Course generation as a hierarchical task network planning problem

This thesis presents course generation based on Hierarchical Task Network planning (HTN planning). This course generation framework enables the formalization and application of complex and realistic pedagogical knowledge. Compared to previous course generation, this approach generates structured courses that are adapted to a variety of different learning goals and to the learners\u27; competencies. The thesis describes basic techniques for course generation, which are used to formalize seven different types of courses (for instance introducing the learner to previously unknown concepts and supporting him during rehearsal) and several elementary learning goals (e. g., selecting an appropriate example or exercise). The course generator developed in this thesis is service-oriented thus allowing the integration of learning supporting services into the generated course in a generic and pedagogically sensible way. Furthermore, learning environments can access the functionality of the course generator using a Web-service interface. Repositories are treated as services that can register at the course generator and make their content available for course generation. The registration is based on an ontology of instructional objects. Its classes allow categorizing learning objects according to their pedagogical purpose in a more precise way than existing metadata specifications; hence it can be used for intelligent pedagogical functionalities other than course generation. Course generation based on HTN planning is implemented in Paigos and was evaluated by technical, formative and summative evaluations. The technical evaluation primarily investigated the performance to Paigos; the formative and summative evaluations targeted the users\u27; acceptance of Paigos and of the generated courses.Diese Arbeit stellt Kursgenerierung vor, die auf Hierarchical Task Network Planung (HTN Planung) basiert. Der gewählte Rahmen erlaubt die Formalisierung von komplexem und realistischem pädagogischem Wissen und ermöglicht im Vergleich zu bisherigen Techniken die Generierung von strukturierten Kursen, die an eine Vielzahl von Lernzielen angepasst sind. Aufbauend auf allgemeinen Techniken zur Kursgenerierung wird das pädagogische Wissen für sieben verschiedene Kurstypen und für eine Reihe von elementaren Lernzielen formalisiert. Die in dieser Arbeit vorgestellte Kursgenerierung ist service-orientiert. Dadurch steht ein generischer Rahmen zu Verfügung, in dem externe Lernsysteme in die generierten Kurse eingebunden werden und dem Lernenden zur Verfügung gestellt werden können, wenn es pädagogisch sinnvoll ist. Weiterhin können andere Lernsysteme über eine Web-Service Schnittstelle auf die Funktionalitäten des Kursgenerators zugreifen: Datenbanken werden als Services betrachtet, die an dem Kursgenerator registriert werden können, und auf die während der Kurserstellung zugegriffen wird. Die Registrierung verwendet eine Ontologie, die verschiedene instruktionale Typen von Lernobjekten repräsentiert und es erlaubt, Lernobjekte nach ihrem pädagogischen Verwendungszweck zu klassifizieren. Sie geht dabei über existierende Metadatenspezifikationen hinaus und ermöglicht pädagogische komplexe Funktionalitäten, so wie beispielsweise Kursgenerierung und weitere. Die vorgestellte Kursgenerierung ist implementiert in Paigos und wurde durch technische, formative und summative Evaluationen untersucht. Die technische Evaluation analysierte in erster Linie die Performanz von Paigos; die formative und summative Evaluationen widmeten sich der Frage der Akzeptanz und Verständlichkeit der von Paigos erzeugten Kurse aus Benutzersicht

Hierarchical contextual reasoning

Computer supported development of proofs requires user interaction even for theorems that are simple by human standards. In this thesis we define a communication infrastructure as a mediator between the user and the automatic reasoning procedures. It is based on a new uniform meta proof theory for contextual reasoning and encompasses most aspects of communication from the presentation of the proof state, via the supply of relevant contextual information about possible proof continuations, to the support for a hierarchical proof development. The proof theory is uniform for a variety of logics. It exploits proof theoretic annotations in formulas for a contextual reasoning style that is as far as possible intuitive for the user while at the same time still adequate for automatic reasoning procedures. Furthermore, concepts are defined to accomodate both the use and the explicit representation of hierarchies that are inherent in problem solving in general.Das computergestuetzte Beweisen von Theoremen erfordert den Eingriff des menschlichen Benutzers selbst fuer nach menschlichen Maßstaeben einfache Theoreme. Diese Arbeit definiert eine Kommunikationsplattform, die eine synergetische Kooperationsform des Benutzers mit dem Beweisverfahren ermöglicht

Network-Integrated Multimedia Middleware, Services, and Applications

Today, there is a strong trend towards networked multimedia devices. However, common multimedia software architectures are restricted to perform all processing on a single system. Available software infrastructures for distributed computing — commonly referred to as middleware — only partly provide the facilities needed for supporting multimedia in distributed and dynamic environments. Approaches from the research community only focus on specific aspects and do not achieve the coverage needed for a full-featured multimedia middleware solution. The Network-Integrated Multimedia Middleware (NMM) presented in this thesis considers the network as an integral part. Despite the inherent heterogeneity of present networking and device technologies, the architecture allows to extend control and cooperation to the network and enables the development of distributed multimedia applications that transparently use local and remote components in combination. The base architecture of this middleware is augmented by several middleware services that especially aim at providing additional support for developing complex applications that involve mobile users and devices. To this end, previously not available services and corresponding abstractions are proposed, realized, and evaluated. The performance and applicability of the developed middleware and its additional services are demonstrated by describing different realized application scenarios.Eine wachsende Anzahl von Multimedia-Geraeten verfuegt heute bereits ueber Netzwerkschnittstellen. Verfueugbare Multimedia Software-Architekturen beschraeanken jedoch die gesamte Datenverarbeitung auf ein einzelnes System. Verbreitete Software-Infrastrukturen fuer Verteilte Systeme — ueblicherweise Middleware genannt — bieten nur teilweise die Eigenschaften, die fuer die Multimedia-Datenverarbeitung in vernetzten und dynamischen Umgebungen benoetigt werden. Ansaetze aus der Forschung behandeln nur spezielle Teilaspekte und erreichen deshalb nicht den Funktionsumfang einer vollwertigen Middleware fuer Multimedia. Die in dieser Arbeit beschriebene Netzwerk-Integrierte Multimedia Middleware (NMM) betrachtet das Netzwerk als integralen Bestandteil. Die Architektur erlaubt trotz der inhaerenten Heterogenitaet der vorhandenen Netzwerk- und Geraetetechnologie die Kontrolle und das Zusammenspiel von Systemen auf das Netzwerk auszuweiten. Dies ermoeglicht die Entwicklung verteilter Multimedia-Anwendungen, die transparent lokale und entfernte Komponenten zusammen einsetzen. Die Kernarchitektur dieser Middleware wird durch verschiedene Dienste erweitert, die speziell die Realisierung komplexer Anwendungsszenarien mitmobilen Geraeten und Benutzern unterstuetzt. Insbesondere werden neue, bisher nicht vorhandene Middleware-Dienste und zugehoerige Abstraktionen vorgeschlagen, realisiert und evaluiert. Anhand verschiedener Anwendungsszenarien wird die Leistungfaehigkeit, die Effizienz und die praktische Relevanz der entwickelten Middleware und der ergaenzenden Dienste demonstriert

Regular Language Membership Constraint

Abstract. This paper mainly deals with the work of Gilles Pesant on the stretch constraint and its reformulation as a regular language membership constraint. Some definitions and examples should introduce and explain the notion of a stretch, the stretch constraint and the regular constraint. The consistency algorithm for the regular constraint is explained and illustrated with an additional example. Some comparative remarks on the stretch constraint and the regular constraint are included as well.