Barrierefreier Zugang zu Materialien naturwissen- schaftlicher ...

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.
- 7 -