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I.  Einleitung

A. Was ist Multimedia?

Die 90er Jahre sind stark durch die rapiden Fortschritte der Informationstechnologie geprägt. Eines der Schlagworte, die immer wieder zu hören sind, ist Multimedia. Im Jahre 1995 stand „Multimedia“ sogar an erster Stelle der Wörter, die alljährlich von der Gesellschaft für deutsche Sprache e. V. ermittelt werden [42]. Was versteht man unter diesem populären Begriff?

1. Der Begriff

Zunächst erscheint die Beantwortung der Frage ”Was ist Multimedia?” nicht schwierig. Im wahrsten Sinne des Wortes läßt sich der Begriff folgendermaßen erklären: ”multi” steht für viel, also mindestens zwei; ”media” (Plural von ”medium”) bezeichnet Mittel, mit deren Hilfe Informationen wahrgenommen, ausgedrückt, gespeichert und übertragen werden [74]. Diese Mittel können Textinformationen, Daten, Grafiken, Fotografien, Sprache, Ton, Animationen und Videos sein. Man spricht auch von einer multimodalen Präsentationsform [65]. Multimedia ist somit eine Art der Informationsvermittlung, bei der mehrere Ebenen der Abstraktion zur Anwendung kommen [53]. Verschiedene Kommunikationsformen werden gebündelt.

Das ist genau formuliert nichts Neues. Eine herkömmliche Zeitung zum Beispiel erfüllt durch die Vermittlung der Information durch Text, Bilder und Grafiken auch die obige Definition und stellt so auch ein Multimedia-Dokument dar. Was also ist das Neue an Multimedia? Offensichtlich ist, daß die Information in Multimediaproduktionen in nichtlinearer Weise vermittelt werden. Ein Multimedia-Dokument wird nicht nur sequentiell erschlossen, sondern kann mit Hilfe elektronischer Querverweise, sogenannter Hyperlinks, interaktiv entdeckt werden. Um diesen Ansatz zu verwirklichen, müssen alle Medien und die dazugehörigen Steuerbefehle digital vorhanden sein. Müller grenzt deshalb Multimedia am Computer von anderen Multimedien durch Prägung des Begriffes ”Digital Multimedia” ab [77].

Dokumente, die Hyperlinks verwenden, werden oft auch als Hypertext-Dokumente (bei reinen Textdokumenten) oder Hypermedia-Dokumente bezeichnet. Diese Dokumente stellen – im Gegensatz zu Büchern – nichtlineare Datenstrukturen dar. Sie bestehen aus Knoten (nodes) und Verknüpfungen [Seite 7↓](links). Dabei können Knoten jede beliebige Art der Information enthalten, wie schon oben aufgezählt. Diese ”Informations-Knoten” sind durch ein Netzwerk von Verknüpfungen zueinander in Beziehung gesetzt und ermöglichen es, die gespeicherten Informationen in nichtsequentieller Art und Weise abzurufen [65].

2. Interaktivität

Durch diese Möglichkeiten entsteht ein neues Merkmal von Multimedia, die Interaktivität. Viele der heute entstehenden Multimediaproduktionen sind zugleich interaktiv. Interaktivität kann unterschiedlich stark ausgeprägt sein. Anwendungen mit geringem Interaktivitätsgrad beschränken sich auf die Navigation mittels Hyperlinks oder auf das Abspielen und Stoppen von Video- oder Tonsequenzen, andere hingegen werten Texteingaben differenziert aus, lassen den Benutzer in komplexe Simulationen eingreifen und ermöglichen eine problemorientierte Herangehensweise. Multimodale Interaktionstechniken ermöglichen differenziertere Möglichkeiten als Zeigen und Klicken mit der Maus oder die Eingabe über eine Tastatur [65]. Schon heute weit verbreitet sind berührungssensitive Bildschirme (Touchscreens). Zunehmende Anwendung findet die Spracherkennung. Die Auswertung von Gesten, Mimik, Bewegungen und Blickrichtung mit geeigneten Geräten wie zum Beispiel Datenhandschuhen oder Kamerasystemen wird heute nur selten eingesetzt, bietet aber ein enormes Plus an Kommunikationsformen mit dem Computer [30, 96]. Ein Grund für die schlechte Akzeptanz dieser Systeme ist sicherlich die geringe Praktikabilität der Geräte. Diese müßten sich harmonisch in unsere Umgebung einfügen und intuitiv zu bedienen sein.

3. Visionäre

Begriffe wie Multimedia und Interaktivität sind relativ neu in unserem Wortschatz. Die damit verbundenen Methoden und Technologien bestehen jedoch schon einige Zeit und wurden schon vor der Entwicklung von Personalcomputern erdacht. Ein herausragendes Beispiel ist ein Artikel aus dem Jahre 1945 von Dr. Vannevar Bush, dem damaligen Direktor des Büros für wissenschaftliche Forschung und Entwicklung der USA [19]. Diese Einrichtung koordinierte mehr als 6000 Wissenschaftler bei der Entwicklung von Kriegstechnologie. In diesem Artikel forderte Bush die Wissenschaftler auf, [Seite 8↓]nach dem Ende des zweiten Weltkrieges zum eigentlichen Ziel der Wissenschaft, dem Dienst zum Nutzen der Menschheit, zurückzufinden.

Unter anderem beschrieb er ein Gerät, das er Memex nannte. Mit diesem Memex sollten sich Bücher, Dokumente, persönliche Notizen und Zeichnungen zu einem assoziativen Netzwerk verknüpfen lassen, um später darin suchen und die Daten mit neuen Informationen verknüpfen zu können. Die gesammelten Informationen zu einem Thema sollten sich dann sehr einfach in ein persönliches Memex einer anderen Personen einspeichern lassen.

Weiterhin sprach Bush von völlig neuen Arten von Enzyklopädien, die mit einem Netz assoziativer Verknüpfungen ausgeliefert werden – fertig für die Einspeicherung in das persönliche Memex des Anwenders. Diese Visionen sind heute Wirklichkeit. Ein Memex ähnelt der Funktionalität heutiger Computer und die beschriebenen Enzyklopädien sind multimediale Nachschlagewerke auf CD-ROM, die derzeit in großer Zahl auf dem Markt sind [91].

Neben Vannevar Bush gebührt auch Ted Nelson Anerkennung für seine Pionierarbeit bei der Entwicklung heutiger Kommunikationsstrukturen. Er hatte 1965 die Vision einer globalen Hypertext-Bibliothek, bestehend aus der Verknüpfung einer Vielzahl von Dokumenten in einem verteilten Netzwerk [79, 80]. Mit seinem Projekt „Xanadu“ verfolgte er das Konzept eines universalen Wissensverwaltungssystems, das am Arbeitsplatz physikalisch vorhandene Informationen durch Verknüpfungen zu beliebig entfernten Informationsquellen ersetzten sollte. Nelsons Ideen sind heute in Form des Internets und dessen Multimedia-Erweiterung World Wide Web realisiert.

B. Computer als Hilfsmittel beim Lernen

Schon seit langer Zeit ist es der Traum der Menschen, Hilfsmittel zum Lernen benutzen zu können. Ein bekanntes Beispiel dafür ist der sprichwörtlich bekannte ”Nürnberger Trichter”, der 1647 von Georg Philipp Harsdörffer erstmals beschrieben wurde [108]. Ganz ohne Anstrengung geht das Lernen auch heute noch nicht. Durch die Entwicklung von Computern haben sich jedoch neue Wege eröffnet, Wissen zu vermitteln und zu veranschaulichen.


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1.  Die Anfänge

Bereits in den frühen sechziger Jahren wurden Computer zur Wissensvermittlung eingesetzt. So beschreiben Swets und Feurzeig 1965 das ”Socratic System” – ein Computersystem, das den diagnostischen Prozeß eines Arztes bei einem Patienten mit Pneumokokkenpneumonie simuliert [97]. Beeindruckend ist die hohe dialogische Qualität des Systems, das in natürlicher Sprache über Drucker und Tastatur des Computers mit dem Benutzer kommuniziert. Ein weiteres Merkmal des ”Socratic System” ist die problemorientierte Herangehensweise, die als Ergebnis verschiedener Studien als vorteilhaft angesehen wird [66, 81]. Es wurden also schon vor mehr als dreißig Jahren moderne didaktische Methoden mit Hilfe von Computern eingesetzt. Warum erlangten diese Computerprogramme keine breite Anwendung? Ein Grund war möglicherweise die schlechte Verfügbarkeit der Systeme. So war zum Betreiben des ”Socratic System” neben einem erfahrenen Programmierer ein DEC PDP–1 Computer nötig, eine ”Maschine von moderater Geschwindigkeit und mittlerer Größe” [97]. Damit war damals eine Rechengeschwindigkeit von 100 000 Additionen pro Sekunde gemeint. Mit ”mittlerer Größe” war eine schrankförmige Box ”mit einer Stellfläche von 1,6 m2 ohne die Notwendigkeit einer speziellen Fußbodenverstärkung oder Klimatisierung” gemeint [28]. Die Grundausführung des PDP–1 kostete im Jahre 1960 etwa 120.000 US$ [98]. Es ist offensichtlich, das die damaligen Computer für den Routineeinsatz in der Lehre zu groß, zu teuer und zu kompliziert zu programmieren, zu bedienen und zu warten waren. Wie ging es weiter?

2. Die Entwicklung in den 80er Jahren

Seit der Entwicklung von relativ preiswerten und kleinen Personalcomputern im Jahre 1981 wurden Computer immer zahlreicher in der Medizinerausbildung eingesetzt. Die Rechner der damaligen Zeit waren mit einem Monochrom-Monitor ausgestattet und verfügten über ein oder zwei Diskettenlaufwerke. Damit konnten diese Geräte zunächst besonders für administrative Zwecke verwendet werden, so zum Beispiel für Anwendungen wie Textverarbeitungs- und Tabellenkalkulationsprogramme [21].

Es existierten jedoch auch schon einige einfache Lernprogramme. So wurde an der Universität von New Mexico das Computerlernprogramm „FMTUTOR“ entwickelt [20]. Mit Hilfe dieser Software konnten Studenten die Auswertung von [Seite 10↓]Kardiotokogrammen erlernen. Die Funktionsweise dieser Untersuchung wurde am Bildschirm durch Schwarz-Weiß-Grafiken simuliert und durch Texte entsprechend kommentiert.

Das Programm „PlanAlyzer“ ist ein weiteres Beispiel eines medizinischen Lernprogrammes [10]. Es vermittelt das diagnostische Prozedere bei Anämie und Brustschmerz anhand von Patientenfällen. Auch diese Software verwendet Textinformationen und einfache stilisierte Grafiken. Dem System liegt Expertenwissen zugrunde, mit dem die Eingaben des Benutzers korreliert werden und wodurch eine differenzierte Auswertung der Vorgehensweise des Studenten ermöglicht wird. „PlanAlyzer“ zeichnet sich durch komfortable Bedienbarkeit mit der Maus und durch Verwendung von Hyperlinks aus. Mit dem „PlanAlyzer“-Projekt wurden erstmals auch die Effekte, die sich durch die Verwendung von CBT-Programmen ergeben, untersucht. In einer sorgfältig geplanten Evaluation des Programmes zeigte sich, daß die Studentengruppe, die mit dem Programm lernte, den gleichen Wissensstand erreichte wie die Gruppe, die mit der Papierform der Fälle konfrontiert wurde. Die Computergruppe löste die Fälle jedoch in 43% weniger Zeit als die Buchgruppe. Außerdem konnten durch die Integration des Programmes in das Curriculum 96 Unterrichtsstunden im Semester eingespart werden [62].

Das Programm „Iliad“ verwendet ebenfalls eine Wissensbasis, in der Expertenmeinungen und diagnostische Kriterien zu Erkrankungen der Inneren Medizin verankert sind [104]. Das System „Iliad“ ermöglicht neben der Generierung von Beispielfällen außerdem die Eingabe von Symptomen, die der Computer dann mit seiner Wissensbasis vergleicht. Aus diesem Vergleich wird eine Liste von möglichen Diagnosen sowie den dazugehörigen Wahrscheinlichkeiten generiert. Mit diesem System können Studenten anhand von standardisierten Fällen geprüft werden, und der zurückgelegte diagnostische Weg kann beurteilt werden.

In den späten 80er Jahren wurden auch bereits erste proprietäte Autorensysteme entwickelt. Solche Systeme sollen Fachexperten das Erstellen von Lernprogrammen ohne Programmieraufwand ermöglichen. So wurde von Jelovsek ein ausschließlich textorientiertes System entwickelt, mit dessen Hilfe sich multiple-choice-Fragen sowie die dazugehörigen kommentierten Antworten und Referenzen relativ einfach zusammenstellen lassen [50].

Insgesamt entstanden in den 80er Jahren also Lernprogramme, die dem Benutzer hauptsächlich Textinformationen in Kombination mit [Seite 11↓]einfachen Schwarz-Weiß-Grafiken präsentierten. Die technische Ausstattung der Computer entwickelte sich rapide weiter. Wie wirkte sich das auf medizinische Lernsoftware aus?

3. Lernen mit Multimedia

Eine Vielzahl medizinischer Diagnosen beruht auf der Interpretation visueller Daten. Es ist offensichtlich, daß die Integration von Farbgrafiken in medizinische Lernprogramme unerläßlich war. Um das Hindernis der begrenzten Speicherkapazität der Personalcomputer der späten 80er und frühen 90er Jahre zu umgehen, wurde in dieser Zeit intensiv von der Videodisc (auch: Laserdisc) Gebrauch gemacht. Dieses Speichermedium ist eine im Durchmesser 30,5 cm große, zweiseitig beschriebene Silberscheibe, die auf jeder Seite 54 000 Bilder aufnehmen kann. Diese Videodiscs wurden in speziellen Laufwerken abgespielt und die Bilder zunächst auf einem zweiten Monitor angezeigt. Später fand man Wege, die Bilder an beliebigen Positionen des Computerbildschirmes einzublenden [1]. Trotz des relativ hohen technischen Aufwandes wurde mit Hilfe dieser Methode eine Vielzahl medizinischer Lernprogramme entwickelt [25, 68].

Durch die weite Verbreitung von CD-ROM-Laufwerken und Soundkarten konnten Multimedia-Applikationen entwickelt werden, die ohne zusätzliche Hardware auskamen. Es war nun auch Institutionen mit kleinem Budget möglich, multimediale Lernprogramme einzusetzen. Personalcomputer erhielten auch zunehmend Einzug in private Haushalte, da sie neben der Erleichterung von Büroarbeiten auch zum Nachschlagen in Multimedia-Enzyklopädien, zum Erledigen der Bankgeschäfte, zum Lernen und auch zum Spielen verwendet werden konnten. Weiterhin hatte die Verfügbarkeit kommerzieller Multimedia-Autorensysteme wie Toolbook, Supercard, Authorware und Director zur Folge, daß immer mehr Multimedia-Lernprogramme in unterschiedlicher Güte entstanden.

Es existiert eine Vielzahl von medizinischen Multimedia-Programmen, die sich die CD–ROM- und Soundkartentechnologie zu nutze machen. Im folgenden sollen zwei besonders gelungene Programme exemplarisch vorgestellt werden.

„Das Herz“ ist ein Programm, das von der Projektgruppe Autodidakt an der Universität Ulm entwickelt wurde [83]. Es enthält drei Fälle aus dem klinischen Alltag zu den Themen „Angina pectoris“, „Mitralstenose“ und „Herzinfarkt“. Die Fälle wurden für den Studenten multimedial aufbereitet. In Ton und Bild erfährt er die Anamnese und das Ergebnis der klinischen Untersuchung des [Seite 12↓]Patienten. Dann muß er verschiedene diagnostische Untersuchungen anfordern und schließlich eine Diagnose stellen. Im Verlauf der Fallbearbeitung werden dem Studenten immer wieder Fragen gestellt, er muß EKGs und Röntgenbilder auswerten und Zusammenhänge zwischen Symptomen stellen. Wenn die Fragen nicht zufriedenstellend beantwortet werden, gibt das Programm zusätzliche Informationen. Durch diese problemorientierte Bearbeitung wird der Student ständig zum aktiven Nachdenken angehalten [40].

„Laennec“ von R. Bonvin ist ein Programm der Kategorie „Multimedia-Lehrbuch“ (s. Seite 9) zum Erlernen der klinischen Untersuchung der Lunge [14, 15]. Dieses Programm kombiniert Auskultationsbeispiele, Videodemonstrationen klinischer Untersuchungstechniken, Animationen, Grafiken und Text. Systematisch werden die vier Säulen der klinischen Untersuchung Inspektion, Palpation, Perkussion und Auskultation erläutert. Dabei stellt das Programm die Pneumologie sehr ausführlich dar. Im zweiten Teil des Programmes werden acht klinische Fälle kurz vorgestellt. Der Benutzer kann die einzelnen Patienten untersuchen und zusätzliche apparative Diagnostik anfordern. Zum Schluß wird die richtige Diagnose des Patienten aufgedeckt, ohne jedoch falsche Antworten zu kommentieren. Das Programm gewann 1994 den Spezialpreis Multimedia des „European Academic Software Award“ [35].

4. Das Internet

Durch die Implementierung des World Wide Web im Jahre 1989 hat sich das Internet von einer Kuriosität für Computerbesessene zu einer allgemein in unserer Gesellschaft akzeptierten Informationsquelle und zu einem wichtigen Kommunikationswerkzeug entwickelt, das auch für Lehr- und Lernzwecke eingesetzt wird [23, 69]. Diese Entwicklung macht auch vor der Medizinerausbildung nicht Halt.

Mittlerweile existieren zahlreiche medizinische Lernprogramme als Internetversion beziehungsweise werden nur noch für das Internet erstellt. Spezielle Datenbanken im World Wide Web enthalten Informationen über die zur Verfügung stehenden Angebote nach Fachbereichen geordnet [24, 27, 70, 73].

Einige Universitäten propagieren und implementieren sogar Internet-basierte Curricula. Die Universität von Utah führte das Projekt „WebPath“ in die Ausbildung in makroskopischer und mikroskopischer Pathologie ein [54]. Dieses Web-basierte Tutorium enthält über 2300 Abbildungen mit entsprechenden Erläuterungen sowie relevanten Prüfungsfragen. Die erforderlichen [Seite 13↓]Seminarzeiten konnten durch Einführung des Projektes um 30% gesenkt werden. Jeder Student kann den besuchten Kurs im Internet noch einmal nachlesen und die Präparate nochmals untersuchen.

Ein ähnlicher Ansatz wird im Physiologie-Praktikum an der Johns Hopkins School of Medicine verfolgt. Dort bilden Internet-basierte Fallsimulationen den zentralen Bestandteil der Unterrichtseinheit kardiovaskuläre und respiratorische Physiologie. Die Integration dieser Lernprogramme wurde von den Studenten mit Begeisterung aufgenommen und als effektivster Teil des Praktikums gewertet [59].

Die Vorteile solcher Web-basierter Curricula sieht MacKenzie in folgenden Punkten: 1) Der Lernvorgang kann unabhängig von Raum und Zeit stattfinden. 2) Die Lerninhalte sind dynamisch; bei Bedarf können sie binnen kurzer Frist aktualisiert und erweitert werden. 3) Es besteht die Möglichkeit der Kommunikation zwischen den Studenten untereinander, aber auch zwischen Studenten und Tutoren. 4) Das Internet ermöglicht sofortigen Zugriff auf einen großen Bestand medizinischer Lernsoftware und Informationsquellen. 5) Die Entwicklung der Lerninhalte kann auf mehrere Einrichtungen verteilt werden und interaktiv erfolgen [64].

Es bleibt abzuwarten, ob und in welchem zeitlichen Rahmen sich Web-basierte Curricula auch in Deutschland neben den herkömmlichen Unterrichtsformen als gleichberechtigtes Standbein der Medizinerausbildung etablieren können. Erste Schritte in diese Richtung wurden schon unternommen. So unterhalten die medizinischen Fakultäten der Universitäten in Heidelberg, Giessen, Göttingen und München sogenannte Lernzentren [2, 22, 47, 60]. In diesen Zentren werden medizinische Lernprogramme gesammelt und den Studenten zur Benutzung zur Verfügung gestellt. Außerdem können solche Einrichtungen bei der Entwicklung neuer Projekte helfend zur Seite stehen.

5. Einteilung der Lernprogramme

Nachfolgend soll in Anlehnung an eine Einteilung nach Faulhaber [36] eine Übersicht der verschiedenen existierenden Lernprogramme gegeben werden. Dabei ist die eindeutige Zuordnung von Programmen zu einer bestimmten Kategorie oft nicht eindeutig, sondern die Übergänge sind fließend beziehungsweise es wurden Elemente aus mehreren Kategorien kombiniert.


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a.  „Drill-and-Practice“-Programme

Lernprogramme des Typs „Drill-and-Practice“ präsentieren nach Faulhaber keinen neuen Lernstoff, sondern sie fragen vorhandenes Wissen ab [36]. Komplexe Zusammenhänge können mit diesen Programmen meist nicht gelernt werden. Deshalb finden Programme diesen Typs nur eine begrenzte Verwendung in der universitären Ausbildung [52].

Zunächst stellt das Programm eine Frage, die der Benutzer dann beantworten muß. Häufig werden multiple-choice-Fragen verwendet. Im Idealfall existieren Kommentare zu den falschen und den richtigen Antwortmöglichkeiten. Zum Schluß wird oft eine Statistik der gelösten Fragen angezeigt.

Die Lernprogramme „HistoLogical“ und „Cardiac Auscultation“ sind Beispiele, die Elemente vom Typ „Drill-and-Practice“ enthalten [5, 106]. Die von Studenten häufig benutzten Programme der „mediscript“-Reihe zum Eintrainieren der Prüfungsfragen des Physikums und des ersten und zweiten Staatsexamens sind ebenfalls „Drill-and-Practice“-Programme [72].

b.  Multimedia-Lehrbücher

Faulhaber unterscheidet reine Präsentationssysteme von Informations- und Browsingsystemen, merkt jedoch auch an, daß die Übergänge fließend sind [36]. Eine derartige Unterscheidung kann unter Berücksichtigung der aktuellen Situation nicht mehr aufrecht gehalten werden. Reine Präsentationssysteme besitzen nur eingeschränkte Interaktionsmöglichkeiten wie Start und Stop der Präsentation oder das Umblättern von Bildschirmseiten. Die zeitliche Reihenfolge des Lernstoffs kann nicht beeinflußt werden. Multimedia-Lehrbücher dieser Art werden heute praktisch nicht mehr produziert.

Informations- und Browsingsysteme präsentieren den Lernstoff in Form von mit Hyperlinks verknüpften Dokumenten. Dadurch ergibt sich für den Lernenden der Vorteil, daß er den Lernstoff gemäß seinen Bedürfnissen präsentiert bekommt und Zusatzinformationen wahlweise abrufen kann. Diese Systeme ermöglichen exploratives Lernen. Anfänger können sich jedoch im „Hyperspace“ verirren, wenn zu viele Querverweise existieren und keine Möglichkeit vorgesehen wurde, die wesentlichen Fakten in einer übersichtlichen Form zu erarbeiten [52].

Beispiele für Multimedia-Lehrbücher sind das oben schon erwähnte Programm „Laennec“ sowie die CD-ROM „Abdominelle Sonografie“, die einen gelungenen Multimedia-Atlas sonografischer Schnitte darstellt [8, 14]. Die CD-ROM-[Seite 15↓]Version von „Harrison’s Principles of Internal Medicine – 14th Edition“ gehört als Beispiel für ein umfangreiches Browsingsystem ebenfalls in diese Kategorie [45].

c. Fallbasierte Programme

Fallbasierte Programme (auch: tutorielle Systeme) präsentieren Lehrstoff ähnlich den Multimedia-Lehrbüchern, stellen aber zusätzlich dem Benutzer Fragen. Der weitere Programmablauf ist dann von der Beantwortung dieser Fragen abhängig [36].

Tutorielle Systeme vermitteln Fakten oft anhand von Patientenfällen. Der klinische Werdegang eines Patienten wird so simuliert. Zuerst erfährt der Student die Anamnese des Patienten, später werden ihm wichtige Befunde der klinischen Untersuchung mitgeteilt. Danach muß er eine Arbeitsdiagnose stellen und diese durch apparative Diagnostik bestätigen oder verwerfen. All diese Schritte müssen vom Programmierer genau überlegt sein. Versucht der Student, den Fall über einen anderen als den vorgegebenen Weg zu lösen, der möglicherweise ebenfalls realisierbar ist, wird das Programm unweigerlich diesen Weg als falsch bewerten. Trotz dieses Nachteils ermöglichen fallbasierte Programme jedoch problemorientiertes Lernen, das im Rahmen der aktuellen Reformbestrebungen des Medizinstudiums als vorteilhaft angesehen wird [6, 81].

Beispiele für tutorielle Systeme sind „Das Herz“ oder „Trouble im Thorax“ [7, 83].

d. Expertensysteme

Expertensysteme sind sehr gut geeignet, dem Studenten Fallsimulationen zu vermitteln, sind jedoch sehr kompliziert in der Erstellung. Sie werden auch als „intelligente tutorielle Systeme“ bezeichnet [36]. Diese Systeme verfügen in der Regel über ein Wissensmodell, in dem das Wissen von Experten in einer für Computer verständlichen Form gespeichert ist. Diese Einspeicherung ist ein sehr aufwendiger Prozeß. Es werden dann Fälle konstruiert, die auf dieser Wissensbasis beruhen. Versucht der Benutzer des intelligenten tutoriellen Systems nun, den Fall zu lösen, kann das Programm zu jeder Zeit dessen Vorgehensweise mit dem Idealweg vergleichen und auch davon abweichende Lösungsansätze bewerten. Es ist also möglich, auf unvorhergesehene Probleme und Aufgaben einzugehen. Dies ist der entscheidende Vorteil im Vergleich zu den einfachen tutoriellen Systemen (siehe oben), die von der Programmierung abweichende Lösungswege als falsch bewerten.


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Ein sehr bekanntes Expertensystem, das in der Lehre schon sehr lange eingesetzt wird und einer ständigen Weiterentwicklung unterliegt, ist das Programm „ILIAD“ [104].

e. Simulationssysteme

Ziel eines Simulationssystems ist es, dem Benutzer ein Modell eines Ausschnittes der Realität vorzustellen. Der Modellaufbau wird erläutert. Danach kann der Lernende auf dem Monitor Aktionen auslösen und das Computerprogramm reagiert darauf [36]. Simulationen ersetzen oft reale Experimente, die wegen des Aufwandes, der Unzulänglichkeit des Untersuchungsobjektes oder zum Zwecke des Tierschutzes nicht durchführbar sind. Die Modelle müssen möglichst realitätsnah konstruiert werden, was einen nicht unerheblichen Aufwand bei der Entwicklung solcher Simulationssysteme nach sich zieht [52].

Ein besonders gelungenes Beispiel für ein Simulationsprogramm ist „SimNerv“ [46]. Es simuliert den klassischen Froschversuch im physiologischen Praktikum und trägt somit dazu bei, Tierversuche zu reduzieren. Einfache Simulationen verkörpern ebenfalls die Programme „Lazy Eye“ und „VirtualCat“ [16, 41].

C. Computerlernprogramme in der Rheumatologie

Im Vergleich zu anderen Fachgebieten existieren nur wenig Lernprogramme im Bereich Rheumatologie. Eine mögliche Erklärung kann in der hohen Spezialisierung der Fachrichtung gesehen werden. So haben viele Ärzte beispielsweise täglich Kontakt mit kardiologischen oder gastroenterologischen Krankheitsfällen. Die Rheumatologie spielt häufig nur am Rande eine Rolle. Ähnlich wie in der Praxis verhält sich die Situation auch im Bereich rheumatologischer Computerlernprogramme.

Einige der wenigen existierenden Projekte sollen – unter besonderer Berücksichtigung der deutschsprachigen Programme – im folgenden dargestellt werden:

Schon in der Videodisc-Ära gab es Bestrebungen, Rheumatologie mit Hilfe von Computern zu unterrichten. Ein Beispiel dafür ist „AI/LEARN/Rheumatology“ von Alan J. Bridges et al. [17]. Dieses textbasierte Programm enthält Informationen zur rheumatoiden Arthritis, Polyarthrose und zur ankylosierenden Spondylitis (Morbus Bechterew). Bilder werden von einem Videodisc-Player auf einem zweiten Monitor angezeigt. Die einzelnen Textseiten sind mit [Seite 17↓]Hyperlinks verknüpft. Das Programm stellt dem Benutzer Fragen und gibt entsprechendes Feedback. Problemorientierte Ansätze sind zu erkennen. AI/LEARN/Rheumatology wurde einer Evaluationsstudie unterzogen, die dem Programm die gleiche Effektivität im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorlesung bescheinigte. Ein schwacher Trend zur Verbesserung der Lehre war erkennbar, jedoch ohne statistisch signifikantes Ergebnis. Das Programm wurde von den Studenten sogar noch vor der Patientenuntersuchung als nützlichster Teil des Rheumatologie-Praktikums eingeschätzt [18, 76].

David J. Nashel und John J. Martin entwickelten das Programm „Images in Rheumatology“ [78]. Dieses Programm verfügt über eine grafische Benutzeroberfläche und enthält über RA und Arthrose hinaus auch Informationen zu mehreren weiteren rheumatologischen Krankheitsbildern. Das Programm ist ohne das Vorhandensein eines Videodisc-Players einsatzfähig. Ein fallbasierter Ansatz ist nicht zu erkennen. Jedes Krankheitsbild ist in die Kapitel Klinik, Labor und Röntgendiagnostik eingeteilt. Ein Quiz komplettiert das Programm.

Ein Beispiel eines kommerziell hergestellten Multimediaprogrammes ist „CD-ROM Rheumatology“ [57]. Dieses Programm ist die multimediale Umsetzung des Standardwerkes der gesamten Rheumatologie von J. H. Klippel und P. A. Dieppe [56]. Durch diesen Ansatz hat das Programm sowohl Vorzüge als auch Nachteile aufzuweisen. Ein Vorteil ist die immense Textbasis der gedruckten Version, auf die das Programm zurückgreift. Weiterhin ist das Programm technisch sehr sauber implementiert. Es existieren umfangreiche Suchfunktionen für Text und Bilder, Notizen können hinzugefügt und Lesezeichen definiert werden. Eigene Zusammenstellungen in Form einer Galerie können angelegt werden. Störend beim Umgang mit dem Programm ist die relativ kleine Schrift und die Verwendung mehrerer Fensterebenen. Ein wesentlicher Nachteil ist die fehlende Verwendung verschiedener Medien. Neben Text werden nur Fotografien und einige Grafiken verwendet. Videos, Animationen, Simulationen und Sound kommen nicht zum Einsatz. Die Bilder der papiergebundenen Version sind in relativ kleiner Größe eingescannt worden. Gemessen am Umfang des Gesamtwerkes kommen sie nur recht spärlich zum Einsatz. Eine Fragensammlung ist nicht enthalten. „CD-ROM Rheumatology“ ist somit eine zweite Vermarktungsform der gedruckten Version. Einige entscheidende Vorteile der Multimediatechnologie wie Integration von Videos und Animationen sowie Feedback bleiben ungenutzt. Das Produkt eignet sich daher weniger für den Studentenunterricht sondern findet seinen Haupteinsatz ob der [Seite 18↓]Informationsfülle als leicht bedienbares Nachschlagewerk beim Rheumatologen.

Das Expertensystem RHEUMA wird schon seit einiger Zeit von S. Schewe an der Ludwig-Maximillians-Universität (LMU) in München entwickelt. Dieses System verfügt über eine Wissensbasis, die mehr als 60 rheumatologische Diagnosen mit den dazu gehörenden klinischen Merkmalen sowie Ergebnissen von Labor- und Röntgenuntersuchungen enthält. Das System ist ursprünglich als diagnostisches Unterstützungswerkzeug für Nicht-Rheumatologen konzipiert worden. Die zugrundeliegende Wissensbasis wurde mehrfach für diesen Verwendungszweck an rheumatologischen Patienten prospektiv überprüft [89]. Später adaptierte man das Programm für den Einsatz im Studentenunterricht. Es verfügt jetzt über einen Lernmodus und über eine Datenbank von mehr als 1000 authentischen rheumatologischen Fällen, die dem Studenten zur Verfügung stehen. Das System wird derzeit unter dem Namen „Rheuma-Tutor“ als fallbasiertes Lernprogramm angeboten [88]. Eine Evaluation dieses Lernprogrammes zeigte einen guten Lernerfolg der Studenten im Rahmen eines rheumatologischen Praktikums. Diese waren motiviert, das System zum Selbststudium einzusetzen und nahmen das Programm positiv auf [85]. Die Evaluation deckte jedoch auch einige Schwachstellen des Programmes auf. Noch fehlt die Illustration der Krankheitsbilder mit Hilfe von Multimedia-Komponenten. Außerdem wurde das Fehlen jeglicher therapeutischer Möglichkeiten kritisiert und dadurch die Praxisrelevanz des vorliegenden Trainigssystems unterschätzt [85]. Insgesamt stellt der Rheuma-Tutor jedoch eine große Hilfe in der Studentenausbildung im Fach Rheumatologie an der LMU München dar, nicht zuletzt dadurch, das aufgrund der bestehenden Wissensbasis neue, authentische Fälle jederzeit ohne größeren Aufwand integriert werden können.

Zuletzt sollen noch die beiden Programme „Was ist Rheuma“ und „Was kann man gegen Rheuma tun“ erwähnt werden [11, 12]. Dies sind zwei Informationssysteme, die dem Patienten mit Unterstützung multimedialer Techniken rheumatologische Krankheitsbilder beziehungsweise deren Therapie erläutern. Für den Studentenunterricht sind diese Programme jedoch zu allgemein gehalten.


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D.  Die rheumatoide Arthritis

Die rheumatoide Arthritis (RA) als Prototyp einer Autoimmunerkrankung eignet sich durch die Mannigfaltigkeit klinischer Symptome und die breite Palette der Differentialdiagnosen sehr gut als Gegenstand eines Multimedia-Programmes. Mit einer Prävalenz von circa 1% ist die rheumatoide Arthritis die häufigste Erkrankung des entzündlich-rheumatischen Formenkreises, die durch ihren chronischen Verlauf ein beträchtliches soziales und ökonomisches Problem für die Gesellschaft darstellt. [67]. Es ist deshalb wichtig, besonders viele Mediziner auf verschiedenen Wegen mit dieser Erkrankung zu konfrontieren, so auch mit der Hilfe elektronischer Medien.

Das Beispiel der rheumatoiden Arthritis ist geeignet, Untersuchungstechniken und apparative Verfahren zu beschreiben, die zur Diagnostik aller Gelenkerkrankungen dienen, sowohl entzündlicher als auch degenerativer Genese. Diese Erkrankungen gilt es differentialdiagnostisch abzugrenzen, wodurch sich das Anwendungsgebiet des Multimedia-Programmes noch erweitert.

Bei der Ätiologie der rheumatoiden Arthritis, die noch nicht vollständig geklärt ist, spielen sowohl genetische als auch Umweltfaktoren eine wichtige Rolle [4]. Bekanntes klinisches Zeichen der RA ist der symmetrische, polyartikuläre Befall peripherer Gelenke, der oft mit erheblichen Veränderungen wie Schwanenhalsdeformität, Knopflochdeformität, Mutilationen oder Ankylosen einhergeht. Daneben müssen auch die extraartikulären Manifestationen wie Rheumaknoten, Pleuritis, Perikarditis, Keratokonjunktivitis sicca und Vaskulitis beachtet werden [55].

Serologisch kommt es zum Anstieg der Entzündungsparameter. In etwa 70% der Fälle sind Rheumafaktoren nachweisbar [90]. Die bildgebenden Verfahren dienen dem Nachweis der Gelenkveränderungen und der Verlaufsdokumentation. Typisch ist der Nachweis einer gelenknahen Entkalkung sowie von Erosionen im konventionellen Röntgenbild [29].

Weiterführende Darstellungen zur rheumatoiden Arthritis sind im Anhang A (Seite 71ff.) enthalten.


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E.  Anforderungen an ein multimediales Lernsystem

Seit der Entwicklung der ersten Lernprogramme haben sich die Merkmale der Software immer mehr verbessert. Zum einen gibt es neue Erkenntnisse hinsichtlich Didaktik und Form der Informationsvermittlung. Zum anderen ist naturgemäß auch die beim Endanwender zur Verfügung stehende Technik immer besser geworden. Erst dadurch besteht die Möglichkeit, die Lerninhalte multimedial zu vermitteln.

Je nach Schwerpunkt des jeweiligen Autors existieren eine Reihe von Gestaltungsvorschlägen für elektronische Publikationen. So unterstreicht Müller die Bedeutung der drei Is beim Entwurf von Multimediaapplikationen [77]. Damit sind die Begriffe Interface, Interaktion und Intuition gemeint. Das Interface dient als Schnittstelle zwischen den Prozeduren und Routinen des Computers und dem Benutzer. Es besteht aus einer dem Zweck angepassten Anordnung von Schaltern, Hebeln, Tasten und Informationsfeldern. Je klarer und intuitiver das Interface gestaltet ist, desto einfacher kommt der Mensch an die Programmfunktionen heran und steuert seine Arbeit am Computer. Durch Interaktion wird der Anwender in einen Dialog mit dem Computer versetzt. Jede Aktion wird mit einer sinnvollen Reaktion des Systems beantwortet. Dadurch können Fehler vermieden und Abläufe transparent dargelegt werden. Einen wichtiger Faktor bei der Entwicklung von Multimedia-Programmen ist nach Müller die Intuition. Ziel des Multimedia-Autors sollte es sein, durch ansprechende Gestaltung und gute Inhalte den Betrachter zu fesseln.

Aus dem Blickwinkel des Designers sieht Bonsiepe Hypermedia-Systeme [13]. Nicht das schnelle Weiterklicken von einem Bildschirm zum anderen ist das Interessante, sondern die Spannung zwischen Visualität und Diskursivität. Anders als zum Beispiel beim Film besteht die Möglichkeit des Dialoges.


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Eine Reihe von technischen Empfehlungen gibt Wilson [107]. Die Ziele guten Projektdesigns und guter Implementation sieht er in folgenden Punkten:

Tabelle 1: Technische Empfehlungen für Macromedia-Director-Projekte (Auszug) [107].

Ökonomie

Minimierung der erforderlichen Arbeit: Vermeidung unnötiger Wiederholung, Schonung der Ressourcen (Plattenspeicher, Hauptspeicher), solange das mit gutem Interface-Design vereinbar ist.

Kürze

Das Ziel ist es, eindeutige, übersichtliche Strukturen zu schaffen. Dadurch können Teile des Projektes besser modifiziert, gewartet und nachvollzogen werden.

Konsistenz

Im ganzen Projekt sollten die gleichen Methoden, Layouts, Schriftarten etc. angewendet werden. (Gleiches ”look and feel”)

Geschwindigkeit

Die Computer des Entwicklers sind oft sehr leistungsstark. Das Projekt muß aber für den langsamsten bei der Zielgruppe vorstellbaren Rechner optimiert werden.

Klarheit

Alle Prozeduren, Archive und Dateien sollen eindeutig bezeichnet sein. Dadurch wird leichtes Zurechtfinden im Projekt gewährleistet.

Skalierbarkeit

Bei späteren Änderungen oder Erweiterungen muß so wenig Aufwand wie möglich entstehen.

Wiederverwendbarkeit

Wenn möglich, sollten einzelne Programmteile sehr allgemein gefaßt werden, um eine Verwendung in späteren Projekten zu ermöglichen, ohne das Rad jedesmal neu erfinden zu müssen.


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Qualitätskriterien für elektronische Publikationen in der Medizin werden von der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e. V. (GMDS) herausgegeben [92]. Diese speziell für medizinische Multimedia-Programme und Internet-Anwendungen zusammengestellte sehr ausführliche Liste von Qualitätsmerkmalen soll helfen, gravierende Fehler bei der Erstellung solcher Multimedia-Titel zu vermeiden. Es werden fünf Punkte in den Vordergrund gestellt, die folgende Schwerpunkte beinhalten:


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Tabelle 2: Qualitätskriterienkatalog für elektronische Publikationen in der Medizin (Auszug) [92].

Inhaltliche Kompetenz

Die medizinischen Inhalte werden korrekt und umfassend vermittelt und der Zielgruppe angemessen präsentiert.

Zitate und herangezogene externe Quellen sind als solche kenntlich gemacht.

Zielgruppe und Lernziele sowie Art und Umfang der notwendigen Computerkenntnisse sind deutlich ausgewiesen.

Softwaretechnische Kompetenz

Die Anwendung ist für die bei der Zielgruppe zu erwartende Systemumgebung entwickelt. Im Idealfall werden mehrere gängige Systeme bezüglich der gesamten Funktionalität unterstützt.

Die Anwendung ist direkt vom Datenträger ohne Setup-Routine und auch ohne Eingriff in die Systembereiche des Betriebssystems lauffähig.

Die Anwendung ist stabil, robust gegen Bedienungsfehler, zuverlässig und performant.

Medientechnische Kompetenz

Inhalte sind prägnant und knapp formuliert.

Die Texte sind stilistisch, orthographisch und grammatikalisch korrekt. Die Interpunktion ist regelgerecht.

Es herrscht Konsistenz bezüglich Layout, Schriftart und Formatierung.

Das Scrollen von Text wird weitgehend vermieden. Die Regel „Ein Thema - ein Textfenster“ ist weitgehend realisiert.

Selten benutzte Abkürzungen und Fachtermini werden mit Hilfe eines Lexikons oder Glossars erläutert.

Eine hypertextbasierte Publikation verfügt über ein leistungsfähiges Orientierungssystem.

Verweise werden überlegt und sparsam eingesetzt. Nicht-explizite textuelle Verweise auf vorhergehende Inhalte (z. B. Pronomina, „siehe oben“) werden vermieden oder durch Hyperlinks explizit gemacht.

Hyperlinks zu bereits besuchten Seiten sind als solche zu erkennen. Die individuellen Navigationspfade werden in einer Historie vollständig festgehalten und sind vorwärts und rückwärts beschreitbar.

Designkompetenz

Für die Bedienung sind keine technischen Spezialkenntnisse erforderlich.

Die Anwendung kann von jeder Stelle aus jederzeit beendet werden.

Die Grundfunktionalität erschließt sich auch ohne vorherige Schulung oder Konsultation von Hilfetexten.

Anzahl und Vielfalt der Steuerelemente sind auf das notwendige Maß beschränkt. Sie finden sich immer an der gleichen Stelle und haben im gesamten Programm dasselbe Erscheinungsbild.

Didaktische Kompetenz

Das Lernpensum ist inhaltlich und bezüglich einer zeitlichen Abschätzung klar umrissen.

Da Lernen durch die Ordnung der Wissenspräsentation bestimmt ist, ist die Kapitel-, Seiten- und Absatzstruktur von Hypertextdokumenten durch ein vom Lernenden leicht nachvollziehbares Ordnungsprinzip geprägt.

Da sich Lernstrategien abhängig von Vorwissen, individuellen Präferenzen sowie Lernzielen unterscheiden, lassen sich dieselben Inhalte auf unterschiedlichen Wegen erschließen.

Aktivierende, z. B. spielerische Elemente verhindern das Aufkommen von Monotonie.


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18.10.2004