1.1 --- a/doc/MM/ISAC_AuthoringTools.tex Sun Feb 10 17:12:01 2008 +0100
1.2 +++ b/doc/MM/ISAC_AuthoringTools.tex Mon Feb 11 11:05:06 2008 +0100
1.3 @@ -3,9 +3,9 @@
1.4
1.5 Der Mathematikunterricht in Schulen wird grunds\"atzlich anhand von Lehrb\"uchern durchgef\"uhrt. Die darin vorkommenden Beispiele werden je nach Schulstufe ohne technische Hilfsmittel oder mit Hilfe eines Taschenrechners gel\"ost. Um den Sch\"ulern einen besseren Einblick in L\"osungsverfahren verschiedener Beispiele zu bieten, soll das \sisac{} Tutoring System im Schulbetrieb eingesetzt werden. Dem Sch\"uler wird nun erm\"oglicht, Rechenbeispiele automatisiert zu l\"osen und die dabei durchgef\"uhrten Schritte einzeln zu betrachen.
1.6
1.7 -Das \sisac{} Tutoring System beinhaltet nur eine kleine Sammlung an Beispielen zur Veranschaulichung. Um den Einsatz im Unterricht effizient und auch sinnvoll zu gestalten ist es nun notwendig den Sch\"ulern Beispiele aus ihrem im Mathematikunterricht verwendeten B\"uchern mit \sisac{} zu pr\"asentieren. A priori ist es aber nicht m\"oglich, alle Beispiele aus diversen Schulb\"uchern im System zu integrieren. Daher muss, bevor das System in einer Schulklasse eingesetzt wird, der jeweilige Content generiert werden. Dazu wird das \sisac{} Authoring System verwendet. Content besteht entweder nur aus der aktuellen Seite des Mathematikbuches die gerade bearbeitet wird, oder auch aus mehreren Kapiteln.
1.8 +Das \sisac{} Tutoring System, welches zur Zeit eine Desktop Applikation ist, aber in Zukunft auch \"uber einen Web-Browser aufrufbar sein wird \cite{bakk-WK}, beinhaltet nur eine kleine Sammlung an Beispielen zur Veranschaulichung. Um den Einsatz im Unterricht effizient und auch sinnvoll zu gestalten ist es nun notwendig den Sch\"ulern Beispiele aus ihrem im Mathematikunterricht verwendeten B\"uchern mit \sisac{} zu pr\"asentieren. A priori ist es aber nicht m\"oglich, alle Beispiele aus diversen Schulb\"uchern im System zu integrieren. Daher muss, bevor das System in einer Schulklasse eingesetzt wird, der jeweilige Content generiert werden. Dazu wird das \sisac{} Authoring System verwendet. Content besteht entweder nur aus der aktuellen Seite des Mathematikbuches die gerade bearbeitet wird, oder auch aus mehreren Kapiteln.
1.9
1.10 -Diese Arbeit sollte m\"oglichst einfach, rasch und effizient durchf\"uhrbar sein. Es ist nicht zielf\"uhrend, wenn die Contentgenerierung \"uberproportional viel Zeit beansprucht. Daher die Notwendigkeit, Werkzeuge bereitzustellen, die diese Arbeit vereinfachen und automatisieren. Im n\"achsten Kapitel wird der Aufbau einer typischen Content Seite beschrieben und auch kurz auf die verschiedenen Variationsm\"oglichkeiten eingegangen. Es stellt nicht den Anspruch auf Vollst\"andigkeit, da nicht alle Mathematikb\"ucher diesem Schema folgen. Diese m\"ussen gesondert behandelt werden und sind nicht Teil dieses Dokuments. Danach wird der im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Prototyp, welcher die Erstellung von Content erheblich vereinfacht und automatisiert, vorgestellt. Dies soll erste Aufschl\"usse dar\"uber geben, welche Requirements f\"ur ein Content Generierungs Tool erforderlich sind. Abschliessend werden die Ergebnisse zusammengefasst, offene Fragen behandelt und erl\"autert, welche Faktoren bei der Entwicklung eines Vollst\"andigen Tools zu ber\"ucksichtigen sind.
1.11 +Diese Arbeit sollte m\"oglichst einfach, rasch und effizient durchf\"uhrbar sein. Es ist nicht zielf\"uhrend, wenn die Contentgenerierung \"uberproportional viel Zeit beansprucht. Derzeit existieren keinerlei Werkzeuge oder Tools daf\"ur und die manuelle Contentgenerierung wird schon mit einer kleinen Anzahl von Beispielen sehr aufw\"andig. Daher entsprang nun die Notwendigkeit, Werkzeuge bereitzustellen, die diese Arbeit vereinfachen und automatisieren. Im n\"achsten Kapitel wird der Aufbau einer typischen Content Seite beschrieben und auch kurz auf die verschiedenen Variationsm\"oglichkeiten eingegangen. Es stellt nicht den Anspruch auf Vollst\"andigkeit, da nicht alle Mathematikb\"ucher diesem Schema folgen. Diese m\"ussen gesondert behandelt werden und sind nicht Teil dieses Dokuments. Danach wird der im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Prototyp, welcher die Erstellung von Content erheblich vereinfacht und automatisiert, vorgestellt. Dies soll erste Aufschl\"usse dar\"uber geben, welche Requirements f\"ur ein Content Generierungs Tool erforderlich sind. Abschliessend werden die Ergebnisse zusammengefasst, offene Fragen behandelt und kurz erl\"autert, welche Faktoren bei der Entwicklung eines vollst\"andigen Tools zu ber\"ucksichtigen sind.
1.12
1.13 \chapter{Content}
1.14 \label{chap:content}
1.15 @@ -78,7 +78,7 @@
1.16 \begin{figure}[htbp]
1.17 \centering
1.18 \includegraphics[width=0.6\textwidth]{myfig/MM-book_page.eps}
1.19 - \caption{Beispiel Seite aus dem Buch und ausgew\"ahlte Bereiche die eingescannt werden}
1.20 + \caption{Beispielseite und daraus eingescannte Bereiche}
1.21 \label{fig:scan_page}
1.22 \end{figure}
1.23
1.24 @@ -265,7 +265,7 @@
1.25 \label{chap:Ausblick}
1.26 Ziel dieser Arbeit war es, einen Prototyp f\"ur die Content Generierung f\"ur das \sisac{} Tutoring zu erstellen. Aus diesem sollten auch Erfahrungen f\"ur die Entwicklung allgemeinerer Tools zur Content Generierung gewonnen werden.
1.27
1.28 -Die Implementation ist erfolgreich gelungen und hat die zum Erstellen der vorgegebenen Beispielsammlung notwendige Zeit so verk\"urzt, dass diese Autorenarbeit vom \sisac-Team auf andere Anwender weitergegeben werden kann.
1.29 +Die Implementatierung ist erfolgreich gelungen und hat die zum Erstellen der vorgegebenen Beispielsammlung notwendige Zeit so verk\"urzt, dass diese Autorenarbeit vom \sisac-Team auf andere Anwender weitergegeben werden kann.
1.30
1.31 In diesem Kapitel wird eine kurze Zusammenfassung und danach ein Ausblick f\"ur die Entwicklung eines universeller einsetzbaren Tools gegeben.
1.32
1.33 @@ -279,11 +279,11 @@
1.34 \begin{description}
1.35 \item[Grafiken] Die Platzierung der Grafiken zu definieren, indem sie an ein konkretes Beispiel gebunden werden, hat sich als sehr robust bew\"ahrt. Jedoch muss evaluiert werden, ob dieser Ansatz variabel genug ist um alle vorkommenden F\"alle abzudecken. Derzeit ist es nur m\"oglich, Grafiken ober- oder unterhalb von Beispielen zu plazieren, jedoch nicht in gleicher H\"ohe in einer angrenzenden Spalte.
1.36 \item[Spalten] Der erste Ansatz, eine vordefinierte Spaltenanzahl pro Seite zu haben, war bald zu restriktiv. Es ist notwendig, pro Beispiel definieren zu k\"onnen, in wie vielen Spalten die Unterbeispiele angeordnet sein sollen.
1.37 -\item[XML Definition] Das XML Format zur Beschreibung einer Seite ist sicher der richtige Ansatz und sollte weiter verfolgt werden. Jedoch ist es notwendig, zuerst eine ausf\"uhrliche Analyse der abzubildenden Seiten durchzuf\"uhren und dann zuerst ein sehr genau durchdachtes XML Schema zu entwerfen welches die XML Struktur der Konfigurationsdatei definiert \cite{xml}. Es gibt eine Vielzahl von Mathematikb\"uchern und jedes hat bestimmte Eigenheiten die ber\"ucksichtig werden sollten. Deswegen ist es wichtig, ein m\"oglichst allgemeines Bild zu bekommen und Spezialf\"alle und Ausnahmen zu erkennen. In diesem Prototyp wurde vorausgesetzt, dass alle Beispiele eine bestimmte Anzahl von Unterbeispielen besitzen, welche mit fortlaufenden Kleinbuchstaben bezeichnet werden. Weiters ist noch zu \"uberlegen, ob die generierten XML Files einfach aus Strings oder aus XML Objekten generiert werden. Derzeit wird einfach ein String erstellt, und dieser in ein File geschrieben (einfachste L\"osung). Ein im Code erstelltes XML Objekt hat den Vorteil, dass man es auf Korrektheit \"uberpr\"ufen (durch vergleichen mit einem Schema) und durch genormte Manipulationsschritte ver\"andern kann.
1.38 +\item[XML Definition] Das XML Format zur Beschreibung einer Seite ist sicher der richtige Ansatz und sollte weiter verfolgt werden. Jedoch ist es notwendig, zuerst eine ausf\"uhrliche Analyse der abzubildenden Seiten durchzuf\"uhren und dann zuerst ein sehr genau durchdachtes XML Schema zu entwerfen welches die XML Struktur der Konfigurationsdatei definiert \cite{xmlSchema}. Es gibt eine Vielzahl von Mathematikb\"uchern und jedes hat bestimmte Eigenheiten die ber\"ucksichtig werden sollten. Deswegen ist es wichtig, ein m\"oglichst allgemeines Bild zu bekommen und Spezialf\"alle und Ausnahmen zu erkennen. In diesem Prototyp wurde vorausgesetzt, dass alle Beispiele eine bestimmte Anzahl von Unterbeispielen besitzen, welche mit fortlaufenden Kleinbuchstaben bezeichnet werden. Weiters ist noch zu \"uberlegen, ob die generierten XML Files einfach aus Strings oder aus XML Objekten generiert werden. Derzeit wird einfach ein String erstellt, und dieser in ein File geschrieben (einfachste L\"osung). Ein im Code erstelltes XML Objekt hat den Vorteil, dass man es auf Korrektheit \"uberpr\"ufen (durch vergleichen mit einem Schema) und durch genormte Manipulationsschritte ver\"andern kann.
1.39 \item[Proben] Es kann sicher vorkommen, dass nicht alle Unterbeispiele eine Probe besitzen, und diese auch nicht alle mit den gleichen Substitutionswerten durchgef\"uhrt werden. Es muss eine flexible Definition von Proben f\"ur einzelne Beispiele gefunden werden.
1.40 \item[Probleme und Methoden] Wie sich im Laufe der Entwicklung des Protoyps gezeigt hat, ist die Problem- und Methodendefintion nicht einheitlich und unterscheidet sich eventuell von Beispiel zu Beispiel. Derzeit ist diese Definition im Sourcecode integriert, was eine sehr undynamische L\"osung darstellt. Dies hat den Grund, dass es sich hierbei nur um einen in kurzer Zeit entwickelten Prototyp handelt. Es ist auf jeden Fall erforderlich, dass jedes Beispiel eine eigene Problem- und Methodendefinition besitzt. Da aber einige Beispiele die gleichen Definition haben werden, kann diese repetitive Arbeit verhindert werden, indem eine Menge von Problem- und Methodendefinitionen in einer Lookup-Tabelle oder einem speziellen XML File definiert werden. Jedes Beispiel m\"usste dann nur mehr auf die gew\"unschte Problem- und Methodendefinition in der Lookup-Tabelle referenzieren. Dies vereinfacht \"Anderungen und vermeidet sehr oft wiederholte Definitionen in den XML Konfigurationsdateien.
1.41 \item[Computer- vs. Lehrversion] Zur Zeit gibt es die Unterscheidung zwischen der Computer- und Lehrversion. Sie unterscheiden sich dadurch, dass verschiedene Probleme- und Methoden verwendet werden, und dass der Angabetext bei der Lehrversion nicht Englisch, sonder Deutsch ist (z.B. \textit{Vereinfache} anstatt \textit{Simplify}). Diese Unterschiede sind derzeit auch nur im Sourcecode eingebettet, m\"ussen jedoch entweder in globalen Variablen, Konstanten oder \"uberhaupt extern definiert werden. Die Frage, ob es in Zukunft noch mehrere verschiedenen Versionen geben wird, ist auch zu stellen.
1.42 -\item[Hierarchie] Wie oben erw\"ahnt, muss jede neu erstellte Seite in die XML Hierarchie Datei eingebunden werden, um in der Men\"ustruktur des \texttt{Example browsers} aufzuscheinen. Dieser Schritt ist derzeit noch sehr umst\"andlich, werden doch die XML-Hierarchiedaten f\"ur die neu erstellten Seiten statisch im Code erzeugt und m\"ussen dann manuell an die richtige Stelle der XML-Hierarchie Datei kopiert werden. Ziel soll es sein, dass man nur definieren muss wie und wo die neuen Seiten in die Hierarchie eingebunden werden sollen und das Tool die XML-Hierarchie Datei automatisch anpasst, und somit dieser manuelle Schritt wegf\"allt.
1.43 +\item[Hierarchie] Wie oben erw\"ahnt, muss jede neu erstellte Seite in die XML Hierarchie Datei eingebunden werden, um in der Men\"ustruktur des \texttt{Example browsers} aufzuscheinen. Dieser Schritt ist derzeit noch sehr umst\"andlich, werden doch die XML-Hierarchiedaten f\"ur die neu erstellten Seiten statisch im Code erzeugt und m\"ussen dann manuell an die richtige Stelle der XML-Hierarchie Datei kopiert werden. Ziel soll es sein, dass man nur definieren muss wie und wo die neuen Seiten in die Hierarchie eingebunden werden sollen und das Tool die XML-Hierarchie Datei automatisch anpasst, und somit dieser manuelle Schritt wegf\"allt. Dies kann zum Beispiel durch parsen in einen DOM Tree \cite{dom} durchgef\"uhrt werden, welcher dann entsprechend manipuliert und wieder gespeichert wird.
1.44 \item[MathML] Einer der entscheidenden Schritte von \sisac{} Richtung breiter Anwendbarkeit wird die 2-dimensionale Darstellung von Formeln sein. Eine Weiterentwicklung des Prototypen f\"ur das Authoring wird also auf die Integration von MathML \cite{mathML} in alle Autorentools Bedacht nehmen.
1.45 \end{description}
1.46
1.47 @@ -360,7 +360,7 @@
1.48
1.49 $GEN_EXP_HIERARCHY$:
1.50 file which contains the generated hierarchy
1.51 - (currently exp_hierarchy_allPages.xml and
1.52 + (currently exp_hierarchy_allPages.xml and
1.53 located in $GEN_OUTPUT_DIR$)
1.54
1.55 $EXP_HIERARCHY$:
2.1 --- a/doc/MM/MM_semproj.tex Sun Feb 10 17:12:01 2008 +0100
2.2 +++ b/doc/MM/MM_semproj.tex Mon Feb 11 11:05:06 2008 +0100
2.3 @@ -2,10 +2,14 @@
2.4 \input{preamble}
2.5
2.6 \begin{document}
2.7 +
2.8 \input{titlepage}
2.9 +\pagenumbering{arabic}
2.10 +\input{abstract}
2.11 \tableofcontents
2.12 \listoffigures
2.13
2.14 \input{ISAC_AuthoringTools}
2.15 +
2.16 \bibliography{bib/isac,bib/MM}
2.17 \end{document}
3.1 --- /dev/null Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000
3.2 +++ b/doc/MM/abstract.tex Mon Feb 11 11:05:06 2008 +0100
3.3 @@ -0,0 +1,19 @@
3.4 +\newpage
3.5 +
3.6 +\def\changemargin#1#2{\list{}{\rightmargin#2\leftmargin#1}\item[]}
3.7 +\let\endchangemargin=\endlist
3.8 +\verb' '\\
3.9 +\vspace{20mm}
3.10 +\verb' '\\
3.11 +\begin{center}
3.12 +{\bf Abstract: }
3.13 +\end{center}
3.14 +Das vorliegende Seminar/Projekt hatte zur Aufgabe, mehrere hundert Beispiele aus einem Mathematik-Lehrbuch in das \sisac-Lernsystem zu \"ubertragen.
3.15 +
3.16 +Die besondere Herausforderung in der Aufgabenstellung ergab sich daraus, dass das \sisac-System zwar eine relativ leistungsf\"ahige Tutoring-Komponente hat, diese die komplexe Struktur des Contents bestimmt, aber dass bisher noch niemals Requirements f\"ur die Autorenarbeit bedacht wurden.
3.17 +
3.18 +Es zeigte sich, dass der Aufwand an Autorenarbeit f\"ur eine solche Menge von Beispielen nicht mehr zu bew\"altigen war. Daher wurde ein Prototyp eines Autorenwerkzeuges erstellt, der die Autorenarbeit teilweise automatisiert.
3.19 +
3.20 +Dieser Prototyp ist ein erster Schritt in Richtung einer umfassenden Requirements-Analyse zur Autorenarbeit (nicht nur f\"ur Beispiels-Daten, sondern auch f\"ur Daten der Mathematik-Wissensbasis).
3.21 +
3.22 +%F\"ur den erfolgreichen Einsatz von \sisac{} im Schulbetrieb ist es notwendig, neuen Content f\"ur das Tutoring System rasch und mit wenig Aufwand zu erstellen. Grunds\"atzlich umfasst die Erstellung einer neuen Contentseite mehrere Schritte, die bisher nur manuell durchgef\"uhrt werden konnten. Dieses Dokument gibt eine Einf\"uhrung \"uber Content, und stellt einen Protoyp eines Tool vor, welches die Contenterstellung teilweise automatisiert und stark vereinfacht. Ziel war es, einen grunds\"atzlichen \"Uberblick \"uber Content Generierung zu gewinnen, erste Automatisierungsschritte mit dem Prototyp durchzuf\"uhren und erste Einblicke in die notwendigen Requirements f\"ur ein vollst\"andiges Content Generierungs Tool zu gewinnen.
4.1 --- a/doc/MM/preamble.tex Sun Feb 10 17:12:01 2008 +0100
4.2 +++ b/doc/MM/preamble.tex Mon Feb 11 11:05:06 2008 +0100
4.3 @@ -15,14 +15,29 @@
4.4 \usepackage{graphicx}
4.5 \usepackage{mathpazo}
4.6
4.7 +%%%%%%%%%%%%%%%
4.8 +%MM BEGIN COMMENT
4.9 +%
4.10 +%causes problems with newer Latex versions, the \ifx command does not work
4.11 +%this makes latex generate .pdf files instead of .div files
4.12 +%use \usepackage{ifpdf} instead
4.13
4.14 -\newif\ifpdf
4.15 -\ifx\pdfoutput\undefined
4.16 - \pdffalse % we are not running PDFLaTeX
4.17 -\else
4.18 - \pdfoutput=1 % we are running PDFLaTeX
4.19 - \pdftrue
4.20 -\fi
4.21 +
4.22 +%\newif\ifpdf
4.23 +%\ifx\pdfoutput\undefined
4.24 +% \pdffalse % we are not running PDFLaTeX
4.25 +%\else
4.26 +% \pdfoutput=1 % we are running PDFLaTeX
4.27 +% \pdftrue
4.28 +%\fi
4.29 +
4.30 +%MM END COMMENT
4.31 +%%%%%%%%%%%%%%
4.32 +%MM:
4.33 +\usepackage{ifpdf}
4.34 +
4.35 +
4.36 +
4.37 %----------------------------------------------------------------------
4.38 \ifpdf
4.39 \usepackage[pdftex,
5.1 --- a/doc/MM/titlepage.tex Sun Feb 10 17:12:01 2008 +0100
5.2 +++ b/doc/MM/titlepage.tex Mon Feb 11 11:05:06 2008 +0100
5.3 @@ -1,3 +1,15 @@
5.4 +
5.5 +
5.6 +
5.7 +
5.8 +
5.9 +
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5.11 +
5.12 +
5.13 +
5.14 +
5.15 +
5.16 \begin{titlepage}
5.17 \fontsize{12pt}{16pt}\selectfont
5.18
5.19 @@ -46,27 +58,6 @@
5.20 %}
5.21 \end{center}
5.22
5.23 -\newpage
5.24 -
5.25 -\def\changemargin#1#2{\list{}{\rightmargin#2\leftmargin#1}\item[]}
5.26 -\let\endchangemargin=\endlist
5.27 -
5.28 -\verb' '\\
5.29 -\vspace{20mm}
5.30 -\verb' '\\
5.31 -\begin{center}
5.32 -{\bf Abstract: }
5.33 -\end{center}
5.34 -Das vorliegende Seminar/Projekt hatte zur Aufgabe, mehrere hundert Beispiele aus einem Mathematik-Lehrbuch in das \sisac-Lernsystem zu \"ubertragen.
5.35 -
5.36 -Die besondere Herausforderung in der Aufgabenstellung ergab sich daraus, dass das \sisac-System zwar eine relativ leistungsf\"ahige Tutoring-Komponente hat, diese die komplexe Struktur des Contents bestimmt, aber dass bisher noch niemals Requirements f\"ur die Autorenarbeit bedacht wurden.
5.37 -
5.38 -Es zeigte sich, dass der Aufwand an Autorenarbeit f\"ur eine solche Menge von Beispielen nicht mehr zu bew\"altigen war. Daher wurde ein Prototyp eines Autorenwerkzeuges erstellt, der die Autorenarbeit teilweise automatisiert.
5.39 -
5.40 -Dieser Prototyp ist ein erster Schritt in Richtung einer umfassenden Requirements-Analyse zur Autorenarbeit (nicht nur f\"ur Beispiels-Daten, sondern auch f\"ur Daten der Mathematik-Wissensbasis).
5.41 -
5.42 -%F\"ur den erfolgreichen Einsatz von \sisac{} im Schulbetrieb ist es notwendig, neuen Content f\"ur das Tutoring System rasch und mit wenig Aufwand zu erstellen. Grunds\"atzlich umfasst die Erstellung einer neuen Contentseite mehrere Schritte, die bisher nur manuell durchgef\"uhrt werden konnten. Dieses Dokument gibt eine Einf\"uhrung \"uber Content, und stellt einen Protoyp eines Tool vor, welches die Contenterstellung teilweise automatisiert und stark vereinfacht. Ziel war es, einen grunds\"atzlichen \"Uberblick \"uber Content Generierung zu gewinnen, erste Automatisierungsschritte mit dem Prototyp durchzuf\"uhren und erste Einblicke in die notwendigen Requirements f\"ur ein vollst\"andiges Content Generierungs Tool zu gewinnen.
5.43 -
5.44 \end{titlepage}
5.45
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