E-Learning-Plattform für Studenten - Andersen

Chancen

Der Kunde beabsichtigte, durch die Schaffung einer Web-Plattform für E-Learning, die auf der WebRTC-Technologie basiert, die Bindung der Studenten in der Region zu stärken und auf weitere Regionen auszudehnen. Diese Technologie sollte die vorhandenen Bildungsprogramme und -methoden ergänzen und die Option bieten, diese in Zukunft vollständig zu digitalisieren.

Die E-Learning-Plattform sollte hochwertige Echtzeit-Kommunikationsdienste bereitstellen und den Benutzern einen einfachen Zugang zu Mediendateien (Streaming, Screen-Sharing, interaktive Whiteboards usw.) auf allen Arten von Geräten (Web/Mobil) ermöglichen. Für unseren Kunden bedeutete dies die Möglichkeit, seine Inhalte online zu verbreiten, ohne viele Menschen an einem Ort zu versammeln und sie somit der Gefahr von COVID-19 auszusetzen. Die Universität war entschlossen, alle geltenden Normen einzuhalten, Bildungsdienstleistungen von hoher Qualität anzubieten und neue digitalisierte Bildungsangebote in den Regionen Europa und Asien zu verbreiten. Dies wiederum bedeutete, einen größeren Marktanteil im Bildungssektor zu erlangen, ohne an einen bestimmten physischen Standort gebunden zu sein.

Angesichts der Einschränkungen einiger internationaler Plattformen und des Mangels an erforderlichen Funktionen in bestehenden Lösungen (wie Skype, Slack, Microsoft Teams, Zoom, Discord usw.) entschied die Universität, eine maßgeschneiderte Plattform zu entwickeln, die alle ihre Anforderungen erfüllt.

Ziele

Aktuelle Markttrends

Der globale Markt für WebRTC-Lösungen verzeichnet ein stetiges Wachstum. Organisationen reagieren auf den gestiegenen Bedarf, der sich im Jahr 2020 manifestierte, und entwickeln aktiv ihre eigenen Lösungen für eine bequeme Kommunikation über Audio- und Videokonferenzen. Bestehende Produkte erfüllen nicht immer alle Anforderungen einer spezifischen Einrichtung und bieten begrenzte Möglichkeiten zur Anpassung oder Verbesserung. Darüber hinaus ist der Bildungssektor in den USA traditionell stark nachgefragt, was verschiedenen Institutionen ermöglicht, ausreichende Ressourcen zu sammeln, um in die Entwicklung eigener Bildungslösungen zu investieren und mit professionellen Bildungsplattformen (wie Udemy Business, LinkedIn Learning, Moodle usw.) zu konkurrieren. Ein entscheidender Vorteil besteht darin, dass jede Einrichtung den Lernprozess an die reale (Offline-)Bildungserfahrung anpassen kann, die sie bietet.

Architekturübersicht

Um den Anforderungen des Kunden im Bereich E-Learning gerecht zu werden, war es erforderlich, eine effektive, skalierbare und zuverlässige Architektur zu entwickeln, die die Bereitstellung von Kommunikationsdiensten auf verschiedenen Web- und Mobilplattformen mit unterschiedlichen Netzwerkkonfigurationen ermöglicht. Die Integration der WebRTC-Technologie erlaubte die Implementierung bewährter und unternehmensgerechter Architekturlösungen.

Anwendungsserver

Anwendungsserver sind primäre App- und Website-Hosting-Server, die kundenspezifische Funktionen enthalten, die vollständig auf WebRTC-Technologie basieren.

Signalisierungsserver

Ein WebRTC-Signalisierungsserver ist ein Server, der die Verbindungen zwischen den Client-Geräten verwaltet. Er überträgt nicht den eigentlichen Medienverkehr, sondern konzentriert sich auf die Signalisierung. Das umfasst die Möglichkeit für einen Benutzer, einen anderen im Netzwerk zu finden, die Verbindung selbst herzustellen, sie gegebenenfalls zurückzusetzen und sie schließlich zu beenden.

Alle Peers senden Benachrichtigungen an den verbundenen Server, der sie dann weiterleitet. Diese Benachrichtigungsanfragen können über WebSockets oder HTTP-Protokolle ausgeführt werden, wie z. B. REST zum Senden und Long Polling zum Empfangen. Beide erfordern zusätzliche Schritte, um Benachrichtigungen zu empfangen: WebSocket muss geöffnet und aktiv sein und kann nicht auf Anfrage verwendet werden; Long Polling erfordert wiederum mehrere HTTP-Anfragen im Laufe der Zeit, was zu einem erhöhten Bandbreitenverbrauch führt.

STUN/TURN-Server

Die Peer-to-Peer-Kommunikation über WebRTC kann je nach Netzwerkkonfiguration eines Peers auf drei verschiedene Arten funktionieren:

In diesem Fall können sie direkt miteinander kommunizieren, ohne dass ein externes System erforderlich ist.

Unsere Lösung nutzt in diesem Szenario ein Protokoll namens STUN, das es den Clients ermöglicht, ihre öffentliche IP-Adresse sowie den Typ des NAT-Geräts zu identifizieren, hinter dem sie sich befinden. Diese Informationen werden genutzt, um eine Medienverbindung herzustellen. Normalerweise wird ein STUN-Server lediglich während des Verbindungsaufbaus verwendet; sobald die Verbindung hergestellt ist, fließen die Medien direkt zwischen den Teilnehmern und dem Video-Gateway (WebRTC).

Es gibt sehr restriktive Unternehmensnetzwerke (z. B. mit Verbot für UDP-Verkehr und nur erlaubtem 443 TCP), in denen sämtliche nicht standardisierten Kommunikationswege aufgrund von Sicherheitsrichtlinien und -standards blockiert sind. In solchen Fällen müssen Clients einen TURN-Server nutzen, um den Datenverkehr weiterzuleiten. In diesem Szenario erfolgt keine direkte Kommunikation zwischen den Peers - der gesamte Verkehr wird über den TURN-Server geleitet.

Das ICE-Protokoll ermöglicht es Geräten, festzustellen, welche Netzwerkoption gerade verfügbar ist, ihre öffentliche IP-Adresse mitzuteilen und eine Verbindung zu anderen Geräten herzustellen.

WebRTC-Medienserver

Client-Kanäle

WebRTC wird heutzutage von allen gängigen Browsern und App-Plattformen vollständig unterstützt. Dies ermöglicht unserer App, nahtlos auf allen modernen Browsern - Chrome, Firefox und Microsoft Edge - zu funktionieren, ohne dass zusätzliche Software installiert werden muss.

Darüber hinaus ist eine spezielle App für Windows verfügbar, die mit Electron entwickelt wurde - einem Framework, das die Erstellung plattformübergreifender Desktop-Apps mit JavaScript und anderen Webtechnologien ermöglicht. Dieser Ansatz erleichtert die Entwicklung von Windows-Apps erheblich, da bis zu 90 % des Codes zwischen Windows- und Webanwendungen wiederverwendet werden können. Ein ähnlicher Ansatz mit Electron für Windows-Apps wurde bereits von mehreren großen Anbietern im Bereich der Webkommunikation, wie Skype, Microsoft Teams, Slack und WhatsApp, angewendet und hat sich als De-facto-Standard etabliert. Zusätzlich zu den gemeinsamen Funktionen bieten Windows-Apps zusätzliche Möglichkeiten wie das Herunterladen von Materialien im Offline-Modus, was in Browsern nicht möglich ist.

Da plattformübergreifende Funktionen auf dem heutigen Markt von entscheidender Bedeutung sind, bietet unsere Plattform für Online-Unterricht sowohl Android- als auch iOS-Mobil-Apps.

Leider sind die vorhandenen Lösungen nicht optimal auf die Anforderungen des E-Learnings abgestimmt und müssen in Verbindung mit anderen kommerziellen Produkten genutzt werden, damit Tutoren effektive Lernerfahrungen vermitteln können.

Audio- und Videokonferenzen mit mehreren Teilnehmern

Diese wichtige Funktion ermöglicht es Tutoren, Vorlesungen für mehrere Studenten gleichzeitig abzuhalten. Sowohl Tutoren als auch Studierende können verschiedene Plattformen nutzen, aber für Tutoren wird die Verwendung der Microsoft-App empfohlen, da sie das Screen-Sharing vereinfacht und zusätzliche Funktionen bietet.

Des Weiteren besteht die Möglichkeit, in Echtzeit im Chat zu kommunizieren, um Ablenkungen durch Fragen zu vermeiden, während die Tutoren sprechen.

Geräuschunterdrückung

Es ist oft schwierig, Hintergrundgeräusche für sowohl Lehrkräfte als auch Studenten zu unterdrücken. Um dieses Problem anzugehen, stehen verschiedene Softwarelösungen zur Verfügung. Da die Stimme des Vortragenden klar und deutlich bleiben soll, haben wir beschlossen, eine der führenden Lösungen von Anbietern zu integrieren, die bereits erfolgreich von verschiedenen Kommunikations- und Streaming-Plattformen eingesetzt wird.

Sitzungsaufzeichnung

Alle Sitzungen werden automatisch aufgezeichnet und in der Cloud gespeichert. Studenten können jederzeit online auf die Aufzeichnungen ihrer Kurse zugreifen. Der Zugriff auf vergangene Sitzungen ist wichtig, damit Studierende in ihrem eigenen Tempo lernen und komplizierte Inhalte nachholen können. Tutoren können diese Aufzeichnungen überprüfen, Zeitstempel setzen, um die Navigation zu erleichtern, und Kommentare hinzufügen.

Screen-Sharing

Die E-Learning-Plattform unterstützt die gemeinsame Nutzung von Bildschirmen durch Tutoren und Studenten. Um ein optimales Lernerlebnis zu gewährleisten, können mehrere Personen gleichzeitig ihre Bildschirme freigeben. Dies ermöglicht es einem Tutor, gleichzeitig mehreren Schülern zu helfen, während er seinen eigenen Bildschirm weiterhin nutzt.

Whiteboards

Ein Online-Whiteboard ist ein interaktives Tool, das Lehrkräften und Studenten ermöglicht, in Echtzeit zusammenzuarbeiten, indem sie Notizen machen, Figuren zeichnen und Bilder anhängen können. Diese virtuellen Whiteboards reproduzieren die Funktionen physischer Whiteboards und werden häufig in virtuellen Klassenzimmern eingesetzt.

Die Whiteboards auf unserer Online-Unterricht-Plattform unterstützen außerdem die Darstellung mathematischer Formeln in TeX-Notation, was besonders im technischen Unterricht unverzichtbar ist.

Lehrkräfte können diese Whiteboards im Voraus für ihre Kurse vorbereiten und während des Unterrichts problemlos zwischen ihnen wechseln. Dies beschleunigt den E-Learning-Prozess erheblich und trägt dazu bei, dass Studenten die gesamte Unterrichtszeit konzentriert bleiben.

Automatische Untertitel

Das System bietet automatische Erstellung von Untertiteln aus gesprochener Sprache nahezu in Echtzeit. Dies ist für Studierende mit Hörbehinderungen von entscheidender Bedeutung, da sie so dem Kursinhalt ebenso gut folgen können wie der Rest der Gruppe.

Auf dem Markt gibt es derzeit mehrere Anbieter von Cloud-APIs für Spracherkennung und Untertitelgenerierung. Da die Entwicklung solcher Funktionen von Grund auf sehr zeitaufwändig ist, haben wir beschlossen, eine dieser Plattformen als Partner auszuwählen und eine Integration mit ihren APIs zu entwickeln.

Tests

Das System umfasst eine integrierte Engine, mit der sowohl einfache Multiple-Choice-Tests als auch komplexere Prüfungen erstellt werden können. In einigen Kursen ist das Bestehen der Prüfung eine Voraussetzung, um zum nächsten Kapitel fortzufahren. Je nach Art der Prüfung erfolgt die Bewertung entweder automatisch oder durch einen Tutor. Bei manueller Bewertung besteht die Möglichkeit, zusätzliche Kommentare hinzuzufügen, um sicherzustellen, dass die Schüler die Bewertungskriterien verstehen. Tutoren haben jederzeit Zugriff auf die Testergebnisse ihrer Schüler und können diesen auch bei Fragen oder Problemen helfen.

Bei strengeren Zertifizierungsprüfungen überwacht das System die Aktivitäten von Studenten und kann den Test automatisch für ungültig erklären, wenn sie versuchen, auf das Internet zuzugreifen oder den Bildschirm zu minimieren, um Betrug zu verhindern.

Nach Abschluss eines Kurses oder einer Kursreihe erstellt das System automatisch ein Abschlusszertifikat.

Gamification

Anmerkungen und Kommentare

Studenten haben die Möglichkeit, Notizen zu den Kursinhalten zu erstellen, die dann auf dem Server gespeichert werden und jederzeit abgerufen werden können. Diese Notizen können entweder privat gehalten oder für den Tutor sichtbar gemacht werden. Dies ermöglicht es den Studenten, auch nach Abschluss der Sitzung Fragen zu stellen und mit dem Tutor zu interagieren. Zusätzlich können die Notizen mit den Timecodes der Aufzeichnung verknüpft werden, um zusätzliche Erklärungen zu bestimmten Momenten zu erleichtern.

Die E-Learning-Videoplattform wurde erfolgreich von Andersens Architekten und Entwicklungsteam erstellt und befindet sich derzeit in der Beta-Testphase.

Während der Entwicklung der maßgeschneiderten E-Learning-Lösung auf Basis von WebRTC hat Andersens Expertenteam eine Reihe nützlicher und beliebter Funktionen eingeführt. Diese haben den Lernprozess sowohl für Tutoren als auch für Studenten erheblich verbessert. Unsere E-Learning-Plattform bietet nicht nur einen Standardweg für die Kommunikation eins zu eins und eins zu vielen, sondern auch einen großen Mehrwert für das Lernen.

Analysen und Umfragen, die sowohl unter Tutoren als auch unter Studenten durchgeführt wurden, zeigen, dass unsere Lösung das Engagement der Studenten erhöht hat. Sie verbringen mehr Zeit auf unserer E-Learning-Plattform, um Tests zu absolvieren, Kommentare zu hinterlassen und andere Inhalte zu überprüfen. Dies hat ihre Gesamtleistung und ihre Zufriedenheit mit dem Lernprozess wesentlich verbessert. Lehrkräfte können sich nun besser auf ihren Unterricht vorbereiten und haben mehr Medienoptionen zur Verfügung, um die Vorlesungen interaktiver und ansprechender zu gestalten