereich mit dem Navigationsbereich
zusammen eine Auflösung von 640x480 Pixel. Gängige Bildschirmauflösungen auf
PC-Systemen sind heute z.B. 1024x768 Pixel oder höher. Für das Referenzmodell

54
Kapitel 4. Das Referenzmodell für multimediale Lernprogramme
wurde die VGA-Auflösung gewählt, um den Einsatz auch auf Systemen wie Beamer
und digitalem Video gewährleisten zu können. Besonders die zuletzt genannten
Systeme haben bei voller PAL-Auflösung 720x576 Pixel, hier wäre eine Super-VGA-
Auflösung bereits zu groß.
Nach den Anforderungen aus Abschnitt 4.1.1 soll das Referenzmodell nicht nur
von professionellen Designern, sondern gerade auch von Anfängern und Amateuren
nutzbar sein. Ein größerer Darstellungsbereich kann Anfänger und Amateure
überfordern. Bei größerem Darstellungsbereich muss einfallsreicher gearbeitet werden,
um leer wirkende Seiten zu vermeiden, somit kann die Design-Findung länger dauern
und die LCLT-Produktion erschweren.
Durch den begrenzten Platz im Gesamtfenster wird der CBT-Designer gefordert,
sein Design signifikant zu halten, sich auf das Wesentliche zu begrenzen und
„grafischen Müll“ zu vermeiden. In seinem 1983 erschienenen Buch „Die visuelle
Anzeige von quantitativen Informationen“ ließ Edward Tufte seinem Zorn gegenüber
aufgedunsenen und überladenen Unternehmens-Grafiken, die eine Menge Platz
einnehmen und ein Minimum an Informationen bieten, freien Lauf. Tufte führte das
Konzept der „Datentinte“ bezogen auf den Teil ein, der zur Darstellung unbedingt
erforderlich war. Alles andere ist nach Tuftes Meinung „grafischer Müll“
[Niel00, S. 27].
Der Lernende kann eine kleine Fläche leichter überblicken und sich schneller
orientieren, dies schafft Klarheit. Dieser Begründung folgen z.B. auch Erkenntnisse
über Website-Design-Studien aus [ct14-02, Boss00], die hier ebenfalls begründete
Anwendung finden. Einige grundsätzliche Usability-Aussagen wirken schon fast
banal, sollten aber dennoch nicht ignoriert werden: Je einfacher eine Seite aufgebaut
ist, desto leichter findet sich der Besucher zurecht. Zu viele Eindrücke auf einmal
überfordern den Surfer [Lerner]. Besucher erkennen zusammenhängende Seiten an
einheitlichen Merkmalen: Navigationsstruktur, Farbgebung, Logos. Je komplexer die
Seite, desto stärker schrumpft die Zahl der potentiellen Besucher [ct14-02, S. 176].
Beim Einsatz von Lernprogrammen kann es notwendig sein, dass z.B. zwei
Programme nebeneinander betrachtet werden müssen, z.B. wenn das Lernprogramm
mit einem CAD-Tool durch die lose Kopplung (Abschnitt 3.4.2) verbunden wird. Das
Lernprogramm übernimmt dabei die Aufgabe eines Tutors, dessen Vorgaben direkt in
dem zweiten Fenster von dem Lernenden umgesetzt werden müssen. Bei zwei kleinen
Fenstern ist der möglicherweise sich überschneidende Bereich natürlich auch kleiner.
Ein angenehmeres paralleles Arbeiten wird ermöglicht und z.B. das Vergleichen von
Inhalten aus beiden Fenstern wesentlich erleichtert, wenn beide Fenster sich kaum
überschneiden.
Zu Präsentationszwecken kann es notwendig sein, das Lernprogramm auch mal
abzufilmen. Die kleine Auflösung ermöglicht bei Sicht auf das gesamte
Präsentationsfenster eine größere Frame-Rate. Ebenfalls ist die resultierende Video-
Datei im Vergleich kleiner und handlicher (z.B. zum Verschicken über das Internet).

4.2 Konzeption des Referenzmodells 55
Für zukünftige Überführungen unserer CBTs in WBTs bietet die VGA-Auflösung
weitere Vorteile, denn die damit indirekt zusammenhängende Datenmenge ist natürlich
geringer als mit größeren Auflösungen. Dies wirkt sich folglich positiv auf die
Download-Zeit aus, die bekanntlich nicht klein genug sein kann. Die
Download-Verzögerung verfolgt uns noch immer, und Benutzer mögen es nicht, zu
browsen und dann durch unerwartete Downloads unterbrochen zu werden
[Niel00, S. 131].
Wir haben die Erfahrung gemacht, dass lediglich Bedarf für mehr Platz im
Präsentationsfenster besteht, wenn z.B. größere Oberflächen von anderen Programmen
im CBT dargestellt werden müssen. Hier ist das Können des Designers gefragt, der mit
Auszügen nur notwendige Bereiche darstellen darf.
4.2.6 Navigation
Je intuitiver ein Lernprogramm zu bedienen ist, um so mehr kann sich der Lernende
auf den Inhalt konzentrieren. Verwirrende oder unvollständige Navigationsfunktionen
stören dagegen das Lernen. Die auf jeder Modul-Seite gleiche Navigationsleiste des
Referenzmodells in Bild 4.11 ist nach ergonomischen Regeln im unteren
Fensterbereich angeordnet. Oben würde es stärker auffallen und stören. Wir erfassen
[...] das Obere schneller als das Untere [...]. Deshalb müssen solche
Kontrastwirkungen [...] im Layout entsprechend berücksichtigt werden [FLSt97,
S.224].
Bild 4.11 Navigationsleiste des Referenzmodells
Mit den Tasten der Navigationsleiste kann man unter anderem zu Seiten,
Seitengruppen und Abschnitten springen. Dabei ist links die lokale Steuerung und
rechts die Globalsteuerung untergebracht. Tasten in der Navigationsleiste, die temporär
keine Funktion erfüllen, werden grau dargestellt, verschwinden also nicht vom
Sichtfeld des Lernenden.

56
Pause-Taste
Kapitel 4. Das Referenzmodell für multimediale Lernprogramme
Mit der Pause-Taste kann der aktuelle Ablauf jederzeit inklusive Ton angehalten
werden, und der Lerner erhält die Möglichkeit, Abläufe im Detail zu betrachten.
History-Liste
Eine History-Liste protokolliert alle besuchten Seiten einer Sitzung. Damit bekommt
der Lernende die Möglichkeit, auch in seinem Lernweg zurück zu laufen, ähnlich wie
mit der Back-Taste eines Browsers. Zur Orientierung läuft in der Mitte der
Navigationsleiste eine Fortschrittsanzeige, und es werden Seiten- und Abschnittstitel
angezeigt. Die Fortschrittsanzeige wird vom RSK automatisch angepasst.
Lesezeichen
Mit Hilfe von Lesezeichen können einzelne Seitenverweise in einer Liste abgelegt und
individuell benannt werden. Bild 4.12 zeigt das Lesezeichenfenster, das abgekoppelt
vom Präsentationsfenster erscheint und beliebig auf dem Bildschirm platziert werden
kann.
Bild 4.12 Lesezeichen
Im ersten Entwurf des Referenzmodells wurden die Lesezeichen im
Präsentationsfenster dargestellt und verdeckten damit den Darstellungsbereich. Dieser
Entwurf war zwar einfacher zu implementieren, jedoch aus genanntem Grund
nachteilig. Diese entkoppelte Version wurde mit einer Art Interprozesskommunikation
entworfen, die in Kapitel 5 vorgestellt wird.
Die Lesezeichen werden benutzerspezifisch anhand des Login-Namens verwaltet.
Damit können Benutzer unabhängig voneinander auf demselben PC-System arbeiten
und ihre Lesezeichen getrennt speichern.
Skip-Taste
Auch wenn durch Textfenster und Seitengruppen Lernsequenzen in „verdaubare“
Portionen unterteilt werden, haben wir beobachtet, dass beim Wiederholen oft nur das

4.2 Konzeption des Referenzmodells 57
Schlussbild einer Seite interessiert, jedoch fehlt es aus technischen Gründen an der
Vorspulfunktion (Seitengruppen in 4.2.2).
Als Lösung haben wir die Skip-Taste entworfen, die das Überspringen des
Aufbaus einer Seite ermöglicht. Der Lernende kann jederzeit über die Skip-Taste
direkt zum Schlussbild springen. Lästiges Warten entfällt.
Anzeige des Seitenendes
Durch Tests mit Studierenden fanden wir heraus, dass das Ende eines dynamischen
Seitenaufbaus nicht immer gleich erkannt wird. In der Annahme, dass noch was folgt,
warten manche vergebens oder irren sich und blättern weiter, obwohl noch was folgt.
Die Lernenden werden dadurch aus dem Lernrhythmus gerissen. Zur Lösung
verwenden wir die Pause-Taste als Indikator, wir schalten sie am Schlussbild grau und
zeigen so das Ende der Seite an.
4.2.7 Hauptmenü
Im Hauptmenü befindet sich das Inhaltsverzeichnis (Bild 4.13). Übersichtlich sind im
linken Teilfenster die Abschnitte des gewählten Moduls aufgelistet. Der Modulname
steht darüber. Im rechten Teilfenster stehen die zugehörigen Seiten bzw.
Seitengruppen. Alternativ können links die Module des Lernsystems und rechts die
zugehörigen Abschnitte angezeigt werden, was einer Lernsystem-Sicht entsprechen
würde.
Bild 4.13 Hauptmenü mit Inhaltsverzeichnis
Das Hauptmenü kann von jeder Seite direkt aufgerufen werden. Von dem
Inhaltsverzeichnis können alle anderen Seiten des Lernprogramms, sofern sie nicht als
Teil einer Seitengruppe versteckt sind (Abschnitt 4.2.2), angesprungen werden. Dies

58
Kapitel 4. Das Referenzmodell für multimediale Lernprogramme
ermöglicht dem Lernenden mit wenigen Mausklicks auf jede Seite im Lernsystem zu
navigieren. Das schnelle Auffinden von Wissen wird damit gewährleistet und störende
Pausen verhindert.
Wie bereits erwähnt wird das Inhaltsverzeichnis automatisch generiert. Diese
bekanntlich fehleranfällige und zeitintensive Arbeit übernimmt ein Automatismus im
RSK, was die Entwicklung beschleunigt und sicherer macht. Die Funktionen im RSK
erkennen selbständig das Fehlen des Inhaltsverzeichnisses (Abschnitt 5.2.5) und
erstellen es, der Designer wird dadurch von lästiger Verwaltungsarbeit entlastet.
4.2.8 Textfenster
Das Textfenster haben wir rechts vom Darstellungsbereich angeordnet, weil
bekanntlich das rechte Sichtfeld von der linken Hirnhälfte verarbeitet wird und
umgekehrt. Die linke Hirnhälfte ist auch für gesprochene und geschriebene Worte
verantwortlich, während die rechte Hälfte unter anderem bildliche Wahrnehmung und
Verarbeitung durchführt. Linke Hemisphären: Verbindung zum Bewusstsein,
sprachlich, begrifflich, arithmetisch, analytisch und abstrakt. Rechte Hemisphären:
ohne klares Bewusstsein, musikalisch, Bild und Mustererkennung, geometrisch,
räumlich, einheitlich und konkret [Edel00, S.12].
Wir haben beobachtet, dass mit permanent sichtbarem Textfenster der Lernende
verleitet wird, das Gesprochene mitzulesen. Die Aufmerksamkeit wird damit vom
Darstellungsbereich abgelenkt, wo wesentliche Dinge ablaufen. Ohne Textfenster steht
das Gesprochene zum visuellen Nachlernen oder Analysieren nicht zur Verfügung. Es
erschwert visuell orientierten Nutzern das Lernen. Unsere Alternative ist das optional
ein- und ausklappbare Textfenster, das sich damit den Bedürfnissen des Lerners
anpassen kann.
Suchen im gesprochenen Text
Oft kann sich ein Lerner nicht erinnern, ob er etwas im CBT selber gelesen oder nur
gehört hat. Da in dem Textfenster exakt das Gesprochene steht, kann man auch nach
gesprochenen Inhalten visuell suchen, ohne jeweils den gesprochenen Text anhören zu
müssen.
Begrenzung der Seitendauer
Lerneinheiten dürfen nicht beliebig lang werden, das Lernen würde sonst erschwert.
Diese Forderung ist allgemein verständlich, allerdings sind keine Regeln über die
Mengen zur Begrenzung von Lerneinheiten bekannt. Diese sind offensichtlich auch
schwer allgemein gültig aufzustellen. Es stellt sich somit die Frage, nach welchen
Kriterien eine Lerneinheit begrenzt werden kann, wann ist sie klein und wann schon zu
groß? Wir verwenden als Faustregel das Textfenster.

4.3 Zeitersparnis beim CBT-Entwurf 59
Um die Dauer einer Seite überschaubar zu halten, ist das Textfenster für den
CBT-Entwickler zugleich eine obere Grenze für die Länge des Gesprochenen (die
Schriftattribute dürfen nicht verändert werden). Passt der gesprochene Text nicht mehr
in das Textfenster, wird der Sachverhalt auf mehreren Seiten zu einer Seitengruppe
zusammengefasst (Abschnitt 4.2.2). Zu lange, die Konzentration überfordernde
Seitentexte werden damit unterbunden. Kernaussagen müssen kurz und prägnant
formuliert werden, damit sie ins Textfenster passen.
4.3 Zeitersparnis beim CBT-Entwurf
Wird das Referenzmodell zur Produktion von CBTs eingesetzt, kann der
CBT-Designer gleich mit der Implementierung der Inhalte beginnen, indem er sie
direkt in eine RSK-Kopie einsetzt. Er erspart sich die Entwicklung der vom RSK
bereitgestellten Funktionalitäten und Vorgaben, indem er diese mit der Kopie einfach
übernimmt. Bild 4.14 verdeutlicht den Vorsprung mit dem RSK, wobei die
vollständige CBT-Entwicklungsdauer natürlich vom Umfang des jeweiligen CBTs
abhängt.
Neben der direkten Einsparung in der Entwicklung tritt eine weitere indirekte
Einsparung durch viele Anwender auf. Dieses Kosten-Einsparungs-Potenzial erschließt
erst ein Referenzmodell mit modularen Eigenschaften wie unseres (Abschnitt 4.2.3).
Wenn zum Beispiel alle Teilnehmer im ELAN-Projekt (Abschnitt 2.2) das
Referenzmodell verwenden würden, so wären die durch alle Teilnehmer produzierten
Module untereinander austauschbar. Da Module beliebig zu Lernsystemen
zusammengesetzt werden können, könnten Module fremder Produzenten auch in
eigenen Lernsystemen Einsatz finden.
Bild 4.14 Diagramm zur Zeitersparnis
Ferner spart man Zeit bei der Zusammenstellung der Lernsysteme, da dies
lediglich aus dem Zusammenkopieren der einzelnen Module besteht. Die benötigte
Zeit ist damit vernachlässigbar klein. Dies gilt auch für spätere Wartungen, bei denen
Module ausgetauscht werden.
Die Effizienz des Referenzmodells haben wir z.B. in Praktika ausgenutzt. Dort
entwickeln drei bis vier Studenten in einer Gruppe ein Lernprogramm zu einem von
uns vorgegebenem Thema aus dem Chip-Entwurf. Die Entwicklung wird dabei in die

60
Kapitel 4. Das Referenzmodell für multimediale Lernprogramme
Phasen Konzept, Drehbuch, Realisierung und Evaluierung gegliedert. Während der
Realisierung von neun Wochen implementieren die Gruppen ein vollständiges
Lernprogramm. Das Referenzmodell nimmt den Studenten monotone, aber notwendige
Arbeiten ab und gibt ihnen die Möglichkeit, sich auf das Wesentliche zu konzentrieren,
nämlich die Umsetzung des Wissens mit multimedialen Mitteln. Ohne das
Referenzmodell wäre die Entwicklung von CBTs wie hier in so kurzer Zeit nicht
möglich..

5 Das Programm des Referenzmodells
Das Refmod-Starter-Kit (RSK) ist die Programmierschablone des Referenzmodells
(Abschnitt 4.1.4 und 4.1.6). Sie liegt als Authorware-Source-Code vor, ist in fast allen
Teilen offen zugänglich und kann somit erweitert, angepasst und verändert werden. In
diesem Kapitel werden Details der RSK-Implementierung vorgestellt. Zunächst folgen
einige Erklärungen zum Programmieren in Authoware. Sie sollen die anschließend
beschriebenen Details verstehen helfen. Im Anhang A werden weitere wesentliche
Teile des RSK-Programm-Codes erklärt.
5.1 Programmieren in Authorware
Programmieren in Authorware ist das grafische Anordnen und Konfigurieren von
Icons und das Ergänzen dieser Icons durch Skripte. Die 13 Icon-Typen sind im
Handbuch vollständig erklärt [Auth01, S.38].
5.1.1 Programmierebenen
Das Programm des
Referenzmodells
Authorware ist ein Autorensystem mit einer grafischen Benutzeroberfläche. Zusätzlich
bietet es unter anderem eine eingebaute Skriptsprache und die Möglichkeit zur
Nutzung von Funktionen aus internen und externen Bibliotheken. Manche einfachen
Assets können mit Authorware-eigenen Zeichenwerkzeugen erstellt werden.
Komplexere Assets produziert man in der Regel mit externen Anwendungen wie
SoundForge, Photoshop, 3D-Max oder Premiere und importiert sie dann in
Authorware. Alle gängigen Medienformate werden dabei unterstützt (bmp, gif, tif, jpg,
swa, wav, mov, avi etc.). Gegebenenfalls können auch ganze Teile des CBTs mit
anderen Autorensystemen wie Flash oder Director erstellt und in Authorware
eingebunden werden. Dabei profitiert man von den Vorteilen dieser Autorenwerkzeuge
(z.B. skalierbare Vektorgrafiken).

62
Kapitel 5. Das Programm des Referenzmodells
Einen wesentlichen Vorteil von Authorware zeigt Tabelle 5.1, die Einteilung in
drei Programmierebenen. Authorware bietet unterschiedlich qualifizierten Anwendern
Zugang. Während Anfänger mit einfachen Drag’n’drop-Methoden arbeiten, können
Profis flexibler mit Skripten programmieren.
Anfänger Lineare Abläufe: Icons, Flusslinie,
Drag’n’drop, Optionsauswahl
Fortgeschrittene Zusätzlich parallele Abläufe:
Skriptsprache, Variablen, eingebaute
Funktionen, Bibliotheken, Sprünge
Als Beispiel zeigt Bild 5.2 zwei Arten, in Authoware eine Linie zu zeichnen. Im
linken Teilbild ist das Vorgehen mit der Linien-Funktion aus der Tool-Box und der
Maus zu sehen. Dabei zeichnet der Benutzer die Linie mit der Maus im
Präsentationsfenster, was in der Regel Anfänger bevorzugen. Rechts steht die Methode
mit der Funktion Line, die in einem Calculation-Icon verwendet wird. Damit kann die
Linie mit variablen Parametern im Programmablauf verändert werden, was links nicht
möglich ist.
Bild 5.2 Zwei Arten, in Authorware eine Linie zu zeichnen
5.1.2 Lineare und parallele Abläufe
Profis Zusätzlich externe Programmiersprachen
und Autorensysteme: Eigene
Bibliotheken oder Erweiterungen (dazu
sind C++-, Delphi- oder
VisualBasic-Kenntnisse notwendig)
Tabelle 5.1 Authorware-Programmierebenen
Authorware kann als imperative, funktionale Programmiersprache mit grafischer
Benutzeroberfläche bezeichnet werden, ist jedoch nicht objektorientiert. Wie in
Bild 5.3 besteht ein Authorware-Programm aus einer Folge von Icons entlang einer
Flusslinie. Das Resultat wird im Präsentationsfenster angezeigt.

5.1 Programmieren in Authorware 63
Nach dem Anstarten werden alle Icons auf der Flusslinie vom Fokus nacheinander
von oben nach unten ausgeführt. Dieser lineare Durchlauf kann durch parallele
Abläufe und Sprünge unterbrochen werden.
Bild 5.3 zeigt das Authorware-Programm zu einem simulierten UND-Gatter.
Durch Anklicken der Eingänge können diese gesetzt werden, der Ausgang verhält sich
entsprechend der UND-Funktion.
Die UND-Funktion ist im ersten Interaction-Icon als paralleler Ablauf
implementiert. Die Parallelität erkennt man an der unterbrochenen Flusslinie, die mit
Kringeln endet. Dabei zeichnet das linke Icon für A=TRUE & B=TRUE einen roten
Ausgang. Für A=FALSE | B=FALSE wird dieser gelöscht.
Bild 5.3 UND-Gatter in Authorware
Nach dem Anstarten wird zunächst mit dem Display-Icon Bild UND-Gatter
das UND-Gatter aus Bild 5.3 dargestellt. Der Fokus trifft anschliessend auf das erste
Interaction-Icon und aktiviert den parallelen Ablauf. Anschliessend wird das zweite
Interaction-Icon ausgeführt, und der Fokus wartet hier auf eine Eingabe. Klickt der
Benutzer auf eines der Felder am Gattereingang im Präsentationsfenster, wird zunächst
das zugehörige Icon A oder B am zweiten Interaction-Icon durchlaufen, und die
gleichnamigen Variablen A oder B erhalten neue Werte, TRUE für gesetzte und FALSE
für nicht gesetzte Felder. Immer wenn damit die Gleichungen am ersten
Interaction-Icon wahr werden, werden die angehängten Icons durchlaufen und damit
die Ausgangsleitung rot oder schwarz gefärbt. Der Fokus kehrt anschließend wieder
zum zweiten Interaction-Icon zurück. Diesen Wechsel verwaltet Authorware
automatisch.
In der Regel verweilt der Fokus auf einem Icon, bis dessen Funktion vollständig
abgearbeitet ist. Nach Default haben also alle Icons die Ausführungsart
wait until done eingestellt. Bei manchen Icons kann die Ausführungsart geändert
werden. Wählt man concurrent oder perpetual, so startet der Fokus dieses Icon
und fährt mit dem nächsten Icon fort. Zum Beispiel kann das Sound-Icon dann einen
Ton parallel zur Ausführung anderer Icons spielen.
Segmente der Flusslinie können mit ihren Icons in Map-Icons gestellt werden,
und dies rekursiv. Map-Icons dienen damit der hierarchischen Gruppierung der

64
Kapitel 5. Das Programm des Referenzmodells
Flusslinie. Die Hierarchietiefe wird dabei im Flusslinienfenster mit Level x
angezeigt (Bild 5.3).
5.1.3 Funktionen, Variablen und Skriptsprache
Authorware bietet mehr als 300 fertige Funktionen und über 200 vorgegebene
Variablen an. Die Funktion Line wurde beispielsweise in Abschnitt 5.1.1 vorgestellt.
SystemSeconds ist beispielsweise eine Authorware-Variable für die Sekunden seit
dem letzten Start des Computers. Im Gegensatz zu benutzerdefinierten Variablen
werden Authorware-Variablen automatisch aktualisiert und können damit auch
parallele Abläufe auslösen.
Die Funktionen und Variablen werden in der Regel mit der
Authorware-Skriptsprache in einem Calculation-Icon verwendet. Trifft der Fokus auf
solch ein Icon, wird das in ihm enthaltene Skript ausgeführt. In der Skriptsprache
findet man auch klassische Konstrukte wie if- oder do-while-Anweisungen.
Individuelle Variablen werden, wie in Skriptsprachen üblich, mit der ersten
Verwendung automatisch deklariert, ein Datentyp muss nicht explizit angegeben
werden.
Alle Variablen sind zunächst global. Arbeiten mehrere Entwickler an einem Code,
kann es sein, dass sie denselben Variablennamen wählen. Damit werden Werte
möglicherweise ungewollt überschrieben. Um solche Probleme zu vermeiden, sind alle
Variablen des RSK mit dem Präfix rm gekennzeichnet und dürfen nur entsprechend
ihrer Bestimmung verwendet werden. Zu vielen weiteren Authorware-Funktionen und
Variablen verweisen wir auf das Handbuch [Auth01]. Wesentliche RSK-eigene
Variablen werden im Lernsystem EIR erklärt [ÇaSc02, Modul RID, S.:8.4], das quasi
das Handbuch zum Referenzmodell ist.
5.1.4 Programmieren in Authorware und dem RSK
Durch Duplizieren von Musterabschnitten und Musterseiten (quasi leere Map-Icons im
RSK) wird zunächst Platz für die benötigte Anzahl an Abschnitten und Seiten
geschaffen und anschließend mit Abschnitts- und Seitennamen betitelt. Dann werden
Seiteninhalte in diese Icons eingefügt.
Um dem Anwender den Zugang zu erleichtern, wurden die Icons des RSK mit
Farben kodiert. Rote Icons enthalten Routinen zur Steuerung des RSK und dürfen nicht
verändert werden. Weiße, blaue und grüne Icons dürfen beliebig benutzt werden.
Gelbe Icons enthalten auch rote. Blaue Icons kann man individuell gestalten.
Vorgefertigte Hilfs-Routinen sind grün kodiert. Sie können durch Duplizieren beliebig
oft genutzt werden (Design-Reuse auf der untersten Ebene).

5.2 Erläuterungen zum RSK-Programm-Code 65
5.2 Erläuterungen zum RSK-Programm-Code
In diesem Abschnitt werden Teile der RSK-Implementierung vorgestellt. Da nicht nur
Profis, sondern auch Anfänger sich im RSK-Code zurechtfinden sollen, war eines der
Herausforderungen, einfache und überschaubare Lösungen zu implementieren und
Schwierigkeiten zu kapseln. Demnach scheinen einige der hier vorgestellten Wege
auch sehr einfach und naheliegend, obgleich sie erst im zweiten Anlauf gelöst wurden.
5.2.1 Aufbau des RSK-Programm-Codes
Der RSK-Programm-Code spiegelt die Struktur des CBTs wieder. Damit wird das
Auffinden einer bestimmten Stelle im Programm-Code (z.B. beim Debuggen)
erleichtert. Bild 5.4 zeigt den RSK-Programm-Code auf Level 1 und den Inhalt des
Abschnitts-Map-Icons 1 Abschnitt, das zwei Seiten-Map-Icons enthält, auf
Level 2. Will der Entwickler z.B. den Ablauf der zweiten Seite im ersten Abschnitt
verändern, so öffnet er zunächst das zugehörige Abschnitts-Map-Icon und
anschließend das entsprechende Seiten-Map-Icon, in dem sich der Programm-Code der
Seite befindet.
Nach dem Start werden zunächst Initialisierungen durchgeführt. Am
Decision-Icon wird unterschieden, ob das Modul von einem Benutzer oder von einem
anderen Modul aufgerufen wurde. Gegebenenfalls erscheint das Login-Fenster.
Anschließend werden das Framework-Icon Lesson ausgeführt und damit das erste
angehängte Map-Icon Vorspann -–Intro und danach das nächste Map-Icon
Hauptmenü durchlaufen. Aus dem Hauptmenü kann der Lernende ein
Abschnitts-Map-Icon anspringen. Dadurch werden das Framework-Icon des Abschnitts
auf Level 2 und damit eine der angehängten Seiten-Map-Icons ausgeführt. In
Bild 5.4 kennzeichnet der grau dargestellte Pfad den Verlauf bis zur ersten Seite.
Bild 5.4 RSK-Programm-Code

66
5.2.2 Pause-Taste
Kapitel 5. Das Programm des Referenzmodells
Wie in Abschnitt 4.2.6 beschrieben, kann mit der Pause-Taste der dynamische
Seitenaufbau unterbrochen werden. Die Pause-Taste wird durch einen parallelen
Ablauf programmiert (Bild 5.5).
Bild 5.5 Implementierung der Pause
Es sei z.B. der Programmfokus auf einem dynamischen Aufbau einer Seite wie in
Bild 5.5 im linken Fenster. Mit Betätigen der Pause-Taste während des linearen
Ablaufs springt der Fokus in den parallelen Pause-Zweig (Fenster mit grauem
Titelrahmen). Der Fokus bleibt in der Pause-Schleife bis zum nächsten Drücken der
Pause-Taste. Die Rücksprungstelle merkt sich Authorware automatisch.
Unterbrechen von Ton und Film
Während beim dynamischen Seitenaufbau der Fokus von seiner aktuellen Position in
die Pause-Schleife gezogen wird, können Ton oder Film, die concurrent laufen, so
nicht pausiert werden.
Ton wird in Authorware mit einem Sound-Icon abgespielt, digitale Filme mit
einem Digital-Movie-Icon. Immer wenn der Fokus eines dieser Icons startet, wird der
Icon-Namen in der Variablen rmTon bzw. rmFilm gespeichert. Wenn der Fokus in die
Pause-Schleife geht, wird mit der Funktion MediaPause und dem Icon-Namen der
Ton oder Film angehalten und beim Austritt aus der Pause-Schleife fortgesetzt.
Die Pause-Taste wird bei rmPauseMoeglich=FALSE gedimmt. Am Ende jeder
Seite erfolgt diese Zuweisung und signalisiert das Ende des dynamischen Aufbaus.
Dies geschieht in Bild 5.5 z.B. im Calculation-Icon disable Pause & Skip als
letztes.

5.2 Erläuterungen zum RSK-Programm-Code 67
5.2.3 Skip-Taste
Zu Beginn jeder Seite wird in rmSkipButtonSprungZiel das Sprungziel ans Ende
der Seite gesetzt. Wird die Skip-Taste betätigt, so springt der Fokus in einen parallelen
Zweig und von dort zum Seitenende. Der CBT-Entwickler muss dafür sorgen, dass am
Sprungziel das Schlussbild der jeweiligen Seite erscheint.
Die Skip-Taste wird gedimmt, wenn rmSkipButtonSprungZiel leer ist.
5.2.4 Textfenster
Der Koordinatenursprung des Präsentationsfensters befindet sich in der linken oberen
Ecke. Objekte werden relativ zum Ursprung platziert und verschieben sich nicht, wenn
das Präsentationsfenster skaliert wird.
Bild 5.6 Das Präsentationsfenster zeigt einen Ausschnitt aller Objekte
Das Präsentationsfenster des RSK und damit der sichtbare Bereich sind zunächst
auf 640x480 Pixel eingestellt (Abschnitt 4.2.5). Jedoch können Objekte auch
ausserhalb des sichtbaren Bereichs platziert werden wie das Textfenster. Mit der
Textfenster-Taste wird lediglich die Breite des Präsentationsfensters verändert. Dies
erweckt den Anschein, als ob das Textfenster auf- und zugeklappt wird. Die Texte sind
also immer gegenwärtig, nur bei kleinem Präsentationsfenster eben nicht sichtbar.
Bild 5.6 veranschaulicht diesen Vorgang.
5.2.5 Automatischer Aufbau des Inhaltsverzeichnis
Nach dem Anstarten eines Moduls wird die Inhaltsangabe im Programmverzeichnis
aus der Datei syslist.inh eingelesen. Ist diese Datei nicht vorhanden, wird sie
automatisch generiert.

68
Kapitel 5. Das Programm des Referenzmodells
Zu jedem Lernsystem existieren im Programmverzeichnis die Textdateien
syslist.prj und syslist.mod. Sie können mit einem Editor inspiziert bzw.
verändert werden. syslist.prj enthält den Namen des Lernsystems und
syslist.mod die Namen aller Module des Lernsystems. Bild 5.7 zeigt diese
Steuerdateien und ihren Inhalt exemplarisch zum Lernsystem „Einführung ins
Referenzmodell“.
Bild 5.7 Steuerdateien des RSK
Mit Funktionen wie IconFirstChild und IconNext können sukzessiv alle
Icons der Flusslinie durchlaufen werden. Da die Inhaltsangabe durch die Anordnung
der Icons auf der Flusslinie repräsentiert wird (vgl. Abschnitt 5.2.1), kann sie einfach
automatisch erfasst werden.
Bild 5.8 Reihenfolge der Modulaufrufe zum Generieren der Inhaltsangabe zu EIR
Fehlt die Datei syslist.inh, werden die Module aus der Datei syslist.mod
nacheinander gestartet (vgl. Anhang A.1.2). Dieser Vorgang wird rekursiv bis zum
letzten Modul wiederholt, Authorware merkt sich dabei die Reihenfolge. Beim letzten
Modul angelangt schreibt dieser nun seinen Inhalt in die Datei syslist.inh und ruft
das vorige Modul auf (Bild 5.8). Dieser Vorgang wiederholt sich bis zum ersten
Modul.
Alle Seitennamen einer Seitengruppe ausser der ersten Seite sind am Ende durch
„--+“ gekennzeichnet. Diese Seiten werden nicht erfasst und können somit auch nicht
aus der Inhaltsangabe angesprungen werden. Der Aufwand zur Implementierung von
Seitengruppen mit dem RSK besteht damit lediglich in dem Anhängen von „--+“.

5.2 Erläuterungen zum RSK-Programm-Code 69
5.2.6 Koppeln von Modulen zu Lernsystemen
Module werden über das Inhaltsverzeichnis zu einem Lernsystem verbunden. Dazu
muss der Modulname in der Datei syslist.mod aufgeführt sein und alle Module im
selben Verzeichnis liegen (vgl. Abschnitt 5.2.5).
Vom Inhaltsverzeichnis können Seiten des aktuellen Moduls oder aus anderen
Modulen des Lernsystems aufgerufen werden. Ein Modulwechsel ist das Starten eines
Zielmoduls und das Beenden des ersten Moduls. Damit muss beim Aufruf einer
Zielseite das aktuelle Modul dem Zielmodul die Zielseite und andere Aufrufparameter
übergeben (Tabelle 5.9). Das Zielmodul übernimmt dann die Kontrolle und springt zu
der Zielseite, während das erste Modul sich selbst beendet.
rmModulList[rmModulNr] Modulname.
UserName Der aktuelle Benutzername (AW-Variable).
rmPageList[rmPageNr] Seitenname.
rmTitelbarOnOff Zustand der Titelleiste.
rmCovered Zustand des Hintergrunds (verdeckt/sichtbar)
rmCentered Ist das Präsentationsfenster auf dem Bildschirm zentriert.
rmTextWinOnOff Zustand des Textfensters (ein-/ausgeklappt)
WindowTop Y-Koordinate des Präsentationsfensters (AW-Variable).
WindowLeft X-Koordinate des Präsentationsfensters (AW-Variable).
rmModulNr Nummer des Zeilmoduls.
rmAppHNDL Windows-Handel das vom OS vergeben wird.
Die Aufrufparameter teilen dem Zielmodul auch das Aussehen und die Position
des Präsentationsfensters vom ersten Modul mit. Erscheint das Präsentationsfenster des
Zielmoduls mit denselben Eigenschaften, sieht der Lernende den Modulwechsel
lediglich als ein Aufflackern auf dem Bildschirm, was nicht weiter als störend
empfunden wird.
5.2.7 Lesezeichen
Tabelle 5.9 Aufrufparameter des RSK beim Modulwechsel
Der Modulwechsel aus dem vorigen Abschnitt ist ein unidirektionaler Aufruf mit
Parameterübergabe. Anders ist es bei der Verwaltung der Lesezeichen. Bild 5.10 zeigt
die bidirektionale Kommunikation. Das Modul startet die Lesezeichen-Applikation
(LZA) und übergibt ihr Aufrufparameter. Bei einem Seitenwechsel wird die aktuelle
Seite der LZA mitgeteilt. Andersherum teilt die LZA dem Modul mit, welche Seite
angesprungen werden soll.

70
Kapitel 5. Das Programm des Referenzmodells
Bild 5.10 Kommunikationsfolge zwischen Modul und Lesezeichen-Applikation
Die Kommunikation zwischen Modul und LZA ist eine
Interprozesskommunikation (IPK). Zur Programmierung von IPKs bietet Windows
unterschiedliche systemnahe Varianten wie Dynamic Data Exchange (DDE) oder
Object Linking and Embedding (OLE). Das Programmieren von DDE- und OLE-
Routinen setzt fundierte Windows-Kenntnisse voraus, was die Anpassbarkeit des RSK
erschweren würde. Im Folgenden stellen wir unsere eigene Implementierung einer IPK
aus Bild 5.11 vor, die sehr viel offener und zugänglicher ist.
Bild 5.11 Kommunikation zwischen Modul und LZA über das Filesystem
Die IPK erfolgt über das Filesystem. Windows vergibt für jedes Fenster einen
Handle, eine Nummer, die dieses Fenster und damit den Prozess eindeutig identifiziert.
Immer wenn eine Seite betreten wird, legt das Modul eine Textdatei .book
mit Modulname, Abschnittsname und Seitennamen an. Beim Betreten einer neuen
Seite wird diese Textdatei mit der dann aktuellen Textdatei überschrieben.
Durch die Lesezeichentaste wird die LZA gestartet. Dabei ruft das Modul die
Datei Bookmarks.exe mit Parametern auf. Eines der Parameter gibt das
Austauschverzeichnis an, in dem unter anderem auch die Datei .book
abgelegt wird. Bis hierhin ist dies der bekannte unidirektionale Aufruf.
Drückt nun der Lernende in der LZA auf die Seite-aufnehmen-Taste, wird aus
dem Austauschverzeichnis die Datei .book ausgelesen, und die LZA
nimmt die Seite in ihre Liste auf.
Wird eine Seite aus der Lesezeichenliste aufgerufen, schreibt die LZA die Datei
.goto mit der Zielseite ins Austauschverzeichnis. Das Modul erkennt diese
Datei, liest sie aus und führt einen Sprung (auch modulübergreifend) zu der Zielseite
durch.

5.2 Erläuterungen zum RSK-Programm-Code 71
5.2.8 Austauschverzeichnis
Jeder Lernende muss einen Benutzernamen angeben. Das Lernsystem legt damit ein
Austauschverzeichnis mit der zusammengesetzten Bezeichnung
\ an. In diesem Verzeichnis werden
die Lesezeichenliste und die History-Liste abgelegt. Zur IPK mit der LZA und der
History-Applikation notwendige Dateien werden ebenfalls hier abgelegt. Das
Austauschverzeichnis gewährleistet, dass zwei Kopien desselben Lernsystems mit
unterschiedlichen Benutzernamen parallel betrieben werden können. Das
Austauschverzeichnis liegt unterhalb des recordslocation, einem Verzeichnis, das
von Authorware automatisch angelegt wird. Somit entfällt die Notwendigkeit weiterer
Kontrollen, da Authorware die Verfügbarkeit des Verzeichnisses in
recordslocation gewährleistet.

72
Kapitel 5. Das Programm des Referenzmodells

6 Das multimediale Lernsystem VeriBox
Das multimediale
Lernsystem VeriBox
Das multimediale Lernsystem VeriBox entstand ergänzend zur Lehre der
VLSI-Ausbildung als Blended Learning. Es basiert auf dem Referenzmodell und
demonstriert damit gleichzeitig dessen Einsatzfähigkeit.
Die VeriBox wurde für Studenten der Studiengänge Informatik, Elektrotechnik,
Informations-Systemtechnik und System-Design entwickelt, die nach dem Vordiplom
im Bereich Chip-Entwurf eine Vertiefung anstreben.
Dieses Kapitel stellt die VeriBox in den Kontext des Chip-Entwurfs. Hardware-
Beschreibungssprachen (HDLs) spielen im Chip-Entwurf eine wesentliche Rolle und
werden an mehreren Stellen im Design-Zyklus eingesetzt. Die VeriBox lehrt
vornehmlich die HDL VERILOG und die zugehörige Logiksynthese im
Zusammenhang mit weiter gehendem Wissen. Neben den Modulen der VeriBox
entstanden weitere „assoziierte“ CBTs. Sie gehen teils über den inhaltlich gesteckten
Rahmen der VeriBox hinaus, teils genügen sie auch nicht ganz unseren
Qualitätsstandards.
Im folgenden stellen wir zunächst die Module der VeriBox kurz vor, danach die
assoziierten CBTs. Im nächsten Abschnitt diskutieren wir den Chip- und System-
Entwurf ausführlich und im Zusammenhang mit der VeriBox und den assoziierten
CBTs. Im letzten Abschnitt 6.3 beschreiben wir einen Feldtest zur Evaluierung des
CBTs LogiSyn (Abschnitt 6.1.4).
6.1 VeriBox und assoziierte Lernprogramme
Das Lernsystem VeriBox besteht aus den vier Modulen VERILOGisch, Parallelität und
Zeit (PuZ), Illusion und Logiksynthese (LogiSyn). Zusammen lehren sie einen
zentralen Teilbereich des Chip-Entwurfs.

74
Kapitel 6. Das multimediale Lernsystem VeriBox
6.1.1 VERILIOGisch – eine Einführung in die HDL VERILOG
VERILOGisch führt in die HDL VERILOG ein und präsentiert wesentliche Befehle
und Konstrukte zu Datentypen, Operatoren, Bedingungen, Schleifen, Funktionen,
Prozeduren und Instanzen. Ein erstes Mal folgt eine kurze Betrachtung von simulierter
Parallelität und Zeit-Konstrukten. Bild 6.1 zeigt die Einführung der Selektion. Links
im dreigeteilten Darstellungsbereich ist dazu als Beispiel ein VERILOG-Programm
abgebildet. Rechts oben steht eine kurze Erläuterung, rechts unten die Ausgabe des
Simulators.
Bild 6.1 Selektion in VERILOGisch
Als wesentliche Besonderheit wurde in VERILOGisch ein frei verfügbarer
VERILOG-Simulator integriert. Parallel zu den präsentierten Konstrukten kann der
Lernende auf einer Experimentierwand die Beispiele direkt im CBT simulieren und die
Ausgaben betrachten. Wahlweise können die Beispiele beliebig ergänzt oder durch
eigene Modelle ersetzt werden.
VERILOGisch entstand zunächst als Studienarbeit [FiMü02] und wurde später
überarbeitet und in die neueste Version des Referenzmodells integriert.
Alle Schlüsselwörter im Präsentationsfenster sind per Hyperlink mit einem
VERILOG-Lexikon verbunden, dessen Inhalt dem Vorlesungs-Skript [Golz02]
entstammt.
6.1.2 Parallelität und Zeit
Das Modul PuZ [ÇaBH02] lehrt, mit welchen VERILOG-Konstrukten Parallelität
modelliert werden kann (Bild 6.2) und wie es simuliert wird. Ferner welche Zeit-
Konstrukte zur Simulation und Abfrage von Verzögerungen (z.B. Taktzeiten,
Leitungs- und Gatterlaufzeiten) eingesetzt werden können.

6.1 VeriBox und assoziierte Lernprogramme 75
Bild 6.2 VERILOG-Konstrukte zur Parallelität aus PuZ
PuZ entstand zunächst als Studienarbeit [Buch99] und wurde später in einer
zweiten Studienarbeit [Heis02] mit zusätzlichen Testaufgaben erweitert und
schließlich in die neueste Version des Referenzmodells integriert.
6.1.3 Illusion – FPGA-Entwurf eines Display-Controllers
FPGAs (Field-Programmable Gate-Array) sind programmierbare Logikbausteine
(Abschnitt 6.2.8). Illusion übt einen kompletten FPGA-Entwurf eines Display-Controllers
über alle Entwurfsschritte bis zur Programmierung des FPGAs. Bild 6.3 zeigt den
schematischen Aufbau der Schaltung.
Bild 6.3 Strukturkomponenten des Display-Controllers

76
Kapitel 6. Das multimediale Lernsystem VeriBox
In Illusion wird das RTL-Modell manuell in ein Gattermodell umgesetzt, um vor
der automatischen Logiksynthese (Abschnitt 6.2.3) ein Bewusstsein für die
Komplexität des Problems zu schaffen. Weiter werden dort wichtige High-Level-
Optimierungen wie die Verkürzung kritischer Pfade über Taktgrenzen hinweg geübt,
die von der automatischen Logiksynthese nicht geleistet werden.
Illusion als eines der ersten CBTs der Abt. E.I.S. entstand in einer Diplomarbeit
[Çata97] auf einem Macintosh-System. In weiteren Arbeiten [Stöb99, Sche99] wurde
es überarbeitet, erweitert und auf das Windows-System überführt. Schließlich wurde es
in dieser Arbeit in die neuste Referenzmodell-Version integriert. Illusion steht damit
als ein Beispiel für die Kompatibilität der Referenzmodell-Sourcen über Versionen und
unterschiedliche Betriebssysteme hinweg.
6.1.4 Logiksynthese
Die automatische Logiksynthese (Abschnitt 6.2.3) ist ein wesentlicher Bestandteil des
modernen Chip-Entwurfs. Dort werden Modelle auf der Register-Transfer-Ebene in
Gattermodelle überführt. Dabei kann der Designer im RTL-Modell gezielt Resultate
im Gattermodell bewirken, andere nicht synthetisierbare Konstrukte darf er dagegen
nicht verwenden.
Das Lernprogramm LogiSyn [Kirs03] vermittelt zunächst die Schritte der
automatischen Logiksynthese und grenzt die synthetisierbaren VERILOG-Konstrukte
ein. Wesentliche Eigenschaften wie die zeitliche Lokalität von VERILOG-Variablen
werden in einem eigenen Abschnitt behandelt, wo es in einem CBT besonders gut
dynamisch geübt werden kann (Bild 6.4).
Bild 6.4 Im CBT LogiSyn wird dynamisches Verhalten animiert

6.1 VeriBox und assoziierte Lernprogramme 77
In drei Schaltungsbeispielen Vergleicher, Zero-Counter und Verkaufsautomat
werden Effizienzvariation, Prä- und Post-Synthese-Unterschiede, Trennung von
Zustand und Logik und vieles andere mehr nahe gebracht.
6.1.5 Zur VeriBox assoziierte Lernprogramme
Der Chip- und System-Entwurf ist ein komplexes Lehrgebiet, den die VeriBox nur
zum Teil überdeckt. Es entstanden in dieser Arbeit zusätzliche CBTs, die weiteres
Wissen aus dem Gebiet lehren. Diese zur VeriBox assoziierten CBTs werden teilweise
ebenfalls in der Lehre eingesetzt.
A Simple Instruction Computer (ASIC)
ASIC [BFFM00] zeigt den Entwurf einer einfachen CPU auf drei unterschiedliche
Arten (Verhaltens-Modell, Struktur-Modell und Pipeline-Modell). Der Lernende
erfährt unter anderem, wie er in der Spezifikation den Befehlssatz der CPU festlegt, ein
Prozessor-Phasen-Diagramm aufstellt und die Schaltung strukturiert. Anschließend
werden Schritt für Schritt die VERILOG-Programme aufgebaut.
Als besonderes didaktisches Mittel ist die Lehre des ASIC in einem Rollenspiel
aus Sicht des Entwicklers dargestellt. Der Lernende in der Rolle des Entwicklers wird
dabei zunächst mit typischen Fragestellungen konfrontiert und anschließend auf deren
Lösungsweg geführt. Selbst gedrehte Video-Sequenzen geben das Rollenspiel wieder
und sollen motivieren.
Beispiele und Aufgaben (BuA) zur HDL VERILOG
Das CBT BuA [Kros03] liefert zur Vertiefung einige einfache VERILOG-Beispiele
(D-Flipflop, Multiplexer, ALU) und Aufgaben dazu. Zu jedem Beispiel wird ein
VERILOG-Testmodul präsentiert und kann wie in VERILOGisch durch Aufrufen
eines integrierten VERILOG-Simulators simuliert werden. Als weitere didaktische
Besonderheit gibt es zu jedem Beispiel eine Seite, auf der alle Zeilen des VERILOG-
Programms nach Anklicken erklärt werden.
Regeln und Empfehlungen zur Logiksynthese (REL)
Zur Vertiefung der in LogiSyn eingeführten Regeln und Empfehlungen werden diese
im CBT REL [Grae03] zunächst mit Beispielen wiederholt, gefolgt von den fünf
Aufgaben Bit-Counter, Fibonacci, Statischer-Calculator, Stack und CRC-Checker, die
unter Anwendung der Regeln und Empfehlungen implementiert werden müssen.
Als didaktische Besonderheit ist ein Parser integriert. Dazu wird dem Lernenden
ein VERILOG-Modulrahmen vorgegeben und anschließend der VERILOG-Simulator
gestartet. Erst fehlerfreie Simulationen werden dann mit dem Parser auf die Einhaltung
der Regeln und Empfehlungen überprüft. Beim Parser mussten wir Kompromisse

78
Kapitel 6. Das multimediale Lernsystem VeriBox
eingehen und gewisse Einschränkungen erlauben. Diese sind bei Low-Cost-Low-
Time-Implementierungen notwendig (Abschnitt 3.3), da der Entwurf eines
vollständigen Parsers erheblichen Mehraufwand bedeutet hätte.
Der Lernende kann sich nach drei Fehlversuchen eine Musterlösung präsentieren
lassen und Unterschiede zu seiner Lösung selbst erarbeiten.
Einführung in den Synopsys-Design-Analyzer (ESDA)
Der Design-Analyzer ist das Front-End des Synthese-Werkzeugs Design-Compiler des
Marktführers Synopsys. Das CBT ESDA [MiSc03] erleichtert den Einstieg in die
Arbeit mit dem Design-Analyzer. Nach einer Einführung in die Benutzeroberfläche
wird der Lernende mittels loser Kopplung mit dem Werkzeug (Abschnitt 3.4.2) durch
einen Syntheselauf geführt.
Built-In Logic Block Observer (BILBO)
BILBO [Kamm00] behandelt den
Selbsttest von Schaltungen. Es wird
eine Implementierung einer BILBO-
Schaltung ausführlich erläutert. Der
Lernende kann die Schaltung
interaktiv erforschen.
In BILBO ist der gesprochene
Text (Bild 6.5) noch im
Präsentationsfenster selbst
angeordnet, was den Darstellungsbereich
zusätzlich einengt. Als
Weiterentwicklung folgte später das
ausklappbare Textfenster
(Abschnitte 4.2.5 und 4.2.8).
Grobüberblick über den Schaltungsentwurf (GrobiS)
Es werden wesentliche Themen des Chip-Entwurfs multimedial präsentiert. GrobiS
CBT [GKLW02] soll Studenten zu Beginn des Semesters motivieren und ihre Neugier
wecken, ohne dabei zu sehr ins Detail zu gehen. Als Eye-Catcher wurde das Quiz am
Ende des CBTs im Design von „Wer wird Millionär?“ entworfen.
Einführung in den VLSI-Entwurf (EVE)
Bild 6.5 Interaktiv können über die Schalter die
Leitungssignale bedient werden
Auch EVE [GKSS02] entstand als Motivations-CBT und führt in wesentliche Teile des
Chip-Entwurfs ein. EVE wurde mit einfachen multimedialen Techniken realisiert, um
eine spätere Transformation zum WBT zu ermöglichen.

6.2 Chip- und System-Entwurf 79
Hardware-Software-Codesign (HSC)
Während in Hardware implementierte Funktionen meistens schneller laufen, sind
Software-Implementierungen häufig flexibler und kostengünstiger. Das Hardware-
Software-Codesign (Abschnitt 6.2.9) versucht die Vorteile von Hard- und Software zu
kombinieren. Dazu muss der Entwurf parallel betrieben werden. HSC [JaMS02] führt
in das Hardware-Software-Codesign ein.
Kräftegesteuertes Scheduling
Die High-Level-Synthese überführt Verhaltensmodelle in RTL-Modelle
(Abschnitt 6.2.1). Das spezielle Verfahren des kräftegesteuerten Scheduling wird
behandelt, in welchem Kontroll-Datenflussgraphen auf Fläche optimiert werden
[Isen99].
6.2 Chip- und System-Entwurf
Anfang des 20. Jahrhunderts sprach man von Elektronik und meinte
Schwachstromschaltungen mit Widerständen, Kondensatoren, Spulen und
Elektronenröhren, die verbunden durch Drähte eine Schaltung ergaben. Die Röhren
wurden später durch Transistoren abgelöst. 1958 gelang es dem heutigen
Nobelpreisträger Jack Kilby, einen Transistor auf einem Halbleiterkristall zu
entwickeln. Und seit es gelang, die Bauteile samt ihren Verbindungen auf ein
Siliziumplättchen zu bringen, den Chip, spricht man von integrierten Schaltungen.
Seitdem verdoppelt sich die Anzahl Transistoren je Chip etwa alle anderthalb Jahre.
1960 entwickelte man Chips mit überschaubaren zehn Transistoren, 1988 waren es
etwa zehn Mio., und heute können bis zu einer Milliarde Transistoren auf einem Chip
integriert werden. Zur Bewältigung dieser Komplexität fanden unterschiedliche
Entwicklungen statt, die wichtigsten werden im folgenden im Zusammenhang mit der
VeriBox betrachtet.
6.2.1 Abstraktionsebenen im Chip-Entwurf
Eine komplexe Schaltung mit Tausenden von Gattern auf Anhieb in seiner endgültigen
Form zu entwerfen, ist kaum möglich. Komplexe Schaltungen werden deshalb auf
unterschiedlichen Abstraktionsebenen oder durch Sichten beschrieben. Auf den
höheren Ebenen werden durch Abstraktion Details zunächst außer Betracht gelassen
und so die Gesamtkomplexität reduziert. Von einer höheren auf eine tiefere Ebene
wird der Entwurf durch Transformationen (Synthese) detaillierter, bis der Entwurf in
allen Details aufgelöst ist und das Ergebnis vorliegt. Dies können Programmierdaten
für Logikbausteine, Layouts für Leiterplatten oder Maskenbänder für die IC-Fertigung
sein. Im folgenden wird eine geläufige Aufteilung in Abstraktionsebenen vorgestellt.

80
Verhaltensebene
Kapitel 6. Das multimediale Lernsystem VeriBox
Auf der Verhaltensebene wird das System zunächst als Black-Box betrachtet. Auf
Eingaben ins Verhaltensmodell folgen seine Ausgaben, die später in Hardware
irgendwie berechnet werden sollen.
Zur Beschreibung von Verhaltensmodellen kann z.B. die Programmiersprache C
verwendet werden. Allerdings werden HDLs bevorzugt, da sie auch auf unteren
Abstraktionsebenen eingesetzt werden. Der einheitliche Gebrauch einer Sprache
verhindert unter anderem fehleranfällige Übersetzungen, das Lernen von Sprachen mit
unterschiedlicher Semantik und unterschiedliche Werkzeuge, die gekauft und erlernt
werden müssen.
Systemebene
Auf der Systemebene erfolgt die Beschreibung von großen Komponenten des Systems
wie Speicher, Prozessoren oder Interface-Einheiten. Dabei werden formale oder
verbale Beschreibungen verwendet und meistens durch Grafiken unterstützt. Die
System-Beschreibung dient der Partitionierung des Gesamtsystems. In einem Flurplan,
der Bestandteil der Beschreibung sein kann, wird eine erste meist vorläufige
Unterteilung der Chip-Fläche vorgenommen.
Register-Transfer-Ebene (RTL-Ebene)
Auf der RTL-Ebene werden Register und Speicher betrachtet, zwischen denen eine
Datenverarbeitung mittels kombinatorischer Logik stattfindet. Informationen über
Takt- und Rücksetzsignale fließen in die Beschreibung mit ein. Die Berechnungen
erfolgen abhängig von diesen Signalen, so dass die zeitliche Abhängigkeit schon
relativ genau beschrieben ist.
Der bevorzugte Einsatz von HDLs zur Beschreibung von RTL-Modellen erklärt
sich durch ihre Simulierbarkeit (Abschnitt 6.2.5) und spätere automatische
Synthetisierbarkeit (Abschnitt 6.2.4).
Logik- oder Gatterebene
Auf der Logikebene wird die Schaltung als Netz aus verbundenen Gattern und
Registern (Gattermodell) dargestellt. Die Schaltung wird hier durch logische
Verknüpfungen und ihr 0-1-Zeitverhalten repräsentiert.
Schaltkreisebene
Integrierte Schaltungen bestehen größtenteils aus Transistoren. Die Kanallänge und
Kanalbreite eines Transistors bestimmt seine Schaltgeschwindigkeit, Platzbedarf und
Leistungsaufnahme. Je breiter der Kanal bei gleicher Kanallänge wird, um so schneller

6.2 Chip- und System-Entwurf 81
arbeitet der Transistor mit steigendem
Leistungsverbrauch, gleichzeitig wächst der
Platzbedarf.
Auf der Schaltkreisebene werden die auf
der Logikebene gewählten Gatter durch
Transistorschaltungen ersetzt (Bild 6.6) und
ihre Dimensionen bestimmt. Gatterlaufzeiten
können daher erst auf dieser Ebene genau
bestimmt werden.
Symbolische Layout-Ebene
Die Schaltung auf einem Chip besteht in der Regel aus mehreren Schichten (Layern).
Neben den Layern Polysilizium und Diffusion können eine oder mehrere Metallebenen
vorhanden sein. Ohne ins Detail zu gehen, soll erwähnt werden, dass durch Kreuzen
von Leitungen auf der Polysilizium- und Diffusions-Ebene Transistoren entstehen,
während Verbindungsleitungen meist auf den Metall-Layern liegen.
Die symbolische Layout-Ebene zeigt die Transistorschaltung als Abbildung auf
die Layer (Topologie des Chips). Hier ist die relative Lage der Transistoren zueinander
und die Führung der Verschaltung auf den Layern dargestellt. Die Schaltung wird auf
dieser Ebene meist durch so genannte Stick-Diagramme präsentiert, in denen Farben
die Leitungs-Layer kennzeichnen. Leitungen derselben Farbe sind elektrisch
miteinander verbunden, wenn sie sich in dem Stick-Diagramm kreuzen. Verbindungen
zwischen den Layern werden durch Kontakte hergestellt, die durch ein Kreuz
dargestellt sind.
Geometrische Layout-Ebene
Je nach Zieltechnologie müssen zur Fertigung
gewisse geometrische Entwurfsregeln
eingehalten werden. Überwiegend sind das
Angaben zu Leitungsbreiten und
Mindestabstände. Auf der geometrischen
Layout-Ebene wird die Schaltung als
zweidimensionales maßstabsgetreues Layout
dargestellt (Bild 6.7). Die geometrischen
Bild 6.6 Umsetzung eines AND-Gatters,
Symbol und Transistorschaltung
Bild 6.7 Umsetzung einer Transistorschaltung
in ein Layout
Angaben können hier zur Fertigung entnommen werden. Da nun die Leitungslängen
und Breiten feststehen, können auch Leitungslaufzeiten mit in die Simulationen
einfließen. Durch Platzierungs- und Verdrahtungsalgorithmen wird die Lage der
Komponenten auf dem Chip bestimmt.

82
Kapitel 6. Das multimediale Lernsystem VeriBox
Auch im Chip-Entwurf werden große Strukturen zur Bewältigung zerlegt und
hierarchisch organisiert. Diese Zerlegungshierarchie kann auf allen Abstraktionsebenen
Anwendung finden.
In der VeriBox wird die Bedeutung der Abstraktionsebenen in fast allen Modulen
betont. In VERILOGisch werden die Transistor-, Logik- und RTL-Ebene vorgestellt.
Illusion führt einen kompletten FPGA-Entwurf vom Verhaltensmodell bis zum
Gattermodell vor (Bild 6.8). LogiSyn und das assoziierte GrobiS CBT behandeln
lediglich einen Auszug, nämlich die Synthese zwischen RTL-Modell und
Gattermodell.
Bild 6.8 Der Design-Zyklus wird in Illusion mit
wesentlichen Schritten präsentiert
Die Betonung der RTL- und Logik-Ebene in der VeriBox spiegelt die Bedeutung
dieser Ebenen wieder. Während Ebenen unterhalb der Logik-Ebene meistens zur
Fertigung interessant werden, beschäftigt sich der Chip-Designer überwiegend mit
RTL-Modellen.
6.2.2 Verhalten und Struktur
Im Verhaltensmodell wird das Verhalten der Schaltung irgendwie als Black-Box
beschrieben. Zerlegt man das Verhaltensmodell entsprechend einer zunächst groben
Schaltungsstruktur, können die einzelnen Komponenten wiederum als
Verhaltensmodelle irgendwie beschrieben werden. Diese Strukturierung kann
wiederholt erfolgen, bis das Verhalten in den Strukturkomponenten zuletzt die
Schaltung so detailliert beschreibt, dass sie möglichst automatisch gefertigt werden
kann.
Praktisch will man eine Schaltungsbeschreibung auf der Layout-Ebene erhalten.
Während das funktionale Verhalten z.B. des UND-Gatters aus Bild 6.7 irgendwie

6.2 Chip- und System-Entwurf 83
beschrieben und automatisch in sein Layout zur Fertigung überführt werden kann,
gelingt dies mit Verhaltensmodellen auf der Verhaltensebene nicht immer. Überführt
man das Verhaltensmodell durch Strukturierung z.B. auf die RTL-Ebene, wird die
automatische Transformation bis zur Layout-Ebene möglich. Die Entwicklung verläuft
dabei hierarchisch vom „Was“ zum „Wie“. Diese drei Betrachtungsweisen
Verhaltensaspekt, Strukturaspekt und geometrischer Aspekt wurden erstmals durch
D. Gajski et al. im Gajski-Diagramm zusammengefasst [Jans01, S.35; Gajs88, Gajs92].
VERILOG kann zur Beschreibung von Schaltungen auf unterschiedlichen
Abstraktionsebenen eingesetzt werden. Wesentlich ist dabei das Modul-Konzept, das
die Strukturierung einer Schaltung ermöglicht. Mit den übrigen
VERILOG-Konstrukten wird dann irgendwie durch unterschiedliches Anwenden das
Verhalten modelliert.
Das Modul-Konzept wird in VERILOGisch gleich zu Beginn präsentiert. Wir
führen dabei die Strukturierung Buttom-up vor und beginnen bei den Transistoren
(Bild 6.9).
Bild 6.9 Mehrere Transistoren bilden das Verhalten eines Gatters
Dieser Aufbau von kleineren Strukturen, die zu größeren zusammengesetzt
werden, entspricht einer allgemein vertrauteren Betrachtungsweise und soll das
Verstehen erleichtern.
6.2.3 EDA-Tools
EDA steht für Electronic Design Automation und meint den automatisierten Entwurf,
abgeleitet aus einer Spezifikation, bis hin zum serienproduzierbaren Ergebnis. Mit
EDA-Tools werden Werkzeuge bezeichnet, die irgendwo in dieser Entwicklung
eingesetzt werden, wie z.B. Hardware-Beschreibungssprachen, Schematic-Entry-
Tools, Timing-Analyzer, Synthese-Compiler und viele andere.

84
Kapitel 6. Das multimediale Lernsystem VeriBox
Zur Schaltungsbeschreibung unterscheidet man im wesentlichen zwei
Werkzeugarten: textuelle und grafische Werkzeuge. VERILOG ist z.B. ein Vertreter
der textuellen EDA-Tools, während ViewLogic oder Statemate ein Vertreter der
grafischen Werkzeuge ist. Einige Werkzeuge arbeiten spezifisch auf einer
Abstraktionsebene (z.B. ViewLogic zur Eingabe von Gattermodellen). Andere
Werkzeuge können auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen verwendet werden.
Which of these levels [Abstraktionsebenen] do you think VERILOG can be used for?
The answer to this question varies, but VERILOG can definitely be used from the
system level down to switches. [Lee97, S.3].
HDLs haben sich auf fast allen Abstraktionsebenen zur Beschreibung etabliert.
Oft nutzen grafische Tools HDLs zum Austausch oder zur Weiterverarbeitung. So
kann z.B. Statemate seine Zustandsdiagramme auch als VERILOG-Programm
ausgeben. Oder der Design-Compiler von Synopsys liest z.B. VERILOG-Programme
ein und generiert daraus ein Gattermodell (das wahlweise wieder in VERILOG
ausgegeben werden kann).
Die HDL VERILOG
Um den Bedarf zur Dokumentation von integrierten Schaltungen zu decken, wurde in
einer Kooperation VHDL (VHSIC 8 Hardware Description Language) entwickelt.
Unabhängig von VHDL wurde zur selben Zeit VERILOG zur Simulation von
integrierten Schaltungen entwickelt. VERILOG war der erste Logik-Simulator, der
nahtlos eine Hochsprachenbeschreibung und die Gatter-Simulation verband. Später
gab es und gibt es noch weitere relativ unbedeutende HDLs, die hier nicht weiter
betrachtet werden.
Beide HDLs haben sich im Laufe der Zeit zur Dokumentation und Simulation
durchgesetzt. Später kam noch die Synthese hinzu.
1. Dokumentation: Durch Dokumentation wird eine Entwicklung transparent.
Investitionen können z.B. durch Design-Reuse bewahrt werden.
2. Simulation: Die in der Entwicklung relativ frühe Simulation kann Fehler aufdecken
und gibt frühzeitig Hinweise auf Verbesserungen. Früher wurden dazu Prototypen
entwickelt, die die Entwicklung verteuerten und verzögerten.
3. Synthese: Durch die Synthese wird der abstrakte menschenwürdige Entwurf
ermöglicht, und Werkzeuge übernehmen dann die weitere Verarbeitung.
Eine Tendenz zur weltweiten Dominanz von VERILOG ist zu beobachten, die
durch zwei Punkte begünstigt wird. Zum einen ähnelt VERILOG der Programmiersprache
C und gilt allgemein leichter zu erlernen als VHDL. Zum anderen wird die
Entwicklung von EDA-Werkzeugen von amerikanischen Firmen dominiert.
8 VHSIC = Very High Speed Integrated Circuit

6.2 Chip- und System-Entwurf 85
Während für VHDL die letzte Erweiterung 1993 (IEEE Std 1076-1993) stattfand,
kam jüngst die Überarbeitung des VERILOG-Standards als IEEE 1364-2001
VERILOG-2001 heraus, das ebenfalls ein Indiz für weitergehende Bemühungen ist. Er
umfasst Erweiterungen um modernen Anforderungen gerecht zu werden. Zusätzlich
wurde die Sprache weiter vereinfacht, um Fehlern vorzubeugen und den Entwurf zu
beschleunigen. Today’s designs are very deep sub micron, with millions of gates in
size. The enhancements in Verilog-2001 aid in modeling verifying designs of this size
and speed. The enhancements include simple changes to make it easier to model large
designs, changes to make modeling for synthesis more fool-proof, and changes to
increase timing accuracy for very deep sub micron circuits [Suth02, S.4].
Die in der VeriBox vorgestellten VERILOG-Beispiele basieren auf dem
verbreiteten IEEE 1364-1995 Standard, da die Entwicklung von Synthese-Compilern,
die IEEE 1364-2001 unterstützen, andauert. Für eine Einführung in VERILOG
verweisen wir auf [Paln96, Lee97, Bhas97, Golz02] und die VeriBox [Çata03a].
6.2.4 Synthese
Mit Synthese wird im Chip-Entwurf allgemein die
Transformation einer Schaltungsbeschreibung von
einer höheren auf eine niedrigere Abstraktionsebene
verstanden. Die High-Level- oder RTL-Synthese
überführt ein Verhaltensmodell in ein RTL-Modell.
Die Logiksynthese übersetzt das RTL-Modell in das
Gattermodell und die Layout-Synthese das
Gattermodell in das Layout. Bild 6.10 verdeutlicht
diese Abfolge ohne die Rückschritte und Iterationen
zu zeigen. Erfüllen die Ergebnisse nach der Synthese
nicht die Anforderungen, so wird in der Regel ein
Rückschritt gemacht, korrigiert und erneut
synthetisiert.
High-Level-Synthese
Bild 6.10 Wesentliche Synthesen
High-Level-Synthese-Compiler wie der Behavior-Compiler oder der Protocol-
Compiler von Synopsys arbeiten auf Basis von HDL-Verhaltensmodellen. Diese
Compiler werden allerdings nur in Spezialgebieten wie z.B. der Controller-Synthese
eingesetzt, darüber hinaus sind sie nicht uneingeschränkt für jede Art von High-Level-
Synthese geeignet.
Bild 6.11 zeigt den Syntheselauf vom Statechart- und Behavior-Compiler-Modell.
Das Verhaltensmodell wird zunächst in das RTL-Modell transformiert, bevor es mit
weiteren Compilern ins Gattermodell überführt wird.

86
Kapitel 6. Das multimediale Lernsystem VeriBox
Die automatische Transformation von High-Level-Verhaltensbeschreibungen ist
äußerst schwer, da über die zu implementierende Hardware im Verhaltensmodell kaum
Strukturinformationen vorhanden sind (vgl. Abschnitt 6.2.1). Mit der Entwicklung von
neuen Werkzeugen soll zukünftig jedes Verhaltensmodell automatisch synthetisiert
werden können. Dann könnten Optimierungsalgorithmen möglicherweise effizientere
Ergebnisse liefern, da sie auf der Verhaltensebene über Taktgrenzen hinweg
optimieren könnten.
Logiksynthese
Die Überführung eines RTL-Modells in ein optimiertes Gattermodell mit Compilern
erfolgt im wesentlichen mit den Schritten Übersetzung, Optimierung und Mapping.
1. Übersetzung: Das RTL-Modell wird in eine generische Netzliste konvertiert.
Generisch bedeutet, dass die Netzliste in einer internen, unoptimierten,
technologieunabhängigen Zwischendarstellung vorliegt.
2. Optimierung: Alle Operationen werden zerlegt und durch Boole’sche Gleichungen
beschrieben und optimiert (Logikoptimierung).
3. Mapping: Die Boole’schen Ausdrücke werden durch einfache Gatter wie NAND,
NOR, Inverter etc. ersetzt (Technology-Mapping) und miteinander verbunden.
Neben dem RTL-Modell werden Design-
Constraints (Zielvorgaben zum Design) und
eine Technologie-Bibliothek zur Synthese
benötigt (Bild 6.12). Aus der Technologie-
Bibliothek entnimmt der Synthese-Compiler
Angaben zu den Gattern des Herstellers, mit
dem die Schaltung aufgebaut werden soll.
Typische Design-Constraints sind unter
anderem Vorgaben zu Zeit, Fläche und
Leistung. Da eine gegenläufige Beziehung
zwischen diesen drei Optimierungszielen
Bild 6.12 Logiksynthese im Detail
besteht, kann eine Forderung zur gleichzeitigen
Optimierung nicht erfolgreich sein. Für die intelligente Auswahl von Design-
Constraints bleibt damit der Designer verantwortlich.
Voraussetzung für eine erfolgreiche Synthese sind nicht nur widerspruchsfreie
Design-Constraints und effiziente Optimierungsalgorithmen, sondern zusätzlich auch
ein synthetisierbares RTL-Modell. Eine Übereinkunft, aus welchen hochsprachlichen
Konstrukten welche Hardware synthetisiert wird, fassen Synthese-Compiler-
Herstellern in so genannten Style Guides zusammen. Einige der Regeln aus den Style
Guides sind Compiler-spezifisch, andere scheinen dagegen allgemein gültig, weil sie
von vielen unterstützt werden.

6.2 Chip- und System-Entwurf 87
Die Compiler zur Logiksynthese sind heute ausgereift und liefern gute bis sehr
gute Ergebnisse. Für einen Designer gehört die Anwendung der Logiksynthese zum
Grundwissen. In der VeriBox wird deshalb mit dem Modul LogiSyn die Logiksynthese
auf Basis von VERILOG-RTL-Modellen detailliert erklärt.
Bild 6.13 Die Synthese von RTL-Modellen
wird mit Beispielen veranschaulicht
Alle präsentierten Gattermodelle (Bild 6.13) wurden real mit dem Design-
Compiler synthetisiert. Der Lernende wird gleich mit den realen Resultaten
konfrontiert und lernt das richtige Interpretieren. Das in LogiSyn Gelernte kann
wiederum in dem assoziierten CBT REL angewendet werden. Dazu gibt der Lernende
zu einer Aufgabenstellung eigene RTL-Modelle ein. Diese werden von einem
VERILOG-Compiler und einem von uns entwickelten Parser überprüft und ein
Feedback ausgegeben.
Layout-Synthese
Bei der Layout-Synthese wird das Gattermodell in ein entsprechendes Layout auf dem
Chip überführt (Bild 6.11). Dazu werden im wesentlichen die folgenden vier Schritte
durchlaufen:
1. System-Partitioning: Die Schaltung wird in Teilschaltungen so zerlegt, dass die
Verbindungen zwischen den Teilschaltungen, bei einer vorgegebenen
Maximalgröße der Teilschaltungen, minimal wird.
2. Floorplanning: Die Größen der Grundpartitionen (Zellen) werden berechnet und
auf dem Chip so platziert, dass Zellen mit vielen Verbindungen dicht beieinander
liegen.
3. Platzieren: Die Gatter-Positionen und deren Verdrahtungswege werden in den
Zellen bestimmt, mit dem Ziel, möglichst minimale Chip-Fläche und kurze
Verdrahtungswege zu beanspruchen.

88
Kapitel 6. Das multimediale Lernsystem VeriBox
4. Verdrahtung: Die Verdrahtung teilt sich auf in globale und lokale Verdrahtung.
Zunächst werden in der globalen Verdrahtung die Verdrahtungswege zu den Zellen
bestimmt mit dem Ziel der minimalen Fläche. Anschließend wird in der lokalen
Verdrahtung festgelegt, wo einzelne Leitungen in den Verdrahtungswegen
verlaufen mit dem Ziel der kürzesten Leitungslänge.
Diese Schritte werden weitgehend automatisiert durchgeführt. Die Layout-
Synthese soll hier nicht weiter betrachtet werden, da sie eher in die Fertigungsphase
fällt [Jans01, S.93].
6.2.5 Simulation
Bei der kurzen Halbwertzeit von integrierten Schaltungen sind die Time-to-Market und
die Höhe der Fertigungskosten kritische Faktoren. Den Herstellern bleibt dabei keine
Zeit, Prototypen zu entwerfen, um die Korrektheit der Schaltungen zu untersuchen. Oft
haben sie nur einen Versuch, und es gilt das Prinzip des First-Time-Right, um
konkurrenzfähig zu bleiben. Fehler nehmen aber auf diese harten Spielregeln keine
Rücksicht und befallen die Schaltungen an unterschiedlichen Stellen im gesamten
Design-Zyklus. Sie müssen durch entwicklungsbegleitende Simulationen und Tests
(Abschnitt 6.2.7) gefunden und beseitigt werden. Dabei wird ein Fehler, je später er
entdeckt wird, um so teurer. Das primäre Ziel der Simulation ist somit, Fehler
frühzeitig zu entdecken. Darüber hinaus können Simulationsergebnisse auch zur
Dokumentation dienen. Sie geben dann Aufschluss, an welcher Stelle Fehler sich
eingeschlichen haben, oder dass die Schaltung die Spezifikationen erfüllt
(möglicherweise mit unentdeckten Fehlern, vgl. Abschnitt 6.2.7).
Die wichtigsten Simulationsschritte sind die Pre-Synthese-, Post-Synthese- und
die Post-Layout-Simulation. Bild 6.14 zeigt allgemein die Simulationsschritte. Vor der
Logiksynthese finden die so genannten Pre-Synthese-Simulationen statt. Das sind
Verhaltens- oder Funktions-Simulationen. Das Gattermodell wird den Post-Synthese-
Simulationen unterzogen, die oft als Logik-Simulation oder Timing-Analyse laufen.
Das Layout-Modell wird mit den Post-Layout-Simulationen überprüft, in dem Switch-
Level- und Transistor-Simulationen und auch Timing-Analysen stattfinden.
Während der Entwicklung
einer Schaltung verändert
sich das Modell in der
Regel vom Verhalten zur
Struktur (vgl.
Abschnitt 6.2.2). Diese
Modelle können z.B.
aufgrund ihrer unterschiedlichen
Strukturanteile
Bild 6.14 Die wichtigsten Simulationsschritte

6.2 Chip- und System-Entwurf 89
nicht immer miteinander verglichen werden. Statt dessen vergleicht man die
Simulationsergebnisse aus unterschiedlichen Simulationsschritten.
Ebenfalls wegen der Strukturanteile verlängert sich die Simulationsdauer, je tiefer
die Abstraktionsebene des Modells ist. High-Level-Simulationen laufen schneller und
sind kostengünstiger, allerdings dafür weniger genau. Zum Beispiel sind Fehler bei
Leitungslaufzeiten, Gatterverzögerungen oder Transistordimensionen damit nicht
auffindbar. Timing-Simulationen werden bei der Pre-Synthese-Simulation lediglich als
diskrete logische Schaltzeiten simuliert. Hardware-nahe Simulationen sind
zeitintensiver und verursachen mehr Kosten, sind dafür aber genauer.
Es ist offensichtlich, dass die Simulation von Tausenden von Transistoren einen
erheblichen Aufwand bedeutet. Um Simulationsergebnisse in dieser Genauigkeit zu
bekommen, wird entsprechend teure Simulations-Software und -Hardware benötigt.
Simulationsläufe können dabei trotzdem schon mal mehrere Wochen dauern.
Oft sind die sehr komplexen Schaltungen mit mehreren Millionen Transistoren
wegen dem Aufwand oder der Dauer der Simulation auf unteren Abstraktionsebenen
nicht vollständig simulierbar. Alternativ werden dann andere Testverfahren (vgl.
Abschnitt 6.2.7) eingesetzt (z.B. formale Verifikation) oder Mixed-Mode-Simulationen
durchgeführt.
Bei Mixed-Mode-Simulationen versucht man die Komplexität der Schaltung zu
reduzieren, indem man Schaltungsteile in unterschiedlicher „Auflösung“ zur
Simulation bereitstellt. Unkritische Teile werden eher als abstrakte Modelle eingesetzt,
die durch die Simulation zu beobachtenden Teile dagegen eher als Low-Level-Modell.
Zur Simulation werden sowohl HDL-Simulatoren als auch Analog-Simulatoren
eingesetzt. Während die ersten auf den höheren Abstraktionsebenen vorkommen,
werden die zweiten unterhalb des Gattermodells verwendet. Die HDL-Simulatoren
simulieren Parallelität und bedienen sich einer abstrakten Zeitberechnung
(Abschnitt 6.2.6). Die Analog-Simulatoren können recht detaillierte Aussagen über
richtiges Laufzeitverhalten geben, dies allerdings oft nur mit Unterstützung der
Hersteller, die als Lieferant der Technologie-Bibliotheken die notwendigen Daten
besitzen.
Die Bedeutung der Simulation wird in allen Modulen der VeriBox unterstrichen.
In VERILOGisch ist ein VERILOG-HDL-Simulator integriert, den der Lernende zur
Simulation der Beispiele nutzen kann. PuZ erklärt Zusammenhänge von zeitlichem und
parallelem Verhalten in simulierten HDL-Modellen. Illusion stellt echte Ergebnisse
von Timing-Analysen multimedial aufbereitet zur Verfügung, der Lernende kann diese
betrachten und analysieren, ohne Simulationszeiten zu verbrauchen.
6.2.6 Parallelität und Zeit
Wie bereits erwähnt, können auf der Verhaltens-, RTL- und der Gatterebene Leitungsund
Gatterlaufzeiten nicht vollständig vorhergesagt werden, da die

90
Kapitel 6. Das multimediale Lernsystem VeriBox
Schaltungsdimensionen noch unbestimmt sind. Um bei Simulationen diese Werte
näherungsweise zu überprüfen, können Zeitkontroll-Anweisungen in die Modelle
eingebaut werden. In VERILOG gibt es dazu das #-Konstrukt und den Datentyp time.
Dabei entspricht z.B. die Angabe #1 einer abstrakten Verzögerung, in der eine
Unterbrechung von einer Zeiteinheit stattfindet.
Zur Simulation von Parallelität wird manchmal die Ausführungsgeschwindigkeit
des Computers ausgenutzt (z.B. beim Multitasking). Dies genügt einem Simulator, der
echt parallel laufende Hardware simulieren soll, nicht. In VERILOG werden Gatter-
Primitive, Modul-Instanzen, die assign-Anweisung, inital- und always-Blöcke,
nichtblockende Zuweisungen und fork-join-Konstrukte sowie Mischformen dieser
parallel simuliert [vgl. Golz02, S.3-1]. Dazu führt der VERILOG-Simulator eine
globale Variable, die den Simulationszeitpunkt enthält. Er gibt einen diskreten Wert
an, der bei der realen Schaltung der Zeit entspricht.
Zu jedem Simulationszeitpunkt
können mehrere so
genannte Ereignisse anliegen.
Zum Beispiel wird ein
Anweisungsblock ohne Zeitkontroll-Anweisungen
als ein
Ereignis betrachtet. Erst wenn
alle Ereignisse in dem
Simulationszeitpunkt abgear-
beitet sind, wird die
Simulationszeit weiter
geschaltet. Die Ereignisse zu
Bild 6.15 Eine mögliche Ausführungsreihenfolge
von Ereignissen im Simulator
einem Simulationszeitpunkt werden zufällig in unbestimmter Reihenfolge ausgeführt.
Ereignisse können allerdings weitere Ereignisse zum selben Simulationszeitpunkt oder
zu folgenden Simulationszeitpunkten erzeugen. Bild 6.15 zeigt einen Ausschnitt einer
Simulation. Der hier eingezeichnete Simulationspfad zeigt die Wahl einer möglichen
Reihenfolge.
In Beispiel 6.16 werden zwei initial-Blöcke parallel simuliert und erzeugen
insgesamt drei Ereignisse. Die Ereignisse E1 und E3 liegen im selben
Simulationszeitpunkt. Das Ereignis E2 liegt nach den anderen Ereignissen in einem
späteren Simulationszeitpunkt. Ob nun zunächst das erste und anschließend das dritte
Ereignis ausgeführt wird oder umgekehrt, entscheidet der Synthese-Compiler
„zufällig“. Zufällig bedeutet hier, dass ein Simulator zwar deterministisch entscheidet,
jedoch die Entscheidungen von Simulatoren unterschiedlicher Hersteller untereinander
nichtdeterministisch sein dürfen, aber dennoch jede Ausführung korrekt ist. Demnach
existieren zwei richtige Ergebnisse am Ende: A = 20 und B = 50 oder
A = 10 und B = 50

6.2 Chip- und System-Entwurf 91
initial begin //inital-Blöcke werden parallel ausgeführt
A = 10; //Ereignis E1
#1 //Zeitkontroll-Anweisung
B = 50; //Ereignis E2
end
initial begin
A = 20; //Ereignis E3
B = 60;
end
Beispiel 6.16 Durch zufällige Abarbeitung von Ereignissen
wird in VERILOG Parallelität simuliert
Dass ein Simulator die Ereignis-Abarbeitungs-Reihenfolge nicht wirklich zufällig
wählt, kann in der Auswertung von Simulationsergebnissen zu Täuschungen führen.
Während in diesem Beispiel dieses Parallelitäts-Problem trivial erkennbar ist, tauchen
ähnliche Fälle in komplexeren Modellen nicht so offensichtlich erkennbar auf. Vom
Designer wird daher gefordert, dass er sein HDL-Modell so entwirft, dass es von der
Ereignis-Abarbeitungs-Reihenfolge unberührt korrekte Ergebnisse liefert (den auch in
der Realität soll das Ergebnis nicht zufällig richtig sein). Mathematisch heißt das, dass
die Berechnung konfluent ist und die Church-Rosser-Eigenschaft erfüllt. Praktisch
erreicht man dies, indem man synchrone Schaltungen entwirft, die abhängig von einem
Takt oder von anderen Steuersignalen (z.B. bei Zustandsautomaten) arbeiten. Bei
asynchronen Schaltungen würde man sich Handshake-Signalen bedienen.
Um die Lernenden für dieses Problem zu sensibilisieren, betonen wir, dass in der
simulierten Parallelität die Ereignisse sequenziell abgearbeitet werden (Bild 6.17).
Damit erreichen wir eine gedankliche Trennung zwischen dem Parallelitäts-Modell des
VERILOG-Simulators und der wirklichen Parallelität.
Bild 6.17 PuZ stellt hilfsweise die simulierte Parallelität
als sequenzielle Abarbeitung dar

92
Kapitel 6. Das multimediale Lernsystem VeriBox
Mit CBTs können übrigens diese sehr dynamischen Vorgänge der Ereignis-
Abarbeitung ebenfalls dynamisch präsentiert werden. Zum Beispiel kann im
Übungsteil der Lernende sich als Scheduler versuchen und Ereignisse selber anordnen
(Bild 6.18).
6.2.7 Tests
Bild 6.18 Der Lernende muss hier selber als Scheduler arbeiten
Die Herstellung von Chips unter sehr hohem marktüblichem Zeitdruck begünstigt
Fehler. Ein Anbieter hat heute nur eine Chance auf Gewinn, wenn er schnell und
möglichst als einer der Ersten mit dem Produkt auf den Markt kommt. Der nach der
Markteinführung einsetzende Preisverfall, bedingt durch konkurrierende Anbieter,
Lernkurve und Massenproduktion, lässt den zweiten und dritten Marktteilnehmer nur
noch halb so viel verdienen wie den Ersten [Jans01, S.29].
Ein Rückschritt in der Entwicklung verursacht Kosten. Je weiter ein Rückschritt
führt (im schlimmsten Fall vom Layout zurück zur Spezifikation), um so teurer wird
er. Getestet wird daher auf allen Abstraktionsebenen, um die Korrektheit zu beweisen,
z.B. durch Simulation (Abschnitt 6.2.5).
Ein Korrektheitsbeweis könnte zum Beispiel dadurch geführt werden, dass alle
möglichen Eingangswerte angelegt und die Ausgangswerte mit zu erwartenden
Ergebnissen verglichen werden (Verifikation durch vollständige Simulation). Dies ist
bei sehr einfachen Schaltungen durchaus denkbar, bei komplexen Schaltungen quasi
unmöglich.
In Fällen, wo die Verifikation durch vollständige Simulation nicht praktikabel ist,
versucht man entweder durch Abstraktion das Modell zu vereinfachen (Mixed-Mode-
Simulation) oder wählt eine andere Testmethode, z.B. formale Verifikation. Als
Ergebnis [der formalen Verifikation] erhält man die Aussage, dass die Verifikation
erfolgreich verlaufen ist, oder es wird eine Beispieleingabe generiert, bei der sich die

6.2 Chip- und System-Entwurf 93
verglichenen Schaltungen unterschiedlich verhalten bzw. die überprüften
Eigenschaften nicht erfüllt sind [Jans01, S.348].
Neben logischen Entwurfsfehlern treten Fehler auch in der Fertigung auf, zum
Beispiel durch Verunreinigungen auf dem Wafer (Silizium-Scheibe), durch
Kurzschlüsse oder unterbrochene Leitungen. Tests werden daher bereits parallel zur
Fertigung durchgeführt, zum Beispiel auf dem Wafer, um die Kosten für Verpackung
in ein Chip-Gehäuse einzusparen.
Nicht alle Transistoren können durch Anlegen von Stimuli von außen getestet
werden. Durch testfreundliche Entwürfe kann man das Testen einer Schaltung
erleichtern. In dem CBT Einführung in den VLSI-Entwurf werden Vorteile von
testfreundlichen Schaltungen vorgestellt (Bild 6.19).
Bild 6.19 Testfreundliche Schaltungen werden im CBT
Einführung in den VLSI-Entwurf präsentiert
Dabei implementiert man zusätzliche Hardware auf dem Chip und aktiviert diese
zu Testzwecken z.B. beim Selbsttest und dem BILBO (Built-In Logic Block Observer)
, der als assoziiertes CBT der VeriBox (Abschnitt 6.1.5) präsentiert wird. Mittels
einem so genannten Scan-Path werden Stimuli in die BILBO-Register geschrieben, die
sonst von außen nicht erreichbar wären. Im Testmodus generiert die BILBO-Schaltung
Stimuli auf dem Chip, mit denen Berechnungen durchgeführt werden und eine Check-
Summe (CRC) gebildet wird. Anschließend werden wiederum mittels Scan-Path die
Register und die CRC ausgelesen und mit Sollwerten verglichen.
Es gibt allerdings auch Schaltungsteile, die weder durch Stimuli von außen noch
mittels Selbsttest erreicht werden können. Bei diesen Schaltungen macht man
Annahmen über die Art der möglichen Fehler und stellt so genannte Fehlermodelle
auf. Ein Fehlermodell legt fest, welche Fehler von einem Test erkannt werden müssen.
Demnach gibt es unterschiedliche Fehlermodelle wie z.B. Stuck-at-Fehler,
Zellenfehler, Hart-Bridging-Fehler, Parameterfehler (Gate-Delay-Fehler, Path-Delay-
Fehler) etc.

94
Kapitel 6. Das multimediale Lernsystem VeriBox
Fehlermodelle abstrahieren die Fehlerursache und beschreiben statt dessen die
Auswirkung von Defekten. Ein Defekt kann z.B. als Kurzschluss einer Leitung mit der
Masseleitung auftreten und hier einen permanenten logischen Null-Wert bewirken,
oder aber durch eine unterbrochene Leitung entstehen. Im Fehlermodell würden beide
als Stuck-at-0-Fehler behandelt werden.
Die Qualität von Fehlermodellen wird mit der Fehlerüberdeckung bewertet. Die
Fehlerüberdeckung gibt als Prozentsatz an, wie viele Fehler durch das Fehlermodell
erkannt werden. Je mehr Fehler durch das Fehlermodell erkannt werden, um so höher
wird der Testaufwand. Daher begnügt man sich oft mit einer
Fehlerüberdeckung

6.2 Chip- und System-Entwurf 95
gefertigt. Für diese Chips hat sich z.B. die Bezeichnung CBIC (Cell Based Integrated
Circuit) durchgesetzt.
Ist eine Technologie noch sehr neu und existiert dafür noch keine Bibliothek oder
sind die Anforderungen so speziell, dass sie nicht mit vorhandenen Standardzellen
gelöst werden können, muss zwangsläufig Full-Custom entworfen werden.
Durch Einsatz von vorgefertigten Standardzellen kann im Semi-Custom-Entwurf
eine Schaltung zwar kostengünstiger gefertigt werden, doch noch günstiger geht es mit
Gate-Arrays. Dabei sind die Transistoren vorgefertigt und lediglich die Verschaltung
dieser wird auf mehreren Metall-Layern durch eine Maske bestimmt. Diese Gate-
Arrays werden deshalb auch als maskenprogrammierbare Gate-Arrays (MPGA)
bezeichnet. Auch hier werden jedoch Fertigungsanlagen (Chip-Fabriken) benötigt. Die
Anfangsinvestitionen z.B. zur Fertigung der Masken lohnen sich daher erst bei
größeren Stückzahlen.
Programmable-Logic-Devices (PLDs) und Field-Programmable Gate-Arrays
(FPGAs) sind programmierbare Logikbausteine, die ohne Fertigungsanlagen
auskommen. Dieser Zusammenhang wird z.B. im CBT GrobiS sehr anschaulich
präsentiert (Bild 6.20).
FPGAs bestehen unter anderem aus einem zweidimensionalen Feld von
Logikblöcken, die durch Verbindungsleitungen individuell verbunden werden können.
Diese Verschaltung wird durch Aufladen eines Bit-Streams auf das FPGA
vorgenommen. Bei rekonfigurierbaren FPGAs kann die Programmierung beliebig
wiederholt werden. Diese Eigenschaft macht FPGAs besonders interessant, wenn es
um die schnelle und kostengünstige Implementierung von z.B. Prototypen geht. Für die
Massenfertigung sind FPGAs wegen der Stückkosten zu teuer, bieten nicht dieselben
Kapazitäten wie CBICs oder MPGAs und sind oft langsamer. Der Design-Flow bis
zum Gattermodell ist für alle Entwurfsstile im wesentlichen gleich, dies präsentiert
auch das CBT Illusion.
Bild 6.20 GrobiS CBT stellt den Zusammenhang
zwischen MPGA und FPGA dar

96
6.2.9 Hardware-Software-Codesign
Kapitel 6. Das multimediale Lernsystem VeriBox
Mit Productivity-Gap ist die Lücke zwischen technologisch möglicher
Implementierung und in realistischer Zeit entwerfbaren Designs gemeint. Diese Lücke
wird mit schneller voranschreitender Technologie immer größer und kurz gesagt: „Die
Designer bekommen die Chips auf dem herkömmlichen Design-Weg nicht voll.“
Durch die Verfügbarkeit von ausreichend Chip-Fläche wird dieser Faktor
vernachlässigbarer, und man konzentriert sich auf den Faktor Time-to-Market, weshalb
unter anderem automatisierter Entwurf durch High-Level-Synthese und System-Level-
Design oder Design-Reuse größerer Komponenten (z.B. als IPs – Intellectual
Propertys) wichtiger geworden sind.
Durch Design-Reuse z.B. von Prozessorkernen, digitalen Signalprozessoren,
Speichern oder FPGA-Kernen wird eine neue Komplexität erreicht, und die
Funktionalität des Chips hängt nicht mehr lediglich von seiner Hardware ab, sondern
auch ganz wesentlich von der auf dem Chip implementierten Software. Diese
gestiegene Komplexität verlangt die gleichzeitige und abgestimmte Entwicklung von
Hardware und Software in einem Co-Entwurf, dem Hardware-Software-Codesign
(HW-SW-Codesign).
Bild 6.21 Idealisierter Ablauf beim HW-SW-Codesign [Golz02, S.11-5]
Idealerweise spezifiziert der Entwickler beim HW-SW-Codesign seinen Entwurf
als High-Level-System (darin sind Hardware- und Software-Anforderungen
gemeinsam enthalten). Durch so genannte Codesign-Tools wird der Entwurf in
Hardware- und Software-Komponente partitioniert und entsprechend durch Compiler
oder Synthese-Werkzeuge weiterverarbeitet und anschließend zu dem spezifizierten
System zusammengesetzt (Bild 6.21). Die Herausforderung beim HW-SW-Codesing
besteht dabei im wesentlichen in den folgenden Punkten:
1. Effiziente Algorithmen und Verfahren zu finden, die die ausbalancierte und
optimierte Unterteilung zwischen Hard- und Software vornehmen können.
2. Die Schnittstellen zwischen Hard- und Software so zu gestalten, dass effizientes
Zusammenarbeiten gewährleistet wird.

6.3 Feldtest zur Logiksynthese der VeriBox 97
3. Wege zur Vereinbarkeit von Hard- und Software-Entwürfen zu finden, die derzeit
noch durch verschiedene Entwicklungssprachen entworfen werden. Ein Ansatz ist
dazu z.B. die Kombination von VERILOG und C zu SystemC oder System-
VERILOG.
Durch Integration von FPGA-Kernen in Schaltungs-Systeme wird die Anpassung
von Hardware zur Laufzeit ermöglicht. Daraus resultieren die so genannten Adaptiven
Systeme, die nach Anforderung ihre Rekonfigurierbarkeit zur optimalen Lösung
während der Laufzeit einsetzen können.
Zum Gebiet des HW-SW-Codesigns gehören auch eingebettete Systeme
(Embedded Systems), System-on-Chip (SoC), Application-Specific Instruction
Processors (ASIPs) und vieles andere mehr. Eine tiefere Ausführung des HW-SW-
Codesigns würde hier den Rahmen dieser Arbeit bei weitem sprengen. Wir verweisen
den interessierten Leser z.B. an [DeEW02] in dem interessante Paper zu diesem Gebiet
gesammelt zu finden sind.
Wegen der Bedeutung des HW-SW-Codesigns haben wir im SS02 zwei CBTs zu
diesem Thema entwickelt und werden diese zukünftig noch ausarbeiten. Bild 6.22
zeigt exemplarisch eine Seite aus [JaMS02], in der ein Überblick über Hardware-
Software-Bausteine gegeben wird. Im aktuellen SS03 entstehen zwei weitere CBTs
[BrBO03, ScWZ03] über JControl, eine Java-Realisierung für Microcontroller in
eingebetteten Systemen, die vor allem für Steuerungsaufgaben konzipiert wurde.
Bild 6.22 Die Partitionierung in Soft- und Hardware
hängt wesentlich von den Anforderungen ab
6.3 Feldtest zur Logiksynthese der VeriBox
Dass Low-Cost-Low-Time-Produktionen von Lernprogrammen schneller gehen, ist
offensichtlich (Abschnitt 3.3). Ob die CBTs dabei jedoch eine befriedigende Qualität
erreichen, ist alles andere als selbstverständlich. Um uns selbst zu evaluieren und als

98
Kapitel 6. Das multimediale Lernsystem VeriBox
Grundlage für weitere Investitionen, haben wir das Modul LogiSyn der VeriBox einem
Feldtest unterzogen. Dabei sollte auch die Qualität unserer CBTs im Vergleich zur
klassischen Lehre ermittelt werden.
6.3.1 Aufbau
Die Inhalte der Logiksynthese sind in der Vorlesung und in LogiSyn annähernd gleich.
Zwei Wochen lang wurden verschiedene Studentengruppen mit unterschiedlichen
Kombinationen aus Vorlesung, Skript und CBT gelehrt und in einer anschließenden
Kurzklausur getestet. Zusätzlich mussten die Studenten ihre Lernzeiten protokollieren
und einen Fragebogen ausfüllen. Dies sollte einen tieferen Einblick in das
Lernverhalten geben und mögliche Verzerrungen in der Auswertung erklären helfen.
Alle Materialien des Feldtests wie Testfragen, Fragebogen, Testergebnisse und
Antworten sind im Anhang B zusammengefasst.
6.3.2 Durchführung
Zur Durchführung wurden die Studenten anonymisiert und zufällig in die drei Klassen
A, B und C der Tabelle 6.23 unterteilt. Studenten der Klasse C nahmen nicht an den
Vorlesungen teil.
Die Studenten wurden gebeten, sich
strikt an die Spielregeln zu halten und z.B.
keine Lehrmaterialien auszutauschen. Sie
wurden gebeten, sich wie für eine übliche
Scheinklausur vorzubereiten. Wo das
Lernen und die Vorbereitung auf die
Klausur aus persönlichen Gründen
Klasse Versorgung
A Vorlesung mit Skript und CBT
B Vorlesung mit Skript
C CBT
Tabelle 6.23 Versorgung der Klassen
zum Feldtest
eingeschränkt war, sollte dies auf dem Fragebogen vermerkt werden. Diese Klausuren
wurden nicht berücksichtigt, um Verzerrungen zu vermeiden.
Wegen des freiwilligen und anonymen Feldtests konnte die Regeleinhaltung
natürlich nur begrenzt kontrolliert werden. Wir sind jedoch der Meinung, dass gerade
die Anonymität den Studenten keinen Grund zum Schummeln gab und die ehrliche
Beteiligung gefördert hat. Die Ergebnisse des Feldtests und der Klausur wurden in
einer späteren Vorlesung diskutiert. Später berichteten übrigens einige Studenten, dass
die Klausur für sie eine willkommene Gelegenheit zur Überprüfung ihrer Leistung
gewesen ist.

6.3 Feldtest zur Logiksynthese der VeriBox 99
6.3.3 Prognose
Wir gingen davon aus, dass A das beste Resultat erreichen würde, da sie alle Mittel zur
Verfügung hatten. Weil wir vom Sinn multimedialer Lernprogramme allgemein und
von der Qualität unserer CBTs überzeugt sind, favorisierten wir zunächst C vor B.
Allerdings konnten wir uns aufgrund folgender Tatsachen nicht endgültig festlegen.
1. Das Lernen mit CBTs ist im Gegensatz zu den anderen klassischen Formen noch
gewöhnungsbedürftig. Immerhin lernt ein Student heute fast während seines
gesamten Studiums in der klassischen Form, während die multimediale Lehre,
wenn überhaupt, in der Freizeit stattfindet (PC-Spiele, PC-Lexikon, Internet etc.).
2. Wie stark macht sich das Fehlen eines didaktisch erfahrenen Tutors in diesem
Wissensgebiet bemerkbar? Sicher kann das CBT nicht auf alle individuell
auftretenden Fragen eine Antwort geben. Möglicherweise sind einige Sachverhalte
sogar unverständlich präsentiert und nur durch einen Tutor vermittelbar.
Obwohl das CBT LogiSyn nach der Vorlage des Vorlesungsskripts entstanden ist,
ist es keine einfache Kopie. Denn dort haben wir versucht, multimediale Ansprüche
durch Interaktion und Kombination der Medien Bild, Ton, Animation etc. zu erfüllen.
Die schriftlichen Darstellungen wurden dabei in erheblichem Maße durch
multimediale Darstellungen abgelöst. Es wurden Umgestaltungen und Umordnungen
vorgenommen, deren didaktische Korrektheit lediglich auf unseren Erfahrungen in der
Lehre basieren. Ob hier die Erwartungen erfüllt werden, sollte schließlich dieser
Feldtest zeigen.
6.3.4 Ergebnis
Insgesamt beteiligten sich 57 Studenten. Davon gaben 49 den Fragebogen zurück und
50 nahmen an der Klausur teil. Das Ergebnis wurde als Mittelwert der erreichten
Punkte im Test nach Klassen ermittelt. Es gab 13 Aufgaben zu lösen mit insgesamt 28
Punkten. Insgesamt 8 Resultate wurden aus der Wertung genommen, weil die
Studenten angaben, keine Zeit zum Lernen gehabt zu haben.
Bild 6.24 gibt das Ergebnis wieder. Auf den ersten Blick fällt auf, dass die
Ergebniswerte sehr dicht beieinander liegen. Damit konnte ein absolutes Versagen
einer Lernform, insbesondere mit dem CBT, ausgeschlossen werden. Klasse A hatte im
Mittel 65,31% (18,29 Punkte) richtige Antworten, B 66,07% (18,50 Punkte) und
C 61,46% (17,21 Punkte).
Klasse B war am erfolgreichsten, gefolgt von A und C. Bild 6.24 zeigt das
bereinigte Ergebnis, das heißt, es wurden nur Teilnehmer der Klausur berücksichtigt,
die den Fragebogen abgegeben und genug Lernzeit bestätigt hatten.
Obwohl dieses Ergebnis nach unserer Meinung bereits ein Erfolg und ein Hinweis
auf die Qualität unserer CBTs ist, gab die Betrachtung der Fragebögen und Lernzeiten

100
Kapitel 6. Das multimediale Lernsystem VeriBox
weitere Erkenntnisse. Zum Beispiel wurde die Beteiligung pro Vorlesung mit 1,5h
gerechnet, die privaten Zeiten wurden nach Angaben der Studenten zusammengezählt.
28,00
24,00
20,00
16,00
12,00
8,00
4,00
0,00
18,29
Bereinigtes Ergebnis
(durchschnittliche Punktezahl)
18,5
Bild 6.24 Durchschnittliche Punktezahl nach Klassen
So hatte die Klasse C im Durchschnitt sehr viel weniger Zeit mit dem Lernen
verbracht als die anderen beiden Klassen (A 5,82h; B 5,84h und C 2,76h). Daraus kann
man auf die durchschnittliche Effizienz (Bild 6.25), als Ergebnis von durchschnittliche
Punktezahl geteilt durch Lernzeit, schließen. Die Effizienz bei Klasse C liegt um fast
50% höher als bei den anderen beiden Klassen.
Interessant ist auch, dass A nicht mehr Zeit als B investiert hat, obwohl A eine
größere Versorgung hatte als B und auch als C. Zu hinterfragen ist, ob bei A alle
Lernmaterialien eingesetzt wurden. Auf die Frage „Wo lag Ihr Lernschwerpunkt?“
antworteten lediglich 20% von A mit „auf beidem etwa gleich“, 27% hatten ihren
Lernschwerpunkt beim CBT und 53% auf der Vorlesung mit Skript. Somit wurden in
diesem Feldtest von den Studenten der Klasse A nicht alle Lernmöglichkeiten gleich
intensiv genutzt.
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Klassen
17,21
Durchschnittliche Effizienz
(erreichte Punktezahl pro Lernstunde)
3,14 3,17
Klassen
6,24
Bild 6.25 C hat effektiver gelernt als A und B
A
B
C
A
B
C

6.3 Feldtest zur Logiksynthese der VeriBox 101
Das Diagramm zur durchschnittlichen Punktezahl pro Aufgabe nach Klassen
(Bild 6.26) gibt Aufschluss, welche Aufgabe im CBT besser präsentiert wurde. Danach
waren die Aufgaben 8, 9, 11 und 12 im CBT besser präsentiert und wurden öfter durch
Studenten der Klasse C richtig beantwortet als von B.
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Bild 6.26 Erfolg pro Aufgabe und Klasse
Auf die Frage im Fragebogen „Irgendwelche Kommentare zum CBT?“ schreibt
ein Teilnehmer aus Klasse C: Ein CBT kann niemals eine VL ersetzen, da es keine
Nach- oder Zwischenfragen an den Dozenten zuläßt. Und ein anderer Teilnehmer
schreibt: Nett, aber für mich sind Rückfragen sehr wichtig! Daher gehe ich lieber zur
VL. Als Ergänzung zur VL sehr gut, wegen der Abwechslung, aber als Ersatz einfach
nicht motivierend genug. Die Rückfrage, welche Rolle die Vorlesung und welche die
CBTs spielen, ergab, dass die Vorlesung bei den Studenten eine zentrale Bedeutung
hat. CBTs werden lediglich als Beigabe / Ergänzung gesehen. Hier dominiert die
klassische Lehre das Moderne, weshalb wir in unserer Prognose (Abschnitt 6.3.3) den
Ausgang für die Klassen B und C auch nicht einschätzen konnten.
Schlussfolgerung
0
Durchschnittliche Punktezahl pro Aufgabe in Prozent
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Dieser Feldtest wurde auf Basis einer kleinen Studentenzahl und lediglich auf Basis
eines CBTs in einem recht knappen Zeitraum von zwei Wochen durchgeführt. Für eine
Generalisierung müssten weit umfangreichere Versuche und Tests durchgeführt
werden, beispielsweise mit einer größeren Verteilung über die CBTs und Zielgruppen.
Dass die Klasse C, obwohl sie lediglich mit dem CBT gelernt hat, nicht
wesentlich schlechter als die anderen beiden Klassen abgeschnitten hat, sehen wir als
einen Hinweis auf die Qualität unserer Low-Cost-Low-Time-Produktionen.
Auf die Frage „Was empfehlen Sie Ihren Nachfolgern?“ antworteten fast 94% mit
„beides“. Dies bekräftigt die Annahme, dass von studentischer Seite Interesse an
A
B
C

102
Kapitel 6. Das multimediale Lernsystem VeriBox
differenziert aufbereitetem Wissen besteht und abweichend von der einen oder anderen
isolierten Methode ein Blended Learning befürwortet wird.

7 Zusammenfassung und Ausblick
Zusammenfassung
und Ausblick
Die Betrachtungen zu modernem Lernen aus Kapitel 2 zeigen eine allgemeine
Tendenz, in der klassische Präsenzlehre immer öfter durch E-Learning ergänzt wird,
als Blended Learning. Heute sind überall leistungsfähige Computer-Systeme weit
verbreitet, und die Fortschritte in der Chip-Entwicklung werden dies bei weiter
steigender Leistung und weiter fallenden Preisen auch künftig unterstützen. Zusätzlich
wurde mit dem Internet eine kostengünstige Vernetzung zur Kommunikation
geschaffen und forcierte ebenfalls die weitere Entwicklung des E-Learning.
Während die technischen Hürden von einst durch immer leistungsfähigere
Hardware irrelevanter werden, verschiebt sich das Interesse auf andere Probleme wie
eine kostengünstige Produktion von Lernprogrammen und die Suche nach mehr
Qualität in der didaktischen und pädagogischen Gestaltung.
Zur Durchführung von Blended Learning mit CBTs an Hochschulen können diese
auf zwei Wegen bezogen werden, zum einen können Lernprogramme kommerziell
fertig erworben oder selbst produziert werden. In Kapitel 3 haben wir die Vor- und
Nachteile beider Möglichkeiten im Kontext der Lehre des Chip- und System-Entwurfs
analysiert. Demnach fanden wir mehr Aspekte gegen die kommerziellen
Lernprogramme, unter anderm den hohen Preis pro Lizenz, so dass eine
Eigenproduktion sehr sinnvoll ist.
Es wurde aufgezeigt, dass im universitären Umfeld zur Eigenproduktion von
CBTs zunächst keine kostengünstige Alternative existiert. Bei Eigenproduktionen kann
das Lehrmaterial zum Beispiel nach individuellen Bedürfnissen produziert werden,
insbesondere können eigene Schwerpunkte gesetzt werden. Die Integration von
fachspezifischen Werkzeugen (Compiler, Simulatoren, Messgeräte etc.) in die selbst
produzierten Lernprogramme ist möglich, während diese von keinem uns bekannten
kommerziellen Lernprogramm unterstützt wird.
Eigenproduktionen sind allerdings nur möglich, wenn Sie kostengünstig erstellt
werden können. Die Kosten hängen von unterschiedlichen Faktoren ab, im
wesentlichen von dem implementierten methodischen Grundtyp, der Lerntheorie auf
dem sie basieren und dem Umfang.

104
Kapitel 7. Zusammenfassung und Ausblick
In dieser Arbeit wurde die Eigenproduktion von CBTs zu Themen des Chip- und
System-Entwurfs untersucht. Dazu wurde zunächst der Begriff Low-Cost-Low-Time-
Produktion zur Kostenabgrenzung eingeführt. Nur wenn die Produktion von
Lernprogrammen den Produktionsaufwand klassischer Skripten um nicht mehr als den
Faktor vier übersteigt, bleiben Eigenproduktionen erschwinglich. Zur Low-Cost-Low-
Time-Produktion gehören für uns ein geeignetes Autorensystem, Standardisierungen,
bereits vorhandenes Lehrmaterial etwa als Skript, ein modulares Konzept, das
Design-Reuse ermöglicht, und intensive studentische Beteiligung an der Produktion
(„Lernen durch Lehren“).
Zur Low-Cost-Low-Time-Produktion wurde in dieser Arbeit ein Referenzmodell
für multimediale Lernprogramme entwickelt. Es vereinigt die Forderungen zur
kostengünstigen CBT-Produktion an Hochschulen und bietet als Authorware-
Source-Code ein offenes Konzept, das individuell angepasst und erweitert werden
kann. Weiter enthält es fertige Prozeduren als Source-Code für interne Programmier-
Lösungen (z.B. Ablaufsynchronisation), Lesezeichen, History-Liste, eine automatisch
generierte Inhaltsangabe und Navigationsfunktionen, eine modulare Schnittstelle zum
Aufbau von Lernsystemen aus mehreren CBTs, Standardisierungen zu Fonts, Kontrast
und Ton und quasi als Handbuch eine multimediale Einführung in den Einsatz des
Referenzmodells.
Mit dem Referenzmodell wurde in dieser Arbeit das Lernsystem VeriBox als
größeres Projekt entwickelt. Es lehrt im wesentlichen in vier Modulen die HDL
VERILOG und die Logiksynthese. Damit wird zum einen die Einsatzfähigkeit des
Referenzmodells demonstriert und zum anderen exemplarisch eine Möglichkeit
gezeigt, wie CBTs in die Lehre als Blended Learning integriert werden können.
Vorteile der multimedialen Lehre werden in der VeriBox ausgenutzt. Zum
Beispiel werden dynamische Vorgänge durch dynamische Darstellungen
veranschaulicht, die sonst schwer vorstellbar sind (z.B. die Arbeit des Ereignis-
Schedulers im VERILOG-Simulator). In dieser Form ist eine Interaktivität nur mit
Lernprogrammen möglich. In die Lernprogramme integrierte CAD-Tools wie ein
VERILOG-Simulator ermöglichen experimentelles und realitätsbezogenes Lernen.
Dort wo die Integration zu schwierig oder nicht möglich ist, verbinden wir per loser
Kopplung Lernprogramm und CAD-Tool. Dabei instruiert das Lernprogramm den
Lernenden zur Arbeit an dem CAD-Tool, die dort erarbeiteten Lösungen werden in das
Lernprogramm als Antwort eingegeben. Sonst zeit- und kostenintensive Vorgänge
werden im CBT durch Simulationen dargestellt und können interaktiv erprobt werden
(z.B. Schaltungs-Simulation). Allgemein bekannte Drag’n’drop-, Ausfüll- und
Multiple-Choice-Interaktionen werden an vielen Stellen verteilt eingesetzt.
Über die VeriBox hinaus hat sich das Referenzmodell in weiteren zur VeriBox
„assoziierten“ CBT-Projekten, in Studien- und Diplomarbeiten und vor allem auch in
Multimedia-Praktika bewährt.

Durch den Einsatz von CBTs im Chip- und System-Entwurf können Sachverhalte
anschaulicher präsentiert werden, etwa das Verhalten einer Schaltung, der Ablauf einer
Simulation oder die Darstellung der Benutzeroberfläche von CAD-Werkzeugen zur
Synthese. Diese Dinge konnten vorher nur an den realen Tools anschaulich vorgeführt
werden, wo zuvor eine intensive und aufwändige Einarbeitung absolviert werden
musste. Mit dem Einsatz von CBTs zur Einführung in CAD-Werkzeuge verringert sich
der Aufwand in den praktischen Übungen, da die Studierenden, geschult durch das
CBT, ein Vorwissen haben. Sie werden durch die CBTs dabei von frustrierenden
Fehlern an den sehr komplexen CAD-Werkzeugen abgehalten, allerdings sind diese
CBTs auch aus diesem Grund kein voller Ersatz. Die Erfahrungen an den realen
CAD-Werkzeugen können nicht ersetzt werden.
Indem wir zur Low-Cost-Low-Time-Produktion studentische Hilfe in Anspruch
nehmen, arbeiten sich Studenten sichtbar mit einer höheren Motivation in ein
Themengebiet des Chip- und System-Entwurfs ein. Im Gegensatz zur direkten
Motivation durch Multimedia wirkt sich hier die Herausforderung, ein CBT zu
implementieren, als motivierend aus.
Schließlich wurde in einem Feldversuch die Qualität der Low-Cost-Low-Time-
Produktionen ein erstes Mal analysiert. Die Ergebnisse bestätigten unsere
Erwartungen. Zur Ergänzung der Lehre können mit dem Referenzmodell CBTs als
Low-Cost-Low-Time-Produktionen realisiert werden. Diese CBTs können Studenten
motivieren und bieten Abwechslung zu der klassischen Lehre. Sie können teilweise
auch Sachverhalte anschaulicher vermitteln als mit klassischen Lehrmitteln. Eine
Lehre ausschließlich mit CBTs wird jedoch von den Studierenden abgelehnt.
Teilnehmer, die im Feldversuch lediglich mit dem CBT gelernt hatten, schnitten nicht
wesentlich schlechter ab als andere Teilnehmer. Allerdings müssen für allgemein
gültige Aussagen weitere und intensivere Langzeittests durchgeführt werden.
Zum Referenzmodell ist weiterer funktionaler Ausbau sinnvoll, um seine
Attraktivität zu steigern. Dazu führen wir folgende Ideen kurz an:
- Eine Text-Suchfunktion wäre denkbar, die zwischen Textfenster und
Darstellungsbereich unterscheidet.
- Lernen durch Karteikarten ist eine bewährte Methode. Dieses Konzept könnte
aufgegriffen werden, indem Lernenden die Möglichkeit gegeben wird, auf den
Seiten des CBTs eigene Fragen und Antworten zu formulieren. Das so gesammelte
Wissen könnte das CBT später abfragen. Der Lernende kann so durch das
Formulieren der Fragen seinen Lernschwerpunkt individuell bestimmen.
- Im Setup-Bereich könnten Attribute formuliert werden für das einfache
Zusammenstellen von Lernsystemen aus einem größeren CBT-Pool.
- Während das Verlinken im Inhaltsverzeichnis automatisiert läuft und durch das
Referenzmodell standardisiert ist, kann das Verlinken von Seiten aus dem
Darstellungsbereich durch Authorware auf unterschiedliche Arten realisiert werden.
105

106
Kapitel 7. Zusammenfassung und Ausblick
Diese müssen dann aufwändig angepasst werden. Wünschenswert wäre eine
Authorware-Lösung, die dies vereinfacht.
- Die Vertonung der CBTs ist ein aufwändiger Prozess. Da das Gesprochene bereits
im Textfenster steht, könnte zukünftig der Einsatz von Leserobotern interessant
werden. Von uns durchgeführte Experimente wurden jedoch abgebrochen, da
erschwingliche Sprachsynthese zur Zeit nicht annähernd die motivierenden
Qualitäten eines normalen Sprechers erreicht.
- E-Learning über das Internet durch WBTs wird in Zukunft weiter an Bedeutung
gewinnen. In diesem Zusammenhang wäre ein Internet-Referenzmodell
wünschenswert, das stärker die Vorteile einer Netzanbindung unterstützt.
Die Integration von Lernprogrammen in Lern-Managment-Systeme, die
hochschulübergreifend Wissensmodule distributieren, könnte zukünftig größere
Bedeutung erlangen, wenn ungelöste Kernfragen Antworten finden. Was passiert,
wenn Studierende vor einer Prüfung nicht lernen können, weil der Server ausfällt?
Neben diesen eher technischen Problemen sind auch politische Antworten gefragt.
Zum Beispiel müssen die Hochschulen bei zentralem Lehrmaterial Leistungen
gegenseitig akzeptieren.
Abschließend ist bei aller Bescheidenheit zu hoffen, dass künftig negative
Schlagzeilen wie zu Beginn unserer Einleitung seltener werden.

A Implementierung des RSK
Der Authorware-Programm-Code zum Refmod-Starter-Kit (RSK) besteht aus
356 Icons mit sehr vielen Einstellungen und vielen Programm-Zeilen, die in
Calculation-Icons enthalten sind.
Wegen der Authorware-Programmierung durch Icons entlang einer Flusslinie und
hierarchischer Verschachtelung von Icons kann hier kein klassisches Listing
präsentiert werden. Eine vollständige Darstellung aller RSK-Flusslinienteile wäre
äußerst unübersichtlich und daher nicht sinnvoll. Wir beschränken uns im Folgenden
auf besonders interessante Passagen. Das vollständige RSK-Quellprogramm ist als
Authorware-Code in [Çata03b] enthalten.
Dieser Abschnitt setzt Kenntnisse in der Authorware-Programmierung voraus.
A.1 RSK-Programm-Code
Öffnet man das RSK in der Authorware-
Programmierumgebung, so erscheint die
Flusslinie aus Bild A.1 auf Level 1.
Nach dem Anstarten des RSK wird
zunächst in den ersten drei Icons eine
Initialisierung durchgeführt. Hier werden
Konstanten definiert und Eckwerte
berechnet (Abschnitt A.1.1). Zum Beispiel
wird dort die Variable rmUserStart
ermittelt, ob das RSK aus einem anderen
Modul aufgerufen wurde (Abschnitt 5.2.6).
Das Decision-Icon userStart? führt
abhängig von rmUserStart das erste oder
Implementierung des RSK
Bild A.1 RSK-Programm-Code auf Level 1

108
Kapitel A. Implementierung des RSK
zweite angehängte Icon aus. Im ersten Icon userStart=FALSE wird das als
Aufrufparameter (vgl. Tabelle 5.9) übergebene Sprungziel in rmJumpToPage
angesprungen.
Im zweiten Map-Icon ist die Login-Routine implementiert. Wurden beim Aufruf
keine Parameter übergeben (userStart=TRUE), so wird dieses Icon ausgeführt und
das Login durchlaufen.
Das fünfte Icon auf der
Hauptflusslinie ist das Framework-Icon
Lesson. An ihm sind
vier Map-Icons angehängt. Das
Framework-Icon Lesson ist so
eingestellt, dass nach seinem
Aufruf gleich das erste Map-Icon
Vorspann --Intro gestartet
wird.
In Vorspann --Intro ist
der Vorspann eines Moduls
implementiert. Ein Klick während
des Vorspanns im Präsentations- Bild A.2 RSK-Ablauf nach dem Anstarten
fenster springt das zweite Map-Icon Hauptmenü an, wo das Hauptmenü mit dem
Inhaltsverzeichnis implementiert ist. Wählt der Lernende aus dem Inhaltsverzeichnis
eine Seite aus, erfolgt ein Sprung zu der gewählten Seite. Die Abschnitte eines Moduls
hängen jeweils als Map-Icon an Lesson nach Hauptmenü.
Wird ein anderes Modul aus dem Inhaltsverzeichnis gewählt, so beginnt der hier
beschriebene Ablauf nach dem Modulaufruf dort. Bild A.2 gibt diesen Ablauf als
klassisches Flussdiagramm wieder.
Das letzte grüne Map-Icon auf der Hauptflusslinie (Bild A.1) wird im
Programmfluss nie erreicht. In diesem Map-Icon sind Hilfs-Routinen enthalten, die in
eigenen Applikationen eingesetzt werden können und nicht direkt zum Ablauf
gehören.
A.1.1 Initialisierung
Wesentliche Initialisierungen werden in dem zweiten
Icon Initial aus Bild A.1 ausgeführt, dessen Inhalt
Bild A.3 zeigt.
Im ersten Calculation-Icon werden Konstanten
deklariert. Im nächsten wird unter anderem der
Projektname aus der Datei syslist.prj eingelesen.
Im dritten und vierten Icon wird das Präsentationsfenster
so skaliert, dass der Darstellungsbereich
Bild A.3 Inhalt von Initial

A.1 RSK-Programm-Code 109
640x480 Pixel enthält. Im fünften Icon wird die Datei syslist.mod ausgelesen. In
dem Map-Icon Aufrufargumente wird ermittelt, ob Parameter übergeben wurden
und gegebenenfalls diese den entsprechenden Variablen zugewiesen. Im letzten
Calculation-Icon wird das ActiveX-Control TCListbox.ocx beim Betriebsystem
registriert.
A.1.2 Inhaltsverzeichnis und Login
Wurde ein Modul aus einem anderen Modul aufgerufen, so wird davon ausgegangen,
dass die Inhaltsangabe bereits erstellt ist. Nur wenn ein Benutzer das Modul startet,
muss überprüft werden, ob die Datei syslist.inh vorhanden ist.
Im Map-Icon userStart=TRUE (Bild A.1) wird zunächst kontrolliert, ob die
Datei syslist.inh existiert. Fehlt sie, wird sie erzeugt, ansonsten erscheint gleich
das Login-Fenster. Mit dem Benutzernamen wird dann im letzten Calculation-Icon aus
Bild A.4 ein Austauschverzeichnis (Abschnitt 5.2.8) angelegt.
Bild A.4 Inhalt des Icons userStart=TRUE
Das Inhaltsverzeichnis wird in dem Map-Icon am
Decision-Icon aus Bild A.4 erstellt. Bild A.5 zeigt das
Innere dieses Map-Icons. Zunächst wird die
Information „Creating list of contents“ auf dem
Bildschirm ausgegeben. Sofern das Modul nicht das
letzte aller Module des Lernsystems war, wird das
nächste Modul aufgerufen. Sonst ist das
Rekursionsende erreicht, und die Aufrufe werden
wieder zurückverfolgt (Abschnitt 5.2.5). Dabei werden
in den folgenden Icons zunächst alle Abschnitte und
dann alle Seiten der Abschnitte ermittelt und in
sysList.inh geschrieben.
Mit dem letzten Decision-Icon Pfade wird
erkannt, ob die rekursiven Aufrufe wieder am
Bild A.5 Rekursive Aufrufe zum
Erstellen des
Inhaltsverzeichnisses
Ausgangsmodul angelangt sind. Für diesen Fall wird in dem ersten angehängten
Map-Icon start Modul das aktuelle Lernprogramm gestartet.

110
A.1.3 Hauptmenü
Kapitel A. Implementierung des RSK
Das Hauptmenü (Abschnitt 4.2.7) ist innerhalb des gleichnamigen Map-Icons am
Framework-Icon Lesson (Bild A.1) implementiert. Bild A.6 zeigt den Inhalt dieses
Map-Icons.
Bild A.6 Inhalt des Icons Hauptmenü
Zunächst wird in einem Display-Icon der Hintergrund dargestellt. Anschließend
werden die linke und die rechte Liste des Inhaltsverzeichnis angezeigt. Die beiden
Icons left Listbox und right Listbox installieren jeweils eine Instanz das
ActiveX-Controls TCListbox.ocx. Schließlich wird in dem vierten Icon der Inhalt
der Dateien syslist.mod und syslist.inh ausgelesen und jeweils in der linken
und rechten Liste präsentiert.
Das Interaction-Icon Inhaltsangabe enthält jeweils einen Anhang für jede
mögliche Hauptmenü-Interaktion. Zum Beispiel kontrolliert das erste Calculation-Icon
left Clicked ein Klick in die linke Liste. In diesem Calculation-Icon wird dann
Code A.7 ausgeführt.
if rmLeftListboxShowsModules = 1 then
-- links die Module und rechts die Abschnitte
-- determine the index, index starts at 0, so add one to the index
rmModulNr := CallSprite(@"left Listbox"; #ItemIndex) + 1
rmChapterNr := 1
-- clear right Listbox
CallSprite(@"right Listbox";#ClearAll)
-- read in all chapter names out of the file "syslist.inh"
-- according to the module name modulList[ modulNr ]
rmChapterList := []
rmHelfer := ReadExtFile( FileLocation ^ "syslist.inh" )
rmCounter := 1

A.1 RSK-Programm-Code 111
repeat while rmCounter

112
end repeat
exit repeat
end if
rmCounter := rmCounter + 1
end repeat
-- set the focus in the right Listbox
CallSprite(@"right Listbox";#setfocusat; 0)
end if
end if
Code A.7 Code nach einem Klick in die linke Inhaltsliste
Kapitel A. Implementierung des RSK
Während ein Sprung zu einer Seite innerhalb des Moduls direkt ausgeführt wird,
führt ein Sprung zu einer Seite in einem anderen Modul über das letzte Calculation-
Icon JumpOutModule. Von hier wird ein Modulaufruf mit Aufrufparametern, wie es
in Abschnitt 5.2.6 beschrieben wurde, ausgeführt.
A.1.4 Abschnitte
Durch Vervielfältigen eines der Abschnitts-Map-Icons am Framework-Icon Lesson
(Bild A.1) werden zusätzliche Abschnitte bei Bedarf erzeugt. Bild A.8 zeigt den Inhalt
solch eines Abschnitts-Map-Icons.
Bild A.8 Inhalt des Abschnitts-Map-Icons
Hier ist lediglich ein Framework-Icon mit weiteren angehängten Map-Icons
enthalten. Jedes dieser Map-Icons enthält jeweils den Aufbau einer Seite im Abschnitt.
Um weitere Seiten in diesen Abschnitt einzufügen, wird eines der Map-Icons kopiert
und irgendwo an das Framework-Icon angehängt. Die Namen dieser Map-Icons
repräsentieren die Seitennamen, die in dem Inhaltsverzeichnis und in der
Navigationsleiste erscheinen.
Das Erzeugen von neuen Abschnitten und Seiten durch Vervielfältigen ist ratsam,
da an diesen Icons Calculations zur Steuerung hängen (angezeigt durch das
Gleichheitszeichen oben links z.B. am Map-Icon in Bild A.8). Indem man eines dieser
Icons kopiert, erspart man sich die recht aufwändige erneute Platzierung dieser
Calculations.

A.2 History-Applikation 113
Das Framework-Icon eines Abschnitts enthält die Funktionen der jeweiligen
Navigationsleiste. Öffnet man dieses Framework-Icon per Doppelklick, kommt der
Inhalt aus Bild A.9 zum Vorschein.
Bild A.9 Inhalt des Framework-Icons 1 Abschnitt
mit den Funktionen der Navigationsleiste
Immer wenn ein Abschnitt betreten wird, wird dieser Teil der RSK-Flusslinie
einmal durchlaufen. Dabei wird zunächst der so genannte Watchdog (Timer)
initialisiert. Anschließend wird der Hintergrund für den Abschnitt, für das Textfenster
und für die Navigationsleiste angezeigt. Im fünften Icon werden lokale Variablen
deklariert. Schließlich folgt das Interaction-Icon mit den angehängten Icons. Diese
Icons werden parallel ausgeführt (Abschnitt 5.1.2). Zum Beispiel wird das erste Icon
an diesem Interaction-Icon immer dann ausgeführt, wenn der Timer des Watchdogs
anschlägt und die Datei rmGotoPageFile im Austauschverzeichnis (Abschnitt 5.2.8)
existiert. Genau dann wird ein Sprung zu einer Seite ausgeführt.
Die übrigen Icons werden dann ausgeführt, wenn in der Navigationsleiste eine der
Tasten betätigt wird (vgl. Abschnitte 5.2.2 und 5.2.3).
A.2 History-Applikation
Die History-Applikation ist ein eigenständiges
Authorware-Programm. Sie wird über ein Modul
mit Aufrufparametern gestartet. Fehlen die
Aufrufparameter, so beendet sich die History-
Applikation selbst und nichts passiert.
Im wesentlichen besteht die History-
Applikation aus einer Liste, Bild A.10 zeigt die
Authorware-Implementierung dazu. Nach dem
Anstarten werden zunächst die Aufrufargumente
ausgewertet. Im zweiten Icon wird die History-
Bild A.10 History-Applikation

114
Kapitel A. Implementierung des RSK
Liste aus der Datei historyFile ausgelesen. Nach weiteren Initialisierungen wird im
fünften Icon eine Instanz des ActivX-Controls TCListbox.ocx erzeugt und in dem
nächsten Icon mit der History-Liste gefüllt. Am Interaction-Icon sind die Funktionen
der History-Applikation implementiert. Mit der Taste Gehe zu, wird die in der Liste
markierte Seite angesprungen. Wahlweise kann die Seite in der Liste per Doppelklick
gewählt werden, in diesem Fall wird das dritte Icon am Interaction-Icon ausgeführt.
Schließen beendet die History-Applikation. Das vierte Icon status wird
regelmäßig durchlaufen und ermittelt, ob eine neue Seite betreten worden ist. Der
Seitentitel wird dann in die History-Liste aufgenommen.
Das Zusammenspiel zwischen Modul und History-Applikation erfolgt über
Dateien im Austauschverzeichnis (Abschnitt 5.2.8).
A.3 Lesezeichen-Applikation
Die Lesezeichen-Applikation ist wie die History-Applikation ein eigenständiges
Authorware-Programm. Auch sie wird über ein Modul mit Aufrufparametern gestartet.
Fehlen die Aufrufparameter, so beendet sie sich selbst und nichts passiert.
Die Lesezeichen-Applikation besteht
ebenfalls im wesentlichen aus einer Liste und
ist sehr ähnlich wie die History-Applikation
aufgebaut.
Nach dem Anstarten werden zunächst
die Aufrufargumente ausgewertet
(Bild A.11). Im zweiten Icon wird die
Lesezeichen-Liste aus der
benutzerspezifischen Lesezeichen-Datei
ausgelesen. Nach weiteren Initialisierungen
wird im fünften Icon eine Instanz des
ActivX-Controls TCListbox.ocx erzeugt
und in dem nächsten Icon mit der
Lesezeichen-Liste gefüllt. Am Interaction- Bild A.11 Lesezeichen-Applikation
Icon sind die Funktionen der Lesezeichen-
Applikation implementiert.
A.4 Copyright-Mechanismen
Der Source-Code des RSK ist im wesentlichen in allen Teilen offen zugänglich und
kann beliebig für eigene Bedürfnisse angepasst werden. Leider wird die Umgehung
des Copyrights damit erleichtert.

A.4 Copyright-Mechanismen 115
Macromedia führte mit Authorware 5 so genannte KOs (Knowledge Objects) ein.
Ein KO besteht aus einem Stück Authorware-Code, das in einem Map-Icon verpackt
ist und wahlweise auch abgeschlossen werden kann. Abgeschlossen heisst, dass das
Innere eines KOs nach dem Packen (entspricht dem Compilieren) nicht zugänglich ist.
Wird ein Doppelklick zum Öffnen des KOs ausgeführt, so kann z.B. eine Exe-Datei
gestartet werden, die einen Copyright-Hinweis zeigt.
Diesen Mechanismus haben wir uns zu Nutze gemacht und zwei wesentliche
Teile im RSK abgeschlossen. Diese sind einmal die Initialisierung und einmal das
Login, beide KO-Icons sind in Bild A.1 zusehen. Ein Doppelklick zum Öffnen auf
eines dieser KO-Icons präsentiert unseren Copyright-Hinweis aus Bild A.12. Ein Klick
auf die URL unter dem E.I.S.-Logo öffnet ein Browser-Fenster mit der E.I.S.-
Homepage.
Bild A.12 Copyright-Hinweis beim Versuch, ein KO-Icon zu öffnen
Dies ist natürlich kein 100%iger Copyright-Schutz, jedoch ein dezenter Hinweis. Als
zusätzlicher Schutz werden die Sourcen der History- und Lesezeichen-Applikation im
RSK nicht mit ausgeliefert

116
Kapitel A. Implementierung des RSK

B Feldtest zur Evaluierung
Dieses Kapitel beschreibt detailliert die Unterlagen, Antworten und Auswertungen
zum Feldtest aus Abschnitt 6.3. Er wurde zur Evaluierung von CBTs durchgeführt, die
unter LCLT-Bedingungen produziert werden. Die Beschreibung zum Testaufbau, zur
Durchführung, eine Prognose zum Ergebnis und das interpretierte Ergebnis gaben wir
bereits in Abschnitt 6.3.
In Abschnitt B.1 werden zunächst alle ausgeteilten Unterlagen kurz vorgestellt
und sind abgebildet. Im Abschnitt B.2 folgen die zusammengefassten Ergebnisse der
Testklausur und schließlich in Abschnitt B.3 die Auswertung der Fragebögen.
B.1 Ausgeteilte Unterlagen
Feldtest zur Evaluierung
Zu Beginn des Feldtests wurde den Studenten mit dem Informationsbogen (B.1.1) der
Ablauf, die Zeiten und vor allem zu Beachtendes mitgeteilt. Auf dem
Zeiterfassungsbogen (B.1.2) sollten die Teilnehmer ihre Lernzeiten notieren. Dabei
wurde jede besuchte Vorlesung in der Auswertung mit 1,5h angerechnet.
Jedem Teilnehmer der drei Klassen (A, B und C) wurde jeweils einer der
Fragebögen B.1.3, B.1.4 und B.1.5 ausgegeben. Das gelernte Wissen wurde schließlich
mit der Testklausur B.1.6 geprüft.

118
B.1.1 Informationsbogen
Technische Universität Braunschweig
Abteilung Entwurf integrierter
Schaltungen (E.I.S.)
Prof. Dr. Ulrich Golze
Tamer Çatalkaya
Vorlesung Einführung in den VLSI-Entwurf
Multimediales Lernprogramm zur Logiksynthese
Unsere Forschung beschäftigt sich auch mit multimedialen
Lernprogrammen (CBTs) als Ergänzung, eventuell auch als
Alternative zur klassischen Hörsaal-Vorlesung mit einem
Papierskript. Speziell zum Kapitel E Logiksynthese der
Vorlesung Einführung in den VLSI-Entwurf haben wir das
CBT LogiSyn entwickelt, dessen Effizienz wir „an Ihnen“
ausprobieren möchten. Wir möchten Sie also herzlich bitten,
uns als Versuchskaninchen zwei Wochen lang tatkräftig zu
unterstützen. Nebenbei lernen Sie diesen wichtigen Stoff so
garantiert besser als andere Kapitel.
Dazu werden Sie jeweils mit Ihrer ganzen Übungsgruppe
zufällig in eine der folgenden drei Klassen eingeteilt:
A Sie erhalten Skript und CBT und nehmen an der Vorlesung
teil.
B Sie erhalten nur das Skript und nehmen an der Vorlesung
teil.
C Sie erhalten nur das CBT und nehmen nicht an der Vorlesung
teil.
Der Zeitplan sieht für die Vorlesungen jeweils 15-16.30 Uhr
so aus:
Di 27.11. Rest Kapitel D (für alle)
Erläuterungen zum Experiment (für alle)
Vorlesung Logiksynthese I
(Pflicht für Klassen A und B,
Verbot für Klasse C)
Do 29.11. Vorlesung Logiksynthese II
(nur Klassen A und B)
Di 04.12. Vorlesung Logiksynthese III
(nur Klassen A und B)
Do 06.12. Vorlesung für alle
(notfalls vorher Rest Logiksynthese IV für A und B)
Di 11.12. Einsammeln der Fragebögen und Formulare;
kleine anonyme Klausur (Pflicht für alle);
Präsentation von Forschungsschwerpunkten und
Praktika im SS 02
Außerdem beginnen alle ab 03.12. mit den Rechnerübungen
zur Logiksynthese; hierfür müssen Sie das praktische
Skriptkapitel I Logiksynthese mit Synopsys vorbereiten.
Praktischer Ablauf:
Kapitel B. Feldtest zur Evaluierung
D Mit dieser Einführung erhalten Sie neben dem Skript bzw.
CBT auch einen Bogen zur Zeiterfassung und passend zu
Ihrer Klasse ein paar Hinweise und Fragen. Ihre
persönliche Nr. (A1, A2, …, C1, C2, …) ist anonym und
dient dazu, Ihren Fragebogen und Ihre Klausur
zusammenzuführen.
D Bitte tauschen Sie Ihr Lernmaterial bis zur Klausur nicht
untereinander aus. Danach erhalten Sie selbstverständlich
auch das jeweils fehlende Material.
D Wie lange sollen Sie arbeiten? Grundsätzlich sollen Sie so
lange arbeiten, bis Sie sich im Sinne einer Diplomprüfung
für diesen Stoff „prüfungsreif“ fühlen. Es wäre schade,
wenn Sie sich für die Klausur nicht oder zu wenig
vorbereiten, weil wir dann keine sinnvollen Ergebnisse
erhalten. Sollte dieser Fall aber eintreten, vermerken Sie
ihn bitte ehrlich (anonym!).
D Wie sollen Sie arbeiten? Finden Sie Ihren eigenen
Arbeitsstil (alles auf einmal, kontinuierlich, …) und
vermerken Sie ihn kurz auf dem Fragebogen. Für die
meisten dürften eigene Notizen hilfreich sein, auch beim
Arbeiten mit dem CBT LogiSyn.
D Fragebogen: Studieren Sie Ihren Fragebogen gleich mal
zu Anfang. Beantworten Sie die Fragen während Ihrer
Arbeit oder bis spätestens zur Klausur, wo der Bogen
eingesammelt wird. Nennen Sie auch scheinbar
nebensächliche Details. Bitte seien Sie nicht nett und
höflich, sondern versuchen Sie, uns möglichst objektives
Feedback zu geben.
D Zeiterfassung: es ist für unsere Auswertung besonders
wichtig, dass Sie Ihre Arbeitszeiten genau und ehrlich
erfassen – keine Sorge, es bleibt anonym! Auch sollten
Sie während dieser Zeit nicht abgelenkt sein (oder
„träumen“).
D Klausur: Diese ist kurz. Anhand Ihrer persönlichen
(anonymen) Nummer erfahren Sie später auch Ihr
Ergebnis.
D Für den Evaluierungszeitraum stehe ich Ihnen gern für
Fragen zur Verfügung:
Tamer Çatalkaya
Informatikzentrum, Raum 318
Tel. 0 531 / 391 – 2386
Email: catalkay@eis.cs.tu-bs.de
Schon jetzt danken wir Ihnen ganz herzlich für Ihre Mitarbeit!

B.1 Ausgeteilte Unterlagen 119
B.1.2 Zeiterfassungsbogen
Persönliche Nummer (z.B. B8):_______
Lernzeiten zur Logiksynthese
Notieren Sie vor Lernbeginn Datum und Anfangszeit, am Ende die Schlusszeit. Kreuzen Sie die
Methode an mit der Sie gearbeitet haben.
Lernzeit Methode
Datum Anfangszeit Schlusszeit Vorlesung Skript CBT

120
B.1.3 Fragebogen Klasse A
Technische Universität Braunschweig
Abteilung Entwurf integrierter
Schaltungen (E.I.S.)
Hinweise
Prof. Dr. Ulrich Golze
Tamer Çatalkaya
Fragebogen zur Evaluierung der Logiksynthese:
Klasse A
An der Vorlesung müssen Sie teilnehmen. Dort wird
das Skript besprochen. Wir überlassen es Ihnen, ob
Sie den Stoff anschließend erst mit dem Skript oder
erst mit dem CBT vertiefen.
Da Sie als einzige Klasse beide Methoden anwenden,
ist uns Ihr Vergleich besonders wichtig.
Uns interessiert, ob Sie das CBT oder das Skript mit
Vorlesung nützlicher finden. Notieren Sie bitte
Abschnitte oder Themen, die Sie besonders gut mit
CBT oder mit Skript und Vorlesung verstanden haben.
Die folgenden Fragen beziehen sich auf das CBT
LogiSyn und das Skript Kapitel E mit Vorlesung dazu.
Falls der Platz für Ihre Antwort auf diesem Bogen
nicht reicht, notieren Sie ihre Antwort auf einem extra
Blatt. Vergessen Sie nicht die Nummer der Frage und
Ihre persönliche Nummer ebenfalls dort zu notieren.
Übrigens, die Nummerierung der Fragen ist nicht
fortlaufend.
Dieser Fragebogen wird am 11.12. eingesammelt.
Fragen
F1: Lief das CBT LogiSyn auf Ihrem System technisch
befriedigend, oder hatten Sie Probleme? Welche
Probleme?
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
F2: Haben Sie eher kontinuierlich oder mehr einmalig
gelernt?
❑ kontinuierlich
❑ einmalig
Kapitel B. Feldtest zur Evaluierung
Abteilung E.I.S.
V L S I
F3: Waren Sie bei allen Vorlesungen zur
Logiksynthese anwesend?
❑ Ja
...... mal gefehlt
F4: Haben Sie sich mit dem Skript befasst?
❑ etwas
❑ mittel
❑ gründlich
F5: Haben Sie sich mit dem CBT befasst?
❑ etwas
❑ mittel
❑ gründlich
F6: Wo lag Ihr Lernschwerpunkt?
❑ CBT
❑ Skript mit Vorlesung
❑ auf beidem etwa gleich
F7: Womit haben Sie zuerst gearbeitet?
❑ CBT
❑ Skript
❑ gemischt
F8: Mit welcher Methode haben Sie lieber gelernt?
❑ CBT
❑ Skript mit Vorlesung
❑ mit beiden gleich gern
F9: Wie schwierig war das CBT?
❑ zu leicht
❑ ok
❑ zu schwer
F10: Wie schwierig waren Skript mit Vorlesung?
❑ zu leicht
❑ ok
❑ zu schwer
F11: Wie präzise war das CBT?
❑ zu unscharf/verbal
❑ ok
❑ zu formal

B.1 Ausgeteilte Unterlagen 121
F12: Wie präzise waren Skript mit Vorlesung?
❑ zu unscharf/verbal
❑ ok
❑ zu formal
F13: Wie ausführlich war das CBT?
❑ zu ausführlich
❑ ok
❑ zu knapp
F14: Wie ausführlich waren Skript mit Vorlesung?
❑ zu ausführlich
❑ ok
❑ zu knapp
F15: Wie interessant war das CBT?
❑ eher langweilig
❑ ok
❑ interessant
F16: Wie interessant waren Skript mit Vorlesung?
❑ eher langweilig
❑ ok
❑ interessant
F17: Wie motivierend war das CBT?
❑ eher weniger
❑ ok
❑ sehr motivierend
F18: Wie motivierend waren Skript mit Vorlesung?
❑ eher weniger
❑ ok
❑ sehr motivierend
F19: Was fehlt in dem CBT LogiSyn, was haben Sie
vermisst?
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
F20: Was fehlt in dem Skript, was haben Sie
vermisst?
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
F21: Was war im CBT schwierig, zweideutig,
unverständlich oder falsch?
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
F22: Was war im Skript schwierig, zweideutig,
unverständlich oder falsch?
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
F23: Was empfehlen Sie Ihren Nachfolgern?
❑ nur Skript mit Vorlesung
❑ nur CBT
❑ beides
F28: Irgendwelche Kommentare zu Skript mit
Vorlesung?
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
F29: Irgendwelche Kommentare zum CBT?
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................

122
B.1.4 Fragebogen Klasse B
Technische Universität Braunschweig
Abteilung Entwurf integrierter
Schaltungen (E.I.S.)
Hinweise
Prof. Dr. Ulrich Golze
Tamer Çatalkaya
Fragebogen zur Evaluierung der Logiksynthese:
Klasse B
An der Vorlesung müssen Sie teilnehmen. Dort wird
das Skript besprochen. Anschließend sollen Sie den
Stoff mit dem Skript vertiefen.
Uns interessiert, welche Teile der Vorlesung oder des
Skriptes Sie unverständlich, schwierig oder gut
fanden.
Die folgenden Fragen beziehen sich auf das Skript
Kapitel E mit Vorlesung dazu.
Falls der Platz für Ihre Antwort auf diesem Bogen
nicht reicht, notieren Sie ihre Antwort auf einem extra
Blatt. Vergessen Sie nicht die Nummer der Frage und
Ihre persönliche Nummer ebenfalls dort zu notieren.
Übrigens, die Nummerierung der Fragen ist nicht
fortlaufen.
Dieser Fragebogen wird am 11.12. eingesammelt.
Fragen
F2: Haben Sie eher kontinuierlich oder mehr einmalig
gelernt?
❑ kontinuierlich
❑ einmalig
F3: Waren Sie bei allen Vorlesungen zur
Logiksynthese anwesend?
❑ Ja
...... mal gefehlt
F4: Haben Sie sich mit dem Skript befasst?
❑ etwas
❑ mittel
❑ gründlich
F10: Wie schwierig waren Skript mit Vorlesung?
❑ zu leicht
❑ ok
❑ zu schwer
F12: Wie präzise waren Skript mit Vorlesung?
❑ zu unscharf/verbal
❑ ok
❑ zu formal
Kapitel B. Feldtest zur Evaluierung
Abteilung E.I.S.
V L S I
F14: Wie ausführlich waren Skript mit Vorlesung?
❑ zu ausführlich
❑ ok
❑ zu knapp
F16: Wie interessant waren Skript mit Vorlesung?
❑ eher langweilig
❑ ok
❑ interessant
F18: Wie motivierend waren Skript mit Vorlesung?
❑ eher weniger
❑ ok
❑ sehr motivierend
F20: Was fehlt in dem Skript, was haben Sie
vermisst?
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
F22: Was war im Skript schwierig, zweideutig,
unverständlich oder falsch?
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
F28: Irgendwelche Kommentare zu Skript mit
Vorlesung?
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................

B.1 Ausgeteilte Unterlagen 123
B.1.5 Fragebogen Klasse C
Technische Universität Braunschweig
Abteilung Entwurf integrierter
Schaltungen (E.I.S.)
Hinweise
Prof. Dr. Ulrich Golze
Tamer Çatalkaya
Fragebogen zur Evaluierung der Logiksynthese:
Klasse C
Sie brauchen (und dürfen) nicht zur Vorlesung
kommen. Das CBT LogiSyn kann als Ersatz für die
Vorlesung dienen. In der Klausur kommt auch nur
dieser Stoff dran.
Verschaffen Sie sich zunächst einen Überblick und
vertiefen Sie dann nach ihren Vorstellungen. Machen
Sie Notizen.
Uns interessiert, welche Teile von LogiSyn Sie
unverständlich, schwierig oder gut fanden.
Falls der Platz für Ihre Antwort auf diesem Bogen
nicht reicht, notieren Sie ihre Antwort auf einem extra
Blatt. Vergessen Sie nicht die Nummer der Frage und
Ihre persönliche Nummer ebenfalls dort zu notieren.
Übrigens, die Nummerierung der Fragen ist nicht
fortlaufen.
Dieser Fragebogen wird am 11.12. eingesammelt.
Fragen
F1: Lief das CBT LogiSyn auf Ihrem System technisch
befriedigend, oder hatten Sie Probleme? Welche
Probleme?
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
F2: Haben Sie eher kontinuierlich oder mehr einmalig
gelernt?
❑ kontinuierlich
❑ einmalig
F5: Haben Sie sich mit dem CBT befasst?
❑ etwas
❑ mittel
❑ gründlich
F9: Wie schwierig war das CBT?
❑ zu leicht
❑ ok
❑ zu schwer
F11: Wie präzise war das CBT?
❑ zu unscharf/verbal
❑ ok
❑ zu formal
F13: Wie ausführlich war das CBT?
❑ zu ausführlich
❑ ok
❑ zu knapp
F15: Wie interessant war das CBT?
❑ eher langweilig
❑ ok
❑ interessant
F17: Wie motivierend war das CBT?
❑ eher weniger
❑ ok
❑ sehr motivierend
Abteilung E.I.S.
V L S I
F19: Was fehlt in dem CBT LogiSyn, was haben Sie
vermisst?
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
F21: Was war im CBT schwierig, zweideutig,
unverständlich oder falsch?
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................

124
F24: Welchen Teil haben Sie in LogiSyn besonders
schnell gelernt?
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
F25: War es ungewohnt, nur ein Lernprogramm zu
haben?
❑ Ja
❑ Nein
❑ etwas
F26: Haben Sie das Arbeiten mit dem Skript vermisst?
❑ Ja
❑ Nein
❑ etwas
F27: Konnte das Lernprogramm für Sie grundsätzlich
eine Vorlesung mit Skript ersetzen?
❑ Ja
❑ Nein
❑ etwas
F29: Irgendwelche Kommentare zum CBT?
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
Kapitel B. Feldtest zur Evaluierung

B.1 Ausgeteilte Unterlagen 125
B.1.6 Testklausur
Technische Universität Braunschweig
Abteilung Entwurf integrierter
Schaltungen (E.I.S.)
Prof. Dr. Ulrich Golze
Tamer Çatalkaya
Klausur zur Logiksynthese
Persönliche Nr._____________
Abteilung E.I.S.
V L S I
Anleitung:
1. Tragen Sie zunächst Ihre persönliche Nr. ein.
2. Die Klausur besteht aus 13 Aufgaben.
3. Die meisten Aufgaben sind Multiple-Choice. Es kann mehrere richtige Alternativen geben, die
Sie alle finden sollen.
4. Sie haben 25 Minuten Zeit.
5. Insgesamt können Sie 28 Punkte erreichen.
Aufgabe 1 (2 Punkte): Welche der folgenden VERILOG-Register sind potenzielle Register?
module regs(C,D,A,B);
input A,B;
output C,D;
reg C,D;
always @(A or B) begin
C=A+B;
D=C+1;
end
endmodule
Antwort: Potenzielle Register sind
❑ A
❑ B
❑ C
❑ D
Aufgabe 2 (2 Punkte): Welche der folgenden VERILOG-Register sind vollständig?
module voll(OUT1,OUT2,OUT3,IN1,IN2,IN3);
input IN1,IN2,IN3;
output OUT1,OUT2,OUT3;
reg TMP,OUT1,OUT2,OUT3;
always @(IN1 or IN2 or IN3) begin
TMP=~(IN1 | IN2);
OUT3=(IN1 | IN2);
if (TMP==1) begin
OUT1=TMP & IN3;
OUT2=IN2 & IN3;
end
else begin
OUT3=TMP & IN1;
OUT2=IN2 & IN1;
end
end
endmodule
Antwort: Vollständig sind:
❑ TMP
❑ OUT1
❑ OUT2
❑ OUT3

126
Kapitel B. Feldtest zur Evaluierung
Aufgabe 3 (2 Punkte): Welche der folgenden VERILOG-Register sind lokal und welche nur räumlich lokal?
module loc(OUT1,OUT2,CLK,IN1,IN2);
input CLK,IN1,IN2;
output OUT1,OUT2;
reg OUT1,OUT2,TMP1,TMP2;
always @(posedge CLK) begin
TMP2=IN1 & IN2;
OUT1

B.1 Ausgeteilte Unterlagen 127
Aufgabe 6 (2 Punkte): Nennen Sie zwei Vorteile der automatischen Logiksynthese gegenüber der manuellen.
Antwort:
1:________________________ 2:________________________
Aufgabe 7 (2 Punkte): Nennen Sie zwei nicht synthetisierbare oder in der Synthese ignorierte VERILOG-
Befehle.
Antwort:
1:________________________ 2:________________________
Aufgabe 8 (1 Punkt): Bekanntlich werden #-Anweisungen eines RTL-Modells bei der Synthese ignoriert. Was
gilt für das synthetisierte Gattermodell?
❑ Im Gattermodell lässt sich kein Zeitverhalten mehr simulieren.
❑ Das Gattermodell hat nur dann ein Zeitverhalten, wenn #-Anweisungen nachträglich manuell
eingefügt werden.
❑ RTL-Modell und Gattermodell haben in der Simulation unterschiedliches zeitliches Verhalten.
❑ Durch die Technologie-Bibliothek erhält das Gattermodell normalerweise ein zeitliches Verhalten.
Aufgabe 9 (4 Punkte): Wodurch unterscheiden sich (a) das Prä-Synthese-, (b) das Post-Synthese- und (c)
das Post-Layout-Modell? Kreuzen Sie alle zutreffenden Felder an.
Modell
(a) (b) (c)
Das Zeitverhalten des Prä-Synthese-Modells (a) wird berücksichtigt im... ❑ ❑ ❑
Die Gatterlaufzeiten der Technologie-Bibliothek werden berücksichtigt im... ❑ ❑ ❑
Die Laufzeiten der Leitungen werden berücksichtigt im... ❑ ❑ ❑
Die Taktgrenzen des Prä-Synthese-Modells (a) werden berücksichtigt im... ❑ ❑ ❑
Aufgabe 10 (1 Punkt): Wie wird eine assign-Anweisung synthetisiert?
❑ Immer durch kombinatorische Logik.
❑ In Abhängigkeit von der Lokalität als Register oder kombinatorische Logik.
❑ Immer durch Register.
❑ Durch eine Mischung aus Register und kombinatorischer Logik.

128
Kapitel B. Feldtest zur Evaluierung
Aufgabe 11 (3 Punkte): Zeichnen Sie die einzelnen Schritte und Vorgaben der Logiksynthese vom RTL- zum
Gattermodell.
Aufgabe 12 (2 Punkte): Optimieren Sie das linke VERILOG-Modell rechts so, dass es in der
Zwischendarstellung der Logiksynthese einen möglichst kurzen kritischen Pfad hat.
module count(OUT,IN);
input [7:0] IN;
output [3:0] OUT;
reg [3:0] OUT;
integer I;
Design-Compiler
always @(IN) begin
OUT=0;
for (I=0; I

B.1 Ausgeteilte Unterlagen 129
Aufgabe 13 (2 Punkte): Ergänzen Sie im folgenden RTL-Modell eines zu synthetisierenden
Zustandsautomaten die Zuweisungen und die Aktivierungslisten der always-Blöcke.
module state_machine (CLOCK, RESET, INPUT, STATE);
input CLOCK, RESET, INPUT;
output [6:0] STATE;
reg [6:0] STATE;
reg [6:0] DELTA;
always @(___________________________________________________) begin
end
DELTA = STATE;
if (INPUT == 1) DELTA STATE+1;
if (DELTA > 100) DELTA 100;
always @(___________________________________________________)
if (RESET == 1) STATE 0;
else STATE DELTA;
endmodule

130
B.2 Ergebnisse der Testklausur
An der Vorlesung beteiligten sich
insgesamt 57 Studenten. Auf Grund der
freiwilligen Teilnahme am Feldtest
entschieden sich einige, die Testklausur
nicht mitzuschreiben. Andere wiederum
gaben den Fragebogen nicht ab.
Dadurch konnten nicht alle Antworten
Kapitel B. Feldtest zur Evaluierung
berücksichtigt werden. Nur Teilnehmer, die die Klausur schrieben und den Fragebogen
zurückgaben, wurden berücksichtigt. Damit wurde ein bereinigtes Ergebnis ermittelt.
Tabelle B.1 gibt die Teilnehmerzahlen im Überblick wieder.
Bild B.2 zeigt das Resultat der Testklausur nach Klassen mit durchschnittlich
erreichter Punktzahl als Diagramm. B hat das beste Ergebnis, gefolgt von A und C.
28,00
24,00
20,00
16,00
12,00
8,00
4,00
0,00
18,29
Bild B.2 Durchschnittliche Punktezahl
Das beste Ergebnis hatte ein Teilnehmer aus
B mit 26,5 Punkten. Das schlechteste Ergebnis
kommt aus A mit 9 Punkten. Tabelle B.3 zeigt die
Punkte der besten und schlechtesten Ergebnisse.
Es ist wohl ein Zufall, dass A und C hier fast
dieselben Werte haben.
Teilnehmer A B C Summe
insgesamt 18 20 19 57
Klausur 17 17 16 50
Fragebogen 16 17 16 49
Ausgewertet 16 17 16 49
Bereinigtes Ergebnis
(durchschnittliche Punktezahl)
18,5
Klassen
Tabelle B.1 Teilnehmerzahlen
Dass B am besten abgeschnitten hat, könnte auch daran liegen, dass dessen
Teilnehmer besonders fleißig gewesen sind. Die Auswertung der Zeiterfassungsbögen
ergibt das Diagramm aus Bild B.4. Demnach war B im Durchschnitt mit 5,84h
Lerndauer am fleißigsten. A war fast genauso fleißig, während C lediglich im
17,21
A B C
max. 24 26,5 24
min. 9 11,5 9,5
Tabelle B.3 Max. und min. Punkte
A
B
C

B.2 Ergebnisse der Testklausur 131
Durchschnitt 2,76h gelernt hat. Das ist weniger als halb so lang wie bei A und B. Bei
dieser Auswertung wurde zwischen den Lernmethoden nicht unterschieden.
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Durchschnittliche Lerndauer in Stunden mit allen Methoden
(Skript, CBT, Vorlesung)
5,82 5,84
Bild B.4 Durchschnittliche Lerndauer
Berechnet man die Effizienz pro Stunde als Quotient zwischen der Punktezahl
geteilt durch die Lerndauer, so erhält man das Diagramm in Bild B.5. Danach scheint
das Lernen mit dem CBT effizienter.
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Klassen
Bild B.5 Durchschnittliche Effizienz
Mit Bild B.6 schauen wir uns an, welche Klasse in welcher Aufgabe wie
abgeschnitten hat. Zum Beispiel wurde die Antwort auf Aufgabe 5 auf die klassische
Art möglicherweise besser vermittelt. Hier hat B im Durchschnitt besser abgeschnitten
als A und C. Dagegen liegen bei Aufgabe 8 alle Werte sehr dicht beieinander.
2,76
Durchschnittliche Effizienz
(erreichte Punktezahl pro Lernstunde)
3,14 3,17
Klassen
6,24
A
B
C
A
B
C

132
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
Bild B.6 Durchschnittliche Punktezahl pro Aufgabe
B.3 Auswertung der Fragebögen
Kapitel B. Feldtest zur Evaluierung
Im folgenden wird die Auswertung der Ankreuzfragen präsentiert. Dabei wurden
jeweils die Klassen mit entsprechenden Methoden betrachtet. Die Fragen zum
Ausfüllen folgen im Anschluss.
B.3.1 Ankreuzfragen
Durchschnittliche Punktezahl pro Aufgabe
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
F2: Haben Sie eher kontinuierlich oder mehr einmalig gelernt?
Während bei A ein Drittel kontinuierlich gelernt hat (31% : 69%), fiel die Quote bei C
auf etwa ein Fünftel (19% : 81%) und bei B unter 6% (5,9% : 94,1%). Insgesamt lag
die Quote bei (18% : 82%).
F3: Waren Sie bei allen Vorlesungen zur Logiksynthese anwesend?
Aus Klasse A nahmen 56% an allen Vorlesungen teil, 44% fehlten einmal oder
zweimal. Bei B lag die Quote bei (59% : 41%).
F4: Haben Sie sich mit dem Skript befasst?
Bei A haben sich 50% etwas mit dem Skript befasst, 38% mittel und lediglich 13%
gründlich. Bei B waren es 59%, die sich etwas mit dem Skript befasst haben, 29%
mittel und 12% gründlich.
A
B
C

B.3 Auswertung der Fragebögen 133
F5: Haben Sie sich mit dem CBT befasst?
Bei A haben sich 44% etwas mit dem CBT befasst, 38% mittel und 19% sogar
gründlich. Bei A haben also mehr mit dem CBT gelernt als mit dem Skript. Bei C
haben sich 13% etwas mit dem CBT befasst, 56% mittel und 31% sogar gründlich.
F6: Wo lag Ihr Lernschwerpunkt?
Bei Klasse A lag der Lernschwerpunkt mit 25% auf dem CBT, 50% auf dem Skript mit
Vorlesung und lediglich 19% auf allem etwa gleich.
F7: Womit haben Sie zuerst gearbeitet?
Bei Klasse A haben 38% zuerst mit dem CBT gelernt, 50% mit dem Skript und
lediglich 12% gemischt.
F8: Mit welcher Methode haben Sie lieber gelernt?
In Klasse A haben 44% mit dem CBT lieber gelernt, 31% auf die klassische Art (Skript
und Vorlesung) und 19% mit beidem gleich gern.
F9: Wie schwierig war das CBT?
Bei Klasse A fanden 19% das CBT zu leicht, 81% OK. Dagegen fanden bei B nur 6%,
dass es zu leicht ist, und 94% OK. Keiner der Befragten fand das CBT zu schwer.
F10: Wie schwierig waren Skript mit Vorlesung?
Die klassische Lehre fanden bei A 6% zu leicht und 94% OK. Bei Klasse B fanden
12% die Lehre zu leicht, 82% OK und 6% sogar zu schwer.
F11: Wie präzise war das CBT?
Bei Klasse A fanden lediglich 6%, dass im CBT zu unscharf/verbal formuliert wurde.
81% dagegen fanden die Formulierungen OK. Bei B fanden sogar 94%, dass die
Formulierungen OK sind, der Rest machte keine Angaben.
F12: Wie präzise waren Skript mit Vorlesung?
88% bei A fanden die Präzision OK, nur 13% zu formal. Bei B fanden 6% die
Formulierungen im Skript zu unscharf/verbal, 82% OK und 12% sogar zu formal.
F13: Wie ausführlich war das CBT?
Bei A fanden 50% das CBT OK, 25% zu knapp. Zu ausführlich hat keiner angekreuzt.
Bei B fanden 81% das CBT OK und nur 13% zu knapp. Auch hier hat keiner zu
ausführlich angekreuzt.

134
F14: Wie ausführlich waren Skript und Vorlesung
Kapitel B. Feldtest zur Evaluierung
88% fanden bei A das Skript OK, keiner fand es zu ausführlich und nur 6% zu knapp.
Bei B fanden 76% das Skript OK, 6% zu ausführlich und 12% zu knapp.
F15: Wie interessant war das CBT?
6% bei A fanden das CBT eher langweilig, 25% OK und sogar 56% interessant. Bei C
waren langweilig und OK jeweils mit 25% vertreten und interessant mit 50%.
F16: Wie interessant waren Skript und Vorlesung?
Bei A fanden 19% das Skript mit Vorlesung langweilig, 50% fand es OK und 25%
interessant. Bei B fanden je 6% das Skript langweilig und interessant, 88% OK.
F17: Wie motivierend fanden Sie das CBT?
6% fanden bei A das CBT weniger motivierend, 56% OK und 25% sogar sehr
motivierend. Bei C fanden je 31% das CBT weniger motivierend und damit 38% OK.
F18: Wie motivierend waren Skript und Vorlesung?
25% fanden in Klasse A Skript und Vorlesung weniger motivierend, 63% OK und 13%
sogar sehr motivierend. Bei B votierten 29% mit weniger motivierend, 71% mit OK
und keiner mit sehr motivierend.
F23: Was empfehlen Sie ihren Nachfolgern?
Aus Klasse A würden lediglich 6% nur das Skript mit Vorlesung favorisieren und
keiner nur das CBT, hingegen 94% beides.
B.3.2 Auszufüllende Antworten
F1: Wie lief das CBT LogiSyn auf ihrem System technisch befriedigend,
oder hatten Sie Probleme? Welche Probleme?
- Lief gut
- Keine Probleme
- Lief einwandfrei
- Keine Probleme
- Texte paßten teilweise nicht in
Kästen; teilweise doppelte
Buchstaben in Code-Beispielen
(Bsp.: AA=BB) (bei farbig
markiertem Text)
- Keine Zeit zum Probieren
- Es lief einwandfrei.
- Es lief befriedigend.
- Läuft auf einem Athlon 1400MHz
einwandtfrei, schliesst sich nur

B.3 Auswertung der Fragebögen 135
etwas langsam, ist aber nicht
schlimm.
- No Problem
- Lief problemlos
- Lief auf Athlon XP1600+
einwandfrei.
- CD-ROM lesen machte Probleme.
Vielleicht sollte man die CDs
nummerieren und jedem Studenten
eine zuweisen für besseren Umgang
damit.
- Einwandfrei
- Kein Problem
- Lief alles OK
- Keine Probleme
- Stimme ein bisschen leise
- War OK
- Setup speichert nicht. Text zum
Mitlesen leider nicht bei 800x600.
- Keine Probleme
- Im Abschnitt 1.5 passiert nichts,
wenn man auf RTL-Modell klickt!?
- Es gab keine Probleme. Das CBT
lief einwandfrei auf meinem
Rechner (Celeron 500MHz).
- Alles wunderbar.
- OK
- Keine Probleme
- Keine Probleme
- Keine Probleme
- Die Scrollbars sind nicht komplett
Funktionierend.
- Fenster auf Bildschirm zu zentrieren
führte fast immer zum
Systemabsturz. WinNT
- Ja.
F19: Was fehlte in dem CBT LogiSyn, was haben Sie vermisst?
- Es kann halt nicht alle Fragen
beantworten. Ich hätte z.B. noch
einiges zur Lokalität gewusst.
- Langzeitmotivation.
- Evtl. eine Art Glossar mit den
wichtigsten Begriffen.
- Man könnte natürlich bei diesem
Punkt und F20 sagen: "alles
ausführlicher", aber das Denken
können auch mehr Bsp. nicht
abnehmen...
- Habe selten damit gearbeitet, aus
Zeitgründen.
- Nicht wichtig, aber
Zeitaufwandsschätzungen für jedes
Kapitel wären schön.
- Ein Bezug auf Synopsys.
- Es könnten ein paar Beispiele mehr
sein. Ausserdem könnte eine neue
Stimme für Abwechslung sorgen.
- Noch mehr Tricks zur Gatter-
Optimierung.
- Suchfunktion? Glossar? Text
mitlesen bei 800x600. Extra Fenster
zum selbst ausrichten. Erklärung mit
ESC abbrechen -> schnell blättern
ohne Animation abzuwarten: Falls

136
Animation mit leerer Seite beginnt,
sehe ich beim Blättern jene leere
Seite.
- Komplette Tastatursteuerung;
Funktion zum durchgehenden
Ablauf (wie ein Video abspielen,
ohne Interaktionszwang, das nervt).
- Die Nähe zu meinen Kommilitonen.
- Testmöglichkeit wie bei VERILOG.
Kapitel B. Feldtest zur Evaluierung
- Die Ansprechperson für offene
Fragen fehlt.
- Der "Zwang" sich damit zu
beschäftigen.
- Fullscreenmode.
F20: Was fehlte in dem Skript, was haben Sie vermisst?
- Ich hab's nicht gelesen.
- ...bei mehrmaligem Lesen bzw.
Anhören wird vieles klar.
- Bsp. besser durchsprechen.
- Keine Angaben, weil kaum genutzt.
CBT hat das Nachlesen im Skript
ersetzt.
- Die alle kleine Bsp. habe ich
vermisst. Die Zusammenfassung
reicht für mich noch nicht.
- Wichtige Begriffe deutlicher
kennzeichnen.
- Es sollten mehr kleine Tests
integriert sein, oder auch größere,
um von berieseln lassen auf, was
hab ich gelernt, umzuschalten.
- Wie ersetze ich notwendige #0-
Anweisungen (Bsp. Bidirektionale
Kommunikation).
- Formale Def. der verwendeten
Automatenmodells (nNAS).
- Alles markiert, was ich für die
Prüfung auswendig können...
- Ich mag es gerne formal.
- Cartoon
- s
F21: Was war im CBT schwierig, zweideutig, unverständlich oder falsch?
- Nichts, was mir aufgefallen wäre.
- Missverständlich in Kap. 4 beim
Quiz werden falsche Antworten des
Benutzers, nicht die falschen
- statt Y und W. 1.5: RTL-Modell
inaktiv (beim Anklicken)
- Alles ok
- falsch: 4.15-1; 4.15; 4.17.3
vorgegebenen rot markiert. Es wäre
gut, vorher darauf hinzuweisen.
- falsch: 4.15.1 Reset und 4.15.2 und
4.17.3: In case-Anweisung kam Y
zweimal als Schreibvariable vor
- Zu 1.5 Synthese-Ablauf mit
Compiler (3. Ebene) fehlt die
Erklärung zum Technologie-
Mapping
- 4.15.1/2 Nichtdeterminismus in Y?
Warum (Zeichnung) statt

B.3 Auswertung der Fragebögen 137
..(Zeichung).? Vielleicht in Setup
auswählen welche Notation man
möchte. / 2.4 UDPs / 4.14.3
Ziemlich langer Satz :-)
- 3.3.1: Soll der Knopf wirklich
„ebne“ heißen? Was soll das
bedeuten? / 5.15.1: Button für das
Gattermodell wäre hilfreich! / 4.9.2:
Die Zusammenhänge zwischen PR,
zeitlich - bzw. räumlich lokalen und
vollständigen Reg. wird aus den
Def. nicht deutlich! Vor allem bleibt
unklar wann im Test mehrfache
Antw. richtig sind und warum! Die
richtigen Antworten des Tests
bleiben unverständlich!
- Am schwierigsten im CBT war
Abschnitt 4, aufgrund der vielen
Definitionen. Dieses Kapitel sollte
man mindestens zweimal
durcharbeiten.
- Der Test in Kap. 4 war
unverständlich, was die Antworten
anbelangte. Man wusste nie so
genau was richtig war.
- Bisschen zu ausführlich.
- Einzeilige Kommentare sollen mit //
anfangen oder mit */
- beendet
F22: Was war im Skript schwierig, zweideutig, unverständlich oder falsch?
- Musste kurz wegen Logiksymbolen (XOR...) überlegen
- Bsp. zu schnell.
- Die Erklärung sind teilweise nicht so ausführlich wie bei CBT, z.B. über CL.
- Man sollte schon bei der Modellierung des RTL-Modells auf die bevorstehende
Synthese eingehen, damit man sich gleich bestimmte Design-Techniken angewöhnt.
- Im Text angegebene Bilder bzw. Beispiele öfters zu suchen! (Seiten später!)
- Die zu lernenden Merksätze sind über das gesamte Kapitel verteilt, eine komplette
Zusammenfassung dieser wäre wünschenswert (falls diese nicht vom Studierenden
selbst zu erarbeiten sind).
F28: Irgendwelche Kommentare zu Skript mit Vorlesung?
- Die Kombination aus beidem und ein Interesse an dem Stoff reichen an sich aus,
um alles wichtige zu vermitteln.
- Der Stil von Prof. Golze ist sehr in Ordnung. Es fällt leicht, zu folgen. Aber bischen
mehr auf die Bsp'le eingehen.
- Hilfreich bei Fragen, aber aufwändiger langsamer und anstrengender als CBT.
- Bild aus CBT Abschnitt 4.11.6 hat sehr klar erklärt, das fehlt bei Skript.

138
Kapitel B. Feldtest zur Evaluierung
- Mehrere male sind Bilder eines bestimmten Abschnitts in den nächsten gerutscht
(Skript). Der Stoff der VL steht und fällt mit Prof. Golze.
- Hat mir ehrlich gefallen.
- Mit CBT wäre sicher besser gewesen. [Antwort aus B]
- Zu sehr mit Bemerkungen überlasten.
- Sehr gut erklärend.
- An sich gute VL, weiter so.
F29: Irgendwelche Kommentare zum CBT?
- 640 x 490 sind eigentlich etwas klein. Mittlerweile sollte man eigentlich davon
ausgehen können, dass jeder wenigstens 800 x 600 anzeigen lassen kann.
Außerdem sind die Scrollleisten der Textfenster etwas zu empfindlich.
- Wie wäre es mit einer Motivation zur regelmäßigen Verwendung?
- Gut, als Ergänzung zur VL geeignet. Es könnte vielleicht mehr Quizfragen geben,
die sich ähneln, aber unterschiedliche korrekte Antworten haben. Beim 2. und 3.
Durchgang habe ich z. B. nur die ersten paar Worte einer Frage lesen müssen, um
zu wissen, was anzuklicken war. Auch eine immer wieder zufällig neu erstellte
Reihenfolge der Antworten wäre sinnvoll, da man sich sonst nur die Positionen der
Antworten merkt, aber nicht die Antworten selbst.
- Sehr gelungen, flexibel zu benutzen, sehr anschauliche Darstellungen,
Texteinblendung rechts sehr hilfreich.
- Alles OK
- Wirklich angenehm zum Lernen.
- Ich mag CBT nicht. Verspielte Generation! im Skript kann man schön blättern,
markieren, reinschreiben und hat dabei einen viel besseren Überblick über Inhalt
und Umfang des jeweiligen Stoffes.
- Gut gemachte Ergänzung zur VL. MM ist einfach besser, da man sich bestimmte
Passagen immer wieder anzeigen lassen kann, bis man sie verstanden hat. Was
mich betrifft lerne ich effizienter und lieber von einem Skript als von einem
Bildschirm.
- PC ging kaputt, konnte nicht lernen.
- Es fehlte der Humor von Prof. Golze [im CBT].
- Ein CBT kann niemals eine VL ersetzen, da es keine Nach- oder Zwischenfragen an
den Dozenten zuläßt.

B.4 Zusammenfassung 139
- Nett, aber für mich sind Rückfragen sehr wichtig! Daher gehe ich lieber zur VL. Als
Ergänzung zur VL sehr gut, wegen der Abwechslung, aber als Ersatz einfach nicht
motivierend genug.
- CBT kann eine echte Interaktion von zwei Personen
(Prof.-Studi) nicht vollständig ersetzen.
- Es ist teilweise etwas schwierig, die Gattermodelle zu überblicken/zu verstehen;
hilfreich wäre es z. B. die Bedeutung der einzelnen Symbole nochmals per Klick
anzeigen zu lassen und ggf. die Modelle leichter überschaubar zu machen - zu
große, komplexe Darstellungen eines Gattermodells schrecken eher ab! (z. B. 3.55
- absolut abschreckend!) - Die „Erkläre“-buttons (z. B. 4.8.1) sind sehr hilfreich,
solche sollten öfter vorkommen.
- Das Quiz im Abschnitt 1 und der Verständnistest in Abschnitt 4 gefielen mir gut.
Vielleicht könnte man am Ende von Abschnitt 4 noch einen solchen Test einbauen.
- Ich lerne immer nur mit Skript, ohne VL. Deshalb ist CBT sinnvolle Ergänzung.
- Es ist eine gute Ergänzung zur VL, aber für mich kein vollständiger Ersatz.
- Gute Arbeit!
- Ein paar Diagramme (layout) waren nicht klar (Schrift nicht erkennbar)
B.4 Zusammenfassung
Das CBT lief auf den meisten Systemen ohne Probleme (F1). Eine Antwort zu Frage
F29 weist auf ein im E-Learning allgemeines Problem hin: PC ging kaputt, konnte
nicht lernen. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage: kann man Studenten
zumuten, dass sie die Verantwortung übernehmen, wenn zuhause ihre Hardware
ausfällt. Und wer trägt die Verantwortung, wenn ein Server, über den WBTs laufen,
ausfällt? Solche Fragen müssten im Zusammenhang mit verstärktem
E-Learning-Einsatz zukünftig geklärt werden.
Enttäuschend ist, dass die Studenten weder mit Skript und Vorlesung noch mit
dem CBT zum kontinuierlichen Lernen motiviert werden konnten (F2). Auch die
Beteiligung an der Vorlesung ist im Schnitt mit etwa 58% nicht besonders hoch (F3).
Verständlich ist allerdings, dass mitten im Semester das Motivieren zum
kontinuierlichen Lernen schwieriger ist als in den Semesterferien. Entsprechend muss
man auch akzeptieren, dass die eine oder andere Vorlesung ausgelassen wird.
Interessant ist, dass A mit dem CBT intensiver gelernt hat, als mit dem Skript (F4
und F5). Bei C bedeutet dies, dass sich 13% schlecht auf die Testklausur vorbereitet
haben, das könnte ebenfalls das etwas schlechtere Abschneiden begründen (F5).
Aus Klasse A gaben lediglich 19% an, ihren Lernschwerpunkt auf beide
Methoden gelegt zu haben (F6). Eine stärkere Ausnutzung der Methoden von mehr

140
Kapitel B. Feldtest zur Evaluierung
Teilnehmern wäre hier wünschenswert gewesen. Eventuell könnte man durch Erhöhen
von Testanteilen im CBT dies fördern, da das Skript zum Durchführen von Tests
ungeeigneter ist.
Das Lernen mit dem CBT scheint A gefallen zu haben, denn 44% fanden es
angenehmer als 31%, die klassisch vorgingen (F8). Etwa ein Fünftel (19%) lernt mit
beiden Methoden gleich gern, was sich übrigens mit der Antwort aus F6 deckt. Das
CBT als auch Skript und Vorlesung waren vom Umfang und Ausführung angemessen
(F9 bis F16).
Beim Lernen ausschließlich mit CBT wurde auf die fehlende Kommunikation mit
dem Tutor verwiesen (F19). Viele schätzen es sehr, direkt individuelle Fragen stellen
zu können, was beim LCLT-produziertem CBT nicht möglich ist. Daher fällt auch die
Einschätzung zum CBT eher als Ergänzung zur klassischen Lehre aus (F28 und F29).
Das Angebot von Wissen durch unterschiedliche Methoden empfanden viele als
vorteilhaft und empfahlen ihren Nachfolgern beide Methoden (F23).

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Name: Tamer Çatalkaya
Geboren am: 14.07.1969 in Istanbul, Türkei
Familienstand: verheiratet, Sohn (2 Jahre)
Schulausbildung
1976 - 1980 Grundschule I, Rinteln
1980 - 1982 Orientierungsstufe, Rinteln
1982 - 1986 Hildburg Realschule, Rinteln
Qualifizierter Realschulabschluss
1986 - 1989 Gymnasium Ernestinum, Rinteln
Abitur
Studium und Berufserfahrung
1989 - 1997 Studium der Informatik an der TU Braunschweig
1992 - 1993 Programmierer, Gebrüder Stövesandt AG, Rinteln
Lebenslauf
08/1994 – 06/1995 Datenbankprogrammierer, DataTex GmbH, Aschaffenburg
11/1995 – 07/1996 Treiber-Entwicklung und WEB-Programmierung,
Miro Computer Products AG, Braunschweig
04/1996 – 01/1997 Studentische Hilfskraft, Institut für Programmiersprachen und
Informationssysteme, TU Braunschweig
1997 Informatik-Diplom
Lebenslauf
12/1997 – wissenschaftlicher Mitarbeiter,
Abteilung Entwurf integrierter Schaltungen, TU Braunschweig
Braunschweig, 14.07.2003

Abschnitt eines Lernprogramms ...........................51
Abstraktionsebenen
Geometrische Layout-Ebene ............................81
Logik- oder Gatterebene...................................80
Regeister-Transfer-Ebene.................................80
Schaltkreisebene...............................................80
Symbolische Layout-Ebene..............................81
Systemebene.....................................................80
Verhaltensebene ...............................................80
adaptives System...................................................28
assoziierte Lernprogramme...................................77
A Simple Instruction Computer (ASIC) ...........77
Beispiele und Aufgaben (BuA) ........................77
Built-In Logic Block Observer (BILBO) .........78
Einführung in den Synopsys-Design-Analyzer
(ESDA) ........................................................78
Einführung in den VLSI-Entwurf (EVE)..........78
Grobüberblick über den Schaltungsentwurf
(GrobiS) .......................................................78
Hardware-Software-Codesign (HSC)...............79
Kräftegesteuertes Scheduling ...........................79
Regeln und Empfehlungen zur Logiksynthese
(REL) ...........................................................77
Aufbau des Inhaltsverzeichnises...........................67
Austauschverzeichnis............................................71
Authorware ...........................................................34
AICC ................................................................37
Funktionen........................................................64
Nutzergemeinde AWARE ................................35
parallele Abläufe ..............................................62
Programmierebenen..........................................61
Programmieren .................................................61
Schwächen........................................................37
SCORM............................................................37
Skriptsprache....................................................64
Variablen..........................................................64
XML.................................................................37
Autorensystem ..................................................1, 30
Authorware.......................................................34
Index
Index
Unterschiede.....................................................30
Blended Learning .................................................16
Built-In Logic Block Observer (BILBO)........78, 93
CAD-Tools ...........................................................17
CBT ........................................................................7
CBT-Eigenentwicklung ........................................21
Autorensystem..................................................21
CBT-Gerüst......................................................31
Grafikbibliotheken ...........................................21
herkömmliche Produktion ................................21
im Chip-Entwurf...............................................24
Lernen durch Lehren ..................................32, 38
Lerntheorien .....................................................38
Lizenzrestriktionen...........................................23
Methodische Grundtypen .................................38
Multimedia-Arbeitsplatz ..................................22
Nachteile ..........................................................22
Produktionsausstattung.....................................22
Studenten entwickeln für Studenten .................31
Vorteile ............................................................23
CBT-Fremdproduktion .........................................24
Cell Based Integrated Circuit (CBIC)...................95
Chip- und System-Entwurf
Abstraktionsebenen ..........................................79
EDA-Tools.......................................................83
Entwurfsstile.....................................................94
Hardware-Software-Codesign ..........................96
Simulation ........................................................88
Synthese ...........................................................85
Test...................................................................92
Verhalten und Struktur .....................................82
Chip-Entwurf
EDV-affine.......................................................18
Darstellungsbereich ..............................................53
Defekte .................................................................94
Defektüberdeckung...............................................94

154
Design-Empfehlungen
Kontrast............................................................46
Linien ...............................................................46
Schriftarten und -größen...................................45
Sprachaufnahme ...............................................46
Designer-Empfehlungen (DE) ..............................45
EDA-Tools ...........................................................83
Einführung ins Referenzmodell (EIR) ..................44
E-Learning ..............................................................7
als Blended Learning........................................16
im Chip-Entwurf...............................................18
in der Wirtschaft...............................................15
kombinierter Einsatz.........................................16
ohne Betreuung ................................................15
Tutoren.............................................................16
VLSI-Ausbildung .............................................16
Entwurfsstile .........................................................94
Full-Custom......................................................94
Semi-Custom....................................................94
Ereignis-Abarbeitungs-Reihenfolge......................91
Ereignisse..............................................................90
Fehlermodelle .......................................................94
Fehlerüberdeckung ...............................................94
Feldtest .................................................................97
Aufbau..............................................................98
Durchführung ...................................................98
Ergebnis............................................................99
Prognose...........................................................99
Schlussfolgerung ............................................101
Field-Programmable Gate-Array (FPGA).18, 75, 95
formale Verifikation .............................................92
Granularität...........................................................31
Hardware-Beschreibungssprache (HDL)..............17
Hardware-Software-Codesign...............................96
High-Level-Synthese ............................................85
Illusion – FPGA-Entwurf eines Display-Controllers
..........................................................................75
Intellectual Property..............................................42
intelligentes tutorielles System (ITS)....................28
konstruktives Lernen.............................................19
Koppeln von Modulen zu Lernsystemen ..............69
Kosten
hochwertige Lernsysteme .................................14
Zeitersparnis.....................................................59
Layout-Synthese ...................................................87
Lebenslanges Lernen ..............................................6
Lerneinheit............................................................31
Lern-Management-Systeme ..................................37
Lernprogramme
Attribute ...........................................................26
Design-Flow.......................................................1
Index
Design-Reuse .....................................................2
Klassifizierung .................................................25
Portabilität........................................................19
Lernprogrammstruktur
Baumstruktur....................................................49
Leiterstruktur....................................................49
Netzwerkstruktur..............................................49
Lernsystem............................................................36
Lerntheorien .........................................................26
Bahaviourismus................................................26
Kognitivismus ..................................................27
Konstruktivismus..............................................27
Lesezeichen ..........................................................69
Logiksynthese.................................................76, 86
LogiSyn ................................................................76
Lose Kopplung ...............................................33, 54
Low-Cost-Low-Time-Produktion ...................29, 42
Methodische Grundtypen......................................28
intelligentes tutorielles System.........................28
Mikrowelten .....................................................29
Spiele................................................................29
tutorielles System .............................................28
Mixed-Mode-Simulation ......................................92
Modul ...................................................................51
Modularität ...........................................................31
Modulwechsel.......................................................69
Navigation
History-Liste ....................................................56
Lesezeichen......................................................56
Pause-Taste ......................................................56
Seitenende-Anzeige..........................................57
Skip-Taste ........................................................56
Navigationsbereich ...............................................53
neue Lehr- und Lernformen....................................5
im Umfeld der Hochschulen...............................8
im wirtschaftlichen Umfeld ................................6
Parallelität und Zeit ..............................................89
Parallelität und Zeit (PuZ) ....................................74
Präsentationsfenster..............................................53
Programmable-Logic-Device (PLD) ....................95
Projekt-Linking-Tool (PLT).................................44
Referenzmodell.....................................................31
Abschnitt ..........................................................51
Anforderungen .................................................42
Einsatz..............................................................47
Grundlage.........................................................41
Hauptmenü .......................................................57
Komponenten ...................................................44
Konzept............................................................48
Lernprogrammstruktur .....................................49
Modul...............................................................51
Modularität.......................................................52
Modulaufbau ....................................................52
Navigation........................................................55

Präsentationsfenster..........................................53
Seite..................................................................51
Seitengruppe.....................................................51
Textfenster........................................................58
Voraussetzungen ..............................................43
Zeitersparnis.....................................................59
Zielgruppen ......................................................43
Referenzmodell für multimediale Lernprogramme
..........................................................................31
Refmod-Starter-Kit (RSK)....................................44
Aufrufparameter ...............................................69
Austauschverzeichnis .......................................71
Einsatz..............................................................64
Inhaltsverzeichnis.............................................67
Koppeln von Modulen......................................69
Lernsysteme......................................................69
Lesezeichen ......................................................69
Pause-Taste ......................................................66
Programm-Code ...............................................65
Skip-Taste ........................................................67
Textfenster........................................................67
Register-Transfer-Logik .......................................17
RSK im Detail (RID) ............................................45
RTL-Modell..........................................................17
Schaltungsentwurf.................................................17
Seite eines Lernprogramms...................................51
Seitengruppe .........................................................51
Seitengruppe eines Lernprogramms......................51
155
Simulation.............................................................88
Parallelität und Zeit..........................................89
Simulationszeitpunkt........................................90
Skip-Taste.............................................................57
Synthese................................................................85
Synthese-Compiler ...............................................17
Test.......................................................................92
Textfenster............................................................53
Tutor.....................................................................14
tutorielles System..................................................28
Behaviourismus................................................28
Drill & Practice-Programme ............................28
VeriBox ................................................................73
assoziierte Lernprogramme ..............................73
Illusion – FPGA-Entwurf eines Display-
Controllers ...................................................75
Logiksynthese (LogiSyn) .................................76
Parallelität und Zeit (PuZ)................................74
VERILOGisch..................................................74
VERILIOGisch.....................................................74
VERILOG ............................................................84
VLSI .......................................................................2
vollständige Simulation ........................................92
Vorstellung des Referenzmodells (VDR) .............44
WBT.......................................................................7