Auf der Schulbank

Klassenraum-Management-Software iTalc

Computer gehören heutzutage ebenso zum Schulinventar wie Kreide und Tafel: Die meisten Lehranstalten weisen mindestens ein Computerkabinett auf. Stehen die Rechner jedoch erst einmal und wagen sich die ersten Lehrer sich mit ihren Schützlingen an die neue Technik, weicht die anfängliche Freude häufig einem etwas nüchternen Blick auf die Realität: Neben sinnvollen didaktischen Konzepten mangelt es zumeist auch an Software, mit deren Hilfe der Lehrer den Überblick über den Klassenraum behält.

Eine solche Software beinhaltet vielfältige Funktionen zur Kontrolle der Schülerrechner. Dazu zählt eine einfache Klassenraumübersicht sowie die Möglichkeit, Rechner fernzusteuern, Bildschirme zu sperren oder den Lehrerbildschirm zu Demonstrationszwecken in Echtzeit auf die Schülerbildschirme zu verteilen. Nun ist es ja nicht so, dass es keine Firmen gäbe, die solche sogenannte Klassenraum-Management-Software entwickeln – doch für entsprechende Lizenzen fallen schnell mehrere Tausend Euro an. Zudem setzt solche Software ausschließlich Windows voraus und enthält nicht selten knebelnde Lizenzbestimmungen.

Freie Alternative

In der Open-Source-Welt gab es lange keine brauchbare Alternative, weshalb vor vier Jahren an einer Schule in Chemnitz die Arbeit am Projekt iTalc [1] begann. Dort sah das Kollegium nach dem Umstieg auf Linux das Fehlen einer solchen Software als großes Manko an. Ursprünglich als reine Linux-Software konzipiert, läuft iTalc mittlerweile auch unter Windows, und selbst der Support für OS X steht für dieses Jahr noch auf dem Plan. Mittlerweile gehört iTalc bei Edubuntu als Standardsoftware zum Verwalten von Klassenräumen mit zum Umfang und erfreut sich so weltweit zunehmender Beliebtheit.

Nach der Installation (siehe Kasten "iTalc einrichten") geht es an die Konfiguration, damit iTalc ordnungsgemäß und vor allem sicher funktioniert. Halten Sie sich stets vor Augen, dass jeder Schüler die Möglichkeit hat, die Software selbst herunterzuladen und den Betrieb zu stören beziehungsweise unbemerkt fremde Bildschirminhalte einzusehen. Um genau das zu verhindern, besitzt iTalc einen auf dem Public-Key-Verfahren basierenden Authentifizierungsmechanismus. Auf dem Lehrerrechner befindet sich ein privater Schlüssel, aus dem die Software einen öffentlichen Schlüssel ableitet. Diesen öffentlichen Schlüssel verteilen Sie auf alle Schülerrechner.

iTalc einrichten

Die Installation und Einrichten von iTalc fällt recht leicht, sofern Sie einige Kleinigkeiten beachten. Zunächst einmal laden Sie die Software von der Heft-DVD oder aus dem Netz herunter. Sinnvollerweise beginnen Sie die Installation beim Lehrer-Rechner. Bei Distributionen wie Ubuntu 8.04 (mitsamt Derivaten) oder Debian "Testing"/"Lenny" genügt die Auswahl der Pakete italc-client und italc-master im Paketmanager.

Auch Mandriva [2] und OpenSuse [3] stellen über ihre Education-Repositories entsprechende Pakete zur Verfügung. Achtung: Debian "Etch" und verschiedene andere ältere Distributionen enthalten eine frühe Version von iTalc (0.9.x), die die Entwickler nicht mehr unterstützen.

Verwenden Sie eine Distribution, die keine aktuelle Version von iTalc (möglichst 1.0.7 oder neuer) bereitstellt, empfiehlt es sich, die Software selbst zu kompilieren. Das setzt Qt 4.2.3 oder neuer samt Entwicklerpaketen sowie die Entwicklerpakete der OpenSSL-Bibliothek, die Libjpeg sowie die Zlib voraus. Nach Herunterladen des Quellcodes entpacken Sie das Archiv und wenden den üblichen Dreisatz configure && make && sudo make install an.

Sobald nun ein iTalc-Dienst (Client) auf einem Schülerrechner eine Verbindungsanfrage bekommt, authentifiziert sich der Fragende (im folgenden Master genannt), indem er eine vom Client erhaltene Folge von zufälligen Bytes mit seinem privaten Schlüssel signiert. Der Client erhält die Signatur als Antwort und prüft mit Hilfe des öffentlichen Schlüssels die Gültigkeit der Signatur. Stimmt diese, erhält der Client die Kommunikation aufrecht und der Master darf den Rechner kontrollieren und den Bildschirm auslesen.

Schlüsselfragen

Bei Ubuntu erstellt das System bei der Installation der Software automatisch einen privaten und einen öffentlichen Schlüssel. Setzen Sie diese Distribution ein, überspringen Sie einfach den nächsten Schritt. In allen anderen Fällen führen Sie den folgenden Befehl als root aus:

# ica -role teacher -createkeypair

Anschließend finden sich in /etc/italc/keys/private/teacher/key und /etc/italc/keys/public/teacher/key der private respektive öffentliche Schlüssel. Dabei kommt es darauf an, die richtigen Dateiberechtigungen zu setzen: Erlauben Sie beim öffentlichen Schlüssel jedermann den Zugriff, der private Schlüssel darf hingegen nur für eine eingeschränkte Benutzergruppe zugänglich sein. Da die Schlüssel standardmäßig root:root gehören, bietet es sich an, eine Gruppe italcusers anzulegen und mittels chgrp -R italcusers /etc/italc/keys/private/teacher als root die Berechtigungen anzupassen.

Anschließend fügen Sie die entsprechenden Nutzer noch der Gruppe hinzu. Das Verzeichnis mit den öffentlichen Schlüsseln (/etc/italc/keys/public) übertragen Sie nun unverändert auf alle Schülerrechner. Alternativ legen Sie es in geeigneter Weise in ein Netzwerk-Share und verknüpfen es per Symlink. Letztere Vorgehensweise spart insgesamt Aufwand, vor allem für den Fall, dass jemand den privaten Schlüssel kompromittiert.

iTalc-Dienst ICA

Nun sorgen Sie noch dafür, dass auf allen Rechnern einschließlich des Lehrer-Rechners der iTalc-Dienst (ICA) startet. Dafür gibt es unterschiedliche Vorgehensweisen mit spezifischen Vor- und Nachteilen. Die erste Möglichkeit besteht darin, ICA mittels des Xsetup- oder Xstartup-Skripts zu starten. In diesem Fall läuft das Programm mit Superuser-Rechten. Das hat den Vorteil, dass Schüler den Prozess nicht beendet dürfen, um sich der Kontrolle zu entziehen. Es birgt aber das Problem, dass ein mit entsprechenden Rechten laufender Dienst stets ein Sicherheitsrisiko darstellt.

Möchten Sie einen Rechner entsprechend konfigurieren, tragen Sie lediglich den Befehl /usr/bin/ica & in die Datei /etc/kde3/kdm/Xstartup (KDE) oder /etc/gdm/PostLogin/Default (Gnome) ein. Möchten Sie den Fernzugriff schon vor dem Anmelden ermöglichen, bearbeiten Sie die Dateien /etc/kde3/kdm/Xsetup beziehungsweise /etc/gdm/Init/Default entsprechend.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, ICA einfach über eine Desktop-Datei im Autostart-Ordner /etc/xdg/autostart/ zu starten. Unter Ubuntu geschieht das übrigens automatisch. Andernfalls speichern Sie als root eine Datei mit dem Inhalt aus Listing 1 unter /etc/xdg/autostart/ica.desktop ab. Auf diese Weise läuft ICA mit normalen Nutzerrechten, Schüler können die Software also einfach beenden. Diese Variante bietet aber den Vorteil, dass die iTalc-Funktion Programm ausführen problemlos arbeitet. Nach einem Neustart der X-Oberfläche erscheint ein Icon mit dem grünen iTalc-Logo im Systembereich der Kontrollleiste.

Listing 1
[Desktop Entry]
Version=1.0
Name=iTalc client
Comment=iTalc Client Application
Exec=/usr/bin/ica
Terminal=false
Type=Application
StartupNotify=true
Categories=GNOME;KDE;System;

Erster Programmstart

Nachdem Sie iTalc installiert und korrekt eingerichtet haben, starten Sie die eigentliche Software. Üblicherweise legt das Setup bei der Installation im entsprechenden Menü automatisch ein Icon an. Andernfalls geben Sie einfach den Befehl italc über [Alt]+[F2] ein oder führen ihn in einer Konsole aus. Nach dem Splashscreen weist die Applikation Sie beim ersten Start darauf hin, dass noch keine Klassenraum-Konfiguration existiert.

Hat das Einrichten der Schlüssel aus irgendeinem Grund nicht geklappt, startet iTalc gar nicht erst und es erscheint eine entsprechende Nachricht. Andernfalls sehen Sie die Master-Oberfläche, die sich grob in drei Bereiche gliedert: In der Werkzeugleiste oben finden sich alle wichtigen Knöpfe, um iTalc zu steuern. Darunter sehen Sie rechts die Hauptansicht, in der später die Schülerrechner erscheinen. Links öffnet sich nach Klick auf den jeweiligen Knopf in der Schalterleiste ein entsprechender Arbeitsbereich.

Mit Hilfe der Klassenraumverwaltung steuern Sie Klassenräume und die zugehörigen Rechner. Hier beginnen Sie nun, alle Schülerrechner hinzuzufügen. Nach Doppelklick auf die Rechner in der Liste beziehungsweise der globalen Auswahl des Klassenraums mit Hilfe des Klassenraum-Menüs (erster Knopf in der Werkzeugleiste) erscheinen kleine Fenster im Arbeitsbereich. Hat das Verteilen der öffentlichen Schlüssel geklappt, sehen Sie nach kurzer Zeit eine verkleinerte Ansicht des jeweiligen Bildschirms.

Da die Fenster nach dem Einrichten zunächst ungeordnet übereinander liegen, ordnen Sie mit einem Klick auf den ganz rechten Knopf (Anordnung) alle Client-Fenster nach IP sortiert an. Anschließend haben Sie einen Überblick über den Klassenraum und ganz grob über die Aktivitäten der Schüler (Abbildung 1).

Abbildung 1

Abbildung 1: Dank einer übersichtlichen Konfiguration sehen Sie auf einen Blick, was gerade auf den einzelnen iTalc-Clients geschieht.

Grundfunktionen

Um den Bildschirm eines Schülers in voller Größe zu erhalten, klicken Sie mit der rechten Maustaste in das betreffende Fenster und wählen im Kontextmenü Live anschauen (Abbildung 2). Anschließend schaltet die Software in den Vollbildmodus für den betreffenden Client um und Sie können alle Aktivitäten in Echtzeit verfolgen. Sobald Sie den Mauszeiger an den oberen Bildschirmrand bewegen, erscheint eine Werkzeugleiste mit diversen Aktionen – unter anderem schalten Sie hier in den Fernsteuermodus um.

Abbildung 2

Abbildung 2: Bei Bedarf holen Sie sich den Bildschirm eines Clients großformatig auf Ihren Desktop und verfolgen die Aktivitäten an diesem Rechner ganz genau.

Direkten Zugriff erhalten Sie übrigens auch mit einem Doppelklick auf das entsprechende Client-Fenster. Weiterhin gibt es die Möglichkeit, von einem Bildschirm einen Screenshot zu erstellen, beispielsweise zum Sichern von Beweisen im Falle unerlaubter Aktivitäten. Das geschieht entweder über den Schnappschuss-Knopf in der Vollbildansicht oder dem entsprechenden Eintrag im Kontextmenü des Client-Fensters (Abbildung 3). Anschließend finden Sie die Aufnahmen im Schnappschuss-Arbeitsbereich wieder, wo Sie sie bei Bedarf auch wieder löschen.

Abbildung 3

Abbildung 3: Per Schnappschuss sichern Sie ganz einfach einen Beweis eines Rechners, auf dem gerade Unfug geschieht.

Zu den herausragenden Funktionen von iTalc gehört der Demo-Modus. Wie der Name schon sagt, haben Sie damit die Möglichkeit, etwas zu vorzuführen. Falls im Computerkabinetten kein Beamer bereit steht oder dessen Einsatz gerade nicht zweckmäßig erscheint, übertragen Sie mit einem Klick auf Vollbild-Demo oder Fenster-Demo den Lehrerbildschirm auf alle Schülerbildschirme.

Der Unterschied zwischen den beiden Modi besteht darin, dass im Vollbildmodus sämtliche Eingabegeräte gesperrt sind und die Schüler keine Möglichkeit haben, sich der Demo zu entziehen. Im Gegensatz dazu erlaubt es die Fenster-Demo dem Schüler, diese zu minimieren, in den Hintergrund zu schieben oder zu schließen, um Gezeigtes gleichzeitig nachzuvollziehen. Um die Demo wieder zu beenden, genügt ein Klick auf den Knopf Übersicht.

Im Gegensatz zu vielen kommerziellen Lösungen lastet die Demo das Netzwerk nicht vollkommen aus. Stattdessen ermöglichen intelligente Komprimierungsverfahren eine Demo in Echtzeit auf 16 Clients mit einer Netzlast von durchschnittlich 1 bis 2 MByte/s. Zudem beschränkt sich der Demo-Modus (wie auch alle anderen Funktionen) nicht auf ein Subnetz, sondern arbeitet dank direkter TCP/IP-Verbindungen (einige kommerzielle Lösungen setzen UDP-Broadcasts ein) über Subnetzgrenzen hinweg. Das ermöglicht es Schülern, von zu Hause über einen VPN-Tunnel am Unterricht teilzunehmen.

Wenn es gilt, die Aufmerksamkeit der Schüler nach vorne statt auf die Computer zu lenken, sperren Sie einfach die Bildschirme. Neben den Knöpfen für die Demo-Modi befindet sich in der Werkzeugleiste ein Knopf mit einem Schloss-Symbol. Ein Klick darauf sperrt die Eingabegeräte auf den Schüler-PCs und schaltet den Bildschirm dunkel. Auch diesen Modus beenden Sie mit einem Klick auf den Knopf Übersicht.

Massenabfertigung

Es existieren eine Reihe weiterer Funktionen, die gerade bei einer großen Anzahl von Rechnern die Arbeit vereinfachen. Dazu gehört beispielsweise das zentrale Anschalten aller Rechner. Diese Funktion setzt voraus, dass die Client-Rechner WOL-fähige Netzwerkkarten haben und dass Sie Wake-on-LAN im BIOS oder mittels Ethtool aktiviert haben. iTalc ermöglicht ebenfalls ein zentrales Herunterfahren aller Rechner auf Knopfdruck.

In Umgebungen, in denen Nutzer keinen eigenen Account besitzen, sondern gemeinsame Benutzerkonten für den ganzen Klassenraum zum Einsatz kommen (zum Beispiel in Grundschulen), hilft außerdem die Funktion Ferngesteuerte Anmeldung, schneller zum eigentlichen Thema zu kommen. Dazu schalten Sie vor Stundenbeginn alle Rechner zentral ein und melden sich kurze Zeit später mit dem entsprechenden Account an. Je nach Konfiguration und verwendetem Anmeldemanager funktioniert diese Feature allerdings unter Linux zum Teil nicht richtig.

Für Administratoren dürfte die Funktion Befehl ausführen sehr hilfreich sein. Diese Option finden Sie jedoch nicht in der Werkzeugleiste, sondern im Kontextmenü eines Klassenraums in der Klassenraumverwaltung. Das Feature ermöglicht es, eine Reihe von Befehlen auf allen Rechnern auszuführen. Sofern ICA auf diesen PCs als User root läuft, dürfen Sie sogar alle möglichen Systembefehle und -programme starten. Andernfalls laufen Programme mit Rechten des angemeldeten Nutzers – was wiederum zum Beispiel hilft, bei allen Nutzern einen Browser mit einer bestimmten Seite zu öffnen.

Probleme

Beim Einrichten der Software treten immer wieder einmal Probleme auf. Zu den häufigsten Ursachen gehören fehlerhaft eingerichtete Schlüssel: das heißt, die Dateirechte stimmen nicht. Dann gilt es zunächst zu prüfen, ob Sie Zugriff auf den privaten Schlüssel haben. Stellen Sie außerdem sicher, dass der Nutzer, unter dem ICA läuft, Zugriff auf den öffentlichen Schlüssel hat. Löst das nicht das Problem, hilft es unter Umständen, einen Blick in die Logdateien (/tmp/italc_client.log auf dem Schülerrechner und /tmp/italc_master.log auf dem Lehrerrechner) zu werfen.

Neben falschen Zugriffsrechten für Schlüssel verhindern oft Firewalls das Zustandekommen von Verbindungen. Stellen Sie also sicher, dass die Programme /usr/bin/ica und /usr/bin/italc ein- und ausgehenden Zugriff auf die Ports 5900 sowie 5858 haben. Viele weitere Tipps zu der Software finden sich im iTalc-Wiki [4].

Fazit

Dank der Praxis der Entwickler erscheint iTalc als ein rundes Paket für den Einsatz im Unterricht. Wichtige Funktionen erreichen Sie intuitiv über Schaltflächen und Kontextmenüs. Bei der Wahl einer Distribution, die iTalc bereits im Repository vorhält, machen auch die Installation sowie die Konfiguration wenig Arbeit. Angesichts knapper Kassen im Bildungshaushalt erscheint die Software so als eine lohnende Alternative.

Glossar

WOL

Wake-on-LAN. Ein Technik, bei der die Netzwerkkarte im PC auf ein Signal horcht, um den Rechner vom Standby aus einzuschalten. Entsprechende Tools verwenden die MAC-Adresse des Netzwerkgeräts, um präzise einen Rechner anzusteuern.

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