The theories of design patterns and their practical implications exemplified for e-learning patterns

  • Patterns are an efficient and successful way to capture best practices and access the tacit knowledge of experts. While the basic concept of patterns is simple and applicable in various domains there are many gaps in understanding the deeper meanings of the approach. This work will explore the nature of patterns and pattern languages by discussing the state-of-the-art, linking the pattern concept to its original ideas and develop a theoretical framework to understand the relations and differences between patterns in the world, patterns in our heads and pattern descriptions. The common ground for patterns is to capture the context, problem, conflicting forces, a generative solution and the consequences in written form. To discuss the meanings of these analytical perspectives a path metaphor will be introduced in this thesis. The concepts will be linked to Alexander’s original ideas and common views from the pattern community. We will also identify gaps such as the weak understanding of the different problem levels that should bePatterns are an efficient and successful way to capture best practices and access the tacit knowledge of experts. While the basic concept of patterns is simple and applicable in various domains there are many gaps in understanding the deeper meanings of the approach. This work will explore the nature of patterns and pattern languages by discussing the state-of-the-art, linking the pattern concept to its original ideas and develop a theoretical framework to understand the relations and differences between patterns in the world, patterns in our heads and pattern descriptions. The common ground for patterns is to capture the context, problem, conflicting forces, a generative solution and the consequences in written form. To discuss the meanings of these analytical perspectives a path metaphor will be introduced in this thesis. The concepts will be linked to Alexander’s original ideas and common views from the pattern community. We will also identify gaps such as the weak understanding of the different problem levels that should be addressed in a pattern. Moreover, the thesis will reason about the quality of patterns by reflecting on wholeness and its properties. The major contribution is the foundation of a framework that links the pattern concept to established theories from other disciplines. Patterns in the world are related to the philosophical idea of universals. A thought experiment will show the problems of abstracting and dividing a structure into parts and patterns. The construction of patterns in our heads is explained according to schema theory. Different experiences can lead to different pattern ideas. In our view the descriptions of patterns is similar to the formulation of theories. A pattern is a network of statements about the interaction of forces in a given context. Its proposed solution is supposed to resolve the existing conflict of forces. Such claims are subject to falsification and can be treated as hypotheses about good design. While good patterns are grounded on empirical cases, the generalized forms cannot be relieved from the problem of induction - what has worked in the past does not necessarily work in future cases. Patterns need to be tested continuously and evolve based on new data. From these considerations we will derive practical guidance for pattern mining. The proposed theoretical framework will be supported by empirical findings. The lessons learnt from an authoring system that generates patterns of interactive graphics show that we can create many variations of instances based on the same universal code. This universal, however, is something artificially constructed by designers. It does not proof that this universal represents the world appropriately. To see whether individuals construct similar patterns we will report on the results from a laboratory study. The experiment tests the construction of schemas of interactive graphics. We will also reflect on pattern descriptions as the result of mining processes. Depending on the format, granularity and level of abstraction these descriptions contain different amounts of testable instructive information. A retrospective document analysis will compare different descriptions of patterns to illustrate this point. The main contribution of this work is to show the variety of ideas about patterns, the underlying theories and relations between patterns in the world, patterns in our heads and pattern descriptions. These relations show that patterns are socially and mentally constructed. At the one hand patterns try to capture one view of the reality that can be tested empirically. On the other hand pattern descriptions also influence which artefacts are created in the future. There is a feedback loop as patterns capture a perceived reality and potentially shape parts of the future reality, i.e. new objects in the world.zeige mehrzeige weniger
  • Muster sind ein effizienter und bewährter Ansatz, um erfolgreiche Lösungen und das implizite Expertenwissen über deren Umsetzung zu sammeln und zu dokumentieren. Die grundlegende Idee des Entwurfsmusteransatzes ist leicht verständlich und wird bereits in vielen Fachdisziplinen eingesetzt. Dennoch gibt es häufig viele Lücken, wenn es um ein tiefer gehendes Verständnis des Ansatzes geht. Diese Arbeit wird daher die grundlegenden Eigenschaften von Mustern und Mustersprachen aufzeigen. Dazu werden der aktuelle Kenntnisstand (State-of-the-art) dargestellt, die ursprünglichen Ideen des Ansatzes rückverfolgt und ein Theorierahmen entwickelt, um den Zusammenhang zwischen Mustern in der Welt, Mustern in unseren Köpfen und Musterbeschreibungen zu verstehen. Der gemeinsame Nenner für alle Entwurfsmuster ist die Erfassung von Kontext, Problemstellung, wechselseitigen Wirkkräften, einer generativen Lösung und deren Konsequenzen in schriftlicher Form. Die Bedeutungen dieser analytischen Perspektiven werden anhand einer Pfad-MetapherMuster sind ein effizienter und bewährter Ansatz, um erfolgreiche Lösungen und das implizite Expertenwissen über deren Umsetzung zu sammeln und zu dokumentieren. Die grundlegende Idee des Entwurfsmusteransatzes ist leicht verständlich und wird bereits in vielen Fachdisziplinen eingesetzt. Dennoch gibt es häufig viele Lücken, wenn es um ein tiefer gehendes Verständnis des Ansatzes geht. Diese Arbeit wird daher die grundlegenden Eigenschaften von Mustern und Mustersprachen aufzeigen. Dazu werden der aktuelle Kenntnisstand (State-of-the-art) dargestellt, die ursprünglichen Ideen des Ansatzes rückverfolgt und ein Theorierahmen entwickelt, um den Zusammenhang zwischen Mustern in der Welt, Mustern in unseren Köpfen und Musterbeschreibungen zu verstehen. Der gemeinsame Nenner für alle Entwurfsmuster ist die Erfassung von Kontext, Problemstellung, wechselseitigen Wirkkräften, einer generativen Lösung und deren Konsequenzen in schriftlicher Form. Die Bedeutungen dieser analytischen Perspektiven werden anhand einer Pfad-Metapher erörtert. Die dahinterliegenden Konzepte werden auf Alexanders ursprüngliche Ideen zurückgeführt und mit der allgemeinen Sichtweise der Pattern Community abgeglichen. Dabei werden wir auch Lücken identifizieren, zum Beispiel ein häufig nur sehr oberflächliches Verständnis der verschiedenen Problemebenen, die in einer Musterbeschreibung diskutiert werden sollten. Neben dem Beschreibungsformat werden in dieser Arbeit auch Qualitätskriterien für gute Muster thematisiert, die im Wesentlichen auf Ganzheitlichkeit bzw. Gestalthaftigkeit zurückgeführt werden. Der wichtigste Beitrag der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines Theorierahmens, der den Musteransatz mit etablierten Theorien anderer Disziplinen verknüpft. So lässt sich ein Zusammenhang zwischen Mustern in der Welt und philosophischen Vorstellungen über Universalien herstellen. Mithilfe eines Gedankenexperiments werden die Probleme beim Abstrahieren und Zerlegen einer Weltstruktur in seine Teile illustriert. Das Konstruieren von mentalen Mustern wird anhand der psychologischen Schematheorie erklärt. Daran lässt sich aufzeigen, dass unterschiedliche Erfahrungshintergründe in der Regel zu verschieden konstruierten Mustern und Vorstellungen führen. Wir werden die Position einnehmen, dass das Beschreiben eines Musters viele Ähnlichkeiten mit dem Entwickeln wissenschaftlicher Theorien aufweist. Ein Muster ist nämlich ein Netzwerk von Aussagen über die Interaktion von Wirkkräften in einem bestimmten Kontext. Die in einem Muster vorgeschlagene Lösung soll vorhandene Konflikte zwischen diesen Wirkkräften auflösen. Sowohl die Annahme über das tatsächliche Vorhandensein dieser Wirkkräfte wie auch die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Intervention sind falsifizierbar und lassen sich wie Hypothesen über gutes Design behandeln. Gute Muster sind zwar immer abgeleitet aus belegten empirischen Fällen, doch die Verallgemeinerungen führen direkt zum Grundproblem der Induktion: was in der Vergangenheit funktioniert hat, muss nicht automatisch auch in Zukunft funktionieren. Muster müssen daher fortlaufend überprüft und bei neuer Erfahrungslage weiterentwickelt werden. Aus diesen Überlegungen heraus werden wir praktische Empfehlungen für das Aufspüren von Mustern („Pattern Mining“) ableiten. Der vorgeschlagene Theorierahmen wird durch empirische Arbeiten unterstützt. Aus den Erfahrungen beim Entwickeln eines Autorensystems zum Erstellen interaktiver Grafiken haben wir gelernt, dass es möglich ist, vielfältige Exemplare eines Interaktions-Musters zu erzeugen, die alle auf dem gleichen universellen Maschinencode basieren. Eine solche real existierende Universalie ist jedoch künstlich von Entwicklern konstruiert. Damit ist nicht bewiesen, dass diese Universalie die Welt angemessen repräsentiert. Um festzustellen, ob verschiedene Individuen ähnliche (mentale) Muster konstruieren werden die Ergebnisse eines Laborexperiments diskutiert. Das Experiment prüft die Konstruktion von Schemata über interaktive Grafiken. Zudem wird über die dokumentierten Musterbeschreibungen, die aus „Pattern Mining“-Prozessen hervorgehen, reflektiert. Abhängig vom gewählten Beschreibungsformat, der Granularität und dem Abstraktionsniveau findet man in diesen Beschreibungen unterschiedliche Informationsgehalte und überprüfbare Instruktionen. Eine retrospektive Dokumentanalyse wird sich mit verschiedenen Musterbeschreibungen auseinandersetzen und diese miteinander vergleichen. Der wesentliche Beitrag dieser Arbeit liegt darin, die Vielfalt an Ideen über Muster, die zugrundeliegenden Theorien sowie die Zusammenhänge zwischen Mustern in der Welt, Mustern in unseren Köpfen und den Musterbeschreibungen aufzuarbeiten und darzustellen. Diese Zusammenhänge zeigen, dass Muster sozial und mental konstruiert werden. Auf der einen Seite stellen Muster den Versuch da, eine bestimmte Sicht auf die Realität einzunehmen, die sich empirisch testen lässt. Auf der anderen Seite beeinflussen Musterbeschreibungen aber auch welche Artefakte in Zukunft erstellt werden. Es gibt also eine Rückkopplung, da jedes Muster eine wahrgenommene Realität beschreibt und gleichzeitig das Potenzial trägt, Teile einer zukünftigen Realität zu formen.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Verfasserangaben:Kohls, Christian
URN:urn:nbn:de:bvb:824-opus4-1588
Betreuer:Prof. Dr. Harrer, Andreas
Dokumentart:Dissertation
Sprache der Veröffentlichung:Englisch
Online-Veröffentlichungsdatum:19.03.2014
Datum der Erstveröffentlichung:19.03.2014
Veröffentlichende Institution:Katholische Universität Eichstätt-Ingolstadt
Titel verleihende Institution:Katholische Universität Eichstätt-Ingolstadt, Mathematisch-Geographische Fakultät
Datum der Abschlussprüfung:20.01.2014
Datum der Freischaltung:19.03.2014
Freies Schlagwort / Tag:Design pattern; Education; Epistemology; Interaction; Schema
GND-Schlagwort:E-Learning; Entwurfsmuster; Mustersprache; Schematheorie; Wissenschaftstheorie
Seiten:322 S. : Ill., graph. Darst., Kt.
Fakultät/Lehrstuhl:Mathematisch-Geographische Fakultät
CCS-Klassifikation:D. Software / D.2 SOFTWARE ENGINEERING (K.6.3) / D.2.10 Design** (D.2.2) / Methodologies**
H. Information Systems / H.1 MODELS AND PRINCIPLES / H.1.0 General
DDC-Klassifikation:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 000 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke
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