Σχεδιασμός και Υλοποίηση Πρότυπου Διδακτικού Ευφυούς Συστήματος για την υποβοήθηση των φοιτητών εξ αποστάσεως εκπαίδευσης

Transcript

1 ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Η/Υ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Διπλωματική εργασία για το Μεταπτυχιακό Δίπλωμα Ειδίκευσης στην Επιστήμη και Τεχνολογία Υπολογιστών Σχεδιασμός και Υλοποίηση Πρότυπου Διδακτικού Ευφυούς Συστήματος για την υποβοήθηση των φοιτητών εξ αποστάσεως εκπαίδευσης Καρακατσούλης Δημοσθένης ΑΜ: 893 Επιβλέπων Καθηγητής Καθηγητής, κ. Ιωάννης Γαροφαλάκης Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή Καθηγητής, κ. Ιωάννης Γαροφαλάκης Καθηγητής, κ. Αθανάσιος Τσακαλίδης Καθηγητής, κ. Γεώργιος Παυλίδης

2 Ευχαριστίες Ευχαριστώ θερμά τον κύριο Γαροφαλάκη Ιωάννη, Καθηγητή και Πρόεδρο του Τμήματος Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής, για την ευκαιρία που μου έδωσε να ασχοληθώ με ένα τόσο ενδιαφέρον αντικείμενο που ανταποκρίνεται απολύτως στα επιστημονικά μου αλλά και επαγγελματικά μου ενδιαφέροντα. Η δική του συμβολή κατά την διάρκεια εκπόνησης ήταν καθοριστική. Πολύ σημαντική ήταν η παρέμβαση της συνεπιβλέπουσας Λάγιου Ειρήνης καθώς οι οδηγίες και επισημάνσεις της οδήγησαν ουσιαστικά στο τελικό αποτέλεσμα. Επί προσθέτως θα ήθελα να εκφράσω την ευγνωμοσύνη μου στους κύριους Τσακαλίδης Αθανάσιο, καθηγητή και Παυλίδη Γεώργιο, καθηγητή, που δέχτηκαν να είναι μέλη της τριμελής επιτροπής αξιολόγησης. Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τα μέλη της οικογένειάς μου και κυρίως του γονείς μου Χαράλαμπο και Αγγελική για τη διαχρονική συμπαράσταση τους και την ηθική και υλική στήριξη των επιλογών μου. Τέλος θέλω να ευχαριστήσω τους όσους εθελοντές καθηγητές και φοιτητές που θέλησαν να σχολιάσουν και να πουν την γνώμη τους δοκιμάζοντας την εφαρμογή που παρουσιάζει η διπλωματική εργασία καθώς και τους φίλους μου που με πίστεψαν και με ενθάρρυναν σε κάθε στάδιο των σπουδών μου. 2

3 Περιεχόμενα Περίληψη... 6 Abstract Κεφάλαιο 1- Σχετικές Μελέτες Κεφάλαιο 2 - e-learning και Συστήματα Διαχείρισης Μάθησης Ηλεκτρονική Εκπαίδευση Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Βασικές Τεχνολογίες e - Learning Πληροφοριακά συστήματα Διαχείρισης Μάθησης Ευφυή Συστήματα Εκπαίδευσης Αναγκαιότητα Ευφυών Συστημάτων Γνώση Πεδίου στα Ευφυή Συστήματα Ευφυές Μοντέλο Εκπαιδευόμενου Παιδαγωγικό Μοντέλο στα ευφυή συστήματα Διεπαφή Χρήστη στα ευφυή συστήματα Προσαρμοστικά Συστήματα Υπερμέσων (AEHS) Ευφυή Διδακτικά Συστήματα και Έμπειρα συστήματα Τεχνικές Ανάπτυξης Ευφυών Συστημάτων Κεφάλαιο 3 - Ανάλυση και Σχεδίαση της Έξυπνης Εφαρμογής Σκοπός Ανάλυση Εφαρμογής Σχεδιασμός Βάσης Δεδομένων Λειτουργία της Εφαρμογής Επίσκεψη στην Εφαρμογή Περιβάλλον Διαχειριστή Περιβάλλον Εκπαιδευτή

4 3.3.4 Περιβάλλον Εκπαιδευόμενου Κεφάλαιο 4 - Αξιολόγηση Αξιολόγηση Λογισμικού Αποτελέσματα Έρευνας Το δείγμα μας Γνώμες Εκπαιδευτών Γνώμες Εκπαιδευομένων Συμπεράσματα από τη γνώμη των εκπαιδευτών Συμπεράσματα Βιβλιογραφία Παράρτημα Ερωτηματολόγια

5 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1. Η βασική αρχιτεκτονική του Ευφυούς Συστήματος Διδασκαλίας Εικόνα 2. Σχεδιασμός Βάσης Δεδομένων- Διάγραμμα ER Εικόνα 3. Αρχική Οθόνη Εφαρμογής Εικόνα 4. Σύνδεση στην Εφαρμογή Εικόνα 5. Περιβάλλον Διαχειριστή Εικόνα 6. Διαχείριση Χρηστών Εικόνα 7. Εισαγωγή Χρήστη Εικόνα 8. Επεξεργασία Χρήστη Εικόνα 9. Εισαγωγή Μαθήματος Εικόνα 10. Αντιστοίχιση Φοιτητή στο Μάθημα Εικόνα 11. Επεξεργασία Μαθήματος Εικόνα 12. Περιβάλλον Διαχειριστή Εικόνα 13. Πληροφορίες Μαθήματος Εικόνα 14. Λίστα εκπαιδευομένων Εικόνα 15. Προσθήκη Εργασίας Εικόνα 16. Καταχώρηση Κειμένων Ενδεικτικών Απαντήσεων για κάθε Θέμα Εικόνα 17. Επιλογή φράσης για την Δημιουργία Νέας Ερώτησης Εικόνα 18. Εισαγωγή Απαντήσεων Μιας Ερώτησης Εικόνα 19. Προβολή Εργασίας και Σχετικές Ερωτήσεις Εικόνα 20. Καταχώρηση Βαθμολογιών Εικόνα 21. Αρχική Εικόνα Εκπαιδευόμενου Εικόνα 22. Προφιλ Χρήστη Εικόνα 23. Λίστα εργασιών Μαθήματος στον Εκπαιδευόμενο Εικόνα 24. Προβολή Ενδεικτικής Απάντησης Εικόνα 25. Τεστ Δεξιοτήτων Εκπαιδευομένου Εικόνα 26. Αποτέλεσμα από ένα τεστ Εικόνα 27. Έκθεση Αποτελεσμάτων Τεστ Δεξιοτήτων

6 Περίληψη H ανάπτυξη των Τεχνολογιών της Πληροφορίας και των Επικοινωνιών (ΤΠΕ) την τελευταία δεκαετία έχουν αποτελέσει ένα βασικό παράγοντα στο μετασχηματισμό της παροχής της γνώσης και επηρέασαν και έντονα την σύγχρονη εκπαίδευση και κατάρτιση. Μάλιστα η πληθώρα παραγωγής εκπαιδευτικού υλικού αλλά και η υπερπαραγωγή πληροφορίας καθώς και η ανάγκη διακίνησης και αξιοποίησής της, κυρίως μέσω του διαδικτύου, τελικά αποτελούν μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις και σαφέστατα επηρεάζουν και το χώρο της εκπαίδευσης. Σήμερα σε όλους τους τομείς ο όγκος πληροφοριών που διακινείται ακολουθείται ο νόμος του Moore [17], σύμφωνα με τον οποίο η ποσότητα πληροφοριών που μπορεί να αποθηκεύεται και να διακινείται διπλασιάζεται κάθε δεκαοκτώ μήνες. Έτσι πλέον με τόσο άφθονο εκπαιδευτικό υλικό και πληροφορία καθώς και έντονα πληθώρα λογισμικού που εξομοιώνει πραγματικές καταστάσεις είναι ανάγκη η αξιολόγηση του και η σωστή τοποθέτηση του ώστε τελικά να έχουμε αποτελεσματικό εκπαιδευτικό έργο. Η αξία της πληροφορίας καθώς και του πλήθους και της ποικιλίας των μορφών του τελικά επιφέρει έντονες αλλαγές στη λογική της μάθησης, της εκπαίδευσης και της κατάρτισης. Όροι όπως η συνεργατική μάθηση και η εξατομικευμένη μάθηση, η συνεχιζόμενη εκπαίδευση και η εκπαίδευση ενηλίκων βρίσκονται πλέον στο προσκήνιο. Σήμερα οι ανάγκες για συνεχή μάθηση και εκπαίδευση σε συνδυασμό οδήγησε την επιστημονική κοινότητα να προσπαθήσει και να δώσει λύση στους περιορισμούς που υπάρχουν στους εκπαιδευόμενους όπως η απόσταση, η έντονη εργασία, η έλλειψη χρόνου, κ.λπ μέσα από την χρήση των νέων τεχνολογιών και τις δυνατότητες του διαδικτύου. Έτσι δημιουργήθηκαν σειρά από ευέλικτες εκπαιδευτικές μεθόδους, όπως είναι η εξ αποστάσεως εκπαίδευση που τα τελευταία χρόνια με την βοήθεια επιστημών όπως η τεχνική νοημοσύνη εξελίσσεται στην λεγόμενη έξυπνη εξ αποστάσεως εκπαίδευση. 6

7 Τα τελευταία χρόνια, ο χώρος της εκπαίδευσης έδειξε ότι είναι σε θέση να υιοθετήσει τις τεχνολογικές δυνατότητες και να αξιοποιήσει όσο το δυνατόν περισσότερες δυνατότητες που δίνονται από το διαδίκτυο. Σήμερα πανεπιστήμια, σχολεία, κολλέγια, εκπαιδευτικά κέντρα κ.α. επιδιώκουν σύμφωνα με το ρόλο τους να εφαρμόσουν τρόπους ώστε να εφαρμόσουν την παιδαγωγική βελτιστοποίηση της προσφοράς γνώσης που παράγεται με γρήγορους ρυθμούς και να προωθήσουν την έρευνα καλύπτοντας τις ανάγκες και τις ιδιαιτερότητες της σύγχρονης εποχής [1][3]. Σήμερα η παροχή μαθημάτων από απόσταση καθώς και ολοκληρωμένα προγράμματα και κύκλων σπουδών που οδηγούν σε πιστοποίηση ή πτυχίο συμπεριλαμβάνονται πλέον στα προγράμματα σπουδών πολλών ακαδημαϊκών ιδρυμάτων. Παρόλα αυτά σημαντικό είναι ότι όλα τα ιδρύματα δεν αντιμετωπίζουν την εξ αποστάσεως εκπαίδευση σαν πανάκεια για όλα τα προβλήματα της εκπαίδευσης αλλά αντίθετα έρχεται να συμπληρώσει κενά και αδυναμίες της παραδοσιακής εκπαίδευσης και να καλύψει τις ολοένα αυξανόμενες ανάγκες για μάθηση, κατάρτιση και εκπαίδευση. Τα τελευταία χρόνια έχει αναπτυχθεί μια σειρά νέων συστημάτων που δίνουν πιο μεγάλες δυνατότητες στην εξ αποστάσεως εκπαίδευση και ταυτόχρονα δίνουν ένα ρεαλιστικό τρόπο, προσαρμόσιμο στις εκπαιδευτικές ανάγκες του καταρτιζόμενου. [3] Τα συστήματα αυτά είναι τα λεγόμενα ευφυή συστήματα διδασκαλίας. Τα ευφυή συστήματα διδασκαλίας ( Intelligent Tutoring Systems - ITS) [3] καθώς και τα προσαρμοστικά εκπαιδευτικά συστήματα υπερμέσων (Adaptive Educational Hypermedia Systems AEHS ) [3] τα τελευταία χρόνια γίνονται ιδιαίτερα δημοφιλή αφού δίνουν νέες δυνατότητες στα μέχρι τώρα ηλεκτρονικά συστήματα εκπαίδευσης. Τα ITS είναι ουσιαστικά πιο πολύπλοκα συστήματα όσο αφορά την υλοποίηση και οργάνωση τους αλλά βλέπουν αποκλειστικά στις ανάγκες του εκπαιδευόμενου. Χρησιμοποιούνται από τους εκπαιδευτικούς φορείς με στόχο την προσομοίωση ενός πραγματικά έμπειρου εκπαιδευτή που προσαρμόζεται στις γνωστικές ιδιαιτερότητες και στην εξατομικευμένη πρόοδο κάθε μαθητή. Τα συστήματα αυτά ουσιαστικά βασίζονται σε ένα μεγάλο ποσό παρεχόμενης γνώσης από τον εκπαιδευτικό χώρο και ταυτόχρονα πολλά από αυτά χρησιμοποιούν σειρά από συγκεκριμένες παιδαγωγικές μεθόδους. Στόχος των συστημάτων αυτών είναι να μπορεί να εντοπίζουν τις ιδιαιτερότητες κάθε εκπαιδευόμενου και να καθοδηγούν την εκπαίδευση με βάση αυτές. Κάθε εκπαιδευόμενος έχει ιδιαιτερότητες ανάλογα με τις ικανότητες του, τις 7

8 υπάρχουσες γνώσεις του στο διδασκόμενο αντικείμενο και η πρόοδος του κάθε ατόμου αποθηκεύεται σε αυτό που αποκαλούμε «μοντέλο μαθητή». Τα μοντέλα αυτά συνήθως χρησιμοποιούν «νοημοσύνη» ακολουθώντας κανόνες από την επιστήμη της Τεχνητής Νοημοσύνης και των μαθηματικών ώστε να μπορούν να παράγονται οι ορθότερες παιδαγωγικές αποφάσεις ώστε ο εκπαιδευόμενος να λαμβάνει τις πληροφορίες και δραστηριότητες που είναι πιο κατάλληλες στο προφίλ του. Πριν από τη παρουσίαση των Έξυπνων συστημάτων, αξίζει επανεξέταση ο κλασσικός τρόπος εκπαίδευσης πρόσωπο με πρόσωπο, δεδομένου ότι είναι αυτό που οι περισσότεροι δάσκαλοι και οι μαθητές είναι εξοικειωμένοι, και ως εκ τούτου, αυτό που οι περισσότεροι μελλοντικοί χρήστες ενός συστήματος περιμένουν τελικά να εξομοιώσουν Σε ένα παραδοσιακό εκπαιδευτικό περιβάλλον [9], ένας δάσκαλος έχει μια σειρά από εργαλεία και τεχνικές στη διάθεσή του, τα οποία μπορεί να χρησιμοποιήσει για να οργανώσει μια σειρά μαθησιακών των δραστηριοτήτων που αντανακλά συγκεκριμένες παιδαγωγικές προσεγγίσεις. Επιπλέον, κάθε δάσκαλος έχει μια συλλογή των πόρων για την υποστήριξη της μάθησης, όπως παρουσιάσεις, διαφάνειες, βιβλία, άρθρα σε περιοδικά, εικόνες, βίντεο και ήχο, ταινίες κ.λπ. Μια από τις πιο βασικές πνευματικές και δημιουργικές προκλήσεις για τον εκπαιδευτικό είναι η προετοιμασία των μαθημάτων και ο εντοπισμός και η επιλογή της κατάλληλης εκπαίδευσης / δραστηριότητας με χρήση «παιδαγωγιών εργαλειοθηκών» και στοιχείων που τελικά ικανοποιούν τις εκπαιδευτικές ανάγκες ενός μαθητή ή ομάδας μαθητών, σε μια δεδομένη κατάσταση και στη συνέχεια προσθήκη του κατάλληλου περιεχομένου από τη συλλογή εκμάθηση των πόρων. Στην συνέχεια με την παράδοση του αντίστοιχου εκπαιδευτικού υλικού ο εκπαιδευτικός έχει την δυνατότητα όμως ιδιαιτερότητες που δεν καλύπτει το εκπαιδευτικό υλικό να τις καλύπτει με την δική του παρουσία δίνοντας την δυνατότητα στον εκπαιδευόμενο να ρωτήσει ή με την εμπειρία του ο εκπαιδευτικός να καταλάβει ότι το μαθησιακό αποτέλεσμα δεν είναι ικανοποιητικό και τελικά να συμπληρώσει είτε με τον προφορικό λόγο ή με πρόσθετο υλικό πιο κατάλληλο στις δυνατότητες του εκπαιδευομένου. Στην διδασκαλία με ένα LMS πρέπει να ακολουθούνται παρόμοιες τεχνικές με εκείνες της παραδοσιακής διαδικασίας, προκειμένου να καταστεί δυνατή η εκπαίδευση σε διαφορετικού επιπέδου εκπαιδευόμενους και όχι μόνο μιας απόλυτα συγκεκριμένη ομάδα εκπαιδευομένων με συγκεκριμένα 8

9 χαρακτηριστικά. Έτσι αρχικά όπως και στην κλασσική εκπαίδευση σημασία έχει η συλλογή του κατάλληλου εκπαιδευτικού λογισμικού. Όμως για να έχουμε ένα έξυπνο αποτελεσματικό σύστημα εκπαίδευσης που να προσεγγίζει την εκπαίδευση ορθά πρέπει να υπάρχουν απαραίτητα τα παρακάτω: [3] 1) Να υπάρχει κατάλληλη παιδαγωγική εργαλειοθήκη που να αντανακλά ένα σύνολο προτύπων που υποστηρίζουν τις εκπαιδευτικές δραστηριότητες. 2) Μια βιβλιοθήκη αντικειμένων μάθησης (κείμενα, βίντεο, εικόνες κ.α.) που ισοδυναμεί με η συλλογή των μαθησιακών πόρων. 3) Ένας Ευφυής μηχανισμός που θα καταλαβαίνει την πορεία του εκπαιδευομένου και θα του δίνει την δυνατότητα να εξελίσσεται με τον πιο κατάλληλο δυνατό τρόπο με βάση τις ανάγκες και δυνατότητες του. Αυτά τα τρία στοιχεία σήμερα συζητούνται σε βάθος σήμερα στην σύγχρονη βιβλιογραφία, μαζί με τα συναφή προβλήματα και τις πιθανές λύσεις που προτείνονται. Σήμερα όπως τα έξυπνα συστήματα ορίζονται από τα παρακάτω τέσσερα συστατικά στοιχεία: [3] 1. Οι Εκπαιδευτικές Δραστηριότητες και Εργαλεία 2. Οργανωμένη βιβλιοθήκη μαθησιακών αντικειμένων 3. Διαδικασίες προσαρμοστικής μάθησης 4. Κοινότητα Μάθησης και συνεργατική μάθηση Η παρούσα διπλωματική στόχος έχει την δημιουργία κατάλληλου εργαλείου για την βελτίωση των εκπαιδευτικών αποτελεσμάτων των φοιτητών, όταν αυτοί λαμβάνουν την επίλυσης μίας εργασίας που τους είχε ανατεθεί. Ειδικά σε φορείς της Ανοικτής Εκπαίδευσης, όπως και αυτό του Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου, οι φοιτητές καλούνται να διαβάσουν και να μελετήσουν κατάλληλο εκπαιδευτικό υλικό κατά την διάρκεια του ακαδημαϊκού έτους και παράλληλα να επιλύσουν σειρά εργασιών με την καθοδήγηση των συμβούλων καθηγητών τους. Στο τέλος οι φοιτητές κρίνονται και βαθμολογούνται ως προς την επίλυση των θεμάτων της εργασίας τους. Οι καθηγητές αναρτούν τις 9

10 «Ενδεικτικές Απαντήσεις» των εργασιών, με στόχο οι φοιτητές να μπορέσουν να μάθουν μέσα από τις ορθές απαντήσεις και να κρίνουν και οι ίδιοι τα λάθη τους. Στην παρούσα διπλωματική υλοποιήθηκε ένα δικτυακό εργαλείο που ο εκπαιδευόμενος διαβάζει την «Ενδεικτική Απάντηση» και στην συνέχεια καλείται ανάλογα την επίδοση του να εκτελέσει σειρά από τεστ μέσα από τα οποία ο φοιτητής μπορεί να δει αν βελτιώθηκε ή όχι, και εκτελώντας τα να βλέπει και ο ίδιος την άνοδο του εκπαιδευτικού του επιπέδου. Η υλοποίηση έγινε με χρήση των τεχνολογιών PHP, MYSQL, Boostrap και Jquery με στόχο την πλήρη εκμετάλλευση των τεχνολογιών διαδικτύου ώστε να γίνει όσο πιο απλό και εύχρηστο για τον απλό χρήστη καθηγητή ή φοιτητή. Η εφαρμογή παρουσιάστηκε σε ένα αριθμό φοιτητών και καθηγητών με στόχο να πάρουμε γνώμες για την βελτίωση της καθώς και να ζητήσουμε τις απόψεις τους για το πόσο μπορεί να βοηθήσει αποτελεσματικά το εκπαιδευτικό αποτέλεσμα των χρηστών της. Τα αποτελέσματα από την παρουσίαση έδειξαν θετικές απόψεις ως προς την ευχρηστία αλλά και προβληματισμό από τους εκπαιδευτές ως προς το αποτέλεσμα που πιθανά έχει αφού διαπιστώνεται ότι τέτοιες εφαρμογές αυξάνουν τον όγκο εργασίας των εκπαιδευτών. Η παρούσα εργασία είναι οργανωμένη ως εξής: Στο Κεφάλαιο 1 περιγράφονται οι σχετικές μελέτες που έχουν μέχρι τώρα οδηγήσει στα έξυπνα συστήματα εκπαίδευσης αλλά και σε σειρά από προτάσεις και συστήματα που έχουν προταθεί Στο κεφάλαιο 2 παρουσιάζονται τα συστήματα LMS και τα έξυπνα συστήματα Εκπαίδευσης καθώς και οι τεχνολογίες που εφαρμόζονται Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται η εφαρμογή που υλοποιήθηκε Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από την παρουσίαση που κάναμε σε εθελοντές φοιτητές και καθηγητές με στόχο να λάβουμε την γνώμη τους ως προς την ευχρηστία και αποτελεσματικότητα της εφαρμογής. Στο τέλος παραθέτουμε τα συμπεράσματα τόσο για την εφαρμογή μας όσο και γενικότερα για την εισαγωγή των IST συστημάτων στην εκπαίδευση. 10

11 Abstract The development of Information and Communication Technologies (ICTs) the last decade has led to the transforming the way of education and training. The educational material production and the overproduction of information and the need to trafficking and exploitation, particularly through the Internet, they are one of the most challenges and clearly influence and education. Today in all areas the volume of information handled by Moore's Law is followed [17], that says that the amount of information that can be stored and handled doubles every eighteen months. So now there are both plenty of educational material and information and strongly plethora of software that simulates real situations it is necessary to evaluate and correct placement to finally have an effective educational work. The value of information and the number and variety of forms ultimately bring changes to the logic of learning, education and training. Terms such as collaborative learning and individualized learning, continuing education and adult education are now in the spotlight. Nowadays there is an imperative need for continuous learning and the training has led the scientific community to try to solve the limitations of the trainees such as distance, strong work, lack of time, etc. through the use of new technologies and the internet technologies. So a series of flexible training methods created, such as distance learning that now with the help of science such as technical intelligence evolves in so-called intelligent distance learning. In recent years, the area of education has shown that it is able to use the technological possibilities and utilize many tools of the internet possibilities. Today universities, schools, colleges, training centers etc. pursued in accordance with their role to implement training lessons and make pedagogical optimization in order to give as many opportunities as possible to their students [1] [3]. Today many academic institutions include distance learning courses and complete programs and courses that lead to certification or degree. However, it is important 11

12 that all institutions do not face the distance education as the only solution for all the problems of education but they use distance learning in order and e-learning in order to make the traditional education better as the need for education keeps growing. In recent years, a series of new systems have been developed that give more great potential in distance education and simultaneously give a realistic manner, adaptable to the educational needs of the trainee. [3] These systems are called intelligent teaching systems. Intelligent teaching systems (Intelligent Tutoring Systems - ITS) [3] and adaptive educational hypermedia systems (Adaptive Educational Hypermedia Systems - AEHS) [3] in recent years become very popular as they give new opportunities in electronic learning systems. The ITS are more complex systems, but the looking to gives a solution to the really needs of the learner. They used by educational institutions in order to simulate a real experienced trainer that fits in cognitive characteristics and the individual progress of each student. These systems are essentially based on a large amount of knowledge provided by the training site, while many of them are using series of specific pedagogy. The aim of these systems is to be able to identify the characteristics of each student and to guide education based on them. Each student has specific features depending on the capabilities of, existing knowledge of the training subject and the progress of each person stored in what we call a "model student". These models typically use "intelligence" by following the rules of the science of artificial intelligence and mathematics so they can produce the better-pedagogical decisions that the learner to take the information and activities that are most appropriate to their profile. In a traditional educational environment [9], a teacher has a number of tools and techniques, which can be used to organize a series of learning activities reflects specific pedagogical approaches. Each teacher has a collection of resources to support learning, such as presentations, slides, books, journal articles, images, video and audio tapes etc. One of the most basic spiritual and creative challenges for the teacher is to prepare the courses and the identification and selection of appropriate to use "Educator toolbars education / activity" and the data finally meet the educational needs of a student or group of students in a given situation and then adding the appropriate content from the collection of learning resources. Followed by delivery of the relevant educational material the teacher has the opportunity but particularities which does not cover educational material covering them with his own presence enabling the learner to ask or the experience of the teacher to understand that the learning outcome it is unsatisfactory and finally to complete 12

13 either the spoken word or with additional material more suitable to the trained worker. In teaching an LMS should be similar techniques to those of the traditional process, in order to enable training in different level learners and not only an absolutely specific group of trainees with particular characteristics. So initially as in the classical meaning education is the collection of appropriate educational software. In ITS that approximates the training properly there must be the following necessary: [3] 1) there is an appropriate educational tool which reflects a set of standards that support educational activities. 2) A learning object library (text, video, images, etc.) equivalent to the collection of learning resources. 3) An Intelligent mechanism to understand the progress of the trainee and will give him the opportunity to evolve in the most appropriate way possible according to their needs and capabilities. These three elements currently being discussed in-depth today in modern literature, together with associated problems and possible solutions proposed. Today as intelligent systems out of the following four components: [3] 1. Educational Activities and Tools 2. Organized library of learning objects 3. Procedures adaptive learning 4. Community Learning and collaborative learning The object of this thesis is to create an appropriate tool to improve educational outcomes for students when they take to solve a task entrusted to them. Especially in the Open Education Institutes, like that of the Greek Open University, students are required to read and study educational material during the academic year and to solve a series of projects with the guidance of their teacher advisors. At the end, students are graded in solving the issues of their work. Teachers post the "Indicative Answers' work, aiming to make students to learn through the correct answers and to have the opportunity to have better educational performance. 13

14 In this thesis we implemented a web tool that the student reads the "Indicative Answers" and then can use intelligent tests through which the student can see if it has improved or not, and gives them the opportunity to increase their the educational level. The implementation was based on technologies PHP, MYSQL, Boostrap and JQUERY and other Internet technologies in order to be user-friendly for both trainers and students to use it. The application was presented to a number of students and teachers in order to get their feedback from opinions about how the application help them to improve the education level of a learning subject. The results from the presentation showed positive opinions on the usability and reflection by trainers as to the result to possibly have since found that such applications increase the workload of teachers. The thesis is organized as follows: Chapter 1 describes the studies that about e-learning and ITS Chapter 2 presents the LMS and ITS and the technologies applied to them Chapter 3 presents our Application Chapter 4 presents the opinions that did volunteer students and teachers in order to obtain their views on the usability and effectiveness of implementation. Finally, we present the conclusions of the current application but also for the introduction of IST systems in education. 14

15 Κεφάλαιο 1- Σχετικές Μελέτες Πολλές θεωρίες έχουν αναπτυχθεί για την μελέτη των σχέσεων, οι οποίες συνδέουν τις πληροφορικές τεχνολογίες και την εκπαίδευση. Ο συμπεριφορισμός προτείνει το υπόβαθρο των βοηθητικών χρήσεων των Η/Υ σύμφωνα με τον Skinner (1988) [16] και άλλους σε όλα τα επίπεδα εκπαίδευσης. Οι γνωστικές επιστήμες τοποθετούν τη χρήση στα έξυπνα εκπαιδευτικά συστήματα σύμφωνα με τις απόψεις των Newell (1990) [11], Anderson (1983)[1] και άλλους. Η ψυχολογία της ανάπτυξης, Papert (1990) [12], δημιουργεί τα μαθησιακά περιβάλλοντα στο «microworld» ονομαζόμενο στυλ. Από την επιστήμη των υπολογιστών ο Barret (1988) [3] αλλά και οι Minsky, Soloway, Clancey σύμφωνα με την δημοσίευση του Chronopoulos An. (2004)[9] και άλλοι προτείνουν διάφορα θεωρητικά μοντέλα. Η εκπαιδευτική ψυχολογία δίνει έμφαση στο σύστημα που προτείνεται από τον G.V. Glass και άλλους [10]. Θα ήταν μάταιο να ψάχνουμε για κοινό έδαφος στις διάφορες θεωρητικές αναφορές, εκτός από εκείνο της αλληλεπίδρασης της τεχνολογίας και της μάθησης, η οποία εστιάζεται στην ενότητα της ατομικής και γνωστικής ανάπτυξης. Με άλλα λόγια, μια πιο προσεκτική εξέταση των θεωριών οδηγεί στο συμπέρασμα ότι, οι πληροφορικές τεχνολογίες έχουν την ικανότητα να επεκτείνουν τις γνωστικές λειτουργίες του μαθητή. Ο Nickerson σύμφωνα με τον Chronopoulos An.[9] χρησιμοποιεί τον όρο «cognitive tools» (γνωστικά εργαλεία), όταν αναφέρεται στις εφαρμογές της τεχνολογίας στα σχολεία και σημειώνει ότι: ο όρος έχει ενδιαφέρον και εμπεριέχει χρήσιμη αμφιβολία, εννοώντας, είτε εργαλεία που έχουν κάποιες 15

16 γνωστικές ιδιότητες, ερωτήσεων. είτε εργαλεία που εφαρμόζονται στην εκτέλεση Ίσως, ο ορισμός του Resnick (1987) [13] εισάγει πιο καθαρά την γνωστική παράμετρο: «το τέρμα και των δύο, της βοηθητικής διδασκαλίας των Η/Υ και των έξυπνων εκπαιδευτικών συστημάτων, θα επεκτείνουν την ανθρώπινη εξυπνάδα και θα κάνουν τους ανθρώπους πιο δυνατούς στη σκέψη και επομένως actors (δρώντες). Το τέρμα, όπου θα μπορούν οι φοιτητές να εκτελούν σύνθετες εργασίες χωρίς τους Η/Υ». Σε μια πρόσφατη εκτενή και λεπτομερή μελέτη της εκπαίδευσης, η οποία βασίζεται στους Η/Υ, οι Roblyer, Casting και King (1988) [15] ανέλυσαν 200 περίπου μελέτες, σχετικά με την αλληλεπίδραση τεχνολογίας και εκπαίδευσης, χρησιμοποιώντας την τεχνική της μεταανάλυσης (Glass 1976) [10]. Τα ευρήματα δείχνουν θετικά αποτελέσματα. Σε όλες τις εκπαιδευτικές βαθμίδες (Δημοτικό έως Πανεπιστήμιο) και για όλους τους μαθητικούς πληθυσμούς αποδείχθηκε πράγματι αύξηση των δυνατοτήτων στις γνωστικές δεξιότητες, την επιστήμη, τα μαθηματικά, το διάβασμα, τη λύση προβλήματος με την logo, την δημιουργικότητα και την γλωσσική πορεία. Η τάση αυτή ήταν περισσότερο φανερή από τα ευρήματα στην ανακοίνωσή του «Office of Technology Assessment» με τίτλο «Power On» (1988)[23]. Αυτά τα ευρήματα φαίνεται να καλύπτουν τις απαιτήσεις που δημιουργούνται από το γνωστικό παράδειγμα. Σήμερα ο Παγκόσμιος Ιστός όμως επιβάλλει ορισμένους περιορισμούς στο σχεδιασμό ενός εκπαιδευτικού συστήματος. Ένα εκπαιδευτικό σύστημα βασισμένο στον Παγκόσμιο Ιστό θα πρέπει να εμπεριέχει δύο στοιχεία: αλληλεπιδραστικότητα και προσαρμοστικότητα όπως αναφέρεται στην έρευντα των Brusilovsky, et. al (1996) [22]. Αυτό προκύπτει από το γεγονός ότι πολλοί χρήστες με διαφορετικές ανάγκες και γνωστικά επίπεδα θα προσπελάσουν το σύστημα. Επιπλέον ο χρήστης συνήθως δουλεύει μόνος του στο σπίτι χωρίς την υποστήριξη δασκάλου. Συνεπώς το σύστημα θα πρέπει να του παρέχει σε κάποιο βαθμό τη βοήθεια που παρέχεται στους εκπαιδευόμενους στις αίθουσες διδασκαλίας. Η ανάπτυξη έξυπνων συστημάτων όπως αναφέρουν οι George G. Mitchell, Colm P. Howlin [15] αλλάζουν τα υπάρχοντα παιδαγωγικά μοντέλα. Το παιδαγωγικό μοντέλο αναπαριστά την εκπαιδευτική διαδικασία. Παρέχει τη γνώση που απαιτείται έτσι ώστε να προσαρμόζεται η παρουσίαση του εκπαιδευτικού υλικού 16

17 σύμφωνα με τα δεδομένα του μοντέλου μαθητή. Το παιδαγωγικό μοντέλο εμπεριέχει πληροφορίες σχετικά με τις διάφορες εκπαιδευτικές στρατηγικές. Οι στρατηγικές αυτές καθορίζουν πως πρέπει να οργανωθεί ένα μάθημα. Επιπλέον το παιδαγωγικό μοντέλο περιέχει γνώση σχετικά με την επιλογή των διαφόρων εκπαιδευτικών μονάδων με βάση τις ιδιαιτερότητες του χρήστη. Τα προτεινόμενα μοντέλα όμως γίνονται μέσω των ITS ευέλικτα και τελικά έχουμε σχεδιασμούς που ανάλογα με τον κάθε εκπαιδευόμενο μπορεί να ακολουθηθούν υβριδικά μοντέλα που προσαρμόζονται στις ανάγκες του καθενός μέσα από τεχνολογίες τεχνητής νοημοσύνης και ομαδοποίησης. 17

18 Κεφάλαιο 2 - e-learning και Συστήματα Διαχείρισης Μάθησης 18

19 1.1 Ηλεκτρονική Εκπαίδευση Ο όρος e Learning (Ηλεκτρονική Εκπαίδευση) σήμερα είναι καθιερωμένος και ορίζει τη διαδικασία εκμάθησης και εκπαίδευσης, σύμφωνα με την οποία το εκπαιδευτικό έργο εκτελείται μέσα από σύγχρονες τεχνολογίες που κάνουν χρήση μέσα όπως την εικόνα, το video, τον ήχο το κείμενο το διαδίκτυο. [20] Κατά την διαδικασία e Learning, ο εκπαιδευτικός και οι εκπαιδευόμενοι βρίσκονται συνήθως σε διαφορετικούς χώρους, δημιουργώντας ουσιαστικά μια «εικονική» (virtual) αίθουσα διδασκαλίας όπου μέσω επικοινωνίας είναι οι δυνατότητες που τους δίνει σήμερα η τεχνολογία του διαδικτύου. Έτσι ο εκπαιδευόμενος συνήθως ελέγχει, ο ίδιος το ρυθμό προόδου του, ενώ ο εκπαιδευτικός ορίζει το εκπαιδευτικό υλικό και υποστηρίζει τον εκπαιδευόμενο πάνω σ ένα εκπαιδευτικό αντικείμενο. [20] Η εκπαίδευση γίνεται είτε με ασύγχρονη συνεργασία (asynchronous collaborative) ή με σύγχρονη συνεργασία (synchronous collaborative) απλά με μ εξατομικευμένο ρυθμό αυτοδιδασκαλία (self paced) που καθορίζει ο εκπαιδευτικός ανάλογα με τις ανάγκες του εκπαιδευόμενου. Έτσι η διαδικασία e-learning συνήθως παίρνει τις παρακάτω μορφές: [9] Ασύγχρονη μάθηση: Στην περίπτωση αυτή η εκπαίδευση παρέχεται και λαμβάνεται σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Στην ασύγχρονη εκπαίδευση ο εκπαιδευτικός έχει την υποχρέωση αλλά και δυνατότητα να προετοιμάζει το εκπαιδευτικό υλικό αποθηκεύοντας το σε κάποιο ηλεκτρονικό μέσο (π.χ να το ανεβάσει σε μια εκπαιδευτική κονσόλα στο internet) και ο εκπαιδευόμενος, με τη σειρά του, να παρακολουθήσει αυτό το υλικό και να το μελετήσει μόνος του ανά πάσα ώρα και στιγμή. Στην μεθοδολογία αυτή η επικοινωνία μεταξύ εκπαιδευτικού και εκπαιδευόμενου δεν γίνεται άμεσα σε πραγματικό χρόνο (real time) αλλά με αποστολή και Λήψη e - mails (Messaging), οι Ομάδες Συζήτησης (Discussion Groups) και οι Πίνακες Περιεχομένων (Bulletin Boards). Σύγχρονη μάθηση: Ο εκπαιδευόμενος συμμετέχει στην εκπαιδευτική διαδικασία σε πραγματικό χρόνο μέσω του Internet. Η μορφή έχει πολλά κοινά σημεία με την κλασική εκπαίδευση που γίνεται μέσα σε μια αίθουσα διδασκαλίας, με τη διαφορά ότι εδώ οι συμμετέχοντες (εκπαιδευτικός και εκπαιδευόμενος) βρίσκονται σε μια «εικονική» 19

20 αίθουσα, χρησιμοποιώντας διάφορα μέσα ηλεκτρονικής επικοινωνίας και κυρίως συνδέσεις μέσω Internet με ειδικές κονσόλες. Με τον τρόπο αυτό καταργούνται οι γεωγραφικοί περιορισμοί και δίνεται η δυνατότητα στον εκπαιδευτικό να παρέχει εκπαίδευση σ οποιοδήποτε σημείο του κόσμου. Η αυτή μορφή εκπαίδευσης μπορεί να επαναληφθεί αργότερα, αφού υπάρχει συνήθως η δυνατότητα καταγραφής της σε βίντεο. Τα εργαλεία του Web 2.0, όπως για παράδειγμα τα wikis, τα blogs κ.α καθώς και κονσόλες κατάλληλες για εξ αποστάσεως εκπαίδευση πλέον χρησιμοποιούνται έντονα στην εκπαιδευτική διαδικασία, ενισχύοντας και συμπληρώνοντας τη μάθηση και προσφέροντας μια πληθώρα πλεονεκτημάτων τόσο στους εκπαιδευτικούς, όσο και στους εκπαιδευόμενους. Η χρήση των τεχνολογιών αυτών είναι απαραίτητη και στους τομείς της μάθησης, της εκπαίδευσης και της κατάρτισης. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο σύγχρονος άνθρωπος πρέπει να αποτελεί το κέντρο της εκπαιδευτικής δραστηριότητας. Συγκεκριμένα, πρέπει να έχει ίσες ευκαιρίες για μάθηση και εκπαίδευση, να μπορεί να μαθαίνει με ποικίλους τρόπους, καθώς και να επεμβαίνει και να καθορίζει ο ίδιος τη μορφή και το περιεχόμενο της μάθησης. Σήμερα πραγματοποιείται σημαντική έρευνα και ανάπτυξη, σε παγκόσμιο επίπεδο, στον τομέα της Ηλεκτρονικής Μάθησης ή, αλλιώς, e Learning. [8] Τα πλεονεκτήματα που προσφέρουν οι νέες τεχνολογίες, όπως η δυνατότητα συνεχής επανάληψης της ύλης, επίσκεψη στο εκπαιδευτικό υλικό και τις παραδόσεις όποτε μπορεί ο μαθητής καθώς και η δυνατότητα παρακολούθησης όπου κι αν βρίσκεται κάποιος δίνει ανταγωνιστικά πλεονεκτήματα στην εξ αποστάσεως εκπαίδευση και μεθοδολογία. 1.2 Πλεονεκτήματα Το e Learning προσφέρει τόσο στους εκπαιδευόμενους, όσο και στους εκπαιδευτικούς μια σειρά από πλεονεκτήματα. Ουσιαστικά, έφερε μια «επανάσταση» στον τρόπο αντίληψης και διαχείρισης της έννοιας της εκπαίδευσης. Ο κλασικός / παραδοσιακός [13] τρόπος εκπαίδευσης ήταν «δασκαλοκεντρικός», δηλαδή εστιαζόταν στις εκάστοτε ανάγκες του δασκάλου, ενώ οι μαθητές όφειλαν να προσαρμόζονται κάθε φορά σ αυτές. Με το e Learning, αυτό το μοτίβο αλλάζει ριζικά, μιας και η εκπαίδευση γίνεται πλέον 20

21 «μαθητοκεντρική», φέρνοντας το μαθητή / εκπαιδευόμενο στο κέντρο της εκπαίδευσης και της μάθησης.[13] Το περιεχόμενο της εκπαίδευσης αποκτά νέα μορφή και προσφέρει υπηρεσίες υψηλής ποιότητας, χρησιμοποιώντας πολυμεσικά εργαλεία όπως ήχο, εικόνα, βίντεο, κείμενα, διάλογο και ομιλίες. Με τη χρήση τέτοιων εργαλείων και μέσων, το μαθησιακό υλικό παρουσιάζεται μ έναν προηγμένο, παραστατικό, δελεαστικό και ενδιαφέροντα τρόπο, ενισχύοντας τα κίνητρα των μαθητών για μάθηση. Επίσης, ο εκπαιδευόμενος μπορεί να επικοινωνεί ηλεκτρονικά με τους υπόλοιπους εκπαιδευόμενους αλλά και τον εκπαιδευτικό του, ν αναλαμβάνει τη διεκπεραίωση εκπαιδευτικών projects, να διατυπώνει ερωτήσεις και να λαμβάνει τις ανάλογες απαντήσεις. Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα του e - Learning είναι η δυνατότητα πραγματοποίησης της εκπαιδευτικής διαδικασίας χωρίς χρονικούς και γεωγραφικούς περιορισμούς. Αυτό σημαίνει ότι ο εκπαιδευόμενος μπορεί να έχει πρόσβαση στη μάθηση όπου και όποτε ο ίδιος επιθυμεί. Η μάθηση πραγματοποιείται όταν ο εκπαιδευόμενος το ζητήσει (learning on demand). [14] Έτσι, εξοικονομείται σημαντικός χρόνος και εξαλείφεται το κόστος μετακίνησης του εκπαιδευομένου σε χώρους διδασκαλίας ή επιμόρφωσης, ενώ είναι το υλικό διαθέσιμο σ όλους όσους έχουν στη διάθεσή τους απλά ηλεκτρονικά μέσα (για παράδειγμα, έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή). Επιπλέον, αφού ο κάθε εκπαιδευόμενος έχει το προσωπικό του στυλ μάθησης, μπορεί να επιλέγει ο ίδιος το ρυθμό παρακολούθησης και τον τρόπο παρουσίασης του μαθησιακού υλικού, καθώς και να το προσπελαύνει ανάλογα με τις δικές του ανάγκες και ιδιαιτερότητες. Είναι σε θέση να επαναλαμβάνει όσες φορές κρίνει ο ίδιος σκόπιμο τη μαθησιακή δραστηριότητα και να ελέγχει την πρόοδό του. Παράλληλα, έχει τη δυνατότητα πρόσβασης σ έναν τεράστιο και διαρκώς ανανεώσιμο όγκο πληροφοριών, ενημέρωσης και γνώσης με τη βοήθεια του Internet. Όλα τα παραπάνω δείχνουν, επίσης, το θετικό αντίκτυπο που έχει η εξατομικευμένη μάθηση και το e Learning στα άτομα με ειδικές ανάγκες.[14] Η διαδικασία της μάθησης πραγματοποιείται μέσα απ την επικοινωνία και την αλληλεπίδραση μεταξύ των εμπλεκομένων στην εκπαιδευτική δραστηριότητα. Ο μαθητής / εκπαιδευόμενος συνεργάζεται με άλλους ανθρώπους, συμμετέχει σε ομάδες, καλλιεργεί την κριτική του σκέψη και τις ιδιαίτερες δεξιότητές του, ενώ αυξάνει την αυτοπεποίθηση και αυτοεκτίμησή του. Ο εκπαιδευόμενος δεν είναι, πλέον, ο παθητικός δέκτης της εκπαιδευτικής διαδικασίας, αλλά ενεργό μέλος αυτής. 21

22 Το e - Learning δίνει τη δυνατότητα δημιουργίας νέων εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων σε σχολεία και άλλους φορείς εκπαίδευσης. Επίσης, συμβάλλει στην περαιτέρω μάθηση και εκπαίδευση σε πολίτες και μαθητές για θέματα που δεν τους ήταν διαθέσιμα μέσω της κλασικής / παραδοσιακής εκπαίδευσης, ενώ ενισχύει και τη δια βίου μάθηση. Δίνει τη δυνατότητα για δημιουργία εξατομικευμένων προγραμμάτων εκπαίδευσης και δυνατότητες επιλογής απ τους μαθητές μεταξύ παρόμοιων διαθέσιμων θεμάτων εκπαίδευσης από διαφορετικούς φορείς, καθώς και για πιστοποίηση δεξιοτήτων και γνώσεων.[14] Ο εκπαιδευτικός, με τη σειρά του, έχει τη δυνατότητα να εμπλουτίζει και να ενημερώνει κάθε φορά το υλικό που διαχειρίζεται και να το επαναχρησιμοποιεί ανά πάσα ώρα και στιγμή. Με αυτόν τον τρόπο, δε χρειάζεται να δημιουργεί εκ νέου υλικό κάθε φορά που διδάσκει το εκάστοτε μάθημα. Επιπλέον, εφόσον το υλικό είναι διαθέσιμο στο Internet, μπορεί να δημιουργηθεί μια ενιαία πηγή πληροφόρησης και μια κοινή βάση για διάφορα εκπαιδευτικά θέματα. Επιπλέον, η νέα τάξη πραγμάτων στην εκπαιδευτική διαδικασία οδηγεί τους εκπαιδευτικούς στο ν απαλλάσσονται απ την ανάγκη προγραμματισμού σε σχέση με τις διαθέσιμες αίθουσες διδασκαλίας και τα τμήματα των μαθητών, μιας και τα στενά όρια της πραγματικής αίθουσας δίνουν τη θέση τους στις «εικονικές» αίθουσες διδασκαλίας με τον απεριόριστο αριθμό μαθητών. 1.3 Μειονεκτήματα Tο e Learning όμως εκτός απ την πληθώρα πλεονεκτημάτων που προσφέρει, παρουσιάζει και ορισμένα μειονεκτήματα. Ένα απ τα σημαντικότερα μειονεκτήματά του είναι το γεγονός ότι απουσιάζει η φυσική επικοινωνία μεταξύ εκπαιδευτικού και εκπαιδευομένου. Η απουσία σημαντικών μηχανισμών μάθησης που ήταν εφικτοί με τη δια ζώσης επικοινωνία εκπαιδευτικού και εκπαιδευομένου (για παράδειγμα, η γλώσσα του σώματος), έχουν ως αποτέλεσμα να δημιουργούνται τυπικές και απρόσωπες σχέσεις μεταξύ τους. Οι περισσότεροι μαθητές, είτε έχοντας συνηθίσει στον παραδοσιακό τρόπο εκπαίδευσης, είτε είναι απ τη φύση τους πιο συνεσταλμένοι και επιφυλακτικοί, διακατέχονται από τεχνοφοβία και δυσκολεύονται αρκετά στο να προσαρμοστούν στα νέα δεδομένα μ αποτέλεσμα να νιώθουν ανασφάλεια, απομόνωση και άγχος. [9][14] Επιπροσθέτως, σημαντικός παράγοντας αποτελεί και η ανάγκη κατάρτισης των εμπλεκομένων στην εκπαιδευτική διαδικασία με τις νέες τεχνολογίες, γεγονός 22

23 καθοριστικό για την επιτυχία εφαρμογής του E - Learning. Οι εκπαιδευόμενοι, εκτός απ την ενασχόλησή τους με το γνωστικό αντικείμενο, οφείλουν να εξοικειωθούν και να μάθουν να χειρίζονται τα εκάστοτε τεχνολογικά εργαλεία όπως chat, forum και e mail. Απ την άλλη μεριά, οι εκπαιδευτικοί πρέπει ν αφιερώνουν σημαντικό χρόνο στην προετοιμασία του μαθήματος, στη δημιουργία, συντήρηση και ενημέρωση του εκπαιδευτικού υλικού, καθώς και στην επικοινωνία με τους μαθητές τους. [9][14] Πολλοί εκπαιδευτικοί, έχοντας κατάλοιπα απ τον παραδοσιακό τρόπο εκπαίδευσης και διδασκαλίας, αδυνατούν ν ανταπεξέλθουν στα νέα δεδομένα που φέρνει η τεχνολογία στην εκπαίδευση και τη μάθηση. Ως άμεση συνέπεια, επιβαρύνεται και ζημιώνεται ολόκληρη η εκπαιδευτική διαδικασία και αυτό έχει αρνητικό αντίκτυπο στους εκπαιδευομένους. Ακόμη, διάφορα τεχνολογικά ζητήματα παίζουν καθοριστικό ρόλο στην εφαρμογή του e - Learning. Η αργή σύνδεση στο Internet ή η χρήση παλαιών υπολογιστών μπορεί να καταστήσει την πρόσβαση στο εκπαιδευτικό υλικό δύσκολη ή ακόμη και αδύνατη. Σε πολλές περιπτώσεις, η έλλειψη υλικοτεχνικών υποδομών αποτελεί τροχοπέδη για το e Learning, ενώ το απαγορευτικό, πολλές φορές, κόστος προμήθειας του εξοπλισμού και συντήρησής του, οδηγούν σε αδυναμία εφαρμογής του. Επιπλέον, η πολιτισμική αποδοχή του e Learning μπορεί ν αποτελέσει πρόβλημα στην εφαρμογή του. Η χρήση του e Learning μεταξύ ανθρώπων διαφορετικής γλώσσας και κουλτούρας, ίσως αποβεί προβληματική σε περίπτωση που δεν είναι δυνατή η χρήση μιας κοινής γλώσσας επικοινωνίας. Τέλος, μιας και το Internet είναι μια τεράστια και ανεξάντλητη πηγή πληροφοριών και δεδομένων ποικίλων μορφών, ελλοχεύει ο κίνδυνος ακατάλληλου υλικού κατά την εφαρμογή του e Learning, αν και κάτι τέτοιο κρίνεται αρκετά σπάνιο. 1.4 Βασικές Τεχνολογίες e - Learning Οι βασικές τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται στο e-learning είναι οι παρακάτω: [9] Computer Based Training (CBT): CBT περιλαμβάνει όλες εκείνες τις τεχνολογίες που αφορούν την εκπαίδευση με υπολογιστή και πολυμέσων. 23

24 Ο εκπαιδευόμενος παρακολουθεί τα μαθήματα με τον υπολογιστή του, χρησιμοποιώντας κατά κύριο λόγο CD DVD που έχουν το κατάλληλο εκπαιδευτικό υλικό. Το περιβάλλον στο οποίο μαθαίνει ο εκπαιδευόμενος είναι απομονωμένο και δεν επιτρέπει την παροχή βοήθειας σε απορίες. Συνήθως η τεχνολογίες CBTs συνδυάζονται και με άλλες μεθόδους εξ αποστάσεων ή και κλασσικής εκπαίδευσης. Web Based Training (WBT): Στο Web Based Training, η εκπαίδευση γίνεται μέσω Web. Συνήθως οι τεχνολογίες που εφαρμόζονται είναι το streaming, που επιτρέπει τη συνεχή online ροή πληροφοριών με ήχο, βίντεο, κείμενο, τεχνολογίες Web παρουσιάσεων αυτοματοποιημένων τεστ δεξιοτήτων μέσω διαδικτύου κ.α. Instructor - Led Training (ILT): Η μορφή αυτή επιτρέπει την επικοινωνία μεταξύ εκπαιδευόμενου και εκπαιδευτικού με ασύγχρονο τρόπο. Ο εκπαιδευόμενος μπορεί να παρακολουθήσει μια εκπαιδευτική ενότητα με CBT ή WBT, να υποβάλλει τις ερωτήσεις του στον εκπαιδευτικό μέσω e - mail ή ενός Discussion Board και να λάβει απαντήσεις κάποια άλλη χρονική στιγμή. Το ILT προσφέρει το πλεονέκτημα της «περιοδικής τηλεκαθοδήγησης» απ τον εκπαιδευτικό. Επιπλέον, δίνει τη δυνατότητα στον εκπαιδευόμενο να εκφράσει πολύ πιο ελεύθερα τις απορίες του πάνω σε μια συγκεκριμένη ενότητα, πέρα από τις τυποποιημένες ερωτήσεις και απαντήσεις μιας ενότητας με τη μορφή CBT ή WBT. Virtual Classroom (VC): Οι «εικονικές» αίθουσες διδασκαλίας αποτελούν επίτευγμα των τελευταίων εξελίξεων της τεχνολογίας. Επιτρέπουν τη διεξαγωγή ενός ολόκληρου σεμιναρίου σε πραγματικό χρόνο, ενώ οι εκπαιδευόμενοι μπορούν να βρίσκονται σ οποιοδήποτε σημείο του κόσμου, μακριά από μια πραγματική αίθουσα διδασκαλίας. Έτσι λοιπόν, ο εκπαιδευτικός παραδίδει κανονικά την ενότητά του χρησιμοποιώντας εκπαιδευτικά εργαλεία (για παράδειγμα τον πίνακα ή το Powerpoint για κάποια παρουσίαση) και όλη η πληροφορία μεταφέρεται στον εκπαιδευόμενο σε πραγματικό χρόνο, μέσω μιας κάμερας που βρίσκεται στην αίθουσα και οποία καταγράφει την όλη εκπαιδευτική δραστηριότητα. Στη συνέχεια, ένα ειδικό λογισμικό αναλαμβάνει να συνθέσει όλα τα στοιχεία της εκπαίδευσης (όπως βίντεο, οθόνη εκπαιδευτικού, σημειώσεις και ασκήσεις) και να τ αποστείλει στον 24

25 εκπαιδευόμενο μέσω Internet ή μέσω δορυφορικών συνδέσεων. Σ αυτήν την περίπτωση απαιτείται μεγάλο εύρος ζώνης (bandwidth), γιατί ο όγκος των πληροφοριών είναι πολύ μεγάλος. Ο εκπαιδευόμενος έχει, πλέον, τη δυνατότητα επικοινωνίας με τον εκπαιδευτικό του αλλά και τους άλλους εκπαιδευόμενους σε πραγματικό χρόνο μέσω online εργαλείων επικοινωνίας, όπως είναι το chat. 1.5 Πληροφοριακά συστήματα Διαχείρισης Μάθησης Τα Συστήματα Διαχείρισης Μάθησης (Learning Management Systems LMS) [20] είναι εφαρμογές λογισμικού για τη διαχείριση, την τεκμηρίωση, την παρακολούθηση, την υποβολή εκθέσεων και την παράδοση online μαθημάτων και εκπαιδευτικών προγραμμάτων. Ένα Σύστημα Διαχείρισης Μάθησης εγγράφει τους χρήστες, καταχωρεί τα μαθήματα σε καταλόγους, καταγράφει τα δεδομένα των σπουδαστών και υποβάλλει αναφορές στη διοίκηση. Τις περισσότερες φορές δεν προσφέρει δυνατότητες συγγραφής, αλλά εστιάζει στη διαχείριση μαθημάτων που δημιουργούνται από πληθώρα άλλων πηγών». Τα περισσότερα ΣΔΜ ενσωματώνουν ένα Σύστημα Διαχείρισης Εκπαιδευτικού Περιεχομένου (Learning Content Management System LCMS), τ οποίο είναι ένα σύνολο εργαλείων λογισμικού που επιτρέπουν τη χρήση, την αποθήκευση και την επαναχρησιμοποίηση του εκπαιδευτικού υλικού. Συνοπτικά, λοιπόν, οι βασικές λειτουργίες των ΣΔΜ περιλαμβάνουν: Την εγγραφή σπουδαστών Την παρακολούθηση της συµµετοχής στο µάθηµα Την εξέταση Τη διεξαγωγή συζητήσεων Τη μεταφορά πληροφορίας σ άλλα συστήµατα Τον προγραμματισμό μαθηµάτων Συνήθως όλα τα Συστήματα Διαχείρισης Μάθησης διαθέτουν ορισμένα εκπαιδευτικά εργαλεία, τα οποία μπορούν να ταξινομηθούν σε συγκεκριμένες ομάδες, ως εξής: [20] Εργαλεία Διαχείρισης Τάξης (Class Management): Τα συγκεκριμένα εργαλεία χρησιμοποιούνται για τη διαχείριση των εκπαιδευόμενων, τη δημιουργία ομάδων, την έκδοση στατιστικών της πορείας της μάθησης, 25

26 τη διαχείριση βαθμών, την ανάθεση διαφόρων ρόλων και δικαιωμάτων πρόσβασης σε ψηφιακό υλικό κ.ά.. Εργαλεία Διαχείρισης Περιεχομένου (Learning Content Management): Αυτά χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία, τη δόμηση και τη διανομή του μαθησιακού υλικού, τη σχεδίαση του χώρου εργασίας και μελέτης των εκπαιδευόμενων, την εισαγωγή και εξαγωγή υλικού, τη διαχείριση των αρχείων (όπως, για παράδειγμα, backup) κ.ά.. Εργαλεία Επικοινωνίας (Communication Tools): Τα εργαλεία αυτά περιέχουν λειτουργίες για τη σύγχρονη και ασύγχρονη επικοινωνία μέσω e - mail, chat και forums, για τη συνδιάσκεψη ήχου και εικόνας (audio / video - conferencing), wikis, blogs, ανακοινώσεις, συνεργασία με διαμοιρασμό επιφάνειας εργασίας κ.ά.. Εργαλεία Αξιολόγησης (Assessment Tools): Πρόκειται για εργαλεία τα οποία χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία, διανομή και διαχείριση δραστηριοτήτων αξιολόγησης, όπως για παράδειγμα επίλυση ασκήσεων αυτοαξιολόγησης, ηλεκτρονική αποστολή εργασιών, ηλεκτρονικό χαρτοφυλάκιο (e - portfolio) κ.ά.. Εργαλεία Διαχείρισης Μαθημάτων Εκπαιδευτικού Οργανισμού (Course Management): Αυτά χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία, προσαρμογή και διαχείριση των ηλεκτρονικών μαθημάτων, τη διαχείριση εγγραφών των απουσιών και οικονομικών θεμάτων των εκπαιδευόμενων κ.ά.. Τα περισσότερα ΣΔΜ είναι web based και δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας μια ποικιλία από πλατφόρμες ανάπτυξης όπως Java / J2EE, Microsoft.NET ή PHP. Χαρακτηριστικά ΣΔΜ ανοιχτού κώδικα είναι τα εξής: [21] ATutor, Claroline, efront, Fedena, Moodle, Sakai. 26

27 Η επιλογή του κατάλληλου συστήματος εξαρτάται από το στρατηγικό σχεδιασμό, τον προϋπολογισμό, την τεχνολογική ετοιμότητα και τα συστήματα αξίας του εκάστοτε οργανισμού. [12] Τα σύγχρονα εκπαιδευτικά εργαλεία στο Internet συνθέτουν ένα online περιβάλλον που προσφέρει πολλές δυνατότητες και ευκολίες στους χρήστες. Ειδικότερα, η χρήση αυτών των εργαλείων στην εκπαιδευτική δραστηριότητα, έχει τεράστιο αντίκτυπο στον τρόπο διδασκαλίας εκ μέρους των εκπαιδευτικών και στον τρόπο απόκτησης γνώσης εκ μέρους των εκπαιδευομένων. [12] Το e Learning, μετατρέπει τη μαθησιακή διαδικασία σε μια ευχάριστη και ενδιαφέρουσα εμπειρία, ενώ οι υπηρεσίες κοινωνικής δικτύωσης βρίσκουν σταδιακά τεράστια εφαρμογή στην εκπαίδευση και προσφέρουν σύγχρονους τρόπους διδασκαλίας και μάθησης. [12] Παρόλα αυτά, προκειμένου τα παραπάνω να έχουν εφαρμογή και να ικανοποιούν τους στόχους τους, στον τομέα της εκπαίδευσης, πρέπει να υπάρχει η κατάλληλη υλικοτεχνική υποδομή. Συγκεκριμένα, οι μαθητές / εκπαιδευόμενοι πρέπει να έχουν στη διάθεσή τους έναν προσωπικό υπολογιστή και πρόσβαση στο Internet, προκειμένου ν αντλούν πληροφορίες για την ενίσχυση της γνώσης και την απόκτηση νέων εμπειριών. Επίσης ο εκπαιδευτικός φορέας εκπαίδευσης οφείλει να παρέχει δυνατότητες online πρόσβασης σ εκπαιδευτικές πηγές, να προσφέρει υπηρεσίες κοινωνικής δικτύωσης, blogs, forums και άλλα εργαλεία web 2.0, καθώς και να διαθέτει και να υποστηρίζει διάφορα Συστήματα Διαχείρισης Μάθησης για την επίτευξη μιας ολοκληρωμένης και σύγχρονης εκπαίδευσης. Επίσης, διάφορα θέματα ηλεκτρονικής ασφάλειας πρέπει να διευθετηθούν, προκείμενου η χρήση των νέων τεχνολογιών να γίνεται με ασφαλή τρόπο. Τόσο οι εκπαιδευόμενοι όσο και οι εκπαιδευτικοί, οφείλουν να είναι εξοικειωμένοι με τις νέες τεχνολογίες και να γνωρίζουν τη χρήση τους, προκείμενου να επιτευχθεί μια σύγχρονη εκπαιδευτική διαδικασία. Παράλληλα, η χρήση των νέων τεχνολογιών στην εκπαίδευση και, κυρίως, των υπηρεσιών κοινωνικής δικτύωσης ισοδυναμεί με την ομαδική εργασία και την επικοινωνία των εκπαιδευομένων μεταξύ τους, αλλά και με τον εκπαιδευτικό τους. Έτσι λοιπόν, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη μέριμνα στην ανάπτυξη κοινωνικών δεσμών και στη δημιουργία συλλογικού και συνεργατικού πνεύματος, τόσο εκ μέρους των εκπαιδευομένων, όσο και εκ μέρους των εκπαιδευτικών. 27

28 1.6 Ευφυή Συστήματα Εκπαίδευσης Σήμερα τα ευφυή συστήματα εκπαίδευσης [3] ( Intelligent Tutoring Systems - ITS) και τα προσαρμοστικά εκπαιδευτικά συστήματα υπερμέσων (Adaptive Educational Hypermedia Systems AEHS ) φαίνεται να γίνονται ιδιαίτερα δημοφιλή αφού δίνουν νέες δυνατότητες στα μέχρι τώρα ηλεκτρονικά συστήματα εκπαίδευσης. Τα ITS είναι πολύπλοκα συστήματα που χρησιμοποιούνται πλέον από τους εκπαιδευτικούς φορείς με στόχο την προσομοίωση ενός πραγματικά έμπειρου εκπαιδευτή που προσαρμόζεται στις γνωστικές ιδιαιτερότητες και στην εξατομικευμένη πρόοδο κάθε μαθητή. Τέτοια συστήματα βασίζονται σε ένα μεγάλο ποσό γνώσης από τον εκπαιδευτικό χώρο και πολλά από αυτά χρησιμοποιούν παιδαγωγικές μεθόδους. [3] Στόχος των συστημάτων αυτών είναι να μπορεί να εντοπίζει τις ιδιαιτερότητες κάθε εκπαιδευόμενου και να καθοδηγεί την εκπαίδευση με βάση αυτές. Οι ιδιαιτερότητες των μαθητών και η πρόοδος τους αποθηκεύονται σε αυτό που αποκαλούμε «μοντέλο μαθητή». Αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας κυρίως τεχνικές Τεχνητής Νοημοσύνης για να αναπαραστήσουμε τις παιδαγωγικές αποφάσεις καθώς την γνώση και τις πληροφορίες που αφορούν κάθε μαθητή. Το παρακάτω σχήμα απεικονίζει τη βασική αρχιτεκτονική του Ευφυούς Συστήματος Διδασκαλίας. [3] Εικόνα 1. Η βασική αρχιτεκτονική του Ευφυούς Συστήματος Διδασκαλίας Ένα ευφυές σύστημα διακρίνεται από τα παρακάτω μέρη: [3] (α) τη βάση πεδίου που περιέχει το εκπαιδευτικό υλικό, (β) το μοντέλο μαθητή που καταγράφει πληροφορίες που αφορούν τον χρήστη, 28

29 (γ) το παιδαγωγικό μοντέλο που εμπεριέχει γνώση σχετικά με τις διάφορες παιδαγωγικές αποφάσεις, (δ) τη διεπιφάνεια χρήστη. 2.2 Αναγκαιότητα Ευφυών Συστημάτων Σήμερα με την ανάπτυξη της τεχνητής νοημοσύνης υπάρχει δυνατότητα να έχουμε μια σειρά βελτιώσεων στην εκπαίδευση με στόχο την πιο εξατομικευμένη δυνατότητα εκπαίδευσης. Η χρήση ευφυών τεχνικών μπορεί να αντιμετωπίσει με επιτυχία πολλές από τις προκλήσεις που εισάγουν τα σημερινά περιβάλλοντα εκπαίδευσης. Έτσι με βάση τις νέες τεχνολογίες ο κόσμος της εκπαίδευσης συνεχώς αλλάζει και επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τις πληροφοριακές και διαδικτυακές δυνατότητες που εισάγονται. Αυτή η αλλαγή λαμβάνει χώρα τόσο σε τεχνολογικές όσο και σε διδακτικές μεθόδους που χρησιμοποιούνται στην παραδοσιακή εκπαίδευση αλλά και στην τηλέεκπαίδευση. Στόχος λοιπόν γίνεται η προσαρμοστικότητα. [3] Η προσαρμοστικότητα αποτελεί το κεντρικό σημείο σχεδίασης των περισσοτέρων εκπαιδευτικών συστημάτων που χρησιμοποιούν ευφυείς τεχνικές. Συνήθως ζητούμενο είναι η προσαρμοστικότητα να προέρχεται από τον ίδιο το χρήστη, δηλαδή να προκύπτει και να προσαρμόζεται στις ανάγκες και προτιμήσεις του ιδίου, οδηγώντας έτσι σε εξατομικευμένα συστήματα. Με αυτό τον τρόπο αυξάνεται η αποτελεσματικότητα και η ευελιξία του συστήματος σε σχέση με ένα σύστημα που προσφέρει το ίδιο περιεχόμενο σε όλους τους χρήστες. Σε ένα τέτοιο περιβάλλον λαμβάνονται έντονα υπόψη τα στοιχεία και γνωρίσματα του χρήστη. Τα γνωρίσματα του χρήστη που χρησιμοποιούνται από τα εκπαιδευτικά συστήματα ως βάση για να προσαρμόσουν τη συμπεριφορά τους είναι τα εξής: η γνώση, οι στόχοι, το υπόβαθρο, και οι προτιμήσεις του χρήστη. [3] Αν καταφέρει το σύστημα να εντοπίσει τα γνωρίσματα του χρήστη που θα χρησιμοποιηθούν για να επιτευχθεί προσαρμοστικότητα στη συμπεριφορά του συστήματος, τότε το σύστημα πρέπει να προτείνει τον τρόπο με τον οποίο θα εκφραστεί αυτή η προσαρμοστικότητα στο σύστημα. Οι τρόποι πρέπει να είναι καθορισμένοι για κάθε περίπτωση. Τα χαρακτηριστικά του συστήματος που μπορούν να προσαρμοστούν είναι τα στοιχεία εκείνα που το σύστημα μπορεί να παρουσιάσει με διαφορετικό τρόπο ανάλογα με το συγκεκριμένο χρήστη. 29