ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ CRITON. Ένα CASE Tool για τη σχεδίαση διαδικτυακού εκπαιδευτικού λογισµικού ΑΥΓΕΡΙΟΥ ΠΑΡΑΣΚΕΥΑΣ

Transcript

1 Ε ΘΝΙΚO Μ ΕΤΣO ΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Τ ΜΗΜΑ ΗΛ. Μ ΗΧ. & Μ ΗΧ. Υ ΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ CRITON Ένα CASE Tool για τη σχεδίαση διαδικτυακού εκπαιδευτικού λογισµικού ΑΥΓΕΡΙΟΥ ΠΑΡΑΣΚΕΥΑΣ Επιβλέπων: Εµµ. Σκορδαλάκης, Καθηγητής Αθήνα, Οκτώβριος 1999 Εργαστήριο Τεχνολογίας Λογισµικού ftp://ftp.softlab.ntua.gr/

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Εισαγωγή Το WWW στην υπηρεσία της εκπαίδευσης και το διαδικτυακό εκπαιδευτικό λογισµικό Πλεονεκτήµατα της εκπαίδευσης στον Παγκόσµιο Ιστό Ανοικτά ερευνητικά θέµατα που αφορούν το ΕΛ Αντικείµενο της ιπλωµατικής Σκελετός της ιπλωµατικής Παρόµοιες Προσεγγίσεις: Μεθοδολογίες υπερµεσικής σχεδίασης & εργαλεία υποστήριξης Τα µοντέλα και οι µεθοδολογίες που σχετίζονται µε την ανάπτυξη ΕΛ Το µοντέλο σχεδίασης Hypermedia Desi gn Model (HDM) Η µεθοδολογία Relationship Management Methodology (RMM) Η µεθοδολογία Object-Oriented Hypermedia Design (OOHDM) Άλλες πηγές και αναφορές Ανάπτυξη ΕΛ σύµφωνα µε την CADMOS Περί ανάπτυξης διδακτικών συστηµάτων ιαδικασία Ανάπτυξης ενός ιδακτικού Συστήµατος Εργαλεία και Περιβάλλοντα Υποστήριξης Περιβάλλοντα υποστήριξης µεθοδολογιών υπερµεσικής σχεδίασης Περιβάλλοντα κατασκευής διαδικτυακών τόπων Συµπεράσµατα Θεωρητικό Υπόβαθρο Εργαλείου Η µέθοδος σχεδίασης CADMOS-D Αρχιτεκτονική Σχεδίαση ΕΛ...3-2

3 3.1.2 Λεπτοµερής Σχεδίαση ΕΛ και Σχεδίαση του Σχήµατος Πλοήγησης Σχεδίαση Οθονών Η γλώσσα µοντελοποίησης UML Εισαγωγή στην UML ιαγράµµατα Κλάσεων και Περιπτώσεων Χρήσης Η σχεδίαση Πλοήγησης Η σχεδίαση Μήτρων Οθόνης και τα meta-data των εκπαιδευτικών αντικειµένων Ανάλυση εργαλείου Τεχνικά χαρακτηριστικά - απαιτήσεις - περιορισµοί περιβάλλοντος υλοποίησης - παραδοχές Γνωριµία µε το περιβάλλον Η αρχιτεκτονική σχεδίαση Η σχεδίαση πλοήγησης Η σχεδίαση µήτρων οθόνης H παραγωγή της Προ-επισκόπησης του ιαδικτυακού Τόπου Ένα ολοκληρωµένο παράδειγµα χρήσης ΕΛ για την εκµάθηση της γλώσσας XML Προεργασία Ανάλυση, σχεδίαση του διδακτικού συστήµατος Η αρχιτεκτονική σχεδίαση του ΕΛ Η σχεδίαση πλοήγησης του ΕΛ Η σχεδίαση µήτρων οθόνης του ΕΛ Τελική υλοποίηση και κριτική αποτελέσµατος Αξιολόγηση εργαλείου Προτερήµατα Ατέλειες Μελλοντική εργασία Ανοιχτά θέµατα που προκύπτουν

4 6.4 Συµπεράσµατα διπλωµατικής εργασίας Βιβλιογραφία... 1

5 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Μια διπλωµατική εργασία είναι η πρώτη ευκαιρία που δίνεται σε ένα φοιτητή της σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ, για να εκπονήσει ένα πλήρες, αυτοτελές και τεκµηριωµένο, προσωπικό έργο. Όταν βρισκόµουν στην αναζήτηση του θέµατος για τη διπλωµατική µου, προσπέρασα αρκετά θέµατα από διάφορα γνωστικά πεδία και λίγα από αυτά µου κίνησαν το ενδιαφέρον. Ήτανε είτε κοµµάτια µεγαλύτερων εργασιών, είτε ολόκληρες εργασίες αλλά σε αδιάφορο αντικείµενο και σχεδόν καµία δεν περιείχε ερευνητική δουλειά. Όταν είδα ότι υπήρχε µια εργασία για την υλοποίηση ενός CASE Tool, κατάλαβα ότι όλα ήταν όπως ακριβώς τα ήθελα. Το αντικείµενο της απαιτούσε µια ολοκληρωµένη και αυτοτελής εργασία που περιείχε ένα ερευνητικό µέρος. Πραγµατευόταν την υποστήριξη µιας πρωτότυπης µεθόδου σχεδίασης σε µια κατηγορία λογισµικού. Η γλώσσα υλοποίησης, που έµελλε να γίνει και η αγαπηµένη µου όσο και αν µε ταλαιπώρησε, ήταν η Java. ε χρειάστηκε παραπάνω σκέψη, είχα βρει αυτό που µου ταίριαζε. Ο καλός φίλος και συνεργάτης Σίµος, µε προειδοποίησε ότι η εργασία αυτή απαιτούσε κάποια παραπάνω δουλειά. Η ζωή άλλωστε διδάσκει συνεχώς ότι ο σωστός δρόµος είναι και ο δύσκολος. Ο Καβάφης είχε χρησιµοποιήσει το έπος του Οµήρου για να µας πει, ότι η ουσία δεν βρίσκεται τόσο πολύ στο να φτάσεις στην Ιθάκη, αλλά πολύ περισσότερο στο ταξίδι που οδηγεί σε αυτήν. Αυτό το µικρό ταξίδι θαρρώ ότι µε δικαίωσε και µε αποζηµίωσε πλήρως. Μου έδωσε την ευκαιρία να ασχοληθώ µε ένα αντικείµενο που µου κέντρισε από την αρχή το ενδιαφέρον. Ένα ενδιαφέρον που κρατήθηκε αµείωτο µέχρι το τέλος. Με ώθησε στο να φτιάξω ένα ολοκληρωµένο περιβάλλον, το οποίο µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να κατασκευαστεί λογισµικό καλής ποιότητας. Ιδίως στην κατηγορία του διαδικτυακού εκπαιδευτικού λογισµικού, χρειάζονται τέτοιες προσπάθειες καθώς υπάρχει µεγάλη ζήτηση για ανάπτυξη της τεχνολογίας αλλά δεν υπάρχει η αντίστοιχη προσφορά. Έτσι νιώθω ότι έβαλα ένα µικρό λιθαράκι στο τεράστιο οικοδόµηµα της λογισµικής µηχανικής. Εκτός από την υλοποίηση του εργαλείου απαιτήθηκε και κάποια ερευνητική δουλειά, µικρή αλλά σηµαντική. Τα θέµατα µε τα οποία ασχολήθηκα, η εξ αποστάσεως εκπαίδευση, η υπερµεσική σχεδίαση, τα µοντέλα σχεδίασης, οι γλώσσες µοντελοποίησης, τα meta-data, υπήρξαν πνευµατικώς διεγερτικά και µου έδωσαν σηµαντικά ερεθίσµατα για τη µελλοντική µου πορεία. Νιώθω επίσης τυχερός που κατάφερα να ασχοληθώ τόσο διεξοδικά µε την πολλά υποσχόµενη γλώσσα προγραµµατισµού Java. Πέρασα βέβαια ατελείωτες ώρες στη ψυχοφθόρα διαδικασία του debugging, αλλά για να σας εξοµολογηθώ και την αµαρτία µου, αυτό ήταν κάτι που τελικά µε γέµιζε. Φταίει ίσως η ανείπωτη χαρά που νιώθει κάποιος όταν δηµιουργεί ένα κατασκεύασµα που έχει συλλάβει και υλοποιήσει από την αρχή. Ελπίζω το νεογέννητο αυτό δηµιούργηµα να µεγαλώσει και να δικαιώσει τόσο εµένα όσο και τους συνεργάτες µου. Εξίσου σηµαντικό µε την ίδια την εργασία ήταν και η ευκαιρία που µου δόθηκε να συνεργαστώ µε δύο ανθρώπους που κατέληξα να εκτιµώ βαθύτατα και να ελπίζω στη µελλοντική τους συνεργασία. Από τη µια ο δρ. Σίµος Ρετάλης, που αν και υπηρετεί την πατρίδα κατάφερνε πάντα να ξεκλέβει χρόνο για να συζητήσουµε και να λύσουµε τα θέµατα που προέκυπταν. ουλέψαµε στενά και η καθοδήγηση του, όπως επίσης και η αυστηρή κριτική του, έδρασαν καταλυτικά στο τελικό αποτέλεσµα. Από την άλλη ο i

6 καθηγητής κύριος Σκορδαλάκης που ενδιαφέρθηκε από την πρώτη στιγµή για την εργασία µου και υπήρξε πάντα πρόθυµος να µε βοηθήσει σε οτιδήποτε χρειαζόµουν. Κάποιες απορίες που εξέφρασε καθώς και µερικές παρατηρήσεις, βοήθησαν ουσιαστικά στην εξέλιξη της διπλωµατικής εργασίας. Τον ευχαριστώ θερµά για τις συµβουλές και τις υποδείξεις του και την εγκάρδια υποστήριξη του. Έκτός από τους συνεργάτες που είχα σε αυτήν την προσπάθεια, νιώθω την ανάγκη να ευχαριστήσω καταρχήν τους γονείς µου Χρήστο και έσποινα και τα αδέλφια µου Σίσσυ και Λουκά. Νιώθω ότι για να ξεπεράσω οποιοδήποτε εµπόδιο παρουσιαστεί στη ζωή µου, αρκεί µόνο η αγάπη τους. Φυσικά τις ευχαριστίες µου αξίζουν και όλοι οι καλοί µου φίλοι, που φρόντισαν αυτούς τους τελευταίους µήνες για την πλευρά της ζωής µου που δεν καλύπτει η επιστήµη: η Μαρία, ο Πάκης, ο Παναγιώτης, ο Μιχάλης, η Φούλα, ο Ανδρέας, η άλλη Μαρία. Ιδιαίτερα ευχαριστώ τη Μαρία που µε βοήθησε να βρω τον τίτλο του εργαλείου, και τον Μιχάλη και τη Φούλα γιατί υπήρξαν οι συνεργάτες µου στο έργο που περιγράφεται ως περίπτωση χρήσης στο πέµπτο κεφάλαιο. Σε όλη τη διάρκεια της διπλωµατικής εργασίας δούλεψα µε ζήλο και ενθουσιασµό. Ελπίζω, ο Θεός να µου δώσει τη δύναµη ώστε να συνεχίσω την προσπάθεια µου και να βρω το δρόµο µου µέσα από τα δαιδαλώδη µονοπάτια της ζωής. Πάρης Αθήνα, Οκτώβριος 1999 ii

7 1. Εισαγωγή 1.1 Το WWW στην υπηρεσία της εκπαίδευσης και το διαδικτυακό εκπαιδευτικό λογισµικό Λίγες στιγµές πριν την έναρξη της νέας χιλιετίας, ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά των καιρών µας, είναι η διαµόρφωση µιας παγκόσµιας κοινωνίας πληροφορίας. Ο άνθρωπος από πολίτης µιας περιορισµένης κοινότητας βρίσκεται πολίτης του λεγόµενου «παγκόσµιου χωριού». Βεβαίως, χάρη στα µέσα µαζικής επικοινωνίας και τα µέσα µεταφοράς, ο άνθρωπος είχε από καιρό εξέλθει από την αποµόνωση της µικρής κοινωνίας. Ωστόσο η αλληλεπίδραση του µε τον υπόλοιπο κόσµο µέχρι πρόσφατα ήταν περιορισµένη. Με την επανάσταση όµως του κυβερνοχώρου (cyberspace), καθίσταται απλό, εύκολο και πιο ανέξοδο για κάθε άνθρωπο να γίνει δέκτης και ποµπός πληροφοριών σε παγκόσµια κλίµακα. Μέλος µιας διεθνούς κοινότητας που βρίσκει τον τρόπο να επικοινωνεί και να ανταλλάσσει πληροφορίες αν και οι φυσικές αποστάσεις που χωρίζουν τα µέλη της εξακολουθούν να υπάρχουν. Η τεχνολογία των επικοινωνιών και της πληροφορικής υπήρξε ο καταλύτης σε αυτήν την εξέλιξη. Είναι ίσως περιττό να µιλήσει κανείς για την επίδραση του διαδικτύου στις επιστήµες, στον πολιτισµό, στο εµπόριο και σε πολλές άλλες ανθρώπινες δραστηριότητες. Μια από αυτές, που φάνηκε να επηρεάζεται από την αρχή της ιστορίας του διαδικτύου είναι η εκπαίδευση. Αρχικά το διαδίκτυο παρείχε µια υποτυπώδη υποστήριξη στη διδακτική διαδικασία σε µερικά πανεπιστήµια, παρέχοντας εναλλακτικούς τρόπους πληροφόρησης και επικοινωνίας. Αυτό όµως που αποτέλεσε το ορόσηµο για την θεµελίωση της διαδικτυακής εκπαίδευσης ήταν η εκρηκτική ανάπτυξη του Παγκοσµίου Ιστού (World Wide Web). Το WWW ως περιβάλλον διάδοσης του υπερκειµένου άνοιξε νέους ορίζοντες στην εκπαίδευση από απόσταση, προσφέροντας µια πλατφόρµα για την εκτέλεση υπερµεσικών εφαρµογών. Μία πλατφόρµα που στηρίζεται σε ένα δίκτυο ικανό, για να διαδώσει παντός είδους πληροφορίες µε ελάχιστο κόστος. Ίσως η όλη επιτυχία του Παγκοσµίου Ιστού να βασίζεται στο ότι το υπερκείµενο είναι αρκετά απλό ώστε ο καθένας να µπορεί να το χρησιµοποιήσει για να φτιάξει τις δικές του σελίδες, αλλά ταυτόχρονα ένα υπερµεσικό κείµενο είναι αρκετά πλήρες περιέχοντας πολυµέσα (κείµενο, εικόνα, ήχο, video), ενεργά αντικείµενα για αλληλεπίδραση µε τον χρήστη και φυσικά υπερσυνδέσµους για σύνδεση µε άλλα κείµενα. Έτσι και το εκπαιδευτικό λογισµικό βρήκε ένα νέο πρόσφορο έδαφος για να αναπτυχθεί και να αποδεσµευτεί από τους περιορισµούς ενός αποµονωµένου Η/Υ. Το WWW λοιπόν παρέχει το µέσο (υπερµέσα) για να υλοποιηθεί το εκπαιδευτικό υλικό, και βασίζεται στο παγκόσµιο δίκτυο του Internet ώστε να εξασφαλιστεί η λειτουργία του από απόσταση. Ο εξελίξεις των καιρών µας φυσικά επηρεάζουν την εκπαίδευση, η οποία θα πρέπει να επαναπροσδιοριστεί σε αναφορά µε τη σύγχρονη κοινωνία. Ένα µεγάλο πρόβληµα που έχει εµφανιστεί και συνεχώς οξύνεται είναι η ικανοποίηση της απαίτησης για εκπαίδευση δια βίου. Αυτό οφείλεται φυσικά στην εξέλιξη της τεχνολογίας, η οποία 1-1

8 συνεπάγεται την ταχεία αλλαγή των επαγγελµατικών γνώσεων που απαιτούνται από τους εργαζοµένους. Αποτέλεσµα είναι να καθίστανται οι κλασσικοί τρόποί κατάρτισης και επιµόρφωσης µη εφαρµόσιµοί [Driscoll 1999]. Εξάλλου η παγκοσµιοποίηση της οικονοµίας οδήγησε σε εταιρίες µε κατανεµηµένο χαρακτήρα., όπου οµάδες ανθρώπων από διάφορα σηµεία της υφηλίου συνεργάζονται σε κοινά έργα (projects). Όλοι αυτοί πρέπει να καταρτίζονται στις νέες τεχνολογίες ακριβώς τη στιγµή που αυτές υιοθετούνται από την εταιρία. Είναι ευνόητο ότι στην περίπτωση αυτή, η παρακολούθηση για παράδειγµα ενός σεµιναρίου από όλους τους υπαλλήλους θα ήταν µάλλον ασύµφορη για την εταιρία. Αυτά λοιπόν τα γεγονότα αναδεικνύουν την ανάγκη για µια νέα µορφή µετεκπαίδευσης ή κατάρτισης. Η τηλε-εκπαίδευση µέσω του ιαδικτύου και του Παγκοσµίου Ιστού διεκδικεί να γίνει αυτή η νέα µορφή εκπαίδευσης µε σοβαρές αξιώσεις. Εκτός όµως από την κατάρτιση, και η πρωτογενής παιδεία πρέπει να προσαρµοστεί στο πνεύµα των καιρών και στις νέες τάσεις εκπαίδευσης. Στην περίπτωση αυτή, σε αντίθεση µε την κατάρτιση, δε αναφερόµαστε σε χρησιµοποίηση της τηλε-εκπαίδευσης, στη θέση της κλασσικής εκπαίδευσης. Η τελευταία είναι προς το παρόν αναντικατάστατη και κανείς δε θα µπορούσε να προτείνει, να σταµατήσουν, για παράδειγµα, να πηγαίνουν τα παιδιά σχολείο και να µορφώνονται από απόσταση. Ωστόσο η τηλε-εκπαίδευση έχει πολλά θετικά σηµεία γιατί εκµεταλλεύεται τις νέες τεχνολογίες, γι αυτό και θα µπορούσε να χρησιµοποιηθεί ως επικουρικός τρόπος εκπαίδευσης προσφέροντας µια άλλη διάσταση στην µόρφωση. Εφόσον λοιπόν η τηλε-εκπαίδευση φαίνεται να είναι αναγκαία για τη σύγχρονη κοινωνία, πρέπει να βρεθεί µια πλατφόρµα πάνω στην οποία θα εφαρµοστεί. Το World Wide Web δίκαια αξιώνει να γίνει αυτή η πλατφόρµα. Εµφανίζει τα εξής πλεονεκτήµατα, ή κίνητρα για την ανάπτυξη εκπαιδευτικών εφαρµογών : Καταρχήν προσφέρει όπως προαναφέρθηκε, την πλατφόρµα για την κατασκευή, διάδοση και συντήρηση του υπερκειµένου. Το τελευταίο αποτελεί ένα ιδανικό µέσο για την µετατροπή των µαθησιακών πόρων υλικού σε µορφή ηλεκτρονικών κειµένων διασυνδεδεµένων µεταξύ τους µε υπερσυνδέσµους (hyperlinks). Εξάλλου το υπερκείµενο είναι υλικό εξαιρετικά ευέλικτο και πολύ εύκολα τροποποιήσιµο. Είναι διαδεδοµένο σε όλα τα µήκη και πλάτη της υφηλίου, καθώς βασίζεται σε ένα παγκόσµιο δίκτυο. Οποιοσδήποτε ενδιαφερόµενος όπου κι αν βρίσκεται, µε χρήση ενός Η/Υ µε πρόσβαση στο διαδίκτυο έχει τη δυνατότητα να πάρει µέρος στη µαθησιακή διαδικασία. Είναι φτηνό και προσιτό µέσο, αν αναλογιστεί κανείς ότι προσφέρει πρόσβαση σε άπειρες πληροφορίες, από κάθε µεριά του κόσµου. Άλλωστε αναµένεται σε λίγα χρόνια οι υπολογιστές να υπάρχουν στο σύνολο των σπιτιών, όπως ακριβώς σήµερα υπάρχουν π.χ. οι κοινές ηλεκτρικές συσκευές. Για να τεθεί το WWW στη υπηρεσία της εκπαίδευσης πρέπει να κατασκευασθούν οι κατάλληλες εκπαιδευτικές εφαρµογές. Το εκπαιδευτικό λογισµικό (courseware) ορίζεται ως το λογισµικό που κατασκευάζεται για εκπαίδευση και κατάρτιση. Είναι ένα σύνολο από µαθησιακούς πόρους υλικού (learning resources), οι οποίοι αναπτύσσονται για εκπαιδευτικούς σκοπούς [Ρετάλης 1998]. Οι πόροι αυτοί χρησιµοποιούν τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Το διαδικτυακό εκπαιδευτικό λογισµικό (Webware) ή ΕΛ, είναι µια ειδική κατηγορία εκπαιδευτικού λογισµικού, ειδικά σχεδιασµένου για χρήση διαµέσου του Internet και του WWW. Κατασκευάζεται µε τη χρήση συγκεκριµένων γλωσσών προγραµµατισµού (mark-up languages), όπως η HTML. Ο εκπαιδευόµενος χρησιµοποιεί ένα κοινό WWW browser (π.χ. Netscape Navigator, Internet Explorer), για να περιηγηθεί στο µαθησιακό υλικό που εµπεριέχεται σε αυτό. 1-2

9 Ας εξετάσουµε όµως προσεκτικά την υπόσταση του διαδικτυακού εκπαιδευτικού λογισµικού. Το ΕΛ αποτελεί ένα πολυσύνθετο σύστηµα και θα µπορούσε να παροµοιασθεί µε ένα µωσαϊκό, που αποτελείται από πολλές ψηφίδες. Μερικές από αυτές µπορεί να είναι: σηµειώσεις ενός µαθήµατος (course notes), διαφάνειες (slideware), οδηγός µελέτης (study guide), ασκήσεις αυτο-αξιολόγησης (self assessment exercises), αρχεία αποτύπωσης ασύγχρονης επικοινωνίας (archives of asynchronous communication), κ.α. Η ιδιοµορφία του αυτή προσδιορίζει µια επιπρόσθετη δυσκολία στην κατασκευή του, καθώς η µεθοδολογία ανάπτυξης ενός ΕΛ πρέπει να φροντίσει εξίσου καλά για την ανάπτυξη τόσο του συνόλου του, όσο και της κάθε ψηφίδας χωριστά. Το εκπαιδευτικό λογισµικό πρέπει να χαρακτηρίζεται από υψηλή ποιότητα, δηλαδή πρέπει να ικανοποιεί στο έπακρο τις µαθησιακές ανάγκες για τις οποίες κατασκευάζεται. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα αποτελέσµατα της εκπαίδευσης είναι συχνά ζωτικής σηµασίας για τον οργανισµό, όπου και προορίζεται. Για παράδειγµα, σε µια εταιρία ή οποία εκπαιδεύει τους υπαλλήλους της σε νέες τεχνολογίες ίσως να εξαρτάται η βιωσιµότητα της από αυτό. Επίσης το υπουργείο παιδείας µιας χώρας που επιµορφώνει τους εκπαιδευτικούς στα σχολεία, ουσιαστικά κάνει µια επένδυση για τη βελτίωση της ποιότητας της παιδείας. Το εκπαιδευτικό υλικό που υπάρχει σε ένα ΕΛ ως σύνολο µαθησιακών οντοτήτων, πρέπει να είναι ευέλικτο σε συχνές µεταβολές, δηλαδή τροποποιήσιµο µε γρήγορο και ανέξοδο τρόπο, καθώς και εύκολο στη συντήρηση του. Ιδίως όταν αφορά την διδασκαλία νέων τεχνολογιών που αναπτύσσονται µε ταχείς ρυθµούς. Εξάλλου συχνά τα έργα που αφορούν διαδικτυακό εκπαιδευτικό λογισµικό έχουν αυστηρές προθεσµίες καθώς αποτελούν σηµαντικά τµήµατα εκπαιδευτικών διαδικασιών. Για παράδειγµα ένα ΕΛ που υποστηρίζει το µάθηµα «Προγραµµατισµός µε τη γλώσσα Java» σε ένα πανεπιστήµιο πρέπει να ετοιµαστεί γρήγορα, ώστε να καλύπτει την τελευταία έκδοση της Java, λαµβάνοντας υπόψη ότι τα API στη συγκεκριµένη γλώσσα ανανεώνονται κάθε δύο µε τρεις µήνες. Ένα σεµινάριο επιµόρφωσης των υπαλλήλων µιας εταιρίας για µια καινούρια βάση δεδοµένων πρέπει να υλοποιηθεί εν ευθέτω χρόνω, ώστε οι υπάλληλοι να είναι έγκαιρα, πλήρως καταρτισµένοι για να χρησιµοποιήσουν την καινούρια βάση, χωρίς περαιτέρω απώλειες χρόνου λόγω της µετάβασης. Τέλος οι πόροι που διατίθενται για την ανάπτυξη ενός ΕΛ είναι συχνά περιορισµένοι καθώς οι εταιρίες ή οι οργανισµοί που τα διαχειρίζονται δίνουν περισσότερο βάρος σε θέµατα όπως η υλικοτεχνική υποστήριξη (π.χ. το hardware των εξυπηρετητών, το τοπικό δίκτυο κλπ.). Η σύγχρονη κοινωνία λοιπόν απαιτεί την εισαγωγή των νέων τεχνολογιών στην εκπαίδευση και το WWW φαίνεται να διεκδικεί το µεγαλύτερο ρόλο σε αυτήν τη µελλοντική µορφή εκπαίδευσης. Το ερώτηµα που τίθεται είναι, αν ο παγκόσµιος ιστός έχει τις προοπτικές για να επιτύχει σε µια τέτοια πρόκληση. 1.2 Πλεονεκτήµατα της εκπαίδευσης στον Παγκόσµιο Ιστό Η τηλε-εκπαίδευση µέσω του Παγκόσµιου Ιστού (web-based training) διαφέρει κατά πολύ από τον κλασσικό τρόπο εκπαίδευσης και παρουσιάζει τα εξής προτερήµατα : εν απαιτεί αυστηρό ωράριο και χρονοδιάγραµµα. Ο εκπαιδευόµενος µπορεί να ασχολείται µε το ΕΛ οποιαδήποτε ώρα της ηµέρας τον βολεύει. Αυτό το 1-3

10 χαρακτηριστικό είναι αρκετά σηµαντικό για ορισµένες κατηγορίες εκπαιδευοµένων, όπως π.χ. οι εργαζόµενοι ενήλικες που έχουν ακαθόριστο ωράριο εργασίας. Μοναδική εξαίρεση αποτελούν οι εικονικές σύγχρονες συνεδρίες (virtual synchronous sessions) όπου απαιτείται η ταυτόχρονη πρόσβαση των χρηστών σε καθορισµένες ώρες. εν απαιτεί τη φυσική παρουσία του εκπαιδευοµένου αφού η εκπαίδευση λαµβάνει χώρα σε εικονική τάξη (virtual classroom) και όχι σε πραγµατική. Με τον τρόπο αυτό ο εκπαιδευόµενος αποφεύγει τις άσκοπες και χρονοβόρες µετακινήσεις, που ιδίως στις µεγαλουπόλεις αποτελούν σοβαρό πρόβληµα. Μπορεί έτσι να έχει εύκολη πρόσβαση στην εκπαιδευτική διαδικασία από την άνεση του σπιτιού του, ακόµα και αν αυτό βρίσκεται µακριά από τα αστικά κέντρα. Προσφέρει µεθόδους επικοινωνίας, σύγχρονης και ασύγχρονης, δίνοντας την δυνατότητα στον εκπαιδευόµενο να προσεγγίσει εκπαιδευτές και ειδικούς στο αντικείµενο. Βεβαίως δεν έχει την αµεσότητα που έχει η παραδοσιακή τάξη, αλλά θεωρητικά ο εκπαιδευόµενος έχει την δυνατότητα να επικοινωνήσει ακόµα και µε τον κορυφαίο επιστήµονα σε κάποιο γνωστικό πεδίο. Είναι εξαιρετικά εύκολο και φτηνό να ανανεώσεις ή να ενηµερώσεις το υλικό που υπάρχει στο διαδίκτυο. Αν π.χ. πρόκειται για κείµενο απλά συντάσσεις τη σελίδα και την επανατοποθετείς στον εξυπηρετητή του περιβάλλοντος όπου έχει στηθεί το ΕΛ. Καµία σύγκριση µε το έντυπο υλικό ή το CD-ROM, όπου ο χρόνος και το κόστος ανανέωσης αυξάνεται σηµαντικά. Οι εκπαιδευόµενοι έχουν πρόσβαση στο µαθησιακό υλικό, από όποια γωνία της Γης και αν βρίσκονται, την ίδια χρονική στιγµή. Οι αλλαγές στο µαθησιακό υλικό είναι οµοιόµορφες παντού και όλοι οι εκπαιδευόµενοι έχουν κάθε στιγµή την πιο ενηµερωµένη έκδοση του. εν απαιτούνται ειδικές γνώσεις για να χρησιµοποιήσει κάποιος το ΕΛ. Στηρίζεται στο Web, δηλαδή ένα περιβάλλον γνώριµο σε µεγάλη µερίδα του πληθυσµού. Επιπλέον ο εκπαιδευόµενος δεν χρειάζεται να είναι ειδικός στη χρήση των Η/Υ, παρά να έχει γνώση χρήσης ενός φυλλοµετρητή και να είναι οικείος µε την πλοήγηση στo διαδίκτυο. Ανάλογα δεν απαιτείται και ειδικός εξοπλισµός ή επιπλέον λογισµικό, παρά µόνο ένας Η/Υ µε πρόσβαση στο διαδίκτυο και λογισµικό φυλλοµετρητή (web browser). Η µαθησιακή διαδικασία εµπλουτίζεται µε επιπλέον υλικό, όπως video µε σεµινάρια, πολυµεσικές παρουσιάσεις, συνδέσµους στο διαδίκτυο για άλλους πόρους κλπ. Επίσης υπάρχει η δυνατότητα για on-line ασκήσεις σε περιπτώσεις όπου το αντικείµενο που διδάσκεται, υποστηρίζεται από εργασία σε Η/Υ. Για παράδειγµα κατά την εκµάθηση µιας γλώσσας προγραµµατισµού, ο εκπαιδευόµενος µπορεί επί τόπου να γράψει κώδικα, να τον µεταγλωττίσει και να τον εκτελέσει. Επίσης σε ένα on-line σεµινάριο για κάποιο λογισµικό σύστηµα, ο εκπαιδευόµενος έχει τη δυνατότητα παράλληλα µε την παρακολούθηση στον browser, να πειραµατίζεται µε το ίδιο το σύστηµα. Είναι λοιπόν κατανοητό ότι υπάρχουν µεγάλες προοπτικές για την εκπαίδευση µέσω του Web. Τα επόµενα χρόνια αναµένεται να σηµειωθεί µια αλµατώδης ανάπτυξη του εκπαιδευτικού λογισµικού µέσω του διαδικτύου, παρόµοια µε την εξάπλωση του ηλεκτρονικού εµπορίου. Προς το παρόν όµως το ΕΛ, όπως άλλωστε και οι υπόλοιπες κατηγορίες υπερµεσικών εφαρµογών απέχουν πολύ από αυτό που θα χαρακτηρίζαµε ως ώριµη τεχνολογία. Το πρόβληµα εντοπίζεται στον τρόπο ανάπτυξης αυτών των εφαρµογών, ο οποίος συχνά είναι αυθαίρετος και διαισθητικός αντί να στηρίζεται σε µεθοδολογίες ανάπτυξης µε πλήρες µοντέλο κύκλου ζωής. Οι συνέπειες από την άτυπη 1-4

11 αυτή ανάπτυξη είναι γνωστές: υπέρβαση του προϋπολογισµού, αποτυχία τήρησης του χρονοδιαγράµµατος, φτωχή απόδοση, κακή διαπροσωπεία κλπ. Ειδικά για την κατηγορία του ΕΛ, η επιτυχία της εφαρµογής εξαρτάται σε πολύ µεγάλο βαθµό από την ποιότητα της προσφερόµενης εκπαιδευτικής υπηρεσίας. Όµως, αν και καθίσταται σαφές ότι µόνο µια µεθοδολογία ανάπτυξης µπορεί να εξασφαλίσει την ποιότητα του ΕΛ, δεν υπάρχουν προς το παρόν καλά τεκµηριωµένες µεθοδολογίες που να υποστηρίζουν την ανάπτυξη του. Ίσως να φταίει και το γεγονός ότι το διαδικτυακό εκπαιδευτικό λογισµικό είναι σχετικά πιο νέο από τις υπόλοιπες υπερµεσικές εφαρµογές. Ωστόσο γίνονται ερευνητικές προσπάθειές µεγάλης κλίµακας και κάποια από τα θέµατα που είναι υπό έρευνα θα συζητηθούν στην επόµενη παράγραφο. Μια τέτοια προσπάθεια αποτελεί και η µεθοδολογία CADMOS που εστιάζεται στην περιοχή των διδακτικών συστηµάτων και εξετάζει ειδικότερα το ΕΛ ως µέρος ενός διδακτικού συστήµατος. Η CADMOS, έδωσε το έναυσµα για την διπλωµατική αυτή, καθώς κάθε µεθοδολογία, πρέπει να υποστηρίζεται από κάποια εργαλεία. 1.3 Ανοικτά ερευνητικά θέµατα που αφορούν το ΕΛ Η ανάπτυξη ΕΛ αποτελεί σήµερα ενεργό αντικείµενο έρευνας, ακολουθώντας παράλληλη πορεία µε το συναφές αντικείµενο της υπερµεσικής σχεδίασης, εκ του οποίου εξαρτάται άµεσα. Ανάµεσα στα θέµατα που εξετάζονται είναι η αρχιτεκτονική σχεδίαση του ΕΛ, η σχεδίαση πλοήγησης (navigation), η σχεδίαση της διαπροσωπείας (interface), ο καθορισµός των meta-data που αφορούν στο εκπαιδευτικό υλικό, τα εργαλεία ανάπτυξης για τη συγκεκριµένη κατηγορία λογισµικού και τέλος η αξιολόγηση. Τα θέµατα αυτά αποτελούν από µόνα τους ολοκληρωµένα πεδία έρευνας, και σε αυτή την παράγραφο θα προσπαθήσουµε απλά να τα προσδιορίσουµε. Η αρχιτεκτονική σχεδίαση, ή αλλιώς εννοιολογική σχεδίαση σκοπό έχει να προσδιορίσει τη δοµή του ΕΛ σε λογικό επίπεδο. Αφορά στη µοντελοποίηση του ΕΛ χρησιµοποιώντας κάποιο µοντέλο δεδοµένων και ενδεχοµένως κάποιο εννοιολογικό πλαίσιο για την καθοδήγηση της σχεδιαστικής οµάδας. Το µοντέλο δεδοµένων, µπορεί να είναι κάποιο από τα γνωστά µοντέλα της λογισµικής µηχανικής (software engineering), όπως το µοντέλο οντοτήτων-συσχετίσεων, το αντικειµενοστραφές ή κάποιο τρίτο, πάντως σίγουρα πρέπει να είναι προσαρµοσµένο στις ανάγκες του ΕΛ. Παρέχει την απαραίτητη σηµασιολογία για να εκφράσει ο σχεδιαστής όλες τις παραµέτρους του ΕΛ, µε επιτυχηµένο και κατανοητό τρόπο. Το εννοιολογικό πλαίσιο αποτελεί την «πυξίδα» του σχεδιαστή για την διαδικασία της αρχιτεκτονικής σχεδίασης. Σκοπό έχει να τον καθοδηγήσει βήµα προς βήµα, δίνοντας του τις σωστές κατευθύνσεις στη σχεδίαση και παράλληλα αποτρέποντας τον από τυχόν λάθη και παραλείψεις. Για παράδειγµα, ένα εννοιολογικό πλαίσιο µπορεί να καθοδηγήσει τον σχεδιαστή στο να βρει όλες τις ψηφίδες του ΕΛ που τον ενδιαφέρουν, να τις ορίσει αυστηρά, να βρει τις ιστοσελίδες από τις οποίες αποτελούνται αυτές οι ψηφίδες και κατ επέκταση το περιεχόµενο αυτών των ιστοσελίδων κοκ. Η σχεδίαση πλοήγησης από την άλλη, σκοπό έχει να περιγράψει το τρόπο µε τον οποίο ο χρήστης του ΕΛ µετακινείται µέσα σε αυτό µε χρήση των υπερσυνδέσµων. Υπάρχουν διάφορες δοµές προσπέλασης που χρησιµοποιούνται για αυτή την περιγραφή, και οι κυριότερες από αυτές είναι οι κατευθυνόµενοι γύροι (guided tours), οι κατάλογοι (indices) και οι καταλογοποιηµένοι κατευθυνόµενοι γύροι (indexed 1-5

12 guided tours). Ένα από τα µεγάλα προβλήµατα στο web είναι ότι ο πλοηγούµενος µπορεί να «χαθεί» στον ιστό και να αποπροσανατολιστεί, µια κατάσταση γνωστή και ως «χαµένος στον κυβερνοχώρο» (lost in cyberspace). H σχεδίαση πλοήγησης πρέπει να γίνεται µε τέτοιο τρόπο, ώστε ο εκπαιδευόµενος να µπορεί να προσανατολίζεται εύκολα και να γνωρίζει κάθε στιγµή που βρίσκεται και από ποιο σηµείο πήγε εκεί. Ένα άλλο µεγάλο πρόβληµα είναι η συντήρηση των συνδέσµων, καθώς µερικοί σύνδεσµοι είναι δυνατόν να χαθούν, οπότε οι υπόλοιποι πρέπει να ενηµερώνονται. Τα θέµατα αυτά πρέπει να εξετάζονται και η πλοήγηση πρέπει να σχεδιάζεται απλή, ανάλογα και µε την εµπειρία των εκπαιδευοµένων στο web. Η σχεδίαση της διαπροσωπείας περιλαµβάνει σχεδιαστικές αποφάσεις για την οπτική εµφάνιση των ιστοσελίδων, δηλαδή για τη διάταξη των διαφόρων συστατικών, για τα χρώµατα, για το φόντο (background) της οθόνης, για την σχεδίαση µε πλαίσια (frames) ή όχι, για τις γραµµατοσειρές του κειµένου κ.α. Και σε αυτή την περίπτωση υπάρχουν κάποιες δοκιµασµένες µέθοδοι, όπως οι κάρτες ή τα abstract data views, που µπορεί να ακολουθήσει ο σχεδιαστής. Αρκετή προσοχή απαιτείται σε αυτό το σηµείο, καθώς το αποτέλεσµα εκτός από πρακτικό πρέπει να είναι και καλαίσθητο. Πρέπει να σηµειωθεί ότι στη σχεδίαση της διαπροσωπείας, σε σχέση µε την αρχιτεκτονική σχεδίαση και τη σχεδίαση πλοήγησης, τα πράγµατα είναι ακόµα συγκεχυµένα, δηλαδή επιβάλλεται να γίνει ακόµα αρκετή έρευνα σε αυτό το θέµα. Τα συστατικά σε µια ιστοσελίδα ενός διαδικτυακού εκπαιδευτικού λογισµικού, δηλαδή το κείµενο, τα πολυµέσα, τα ενεργά αντικείµενα (π.χ. scripts, Java applets) θεωρούνται εκπαιδευτικά αντικείµενα (learning objects) και συνοδεύονται από πληροφορία που ονοµάζεται meta-data. Η πληροφορία αυτή χρησιµοποιείται για την αναζήτηση, τη διαχείριση και την χρησιµοποίηση των εκπαιδευτικών αντικειµένων. Το πρώτο ζήτηµα που προκύπτει είναι καταρχήν ο τρόπος µε τον οποίον θα οριστούν τα meta-data, δηλαδή ποια σηµασιολογία θα χρησιµοποιηθεί. Το δεύτερο ζήτηµα αφορά τα ίδια τα meta-data, δηλαδή ποια πρέπει να είναι αυτά τα χαρακτηριστικά που µπορούν να ορίσουν πλήρως ένα εκπαιδευτικό αντικείµενο. Σηµαντική δουλειά προς αυτή την κατεύθυνση έχει γίνει από το Dublin Core Institute ( και από την ειδική οµάδα εργασίας της IEEE ( LTSC Learning Object Metadata working group. Ένα ακόµα θέµα που σχετίζεται άµεσα µε την ανάπτυξη ΕΛ είναι τα ίδια τα εργαλεία που χρησιµοποιούνται στην ανάπτυξη. Κάθε µεθοδολογία ανάπτυξης ΕΛ, ή εν γένει υπερµεσικών εφαρµογών για λόγους πληρότητας πρέπει να υποστηρίζεται από κάποια CASE tool, έτσι ώστε να αυτοµατοποιείται η διαδικασία ανάπτυξης. Υπάρχουν βεβαίως CASE tools γενικά για τη λογισµική µηχανική, τα οποία µπορούν να χρησιµοποιηθούν εφόσον δεν υπάρχει εξειδικευµένο εργαλείο για τη χρησιµοποιούµενη µεθοδολογία, αλλά η υποστήριξη της µεθοδολογίας είναι φυσικό να έχει ελλείψεις. Τα CASE εργαλεία είναι πολλών ειδών και ιδιαίτερο ενδιαφέρον από ερευνητικής απόψεως παρουσιάζουν τα εργαλεία ανάπτυξης (development tools) και σχεδίασης (design tools). Το εργαλείο που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της διπλωµατικής αυτής ανήκει στην κατηγορία των εργαλείων σχεδίασης. Υποστηρίζει δηλαδή την ανάπτυξη ΕΛ µε βάση τη µέθοδο σχεδίασης CADMOS-D της µεθοδολογίας CADMOS. Τέλος, εξίσου σηµαντικό θέµα αποτελεί και η αξιολόγηση του παραγόµενου προϊόντος, που ελέγχει την ποιότητα του ΕΛ. Συγκεκριµένα, ελέγχεται κατά πόσο ικανοποιούνται οι µαθησιακές ανάγκες για τις οποίες κατασκευάζεται. Τα αποτελέσµατα της αξιολόγησης ανατροφοδοτούνται στην αναπτυξιακή διαδικασία και γίνονται οι απαραίτητες διορθώσεις, ώστε να επιτευχθούν τα αναµενόµενα αποτελέσµατα. Η αξιολόγηση πρέπει να γίνεται σύµφωνα µε διεθνή πρότυπα, όπως π.χ. 1-6

13 το πρότυπο της IEEE, και µε βάση ειδικές µεθόδους για αξιολόγηση ΕΛ, όπως η µέθοδος CADMOS-E της CADMOS. 1.4 Αντικείµενο της ιπλωµατικής Μια µεθοδολογία ανάπτυξης διδακτικών συστηµάτων είναι: µια συλλογή από διαδικασίες, µεθόδους, εργαλεία και έγγραφα τεκµηρίωσης τα οποία βοηθούν την αναπτυξιακή οµάδα στην προσπάθειά της να κατασκευάσει ένα διδακτικό σύστηµα. Η αναπτυξιακή διαδικασία αποτελείται από φάσεις, κι αυτές από δραστηριότητες, στις οποίες εφαρµόζονται συγκεκριµένες µέθοδοι, χρησιµοποιούνται εργαλεία και υπάρχουν κάποια παραδοτέα σύµφωνα µε συγκεκριµένα πρότυπα [Ρετάλης 1998]. Μια τέτοια µεθοδολογία είναι η CADMOS η οποία είναι πρωτότυπη καθώς πραγµατεύεται ένα αντικείµενο για το οποίο δεν υπάρχουν διεθνώς αποδεκτές και καλά τεκµηριωµένες µεθοδολογίες. Η CADMOS δίνει έµφαση στην κατασκευή ΕΛ, το οποίο και θεωρεί ως ένα από τα µέρη ενός διδακτικού συστήµατος, παρέχοντας µια µέθοδο σχεδίασης ΕΛ, την CADMOS-D. Η βασική επιδίωξη της CADMOS είναι να εξασφαλίσει την καλή ποιότητα του ΕΛ. Θα εστιάσουµε την προσοχή µας στα εργαλεία που προβλέπει ο παραπάνω ορισµός. Στην ιδανική περίπτωση µια µεθοδολογία ανάπτυξης θα παρέχει έναν ικανό αριθµό από CASE tools, τα οποία θα υποστηρίζουν όλες τις διαδικασίες και τις µεθόδους της, και ενδεχοµένως να δηµιουργούν κάποια από τα παραδοτέα της αναπτυξιακής διαδικασίας. Κυρίως στις εµπορικές µεθοδολογίες, όπως η Unified Software Development Process [Jacobson, Booch & Rumbaugh 1999c], τα CASE Tools φτιάχνονται κατά παραγγελία, ώστε να ακολουθούν τις αρχές τους. Συνήθως όµως οι µεθοδολογίες απλά προτείνουν κάποια γενικά CASE tools, ή περιβάλλοντα ή πλατφόρµες ανάπτυξης. Είναι ευνόητο όµως ότι ένα εργαλείο που δουλεύει καλά σε µια γενική περίπτωση δεν θα δουλεύει απαραίτητα καλά και στην ειδική περίπτωση. Επίσης αν δεν υπάρχουν εργαλεία ειδικά για τη µεθοδολογία που να αγκαλιάζουν όλες ή αρκετές από τις µεθόδους της, πρέπει να βρεθούν µεµονωµένα εργαλεία για τις διάφορες µεθόδους. Αυτό σηµαίνει ότι για ορισµένες µεθόδους ίσως να µην υπάρχει κανένα εργαλείο, αλλά ακόµα και όταν υπάρχουν, αυτά θα είναι ασύνδετα µεταξύ τους. Εξάλλου στην περίπτωση αυτή, τα προϊόντα που µπορούν να δηµιουργηθούν από τα εργαλεία, σίγουρα θα υστερούν σε σχέση µε αυτά που µπορούν να παραχθούν από ένα CASE tool εξειδικευµένο στη µεθοδολογία. Γίνεται λοιπόν σαφές, πόσο σηµαντικό είναι µια µεθοδολογία να υποστηρίζεται συνολικά από έναν αριθµό εργαλείων φτιαγµένα ειδικά για αυτήν, καθώς σε τελική ανάλυση αυτό σηµαίνει ότι η µεθοδολογία θα ακολουθηθεί κατά γράµµα, και δεν θα υπάρξουν παρεκκλίσεις στην πορεία της ανάπτυξης. Η µεθοδολογία CADMOS περιέχει, όπως αναφέρθηκε µια πρωτότυπη µέθοδο ανάπτυξης διαδικτυακού εκπαιδευτικού λογισµικού, την CADMOS-D. Η CADMOS-D, είναι ουσιαστικά µια µέθοδος σχεδίασης που περιλαµβάνει τρία σχεδιαστικά βήµατα: την αρχιτεκτονική σχεδίαση, τη σχεδίαση πλοήγησης και τη σχεδίαση οθονών. Σηµαντική θεωρείται, η αυτοµατοποίηση της διαδικασίας σχεδίασης της CADMOS-D µε κάποιο CASE tool που να συνδέει σε ένα ενιαίο περιβάλλον υποστήριξης τα τρία σχεδιαστικά βήµατα της. Αντικείµενο της διπλωµατικής είναι η κατασκευή αυτού του εργαλείου, που ονοµάστηκε CRITON ( web-based Courseware engineering Tool for Open Networked instructional systems). 1-7

14 Το CASE tool CRITON υποστηρίζει την αρχιτεκτονική σχεδίαση, τη σχεδίαση πλοήγησης και τη σχεδίαση οθονών, ακολουθώντας αυστηρά τη µέθοδο CADMOS-D. Η πρώτη υλοποιείται µε το µοντέλο της γλώσσας UML, η δεύτερη µε κάποιες καθιερωµένες δοµές πλοήγησης, και η τρίτη χρησιµοποιώντας τη φιλοσοφία της µεταφοράς σελίδας (page metaphor). Το αποτέλεσµα που παράγει το εργαλείο είναι η προ-επισκόπηση του ΕΛ, ως ένα σύνολο ιστοσελίδων διασυνδεδεµένων µεταξύ τους. Έγινε προσπάθεια ώστε το CASE Tool που υλοποιήθηκε να υποστηρίξει την σχεδίαση που υπαγορεύει η CADMOS-D µε ακρίβεια και πληρότητα. Τα σηµεία στα οποία η µέθοδος CADMOS-D ήταν αυστηρώς ορισµένη, όπως για παράδειγµα το µέρος της αρχιτεκτονικής σχεδίασης, υλοποιήθηκαν στον CRITON κατά γράµµα. Για τα υπόλοιπα σηµεία όπου υπήρχε η δυνατότητα λήψης πρωτοβουλίας, έγιναν κάποιες επιλογές µε γνώµονα τη σωστή απεικόνιση στη σχεδίαση, των αρχών της CADMOS, καθώς και τις σύγχρονες τάσεις στην ανάπτυξη υπερµεσικών εφαρµογών. 1.5 Σκελετός της ιπλωµατικής Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάστηκε καταρχήν η ανάγκη της σύγχρονης κοινωνίας για την εφαρµογή της εξ αποστάσεως εκπαίδευσης. Έπειτα αναλύθηκαν οι προοπτικές που έχει ο Παγκόσµιος Ιστός και ειδικότερα το ΕΛ για να καλύψουν την παραπάνω ανάγκη. Τέλος έγινε µια περιγραφή της σύγχρονης ερευνητικής προσπάθειας που σχετίζεται µε την τεχνολογία του διαδικτυακού εκπαιδευτικού λογισµικού και παρουσιάστηκε το αντικείµενο της διπλωµατικής αυτής. Τα θέµατα που καλύπτονται στα επόµενα κεφάλαια διαρθρώνονται ως εξής: Στο Κεφάλαιο 2 παρατίθενται οι προσεγγίσεις που γίνονται σήµερα σε ερευνητικό επίπεδο για την ανάπτυξη υπερµεσικών εφαρµογών γενικού ενδιαφέροντος, καθώς και διαδικτυακού εκπαιδευτικού λογισµικού ειδικότερα, το οποίο αποτελεί υποκατηγορία των υπερµεσικών εφαρµογών. Οι πλέον γνωστές και καταξιωµένες µεθοδολογίες ανάπτυξης υπερµεσικών εφαρµογών είναι η RMM και η OOHDM, οι οποίες βασίζονται πάνω στο µοντέλο σχεδίασης HDM. Επίσης δίνονται αναφορές σε άλλες πηγές. Έπειτα γίνεται µια σύντοµη παρουσίαση της µεθοδολογίας CADMOS, η οποία επικεντρώνεται αποκλειστικά στην ανάπτυξη διδακτικών συστηµάτων και δίνει έµφαση στο ΕΛ. Ακολουθεί µια παρουσίαση των εργαλείων που στηρίζουν την ανάπτυξη των υπερµεσικών εφαρµογών, τόσο αυτών που ακολουθούν κάποια µεθοδολογία όσο και των εµπορικών που είναι αυθαίρετα. Έτσι µπορεί να γίνει µια αντιπαραβολή µε την προσπάθεια που έγινε κατά την κατασκευή του CRITON. Στο Κεφάλαιο 3 παρατίθεται το θεωρητικό υπόβαθρο του εργαλείου, έτσι ώστε να γίνει πιο κατανοητή η ίδια η παρουσίαση του. Καταρχήν παρουσιάζεται η µέθοδος σχεδίασης CADMOS-D, την οποία αυτοµατοποιεί ο CRITON. Έπειτα παρουσιάζεται η γλώσσα µοντελοποίησης UML, η οποία χρησιµοποιείται για την κατασκευή του αρχιτεκτονικού σχεδίου, δηλαδή του πρώτου βήµατος της CADMOS-D. Για το επόµενο σχεδιαστικό βήµα, δηλαδή της σχεδίασης της πλοήγησης, παρουσιάζονται οι δοµές πλοήγησης και κατ επέκταση τα διαγράµµατα πλοήγησης. Τέλος παρουσιάζεται η σχεδίαση των µήτρων οθόνης και τα metadata των εκπαιδευτικών αντικείµενων, τα οποία πραγµατεύεται το τρίτο βήµα της CADMOS-D. Η χρήση όλων αυτών στο εργαλείο CRITON θα φανεί στο επόµενο κεφάλαιο. Στο Κεφάλαιο 4 γίνεται η ανάλυση του CASE tool, αρχίζοντας µε τα τεχνικά του χαρακτηριστικά, τις απαιτήσεις και τις παραδοχές που έγιναν καθώς και τους 1-8

15 περιορισµούς του περιβάλλοντος υλοποίησης. Έπειτα εξηγείται αναλυτικά το πώς υποστηρίζονται από τον CRITON, τα τρία βήµατα της CADMOS-D δηλαδή η αρχιτεκτονική σχεδίαση, η σχεδίαση πλοήγησης και η σχεδίαση των µήτρων οθόνης. Τέλος περιγράφεται το προϊόν που παράγει το CASE tool στο τέλος της διαδικασίας σχεδίασης, δηλαδή η προ-επισκόπηση του ιαδικτυακού Τόπου (web site preview). Στο Κεφάλαιο 5 δίνεται ένα ολοκληρωµένο παράδειγµα χρήσης του εργαλείου, δηλαδή η κατασκευή ενός ΕΛ για τη διδασκαλία της αναγραφικής γλώσσας XML (Extensible Mark-up Language), µε τη βοήθεια του CRITON. Αναλύεται η προεργασία που έγινε µε χρήση της µεθοδολογίας CADMOS, για την ανάλυση και σχεδίαση του διδακτικού συστήµατος και έπειτα παρουσιάζεται η σχεδίαση του ΕΛ µε τα τρία βήµατα της CADMOS-D. Τέλος περιγράφεται η τελική υλοποίηση και γίνεται κριτική του αποτελέσµατος. Στο Κεφάλαιο 6 περιλαµβάνεται η αξιολόγηση του εργαλείου. Εξηγούνται τα προτερήµατα και οι ατέλειες του, αναφέρεται η µελλοντική εργασία για την επέκταση του και τα ερευνητικά θέµατα που εγείρει, και τέλος παρατίθενται τα συµπεράσµατα από το σύνολο της εκπόνησης της διπλωµατικής εργασίας. 1-9

16 2. Παρόµοιες Προσεγγίσεις: Μεθοδολογίες υπερµεσικής σχεδίασης & εργαλεία υποστήριξης 2.1 Τα µοντέλα και οι µεθοδολογίες που σχετίζονται µε την ανάπτυξη ΕΛ To ΕΛ ως µια πολυσύνθετη υπερµεσική εφαρµογή αποτελεί αντικείµενο έρευνας της µηχανικής διαδικτυακού εκπαιδευτικού λογισµικού (webware engineering). Η γνωστική αυτή περιοχή άρχισε να αναπτύσσεται πολύ πρόσφατα, γι αυτό άλλωστε και δεν υπάρχει µια καλά τεκµηριωµένη και δοκιµασµένη µεθοδολογία ανάπτυξης ΕΛ στη διεθνή βιβλιογραφία. Υπάρχουν µέθοδοι και εργαλεία που υποστηρίζουν τις διάφορες φάσεις της κατασκευής του ΕΛ αλλά δεν υπάρχει µια αρκετά πλήρης µεθοδολογία που να αγκαλιάζει όλη την αναπτυξιακή διαδικασία. Ένα ΕΛ έχει αρκετές ιδιοµορφίες οι οποίες πηγάζουν τόσο από το γεγονός ότι αποτελεί µια κατηγορία υπερµεσικής εφαρµογής, όσο και από το γεγονός ότι εµπεριέχει στοιχεία παιδαγωγικής και εκπαιδευτικής φιλοσοφίας. Οι ιδιοµορφίες αυτές θα µπορούσαν να συνοψιστούν στα εξής : Το ΕΛ αποτελεί µια πολυσύνθετη οντότητα που αποτελείται από πολλές και εντελώς διαφορετικές συνιστώσες, εκ των οποίων η καθεµία απαιτεί εξίσου µεγάλο βάρος στην ανάπτυξη της. Αναφέρουµε την γραφική διαπροσωπεία χρήστη (user interface), την πλοήγηση (navigation) στο υπερµεσικό υλικό, το σύστηµα διαχείρισης της βάσης δεδοµένων (data-base management system) όπου φυλάσσονται τα απαραίτητα στοιχεία, και την δηµιουργία του ίδιου του εκπαιδευτικού υλικού. εν υπάρχουν µοντέλα δεδοµένων κοινώς αποδεκτά για την κατασκευή του ΕΛ. Τα µοντέλα δεδοµένων που χρησιµοποιούνται σε άλλες περιπτώσεις όπως π.χ. το µοντέλο οντοτήτων συσχετίσεων (Entity-Relationship model) ή κάποιες αντικειµενοστραφείς ιεραρχίες δεν είναι δυνατό να χρησιµοποιηθούν ως είναι, στην ανάπτυξη ΕΛ. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα µοντέλα αυτά είναι πολύ γενικά και δεν υπάρχουν περιπτώσεις χρήσης τους στη µοντελοποίηση ΕΛ, παρά µόνο σε άλλα συστήµατα όπως π.χ. βάσεις δεδοµένων. Για να µπορέσουν να χρησιµοποιηθούν µε επιτυχία στην ανάπτυξη ΕΛ, ή έστω στις υπερµεσικές εφαρµογές πρέπει να εξειδικευθούν σε κάποιο βαθµό. Οι διάφορες φάσεις της διαδικασίας ανάπτυξης ενός ΕΛ, και οι ρόλοι των εµπλεκοµένων στην αναπτυξιακή διαδικασία απέχουν σηµαντικά από τα αντίστοιχα καθιερωµένα που συναντούµε στην κοινή λογισµική µηχανική [Σκορδαλάκης 1991]. Όσον αφορά τις φάσεις της διαδικασίας, όπως θα φανεί κατά την περιγραφή των µεθοδολογιών υπερµεσικής σχεδίασης αλλά και της CADMOS, διαφέρουν από αυτές της λογισµικής µηχανικής γιατί το υλικό των εφαρµογών είναι υπερµεσικό, και η ανάπτυξη τέτοιου υλικού είναι ιδιάζουσα 2-1

17 κυρίως λόγω του παράγοντα της πλοήγησης. Όσον αφορά τους ρόλους στην αναπτυξιακή διαδικασία ενός ΕΛ αυτοί ενδεικτικά είναι [Ρετάλης 1998] : Ο σχεδιαστής του συστήµατος Ο ειδικός του γνωστικού αντικειµένου Ο παιδαγωγός Ο Γνωστικός Μηχανικός (cognitive engineer) Ο Μηχανικός ΕΛ Ο Μηχανικός Εκπαιδευτικού Υλικού Ο Μηχανικός Υποδοµής Ο Μηχανικός συστήµατος Είναι εµφανής η διαφορά ανάµεσα στους ρόλους αυτούς και στους αντίστοιχους ρόλους στην λογισµική µηχανική. Στη συνέχεια θα αναπτυχθούν περιληπτικά οι πιο σηµαντικές προσεγγίσεις στην υπερµεσική µηχανική (hypermedia engineering), ώστε να φανούν οι προσπάθειες που γίνονται σε αυτόν τον τοµέα της λογισµικής µηχανικής, και να γίνει µια σύγκριση µε τη µεθοδολογία CADMOS που εξειδικεύεται στην ανάπτυξη ΕΛ. Συγκεκριµένα θα περιγραφούν το µοντέλο σχεδίασης υπερµεσικών εφαρµογών HDM, που αποτέλεσε το ορόσηµο για την ανάπτυξη της υπερµεσικής µηχανικής, καθώς και οι δύο κυριότερες µεθοδολογίες ανάπτυξης υπερµεσικών εφαρµογών, η RMM και η OOHDM Το µοντέλο σχεδίασης Hypermedia Design Model (HDM) Μια από τις δυσκολίες που εµφανίζονται στην υπερµεσική σχεδίαση είναι η αναπαράσταση των αποτελεσµάτων της διαδικασίας σχεδίασης [Lowe & Hall 1999]. Αυτή η αναπαράσταση πρέπει να γίνει µε ένα µοντέλο σχεδίασης (design model), υπό τη µορφή ενός πλαισίου ή µιας γλώσσας που να µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να απεικονίσει και να τεκµηριώσει τις προδιαγραφές της εφαρµογής. Τα παραγόµενα σχέδια απαιτείται να είναι κατανοητά σε όλους τους εµπλεκόµενους (αναλυτές, σχεδιαστές, οµάδα υλοποίησης και πελάτες της εφαρµογής), ώστε να εξασφαλισθεί η µεταξύ τους καλή συνεννόηση. Το µοντέλο σχεδίασης HDM [Garzotto et al. 1993a] είναι ίσως η πρώτη επιτυχηµένη προσπάθεια δηµιουργίας µοντέλου υπερµεσικής σχεδίασης, γι αυτό άλλωστε αποτέλεσε και σηµείο αναφοράς για τις επόµενες ερευνητικές προσπάθειες. Πρέπει να σηµειωθεί ότι το HDM είναι µόνο ένα µοντέλο σχεδίασης, δηλαδή ένα πλαίσιο στο οποίο οι υπερµεσικές εφαρµογές µπορούν να περιγραφούν και να αναλυθούν. εν αποτελεί µέθοδο ή µεθοδολογία σχεδίασης, δηλαδή δεν ορίζει τις δραστηριότητες που πρέπει να γίνουν για τη σχεδίαση της εφαρµογής. Η HDM ορίζει έναν αριθµό συνιστωσών µέσω των οποίων µια υπερµεσική εφαρµογή µπορεί να µοντελοποιηθεί: οµή, που περιγράφει το πώς οργανώνεται το περιεχόµενο της εφαρµογής. Πλοήγηση, που περιγράφει τους συνδέσµους που χρησιµοποιεί ο χρήστης για να «εξερευνήσει» τις δοµές της εφαρµογής. Συµπεριφορά, που αφορά αφενός µεν τη δυναµική των πολυµέσων (video, ήχος, animation), αφετέρου δε τη δυναµική των συνδέσµων. Έλεγχος χρήστη, που αφορά τις διαθέσιµες στο χρήστη λειτουργίες για διάδραση µε το σύστηµα, και Παρουσίαση, που αφορά την οπτική εµφάνιση της εφαρµογής. 2-2

18 Η HDM κάνει σαφή διαχωρισµό µεταξύ των υπερµεσικών δοµών αναφερόµενες και ως υπερ-βάση (hyperbase), που αντιπροσωπεύουν πληροφορίες περιεχοµένου, και των δοµών προσπέλασης αναφερόµενες και ως στρώµα πρόσβασης (access layer) που αντιπροσωπεύουν σηµεία εισόδου στην υπερ-βάση. H υπερ-βάση αποτελείται από οντότητες (entities), δηλαδή ιδεατά ή φυσικά αντικείµενα της εφαρµογής και εννοιολογικές συνδέσεις (semantic connections), δηλαδή συσχετίσεις µεταξύ οντοτήτων. Οι οντότητες µε τη σειρά τους αναλύονται σε συστατικά (components), και τα τελευταία σε κόµβους (nodes). Οι κόµβοι είναι οι φορείς υπερµεσικού περιεχοµένου και ενδέχεται να αντιστοιχούν σε σελίδες ή σε τµήµατα σελίδων. Τέλος οι κόµβοι περιέχουν σχισµές (slots), δηλαδή ατοµικά στοιχεία που διακρίνονται σε στατικά ή δυναµικά ανάλογα µε το αν αναφέρονται σε περιεχόµενο που δε µεταβάλλεται µε το χρόνο (κείµενο, εικόνα γραφικά), ή σε περιεχόµενο εξαρτώµενο του χρόνου ( video, ήχος, animation). Από την άλλη το στρώµα πρόσβασης αποτελείται από συλλογές (collections), οι οποίες οµαδοποιούν «µέλη», ώστε να εξασφαλισθεί η πρόσβαση σε αυτά. Με το όρο «µέλη» εννοούµε είτε τα δοµικά στοιχεία της υπερ-βάσης δηλαδή οντότητες, συστατικά και κόµβους, είτε άλλες συλλογές (φωλιασµένες συλλογές). Τα µέλη µιας συλλογής επιλέγονται µε βάση κάποια κριτήρια. ιάφορες δοµές όπως κατευθυνόµενοι γύροι (guided tours), κατάλογοι (indices) και καταλογοποιηµένοι κατευθυνόµενοι γύροι (indexed guided tours) µοντελοποιούνται ως συλλογές στην HDM. H πλοήγηση περιγράφει τον τρόπο µε τον οποίο ο χρήστης «εξερευνεί» τις οντότητες και τις συλλογές, ορίζοντας συνδέσµους πλοήγησης (navigational links) που συνδέουν κόµβους στις διάφορες δοµές. Οι σύνδεσµοι πλοήγησης ταξινοµούνται σε: οµικούς (structural) που συνδέουν κόµβους στο εσωτερικό µιας οντότητας Εφαρµοσµένους (applicative) που συνδέουν κόµβους από διαφορετικές οντότητες Συλλογής (collection) που συνδέουν τις συνιστώσες µιας συλλογής. Το µοντέλο σχεδίασης της HDM, υπήρξε ο προάγγελος των εξελίξεων στην υπερµεσική σχεδίαση. Αυτό δεν είναι τυχαίο καθώς αποτελεί την βάση αναφοράς για το µοντέλο δεδοµένων των δύο κυριοτέρων µεθοδολογιών υπερµεσικής σχεδίασης, RMM και OOHDM Η µεθοδολογία Relationship Management Methodology (RMM) Πρόκειται για µια µεθοδολογία, για την σχεδίαση και την κατασκευή υπερµεσικών εφαρµογών βήµα προς βήµα. Η RMM [Isakowitz 1995] προβλέπει ότι µια σωστή µεθοδολογία ανάπτυξης υπερµεσικών εφαρµογών πρέπει να συνίσταται από τα εξής: (α) σηµειολογία για την εξασφάλιση σηµείου αναφοράς και µέσου επικοινωνίας των µελών της αναπτυξιακής οµάδας (β) διαδικασία για να καθοδηγεί τους σχεδιαστές, και (γ) εργαλεία για να αυτοµατοποιούν την διαδικασία. Το πρώτο από αυτά τα στοιχεία το επιτυγχάνει µε το µοντέλο σχεδίασης RMDM, ενώ το δεύτερο µε το µοντέλο κύκλου ζωής της RMM και τα επιµέρους βήµατα του. Το τρίτο επιτυγχάνεται όπως θα συζητηθεί αργότερα στο κεφάλαιο αυτό µε ένα CASE Tool που ονοµάζεται RMCase. 2-3

19 Η µεθοδολογία RMM προδιαγράφει ότι είναι περισσότερο αποτελεσµατική όταν η προς ανάπτυξη εφαρµογή είναι καταρχήν δοµηµένη σε µεγάλο βαθµό, δηλαδή υπάρχουν εµφανώς κλάσεις αντικειµένων, στιγµιότυπα αυτών των κλάσεων και συσχετίσεις µεταξύ τους. Κατά δεύτερον, η RMM έχει καλύτερα αποτελέσµατα όταν η προς ανάπτυξη εφαρµογή έχει περιεχόµενο που ενδέχεται να µεταβάλλεται συχνά. Είναι ευνόητο ότι το ΕΛ αποτελεί µια κατηγορία λογισµικού, ικανή για την εφαρµογή της RMM καθώς ικανοποιεί και τις δύο αυτές απαιτήσεις. Το µοντέλο δεδοµένων της RMM Το όνοµα της µεθοδολογίας χρησιµοποιεί τον όρο ιαχείριση Συσχετίσεων (Relationship Management) καθώς υιοθετεί την άποψη ότι τα υπερµέσα είναι ένα όχηµα για την διαχείριση των συσχετίσεων µεταξύ αντικειµένων πληροφοριών. Το µοντέλο δεδοµένων που χρησιµοποιείται αποκαλείται Relationship Management Data Model (RMDM) και σκοπεύει να περιγράψει, αφενός µεν τις διάφορες οντότητες σε µια υπερµεσική εφαρµογή, αφετέρου δε τους µηχανισµούς πλοήγησης. Πηγάζει από τα µοντέλα HDM[Garzotto et al. 1993a], που περιγράφηκε νωρίτερα και από την επέκταση του, HDM2[Garzotto et al. 1993b]. Όπως εύκολα καταλαβαίνει κανείς από το όνοµα του, το µοντέλο βασίζεται στη φιλοσοφία δηµιουργίας οντοτήτων-συσχετίσεων (Entity-Relationship model), κάτι πολύ διαδεδοµένο ανάµεσα στους σχεδιαστές βάσεων δεδοµένων. Αυτό αποτελεί πλεονέκτηµα καθώς το µοντέλο E-R είναι ένα γνώριµο, ευρέως χρησιµοποιηµένο και καλά τεκµηριωµένο µοντέλο. Μπορεί επίσης να µοντελοποιήσει τις εξαρτήσεις των οντοτήτων σε µια υπερµεσική εφαρµογή. Τα στοιχεία του µοντέλου RMDM παριστάνονται στο σχήµα 2.1 Τα ιδεατά στοιχεία (domain primitives) που χρησιµοποιούνται είναι τα εξής : Οντότητες (Entities) αντιπροσωπεύουν φυσικά ή αφηρηµένα αντικείµενα που έχουν διάφορα χαρακτηριστικά (attributes). Συνδετικές Συσχετίσεις (Associative Relationships) αντιπροσωπεύουν συσχετίσεις µεταξύ οντοτήτων. Φέτες (Slices) Οµάδες χαρακτηριστικών των οντοτήτων. Τα στοιχεία πρόσβασης (access primitives) που χρησιµεύουν για την πλοήγηση είναι τα εξής : Σύνδεσµοι µονοί ή διπλοί (Unidirectional, Bi-directional Links) περιγράφουν την προσπέλαση σε φέτες µιας οντότητας. Οµαδοποιήσεις (Groupings) λειτουργούν ως µενού και επιτρέπουν την πρόσβαση σε άλλα τµήµατα της υπερµεσικής εφαρµογής. είκτες (Indices) λειτουργούν ως πίνακες περιεχοµένων για ένα σύνολο από στιγµιότυπα οντοτήτων προσφέροντας απευθείας προσπέλαση σε αυτά. Οι δείκτες είναι µια κατηγορία οµαδοποιήσεων. Κατευθυνόµενοι Γύροι (Guided Tours) περιγράφουν ένα γραµµικό µονοπάτι σε ένα σύνολο από στιγµιότυπα οντοτήτων. Καταλογοποιηµένοι Κατευθυνόµενοι Γύροι (Indexed Guided Tours) που συνδυάζουν τις δύο τελευταίες δοµές. 2-4

20 Σχήµα 2.1- Στοιχεία µοντελοποίησης στην RMM (πηγή: [Isakowitz 1995]) Το µοντέλο RMDM αποτελεί µια προσαρµοσµένη µορφή του κλασσικού µοντέλου οντοτήτων-συσχετίσεων, έτσι ώστε να µπορεί να περιγράψει υπερµεσικές εφαρµογές. Συγκεκριµένα, σε αντίθεση µε το κλασικό µοντέλο, το RMDM περιγράφει την πλοήγηση σε µια υπερµεσική εφαρµογή. Το µοντέλο κύκλου ζωής της RMM Ο κύκλος ζωής της RMM φαίνεται στο σχήµα 2.2 Η φάση σχεδίασης αποτελείται από τα εξής διακριτά βήµατα : Βήµα 1 : Σχεδίαση Οντοτήτων-συσχετίσεων (E-R Design). Αυτό το βήµα αναπαριστά τις οντότητες και τις συσχετίσεις στο χώρο της εφαρµογής, κάποιες από τις οποίες θα καταλήξουν στην τελική υλοποίηση ως σελίδες και σύνδεσµοι (hyperlinks). Βήµα 2 : Σχεδίαση Φετών (Slice Design). Αυτό το βήµα καθορίζει πως θα παρουσιαστεί η πληροφορία που υπάρχει στις οντότητες, στους διαφόρους χρήστες χωρίζοντας τις οντότητες σε οµαδοποιηµένα χαρακτηριστικά (φέτες). Οι φέτες αυτές σχεδιάζονται σε ένα διάγραµµα και συνδέονται µε συνδέσµους µονούς ή διπλούς, οι οποίοι ονοµάζονται δοµικοί σύνδεσµοι (structural links) για να διαφοροποιηθούν από τους συσχετιστικούς (associative) του µοντέλου E-R. Το αποτέλεσµα αυτού του βήµατος είναι το διάγραµµα E-R εµπλουτισµένο µε τα διαγράµµατα φετών, και ονοµάζεται διάγραµµα E-R+. 2-5