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Barrierefreier Zugang zu Materialien naturwissenschaftlicher

Vorlesungen mit Hilfe von Wikis

Karin Müller (SZS), Stefan Seifert (IISM), Till Fischer (IISM)

Universität Karlsruhe (TH)

Engesserstr. 4

76131 Karlsruhe

Abstract

Der Zugang zu Vorlesungsmaterialien in naturwissenschaftlichen Fächern ist für Blinde

ohne Hilfe kaum möglich. Besondere Barrieren stellen mathematische Formeln und Abbildungen

dar. Um den Zugang zu diesen Materialien zu erleichtern, wurde an der Universität

Karlsruhe (TH) eine Erweiterung für MediaWiki entwickelt. Diese Erweiterung erlaubt

die Einbindung komplexer mathematischer Formeln, die von Screen-Readern und auf

Braille-Displays in ihrem LaTeX-Quellcode zusammen mit den anderen Textinhalten

transparent wiedergegeben werden. Außerdem können zu allen Abbildungen Beschreibungen

und alternative, beispielsweise taktile Grafiken hinterlegt werden. Ferner erlaubt

das Wiki die Bearbeitung der Inhalte durch die Blinden selbst und verbessert damit ihre

Integration in Lehrveranstaltungen mit Sehenden.

1 Einleitung

In natur- und ingenieurwissenschaftlichen Vorlesungen spielen mathematische

Formeln und grafische Darstellungen wie Diagramme, Schaltpläne, Fotografien

oder Zeichnungen eine wesentliche Rolle. Mit ihrer Hilfe können komplizierte

Sachverhalte kompakt dargestellt, einfach erklärt und schnell erfasst werden. Für

blinde Studierende bilden sie jedoch eine natürliche Barriere, die nicht nur hinsichtlich

der Teilnahme an Präsenzveranstaltungen, sondern auch bei traditionellen

Lehrmaterialien wie Folien, Skripten und Büchern besteht. Selbst wenn diese

Materialien in digitaler Form vorliegen und Texte über Screen-Reader oder Braillezeilen

wiedergegeben werden können, sind Formeln und Abbildungen ohne weitere

textuelle Beschreibungen blinden Studierenden nicht zugänglich, da sich

grafische Elemente weder vorlesen noch von einer Braillezeile darstellen lassen.

Aus diesem Grund sind sehgeschädigte Studierende in der Regel abhängig von

persönlicher Assistenz oder von Einrichtungen, die diese Lehrmaterialien geeignet

aufbereiten.

Eine solche Aufbereitung ist mit erheblichem Aufwand und entsprechenden Kosten

verbunden. Im praktischen Lehrbetrieb ergeben sich Probleme insbesondere

aus der organisatorischen Trennung der Verantwortung für die fachlichen Inhalte

der Lehrmaterialien und deren blindengerechte Aufbereitung. So erhalten blinde

Studierende ihre Unterlagen im Vergleich zu den sehenden Kommiliton(inn)en

erst mit zeitlicher Verzögerung. Daraus ergeben sich zusätzliche Hürden, die es

Blinden erschweren, dem Verlauf einer Lehrveranstaltung zu folgen und sich aktiv

an ihr zu beteiligen. Außerdem fehlen meist hochwertige digitale Vorlagen,

was einerseits den Prozess der Aufbereitung erschwert und andererseits die Qualität

der Unterlagen schmälert. Liegt beispielsweise ein Skript nur in Papierform

vor, so wird dieses in der Regel eingescannt und ein Fließtext mit Hilfe einer automatischen

Texterkennung (OCR) generiert. Dieser Text ist selten fehlerfrei und

insbesondere die aus wissenschaftlicher Sicht bedeutsamen Details, wie Indizes

oder der Fettdruck von Symbolen, der beispielsweise Variablen von Vektoren un-

- 1 -


terscheidet, gehen dabei verloren. Ferner fehlen Informationen über die Dokumentenstruktur

wie Verzeichnisse, Überschriften oder Querverweise, die es dem

Nutzer ermöglichen, sich schnell einen Überblick zu verschaffen und innerhalb

des Dokuments zu navigieren. Dies gilt leider auch für viele PDF-Dokumente, die

in den seltensten Fällen barrierefrei erzeugt werden. Ein zusätzliches Problem

liegt im Versionsmanagement der Dokumente: Vorlesungsunterlagen werden typischerweise

jedes Semester überarbeitet, aber nicht vollständig neu erstellt.

Hier ist jedes Mal durch mühsame Einzelprüfungen zu entscheiden, welche Passagen

von früheren Versionen übernommen werden können und welche Absätze,

Abbildungen und Formeln zu überarbeiten, neu darzustellen bzw. neu zu beschreiben

sind.

Die vorliegende Arbeit stellt das Projekt „Interaktive Gestaltung von

Lehrveranstaltungen mit moderner IT-Technologie (IGeL)“ vor, das die

genannten Herausforderungen adressiert und das im Wintersemester 2008/09 an

der Universität Karlsruhe (TH) durchgeführt wurde. 1 Ziel des Projekts „IGeL“ war

die kollaborative und interaktive Erstellung eines Vorlesungsskripts durch

Studierende und Dozenten. Da eine der Vorlesungen des Projekts auch von

einem blinden Studenten gehört wurde, sollte für diese Veranstaltung ein

barrierefreier Zugang zum Skript gewährleistet und eine aktive Mitarbeit des

blinden Studenten ermöglicht werden.

2 Das Projekt „IGeL“

2.1 Hintergrund und Zielsetzung

Die Vorlesungsevaluation des WS 2007/08 der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften

an der Universität Karlsruhe (TH) belegt u. a. das Bedürfnis der Studierenden

nach vorlesungsbegleitenden Skripten. Darüber hinaus stellt der Bericht

über die studentische Lehrevaluation eine allenfalls durchschnittliche Mitarbeit

der Kommiliton(inn)en fest und merkt an, dass es „auch der studentischen Eigeninitiative

und -verantwortung bedarf, eine Lehrveranstaltung ‚gut‘ bzw. ‚erfolgreich‘

zu gestalten“. 2 Eine ähnliche Einschätzung vertreten auch Fadel und

Lemke (2008) in ihrem Artikel zu verschiedenen Studien, welche die Interaktivität

von Vorlesungen und den Einsatz multimedialer Hilfsmittel untersuchen.

Demnach erzielen Studierende bessere Leistungen, wenn sie interaktiv in die

Lehrveranstaltungen einbezogen und Transferleistungen gefördert werden. Vor

diesem Hintergrund zielte das Projekt IGeL darauf ab, die Qualität der Lehre

durch folgende Maßnahmen zu verbessern:

1. Unterstützung bei der Erstellung und Pflege hochwertiger Vorlesungsunterlagen

durch ein geeignetes Dokumentenverwaltungssystem;

2. interaktive Einbindung der Studierenden in die Lehrveranstaltung durch

eine Beteiligung an der Erstellung und Verbesserung von Lehrmaterialien;

3. Anleitung zum wissenschaftlichen Schreiben durch spezifisches Feedback.

In einer Pilotstudie wurden in mehreren Vorlesungen unterschiedliche Wiki-

Systeme und verschiedene Mechanismen zur Schaffung von Anreizen zur

1

Das Projekt wurde vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) aus Mitteln der

Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder gefördert.

2

Der Bericht ist ein nicht-veröffentlichtes fakultätsinternes Papier.

- 2 -


Mitarbeit getestet (vgl. hierzu Seifert et al., 2009). Der Fokus der vorliegenden

Arbeit liegt auf einer Erweiterung zu MediaWiki, die im Rahmen von IGeL mit

dem Ziel entwickelt wurde, einerseits ein Skript in hoher Druckqualität für die

sehenden Studierenden zu erstellen und andererseits einen barrierefreien

Zugang für Sehgeschädigte zu gewährleisten. Darüber hinaus sollten blinde

Studierende in die Erstellung und Überarbeitung genauso wie ihre sehenden

Kommiliton(inn)en eingebunden werden. In diesem Sinn knüpft die Arbeit an die

Projekte MAVIS (Karshmer et al., 1999), Lambda (Edwards et al., 2006) oder

MaWen (Archambault et al., 2007) an, die ebenfalls das Ziel verfolgen, die

Zusammenarbeit zwischen blinden und sehenden Studierenden zu vereinfachen.

Allerdings setzen diese Autoren auf Zusatzwerkzeuge, die beispielsweise Formeln

in eine spezielle für Blinde lesbare Mathematikschrift umwandeln. Zielsetzung in

IGeL war es hingegen, soweit wie möglich auf verfügbare Technologien

zurückzugreifen. Ferner sollte es für die Nutzung nicht notwendig sein, spezielle

Tools oder Beschreibungssprachen zu erlernen. In IGeL wurde das barrierefreie

Wiki in der Vorlesung „Auktionstheorie“ eingesetzt, die eine besonders formale

Ausrichtung besitzt. Aus diesem Grund lag auf der Darstellung von

mathematischen Formeln ein besonderes Gewicht.

2.2 Technische Anforderungen

Aus der in Abschnitt 2.1 beschriebenen Zielsetzung ergeben sich einige

technische Anforderungen an ein Informationssystem, das die Erstellung und

Wartung von Vorlesungsunterlagen unterstützt:

1. Dezentraler Zugang, so dass Dozenten, Studierende und unterstützendes

Personal gleichermaßen Lese- und Schreibzugriff erhalten. Sämtliche

Änderungen sollten in Echtzeit allen Nutzern zur Verfügung stehen.

2. Datenformat, das je nach Ausgabe und Verwendungszweck unterschiedliche

Versionen bzw. Medien unterstützt: z. B. punktorientierte Grafiken

für den Onlinezugriff, hochwertige Vektorgrafiken für Printausgaben oder

taktile Grafiken bzw. textuelle Ersatzbeschreibungen für Blinde.

3. Einheitliches Repository mit einem integrierten Versionsmanagement auf

einer möglichst filigranen Ebene, wie z. B. Abschnitten, Abbildungen,

oder sogar einzelnen Formeln. Damit sollen redundante Arbeitsschritte,

wie beispielsweise die Erstellung einer textuellen Ersatzdarstellung von

Grafiken vermieden werden, wenn sich innerhalb eines Kapitels nur eine

von mehreren Grafiken ändert.

Diese Anforderungen legen den Einsatz eines Wikis nahe. Für das barrierefreie

Wiki im Projekt IGeL wurde speziell MediaWiki als Basissystem gewählt. Media-

Wiki ist eine der am häufigsten eingesetzten Wiki-Engines. Zu den Vorteilen zählen

die zahlreichen frei verfügbaren Erweiterungen sowie die Möglichkeit, das

MediaWiki-System durch eigene Erweiterungen zu ergänzen. Wie andere Wiki-

Engines, unterstützt MediaWiki den dezentralen Zugang, die gleichzeitige kollaborative

Arbeit 3 sowie ein weitreichendes Versionsmanagement. In Bezug auf die

obigen Anforderungen mussten daher lediglich für die unterschiedlichen Ausgabemedien

spezifische Erweiterungen bereit gestellt werden. Darüber hinaus wurde

die Unterstützung der Einbindung mathematischer Formeln verbessert.

3

Von den Problemen bei tatsächlich gleichzeitiger Überarbeitung derselben

Abschnitte soll an dieser Stelle abgesehen werden.

- 3 -


2.3 Erweiterungen für MediaWiki

Aufgrund der hohen Eignung von Wikis für die kollaborative Dokumenterstellung,

werden Wikis in verschiedenen Projekten eingesetzt, in denen (unter anderem)

Dokumente für den Druck (typischerweise PDF-Dateien) generiert werden sollen.

Einen solchen Ansatz, der auf PmWiki basiert und insbesondere auf multi-mediale

Inhalte abzielt, wird von Gieseking und Vornberger (2008) vorgestellt. Ähnliche

Projekte gibt es auch in Verbindung mit MediaWiki (z. B. Wikibooks).

Die Erzeugung des PDFs erfolgt in IGeL automatisch, indem die Inhalte des Wikis

aus der Datenbank ausgelesen, in LaTeX-Quelltexte übersetzt und serverseitig

mit Standardprogrammen weiterverarbeitet werden. Die resultierende PDF-Datei

wird dann zum Download angeboten. Die Umwandlung der Wiki-Syntax in LaTeX

beruht im Wesentlichen auf einfacher Textersetzung mit Hilfe regulärer Ausdrücke.

So werden Wiki-Anweisungen (z. B. ... ) ebenso wie HTML-

Formatangaben (z. B. ... ) durch entsprechenden LaTeX-Code (z. B.

\footnote{ ... } bzw. \textit{ ... }) ersetzt. Etwas aufwändiger gestalten

sich die Umwandlung von Tabellen, die Anbindung an BibTeX, die Erweiterung

der mathematischen Funktionalität sowie die explizite Unterstützung unterschiedlicher

Ausgabemedien für Sehende und Blinde. Die folgenden Abschnitte

erläutern die aus Sicht des barrierefreien Zugangs besonders kritische Einbindung

mathematischer Formeln und Abbildungen.

2.3.1 Mathematische Formeln

Formeln sind grundsätzlich schwer barrierefrei darstellbar. Typischerweise

werden linearisierte textbasierte Formate in Marburg Braille, ASCII-Mathematikschrift,

Nemeth oder LaTeX-Code eingesetzt. In IGeL wurde die Darstellung in

LaTeX-Code gewählt, da dieser den meisten blinden und sehenden Studierenden

bekannt ist und folglich keine neue Barriere schafft.

MediaWiki bietet standardmäßig eine Unterstützung für mathematische Formeln.

Mit Hilfe des Programms texvc von Tomasz Wegrzanowski wird LaTeX-Code

innerhalb des Tagpaares ... geparst und geprüft, ob eine

Darstellung in HTML möglich ist. Anderenfalls wird der LaTeX-Code von einem

LaTeX-Compiler übersetzt und als Bild im PNG-Format eingebunden. Während

diese Methode für viele Fälle ausreichend und – insbesondere durch die HTML-

Darstellung – optisch recht ansprechend ist, eignet sie sich für ein Vorlesungswiki

und die Skripterstellung nur bedingt. Zum einen werden identische Symbole u.

U. unterschiedlich dargestellt: Beispielsweise ersetzt MediaWiki \Omega

durch das HTML-Zeichen Ω, andererseits wird

\sqrt{\Omega} als Bild eingebunden und dabei das ‚Ω‘-Zeichen größer

und in einer anderen Schriftart als in der HTML-Variante dargestellt. Weitere

Schwächen der Standardvariante liegen in dem begrenzten Sprachumfang von

texvc: Viele LaTeX-Anweisungen wie beispielsweise der Abstand \enspace

führen zu Fehlermeldungen. Ebenso sind keine mehrzeiligen Formeln und keine

Formelnummerierungen vorgesehen.

Aus diesem Grund wurde in IGeL ein zusätzliches ... -

Tagpaar bereit gestellt, das die Eingabe von beliebigem nativen LaTeX-Code

erlaubt. Insbesondere beschränkt sich dieses Tag nicht auf Formeln. Daher muss

auch die Umschaltung in den mathematischen Modus explizit angegeben werden.

Dabei kann der Nutzer zwischen Inline- ($...$) und abgesetzten Formeln (z. B.

\begin{eqnarray} ... \end{eqnarray}) wählen. Abbildung 1

zeigt

- 4 -


eispielhaft die grafische Anzeige des eingebetteten Bildes im Wiki zu der

Anweisung:

\begin{eqnarray} E[X] & = & \int_0^1 x\; dx\\ & =

& \frac{1}{2}\end{eqnarray}

Abbildung 1: Anzeige einer LaTeX-Formel im Wiki

Blinden Nutzern wird – wie beim -Tag von MediaWiki – der Zugang zu

Formeln dadurch gewährt, dass der entsprechende LaTeX-Code in das alt-

Attribut des -Tags übernommen wird. Nicht-grafische Wiedergabegeräte

wie Screen-Reader oder Braillezeilen geben damit den LaTeX-Code akustisch

oder in Braille aus.

2.3.2 Abbildungsbeschreibungen

Durch Bilder und Grafiken erhalten Sehende einen visuellen Zugang zu

Lerninhalten. Ihr Einsatz sorgt nicht nur für eine attraktive und

abwechslungsreiche Lehre. Vielmehr fördert die Verwendung von Grafiken in

Ergänzung zu reinen Textinhalten das Verständnis für den Lernstoff und erhöht

die Transferleistung der Studierenden (vgl. z. B. Tindall-Ford, Chandler und

Sweller, 1997). Blinden ist dieser visuelle Zugang verschlossen.

Um Blinden dennoch die in den Bildern enthaltene Information zugänglich zu

machen, müssen diese aufbereitet, d. h. textuell beschrieben oder durch Ersatzdarstellungen

ergänzt werden. MediaWiki stellt standardmäßig die im Bildbefehl

angegebene Beschreibung als alt-Attribut für das Bild zur Verfügung. So wird z.

B. der Befehl [[image:FlowerAuction.jpg|Blumenauktion in den

Niederlanden]] von MediaWiki als in die HTML-Ausgabe übernommen.

Nachteilig ist daran, dass Nutzer hier typischerweise kompakte

Bildbeschreibungen hinterlegen, die eher etwas über das Bild aussagen als den

Inhalt des Bildes beschreiben. Folglich werden diese Beschreibungen in IGeL

auch als Bildunterschriften bzw. Bildtitel im Abbildungsverzeichnis des

gedruckten Vorlesungsskripts für die Sehenden Studierenden verwendet.

Für Blinde wurde die Online-Darstellung von MediaWiki dahingehend erweitert,

dass ein anderer Text für das alt-Attribut verwendet wird. Interessanter Weise

kann nämlich in MediaWiki zu jeder hochgeladenen Datei ein beliebiger Freitext

angegeben werden. Dieser Eintrag bietet sich für eine blindengerechte

Beschreibung an, die von geschultem Personal oder von Kommiliton(inn)en ins

Wiki eingestellt werden kann. Abbildung 2 zeigt das Bild einer holländischen

Blumenauktion mit einer textuellen Alternativdarstellung.

2.3.3 Alternativgrafiken

Eine Alternative zur textuellen Beschreibung sind taktile Grafiken, die Blinde mit

ihrem Tastsinn lesen. Für die taktile Aufbereitung wird eine Originalgrafik in

einem Vektor-orientierten Format benötigt. Aus diesem Grund wurde in IGeL

eine Grafikverwaltung in MediaWiki integriert, die es erlaubt, zu jeder Grafik

verschiedene Versionen zu hinterlegen. Z. B. kann eine Grafik in CorelDraw

- 5 -


Abbildung 2: Beispiel eines Bildes im Auktionstheorie-Wiki 4 mit einer

entsprechenden Bildbeschreibung

erstellt werden; aus dieser Grafik wird dann für die Onlineversion eine PNG- und

für die Printversion eine EPS-Grafik erzeugt. Die Wiki-Software wählt für die

unterschiedlichen Ausgabemedien jeweils das geeignetste Format aus. Zusätzlich

können weitere Versionen, wie z. B. taktile Grafiken für den Ausdruck auf einem

taktilen Drucker hinterlegt werden. Abbildung 3 zeigt ein Beispiel: Die

Originalgrafik ist links, die taktile Version rechts zu sehen. Bei letzterer ist der

Prägedruck durch Punkte angedeutet (unterschiedliche Farben werden durch eine

unterschiedliche Höhe der Prägung umgesetzt). Die zentrale Grafikverwaltung

innerhalb des Wiki-Systems hat außerdem den Vorteil, dass Einrichtungen, die

für die Unterstützung sehgeschädigter Studierender zuständig sind, auf

Originalgrafiken zurückgreifen können, die ihnen sonst nicht zur Verfügung

stehen.

Mehrgüterauktionen 2. Schritt

f(w)

p t = 3

E[W]

Nutzen kleine Lizenz

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Wert/Preis [GE]

v klein

Nutzen große Lizenz

v groß

Abbildung 3: Grafik in zwei Varianten: visuelle Version (links), taktile Version (rechts)

4

Foto: http://www.panoramio.com/photo/3318282, Nutzer costablancascuba.

- 6 -


3 Zusammenfassung und Ausblick

Im vorliegenden Beitrag wurden Erweiterungen für MediaWiki vorgestellt, die sich

für den Betrieb von barrierefreien Wikis und die kollaborative Erstellung von

Vorlesungsskripten eignen. Im Projekt IGeL wurde ein solches Wiki in der

Vorlesung Auktionstheorie eingesetzt und von sehenden und einem blinden

Studenten genutzt. Entstanden ist dabei ein Skript von über 100 Seiten.

Die wesentlichen Neuerungen bestehen darin, blinden Studierenden diese

Materialien ohne zeitliche Verzögerung zur Verfügung zu stellen und sie darüber

hinaus in die Erstellung der Unterlagen zu integrieren. Insbesondere in Hinblick

auf Formeln und Abbildungen wurden Zugangsbarrieren abgebaut. Verbessert

wurde über das zentrale Dokumentenmanagementsystem auch die

Zusammenarbeit zwischen Dozenten und Einrichtungen, die sehgeschädigte

Studierende in ihrem Studium unterstützen.

Das Projekt soll im kommenden Semester fortgeführt werden. Dabei sollen

einerseits die Unterlagen weiter verbessert und andererseits auch technische

Erweiterungen geprüft werden. Zu den möglichen Verbesserungen gehören

Schlagworte in einer Marginalspalte, die einerseits die Unterlagen für Sehende

übersichtlicher gestalten und andererseits Blinden als zusätzliche Navigationshilfe

dienen können. Darüber hinaus ist LaTeX als Mathematikschrift umstritten, da

der LaTeX-Quellcode Layoutinformationen und Inhalte miteinander vermischt.

Möglich wäre, den LaTeX-Code vor der Verwendung im alt-Attribut von Grafiken

zu filtern und durch eine kompaktere und leichter lesbare Beschreibung zu

ersetzen.

4 Literaturverzeichnis

Archambault, Dominique; Stöger, Bernhard; Batusic, Mario; Fahrengruber, Claudia;

Miesenberger, Klaus (2007): A software model to support collaborative

mathematical work between braille and sighted users. In: Proceedings

of the Ninth International ACM SIGACCESS Conference on Computers and

Accessibility, S. 115.

Edwards, Alistair D. N., McCartney, Heather & Fogarolo, Flavio (2006): Lambda:

a multimodal approach to making mathematics accessible to blind students.

In: Proceedings of the Eighth International ACM SIGACCESS Conference

on Computers & Accessibility, S. 48-54.

Fadel, Charles; Lemke, Cheryl (2008): Multimodal Learning through Media: What

the Research Says. Cisco Systems, Inc.

Gieseking, Martin; Vornberger, Oliver (2008): Zwillings-Dokumente. PDF und

HTML aus einer Vorlage generieren. In: c't, Heft 18, S. 186-190.

Karshmer, Arthur; Gupta, Gopal; Geiger, Sandy; Weaver, Chris (1999): Reading

and Writing Mathematics: The MAVIS Project. In: Behaviour and Information

Technology, S. 2-10.

Seifert, Stefan; Krämer, Jan; Mazarakis, Athanasios (2009): Anreize zur Nutzung

von Wikis in der Hochschullehre: Ergebnisse eines Pilotprojekts. Arbeitspapier,

Universität Karlsruhe (TH).

Tindall-Ford, Sharon; Chandler, Paul; Sweller, John (1997): When two sensory

modes are better than one. In: Journal of Experimental Psychology: Applied,

3(4), 257-287.

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