ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ ΑΠΟ ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΑΠΟ ΕΤΕΡΟΓΕΝΕΙΣ ΠΗΓΕΣ ΤΟΥ ΙΑ ΙΚΤΥΟΥ

Transcript

1 ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ ΑΠΟ ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΑΠΟ ΕΤΕΡΟΓΕΝΕΙΣ ΠΗΓΕΣ ΤΟΥ ΙΑ ΙΚΤΥΟΥ Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ Γ. ΣΟΛΩΜΟΣ ΙΠΛΩΜΑΤΟΥΧΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΑΡΙΘΜΟΣ ΙΑΤΡΙΒΗΣ: ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 2004

2

3 Περιεχόµενα ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... III ΛΙΣΤΑ ΣΧΗΜΑΤΩΝ...VII ΛΙΣΤΑ ΠΙΝΑΚΩΝ... VIII ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΤΗΣ ΙΑΤΡΙΒΗΣ ΣΥΜΒΟΛΗ ΤΗΣ ΙΑΤΡΙΒΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΙΑΡΘΡΩΣΗ ΤΗΣ ΙΑΤΡΙΒΗΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ...13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΟ ΙΑ ΙΚΤΥΟ...15 ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο παγκόσµιος ιστός ως µέσο διδασκαλίας ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗ ΑΠΟ ΑΠΟΣΤΑΣΗ Εισαγωγή- Αναδροµή Ορισµός της εκπαίδευσης από απόσταση ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ ΤΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ ΑΠΟ ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΤΟ ΙΑ ΙΚΤΥΟ ΚΑΙ Η ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗ ΑΠΟ ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο ρόλος του διαδικτύου στην εκπαίδευση από απόσταση Παραδείγµατα εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΙΑ ΙΚΤΥΟΥ Η δηµιουργία εκπαιδευτικού πλάνου και η αλληλουχία εκπαιδευτικού υλικού στα συστήµατα εκπαίδευσης από απόσταση Η υποστήριξη του εκπαιδευόµενου κατά τη διαδικασία επίλυσης προβληµάτων Η επίλυση προβληµάτων µε βοήθεια παραδειγµάτων Προσαρµοζόµενα υπερµέσα Προσαρµοζόµενη παρουσίαση Προσαρµοζόµενο περιδιάβασµα ANS Η άµεση καθοδήγηση Προσαρµοζόµενη σύνδεση ιστοσελίδων Προσαρµοζόµενη απόκρυψη ιστοσελίδων ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΩΝ ΙΑ ΙΚΤΥΟΥ ΚΑΙ ΑΥΤΟΝΟΜΩΝ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ Σύγκριση πολυµεσικών εκπαιδευτικών εφαρµογών και WBES ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ ΙΑ ΙΚΤΥΟΥ ΚΑΙ Η ΣΧΕ ΙΑΣΗ ΤΩΝ WBES Το µοντέλο επικοινωνίας του διαδικτύου Συνέπειες στη σχεδίαση των WBES Ο ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΟΣ ΙΣΤΟΣ Γενικά για τον σηµασιολογικό ιστό Μειονεκτήµατα και ελλείψεις του σηµερινού διαδικτύου Στόχοι του Σηµασιολογικού Ιστού Επίπεδα του Σηµασιολογικού Ιστού...39 Επίπεδο δεδοµένων...39 Επίπεδο περιγραφών...40 Επίπεδο λογικής...40 Επίπεδο ελέγχου αξιοπιστίας...41 Εµπιστοσύνη Λειτουργία του Σηµασιολογικού Ιστού- Τυπική περιγραφή της λειτουργίας του Σηµασιολογικού Ιστού Τεχνολογίες του Σηµασιολογικού Ιστού. XML-XML Schema Σύντοµη παρουσίαση του RDF µοντέλου Η ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΤΩΝ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΠΗΓΩΝ ΣΤΟ ΙΑ ΙΚΤΥΟ Η συνεργασία πηγών γενικής µορφής στο διαδίκτυο...46

4 2.9.2 Η συνεργασία εκπαιδευτικών πηγών στο διαδίκτυο Τεχνολογίες συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων ΚΟΙΝΑ ΠΡΟΤΥΠΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΙΑ ΙΚΤΥΟΥ Απαιτήσεις του προβλήµατος Εκπαιδευτικά αντικείµενα Πρότυπα µεταπεριγραφής εκπαιδευτικών πηγών στο διαδίκτυο MΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Αντιµετώπιση του προβλήµατος της συνεργασίας - Προοπτικές ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΑΝΑΦΟΡΕΣ...62 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗΣ ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑΣ ΤΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ ΑΠΟ ΑΠΟΣΤΑΣΗ...71 ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΩΝ ΠΡΟΣΠΑΘΕΙΩΝ ΚΛΕΙΣΤΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Συστήµατα διαχείρισης εκπαίδευσης από απόσταση Αποθήκες εκπαιδευτικών αντικειµένων (Learning Object Repositories LOR) ΑΝΟΙΧΤΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΑ Κατανεµηµένα εκπαιδευτικά περιβάλλοντα Edutella Pool (Portal for Online Objects in Learning) ELENA Συστήµατα αποµακρυσµένης βοήθειας I-Help Help and Learn ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΑ ΒΑΣΙΣΜΕΝΑ ΣΕ ΤΕΧΝΗΤΗ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗ Confidence Intelligent Tutoring System (CITS) CANDLE ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΩΝ ΜΑΘΗΣΗΣ ΆΞΟΝΕΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΩΝ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ Επιστηµονικό υπόβαθρο της τεχνολογίας των πρακτόρων ΒΑΣΙΚΟΙ ΟΡΙΣΜΟΙ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ Χαρακτηριστικά πρακτόρων Σύγκριση πρακτόρων - αντικειµένων ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ Ορολογία συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων ιαφορετικές θεωρήσεις συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ Το µοντέλο OMG Το µοντέλο FIPA Το µοντέλο Kaos Η ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ ΤΩΝ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ Η αλληλεπίδραση των πρακτόρων Γλώσσες επικοινωνίας πρακτόρων Γλώσσες επικοινωνίας γενικής µορφής KQML Γλώσσες περιγραφής περιεχοµένου µηνύµατος Οντολογίες περιγραφής της γνώσης Οντολογίες ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΤΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ ΑΠΟ ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: Η ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ MATS ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ iv

5 4.2 ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ MATS Η δοµή του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων Ο ΜΕΣΟΛΑΒΗΤΗΣ ΠΡΑΚΤΟΡΑΣ (BROKER AGENT) Βασικές λειτουργίες του ΒΑ οµή του ΒΑ Τυπική χρήση του µεσολαβητή πράκτορα Ο ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟΣ ΠΡΑΚΤΟΡΑΣ (EDUCATIONAL AGENT, EA) Λειτουργική περιγραφή του εκπαιδευτικού πράκτορα Η ΓΛΩΣΣΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΤΩΝ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ (EACL) οµή των µηνυµάτων Επικοινωνία εκπαιδευτικού πράκτορα-µεσολαβητή Η ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΟΝΤΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΥ MATS Η οργάνωση του εκπαιδευτικού υλικού Η ενσωµάτωση της παιδαγωγικής πληροφορίας στο εκπαιδευτικό υλικό Η περιγραφή της προτεινόµενης οντολογίας ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΥΠΙΚΟΥ ΣΕΝΑΡΙΟΥ ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑΣ Φάση δηµιουργίας και προώθησης του ερωτήµατος Φάση εξυπηρέτησης του ερωτήµατος και συλλογής των υποψηφιοτήτων Φάση επιλογής της επικρατέστερης λύσης και δανεισµού εκπαιδευτικού υλικού Ο αλγόριθµος αξιολόγησης πρσφορών εκπαιδευτικού υλικού ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ MATS ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΠΙΛΟΓΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ MATS Η ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ JAVA SERVLETS Εισαγωγή Στοιχεία της αρχιτεκτονικής των servlets Σενάριο χρήσης ενός servlet Το περιβάλλον ανάπτυξης και εκτέλεσης των servlets Η ΙΑΣΥΝ ΕΣΗ ΜΕ ΒΑΣΕΙΣ Ε ΟΜΕΝΩΝ ΜΕ ΤΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ JDBC Βάσεις δεδοµένων της υλοποίησης MATS Η βάση δεδοµένων του µεσολαβητή πράκτορα Η βάση δεδοµένων του εκπαιδευτικού πράκτορα ΣΕΝΑΡΙΟ ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ MATS Σύντοµη περιγραφή του σεναρίου συνεργασίας Πρώτη φάση συνεργασίας: ηµιουργία και προώθηση του ερωτήµατος µαθητή εύτερη φάση σεναρίου συνεργασίας: Εξυπηρέτηση του ερωτήµατος από τους Ε Τρίτη φάση σεναρίου συνεργασίας: Επιλογή επικρατέστερης λύσης Η διεπιφάνεια ερωτήσεων (Βήµα 1) Η επεξεργασία του ερωτήµατος στον εκπαιδευτικό πράκτορα (Βήµα 2) Επεξεργασία του ερωτήµατος στον µεσολαβητή (Βήµα 3) Επεξεργασία της ερώτησης από τους υποψήφιους για συνεργασία εκπαιδευτικούς πράκτορες (Βήµα 4) Η συλλογή των αποτελεσµάτων από τον EA (Βήµα 5) Αξιολόγηση των υποψήφιων λύσεων (Βήµα 5) Παρουσίαση των λύσεων και επιλογή του εκπαιδευτικού υλικού από το µαθητή (Βήµα 6) ιαδικασία παρακολούθησης του δανειζόµενου εκπαι-δευτικού υλικού από το εκπαιδευτικό σύστηµα ES w (Βήµα 7) Αξιολόγηση του εκπαιδευτικού υλικού από το µαθητή (Βήµα 8) ΣΕΝΑΡΙΟ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟΥ ΠΡΑΚΤΟΡΑ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ MATS Εγγραφή του εκπαιδευτικού πράκτορα στον µεσολαβητή ιαγραφή εκπαιδευτικού πράκτορα Αλλαγή µεταπεριγραφής εκπαιδευτικού πράκτορα Εισαγωγή εκπαιδευτικού πράκτορα Αποχώρηση εκπαιδευτικού πράκτορα ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: AΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗΣ MATS v

6 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η ΕΝΤΑΞΗ ΕΝΟΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑΣ MATS Το εκπαιδευτικό σύστηµα HermesC Το εκπαιδευτικό σύστηµα IDLE Το εκπαιδευτικό σύστηµα Sun-Java Η προσαρµογή του MATS ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΑΠΟ ΟΣΗΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ MATS Περιγραφή του πειράµατος Στόχος του πειράµατος Πειραµατικά αποτελέσµατα Συµπεράσµατα ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΕΥΧΡΗΣΤΙΑΣ ΤΗΣ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗΣ MATS Περιγραφή του πειράµατος Περιγραφή του ερωτηµατολόγιου Αποτελέσµατα του πειράµατος ΤΟ ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΕΥΧΡΗΣΤΙΑΣ WAMMI ΓΙΑ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ MATS ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑΣ ΣΥΓΓΡΑΦΗΣ ΤΗΣ ΜΕΤΑΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΤΟΥ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ Περιγραφή του πειράµατος συγγραφής Αποτελέσµατα του πειράµατος ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΤΗΣ ΙΑΤΡΙΒΗΣ ΚΡΙΤΙΚΗ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΤΗΣ ΙΑΤΡΙΒΗΣ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΕΙΣ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α: PERFORMATIVES ΤΗΣ ΓΛΩΣΣΑΣ KQML ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β: TΥΠΟΙ ΜΗΝΥΜΑΤΩΝ ΤΗΣ ΓΛΩΣΣΑΣ EACL ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ: ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΟΝΤΟΛΟΓΙΑΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ : ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ ΤΟΥ ΣΕΝΑΡΙΟΥ ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑΣ Θεµατικές ερωτήσεις Ερωτήσεις που αφορούν τη διεπιφάνεια Ερωτήσεις επικοινωνίας ανθρώπου-συστήµατος ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ε: ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΕΥΧΡΗΣΤΙΑΣ WAMMI ΗΜΟΣΙΕΥΣΕΙΣ vi

7 Λίστα σχηµάτων ΣΧΗΜΑ 1.ΤΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ HTTP ΤΟΥ ΙΑ ΙΚΤΥΟΥ...36 ΣΧΗΜΑ 2. ΤΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ HTTP ΤΟΥ ΙΑ ΙΚΤΥΟΥ...39 ΣΧΗΜΑ 3. ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΟΥ ΙΚΤΥΟΥ...41 ΣΧΗΜΑ 4. ΑΝΑΖΗΤΗΣΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΥ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΟΥ ΙΚΤΥΟΥ...42 ΣΧΗΜΑ 5. ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΗΛΩΣΗΣ RDF...46 ΣΧΗΜΑ 6. ΠΡΟΤΥΠΑ ΜΕΤΑΠΕΡΙΓΡΑΦΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ...56 ΣΧΗΜΑ 7. Η ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ ΙΚΤΥΟΥ POOL (HATALA AND RICHARDS 2002)...81 ΣΧΗΜΑ 8. ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΤΟΥ ΙΑ ΙΚΤΥΟΥ...88 ΣΧΗΜΑ 9. ΕΠΙΠΕ Α ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ ΣΧΗΜΑ 10. ΙΕΡΑΡΧΙΚΗ ΟΜΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ ΣΧΗΜΑ 11. ΓΕΝΙΚΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ ΣΧΗΜΑ 12. ΟΜΗ ΕΝΟΣ ΠΡΑΚΤΟΡΑ ΙΑΜΕΣΟΛΑΒΗΤΗ (BROKER AGENT BA) ΣΧΗΜΑ 13. ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΕΝΟΣ ΜΕΣΟΛΑΒΗΤΗ ΠΡΑΚΤΟΡΑ ΣΧΗΜΑ 14. ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ Ε ΟΜΕΝΩΝ ΤΟΥ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟΥ ΠΡΑΚΤΟΡΑ (TUTOR AGENT) ΣΧΗΜΑ 15. ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΤΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΩΝ ΕΝΟΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟΥ ΠΡΑΚΤΟΡΑ ΣΧΗΜΑ 16. Η ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΤΟΥ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΕΝΟΣ ΕΣ ΣΧΗΜΑ 17. ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗΣ ΓΝΩΣΤΙΚΟΥ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΥ ΣΧΗΜΑ 18. ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑΤΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΕΝΝΟΙΩΝ ΣΧΗΜΑ 19. ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΗΣ ΜΙΚΡΟΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΧΗΜΑ 20. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΣΠΟΥ ΑΣΤΗ ΣΧΗΜΑ 21. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟΥ ΠΡΑΚΤΟΡΑ ΣΧΗΜΑ 22. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΕΜΠΙΣΤΟΣΥΝΗΣ ΓΝΩΣΤΙΚΩΝ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΩΝ ΣΧΗΜΑ 23. ΠΡΟΣΦΟΡΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΣΧΗΜΑ 24. TIME SEQUENCE ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΠΟΥ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΕΝΑ ΓΕΝΙΚΟ ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ ΣΧΗΜΑ 25. Η ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΣΕ SERVLETS ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ ΕΝΟΣ ΙΑΚΟΜΙΣΤΗ ΙΑ ΙΚΤΥΟΥ ΣΧΗΜΑ 26. Η ΚΛΑΣΗ SERVLET ΤΟΥ ΠΡΟΤΥΠΟΥ JAVA SERVLET ΑPI ΣΧΗΜΑ 27. Η ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ ΤΗΣ ΓΕΝΙΚΗΣ ΚΛΑΣΗΣ SERVLET ΜΕ ΤΟ ΦΥΛΛΟΜΕΤΡΗΤΗ ΣΧΗΜΑ 28. ΓΕΝΙΚΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ MATS ΣΧΗΜΑ 29 Η ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΥΟ ΕΠΙΠΕ ΩΝ ΓΙΑ ΤΗ ΣΥΝ ΕΣΗ ΜΕ ΤΗ ΒΑΣΗ Ε ΟΜΕΝΩΝ ΣΧΗΜΑ 30. ΤΟ ER ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗΣ ΤΗΣ ΟΝΤΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΥ ΒΑ ΣΧΗΜΑ 31. ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΟΝΤΟΤΗΤΩΝ ΣΥΣΧΕΤΙΣΜΩΝ ΤΗΣ ΟΝΤΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΥ ΕΑ (ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ) ΣΧΗΜΑ 32. ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΟΝΤΟΤΗΤΩΝ ΣΥΣΧΕΤΙΣΜΩΝ ΤΗΣ ΟΝΤΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΥ ΕΑ (ΜΟΝΤΕΛΟ ΕΜΠΙΣΤΩΝ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ) ΣΧΗΜΑ 33. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΣΕΝΑΡΙΟΥ ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΧΗΜΑ 34. ΠΡΩΤΗ ΦΑΣΗ ΤΟΥ ΣΕΝΑΡΙΟΥ ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΧΗΜΑ 35. ΕΥΤΕΡΗ ΦΑΣΗ ΤΟΥ ΣΕΝΑΡΙΟΥ ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΧΗΜΑ 36. ΤΡΙΤΗ ΦΑΣΗ ΤΟΥ ΣΕΝΑΡΙΟΥ ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΧΗΜΑ 37. Η ΙΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ ΣΧΗΜΑ 38. ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΤΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΟΝ ΕΑ ΣΧΗΜΑ 39. ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ ΒΑ ΣΧΗΜΑ 40. ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΠΟΥ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΥΠΟΨΗΦΙΑΣ ΛΥΣΗΣ ΣΧΗΜΑ 41. ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΠΟΥ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗΝ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΩΝ ΥΠΟΨΗΦΙΩΝ ΛΥΣΕΩΝ ΣΤΟΝ ΕΑ ΣΧΗΜΑ 42. Η ΙΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΠΡΟΣ ΤΟΝ ΧΡΗΣΤΗ ΣΧΗΜΑ 43. Η ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΟΥ ΑΝΕΙΖΟΜΕΝΟΥ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΣΧΗΜΑ 44. Η ΙΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΤΟΥ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΣΧΗΜΑ 45. Η ΙΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΕΙΣΟ ΟΥ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ MATS ΣΧΗΜΑ 46. ΤΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ HERMESC ΣΧΗΜΑ 47. ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗ ΜΕ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ IDLE ΚΑΤΑ ΤΗ ΙΑΡΚΕΙΑ ΑΝΕΙΣΜΟΥ ΤΟΥ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ vii

8 ΣΧΗΜΑ 48. ΤΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ SUN-JAVA ΣΧΗΜΑ 49. ΣΥΓΚΡΙΣΗ TRUST ACCESSIBILITY FACTOR ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ ΣΧΗΜΑ 50. ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗΣ ΣΥΜΦΩΝΑ ΜΕ ΤΟΝ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑ AGENT RANKING ΣΧΗΜΑ 51 ΕΠΙΜΕΡΟΥΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΕ ΣΤΑ ΙΑ ΚΑΤΑ ΤΗ ΙΑΡΚΕΙΑ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ ΣΧΗΜΑ 52. ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΤΙΚΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ ΣΧΗΜΑ 53. ΧΡΟΝΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΤΗΣ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗΣ MATS ΣΕ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΣΧΗΜΑ 54. Η ΧΡΟΝΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΤΟΥ MATS ΣΕ ΕΝΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟ ΚΟΜΒΟ, ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΟΝ ΑΡΙΘΜΟ ΠΡΟΣΦΟΡΩΝ ΣΧΗΜΑ 55. ΚΑΝΟΝΙΚΟΠΟΙΗΜΕΝΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ MATS ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟΝ ΑΡΙΘΜΟ ΤΩΝ ΥΠΟΨΗΦΙΩΝ ΛΥΣΕΩΝ. (ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ) ΣΧΗΜΑ 56. ΚΑΝΟΝΙΚΟΠΟΙΗΜΕΝΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ MATS ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟΝ ΑΡΙΘΜΟ ΤΩΝ ΥΠΟΨΗΦΙΩΝ ΛΥΣΕΩΝ. (ΈΝΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ) ΣΧΗΜΑ 57. ΠΕΙΡΑΜΑ ΣΥΓΓΡΑΦΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΗΣ ΟΝΤΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΕΥΧΡΗΣΤΙΑΣ Λίστα Πινάκων ΠΙΝΑΚΑΣ 1. ΣΥΣΤΉΜΑΤΑ ΙΑΧΕΊΡΙΣΗΣ ΕΚΠΑΊ ΕΥΣΗΣ...74 ΠΙΝΑΚΑΣ 2. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ...75 ΠΙΝΑΚΑΣ 3. ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΕΝΟΣ ΜΗΝΥΜΑΤΟΣ ΣΕ ΓΛΩΣΣΑ KQML ΠΙΝΑΚΑΣ 4. ΥΠΑΡΧΟΝΤΑ ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ 5. ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΜΗΝΥΜΑΤΩΝ KQML ΠΙΝΑΚΑΣ 6. ΜΗΝΥΜΑ EACL ΠΙΝΑΚΑΣ 7. ΟΙ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΚΑΙ ΟΙ ΥΠΟΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΟΥΣ ΠΙΝΑΚΑΣ 8. ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΙΑ ΕΠΙΠΕ ΟΥ ΑΠΑΝΤΗΣΗΣ ΚΑΙ ΤΙΜΗΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΠΙΝΑΚΑΣ 9. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΤΑ WAMMI ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ viii

9 Περίληψη Η διατριβή αυτή ασχολείται µε το πρόβληµα της διαλειτουργικότητας και συνεργασίας εκπαιδευτικών εφαρµογών στο ανοιχτό περιβάλλον του διαδικτύου. Η έρευνα που περιγράφεται στη διατριβή, οδήγησε στη σχεδίαση και υλοποίηση ενός πρωτότυπου περιβάλλοντος που στηρίζεται στην αρχιτεκτονική πολλαπλών εκπαιδευτικών πρακτόρων (Multi-Agent Tutoring System, MATS) και επιτρέπει την συνεργασία µεταξύ των εκπαιδευτικών κόµβων ώστε να υποστηρίζουν µαθησιακές ανάγκες ενός από-απόσταση εκπαιδευόµενου. Κάθε εκπαιδευτικός πράκτορας του MATS, αντιπροσωπεύει µια εκπαιδευτική εφαρµογή. Οι δυσκολίες που παρουσιάζονται κατά τη διαδικασία της εκπαίδευσης από απόσταση σε ένα µαθητή, επιλύονται µε τη συνδροµή των άλλων εκπαιδευτικών συστηµάτων µέσω των εκπαιδευτικών πρακτόρων-αντιπροσώπων τους. Η λειτουργία αυτή υποστηρίζεται από έναν κατάλληλο µηχανισµό προδιαγραφής, αναζήτησης και ανταλλαγής εκπαιδευτικής γνώσης. Η ανάπτυξη του πρωτοτύπου στηρίχθηκε στον ορισµό µίας πρωτότυπης αρχιτεκτονικής πρακτόρων που περιελάµβανε µια γλώσσα επικοινωνίας για την ανταλλαγή εκπαιδευτικής πληροφορίας, και µιας γενικού τύπου οντολογίας περιγραφής των περιβαλλόντων εκπαίδευσης. Το περιβάλλον MATS µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την υποστήριξη της συνεργασίας ετερογενών εκπαιδευτικών περιβαλλόντων, και για το λόγο αυτό είναι µια ενδιαφέρουσα ερευνητική εφαρµογή για την εξυπηρέτηση των αναγκών της εκπαίδευσης από απόσταση στον κατανεµηµένο κόσµο της γνώσης, όπως αυτός εµφανίζεται µε τη µορφή του διαδικτύου σήµερα.

10

11 Abstract This thesis focuses on the problem of interoperability and cooperation between educational applications in the open environment of the World Wide Web. The research described in this thesis led to the design and development of a prototype environment called Multi Agent Tutoring System (MATS) that permits the collaboration among educational nodes in order to support the needs of a distant learner. Each educational application is represented by an educational agent. The help of other educational systems solves the learner s difficulties that are introduced during the learning process. This function is supported by an appropriate mechanism of defining, searching and exchanging educational knowledge. In order to build this prototype, the following parts of the architecture had to be defined: an adequate agent architecture and multi-agent platform, a knowledge interchange language suitable for learning tasks and a general ontology of learning environments as a foundation for knowledge sharing. MATS can be used for supporting collaboration of heterogeneous learning objects and for this reason is an interesting paradigm of learning, in the rapidly expanding open distributed world of knowledge, surrounding us.

12

13 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 1.1 Αντικείµενο της διατριβής «Αναλογιστείτε µια συσκευή του µέλλοντος για µεµονωµένη χρήση, η οποία είναι ένα είδος µηχανοποιηµένης βιβλιοθήκης ιδιωτικών αρχείων. Χρειάζεται ένα όνοµα, και το τυχαίο όνοµα memex θα κάνει. Ένα memex είναι µια συσκευή στην οποία ένα άτοµο αποθηκεύει όλα τα βιβλία, τα αρχεία, και τις επικοινωνίες του. Είναι µηχανοποιηµένη έτσι, ώστε µπορεί να χρησιµοποιηθεί µε ταχύτητα και ευελιξία. Είναι ένα διευρυµένο οικείο συµπλήρωµα της ανθρώπινης µνήµης.» Vannevar Bush, As we may think,the Antlantic Monthly, July Όταν το 1945 ο Bush περιέγραφε το memex, κανείς δεν περίµενε ότι σε πενήντα χρόνια το όραµα του θα γινόταν πραγµατικότητα. Οι προφητικές σκέψεις του έλαβαν σάρκα και οστά µε την έλευση του παγκόσµιου ιστού (World Wide Web). Το διαδίκτυο είναι αναµφίβολα το κυριότερο µέσο µετάδοσης πληροφοριών και επικοινωνίας τόσο για την ερευνητική κοινότητα, όσο και για σηµαντικό τµήµα των σύγχρονων κοινωνιών. Το διαδίκτυο παίζει όλο και πιο σηµαντικό ρόλο ως εργαλείο παροχής ανοιχτής και εξ αποστάσεως εκπαίδευσης. Η ευκολία πρόσβασης και δηµοσίευσης νέας πληροφορίας µε διδακτική χρησιµότητα, οι δυνατότητες ενσωµάτωσης πολλαπλών πηγών πληροφορίας, η υποστήριξη πολλαπλών τρόπων αποθήκευσης, η στιγµιαία ενηµέρωση των πηγών µε πρόσφατη πληροφορία, είναι πολλοί από τους λόγους που συνηγορούν στην παραπάνω άποψη. Η µεταφορά της έννοιας του υπερκειµένου στο περιβάλλον του διαδικτύου έτυχε ευρείας αποδοχής. Η χρήση του παγκόσµιου ιστού ως εργαλείο µάθησης, πηγάζει από την ίδια τη δοµή του και εµπεριέχεται στην αρχική ιδέα δηµιουργίας του. Τα τελευταία χρόνια έχει παρατηρηθεί µάλιστα µια εκτεταµένη υλοποίηση προγραµµάτων εκπαίδευσης από απόσταση αφού στα ανωτέρω χαρακτηριστικά του διαδικτύου προστέθηκε η ευρεία διάδοση του και οι ολοένα αυξανόµενες δυνατότητες γρήγορης µετάδοσης εκπαιδευτικού υλικού διαφορετικών µέσων. Ως συνέπεια των ανωτέρω, υπάρχει ήδη µία σηµαντική ποσότητα εκπαιδευτικού υλικού στο διαδίκτυο, το µεγαλύτερο µέρος του οποίου βρίσκεται µε τη µορφή στατικών σελίδων υπερµέσων που περιγράφεται µε το πρότυπο HTML. Όµως η εκπαιδευτική χρήση του διαδικτύου στην συντριπτική της πλειοψηφία περιορίζεται ακόµη στην ανάγνωση υλικού υπό µορφή υπερµέσου. Η αλληλεπίδραση και συνεργασία των πλούσιων αυτών εκπαιδευτικών πηγών καθώς και η επαναχρησιµοποίηση του εκπαιδευτικού υλικού είναι ακόµη ανοιχτά

14 6 θέµατα που πρέπει να µελετηθούν και να αντιµετωπιστούν. Η παραγωγή πρωτότυπου εκπαιδευτικού υλικού εξ αρχής είναι µία επίπονη διαδικασία. Είναι λογικό ότι το ζήτηµα της επαναχρησιµοποίησης και του επαναπροσδιορισµού του εκπαιδευτικού υλικού είναι πολύ σηµαντικό για την αποδοτικότερη εκπαιδευτική χρήση του διαδικτύου. Η πρόσβαση στο περιεχόµενο του διαδικτύου υποστηρίζεται από υπηρεσίες όπως οι µηχανές αναζήτησης γενικού σκοπού. Οι µηχανισµοί αυτοί στηρίζονται σε συντακτική αναζήτηση και στερούνται σηµασιολογικού προσδιορισµού του περιεχοµένου (Dertouzos, 2001). Ειδικά η αναζήτηση εκπαιδευτικού υλικού καθορίζεται πρόσθετα από ένα σύνολο ειδικών απαιτήσεων που αφορούν στο επίπεδο των παιδαγωγικών αναγκών και µαθησιακών στόχων του εκπαιδευοµένου. Υπάρχει συνεπώς ανάγκη προσδιορισµού και περιγραφής αυτών των παιδαγωγικών και µαθησιακών στόχων ώστε να συσχετιστούν µε το εκπαιδευτικό υλικό. Σήµερα δεν υπάρχει ένας µηχανισµός που να υποστηρίζει ένα συγγραφέα εκπαιδευτικού υλικού ή εκπαιδευόµενο στον εντοπισµό εκπαιδευτικού υλικού µε συγκεκριµένα επιθυµητά χαρακτηριστικά στο διαδίκτυο. Το πρόβληµα αυτό οξύνεται λόγω του ετερογενούς χαρακτήρα των υπαρχόντων εκπαιδευτικών συστηµάτων. Ακόµη παρουσιάζεται η ανάγκη για τη µεταφορά µεγάλου αριθµού αυτόνοµων εκπαιδευτικών συστηµάτων στο περιβάλλον του διαδικτύου. Η πολυπλοκότητα της δοµής τέτοιων συστηµάτων, και η µη ύπαρξη κοινών κανόνων σχεδίασης και ανάπτυξης τους εντείνουν τη δυσκολία που παρουσιάζει το πρόβληµα της ένταξης των εφαρµογών αυτών τόσο στο περιβάλλον του διαδικτύου, όσο και της µεταξύ τους συνεργασία Συµβολή της διατριβής Η διδακτορική διατριβή επικεντρώθηκε στη µελέτη του προβλήµατος συνεργασίας και διαλειτουργικότητας πολλαπλών ετερογενών εκπαιδευτικών κόµβων στο διαδίκτυο. Συγκεκριµένα µετά από τη µελέτη των τεχνολογικών και παιδαγωγικών απαιτήσεων του προβλήµατος αυτού, προχωράει στην πρόταση ενός πρωτότυπου περιβάλλοντος που επιτρέπει την αποτελεσµατική διαλειτουργικότητα ετερογενών εκπαιδευτικών κόµβων. Η υλοποίηση της προτεινόµενης αρχιτεκτονικής (περιβάλλον MATS) αποδεικνύει ότι αυτή αντιµετωπίζει επιτυχώς τα τεθέντα προβλήµατα. Επιπροσθέτως, η υλοποίηση µια σειράς εφαρµογών εκπαιδευτικού χαρακτήρα και η ενσωµάτωση τους στο περιβάλλον MATS µε χρήση των εργαλείων που

15 Κεφάλαιο 1:Εισαγωγή 7 αναπτύχθηκαν, καθώς και η θετική αξιολόγηση των εφαρµογών αυτών αποτελεί την απόδειξη της αποτελεσµατικότητας της προτεινόµενης προσέγγισης. Με την προσέγγιση αυτή εξοµοιώνεται η διδασκαλία ενός µαθητή από πολλούς δασκάλους, µια κατάσταση που παρατηρείται συχνά στην παραδοσιακή εκπαίδευση. Πολλαπλές συµπληρωµατικές απόψεις επί του ίδιου γνωστικού θέµατος προσφέρονται συχνά στους εκπαιδευόµενους από πολλές διαφορετικές πηγές. Αυτό µπορεί να είναι αποτέλεσµα τυχαίας ή σκόπιµης υπερκάλυψης των γνωστικών περιοχών. Μπορεί επίσης να είναι ένα εγγενές χαρακτηριστικό της εκπαιδευτικής διαδικασίας, όπως στην περίπτωση των συµπληρωµατικών απόψεων που προσφέρονται από τη θεωρητική ή την πρακτική οπτική γωνία µιας γνωστικής περιοχής. Η προσέγγιση αυτή είναι απόλυτα συµβατή µε τον χαρακτήρα και την αρχιτεκτονική του διαδικτύου. Σε µία τυπική περίπτωση, ένα εκπαιδευτικό λογισµικό από απόσταση διδασκαλίας κάνει διάγνωση των δυσκολιών ενός σπουδαστή κατά τη διαδικασία της µάθησης και αναζητά βοήθεια από άλλους εκπαιδευτικούς κόµβους. Η βοήθεια που προσφέρεται αξιολογείται και παρουσιάζεται στον εκπαιδευόµενο µε σκοπό να ξεπεραστεί η µαθησιακή του δυσκολία. Πολλά θέµατα που αφορούν την παραπάνω διαδικασία έπρεπε να αναλυθούν και να αντιµετωπιστούν κατά τη διάρκεια της έρευνας. Αφενός να οριστεί µια υψηλού επιπέδου γλώσσα για την επικοινωνία των εκπαιδευτικών πρακτόρων. Η γλώσσα πρέπει να είναι αρκετά ισχυρή για να εκφράζει τις έννοιες που θα παρουσιαστούν στο µαθητή µε την απαιτούµενη λεπτοµέρεια. Το θέµα της µοντελοποίησης του µαθητή και του πλαισίου στο οποίο πραγµατοποιείται η εκπαιδευτική διαδικασία, είναι παράµετροι που πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη. Για την κοινά αποδεκτή περιγραφή τόσο του εκπαιδευτικού υλικού, όσο και των συµβαλλόµενων µελών της εκπαιδευτικής διαδικασίας, χρειάζεται επίσης ο ορισµός µιας κατάλληλης οντολογίας. Η γνώση θα πρέπει να περιγραφεί µε ένα διαφανή τρόπο, ανεξάρτητο γνωστικής περιοχής, έτσι ώστε να είναι σε θέση να ανταλλάσσεται µεταξύ ετερογενών εκπαιδευτικών κόµβων. Υποστήριξη πρέπει να παρέχεται σε εκπαιδευτικούς που επιθυµούν να ενσωµατώσουν υφιστάµενα εκπαιδευτικά συστήµατα ή νέα που πρόκειται να αναπτυχθούν στο MATS, Τέλος χρειάζεται να οριστεί η πλατφόρµα που θα υποστηρίζει την ύπαρξη και τη συνεργασία των εκπαιδευτικών εφαρµογών του διαδικτύου. Η αρχιτεκτονική θα πρέπει να περιλαµβάνει κοινούς τρόπους περιγραφής της δοµής των εκπαιδευτικών εφαρµογών.

16 8 Τα προηγούµενα θέµατα αποτέλεσαν αντικείµενα έρευνας της παρούσας διατριβής. Στη διάρκεια της ερευνητικής προσπάθειας σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε µια πρωτότυπη εφαρµογή που αντιµετωπίζει τα παραπάνω προβλήµατα. Το σύστηµα MATS (Multi Agent Tutoring System), βασίζεται σε µία αρχιτεκτονική πολλαπλών πρακτόρων, και υποστηρίζει εκπαιδευτικές πηγές που λειτουργούν στο περιβάλλον του διαδικτύου. Η επιλογή αυτή έγινε ως η καλύτερη από ερευνητικής και τεχνολογικής άποψης για την αντιµετώπιση ενός κατανεµηµένου προβλήµατος, όπως είναι αυτό µε το οποίο ασχολήθηκε η διατριβή. Ο κύριος σκοπός ήταν η ανάπτυξη ενός µηχανισµού ανταλλαγής εκπαιδευτικής πληροφορίας µεταξύ εκπαιδευτικών πρακτόρων. Οι πράκτορες αποτελούν τους αντιπροσώπους των εκπαιδευτικών εφαρµογών, είναι δε διασκορπισµένοι στο διαδίκτυο. Τα εκπαιδευτικά συστήµατα είναι ετερογενή τόσο στη δοµή, όσο και στο περιεχόµενο τους. Η χρήση της κοινής οντολογίας είναι ο συνδετικός κρίκος που κάνει τα διαφορετικά αυτά εκπαιδευτικά συστήµατα να µπορούν να συνεργαστούν αντιµετωπίζοντας τις δυσκολίες των µαθητών τους. Το αποτέλεσµα της συνεργασίας τελικά αναδεικνύει το γεγονός ότι το σύνολο των εκπαιδευτικών εφαρµογών µπορεί να αντιµετωπίσει καλύτερα τις µαθησιακές δυσκολίες από ότι ένα µεµονωµένο κλειστό σύστηµα. 1.3 Επιστηµονικές περιοχές Οι ερευνητική προσπάθεια στα πλαίσια της διδακτορικής αυτής διατριβής έγινε στο Εργαστήριο Ηλεκτρονικών Υπολογιστών του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστηµίου Πατρών. Η ερευνητική περιοχή στην οποία εντάσσονται οι προσπάθειες µας είναι εκείνη της Κατανεµηµένης Τεχνητής Νοηµοσύνης (Distributed Artificial Intelligence, DAI). Τα συστήµατα πολλαπλών πρακτόρων ή αλλιώς Multi Agent Systems, είναι µια γνωστή εφαρµογή της Κατανεµηµένης Τεχνητής Νοηµοσύνης. Τα συστήµατα πολλαπλών πρακτόρων έχουν ήδη χρησιµοποιηθεί µε επιτυχία σε πολλές περιοχές εφαρµογής, ενώ ακόµη και µερικές άλλες προσπάθειες έχουν αναφερθεί και στον τοµέα της εκπαίδευσης από απόσταση. Άλλες περιοχές από τις οποίες αντλήσαµε θεωρητικό και τεχνολογικό υπόβαθρο είναι αυτή της επικοινωνίας ανθρώπου-υπολογιστή (human-computer interaction), της γνωστικής περιοχής που αφορά τη µελέτη της αλληλεπίδρασης ανθρώπου υπολογιστή και σχεδίασης διεπιφανειών χρήσης. Ακόµη άλλες περιοχές είναι αυτή

17 Κεφάλαιο 1:Εισαγωγή 9 της εκπαίδευσης από απόσταση (distance learning) και µάθησης µέσω υπολογιστή, (computer supported learning) της τεχνολογίας διαδικτύου, καθώς και της περιοχής τεχνικών και µοντέλων συνεργασίας µέσω υπολογιστή (computer supported cooperation). Η ιδιαιτερότητα και ταυτόχρονα η καινοτοµία της ερευνητικής µας προσπάθειας έγκειται στη χρήση των πρακτόρων ως µηχανισµού ανταλλαγής εκπαιδευτικής πληροφορίας µεταξύ ετερογενών κόµβων. Επιπλέον, πρέπει να σηµειωθεί ο ορισµός του µηχανισµού ανταλλαγής γνώσης, ικανού να υποστηρίξει ένα ανοιχτό περιβάλλον συνεργασίας συστηµάτων εκπαίδευσης από απόσταση, οι αλγόριθµοι αξιολόγησης των κατανεµηµένων εκπαιδευτικών κόµβων µέσω ενός κοινωνικού µοντέλου αποδοχής καθώς και πληθώρα τεχνολογικών καινοτοµιών που αφορούν την υλοποίηση ενός σύνθετου κατανεµηµένου συστήµατος που επιτρέπει την συνεργασία µεταξύ των ετερογενών κόµβων. 1.4 ιάρθρωση της διατριβής Το κείµενο της διατριβής αυτής αποτελείται από επτά κεφάλαια: Το παρόν κεφάλαιο 1 αποτελεί την εισαγωγή της διατριβής όπου παρουσιάζονται επιγραµµατικά το αντικείµενο της διατριβής, οι σχετική ερευνητική περιοχή και η συνεισφορά της. Το κεφάλαιο 2 εισάγει τον αναγνώστη στον προβληµατισµό που χαρακτηρίζει το θέµα της εξ αποστάσεως εκπαίδευσης. Αρχικά ορίζεται η εκπαίδευση από απόσταση, και στη συνέχεια µελετάται ο ρόλος του διαδικτύου στην ανάπτυξη της. Η έρευνα γύρω από τα υπάρχοντα εκπαιδευτικά συστήµατα του διαδικτύου καταλήγει σε µια ταξινόµηση τους. Η ταξινόµηση αυτή στηρίζεται στις επιλογές που έχουν γίνει στην σχεδίαση της αρχιτεκτονικής τους. Στη συνέχεια εξετάζεται το µοντέλο επικοινωνίας του διαδικτύου και οι επιπτώσεις που αυτό έχει στην επίτευξη της εκπαιδευτικής διαδικασίας. Τα µειονεκτήµατα που προκύπτουν δεν αποτρέπουν όµως την όλο και µεγαλύτερη προσπάθεια ανάπτυξης εκπαιδευτικών συστηµάτων ή της µεταφοράς τους στο διαδίκτυο. Το πρόβληµα της συνεργασίας τους αναλύεται στη προσπάθεια ορισµού και αποδοχής ενός κοινού προτύπου επικοινωνίας, ενός κοινού τρόπου περιγραφής τους, και ενός ικανού µηχανισµού που να υποστηρίζει τη συνεργασία τους. Σκοπός του κεφαλαίου 3 αυτού είναι η ανασκόπηση των τεχνολογιών υποστήριξης συνεργασίας µεταξύ εκπαιδευτικών συστηµάτων. Η κριτική των

18 10 τεχνολογιών γίνεται µε γνώµονα του προβλήµατος της συνεργασίας ετερογενών εκπαιδευτικών πηγών. Η ερευνητική περιοχή που ασχολείται µε τέτοιου είδους προβλήµατα είναι αυτή της Κατανεµηµένης Τεχνητής Νοηµοσύνης. Η σηµαντικότερη εφαρµογή της περιοχής της αυτής απαντάται στα συστήµατα πολλαπλών πρακτόρων. Τα συστήµατα πολλαπλών πρακτόρων έχουν εξελιχθεί τα τελευταία χρόνια σε ένα προγραµµατιστικό παράδειγµα του οποίου η χρήση σε κατανεµηµένες εφαρµογές παρουσιάζει σηµαντικό ερευνητικό ενδιαφέρον όσον αφορά το θεωρητικό µοντέλο, την αρχιτεκτονική, την υλοποίηση και τις περιοχές εφαρµογών. Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται οι βασικές αρχές του παραδείγµατος, µε έµφαση σε θέµατα σχεδίασης, ανάπτυξης και εφαρµογής συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων. Γίνεται µια εισαγωγή στην ερευνητική περιοχή δίνοντας τους ορισµούς της έννοιας του πράκτορα, και τις διαφορές από την έννοια του αντικειµένου που απαντάται στα συστήµατα λογισµικού. Αναπτύσσονται οι διαφορετικές θεωρήσεις των συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων. Κατόπιν παρουσιάζονται τα αντιπροσωπευτικότερα παραδείγµατα αρχιτεκτονικών, συστηµάτων, γλωσσών επικοινωνίας και οντολογιών περιγραφής. Επιπρόσθετα, πραγµατοποιείται µία επισκόπηση των ερευνητικών προσπαθειών που έχουν ως σκοπό τους την ανεύρεση εκπαιδευτικής γνώσης στο περιβάλλον του διαδικτύου. Γίνεται µια προσπάθεια ταξινόµησης τους, και σύγκριση των χαρακτηριστικών τους, µε τα αντίστοιχα της δικής µας ερευνητικής προσπάθειας. Παράλληλα, επισηµαίνονται τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της ερευνητικής µας προσπάθειας. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται η παρουσίαση και η περιγραφή της κατανεµηµένης αρχιτεκτονικής του συστήµατος από απόσταση εκπαίδευσης Multi-agent Tutoring System (MATS). Η προτεινόµενη αρχιτεκτονική επιτρέπει την ανταλλαγή εκπαιδευτικού υλικού µεταξύ ετερογενών εκπαιδευτικών υπολογιστικών συστηµάτων για την εξυπηρέτηση των αναγκών των διδασκοµένων. Αναλυτικότερα, παρουσιάζεται η γενική αρχιτεκτονική και η δοµή του συστήµατος. Η αρχιτεκτονική MATS επιτρέπει την ενσωµάτωση συστηµάτων της κατηγορίας αυτής σε ένα ενιαίο διασυνδεδεµένο περιβάλλον που επιτρέπει την αλληλεπίδραση τους ώστε να παρέχουν τις υπηρεσίες τους αν ζητηθεί προς τρίτους, πέραν των τυπικών χρηστών τους. Ένα σύνολο από υπολογιστικές οντότητες

19 Κεφάλαιο 1:Εισαγωγή 11 λογισµικού που τις ονοµάζουµε εκπαιδευτικούς πράκτορες είναι υπεύθυνες για την επικοινωνία και την συνεργασία µεταξύ των εκπαιδευτικών συστηµάτων. Η εκπροσώπηση των εκπαιδευτικών συστηµάτων στην κοινωνία συνεργασίας πραγµατοποιείται µε τον αντίστοιχο πράκτορα. Ο δεύτερος τύπος πράκτορα του MATS είναι ο µεσολαβητής πράκτορας. Αποτελεί το ενδιάµεσο επικοινωνίας των εκπαιδευτικών πρακτόρων που δεν γνωρίζουν ο ένας την ύπαρξη του άλλου. Επιπλέον υποστηρίζει βασικές υπηρεσίες εγγραφής, διαγραφής, αλλαγής χαρακτηριστικών των εκπαιδευτικών πρακτόρων και διευθυνσιοδότησης τους. Για την επικοινωνία των πρακτόρων έχει σχεδιαστεί και αναπτυχθεί µια γλώσσα επικοινωνίας εκπαιδευτικών πρακτόρων µε την ονοµασία EACL (Educational Agents Cooperation Language), που βασίζεται στη γλώσσα KQML. Παρουσιάζονται τα επιµέρους στοιχεία της γλώσσας αυτής. Παρουσιάζεται η δοµή των µηνυµάτων και το πρωτόκολλο επικοινωνίας ανάλογα µε το είδος των συµβαλλόµενων µελών. Η γλώσσα EACL αποτελεί το φορέα της επικοινωνίας µε τη χρήση µηνυµάτων. Το περιεχόµενο των µηνυµάτων, δηλαδή ο κοινός κώδικας κατανόησης των πρακτόρων, στηρίζεται στην ύπαρξη µιας κοινής εκπαιδευτικής οντολογίας. Η προτεινόµενη οντολογία υποστηρίζει την οργάνωση του εκπαιδευτικού υλικού, την περιγραφή ενός εκπαιδευτικού συστήµατος γενικής µορφής, τον τρόπο ενσωµάτωσης της παιδαγωγικής πληροφορίας στο εκπαιδευτικό υλικό. Οι λειτουργίες της επικοινωνίας γίνονται πιο κατανοητές µε την βοήθεια ενός εκτεταµένου σεναρίου συνεργασίας. Εκεί παρουσιάζονται τα στάδια της δηµιουργίας και προώθησης ενός ερωτήµατος, της εξυπηρέτησης του ερωτήµατος, της συλλογής των υποψήφιων λύσεων, τη διαδικασία επιλογής των επικρατέστερων λύσεων και τέλος τη διαδικασία δανεισµού του εκπαιδευτικού υλικού. Η απόδειξη της εφαρµοσιµότητας της αρχιτεκτονικής και η µέτρηση της απόδοσης του συστήµατος αυτού σε συνθήκες πραγµατικής χρήσης, γίνεται µε την υλοποίηση ενός πρωτότυπου συστήµατος συνεργασίας βασισµένο στη σχεδίαση που παρουσιάστηκε στο κεφάλαιο 4. Το κεφάλαιο 5 παραθέτει το σκεπτικό των τεχνολογικών επιλογών που ελήφθησαν, και παρουσιάζει τα τεχνολογικά χαρακτηριστικά της προτεινόµενης υλοποίησης. Η επιλογή της κατάλληλης τεχνολογίας οδήγησε σε αυτή των Java servlets. Παρουσιάζονται µε λεπτοµέρεια τα χαρακτηριστικά της τεχνολογίας αυτής και τα

20 12 πλεονεκτήµατα και τα αντίστοιχα µειονεκτήµατα. που προκύπτουν από τη χρήση της. Τα θέµατα που απασχόλησαν τη σχεδίαση της αρχιτεκτονικής στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται υπό την οπτική γωνία της αντίστοιχης υλοποίησης.. Η λεπτοµερής συµπεριφορά του συστήµατος παρουσιάζεται µε ένα κατάλληλο σενάριο συνεργασίας. Στο σενάριο αυτό αναλύονται όλες οι πτυχές της υλοποίησης λαµβάνοντας υπόψη την γλώσσα επικοινωνίας, την εκπαιδευτική οντολογία, και γενικότερα τις λειτουργίες της συνεργασίας, εγγραφής, διαγραφής αλλαγής χαρακτηριστικών, εισαγωγής και αποχώρησης του πράκτορα στο περιβάλλον MATS. Στο κεφάλαιο 6 παρουσιάζεται η αξιολόγηση της υλοποιηµένης εκδοχής του περιβάλλοντος MATS. Οι άξονες αξιολόγησης αφορούν τη δυνατότητα ενσωµάτωσης ενός εκπαιδευτικού συστήµατος, την απόκριση του συστήµατος, την αξιολόγηση ευχρηστίας του περιβάλλοντος και την αξιολόγηση της διαδικασίας συγγραφής του εκπαιδευτικού υλικού. Η δυνατότητα ενσωµάτωσης ενός εκπαιδευτικού συστήµατος στο περιβάλλον συνεργασίας αποδείχθηκε µε την ενσωµάτωση τριών εκπαιδευτικών συστηµάτων. Κάθε ένα από αυτά ήταν αντιπρόσωπος µιας µεγάλης οµάδας συστηµάτων µε παρόµοια χαρακτηριστικά. Τα προϋπάρχοντα εκπαιδευτικά συστήµατα πολυµέσων που µεταφέρονται στο διαδίκτυο εκπροσώπησε το HermesC. Τα υπάρχοντα εκπαιδευτικά συστήµατα του διαδικτύου µε τη µορφή υπερκειµένου εκπροσώπησε το Sun-Java. Τέλος το IDLE ήταν ο αντιπρόσωπος των συστηµάτων διαδικτύου µε τη δυνατότητα δυναµικής παραγωγής ιστοσελίδων. Η απόκριση του συστήµατος ήταν ο δεύτερος άξονας αξιολόγησης. Εξετάστηκε ο µηχανισµός συνεργασίας της παρούσας υλοποίησης του MATS µε βάση το χρόνο και προσδιορίστηκαν τα όρια λειτουργίας του συστήµατος που κρίθηκαν ικανοποιητικά σε περιβάλλον intranet. Η ευχρηστία του συστήµατος και η αξιολόγηση της διαδικασίας συγγραφής πραγµατοποιήθηκαν µε την βοήθεια του ίδιου πειράµατος. H ένταξη δύο εκπαιδευτικών συστηµάτων επαναλήφθηκε άλλη µια φορά, ώστε να µελετηθεί η διαδικασία και να αξιολογηθεί. Η διαφορά εδώ όµως ήταν ότι η εκπαιδευτική οντολογία δηµιουργήθηκε για τα εκπαιδευτικά συστήµατα Java Workshop και Javascipt Manual από ένα συγγραφέα που δεν σχεδίασε την εφαρµογή. Η αποτέλεσµα της δουλειάς αυτής αξιολογήθηκε στην πράξη µε ένα πείραµα συνεργασίας των δύο

21 Κεφάλαιο 1:Εισαγωγή 13 εκπαιδευτικών συστηµάτων. Παράλληλα έγινε και η αξιολόγηση της ευχρηστίας του MATS. Το κεφάλαιο 7 περιλαµβάνει τα συµπεράσµατα της διατριβής, τα επιτεύγµατα της, τα ανοιχτά ακόµη θέµατα και µια κριτική της, καθώς επίσης και προτάσεις για περαιτέρω βελτιώσεις και για µελλοντική έρευνα στα θέµατα µε τα οποία ενασχολήθηκε η διατριβή αυτή. Τέλος η διατριβή ολοκληρώνεται µε την παράθεση των βιβλιογραφικών αναφορών που γίνονται στο κείµενο και των δηµοσιευµένων εργασιών που πραγµατοποιήθηκαν στα πλαίσια εκπόνησης της διατριβής αυτής. 1.5 Αναφορές Michael Dertouzos, The Unfinished Revolution, HarperCollins Publishers, New York, NY 2001

22

23 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο "If we understand the human mind, we begin to understand what we can do with educational technology." What We Know About Learning. By Herbert A. Simon, Department of Psychology, Carnegie Mellon University. (Speech presented at the 1997 Frontiers in Education Conference Περίληψη Στο κεφάλαιο αυτό εισάγεται ο βασικός προβληµατισµός της διατριβής αυτής που αφορά την µελέτη και ανάπτυξη τεχνολογικού υποβάθρου που επιτρέπει τη συνεργασία και διαλειτουργικότητα ετερογενών εκπαιδευτικών συστηµάτων-πηγών σε ένα ανοικτό περιβάλλον συνεργασίας και αλληλεπίδρασης όπως είναι ο παγκόσµιος ιστός. Ο παγκόσµιος ιστός αποτελεί ένα ιδανικό περιβάλλον διδασκαλίας. Τέτοιου είδους διδασκαλία καλείται εκπαίδευση από απόσταση. Όλο και περισσότερες προσπάθειες παρατηρούνται προς αυτό το τοµέα µε αποτέλεσµα τα λεγόµενα συστήµατα εκπαίδευσης από απόσταση βασιζόµενα στο διαδίκτυο (Web Based Educational Systems, Web Based Distance Learning systems) (WBES). Εκπαιδευτική πληροφορία υπάρχει τόσο σε τέτοιου είδους συστήµατα, όσο και σε λιγότερο καλά δοµηµένες προσπάθειες (σελίδες διαδικτύου, εκπαιδευτικό υλικό σε ψηφιακή µορφή που δηµοσιεύεται στο περιβάλλον του διαδικτύου). Η συνεργασία και διαλειτουργικότητα εκπαιδευτικών πηγών πρέπει να περιλαµβάνει κάθε είδους δυνατή εκπαιδευτική πληροφορία που µπορεί να βρεθεί. Το πλαίσιο της συνεργασίας εκπαιδευτικών πηγών περιλαµβάνει τόσο τη διαδικασία ανεύρεσης κατάλληλου εκπαιδευτικού υλικού, όσο και εκείνη της εισαγωγής της εκπαιδευτικής πληροφορίας έτσι όπως αυτές αφορούν το µαθητήχρήστη όσο και το συγγραφέα-δάσκαλο του εκπαιδευτικού υλικού. Αρχικά γίνεται η εισαγωγή στη τρέχουσα ερευνητική και τεχνολογική κατάσταση των συστηµάτων από απόσταση διδασκαλίας στηριζόµενων στο διαδίκτυο και οι απαιτήσεις για τη διαλειτουργικότητα τους. Επίσης γίνεται αναφορά στο σηµασιολογικό ιστό (Semantic Web) και στο ρόλο του στην εκπαίδευση από απόσταση, καθώς και στις προσπάθειες για τη δηµιουργία κατάλληλων προτύπων για την απρόσκοπτη διακίνηση τµηµάτων εκπαιδευτικού

24 16 υλικού, γνωστά και ως εκπαιδευτικά αντικείµενα ή αντικείµενα µάθησης (learning objects). Γίνεται αναφορά στους λόγους στους οποίους η µεταπεριγραφή των εκπαιδευτικών αντικειµένων δεν πλαισιώνει ακόµη ουσιαστικά τις υποστηρικτικές ανάγκες της εκπαίδευσης από απόσταση. Τέλος, παρουσιάζονται µε µορφή προβληµατισµού, τα ανοιχτά θέµατα που απασχολούν η διαλειτουργικότητα µεταξύ των εκπαιδευτικών συστηµάτων του διαδικτύου και αποτυπώνονται οι απαιτήσεις από µια πρότυπη αρχιτεκτονική συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων µε ένα σύνολο ερευνητικών ερωτηµάτων. Τα ερωτήµατα αυτά θα καλέσουµε να καλύψουµε µε την δική µας ερευνητική πρόταση στο επόµενο κεφάλαιο. 2.1 Εισαγωγή Σκοπός του κεφαλαίου αυτού είναι να προσδιορίσει το θέµα της εκπαίδευσης από απόσταση και να αναλύσει το σηµαντικό ρόλο του διαδικτύου σε αυτό. Στη συνέχεια θα αναφερθούν οι ερευνητικές προσπάθειες που έχουν προηγηθεί για τη δηµιουργία εκπαιδευτικών συστηµάτων βασισµένων στο διαδίκτυο (Web Based Educational Systems WBES). Γίνεται η προσπάθεια για την ανάλυση των επιµέρους χαρακτηριστικών τους και των τεχνολογιών που υιοθετούνται από παλαιότερες προσπάθειες αυτόνοµων ευφυών συστηµάτων διδασκαλίας καθώς επίσης και καινοτόµων ερευνητικών προσεγγίσεων για το νέο χρησιµοποιούµενο µέσο του διαδικτύου. Στη συνέχεια ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στην ιδιαίτερη φύση του διαδικτύου ως µέσου συγγραφής υλικού, δηµοσίευσης του και αλληλεπίδρασης αυτού µε το χρήστη. Παρουσιάζονται οι επιµέρους τεχνολογίες που χρησιµοποιούνται κατά την παρούσα στιγµή και αναλύονται τα θετικά χαρακτηριστικά που αυτές προσφέρουν για την παραγωγή εκπαιδευτικού υλικού στο διαδίκτυο. Παράλληλα όµως η προσοχή επικεντρώνεται και στις αδυναµίες των υπαρχόντων και ευρέως χρησιµοποιούµενων τεχνολογιών και οι επιπτώσεις που αυτές έχουν στην φύση και στα χαρακτηριστικά της αλληλεπίδρασης του εκπαιδευοµένου µε το εκπαιδευτικό σύστηµα. Ο σχεδιασµός των εκπαιδευτικών συστηµάτων βασισµένων στο διαδίκτυο επηρεάζεται άµεσα από τις παραπάνω θετικές αλλά και από τις αρνητικές επιπτώσεις Ακολουθεί το θέµα της συνεργασίας των εκπαιδευτικών πηγών στο διαδίκτυο το οποίο είναι και το βασικό ερευνητικό θέµα της παρούσας διατριβής. Αναλύεται το πρόβληµα τόσο από τη γενική του µορφή όσο και από την επιµέρους οπτική γωνία

25 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 17 της συνεργασίας των εκπαιδευτικών πηγών στο διαδίκτυο. Η µορφή των υπαρχόντων ευφυών εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο είναι ένας επιπλέον παράγοντας που συµβάλει σηµαντικά στην προβληµατική του θέµατος της συνεργασίας. Ο σηµασιολογικός ιστός, (semantic web) είναι µια νέα ερευνητική οπτική γωνία του διαδικτύου. Έχει ως σκοπό να προσδώσει νόηµα στην πληροφορία που διακινείται στο διαδίκτυο και να γίνεται κατανοητή τόσο από τα πληροφοριακά συστήµατα, όσο και από τους χρήστες του. Η εκπαίδευση από απόσταση είναι ένας από τους τοµείς που επηρεάζεται σηµαντικά από τις προσπάθειες αυτές. Η συνεργασία των εκπαιδευτικών πηγών στο διαδίκτυο βασίζεται σύµφωνα µε την παραπάνω ερευνητική πρωτοβουλία, στην απρόσκοπτη διακίνηση και κοινοκτηµοσύνη των τµηµάτων εκπαιδευτικού λογισµικού αποκαλούµενα και αντικείµενα µάθησης (learning objects). Η ερευνητική κοινότητα έχει επικεντρωθεί στη δηµιουργία κατάλληλων συνθηκών για την υποστήριξη της διακίνησης των µονάδων µάθησης στο διαδίκτυο. Οι προσπάθειες αυτές ασχολούνται µε την περιγραφή του εκπαιδευτικού υλικού, (µεταδεδοµένα) έχουν φέρει ως αποτέλεσµα την πρόσφατη δηµιουργία προτύπων µεταπεριγραφής εκπαιδευτικού υλικού. Οι προηγούµενες ερευνητικές προσπάθειες κρίνονται υπό το πρίσµα της εκπαιδευτικής τους χρησιµότητας. Γίνεται φανερό ότι οι προσπάθειες µεταπεριγραφής εστιάζουν την προσοχή τους στην περιγραφή του εκπαιδευτικού υλικού περισσότερο ως γενικής πηγής και λιγότερο ως µέσου για την λύση µίας δυσκολίας του µαθητή κατά τη διάρκεια της εκπαιδευτικής διαδικασίας. Η εκπαιδευτικός ρόλος δεν προσδιορίζεται ακόµη από τα υπάρχοντα πρότυπα. Λίγη µέριµνα επίσης παρατηρείται ότι έχει δοθεί και για την επιτυχή εξόρυξη εκπαιδευτικού υλικού από µια εκπαιδευτική εφαρµογή βασισµένη στο διαδίκτυο και προσάρτηση της σε ένα άλλο εκπαιδευτικό περιβάλλον. Εν κατακλείδι, ο ελεύθερος χαρακτήρας του διαδικτύου αποφεύγει τη µέτρηση αξιοπιστίας του υλικού που δηµοσιεύεται, µεταφέρεται και χρησιµοποιείται µέσω αυτού. Το εγγενές χαρακτηριστικό της έλλειψης µηχανισµών εισαγωγής ιδιοτήτων αξιοπιστίας σε εκπαιδευτικές πηγές στο διαδίκτυο, παρουσιάζει και το σύνολο των προτάσεων µεταπεριγραφής εκπαιδευτικών αντικειµένων Ο παγκόσµιος ιστός ως µέσο διδασκαλίας Ο παγκόσµιος ιστός είναι ένα µέσο κατάλληλο για εκπαιδευτικούς σκοπούς, ένα γεγονός που έχει αναγνωριστεί σχεδόν από την στιγµή της γέννησης του. Υπάρχει

26 18 ήδη µία σηµαντική ποσότητα εκπαιδευτικού υλικού στο διαδίκτυο, το µεγαλύτερο µέρος του οποίου βρίσκεται µε τη µορφή στατικών σελίδων υπερµέσων που περιγράφεται µε το καθολικό πρότυπο του διαδικτύου HTML. Εκπαιδευτικό υλικό µε διαδραστικά (interactive) χαρακτηριστικά επίσης παράγεται τον τελευταίο καιρό µε τη βοήθεια τεχνολογιών όπως είναι η Dynamic Html και η γλώσσα προγραµµατισµού Java. Ευφυή εκπαιδευτικά περιβάλλοντα βασισµένα σε διάφορες τεχνικές οργάνωσης γνώσης άρχισαν επίσης να κάνουν την εµφάνιση τους στο διαδίκτυο. Αν και παρατηρείται προσπάθεια για την ενσωµάτωση όλο και περισσότερο ευφυών χαρακτηριστικών σε αυτά, δεν µπορούν να συγκριθούν ακόµη µε την πληρότητα των χαρακτηριστικών που παρατηρούνται σε αντίστοιχα αυτόνοµα ευφυή εκπαιδευτικά συστήµατα (intelligent tutoring systems). Η υιοθέτηση όµως, όλο και περισσοτέρων τεχνικών από τα αυτόνοµα εκπαιδευτικά συστήµατα και η ενσωµάτωση τους σε εκείνα που είναι βασισµένα στο διαδίκτυο καθιστoύν τις διαφορές όλο και µικρότερες. Υπάρχουν όµως ακόµη θέµατα που βασίζονται κυρίως στη φύση του διαδικτύου ως µέσου που καθιστούν την αλληλεπίδραση του εκπαιδευοµένου µε το σύστηµα ακόµη προβληµατική και µη ικανοποιητική σε πολλές περιπτώσεις. Από την άλλη πλευρά, η δυναµική του παγκόσµιου ιστού ως µέσου συγγραφής εκπαιδευτικού υλικού γίνεται όλο και µεγαλύτερη. Είναι επίσης φανερό και ένα σύνολο πρόσθετων θετικών χαρακτηριστικών που παρουσιάζουν οι εκπαιδευτικές εφαρµογές του διαδικτύου απέναντι στα αυτόνοµα εκπαιδευτικά συστήµατα. Η καθολική χρήση προτύπων επικοινωνίας και περιγραφής του εκπαιδευτικού υλικού και η δυνατότητα αλληλεπίδρασης των ξεχωριστών εκπαιδευτικών πηγών µεταξύ τους είναι µερικά από αυτά που µπορούν να αναφερθούν. Παρόλα αυτά, η εκπαιδευτική χρήση του διαδικτύου περιορίζεται ακόµη σε µεγάλο βαθµό στην απλή χρήση συνδέσµων µεταξύ ιστοσελίδων και στην οργάνωση θεµατικά σχετιζόµενων ιστοσελίδων σε προσωπικές σελίδες ή σε portals. Η πραγµατική αλληλεπίδραση και συνεργασία των εκπαιδευτικών πηγών καθώς και η επαναχρησιµοποίηση του εκπαιδευτικού υλικού αποτελούν ανοιχτά ακόµη θέµατα που πρέπει να αναλυθούν και να αντιµετωπιστούν από την ερευνητική κοινότητα. Η προσπάθεια για την ανάπτυξη εκπαιδευτικού υλικού στο διαδίκτυο αυξάνεται ολοένα και περισσότερο. Μια και η παραγωγή εκπαιδευτικού υλικού από την αρχή

27 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 19 είναι µία επίπονη διαδικασία που κοστίζει σε ανθρώπινους και υλικούς πόρους, είναι επιδιωκτέα η όσο το δυνατόν επαναχρησιµοποίηση του εκπαιδευτικού υλικού υπό διαφορετικές εκπαιδευτικές οπτικές γωνίες. Αν και η επαναχρησιµοποίηση υλικού του διαδικτύου είναι ένα θέµα που µπορεί να αντιµετωπιστεί σχετικά εύκολα, δεν µπορεί κανείς να ισχυριστεί ότι ισχύει το ίδιο και για το εκπαιδευτικό υλικό, αν µάλιστα αυτό συσχετιστεί µε τις παιδαγωγικές ανάγκες του εκπαιδευοµένου. εν υπάρχει ένα εύκολος τρόπος για ένα συγγραφέα εκπαιδευτικού υλικού ή για τον εκπαιδευόµενο να εντοπίσει ένα εκπαιδευτικό υλικό µε συγκεκριµένα επιθυµητά χαρακτηριστικά στο διαδίκτυο και να το προσαρµόσει σε συγκεκριµένους παιδαγωγικούς και µαθησιακούς στόχους. Οι παρούσες τεχνολογικές λύσεις για την αναζήτηση πληροφορίας στο διαδίκτυο µε τη βοήθεια γενικών µηχανών αναζήτησης είναι συχνά µη αποδοτικές, αφού στηρίζονται σε συντακτικού τύπου πληροφορία και στερούνται µηχανισµών σηµασιολογικής αναζήτησης, ώστε να παρουσιάζεται τελικά συγκεκριµένη λύση που να ικανοποιεί τις ανάγκες του χρήστη. Έτσι για παράδειγµα οι µηχανές αναζήτησης ερευνούν το περιεχόµενο της σελίδας ή προσπαθούν να εξαγάγουν συµπεράσµατα σχετικά µε το θέµα στο οποίο αναφέρεται µια ιστοσελίδα, χωρίς όµως να υπάρχει ένας συγκεκριµένος τρόπος συσχέτισης του περιεχόµενου ιστοσελίδων µε θεµατικές περιοχές. Ευτυχώς παρατηρούνται πρόσφατα προσπάθειες για την δηµιουργία νέων προτύπων µεταπληροφορίας του εκπαιδευτικού υλικού που βρίσκεται στο διαδίκτυο (semantic web). Οι προσπάθειες αυτές έχουν ως σκοπό την υποστήριξη ενός ευφυούς τρόπου αναζήτησης της πληροφορίας στο διαδίκτυο. Στην κατεύθυνση αυτή κινείται η έρευνα που περιγράφεται στην παρούσα διατριβή µε έµφαση τη συνεργασία και διαλειτουργικότητα πολλαπλών εκπαιδευτικών δικτυακών τόπων. 2.2 Εκπαίδευση από απόσταση Εισαγωγή- Αναδροµή Αποτελεί γενική παραδοχή ότι ο χώρος της εκπαίδευσης χαρακτηρίζεται από σηµαντικές αλλαγές που παρατηρούνται κατά την τελευταία δεκαετία. Σηµαντικό ρόλο διαδραµατίζει στις αλλαγές αυτές και η εκπαίδευση από απόσταση. Αιτίες για τις αλλαγές αυτές που αποτελούν συνέπεια κοινωνικών διαδικασιών µεγάλου εύρους είναι η αλλαγή του πληθυσµού και των δηµογραφικών χαρακτηριστικών των µαθητών., η αλµατώδης αύξηση της γνώσης και της ανάγκης συνεχούς ενηµέρωσης

28 20 και κατάρτισης, ενώ παράλληλα η ανάπτυξη της πληροφορικής και η συνεχώς µεγαλύτερη συµµετοχή της στην εκπαιδευτική διαδικασία, επιτάχυνε καταλυτικά τις εξελίξεις στον τοµέα της εκπαίδευσης από απόσταση. Η εκπαίδευση από απόσταση από την αρχή της γέννησης της στα τέλη του 19 ου αιώνα συνδυάστηκε µε το γεγονός του αποχωρισµού του εκπαιδευόµενου από τον εκπαιδευτή. Η εξέλιξη της εκπαίδευσης από απόσταση χρονολογικά διακρίνεται σε τρεις φάσεις. Η πρώτη φάση χαρακτηρίζεται από τη χρήση του γραπτού λόγου και τη µετάδοση του εκπαιδευτικού υλικού διαµέσου κύρια του ταχυδροµείου. Η δεύτερη φάση χαρακτηρίζεται από την ανάπτυξη της τεχνολογίας στα µέσα µαζικής επικοινωνίας και της χρήσης τους στην εκπαίδευση κυρίως µε τη βοήθεια της τηλεόρασης και του ραδιοφώνου. Η τρίτη φάση χαρακτηρίζεται από την εµφάνιση των υπολογιστών και τη ραγδαία εξέλιξη τους (Chou & Sun 1996). Η τρίτη φάση και η εισαγωγή των νέων τεχνολογιών επιτρέπει την µεταφορά του εκπαιδευτικού υλικού µε αποδοτικότερο τρόπο συγκρινόµενο µε τις προηγούµενες τεχνολογίες µετάδοσης. Ως αποτέλεσµα της τρίτης φάσης είναι η υλοποίηση µαθηµάτων από απόσταση από πανεπιστηµιακά ιδρύµατα, συµβάλλοντας µε αυτό τον τρόπο στη δηµιουργία εικονικών πανεπιστηµίων (virtual campus) Ορισµός της εκπαίδευσης από απόσταση Οι όροι εκπαίδευση από απόσταση (Distance education) και µάθηση από απόσταση (Distance learning), χρησιµοποιούνται εκ περιτροπής για να εκφράσουν την ίδια διαδικασία µάθησης. Στο παρελθόν έχει διεξαχθεί σχετική συζήτηση πάνω στο θέµα της επιλογής κατάλληλων όρων. Ο όρος εκπαίδευση τείνει να προτιµάται στις περισσότερες περιπτώσεις, γιατί υπονοεί µια πιο συστηµατική µέθοδο και την συµβολή εκπαιδευτικών ιδρυµάτων ή οργανισµών ως φορείς εκπαίδευσης. Στα κύρια χαρακτηριστικά της εκπαίδευσης από απόσταση συγκαταλέγεται ο διαχωρισµός του εκπαιδευτή και του εκπαιδευόµενου από άποψη χώρου ή χρόνου (Perraton 1988). Ένα δεύτερο χαρακτηριστικό είναι ότι ο ελέγχος της ροής της εκπαιδευτικής διαδικασίας γίνεται από τον εκπαιδευόµενο περισσότερο από ότι από τον εκπαιδευτή (Jonassen et al.1993). Η επικοινωνία µεταξύ του µαθητή και του δασκάλου είναι µη συνεχόµενη και συντελείται µε τη βοήθεια ενδιαµέσου. Το ενδιάµεσο µπορεί να είναι ο γραπτός λόγος ή κάποια άλλης µορφής τεχνολογία (Keegan 1986), (Garrrison and Shale 1987).

29 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 21 Μία άλλη περιγραφή του όρου εκπαίδευση από απόσταση δίνεται από τους Moore και Kearsley (Moore and Kearsley 1996). Σύµφωνα µε τον ορισµό αυτό, η εκπαίδευση από απόσταση είναι προσχεδιασµένη µάθηση που συνήθως λαµβάνει χώρα σε ένα διαφορετικό µέρος από ότι η παραδοσιακή διδασκαλία. Το αποτέλεσµα της διαδικασίας στηρίζεται σε ειδικές τεχνικές σχεδίασης του µαθήµατος, ειδικές µεθόδους επικοινωνίας µε ηλεκτρονικό ή άλλο µέσο, καθώς επίσης και ειδική οργάνωση και επιτήρηση του συνόλου της εκπαιδευτικής διαδικασίας. Έναν παρόµοιο ορισµό δίνει και ο Willis (Willis 1994). Σύµφωνα µε τον ορισµό αυτό, η εκπαίδευση από απόσταση λαµβάνει χώρα όταν ένας δάσκαλος και οι µαθητές βρίσκονται σε φυσική απόσταση και η τεχνολογία, δηλαδή η φωνή, το βίντεο, η έντυπη πληροφορία και άλλα είδη δεδοµένων, χρησιµοποιούνται να γεφυρώσουν το διδακτικό κενό. 2.3 Θεωρητικό υπόβαθρο της εκπαίδευσης από απόσταση. Η θεωρητική βάση στην οποία βασίζονται τα µοντέλα της εκπαίδευσης επηρεάζει όχι µόνο τον τρόπο που η πληροφορία µεταδίδεται στον µαθητή, αλλά και τον τρόπο µε τον οποίο ο µαθητής κατανοεί και µαθαίνει µε βάση την εκπαιδευτική πληροφορία µε την οποία έρχεται σε επαφή. Υπάρχουν δύο διαφορετικές κυρίαρχες θεωρήσεις που συµβάλλουν σηµαντικά στη σχεδίαση του εκπαιδευτικού υλικού. Η πρώτη είναι η επεξεργασία συµβολικών αναπαραστάσεων και βασίζεται στη θεωρία του συµπεριφορισµού και η δεύτερη αναφέρεται στην εκµάθηση µέσω καταστάσεων (Bredo 1994) και στηρίζεται στη θεωρία του οικοδοµιτισµού. Η εκπαίδευση µέσω της επεξεργασίας συµβολικών αναπαραστάσεων βασίζεται στη θεωρία του συµπεριφορισµού. Ο συµπεριφορισµός (behaviorism) προσεγγίζει την εκπαιδευτική διαδικασία δίνοντας έµφαση στην αναµετάδοση της πληροφορίας και στην τροποποίηση της συµπεριφοράς που παρατηρείται από αυτή. Για το συµπεριφορισµό η µάθηση συνίσταται στην τροποποίηση της συµπεριφοράς του εκπαιδευόµενου. Πρόδροµος αυτής της σχολής υπήρξε ο I. Pavlov και βασικοί εκπρόσωποί της είναι οι J.B. Watson, E.L. Thorndike, και B. F. Skinner (Cooper 1993). Για τους συµπεριφοριστές δεν υπάρχει δυνατότητα πρόσβασης στις νοητικές καταστάσεις των υποκειµένων (τα «πιστεύω» τους, οι προσδοκίες τους, οι προθέσεις τους όπως και τα κίνητρά τους δεν είναι προσβάσιµα) άρα προέχει η περιγραφή της συµπεριφοράς και όχι η εξήγηση της. Οι νοητικές διαδικασίες και κατά συνέπεια η διαδικασία της µάθησης, αποτελεί κατά τον συµπεριφορισµό ένα µαύρο κουτί και

30 22 είναι δυνατή µόνο η περιγραφή της αλληλεπίδρασης µε αυτό και όχι η εξήγηση των εσωτερικών αναπαραστάσεων και λειτουργιών. Η κυρίαρχη άποψη ανάπτυξης συστηµάτων εκπαίδευσης από απόσταση βασίζεται στην επεξεργασία της πληροφορίας µε τη βοήθεια συµβολικής αναπαράστασης, βασιζόµενη περισσότερο στη θεωρία του συµπεριφορισµού. Η προσέγγιση αυτή θεωρεί ότι ο εκπαιδευτής µπορεί να επιτύχει την αναπαράσταση της εκπαιδευτικής πληροφορίας σε ένα αυτόνοµο τµήµα πληροφορίας. Το κοµµάτι της πληροφορίας µεταδίδεται στον µαθητή µε τη βοήθεια του µέσου επικοινωνίας. Ο µαθητής παραλαµβάνει την πληροφορία, την αποκωδικοποιεί, την παρακολουθεί, την κατανοεί και την αποθηκεύει (Seamans 1990). Η επέκταση της θεώρησης αυτής προσθέτει στο µοντέλο της εκπαίδευσης δύο επιπλέον παράγοντες : α) το περιβάλλον του µαθητή (χώρος, τωρινή κατάσταση, άλλη είσοδος) και β) τα γνωσιολογικά χαρακτηριστικά του µαθητή, (µνήµη, συσχέτιση µε άλλη γνώση, συναισθήµατα, δυνατότητα εξαγωγής συµπερασµάτων, περιέργεια, κίνητρο και ενδιαφέρον), και ο συσχετισµός τους µε την εκπαιδευτική αναπαράσταση (Horton 1994). Τα µαθησιακά περιβάλλοντα που είναι σχεδιασµένα µε βάση την θεωρία µάθησης του συµπεριφορισµού ακολουθούν µια γραµµική οργάνωση (ευθύγραµµος σχεδιασµός), όπου η µάθηση προχωρά γραµµικά. Η αλληλουχία της ύλης είναι µε τέτοιο τρόπο σχεδιασµένη ώστε να µπορούν να την ακολουθήσουν όλοι οι µαθητές. Μια εξελιγµένη µέθοδος ανάπτυξης εκπαιδευτικού υλικού ακολουθεί τη χρήση των διακλαδώσεων ή των πολλαπλών επιλογών. O Crowder αναγνωρίζει τέσσερις βασικές λειτουργίες στη δραστηριότητα του εκπαιδευτή: α) παρουσίαση πληροφοριών, β) απαίτηση από το µαθητή να χρησιµοποιήσει αυτή την πληροφορία όταν απαντά σε ανάλογες ερωτήσεις, γ) εκτίµηση της απάντησης του µαθητή και τέλος δ) λήψη αποφάσεων αναφορικά µε την ποιότητα των παρεχόµενων απαντήσεων. Οι τρεις πρώτες λειτουργίες διασφαλίζονται σε κάποιο βαθµό από το εκπαιδευτικό λογισµικό αλλά η αποτίµηση της ποιότητας της απάντησης παίζει ένα πολύ σηµαντικό ρόλο όχι µόνο όσον αφορά στην ενίσχυση της σωστής απάντησης, αλλά κυρίως γιατί επιτρέπει τον καθορισµό της πληροφορίας που θα παρουσιαστεί στη συνέχεια. Η παρουσία µιας ξεκάθαρης σχέσης ανάµεσα στην παρεχόµενη από το µαθητή απάντηση και στο µαθησιακό υλικό ή τη διορθωτική ενίσχυση που θα παρουσιαστεί, εισαγάγει για πρώτη φορά τη δυνατότητα πραγµατοποίησης εξατοµικευµένων ρυθµίσεων κατά τη µάθηση.

31 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 23 Η δεύτερη θεωρητική προσέγγιση της εκπαίδευσης βασίζεται στις αρχές του οικοδοµιτισµού (constructivism) στις οποίες ο κάθε εκπαιδευόµενος ενεργώντας δηµιουργεί µια δική του εσωτερική αναπαράσταση της γνώσης. Αυτό συντελείται µε τη βοήθεια της αλληλεπίδρασης µε το εκπαιδευτικό υλικό. Η αρχή αυτή αποτελεί και τη βάση τόσο για τη µάθηση µέσω καταστάσεων (Streibel 1991), όσο και για τη µάθηση βασισµένη στην αντιµετώπιση προβληµάτων (Savery & Daffy 1995). Η υλοποίηση συστηµάτων µε βάση την παραπάνω αρχή θεωρείται ακόµη ιδιαίτερα δύσκολο εγχείρηµα αν και υπάρχουν σηµαντικές προσπάθειες σε πειραµατικό στάδιο (Kordaki and Potari 1999, Komis et al. 2001, κλπ). Η µορφή της αλληλεπίδρασης του εκπαιδευόµενου µε το σύστηµα που επιτάσσει η θεωρία του οικοδοµιτισµού είναι δύσκολο να υλοποιηθεί κάτω από τις παρούσες τεχνολογικές δυνατότητες στο διαδίκτυο. Το θέµα της αλληλεπίδρασης του εκπαιδευοµένου µε το σύστηµα θα παρουσιαστεί µε µεγαλύτερη λεπτοµέρεια στην ενότητα που συζητά τα προβλήµατα που προκύπτουν από τη χρήση του διαδικτύου στην εξ-αποστάσεως εκπαίδευση. Οι δύο θεωρίες που αναφέρθηκαν παρουσιάζουν σηµαντικές διαφορές. Στην πράξη όµως συχνά οι σχεδιαστές εκπαιδευτικού λογισµικού ξεκινούν αρχικά από εµπειρική γνώση που περιλαµβάνει αντικείµενα, γεγονότα, και πρακτικές. Στη συνέχεια δε, µε εν µέρει υποστήριξη κάποιων στοιχείων θεωρητικού υπόβαθρου, γίνεται η ανάπτυξη µιας παρουσίασης που επιτρέπει τους εκπαιδευόµενους να κατανοήσουν και να δηµιουργήσουν καινούρια γνώση αλληλεπιδρώντας µε το εκπαιδευτικό σύστηµα. Στη συνέχεια θα επικεντρωθούµε σε πιο τεχνικά χαρακτηριστικά συστηµάτων από απόσταση εκπαίδευσης. 2.4 Το διαδίκτυο και η εκπαίδευση από απόσταση Εισαγωγή Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται µεγάλη ανάπτυξη των δικτύων υπολογιστών και δραµατική αλλαγή στην επεξεργαστική ικανότητα των υπολογιστών καθώς επίσης και την αποθηκευτική ικανότητα των µαγνητικών µέσων. Οι αλλαγές αυτές καθιστούν τον υπολογιστή ισχυρό εργαλείο εκπαίδευσης από απόσταση, προσφέροντας νέα µέσα για την παρουσίαση του εκπαιδευτικού υλικού και υποστήριξης της αλληλεπίδρασης του εκπαιδευόµενου µε το εκπαιδευτικό υλικό και αποµακρυσµένους εκπαιδευτές. Η χρήση των υπολογιστών στην εκπαίδευση από

32 24 απόσταση παρουσιάζει ένα σύνολο θετικών χαρακτηριστικών έναντι του παραδοσιακού µοντέλου εκπαίδευσης: Οι υπολογιστές προσφέρουν εκπαίδευση σε µεταβαλλόµενο ρυθµό που να ικανοποιεί τις ανάγκες του εκπαιδευόµενου. Οι υπολογιστές µπορούν να χρησιµοποιηθούν και ως ένα εργαλείο παρουσίασης πολυµέσων. Με τη χρήση γραφικών, δυνατότητες video και άλλων µέσων, οι υπολογιστές µπορούν να ενσωµατώσουν και να συνδέσουν πολλές τεχνολογίες. Οι υπολογιστές είναι αλληλεπιδραστικά συστήµατα. Το εκπαιδευτικό λογισµικό συγκρινόµενο µε τις άλλες µεθόδους εκπαίδευσης είναι εξαιρετικά ευέλικτο και µεγαλώνει το βαθµό ελέγχου του εκπαιδευόµενου. Η πρόσβαση σε υπολογιστές γίνεται όλο και πιο εύκολη. Η ολοένα αυξανόµενη χρήση του διαδικτύου προσφέρει τη δυνατότητα σε όλο και περισσότερους εκπαιδευτές και εκπαιδευόµενους να επικοινωνήσουν µεταξύ τους Ο ρόλος του διαδικτύου στην εκπαίδευση από απόσταση Το διαδίκτυο χρησιµοποιείται σε ολοένα αυξανόµενο βαθµό ως εργαλείο παροχής εξ-αποστάσεως εκπαίδευσης. Τα χαρακτηριστικά υπερµέσου του WWW έχουν ευρεία αποδοχή ενώ η δυνατότητα να χρησιµοποιηθεί ο παγκόσµιος ιστός ως εργαλείο µάθησης, πηγάζει από την ίδια τη δοµή του και την αρχική ιδέα δηµιουργίας του. Το διαδίκτυο για πολλούς θεωρητικούς είναι ήδη ένα περιβάλλον δηµιουργικότητας και ενεργούς µάθησης (Becker & Dwyer 1994), το οποίο υποστηρίζει και ενθαρρύνει την εξερεύνηση και το περιδιάβασµα (browsing), συµπεριφορές που σχετίζονται µε την µάθηση (Thuring et al.1995). Η οργάνωση της πληροφορίας στον παγκόσµιο ιστό µοιάζει µε την ανθρώπινη µνήµη, και οι µέθοδοι ανάκλησης της πληροφορίας αυτής προσοµοιάζουν τις διαδικασίες της ανθρώπινης σκέψης. Βεβαίως θα πρέπει να λάβουµε υπόψη ότι ένα περιβάλλον υπερµέσου, όπως το διαδίκτυο, δεν διδάσκει από µόνο του αλλά αποτελεί ένα µέσο, το οποίο µε την κατάλληλη χρήση µπορεί να υποστηρίξει τη µάθηση (Eklund 1995, Alexander 1995). Τα τελευταία χρόνια έχει παρατηρηθεί µια ανάπτυξη των τεχνολογιών και των µέσων υλοποίησης συστηµάτων από απόσταση εκπαίδευσης. Οι δυνατότητες γρήγορης µετάδοσης εκπαιδευτικού υλικού από απόσταση είχαν ως συνέπεια την εκτεταµένη υλοποίηση προγραµµάτων εκπαίδευσης από απόσταση, συγχρόνως όµως και τη διατύπωση αµφιβολιών για την αποτελεσµατικότητα των νέων µεθόδων (Fitzelle 96).

33 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 25 Η διεθνής βιβλιογραφία απαριθµεί ένα µεγάλο αριθµό ερευνητικών προσπαθειών που χρησιµοποιούν το διαδίκτυο για την υποστήριξη της εκπαίδευσης από απόσταση κάποιες από τις οποίες θα παρουσιαστούν στην επόµενη ενότητα. Ο Stanchev (Stanchev 1993) περιέγραψε πέντε χαρακτηριστικά του διαδικτύου που διευκολύνουν τη διαδικασία της µάθησης έναντι των παραδοσιακών µεθόδων. α) υνατότητα της επικοινωνίας πολλών δασκάλων µε πολλούς µαθητές β) Η εκπαίδευση είναι ανεξάρτητη του χώρου. γ) Η εκπαίδευση είναι ανεξάρτητη χρόνου δ) Η επικοινωνία δασκάλου και εκπαιδευόµενου υποστηρίζεται από ένα πλήθος διαφορετικών τρόπων βασισµένη στην τεχνολογία πολυµέσων ε) Η αλληλεπίδραση δασκάλου-µαθητή µε τη χρήση του υπολογιστή είναι πλούσια σε χαρακτηριστικά. Για το θέµα της µετάδοσης του εκπαιδευτικού υλικού µε τη βοήθεια του διαδικτύου σύµφωνα µε την Gavrilova et al. (1999), θετικά στοιχεία αποτελούν η ύπαρξη κοινής αναπαράστασης του εκπαιδευτικού υλικού (html), η ταχύτητα µετάδοσης του εκπαιδευτικού υλικού ανεξαρτήτως του µέσου αναπαράστασης, και η εύκολη διασύνδεση υπάρχοντος εκπαιδευτικού υλικού και η δηµοσιοποίηση του στο διαδίκτυο Παραδείγµατα εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο. Τα τελευταία χρόνια έχουν παρατηρηθεί αρκετές προσπάθειες για τη δηµιουργία περιβαλλόντων µάθησης στο διαδίκτυο (Kiyama M. et. Al. 1997, Stern M. K., 1997, κλπ). Τα εκπαιδευτικά συστήµατα που βασίζονται στο διαδίκτυο (Web Based Educational Systems WBES), δεν είναι εξ ολοκλήρου νέα γενιά εκπαιδευτικών συστηµάτων. Ιστορικά, το µεγαλύτερο ποσοστό των WBES προέρχεται από δύο προγενέστερα είδη εκπαιδευτικών συστηµάτων, των ευφυών συστηµάτων διδασκαλίας και των προσαρµοζόµενων συστηµάτων υπερµέσων. Σε µεγάλο βαθµό το τεχνολογικό υπόβαθρο των σηµερινών προσπαθειών ευρίσκεται είτε στον ένα, είτε στον άλλο ερευνητικό τοµέα. (Brusilovksy 1999). Ο Berns (Berns, 1996) πρώτος παρουσίασε την ιδέα της διδασκαλίας σε παγκόσµιο επίπεδο (global tutoring) µε τη χρήση της πληροφορικής, όπου µαθητής και δάσκαλος δεν συναντώνται ποτέ παρά µόνο επικοινωνούν µέσω ηλεκτρονικών µέσων. Προς την ίδια κατεύθυνση κινήθηκε και η ερευνητική προσπάθεια της Lemone (1996), η οποία περιγράφει το σύστηµα WebCourser. Το παραγόµενο πληροφοριακό

34 26 σύστηµα έχει τη δυνατότητα δηµιουργίας αυτόµατων µαθηµάτων για το διαδίκτυο βασιζόµενα σε προδιαγεγραµµένα προφίλ χρηστών. Μια εξέλιξη του παραπάνω συστήµατος (WebRecourse), στην αυτόµατη δηµιουργία των µαθηµάτων λαµβάνουν µέρος τόσο οι µαθητές όσο και οι δάσκαλοι παράλληλα. Η δυναµική παραγωγή των µαθηµάτων γίνεται χρησιµοποιώντας ήδη υπάρχον εκπαιδευτικό υλικό που έχει τη µορφή κειµένων Html και γραφικών αρχείων. Γενικά παρατηρείται ότι τα εκπαιδευτικά συστήµατα του διαδικτύου βασίζονται στην έννοια της σελίδας υπερκειµένου και των συνδέσµων της σελίδας αυτής µε άλλες παρόµοιες σελίδες. Τα συστήµατα αυτά συντηρούν ένα µοντέλο µαθητή µεταξύ των διαφορετικών συνεδριών και το χρησιµοποιούν για να παρουσιάσουν εκπαιδευτικό υλικό µε µία προσαρµοζόµενη εκπαιδευτική ακολουθία (Brusilovsky et. al., 1996). Τα περισσότερα από τα συστήµατα χρησιµοποιούν ως αναπαράσταση γνώσης τα εννοιολογικά σηµασιολογικά δίκτυα. Οι έννοιες του γνωστικού αντικειµένου είναι κόµβοι του σηµασιολογικού δικτύου και αντιστοιχούν σε συνδεδεµένες σελίδες διαδικτύου. Η µεταφορά υπάρχοντος εκπαιδευτικού υλικού στο διαδίκτυο αποτελεί µία ακόµη κατεύθυνση της ερευνητικής αυτής περιοχής. Τα προσαρµοζόµενα ηλεκτρονικά βιβλία (Brusilovsky et. al. 1996) µεταφέρουν υπάρχοντα βιβλία σε ηλεκτρονικά µέσα. Το σύστηµα περιλαµβάνει ένα µοντέλο γνωστικού αντικειµένου και ένα µοντέλο µαθητή. Το µοντέλο του γνωστικού αντικειµένου αναπαρίσταται µε ένα δίκτυο κόµβων που συσχετίζεται µε µία έννοια του γνωστικού αντικειµένου. Οι σχέσεις µεταξύ των κόµβων του δικτύου αντικατοπτρίζουν τις σχέσεις µεταξύ των εννοιών του γνωστικού αντικειµένου. Το µοντέλο µαθητή συσχετίζει το σύνολο των εννοιών που ο µαθητής έχει παρακολουθήσει και το βαθµό κατανόησης τους. Οι έννοιες αναπαριστώνται οπτικά προσδιορίζοντας το επίπεδο της αλληλεπίδρασης του µαθητή µε αυτές και την πρόταση για το επόµενο βήµα της διαδικασίας από το σύστηµα. Η Vassileva (1997) περιέγραψε ένα γεννήτορα δυναµικού πλάνου µαθήµατος ανάλογα µε τους στόχους του µαθητή και την προηγούµενη του γνώση. Το µάθηµα προσαρµόζεται δυναµικά ανάλογα µε την επιτυχία παρακολούθησης του από το µαθητή. Το εκπαιδευτικό υλικό βρίσκεται σε σελίδες διαδικτύου. Η διασύνδεση του υλικού γίνεται µε τη βοήθεια ενός γραφικού ενδιαµέσου βοηθώντας τη διαδικασία συγγραφής. Η διαδικασία συγγραφής περιλαµβάνει τη δηµιουργία εννοιών και τη

35 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 27 σύνδεση τους µε σχέσεις σηµασιολογικού εκπαιδευτικού περιεχοµένου. Η δηµιουργία ενός καινούριου πλάνου µαθήµατος ζητείται µετά την επιτυχηµένη παρουσίαση του προηγούµενου πλάνου. Ο Wang (1996) παρουσίασε ένα σύστηµα διδασκαλίας (LearnMedia) µε αρχιτεκτονική τριών επιπέδων. Το πρώτο επίπεδο είναι αυτό του εκπαιδευτικού πράκτορα (agent), το δεύτερο του εξυπηρετητή εκπαιδευτικής γνώσης και το τρίτο της βάσης δεδοµένων γνώσης. Η αρχιτεκτονική δίνει τη δυνατότητα για τη χρήση πολλαπλών εκπαιδευτικών πρακτόρων που µπορούν να συνεργαστούν για την υποστήριξη της εκπαιδευτική διαδικασίας. Η τεχνολογία των πρακτόρων (agents) χρησιµοποιείται και στην περίπτωση της ερευνητικής εργασίας των Schoch et. al., (1998). Ο πράκτορας-προσωπικός δάσκαλος υποστηρίζει το µαθητή κατά τη διάρκεια της παρακολούθησης του γνωστικού αντικειµένου από το µαθητή. Προσαρµόζεται στις ιδιαίτερες προτιµήσεις και στην εκπαιδευτική κατάσταση του µαθητή. Οι Kinshuk και Patel (1997), προτείνουν µία αρχιτεκτονική για την συνεργασία ευφυών εκπαιδευτικών συστηµάτων βασισµένα στο διαδίκτυο. Τα ευφυή συστήµατα διδασκαλίας προσδιορίζονται ως συστήµατα αλληλεπίδρασης µεικτού τύπου, µε την ταυτόχρονη υποστήριξη από ένα µοντέλου σπουδαστή (overlay student model). Η εκπαιδευτική γνώση αναπαρίσταται µε τη βοήθεια ενός δικτύου που αποτελείται από γνωστικές οντότητες. Η σύνδεση των δικτύων αυτών που µπορούν να ανήκουν σε διαφορετικά εκπαιδευτικά περιβάλλοντα, πραγµατοποιείται µε ιεραρχικό τρόπο ακολουθώντας το παράδειγµα δηµιουργίας εφαρµογών πολυµέσων. Το θέµα της µη ύπαρξης ενός συγκεκριµένου πρότυπου για την επικοινωνία µεταξύ εκπαιδευτικών συστηµάτων παρουσιάστηκε στη ερευνητική εργασία των Yum & Crawford (1996). Η προσπάθεια του σχεδιασµού µίας γενικής αρχιτεκτονικής ευφυών συστηµάτων διδασκαλίας µε δυνατότητα συνεργασίας στηρίχθηκε στην τεχνολογία διασύνδεσης βάσης δεδοµένων ODBC. Αν και η τεχνολογία αυτή µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως ένα γενικό πρότυπο για τη µεταφορά δεδοµένων µεταξύ εκπαιδευτικών συστηµάτων, το πρόβληµα παραµένει ανοιχτό για την περιγραφή του εκπαιδευτικού υλικού και της σηµασίας που αυτό έχει. Επιπρόσθετα ένα έµπειρο σύστηµα χρησιµοποιείται για την εξαγωγή συµπερασµάτων από τις ενέργειες του µαθητή δηµιουργώντας κατάλληλες ερωτήσεις και δυναµικά δηµιουργούµενα µηνύµατα για την διόρθωση το µαθητή σε θέµατα παρανοήσεων. Τα συστήµατα διδασκαλίας βασίζονται στην ίδια αρχιτεκτονική και

36 28 αντιπροσωπεύουν ένα ειδικευµένο γνωστικό αντικείµενο (υπολογιστικούς τύπους για µηχανικούς). Η συνεργασία των συστηµάτων βασίζεται στην ελευθερία του συγγραφέα να επαναχρησιµοποιήσει ευφυή εκπαιδευτικά τµήµατα (Intelligent Tutoring Applets) που έχει δηµιουργήσει ο ίδιος ή κάποιος συγγραφέας και να τα εντάξει στο γνωστικό αντικείµενο (Patel & Kinshuk 1996). 2.5 Ταξινόµηση των εκπαιδευτικών συστηµάτων διαδίκτυου Στην προσπάθεια του να ταξινοµήσει τα υπάρχοντα WBES ο Brusilovsky (1999), βασίζεται στον εντοπισµό δοκιµασµένων τεχνικών του παρελθόντος (όπως αυτές παρατηρούνται στα αυτόνοµα ευφυή συστήµατα διδασκαλίας) και στην εφαρµογή τους σε ερευνητικές προσπάθειες κατασκευής ευφυών συστηµάτων διδασκαλίας για το διαδίκτυο. Παράλληλα σηµειώνεται η σηµαντική επίδραση των αυτόνοµων πολυµεσικών εκπαιδευτικών εφαρµογών ως προτύπων για την ανάπτυξη WBES. Η συµβολή του σχεδιασµού των ευφυών συστηµάτων διδασκαλίας που υιοθετείται και στα WBES επικεντρώνεται σε τρεις τοµείς α) υναµική παρουσίαση του εκπαιδευτικού υλικού και χρησιµοποίηση πλάνου µαθήµατος (curriculum sequencing), β) Ανάλυση των λύσεων του εκπαιδευόµενου και γ) Ανάλυση της αλληλεπίδρασης του εκπαιδευοµένου µε το σύστηµα και χρήση των συµπερασµάτων κατά τη διάρκεια επίλυσης προβληµάτων (problem solving support) Η δηµιουργία εκπαιδευτικού πλάνου και η αλληλουχία εκπαιδευτικού υλικού στα συστήµατα εκπαίδευσης από απόσταση Η αλληλουχία εκπαιδευτικού υλικού (που αναφέρεται αλλιώς ως δηµιουργία διδακτικού πλάνου) ως στόχο έχει την προσφορά στον εκπαιδευόµενο της πιο κατάλληλης αλληλουχίας τµηµάτων εκπαιδευτικού υλικού και εκπαιδευτικών λειτουργιών (παραδείγµατα, ασκήσεις, διορθώσεις). Με άλλα λόγια βοηθά τον εκπαιδευόµενο να βρει ένα ιδανικό µονοπάτι µέσα στο σύνολο του διαθέσιµου εκπαιδευτικού υλικού. Το πρώτο αντιπροσωπευτικό παράδειγµα είναι το σύστηµα BIP (Bar et al. 1976). Συνυπάρχουν δύο διαφορετικές αντιµετωπίσεις στο θέµα της δυναµικής δηµιουργίας εκπαιδευτικού πλάνου, η ενεργητική και η παθητική. Η ενεργητική δηµιουργία πλάνου προϋποθέτει την εκπλήρωση ενός εκπαιδευτικού στόχου. Ένας εκπαιδευτικός στόχος συγκροτείται από ένα υποσύνολο εννοιών ή θεµάτων που

37 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 29 πρέπει να γίνουν κατανοητά. Το εκπαιδευτικό σύστηµα αναλαµβάνει τις ανάλογες ενέργειες για την εκπλήρωση κάθε φορά ενός εκπαιδευτικού στόχου. Το αποτέλεσµα είναι η δηµιουργία ενός εξειδικευµένου µονοπατιού για κάθε εκπαιδευόµενο προσαρµοζόµενο στις ανάγκες και στις ιδιαιτερότητες του, µε γνώµονα πάντα την κατανόηση των εκπαιδευτικών εννοιών. Από την άλλη πλευρά η παθητική δυναµική δηµιουργία εκπαιδευτικού πλάνου πηγάζει από την αντιµετώπιση δυσκολιών που αντιµετωπίζει ο εκπαιδευόµενος σε κάποια στιγµή της εκπαιδευτικής διαδικασίας. Για παράδειγµα το γεγονός της δυσκολίας να απαντήσει ο εκπαιδευόµενος σε µία ερώτηση ή να βρει τη σωστή λύση µίας άσκησης, έχει ως συνέπεια τη διαδικασία επίλυσης της παρατηρούµενης παρανόησης. Παρατηρείται µια βασική διαφορά µεταξύ ενεργητικής και παθητικής δηµιουργίας εκπαιδευτικού πλάνου. Η παθητική δυναµική δηµιουργία πλάνου δεν συνδέεται άµεσα µε ένα εκπαιδευτικό στόχο αλλά µε τη διόρθωση παρανοήσεων και παραλείψεων του χρήστη. Η αλληλουχία του εκπαιδευτικού υλικού µπορεί περαιτέρω να ταξινοµηθεί στην υψηλού επιπέδου και στην χαµηλού επιπέδου αλληλουχία. Η υψηλού επιπέδου αλληλουχία εκπαιδευτικού υλικού ή αλληλουχία γνώσης, αναφέρεται στην επιλογή των εκπαιδευτικών στόχων. Η διαδικασία περιλαµβάνει την επιλογή της επόµενης εκπαιδευτικής έννοιας, του συνόλου των εκπαιδευτικών εννοιών που θα διδαχθούν, των θεµάτων ή ακόµη και του µαθήµατος. Η χαµηλού επιπέδου αλληλουχία ή αλλιώς αλληλουχία εκπαιδευτικής λειτουργίας αναφέρεται στην επιλογή της επόµενης εκπαιδευτικής λειτουργίας (πρόβληµα, παράδειγµα, έλεγχος) πάντα µέσα στα πλαίσια ενός συγκεκριµένου εκπαιδευτικού στόχου. Η αλληλουχία εκπαιδευτικού υλικού είναι η πιο δηµοφιλής τεχνολογία στα WBES. Τα προαναφερθέντα είδη αλληλουχίας έχουν υλοποιηθεί µε ιδιαίτερη προτίµηση στην ενεργή δηµιουργία εκπαιδευτικού πλάνου. Μόνο µερικά από τα ΕΣ µπορούν να δηµιουργήσουν παθητική δηµιουργία εκπαιδευτικού πλάνου (Interbook, PAT- Interbook, CALAT, VC Prolog, Tutor, Remedial Multimedia System). Λίγα επίσης είναι και τα εκπαιδευτικά συστήµατα που χρησιµοποιούν τόσο υψηλού όσο και χαµηλού επιπέδου αλληλουχία εκπαιδευτικού υλικού (ELM_ART II, AST, ADI, ART- WEB, ACE, KBS-HyperBook, ILESA). (Brusilovsky 1999). Το θέµα της δυναµικής δηµιουργίας εκπαιδευτικού πλάνου θεωρείται µια από τις πιο παλιές τεχνολογίες που χρησιµοποιήθηκαν στην ανάπτυξη ευφυών συστηµάτων

38 30 διδασκαλίας χωρίς να τύχει ιδιαίτερης προτίµησης στην ανάπτυξης αυτόνοµων ευφυών εκπαιδευτικών συστηµάτων. Η προσέγγιση αυτή άλλαξε µε την άφιξη του διαδικτύου και την προσπάθεια ανάπτυξης εκπαιδευτικών συστηµάτων για αυτό. Στο αχανές περιβάλλον του διαδικτύου ο προσδιορισµός του εκπαιδευτικού υλικού που αντιστοιχεί σε συγκεκριµένο εκπαιδευτικό στόχο σε συνδυασµό µε το πρόβληµα της «απώλειας προσανατολισµού στο υπερδιάστηµα» (lost in hyperspace) (Conklin 1987), (Edwards and Hardman 1989) θέτουν νέα προβλήµατα πλοήγησης στο εκπαιδευτικό υλικό. Η αλληλουχία του εκπαιδευτικού υλικού κρίνεται πολύ σηµαντική για την καθοδήγηση του εκπαιδευοµένου στην πιο κατάλληλη πληροφορία η οποία βρίσκεται ανάµεσα σε ένα τεράστιο σύνολο άλλων πληροφοριών και επανέφερε την τεχνολογία δηµιουργίας εκπαιδευτικού πλάνου στο προσκήνιο. Η αλληλουχία του εκπαιδευτικού υλικού µε τη χρήση εκπαιδευτικού πλάνου αποτελεί µια εξαίρετη τεχνολογία για την υποστήριξη της εκπαίδευσης από απόσταση. Σύµφωνα µε τους Brusilovsky και Vassileva (Brusilovsky and Vassileva 2002), παρατηρούνται τρεις προσεγγίσεις για τη χρήση της αλληλουχίας υλικού στο περιβάλλον της εκπαίδευσης από απόσταση βασιζόµενης στο διαδίκτυο. Η πρώτη προσέγγιση στηρίζεται στην χρήση των εννοιολογικών µοντέλων. Η λογική του είναι απλή. Η αλληλουχία εκπαιδευτικού υλικού πραγµατοποιείται από µία εκπαιδευτική κατάσταση σε µία επόµενη, όπου οι εκπαιδευτικές καταστάσεις είναι ουσιαστικά έννοιες ενός γνωστικού αντικειµένου. Η δεύτερη προσέγγιση της οποίας η δηµοτικότητα ολοένα και αυξάνεται, είναι αυτή της επαναχρησιµοποίησης του εκπαιδευτικού υλικού (Verhoeven et al, 2001). Η ουσιαστική παραδοχή που γίνεται σε αυτή τη προσέγγιση είναι ότι τα µαθήµατα αποτελούνται από επαναχρησιµοποιούµενα εκπαιδευτικά αντικείµενα τα οποία αποθηκεύονται σε βάσεις δεδοµένων. Η επαναχρησιµοποίηση των εκπαιδευτικών αντικειµένων διευκολύνει τη διαδικασία δηµιουργίας νέων γνωστικών αντικειµένων από κοµµάτια του υπάρχοντος διαθέσιµου εκπαιδευτικού υλικού. Η προσαρµογή στο µαθητή µε τη δηµιουργία δυναµικής παραγωγής αλληλουχίας εκπαιδευτικού υλικού, πραγµατοποιείται από τη µετάβαση από το προοηγούµενο στο επόµενο εκπαιδευτικό αντικείµενο. Τέλος, η τρίτη προσέγγιση ξεκινά από την παραδοχή ότι η αλληλουχία του εκπαιδευτικού υλικού πρέπει να αφορά ένα εκπαιδευόµενο πού έχει µια αρχική εκπαιδευτική κατάσταση και το επόµενο βήµα αφορά την επίτευξη ενός

39 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 31 εκπαιδευτικού στόχου (learning goal). Η προσέγγιση αυτή προσαρµόζει το εκπαιδευτικό υλικό στις ανάγκες του µαθητή, όσο είναι δυνατό στο περιβάλλον του συστήµατος εκπαίδευσης, Οι διαφορετικές προσεγγίσεις εισάγουν ένα νέο σύνολο εννοιών που ορίζουν το υλικό των συστηµάτων εκπαίδευσης από απόσταση. Η δοµή του γνωστικού αντικειµένου αναπαριστάται από εννοιολογικούς γράφους ή αλλιώς εννοιολογικά σηµασιολογικά δίκτυα. Τους κόµβους ενός τέτοιου δικτύου αποτελούν οι έννοιες που δεν αποτελούν επί λέξει έννοιες του δεδοµένου γνωστικού αντικειµένου, αλλά αφορούν ένα τµήµα του γνωστικού αντικειµένου. Ο όρος της έννοιας στη σχετική βιβλιογραφία είναι συνυφασµένος µε το θέµα-τµήµα ενός γνωστικού αντικειµένου. Ο πιο απλός τρόπος σύνδεσης µίας τέτοιας δοµής είναι η χρήση µίας µόνο σηµασιολογίας στους συνδέσµους των κόµβων-εννοιών, όπως είναι αυτός της προαπαιτούµενης έννοιας για παράδειγµα. Η πρώτη αναφορά στα εννοιολογικά σηµασιολογικά δίκτυα έγινε από τους Peachy και McCalla (Peachy and McCalla 1986) και µπορεί επίσης να βρεθεί στη σχετική βιβλιογραφία µε τις ονοµασίες του µοντέλου περιεχοµένου (Van Marcke 1992), ή παιδαγωγική δοµή του γνωστικού αντικειµένου (Vassileva 1990) (Mitrovic et al 1996). Κάθε κόµβος του γράφου συσχετίζεται µε ένα σύνολο από µαθησιακά υλικά (Teaching materials) (Brusilovsky and Vassileva 2002), που υλοποιούν διαφορετικούς τρόπους να διδάξουν µία έννοια-θέµα. (πχ παράδειγµα, άσκηση, εισαγωγή στο θέµα). Σκοπός είναι η δηµιουργία ενός εκπαιδευτικού πλάνου µέσω της ιεραρχικής αναπαράστασης µιας εκπαιδευτικής ενέργειας (teaching task) σε µικρότερες, πιο καλά ορισµένες εκπαιδευτικές ενέργειες. Συµπερασµατικά, η δηµιουργία ενός εκπαιδευτικού πλάνου απαιτεί την κατάλληλη αναπαράσταση του εκπαιδευτικού υλικού είτε µε εννοιολογικά σηµασιολογικά δίκτυα και µε ιεράρχηση των εκπαιδευτικών ενεργειών, είτε µέσω µίας πισίνας εκπαιδευτικών αντικειµένων που περιγράφονται από χαρακτηριστικά, είτε µε συνδυασµό των παραπάνω αναπαραστάσεων Η υποστήριξη του εκπαιδευόµενου κατά τη διαδικασία επίλυσης προβληµάτων. Η υποστήριξη του εκπαιδευοµένου κατά τη διαδικασία επίλυσης προβληµάτων µπορεί να γίνει χρησιµοποιώντας τρεις ξεχωριστές προσεγγίσεις: στην ευφυή

40 32 ανάλυση των ενεργειών του εκπαιδευοµένου, στην διαδραστική υποστήριξη του εκπαιδευοµένου κατά τη διάρκεια επίλυσης προβληµάτων και στην υποστήριξη µε βάση σχετιζόµενα παραδείγµατα. Η ευφυής ανάλυση των ενεργειών του χρήστη προσπαθεί µε δεδοµένη την τελική απάντηση του µαθητή να αναλύσει κατάλληλα την απάντηση µε σκοπό την εύρεση τον πρόθεσης του χρήστη. Η ανάλυση στηρίζεται στον εντοπισµό των παρανοήσεων του χρήστη ή της έλλειψης γνώσης που έχει, µε σκοπό την αντιµετώπιση του προβλήµατος. Οι µηχανισµοί ανάλυσης έχουν τη δυνατότητα να αντιµετωπίσουν τα προβλήµατα κατανόησης του µαθητή προσφέροντας του εκπαιδευτικό υλικό ανάδρασης που σχετίζεται µε το συγκεκριµένο πρόβληµα. Παράλληλα πραγµατοποιείται και η ενηµέρωση του µοντέλου του µαθητή. Η ευφυής υποστήριξη του µαθητή κατά τη διάρκεια της διαδικασίας επίλυσης προβληµάτων είναι µια πρόσφατη ερευνητική προσέγγιση. Η διαδικασία δεν ξεκινά µε την τελική απάντηση του µαθητή αλλά είναι ενεργή σε κάθε βήµα της προσπάθειας του, προσφέροντας του συνεχώς βοήθεια. Το επίπεδο της βοήθειας ποικίλλει ανάλογα µε τις ενέργειες του µαθητή Η επίλυση προβληµάτων µε βοήθεια παραδειγµάτων Μια ακόµη νεότερη ερευνητική προσέγγιση αποτελεί η χρήση σχετικών παραδειγµάτων για την υποστήριξη της διαδικασίας επίλυσης προβληµάτων. Η προσέγγιση αυτή ως ανάδραση του συστήµατος δεν αναφέρεται στα λάθη του µαθητή. Αντί αυτού χρησιµοποιείται η παρουσίαση παραδειγµάτων που επιδεικνύουν παρόµοια προσέγγιση στο πρόβληµα που προσπαθεί ο µαθητής να επιλύσει. Με τον τρόπο αυτό γίνεται η καθοδήγηση του µαθητή στον σωστό τρόπο επίλυσης του προβλήµατος. (ELM-ART, ELM-ART II) Προσαρµοζόµενα υπερµέσα Πέρα από την ύπαρξη των ευφυών συστηµάτων διδασκαλίας στον τοµέα της εκπαίδευσης µέσω υπολογιστή, παρατηρείται ιδιαίτερη έµφαση στη χρήση του υπολογιστή ως εργαλείου παρουσίασης εκπαιδευτικού υλικού. Η τεχνολογία των υπερµέσων χρησιµοποιείται ευρύτατα για την ανάπτυξη εκπαιδευτικών εφαρµογών. Μια ανάλογη ερευνητική προσέγγιση παρατηρείται στα WBES. Η τεχνολογία των υπερµέσων συνδυάζεται µε την προσπάθεια προσαρµογής στα χαρακτηριστικά κάθε

41 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 33 εκπαιδευόµενου και την παροχή εξατoµικευµένης µάθησης. Χρησιµοποιώντας διάφορους τύπους µοντέλων χρηστών χρησιµοποιούνται µηχανισµοί που προσαρµόζουν το εκπαιδευτικό υλικό και τους συνδέσµους µεταξύ τµηµάτων αυτού. ύο διαφορετικοί τρόποι προσαρµογής µπορούν να παρατηρηθούν: α) η προσαρµοζόµενη παρουσίαση και β) υποστήριξη προσαρµοζόµενου περιδιαβάσµατος (Adaptive Navigation Support ANS) Προσαρµοζόµενη παρουσίαση Ο στόχος της προσαρµοζόµενης παρουσίασης είναι η προσαρµογή του περιεχοµένου µια σελίδας υπερκειµένου στους στόχους του εκπαιδευοµένου και στις υπόλοιπες πληροφορίες που είναι αποθηκευµένες στο µοντέλο του χρήστη. Σε ένα σύστηµα µε προσαρµοζόµενη παρουσίαση, οι σελίδες δεν είναι στατικές αλλά δηµιουργούνται δυναµικά ή συντίθεται από ξεχωριστά τµήµατα για τον κάθε εκπαιδευόµενο ξεχωριστά. Για παράδειγµα, µε τη χρήση διάφορων τεχνικών προσαρµοζόµενης παρουσίασης οι έµπειροι εκπαιδευόµενοι δέχονται πιο λεπτοµερή και δύσκολή στην κατανόηση γνώση ενώ οι αρχάριοι εκπαιδευόµενοι δέχονται επιπρόσθετη επεξηγητική πληροφορία. Η προσαρµοζόµενη παρουσίαση είναι πολύ σηµαντική για το περιβάλλον του διαδικτύου όπου η ίδια ιστοσελίδα πρέπει να ανταποκρίνεται στις ανάγκες του κάθε εκπαιδευοµένου ξεχωριστά. Παραδείγµατα χρήσης της τεχνικής αυτή σε εκπαιδευτικά συστήµατα είναι στα συστήµατα PT (Kay and Kummerfeld 1997), AHA (De Bra and Calvi 1998), Medtec (Eliot et al. 1997) και WebPersona (Anre et al. 1997) Προσαρµοζόµενο περιδιάβασµα ANS Το προσαρµοζόµενο γνωσιακό περιδιάβασµα προσφέρει βοήθεια στον εκπαιδευόµενο µε την αλλαγή της εµφάνισης των συνδέσµων των ιστοσελίδων. Είναι µια άλλη µορφή αλληλουχίας εκπαιδευτικού υλικού γενικευµένη στο περιβάλλον του διαδικτύου. Ο στόχος είναι κοινός: να βοηθήσει τους εκπαιδευόµενους να βρουν ένα ιδανικό µονοπάτι στον εκπαιδευτικό υλικό. Το προσαρµοζόµενο γνωσιακό περιδιάβασµα όµως προσφέρει επιπλέον χαρακτηριστικά. Μπορεί να καθοδηγήσει τους εκπαιδευόµενους άµεσα και έµµεσα. Στο περιβάλλον του διαδικτύου όπου τα υπερµέσα είναι το κύριο παράδειγµα οργάνωσης γνώσης, το προσαρµοζόµενο γνωσιακό περιδιάβασµα χρησιµοποιείται

42 34 φυσιολογικά και αποδοτικά. Οι τρόποι προσαρµογής των συνδέσµων έχει µελετηθεί και αναλυθεί στο (Brusilovsky 1996). ύο παραδείγµατα αυτόνοµων εκπαιδευτικών συστηµάτων µε δυνατότητα προσαρµοζόµενου γνωσιακού περιδιαβάσµατος είναι τα ISIS-tutor (Brusilovksy and Pesin 1994) µε απόκρυψη και σύνδεση και το HyperAdapter (Hohl et al. 1996) µε απόκρυψη και ταξινόµηση συνδέσµων. Οι τρεις πιο δηµοφιλείς τρόποι είναι η άµεση καθοδήγηση, η προσαρµοζόµενη σύνδεση ιστοσελίδων και η προσαρµοζόµενη απόκρυψη συνδέσµων ιστοσελίδων Η άµεση καθοδήγηση Η άµεση καθοδήγηση προϋποθέτει ότι το εκπαιδευτικό σύστηµα ενηµερώνει το µαθητή σχετικά µε ποιοι από τους συνδέσµους στην ιστοσελίδα θα τον οδηγήσουν στην καλύτερη ιστοσελίδα του εκπαιδευτικού υλικού. Η προτίµηση για µία ιστοσελίδα στηρίζεται στο µοντέλο του χρήστη που περιλαµβάνει το επίπεδο γνώσης του µαθητή για το γνωστικό αντικείµενο σε συνδυασµό µε τον εκπαιδευτικό του στόχο. Συχνά ο προτιµητέος από το σύστηµα σύνδεσµος δηµιουργείται δυναµικά. Η καθοδήγηση γίνεται έµµεσα και άµεσα, επιτρέποντας ή αποτρέποντας το χρήστη να ακολουθήσει συνδέσµους ή απλώς προειδοποιώντας µε τη βοήθεια της διεπιφάνειας µε χρήση χρωµατικού κώδικα. Είναι φανερές οι οµοιότητες της άµεσης καθοδήγησης µε τη δηµιουργία δυναµικού πλάνου που παρατηρείται στα αυτόνοµα εκπαιδευτικά συστήµατα. Στο περιβάλλον του διαδικτύου όµως η δηµιουργία δυναµικού πλάνου είναι ταυτόσηµη µε τη δυναµική αλληλουχία ιστοσελίδων Προσαρµοζόµενη σύνδεση ιστοσελίδων Η προσαρµοζόµενη σύνδεση ιστοσελίδων είναι η πιο δηµοφιλής µορφή προσαρµοζόµενου γνωσιακού περιδιαβάσµατος. Χρησιµοποιήθηκε για πρώτη φορά στο σύστηµα ELM-ART (Brusilovsky et al. 1996) και στα απόγονα συστήµατα αυτού (InterBook, AST,ACE, ART-Web) Προσαρµοζόµενη απόκρυψη ιστοσελίδων Η απόκρυψη συνδέσµων ιστοσελίδων είναι µια εξίσου δηµοφιλής τεχνολογία. ύο διαφορετικές επιλογές υλοποίησης της τεχνικής αυτής είναι: (α) η µετατροπή του συνδέσµου σε µη-λειτουργικό µε συνέπεια να µη συµβαίνει τίποτα αν ο χρήστης τον επιλέξει.

43 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 35 (β) να παρουσιαστεί στο χρήστη ένα σύνολο ιστοσελίδων τις οποίες πρέπει πρώτα να επισκεφτεί για να συνεχίσει µε το συγκεκριµένο σύνδεσµο. Η πρώτη προσέγγιση παρατηρείται στο σύστηµα Remedial Multimedia System, ενώ η δεύτερη στο σύστηµα Albatros (Brusilovsky et al. 1996). 2.6 Σύγκριση των εκπαιδευτικών περιβάλλων διαδικτύου και αυτόνοµων εκπαιδευτικών εφαρµογών Τα εκπαιδευτικά συστήµατα του διαδικτύου σχεδιάστηκαν και αναπτύχθηκαν βασιζόµενα στις προηγούµενες προσπάθειες ανάπτυξης εκπαιδευτικού λογισµικού. Οι επιρροές προέρχονται από τον τοµέα των ευφυών συστηµάτων διδασκαλίας και από τις εκπαιδευτικές εφαρµογές πολυµέσων. Από τις ενότητες που προηγήθηκαν γίνεται φανερό ότι υιοθετήθηκαν στα WBES πολλές τεχνικές που εφαρµόστηκαν στο παρελθόν στα ευφυή συστήµατα διδασκαλίας. Οι τεχνικές αυτές προέρχονται τόσο από τον τοµέα των ευφυών συστηµάτων διδασκαλίας όσο και από τον τοµέα των εκπαιδευτικών συστηµάτων πολυµέσων. Θέµατα όπως η αλληλουχία του εκπαιδευτικού υλικού, η αυτόµατη και δυναµική δηµιουργία εκπαιδευτικού πλάνου, το µοντέλο του χρήστη/µαθητή, η υιοθέτηση εκπαιδευτικής στρατηγικής βασιζόµενη σε εκπαιδευτικούς στόχους, η οργάνωση της εκπαιδευτικής γνώσης σε εννοιολογικά σηµασιολογικά δίκτυα είναι µερικά παραδείγµατα χρήσης παλαιότερων τεχνικών στο περιβάλλον του διαδικτύου Σύγκριση πολυµεσικών εκπαιδευτικών εφαρµογών και WBES Εξίσου σηµαντική είναι και η επιρροή των εκπαιδευτικών εφαρµογών πολυµέσων. Η χρήση των πολυµέσων στη δηµιουργία WBES ήταν µια προφανής λειτουργία µια και το διαδίκτυο ουσιαστικά είναι ένα περιβάλλον υπερµέσων. Η ενσωµάτωση κειµένου, εικόνας, ήχου, κινούµενης εικόνας είναι µία απλή διαδικασία. Η προσπάθεια προσαρµογής υπάρχοντος εκπαιδευτικού υλικού µε τη µορφή πολυµέσων στο περιβάλλον του διαδικτύου είναι µία σχετικά εύκολη διαδικασία. Η φύση του διαδικτύου παρουσιάζει όµως ένα σύνολο νέων χαρακτηριστικών που αλλάζουν τον τρόπο αλληλεπίδρασης του εκπαιδευτικού συστήµατος και του µαθητή. Το γεγονός αυτό αναγκάζει τους συγγραφείς εκπαιδευτικών συστηµάτων να αντιµετωπίσουν ένα σύνολο νέων προβληµάτων που προέρχονται από τις νέες αυτές απαιτήσεις που θέτει το διαδίκτυο. Στις επόµενες ενότητες θα επικεντρωθούµε σε

44 36 τέτοια θέµατα, όπως είναι µοντέλα επικοινωνίας και πρότυπα που επιτρέπουν τη διαλειτουργικότητα. 2.7 Αρχές λειτουργίας του διαδικτύου και η σχεδίαση των WBES Το µοντέλο επικοινωνίας του διαδικτύου Η επικοινωνία στο περιβάλλον του διαδικτύου στηρίζεται στο µοντέλο πελάτηεξυπηρετητή (client-server model) που είναι γνωστό από τον τοµέα των δικτυακών και κατανεµηµένων εφαρµογών. Η λεπτοµερής περιγραφή της αρχής λειτουργίας του παγκόσµιου ιστού δεν είναι αντικείµενο της διατριβής αυτής. Σχηµατικά όµως πρέπει να αναφερθεί ότι η επικοινωνία του πελάτη (φυλλοµετρητή, Browser) µε τον εξυπηρετητή (web server) πραγµατοποιείται µε την πρωτοβουλία του πελάτη µε τη βοήθεια µιας αίτησης ανάκλησης µίας συγκεκριµένης πληροφορίας που βρίσκεται σε µια συγκεκριµένη διεύθυνση του διαδικτύου (Uniform Resource Locator URL), την οποία εξυπηρετεί ο συγκεκριµένος εξυπηρετητής. Ο εξυπηρετητής αντιδρά στην αίτηση του πελάτη και προωθεί τη ζητούµενη πληροφορία. Το πρωτόκολλο επικοινωνίας ονοµάζεται HTTP (HyperText Transfer Protocol). Η πληροφορία περιγράφεται µε τη µορφή της ειδικής γλώσσας HTML (HyperText Markup Language), και έχει τη µορφή υπερκειµένου. Σχήµα 1.Το πρωτόκολλο επικοινωνίας HTTP του διαδικτύου Ο φυλλοµετρητής διαδικτύου έχει τη δυνατότητα να παρουσιάζει πληροφορία που είναι σε µορφή HTML. Ο τρόπος παρουσίασης της πληροφορίας είναι παρόµοιος ανεξάρτητα από το φυλλοµετρητή διαδικτύου που θα χρησιµοποιηθεί. Το πρωτόκολλο HTTP είναι ένα καθολικό πρότυπο και το ίδιο ισχύει για το πρότυπο περιγραφής της πληροφορίας υπερκειµένου HTML. Η εκπαιδευτική εφαρµογή βρίσκεται στον εξυπηρετητή. Η εκπαιδευτική πληροφορία µεταφέρεται στον

45 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 37 φυλλοµετρητή και παρουσιάζεται στον εκπαιδευόµενο µε την πρωτοβουλία του χρήστη και µέσω µία αίτησης σύµφωνα µε το πρωτόκολλο HTTP Συνέπειες στη σχεδίαση των WBES Η ανάπτυξη µιας εκπαιδευτικής εφαρµογής βασιζόµενης στην τεχνολογία διαδικτύου παρουσιάζει ένα σύνολο θετικών χαρακτηριστικών. Ο ενιαίος τρόπος περιγραφής του εκπαιδευτικού υλικού και αλληλεπίδρασης µε αυτό προσφέρεται για την σύνδεση διαφορετικών εκπαιδευτικών πηγών και γενικότερα της συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων. Η αλληλεπίδραση εκπαιδευόµενου και εκπαιδευτικής εφαρµογής στο περιβάλλον του διαδικτύου παρουσιάζει περιορισµούς. Η πρωτοβουλία βρίσκεται στη µεριά του εκπαιδευόµενου και οι διαδικασίες στην εκπαιδευτική εφαρµογή εκτελούνται µόνο µε τη πρωτοβουλία του χρήστη. Με την υπάρχουσα τεχνολογία, τα γεγονότα της διεπιφάνειας του φυλλοµετρητή γίνονται γνωστά µόνο µε την ύπαρξη µίας αίτησης από τον πελάτη προς τον εξυπηρετητή. Αντίθετα στις αυτόνοµες εκπαιδευτικές εφαρµογές τέτοιου είδους περιορισµοί στην ανάλυση των ενεργειών του χρήστη δεν υφίστανται. Επιπλέον το πρωτόκολλο HTTP είναι σχεδιασµένο µόνο για τη µεταφορά πληροφορίας από τον εξυπηρετητή στον πελάτη και όχι για την αµφίδροµη επικοινωνία τους. Η πληροφορία που µεταδίδεται από τον πελάτη προς τον εξυπηρετητή αφορά κύρια αίτηµα για παροχή συγκεκριµένης πληροφορίας. Η προσπάθεια επίλυσης του προβλήµατος αυτού προϋποθέτει την επέκταση του βασικού µοντέλου επικοινωνίας που αναφέρθηκε µεταξύ µαθητή και εκπαιδευτικού συστήµατος. Μία προσέγγιση είναι η µεταφορά λειτουργιών του εκπαιδευτικού συστήµατος στην πλευρά του µαθητή και µια παράλληλη επικοινωνία του τµήµατος λογισµικού µε τον εξυπηρετητή χωρίς την αποκλειστική χρήση του πρωτοκόλλου HTTP. Προς αυτή την κατεύθυνση έχουν γίνει πολλές προσπάθειες που όµως δεν αποτελούν καθολικά αποδεκτές προτάσεις. Μια ευρέως αποδεκτή λύση είναι η ενσωµάτωση µέσα στο υπερκείµενο τµηµάτων λογισµικού γραµµένων σε κάποια γλώσσα προγραµµατισµού, όπως τυπικά στη γλώσσα προγραµµατισµού Java, µε τη δική τους διεπιφάνεια. Η αλληλεπίδραση όµως του λογισµικού αυτού µε το υπόλοιπο της ιστοσελίδας είναι πολύ περιορισµένη και αναφέρεται µόνο στην κλήση µεθόδων του λογισµικού µε αφορµή γεγονότα διεπιφάνειας στην ιστοσελίδα.. Η υιοθέτηση τεχνικών των ευφυών συστηµάτων διδασκαλίας στα εκπαιδευτικά συστήµατα του διαδικτύου προϋποθέτουν τη δυνατότητα δυναµικής παραγωγής

46 38 ιστοσελίδων από τον εξυπηρετητή. Οι διαθέσιµες τεχνολογικές λύσεις που προτείνονται σχετίζονται µε την αρχιτεκτονική και το λειτουργικό σύστηµα του υπολογιστικού συστήµατος στο οποίο βρίσκεται ο εξυπηρετητής. Η τεχνολογία παραγωγής ιστοσελίδων που πραγµατοποιείται στον εξυπηρετητή είναι ανεξάρτητη τόσο του πρωτοκόλλου επικοινωνίας όσο και του περιεχοµένου της µεταφερόµενης ιστοσελίδας. Από την άλλη πλευρά όµως, µπορεί να εξαρτάται άµεσα από ένα σύνολο δεδοµένων που ορίζονται σε πραγµατικό χρόνο. Ένα παράδειγµα είναι το µοντέλο του χρήστη το οποίο λαµβάνεται υπόψη για την επιλογή της ιστοσελίδας που θα παρουσιαστεί στο χρήστη ή για τη δυναµική παραγωγή της. 2.8 Ο σηµασιολογικός ιστός Γενικά για τον σηµασιολογικό ιστό Ο σηµασιολογικός ιστός (semantic web) εννοιολογικά αποτελεί τη λογική εξέλιξη του σηµερινού διαδικτύου, και φιλοδοξεί µελλοντικά να λύσει πολλά από τα σηµαντικά προβλήµατα που υφίσταται το περιβάλλον του διαδικτύου και ταλανίζουν τους χρήστες του, ενώ παράλληλα θέτουν σοβαρούς περιορισµούς στη χρήση του προηγούµενου για µεγάλες εµπορικές εφαρµογές και δραστηριότητες. Εµπνευστής του σηµασιολογικού ιστού είναι και ο εµπνευστής του διαδικτύου, Tim Burners-Lee, πρόεδρος του W3C consortium. Το W3C προωθεί την ιδέα του σηµασιολογικού δικτύου ενώ έχουν συστηθεί επιτροπές και οµάδες εργασίας που θα δηµιουργήσουν τα πρότυπα και τις απαιτούµενες τεχνολογίες. Κύριο µέληµα του σηµασιολογικού ιστού είναι να προσδώσει χαρακτηριστικά ταυτότητας και σηµασιολογικού προσδιορισµού στις πηγές του διαδικτύου. Κατά συνέπεια τα πληροφοριακά συστήµατα θα έχουν τη δυνατότητα να περιγράφουν, κατανοούν, ανταλλάσσουν, και κατά συνέπεια να συνεργάζονται στο περιβάλλον του διαδικτύου σε αντίθεση µε την σηµερινή κατάσταση όπου παρατηρείται µόνο η µετάδοση και µεταφορά υπερµεσικού υλικού. Ο σηµασιολογικός ιστός είναι µία ερευνητική προσπάθεια σε εξέλιξη. Βασικές προδιαγραφές έχουν δοθεί, αλλά ο τρόπος περιγραφής των πηγών, και οι υποστηριζόµενες υπηρεσίες βρίσκονται ακόµη υπό ανάπτυξη. Στη συνέχεια θα ακολουθήσει µια σύντοµη περιγραφή της ερευνητικής αυτής προσπάθειας και πως το σηµασιολογικό δίκτυο συνδέεται µε τον τοµέα της εκπαίδευσης από απόσταση.

47 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο Μειονεκτήµατα και ελλείψεις του σηµερινού διαδικτύου Στόχοι του Σηµασιολογικού Ιστού Το σηµασιολογικό διαδίκτυο φιλοδοξεί να επιτρέψει τόσο στους χρήστες όσο και στα πληροφοριακά συστήµατα να µπορούν να κατανοούν και να επεξεργάζονται λογικά τις ίδιες πληροφορίες και δεδοµένα. Προφανώς αυτή η προοπτική θα ανοίξει νέους συναρπαστικούς ορίζοντες, αφού τα πληροφοριακά συστήµατα θα µπορούν πέρα από το να αντλούν µεγάλες ποσότητες πληροφοριών όπως κάνουν σήµερα, επιπλέον να τις επεξεργάζονται λογικά και εξάγουν λογικά συµπεράσµατα. Τα αποτελέσµατα µιας τέτοιας διεργασίας θα µπορούν να δηµοσιεύονται και αυτά στο διαδίκτυο έτσι ώστε να µπορούν να χρησιµοποιηθούν από τρίτους, αυξάνοντας έτσι τη συνολική γνώση και αξία του σηµασιολογικού ιστού. Προχωρώντας ένα βήµα πιο πέρα, θα δηµιουργηθούν και θα λειτουργούν έξυπνες υπηρεσίες οι οποίες θα µπορούν να εντοπίζουν και να χρησιµοποιούν η µία την άλλη, να συνεργάζονται µεταξύ τους χωρίς να έχουν εξαρχής προετοιµαστεί για αυτό, και όλα αυτά αυτόµατα χωρίς την ανθρώπινη παρέµβαση Επίπεδα του Σηµασιολογικού Ιστού Η αρχιτεκτονική του σηµασιολογικού ιστού η οποία έχει προταθεί, έχει τη µορφή παράλληλων επιπέδων όπου σε κάθε επίπεδο επιλύεται ένα συγκεκριµένο µέρος του σηµασιολογικού προβλήµατος και τα αποτελέσµατα του αποτελούν είσοδο για το παραπάνω ιεραρχικά επίπεδο. Επίπεδο ελέγχου αξιοπιστίας Επίπεδο λογικής Επίπεδο περιγραφών Επίπεδο εδοµένων Εµπιστοσύνη Σχήµα 2. Τα επίπεδα επικοινωνίας του σηµασιολογικού ιστού Επίπεδο δεδοµένων Αφορά τον τρόπο εντοπισµού και τον τρόπο κωδικοποίησης των δεδοµένων. Να σηµειωθεί ότι ήδη στο διαδίκτυο υπάρχει επίπεδο δεδοµένων, το οποίο όµως θα επεκταθεί και θα διευρυνθεί.

48 40 Η διαδικασία του εντοπισµού αφορά την αυτοµατοποιηµένη υπόδειξη της οντότητας που περιέχει τα δεδοµένα (πχ html σελίδα, απλό κείµενο, βάση δεδοµένων ή άλλη οντότητα) και θα γίνεται µε χρήση των URI (Uniform Resource Identifiers). Στο σηµερινό διαδίκτυο χρησιµοποιείται ένα υποσύνολο των URIs που καλείται Uniform Resource Locator (URL). Η κωδικοποίηση όσον αφορά τους χαρακτήρες θα γίνεται σύµφωνα µε το διεθνές πρότυπο Unicode. Όσο αφορά τη µορφή (format) και το συντακτικό (syntax) µε το οποίο θα αποτυπώνονται τα δεδοµένα, χρησιµοποιούνται η γλώσσα XML, το XML Schema και τα XML namespaces. Επίπεδο περιγραφών Σε αυτό το επίπεδο ξεκινά η ουσιαστική διαφοροποίηση του σηµασιολογικού ιστού από το WWW. Στο επίπεδο αυτό περιλαµβάνονται µαζί µε τα δεδοµένα και πληροφορίες που τα περιγράφουν. Συγκεκριµένα περιγράφουν τις ιδιότητες τους και τις σχέσεις τους. Οι πληροφορίες αυτές καλούνται µεταδεδοµένα (metadata). Προφανώς απαιτείται η ύπαρξη τεχνολογιών µε τις οποίες θα γίνονται οι περιγραφές αυτές. Η πιο ευρέως χρησιµοποιούµενη τεχνολογία που προωθείται και από το W3C, είναι το Resource Definition Framework (RDF), το οποίο θα περιγραφεί σε επόµενη ενότητα. Επίπεδο λογικής Στο επίπεδο αυτό ορίζονται κανόνες οι οποίοι θα επιτρέψουν τη λογική επεξεργασία των δηλώσεων του προηγούµενου επιπέδου, προκειµένου να λύσουν λογικά προβλήµατα, όπως για παράδειγµα το θέµα της ισοδυναµίας σε µία ορολογία (δύο ονοµασίες για την ίδια έννοια όπως zip code και postal code). Οι τεχνολογίες που έχουν προταθεί για το επίπεδο αυτό είναι οι RDF Schema, DAML, OIL και άλλες. Το RDF schema είναι η τεχνολογία που προωθείται από το W3C. Επιπλέον µπορούν να οριστούν ολοκληρωµένες οντολογίες οι οποίες θα επιτρέψουν τον πληρέστερο εννοιολογικό προσδιορισµό των δεδοµένων. Τεχνολογίες και γλώσσες που έχουν προταθεί είναι η DAML+OIL, η Webontologies και άλλες. Τέλος να σηµειωθεί ότι σε αυτό το επίπεδο γίνεται η λογική επεξεργασία των δεδοµένων. Θα πρέπει λοιπόν µελλοντικά να κατασκευαστούν γλώσσες, αλγόριθµοι και µηχανές λογισµού (Inference engines), εργαλεία µε τα οποία θα γίνεται εφικτή η

49 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 41 διατύπωση µιας λογικής ερώτησης, η επεξεργασία αυτής και τέλος η παρουσίαση του αποτελέσµατος. Επίπεδο ελέγχου αξιοπιστίας Σε αυτό το επίπεδο γίνεται έλεγχος της αξιοπιστίας, της ορθότητας και σχετικότητας των αποτελεσµάτων της λογικής επεξεργασίας του προηγούµενου επιπέδου. Για να συµβεί αυτό, απαιτείται η ύπαρξη κατάλληλων αποδείξεων οι οποίες δεν είναι τίποτα περισσότερο από το σύνολο των κανόνων ορισµού που χρησιµοποιήθηκαν κατά την επεξεργασία. Προφανώς θα πρέπει να αναφέρεται και ο τρόπος χρήσης τους, όπως επίσης και οι λόγοι για τους οποίους επιλέχθηκαν να χρησιµοποιηθούν. Τέλος χρειάζονται και οι κατάλληλες γλώσσες οι οποίες θα επιτρέψουν την εξέταση και έλεγχο των αποδείξεων αυτών από τους τελικούς χρήστες. Προς το παρόν δεν υπάρχει κάποια διαδεδοµένη γλώσσα έκφρασης και αποτύπωσης των αποδείξεων αυτών. Επίσης ούτε γλώσσες ελέγχου των αποδείξεων έχουν προταθεί. Εµπιστοσύνη Σε αυτό το επίπεδο εξετάζεται το κατά πόσο κάποιος κανόνας λογικής προέρχεται από κάποια πηγή την οποία εµπιστευόµαστε ή δεν εµπιστευόµαστε. Έτσι είναι δυνατόν να αποφασιστεί το αν θα χρησιµοποιηθεί ή όχι. Αυτή η διεργασία στην πραγµατικότητα λαµβάνει χώρα σε όλα τα προηγούµενα επίπεδα (πλην το επίπεδο δεδοµένων) Dig. Signatures Proof Ontology-Daml RDF Schema RDF XML, XML Schema Unicode URIs Σχήµα 3. Τεχνολογίες Σηµασιολογικού δικτύου

50 42 Η τεχνολογία που πρόκειται να χρησιµοποιηθεί είναι οι ψηφιακές υπογραφές (digital signatures), που στηρίζονται σε µεθόδους κρυπτογραφίας δηµόσιου κλειδιού. Συνοπτικά οι κυριότερες τεχνολογίες που αναπτύσσονται για το SW φαίνονται στο σχήµα Λειτουργία του Σηµασιολογικού Ιστού- Τυπική περιγραφή της λειτουργίας του Σηµασιολογικού Ιστού Λαµβάνεται η εξέταση της περίπτωσης της εύρεσης κατάλληλου υλικού από µία πηγή του σηµασιολογικού δικτύου. Τα βήµατα της ενέργειας που ακολουθούνται είναι τα παρακάτω. Υποβολή ερώτησης µε τα κατάλληλα δεδοµένα περιγραφής του υλικού που αναζητείται τα οποία αποτελούν την µεταπεριγραφή του επιθυµητού υλικού. Εντοπισµός και ανάκτηση δεδοµένων και της µεταπεριγραφής τους από την αποµακρυσµένη πηγή. Εντοπισµός και ανάκτηση των κανόνων λογισµού που χρειάζονται ή της Λογική ερώτηση Semantic Web Επεξεργασία λογικής Αναζήτηση δεδοµένων στο WWW Λογική επεξεργασία εδοµένα RDF Οντολογία Ψηφιακές Υπογραφές Λογικά αποτελέσµατα Αποδείξεις κατάλληλης οντολογίας που θα ταιριάζει. Σχήµα 4. Αναζήτηση πληροφορίας µε τη χρήση της τεχνολογίας του σηµασιολογικού δικτύου Εξέταση του βαθµού εµπιστοσύνης των κανόνων λογισµού µε ψηφιακές υπογραφές που συνοδεύουν το υλικό που ανακτήθηκε Λογική επεξεργασία των δεδοµένων

51 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 43 Παραγωγή αποδείξεων αξιοπιστίας και καταγραφή τους µε χρήση κατάλληλων γλωσσών. Έλεγχος των αποδείξεων µε χρήση κατάλληλων γλωσσών επαλήθευσης. Γίνεται φανερό ότι τόσο η έλλειψη καθολικά αποδεκτών τεχνολογιών όσο και η µη ύπαρξη τους (αναφορικά µε το επίπεδο εµπιστοσύνης και ελέγχου αξιοπιστίας) καθιστά το παραπάνω σενάριο ακόµη ανενεργό και µη εφαρµόσιµο. Συµπερασµατικά όµως θα µπορούσε να λεχθεί ότι το περιβάλλον του σηµασιολογικού δικτύου θα µπορούσε να αποτελέσει µελλοντικά ένα ιδανικό περιβάλλον για την ανταλλαγή δεδοµένων. Η εκπαίδευση από απόσταση θα µπορούσε να ωφεληθεί τα µέγιστα από την αποδοχή και την εκµετάλλευση της τεχνολογίας του σηµασιολογικού δικτύου. Αναφορικά µε την παρούσα κατάσταση, καθολικά αποδεκτές τεχνολογίες όπως η περιγραφή δεδοµένων µέσω της γλώσσας XML, όπως και η µεταπεριγραφή των πηγών του διαδικτύου µε τη χρήση της RDF, µπορούν να αποτελέσουν χρήσιµα εργαλεία για την ανάπτυξη πρωτότυπων αρχιτεκτονικών συνεργασίας εκπαιδευτικών πηγών στο υπάρχον περιβάλλον του διαδικτύου Τεχνολογίες του Σηµασιολογικού Ιστού. XML-XML Schema H XML είναι µια γνωστή στο ευρύ κοινό πια πρόταση του W3 consortium (W3C, 2003) για µία γλώσσα περιγραφής η οποία θα βοηθήσει στον ορισµό επισηµάνσεων (markup, annotations) για δηµοσίευση περιεχοµένου και πληροφορίας, τόσο στο διαδίκτυο όσο και σε άλλες περιοχές ενδιαφέροντος. Ο σκοπός της XML είναι να προσφέρει περισσότερες και διαφορετικές δυνατότητες σε σχέση µε την HTML., όπως επεκτάσεις των στοιχείων του κειµένου και των χαρακτηριστικών τους, υποστήριξη για την αναπαράσταση κειµένων µε πολύπλοκη δοµή και την επικύρωση της δοµής του κειµένου µε βάση µια γραµµατική της δοµής του κειµένου (Document Type Definition DTD). Το DTD περιγράφει ποια στοιχεία αναµένονται, τη σειρά εµφάνισης τους, και πως τα στοιχεία αυτά ενσωµατώνονται σε ένα XML κείµενο. Μία εναλλακτική λύση για τη επικύρωση του XML κειµένου είναι τα λεγόµενα σχήµατα (XML schema). (W3C 2003). Τα XML schema εκφράζουν κοινά λεξικά εννοιών, και επιτρέπουν στις µηχανές να εκτελέσουν κανόνες που έχουν οριστεί από

52 44 τους ανθρώπους. Προσφέρουν ένα µέσο για τον ορισµό της δοµής, του περιεχοµένου και των σηµασιολογικών εννοιών των κειµένων XML. Η XML, από τη στιγµή της εµφάνισης της, σε σύντοµο χρονικό διάστηµα έχει µετεξελιχθεί σε ένα σύνολο από κοινά αποδεκτά πρότυπα ενσωµατώνοντας τεχνολογίες κλειδιά από τρεις διαφορετικούς τοµείς: Από τα έγγραφα-κείµενα, τις βάσεις δεδοµένων και το διαδίκτυο. Παρακάτω ακολουθούν µερικά παραδείγµατα εφαρµογών µε την χρήση της: XHTML (Extended Hypertext Markup Language). Αποτελεί την HTML µε τους όρους της XML. MathML. Mathematics Markup Language. SMIL (Synchronized Multimedia Integration Language). RDF ( Resourse Definition Framework) XUL (Extensible User-Interface Language) WML (Wireless Markup Language) Τα πλεονεκτήµατα που προσφέρει η XML είναι: Προσδίνεται και διατηρείται η σηµασιολογία και η δοµή των δεδοµένων που ανταλλάσσονται µεταξύ των εφαρµογών διαδικτύου. Τα δεδοµένα µπορούν να δοµηθούν σε µία αντικειµενοστραφή βάση δεδοµένων. Αποτελεί ιδανικό τρόπο ενσωµάτωσης δεδοµένων από πολλές και διαφορετικές πηγές. Ένα σενάριο διαλειτουργικότητας στο περιβάλλον του διαδικτύου µπορεί να παρατηρηθεί και µε την εφαρµογή της τεχνολογίας XML µόνο και όχι κατά ανάγκη µε τη χρήση του συνόλου του σηµασιολογικού ιστού και των τεχνολογιών του. Μπορεί να περιγραφεί ως εξής: Ο συγγραφέας χρησιµοποιώντας µια ειδική εφαρµογή δηµιουργεί δεδοµένα εκπαιδευτικού περιεχοµένου τα οποία µπορούν να µετατραπούν σε XML έγγραφα και να αποθηκευτούν.

53 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 45 Ένας Web Server µπορεί να πάρει τα έγγραφα αυτά και να τα µεταφέρει µέσω του διαδικτύου στους µαθητές. Εκεί ένας φυλλοµετρητής µπορεί να τα µετατρέψει σε ένα άλλο πρότυπο όπως το XHTML και να τα διαβάσει. Ειδικές γλώσσες για την εύρεση υλικού το οποίο είναι αποθηκευµένο σε XML µπορούν να χρησιµοποιηθούν. (XPath, XQL, Xquery, XML-QL) Σύντοµη παρουσίαση του RDF µοντέλου Το Resource Definition Framework προτάθηκε από το World Wide Web Consortium (W3C ) για την µοντελοποίηση των µεταδεδοµένων των πηγών στο διαδίκτυο. Περιγράφεται στις παρακάτω αναφορές. (Lassila and Swick 1999, Brickley and Guha 1999). Η πρώτη αναφέρεται στο συντακτικό του RDF, ενώ η δεύτερη ασχολείται µε τον ορισµό των λεξικών (αλλιώς γνωστά µε την ονοµασία σχήµατα ή µε τον αγγλικό όρο Schema). Το RDF ορίζει πηγές που βρίσκονται στο διαδίκτυο και αναπαριστώνται µε URI Uniform Resource Identifiers. Τα URI είναι η πρόταση του W3 Consortium για την αντικατάσταση των URL. Τα URI θα αναφέρονται σε κείµενα, πηγές, ανθρώπινες πηγές και έµµεσα σε οτιδήποτε µπορεί να διευθυνσιοδοτηθεί. Το διαδίκτυο µε αυτό τον τρόπο θα µπορεί να οριστεί ως ένας παγκόσµιος χώρος προσιτός από κάθε είδους τεχνολογία και µέσο. Τα πρότυπα κειµένου και πρωτοκόλλων µπορεί µελλοντικά να αλλάξουν, η διευθυνσιοδότηση τους όµως θα παραµείνει η ίδια στηριζόµενη στα URI. Η πηγή (resource) είναι ότι µπορεί να διευθυνσιοδοτηθεί µε ένα URI. Περιλαµβάνονται οι σελίδες διαδικτύου, καθώς επίσης και συγκεκριµένα στοιχεία ενός XML κειµένου. Η ιδιότητα (property) είναι επίσης µία πηγή που έχει ένα όνοµα και µπορεί να χρησιµοποιηθεί σαν µία ιδιότητα, όπως για παράδειγµα Συγγραφέας ή Τίτλος. Σε πολλές περιπτώσεις είναι µόνο µία ονοµασία. Η γενικότητα της ιδιότητας να αποτελεί και η ίδια πηγή, ορίστηκε για να µπορεί µια ιδιότητα µέσω µιας πηγής να περιέχει ένα σύνολο δικών της ιδιοτήτων. Μία δήλωση (statement) περιέχει το συνδυασµό µίας πηγής, µίας ιδιότητας και µίας τιµής. Τα µέρη της δήλωσης είναι επίσης γνωστά µε τις ονοµασίες υποκείµενο, κατηγόρηµα, αντικείµενο. Ένα παράδειγµα µίας δήλωσης είναι ότι ο συγγραφέας του είναι ο John Doe. Η τιµή µπορεί να είναι ένα αλφαριθµητικό

54 46 για παράδειγµα John Doe, όπως στο προηγούµενο παράδειγµα, ή µπορεί να είναι και αυτό µια πηγή στο διαδίκτυο. Η δήλωση RDF µπορεί να εκφραστεί µε τη βοήθεια της XML όπως το παρακάτω παράδειγµα. <rdf:description about=' > <Author>John Doe</Author> <Home-Page rdf:resource=' > </rdf:description> Σχήµα 5. Παράδειγµα δήλωσης RDF Η RDF έχει προσεκτικά σχεδιαστεί για να έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: Ανεξαρτησία. Οποιοσδήποτε συγγραφέας RDF δηλώσεων, έχει την ελευθερία να ονοµάσει τα αντικείµενα και τις τιµές του όπως αυτός θέλει. υνατότητα ανταλλαγής. Οι δηλώσεις RDF µπορούν να εκφραστούν µε το γνωστό πρότυπο XML, και να ανταλλαγούν µέσω του διαδικτύου. Ευκολία κλιµάκωσης. Οι δηλώσεις RDF έχουν την απλή µορφή εγγραφών τριών πεδίων, γεγονός που τις καθιστά εύκολο να επεξεργαστούν ακόµα και σε µεγάλο αριθµό. 2.9 Η συνεργασία των εκπαιδευτικών πηγών στο διαδίκτυο Η συνεργασία πηγών γενικής µορφής στο διαδίκτυο Μια νέα δυνατότητα που παρέχεται από την εκπαίδευση µέσω διαδικτύου είναι ο συνδυασµός και διασύνδεση πολλαπλών ετερογενών εκπαιδευτικών πηγών για την υποστήριξη του εκπαιδευοµένου. Τούτο καθίσταται πιο χρήσιµο καθώς ο διαθέσιµος αριθµός των εκπαιδευτικών πηγών του διαδικτύου και ο πλούτος της εκπαιδευτικής πληροφορίας που υπάρχει στο διαδίκτυο αυξάνει. Η συνεργασία και διαλειτουργικότητα υλικού γίνεται πιο σύνθετη απαίτηση ειδικά για τις εκπαιδευτικές εφαρµογές που έχουν αναπτυχθεί στο διαδίκτυο, όπως αυτές που αναλύθηκαν στις προηγούµενες ενότητες του κεφαλαίου αυτού. Στην συνεργασία των εκπαιδευτικών πηγών του διαδικτύου συνηγορεί ο ανοιχτός χαρακτήρας του. Τεχνολογικά η απαίτηση αυτή υποστηρίζεται από το µέσο αφού ο χρήστης του διαδικτύου έχει την ελευθερία να συνδεθεί µε οποιονδήποτε διακοµιστή Η αναζήτηση της πληροφορίας δεν υπαγορεύεται από κανόνες. Ο χρήστης επιλέγει τη διεύθυνση της ιστοσελίδας στην οποία επιθυµεί να συνδεθεί. Όµως το ζητούµενο που

55 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 47 αποτελεί και µια από τις κύριες κατευθύνσεις έρευνας που περιγράφεται στη διατριβή αυτή, είναι να υποστηριχτεί αυτή η διαδικασία και να αναπτυχθεί ένα τεχνολογικό υπόβαθρο που επιτρέπει την συστηµατική συνεργασία των ετερογενών αυτών πηγών. Οι ειδικότερες απαιτήσεις συνεργασίας εκπαιδευτικών πηγών στο διαδίκτυο προκύπτουν τόσο από τα γενικά χαρακτηριστικά του διαδικτύου όσο και από τα ειδικότερα χαρακτηριστικά της από-απόσταση εκπαίδευσης. Το γεγονός της ύπαρξης ενός τεράστιου αριθµού ιστοσελίδων και εφαρµογών στο διαδίκτυο µε εκπαιδευτικό περιεχόµενο δεν αντιµετωπίζει απαραίτητα το πρόβληµα της συνεργασίας τους. Σήµερα δεν υπάρχει ένας διαδεδοµένος τρόπος εύρεσης σχετικών ιστοσελίδων µε κοινό θέµα. εν υπάρχει ένας οργανωµένος τρόπος για τη σύνδεση των σχετικών εκπαιδευτικών πηγών. Ο συνήθης τρόπος αναζήτησης συγκεκριµένης πληροφορίας που βρίσκεται σε µία ιστοσελίδα συνήθως επαφίεται αποκλειστικά στην εµπειρία του χρήστη, ο οποίος επικουρείται από µηχανές αναζήτησης και κόµβους µεταπληροφορίας γενικού σκοπού. Οι µηχανές αναζήτησης όµως δεν έχουν ειδικό χαρακτήρα. εν αφορούν ένα συγκεκριµένο γνωστικό αντικείµενο και η αναζήτηση γίνεται κύρια µε βάση λέξεις κλειδιά οι οποίες εµφανίζονται στο σώµα κειµένου µιας ιστοσελίδας, στερούνται δε τεχνικών σηµασιολογικού προσδιορισµού των προς αναζήτηση όρων. Η πρακτική χρήση µηχανών αναζήτησης αποδεικνύει ότι δεν επιφέρει πάντα τα επιθυµητά αποτελέσµατα. Η αποδοτική χρήση τους βασίζεται κύρια στην εµπειρία του χρήστη για την επιλογή των λέξεων κλειδιών. Μέχρι σήµερα ένας συνήθης τρόπος στατικής διασύνδεσης υλικού (που υπαγορεύεται από την υπερκειµενική µορφή που έχει το διαδίκτυο), στηρίζεται στην ιδέα της σύνδεσης διαφορετικών ιστοσελίδων µεταξύ τους. Ένας υπερσύνδεσµος τοποθετείται σε µία ιστοσελίδα που παραπέµπει σε ένα άλλο σηµείο είτε της ίδιας ιστοσελίδας είτε µίας άλλης ιστοσελίδας η οποία µπορεί να ανήκει σε µια άλλη πηγή εκπαιδευτικού υλικού σε ένα διαφορετικό διακοµιστή και τοποθεσία. Ο τρόπος αυτός σύνδεσης είναι αποκλειστικό θέµα του συγγραφέα της εκπαιδευτικής πηγής. Για την ορθότητα των συνδέσµων ιστοσελίδων, την αποκλειστική ευθύνη έχει ο συγγραφέας της που πρέπει να γνωρίζει τα περιεχόµενα των συνδεόµενων ιστοσελίδων. εν είναι δυνατόν όµως ένας συγγραφές υλικού που προορίζεται για το διαδίκτυο να έχει την πλήρη γνώση της διαθέσιµης πληροφορίας που υπάρχει. Η αδυναµία αυτή οφείλεται στον τεράστιο αριθµό των διαθέσιµων ιστοσελίδων, στον ανοιχτό χαρακτήρα του διαδικτύου, στη διαθεσιµότητα ή όχι σχετικών ιστοσελίδων µία δεδοµένη χρονική στιγµή, και στην ευκολία αλλαγής του περιεχοµένου µια ιστοσελίδας.

56 48 Το πρόβληµα της ποιότητας του περιεχοµένου του διαδικτύου είναι κρίσιµο και επηρεάζει την ανάπτυξη και χρήση του ίδιου του µέσου (Avouris, 1999). Στην εκπαίδευση η ποιότητα είναι συνυφασµένη µε την ακρίβεια και πιστότητα στη δοµή και το νόηµα του περιεχοµένου, αλλά και την ποιότητα των παρεχοµένων υπηρεσιών. Για το εκπαιδευτικό υλικό, η ποιότητα του περιεχοµένου άπτεται και της σηµασιολογίας του περιεχοµένου (semantic quality) και της µορφής παρουσίασης (syntactic quality). Ο ποιοτικός έλεγχος των διαστάσεων αυτών σε κάθε εκπαιδευτικό σύστηµα είναι δύσκολος και δεν είναι δυνατόν να γίνει µε αυτόµατο τρόπο, ενώ η προσπάθεια ποιοτικού ελέγχου της διαδικασίας παραγωγής πρωτογενούς υλικού είναι εξαιρετικά δύσκολο να επιβληθεί λόγω της φύσης του ιδίου του διαδικτύου, το οποίο είναι ένα ανοικτό περιβάλλον χωρίς κεντρικούς ρυθµιστικούς µηχανισµούς ελέγχου. Ο παγκόσµιος ιστός µε βάση την αρχική του οργάνωση και ανάπτυξη δεν περιέλαβε µηχανισµούς ποιοτικού ελέγχου του περιεχοµένου του. Το διαδίκτυο είναι µια ετερογενής, ως προς το περιεχόµενο και µορφή, συλλογή διασυνδεδεµένων πληροφοριών και υπηρεσιών οι οποίες µπορεί να εισαχθούν και να τροποποιηθούν µε εύκολο τρόπο από τους ιδιοκτήτες τους. Ο παγκόσµιος ιστός περιέχει µεγάλο όγκο υλικού σήµερα, οπότε ο ποιοτικός έλεγχος του περιεχοµένου καθίσταται απαραίτητος για την αποτελεσµατική χρήση του, αφού οι χρήστες χρειάζονται τρόπους να επικεντρώνονται γρήγορα και αποτελεσµατικά σε υψηλής ποιότητας πληροφορίες. Συνεπώς απαιτούνται µηχανισµοί που επιτρέπουν την αξιολόγηση της ποιότητας του περιεχοµένου του και παρέχουν εύκολη πρόσβαση στους χρήστες σε περιεχόµενο αυτής της µορφής σχετικό µε τις απαιτήσεις τους. Αυτή η ανάγκη γίνεται ακόµη πιο επιτακτική στην περίπτωση της εκπαίδευσης Η συνεργασία εκπαιδευτικών πηγών στο διαδίκτυο Η εκπαίδευση συνεπάγεται επιπλέον δυσκολίες για την επίτευξη συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων ή γενικότερα εκπαιδευτικών πηγών. Η εκπαιδευτική διαδικασία παρουσιάζει ιδιαιτερότητες που οφείλονται αφενός στην ειδική φύση της, αφετέρου δε στην σχεδίαση και την υλοποίηση των υπαρχόντων εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο και των χαρακτηριστικών τους, όπως αναφέρθηκαν στις προηγούµενες ενότητες. Ο ακριβής προσδιορισµός της µορφής που θα έχει η συνεργασία των εκπαιδευτικών πηγών του διαδικτύου είναι το πρώτο θέµα που πρέπει να

57 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 49 αντιµετωπιστεί. Μία εκπαιδευτική πηγή αναφέρεται µόνο στο περιεχόµενο της πληροφορίας. Αντίθετα µία εκπαιδευτική εφαρµογή του διαδικτύου δεν στηρίζεται µόνο στην οργάνωση της πληροφορίας, αλλά περιέχει επιπλέον πληροφορίες τόσο για το µοντέλο του χρήστη, όσο και µηχανισµούς ανάλυσης της συµπεριφοράς του µε γνώµονα την προσαρµογή στις ιδιαιτερότητες του εκπαιδευοµένου. Το χαρακτηριστικό της προσαρµογής είναι ιδιαίτερα σηµαντικό για την εκπαίδευση εξ αποστάσεως. Οι εφαρµογές του διαδικτύου µπορούν να χρησιµοποιηθούν από ένα πολύ µεγαλύτερο αριθµό χρηστών σε σχέση µε τις αυτόνοµες εκπαιδευτικές εφαρµογές. Κατά συνέπεια µία εφαρµογή διαδικτύου που είναι σχεδιασµένη για µία συγκεκριµένη οµάδα χρηστών, µπορεί να µην είναι κατάλληλη για άλλους χρήστες µε διαφορετικά χαρακτηριστικά και διαφορετικό εκπαιδευτικό υπόβαθρο. Ένας δεύτερος λόγος είναι ότι σε πολλές περιπτώσεις ένας χρήστης αντιµετωπίζει ως ατοµικά ένα µάθηµα από απόσταση, αφού η υποστήριξη κοινωνικών και συνεργατικών οµάδων µάθησης στο διαδίκτυο είναι ιδιαίτερα δυσχερής και αποτελεί για την ώρα αντικείµενο έρευνας. Η βοήθεια που θα υπήρχε στο περιβάλλον µίας τάξης από το δάσκαλο ή από τους συµµαθητές είναι εδώ ιδιαίτερα περιορισµένη. Είναι εποµένως πιο αποδοτικό η εκπαιδευτική εφαρµογή να έχει τη δυνατότητα να προσαρµόζεται όσο το δυνατό περισσότερο στις ιδιαίτερες απαιτήσεις του χρήστη. Η αντιµετώπιση του θέµατος της προσαρµογής είναι ότι αφορά µόνο στα εκπαιδευτικά συστήµατα και όχι γενικότερα στις εκπαιδευτικές πηγές. Επιπλέον ο τρόπος σχεδίασης ενός συγκεκριµένου εκπαιδευτικού συστήµατος έχει άµεσο αντίκτυπο και στον τρόπο που η προσαρµογή αυτή παρατηρείται στην πράξη. εν υπάρχει ένας ενιαίος τρόπος αντιµετώπισης του φαινοµένου της προσαρµοστικότητας και κατά συνέπεια είναι εξαιρετικά δύσκολο η συνεργασία των εκπαιδευτικών συστηµάτων να βασιστεί σε αυτό. εν πρέπει να παραβλέπεται το γεγονός ότι η ανάγκη για συνεργασία των εκπαιδευτικών συστηµάτων πρέπει να εντάσσεται στην εκπαιδευτική διαδικασία, η οποία µπορεί να χαρακτηριστεί ως µία αλληλουχία εκπλήρωσης εκπαιδευτικών στόχων για ένα συγκεκριµένο εκπαιδευόµενο όπως έχει ήδη αναλυθεί στην ενότητα παρουσίασης των WBES. Η διακοπή ενός εκπαιδευτικού στόχου και κατά συνέπεια της εκπαιδευτικής διαδικασίας δηµιουργεί προβλήµατα ασυνέχειας στον µαθητή και εποµένως δεν είναι επιθυµητή και θα πρέπει να αποφεύγεται. Αυτό µας οδηγεί στο

58 50 γεγονός ότι η ανάγκη για συνεργασία των εκπαιδευτικών συστηµάτων του διαδικτύου θα πρέπει να υπαγορεύεται από τους εκπαιδευτικούς στόχους του µαθητή. Επιπρόσθετα, ο εκπαιδευόµενος θα πρέπει να είναι ο παράγοντας που δίδει το έναυσµα της προσπάθειας συνεργασίας. Η ανάγκη για συνεργασία δεν µπορεί να υπαγορεύεται από το εκπαιδευτικό σύστηµα αλλά από τον εκπαιδευόµενο για να µην διακόπτεται η εκπαιδευτική διαδικασία παρά µόνο αν ο ίδιος ο εκπαιδευόµενος το ζητήσει. Είναι προτιµότερο ο εκπαιδευόµενος να επιλέγει την ανάγκη για συνεργασία παρά το εκπαιδευτικό σύστηµα να αναπτύξει ευφυείς µηχανισµούς για να αναλύσει τις ανάγκες του χρήστη και να αποφασίζει εκείνο. Συµπερασµατικά η ανάγκη για τη συνεργασία των εκπαιδευτικών πηγών στο διαδίκτυο θα πρέπει να στηρίζεται στην εκπαιδευτική πληροφορία, θα πρέπει να υποστηρίζει την επίτευξη ενός εκπαιδευτικού στόχου και η γέννηση της θα είναι προτιµότερο να επαφίεται στον εκπαιδευόµενο για την απρόσκοπτη εξέλιξη της εκπαιδευτικής διαδικασίας Τεχνολογίες συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων Η µορφή που µπορεί να πάρει µία γενική εκπαιδευτική πηγή στο διαδίκτυο ποικίλει σε µεγάλο βαθµό. Μια εκπαιδευτική πληροφορία µπορεί να ανήκει σε µία ιστοσελίδα εκπαιδευτικού περιεχοµένου. Μπορεί όµως να αποτελεί τµήµα ενός εκπαιδευτικού στόχου ενός σύνθετου εκπαιδευτικού συστήµατος. Ο τρόπος αλληλεπίδρασης του χρήστη µε το εκπαιδευτικό υλικό βασίζεται στον καθολικό πρότυπο επικοινωνίας του πρωτοκόλλου HTTP. Η χρήση όµως του παραπάνω πρωτοκόλλου διαφέρει ανάλογα µε τον τύπο οργάνωσης της εκπαιδευτικής πληροφορίας. Τα εκπαιδευτικά συστήµατα που παρουσιάζουν ευφυή συµπεριφορά και προσαρµοστικότητα στα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του χρήστη δεν βασίζονται ιδιαίτερα στην ύπαρξη και στη διαθεσιµότητα στατικών σελίδων υπερκειµένου. Αντίθετα χρησιµοποιούν εξελιγµένες τεχνολογικές λύσεις για τη δυναµική παραγωγή ιστοσελίδων. Οι τεχνολογικές αυτές προσεγγίσεις αφορούν κυρίως στην πλευρά του διακοµιστή και δεν υπάρχουν κοινά αποδεκτά πρότυπα, αφού αυτές βασίζονται σε υλοποιήσεις που αφορούν συγκεκριµένα λειτουργικά συστήµατα. Ως παράδειγµα µπορούν να αναφερθούν οι τεχνολογίες ASP (Active Server Pages), JSP (Java Server Pages) και PHP. Πολλές από αυτές προϋποθέτουν µάλιστα την επέκταση του τρόπου

59 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 51 περιγραφής της πληροφορίας πέρα από το πρότυπο HTML µε αποτέλεσµα να διαταράσσεται ο ενιαίος τρόπος περιγραφής. Είναι εποµένως φανερό ότι η παρουσίαση µιας συγκεκριµένης ιστοσελίδας δεν µπορεί πάντα να επιτυγχάνεται µε την αίτηση ενός συγκεκριµένου URL. Η δυναµική δηµιουργία ιστοσελίδων πραγµατοποιείται συχνά λαµβάνοντας υπόψη το URL της σελίδας, το µοντέλο χρήστη και τον εκπαιδευτικό στόχο που πρέπει να επιτευχθεί. Άρα σε συγκεκριµένες περιπτώσεις εκπαιδευτικών συστηµάτων είναι αδύνατο η γίνει η παρουσίαση µίας ιστοσελίδας µόνο µε αναφορά στη διεύθυνση της URL. Το πρόβληµα αυτό όµως στις περισσότερες περιπτώσεις µπορεί να αντιµετωπιστεί. Η διαδικασία για την δηµιουργία της ιστοσελίδας µπορεί να εξοµοιωθεί µε ένα αυτόµατο καταστάσεων όπου η µετάβαση από την προηγούµενη στην επόµενη κατάσταση γίνεται µε µία αίτηση URL στην οποία εµπεριέχονται στοιχεία που αφορούν την εκπαιδευτική διαδικασία. Τούτο θα πρέπει να εκφραστεί µε σύνταξη που ικανοποιεί τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της συγκεκριµένης εκπαιδευτικής εφαρµογής. Άρα γεννάται η απαίτηση µια κοινής γλώσσας-προτύπου περιγραφής αυτών των χαρακτηριστικών Κοινά πρότυπα περιγραφής εκπαιδευτικών συστηµάτων διαδικτύου Απαιτήσεις του προβλήµατος Η διαλειτουργικότητα και συνεργασία στηρίζεται σε κοινά πρότυπα, τα οποία αφορούν την σύνταξη αλλά και τη σηµασιολογία των εµπλεκόµενων λειτουργιών και περιεχοµένου. Η απαίτηση διαλειτουργικότητας εκπαιδευτικών πηγών και εφαρµογών στο διαδίκτυο συνεπάγεται συνεπώς την ανάπτυξη τέτοιων προτύπων. Η έµφαση εδώ δίδεται στο σηµασιολογικό χαρακτήρα των προτύπων αυτών, αφού όπως αναφέρθηκε το διαδίκτυο παρέχει ήδη ισχυρό υπόβαθρο συντακτικής διαλειτουργικότητας µέσω των πρωτοκόλλων του και της δοµής του. Η µετα-περιγραφή του εκπαιδευτικού υλικού µέσω ενός κοινού προτύπου αποτελεί βασική προϋπόθεση για την επαναχρησιµοποίηση του πολύ µεγάλου αριθµού των εκπαιδευτικών πηγών που βρίσκονται στο διαδίκτυο. Η ενσωµάτωση µηχανισµών µετα-περιγραφής σε ήδη υπάρχοντα συστήµατα θα αντιµετωπίσει την ανάγκη επαναχρησιµοποίησης του ήδη υπάρχοντος εκπαιδευτικού υλικού σε συνθήκες

60 52 συνεργασίας, που αποτελεί και ένα από τα µεγαλύτερα προβλήµατα των αυτόνοµων εκπαιδευτικών συστηµάτων. Την ίδια άποψη υποστηρίζουν και οι Paeckpe et. al. (1998) προσθέτοντας ότι ένα κατάλληλο κοινά αποδεκτό πρότυπο θα αποτελέσει ένα αποδοτικό εργαλείο συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων και θα παροτρύνει την ανάπτυξη επιπρόσθετου εκπαιδευτικού υλικού. Παρόλα αυτά σηµειώνει ότι οι µέχρι τώρα προσπάθειες για την δηµιουργία προτύπων καταλήγουν σε πολύπλοκους µηχανισµούς που διαθέτουν πλήθος χαρακτηριστικών µε σκοπό την υποστήριξη πολλών και διαφορετικών υλοποιήσεων εκπαιδευτικών συστηµάτων. Είναι αµφίβολο αν θα γίνουν αποδεκτά πολύπλοκα πρότυπα αυτού του είδους. Ένα κοινό πρότυπο προσπαθεί να ικανοποιήσει ένα σύνολο απαιτήσεων που περιλαµβάνουν την ευκολία χρήσης του, την αυτονοµία από ειδικά χαρακτηριστικά, την ευκολία της διανοµής, τον βαθµό πολυπλοκότητας των ΕΣ που υποστηρίζει κλπ. Συχνά οι παραπάνω στόχοι συγκρούονται µεταξύ τους και είναι αναγκαίος ο συµβιβασµός για την επίτευξη του καλύτερου δυνατού αποτελέσµατος. Το βασικό ερώτηµα που πρέπει να λυθεί είναι πως τα εκπαιδευτικά συστήµατα που είναι βασισµένα στο διαδίκτυο πρέπει να περιγραφούν έτσι ώστε άλλα εκπαιδευτικά συστήµατα να µπορούν να επικοινωνήσουν και να συνεργαστούν αποτελεσµατικά µε αυτά. (Murray 1998). Στην ειδική περίπτωση των ευφυών συστηµάτων διδασκαλίας οι προηγούµενες απαιτήσεις µεταφράζονται στον προσδιορισµό των πληροφοριών εκείνων που συνδέονται µε το εκπαιδευτικό υλικό και περιγράφουν το τι διδάσκει το συγκεκριµένο υλικό και ποιος είναι ο τρόπος της διδασκαλίας. Η πληροφορία αυτή ονοµάζεται µετα-περιεχόµενο, µετα-δεδοµένα, ή µετα-πληροφορία και έχει εισαχθεί αρχικά από τον Guha (Guha 1996) για τον τοµέα των ευφυών συστηµάτων διδασκαλίας. Σύµφωνα µε τον Wenger (Wenger 1987), τα ευφυή συστήµατα διδασκαλίας αναπαριστώνται από τέσσερα τµήµατα λογισµικού που εξυπηρετούν διαφορετικές λειτουργίες. Αποτελούνται από: α) Το µοντέλο του γνωστικού αντικειµένου (µε την ύπαρξη µιας αποδοτικής αναπαράστασης γνώσης του γνωστικού αντικειµένου και ενδεχοµένως ενός έµπειρου συστήµατος για την υποστήριξη της ευφυούς συµπεριφοράς). β) Το τµήµα της παιδαγωγικής στρατηγικής που αξιοποιεί το εκπαιδευτικό υλικό κάτω από το πρίσµα µιας συγκεκριµένης λογικής µε σκοπό την

61 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 53 επίλυση των εκπαιδευτικών αναγκών του µαθητή. γ) Το µοντέλο του µαθητή που καταγράφει τις ενέργειες του µαθητή, γνωρίζει ένα σύνολο πληροφοριών για αυτόν που περιλαµβάνουν και τα γνωσιολογικά χαρακτηριστικά του, και µπορεί να εξάγει συµπεράσµατα για το τι γνωρίζει ή δεν γνωρίζει ο µαθητής µε βάση την απόδοση και τη συµπεριφορά του µαθητή. δ) Τη διεπιφάνεια µαθητή - συστήµατος του οποίου η πολυπλοκότητα ποικίλλει από ένα απλό γραφικό ενδιάµεσο µέχρι ένα σύστηµα εξοµοίωσης. Οι ερευνητικές προσπάθειες για το σχεδιασµό γενικών αρχιτεκτονικών (Major & Reichgelt 1992, Murray 1996, Van Marcke 1992) έχουν ως στόχο να κάνουν τα τµήµατα του ευφυούς συστήµατος διδασκαλίας αυτόνοµα και ανεξάρτητα µεταξύ τους. Θεωρητικά το αποτέλεσµα θα επιτρέπει τη συνεργασία τµηµάτων που προέρχονται από διαφορετικά ΕΣ. Στην πράξη όµως αυτό δεν έχει ακόµη καταστεί δυνατό. Το ίδιο διαπιστώνεται και για το θέµα ύπαρξης ενός κοινά αποδεκτού προτύπου για την περιγραφή, την επικοινωνία και την αποδοτική συνεργασία των ευφυών συστηµάτων διδασκαλίας Εκπαιδευτικά αντικείµενα Πρόσφατα µια πολύ σηµαντική αλλαγή έχει συντελεστεί στον τρόπο που προσφέρεται η εκπαίδευση από απόσταση. Η αλλαγή συντελείται από την ύπαρξη µίας νέας έννοιας, του εκπαιδευτικού αντικειµένου (learning object). Ως εκπαιδευτικό αντικείµενο ορίζεται µια ψηφιακή πηγή µάθησης που υποστηρίζει ένα και µόνο εκπαιδευτικό σκοπό και η οποία µπορεί και να χρησιµοποιηθεί σε ένα διαφορετικό περιβάλλον (Wiley 2001),(LTSC 2000). Τα τελευταία χρόνια η έννοια του εκπαιδευτικού αντικειµένου έχει αποκτήσει σηµαντικό ρόλο στην ανάπτυξη συστηµάτων εκπαίδευσης από απόσταση. Η δηµιουργία περιεχοµένου για ένα σύστηµα εκπαίδευσης από απόσταση κοστίζει σε έργο και σε χρόνο. Η επαναχρησιµοποίηση εκπαιδευτικού υλικού συντελεί στη µείωση τους. Το εκπαιδευτικό υλικό µπορεί να είναι ποιοτικά ανώτερο σε σχέση µε εκείνο που θα προέκυπτε αν δηµιουργούνταν εξ αρχής, όπως ακριβώς το ίδιο συµβαίνει και µε τα επαναχρησιµοποιούµενα τµήµατα λογισµικού. Ένα κοινό πρότυπο θα διευκολύνει κατά πολύ τη διαδικασία εύρεσης εκπαιδευτικού υλικού στο σύνολο των διαθέσιµων εκπαιδευτικών πηγών µε κατάλληλα χαρακτηριστικά.. Θα είναι επίσης δυνατή η περιγραφή ενός εικονικού εκπαιδευτικού συστήµατος και

62 54 κατά συνέπεια η δυναµική δηµιουργία ενός µαθήµατος του οποίου το περιεχόµενο θα προέρχεται από ΕΣ που βρίσκονται στο διαδίκτυο (Murray 1998) Πρότυπα µεταπεριγραφής εκπαιδευτικών πηγών στο διαδίκτυο Η εξέλιξη της εκπαιδευτικής τεχνολογίας που παρατηρείται τις τελευταίες τρεις δεκαετίες έχει να επιδείξει εφαρµογή πρωτότυπων ιδεών που προέρχονται κυρίως από τον τοµέα της τεχνητής νοηµοσύνης. Παρόλα αυτά, το εκπαιδευτικό λογισµικό αναπτύχθηκε µε τρόπο άναρχο, χωρίς να υπακούει σε κανόνες ή σε πρότυπα. Αυτό από τη µια πλευρά έδωσε την ελευθερία σε πρωτότυπες ιδέες να υλοποιηθούν, από την άλλη όµως το εκπαιδευτικό λογισµικό εµφανίζει χαοτικά φαινόµενα, και το εκπαιδευτικό υλικό να είναι τόσο ενσωµατωµένο µε το εκπαιδευτικό σύστηµα, ώστε να µην µπορεί να υπάρξει έξω από αυτό. Για να είναι δυνατή η επαναχρησιµοποίηση του εκπαιδευτικού υλικού, είναι σηµαντικό να υπάρχει ένα πρότυπο περιγραφής για τις µονάδες µάθησης. Ξεκινώντας µε αφετηρία τις ανακοινώσεις του οργανισµού Dublin Core, µέχρι τη στιγµή αυτή ένα σύνολο από ερευνητικές προσπάθειες έχουν γίνει για τη δηµιουργία προτύπου µεταπεριγραφής εκπαιδευτικών αντικειµένων. Πρόσφατα ανακοινώθηκε το πρότυπο ΙΕΕΕ (Learning Object Metadata LOM), το οποίο αποτελεί και το πρώτο επίσηµο πρότυπο στον τοµέα αυτό. Μία µινιµαλιστική προσέγγιση για την µεταπεριγραφή των πηγών διαδικτύου αποτελεί το Dublin Core, αποτέλεσµα του οργανισµού Dublin Core Metadata Initiative DCMI. Ο οργανισµός Dublin Core, ήταν αυτός που ξεκίνησε πρώτος την προσπάθεια για την µεταπεριγραφή των πηγών του διαδικτύου (1995) και εξέδωσε ένα µικρό πλην σαφές σύνολο προδιαγραφών µεταπεριγραφής. Περιέχει 15 στοιχεία τα οποία εντάσσονται σε τρεις κατηγορίες (περιεχόµενο, περιγραφή και δηµιουργία). Σκοπός του είναι να αποτελέσει αφετηρία από την οποία ανάλογες επεκτάσεις της µεταπεριγραφής να επιλύουν επιµέρους θεµατικές ενότητες. Το πρότυπο Dublin Core µπορεί να χρησιµοποιηθεί και για την περιγραφή εκπαιδευτικών πηγών, µια και αυτές ουσιαστικά αποτελούν πηγές διαδικτύου. Η εξέλιξη των προτύπων µεταπεριγραφής εκπαιδευτικών αντικειµένων στηρίζεται αρχικά στην ερευνητική προσπάθεια τεσσάρων ερευνητικών οργανισµών (IMS, ADL, IEEE LTSC, ISO). Τα αποτελέσµατα των προσπαθειών αυτών τείνουν να γίνουν

63 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 55 κοινός τόπος όσον αφορά την περιγραφή των εκπαιδευτικών αντικειµένων (ΙΕΕΕ LTSC πρότυπο). Ερευνητικές προσπάθειες όπως το ARIADNE και το CEN/ISSS, έχουν συµβάλλει στη δηµιουργία του παραπάνω προτύπου. Το πρότυπο LOM χρησιµοποιεί εννέα κατηγορίες από στοιχεία σε XML µορφή, τα οποία στο σύνολο τους περιγράφουν ένα εκπαιδευτικό αντικείµενο: Γενικά, Κύκλος ζωής, Μετα-µεταδεδοµένα, Τεχνικά, Εκπαιδευτικά, ικαιώµατα, Σχέσεις, Σήµανση και Ταξινόµηση. Σκοπός του προτύπου είναι η απλοποίηση της εύρεσης, διαχείρισης, και ανταλλαγής των εκπαιδευτικών αντικειµένων στο περιβάλλον του διαδικτύου. Στην προσπάθεια αυτή κυρίαρχο ρόλο έχει η σχεδίαση ενός συνόλου ορισµών για εκπαιδευτικά αντικείµενα και πηγές µε τη µορφή µεταδεδοµένων. Όσον αφορά τη σηµασία του όρου στο περιβάλλον της οµάδας LTSC, τα µεταδεδοµένα αφορούν την πληροφορία που περιγράφει ένα οποιοδήποτε εκπαιδευτικό αντικείµενο. Το εκπαιδευτικό αντικείµενο αποτελεί ένα πολύ γενικό όρο που χρησιµοποιείται για να συµπεριλάβει εκπαιδευτικά συστήµατα ευφυή ή µη, ηλεκτρονικά κείµενα ή ακόµη και τµήµατα λογισµικού που µπορούν να φανούν χρήσιµα σε µία διδασκαλία όπως πολυµέσα, ηλεκτρονικά εγχειρίδια, συστήµατα εξοµοίωσης, κλπ. Ένας άλλο πολύ σηµαντικό σύνολο προδιαγραφών είναι εκείνο του IMS Global Cοnsortium, το οποίο δραστηριοποιείται µε τον προσδιορισµό µεταπεριγραφής εκπαιδευτικών αντικειµένων από το ΙΕΕΕ και IMS χρησιµοποιούν το ίδιο υπόβαθρο για την µεταπεριγραφή των εκπαιδευτικών αντικειµένων. Επιπλέον όµως ασχολείται µε την δηµιουργία συνόλου εκπαιδευτικών αντικειµένων µε τη µορφή πακέτων, έτσι ώστε να µπορούν να χρησιµοποιηθούν σε διαφορετικά συστήµατα παροχής εκπαίδευσης από απόσταση. Ένα τέταρτο σύνολο προδιαγραφών προσφέρεται από τον οργανισµό ADL (Advanced distributed learning network Sharable Content Object Reference ADL- SCORM). Χρησιµοποιεί και αυτό την ίδια βάση µεταδεδοµένων για την περιγραφή των εκπαιδευτικών αντικειµένων µε τις δύο προηγούµενες προδιαγραφές. Κύριο µέληµα του οργανισµού είναι η δηµιουργία απαιτήσεων για την µετάδοση του εκπαιδευτικού υλικού, φροντίζοντας µε τη δηµιουργία προδιαγραφών και τα περιβάλλοντα εκτέλεσης του εκπαιδευτικού υλικού. Ανάλογες προσπάθειες για ανακοίνωση προτύπου αναµένονται και από τον οργανισµό ISO στο άµεσο µέλλον. Ο οργανισµός αυτός αποτελεί τον δεύτερο πόλο παραγωγής κοινά αποδεκτών προτύπων εκτός από τον ΙΕΕΕ.

64 56 ARIADNE,ISS/CER Dublin Core IMS ADL/SCORM IEEE, ISO Μεταδεδοµένα Γενικού τύπου Cancore Προδιαγραφές ηµιουργία Πρωτότυπου συστήµατος, Απαιτήσεις, πρότυπα µοντέλα ανάπτυξης Εγκριθέντα Πρότυπα Ευχρηστία, πρακτικές λύσεις Σχήµα 6. Πρότυπα µεταπεριγραφής εκπαιδευτικού υλικού Άξια µνηµόνευσης, αποτελεί η καναδική συνεισφορά στην παραγωγή µεταπεριγραφής εκπαιδευτικών αντικειµένων (CanCore). Αποτελεί κατά βάση ένα υποσύνολο του προτύπου IEEE/LOM. Το σύνολο των στοιχείων που απαρτίζουν το CanCore. Ο κύριος σκοπός της προσπάθειας είναι ο τυπικός προσδιορισµός της περιγραφής των καναδικών εκπαιδευτικών πηγών, και κατά συνέπεια της διεθνούς κοινότητας. Συγκεκριµένα ασχολείται λεπτοµερώς µε τη χρήση 36 στοιχείων από το σύνολο των 75 στοιχείων του ΙΕΕΕ προτύπου, ικανοποιώντας 8 από τις 9 κατηγορίες, προσπαθώντας να εξαλείψει τις πρακτικές δυσκολίες που προκύπτουν από την µεταπεριγραφή προηγούµενα δηµιουργούµενων εκπαιδευτικών πηγών. Προσφέρει επίσης ένα σύνολο συµβουλευτικών οδηγών για την σωστή χρήση του προτύπου. Η προσπάθεια µεταπεριγραφής συνεχίζεται σε ανοιχτά θέµατα, όπως η οµαδοποίηση των εκπαιδευτικών αντικειµένων (IMS Packaging data) ή στην µοντελοποίηση του χρήστη (IMS Learner model system), χωρίς όµως να έχουν ευοδώσει σε απτά αποτελέσµατα. Είναι φανερό ότι αν τα πρότυπα µεταπεριγραφής γίνουν εφαρµόσιµα και αποτελέσουν µία βάση για µια προσαρµοζόµενη, γενικής φύσης αρχιτεκτονική, τότε στην εκπαίδευση από απόσταση θα έχει συντελεστεί µία µικρή επανάσταση. Παρόλα αυτά η επανάσταση αυτή δεν θα έχει αντίκτυπο στην πραγµατική ουσία της εκπαίδευσης, αν δεν ληφθεί υπόψη η εκπαιδευτική σηµασία των εκπαιδευτικών αντικειµένων (Wiley 2001). Η εκπαιδευτική χρήση των εκπαιδευτικών αντικειµένων

65 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 57 είναι το ίδιο σηµαντική (ίσως και περισσότερο) µε την κοινό τρόπο στην αποθήκευση, διαχείριση, ανταλλαγή, µετάδοση των εκπαιδευτικών αντικειµένων. Η εκπαιδευτική χρήση των εκπαιδευτικών αντικειµένων (δηλαδή η αυτόµατη ή µε τη βοήθεια του ανθρώπου ιεραρχική δόµηση και σύνδεση των εκπαιδευτικών αντικειµένων µε σκοπό), θα πρέπει να γίνει θέµα συζήτησης στην δηµιουργία των νέων προτύπων µεταπεριγραφής. Βεβαίως είναι ακόµη αµφίβολο αν το πρότυπο LTSC θα επικρατήσει ή θα αναπτυχθούν πρότυπα που επιβάλλονται από εταιρίες λογισµικού και κατασκευαστές προϊόντων συγγραφής εκπαιδευτικών συστηµάτων διαδικτύου (Αuthorware, webct κλπ). Επίσης είναι αµφίβολο αν το σύνολο των µεταδεδοµένων θα χρησιµοποιηθεί συνολικά ή ένα υποσύνολο του θα είναι αυτό που τελικά θα αποδεχθεί αποδοτικό. Είναι όµως γενική παραδοχή ότι η ύπαρξη ενός προτύπου θα αποτελέσει κοινό σηµείο αναφοράς για όλες τις µελλοντικές προσπάθειες ανάπτυξης και περιγραφής εκπαιδευτικού λογισµικού Mηχανισµοί συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων. Στην ενότητα αυτή περιγράφεται ο προβληµατισµός που αφορά την ανάπτυξη ενός ολοκληρωµένου µηχανισµού συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων που στηρίζεται σε πρότυπα όπως αυτά που περιγράφτηκαν στην προηγούµενη ενότητα. Η συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων αφορά στην τυπική περίπτωση προσφορά κατάλληλης πληροφορίας από εκπαιδευτικές πηγές που έχει σκοπό την επίλυση προβληµάτων που παρουσιάζονται στην αλληλεπίδραση του µαθητή και του εκπαιδευτικού συστήµατος κατά τη διάρκεια της εκπαιδευτικής διαδικασίας (Murray 1998). Για τη δηµιουργία ενός κοινά αποδεκτού µηχανισµού συνεργασίας εκπαιδευτικών πηγών πρέπει να διευκρινιστούν τα θέµατα της περιγραφής του παρουσιαζόµενου προβλήµατος, της φύσης της πληροφορίας που προσφέρεται, της αξιολόγησης και της χρήσης της πληροφορίας αυτής και της εκτίµησης των θετικών αποτελεσµάτων που προκύπτουν από τη συνεργασία. Η συµπεριφορά ενός εκπαιδευτικού συστήµατος στηρίζεται κυρίως στην αναπαράσταση της γνώσης του γνωστικού του πεδίου. Το µοντέλο του γνωστικού αντικειµένου καθορίζει και τις δυνατότητες των υπόλοιπων τµηµάτων ενός ΕΣ. Το µοντέλο σπουδαστή συγκρίνει τις ενέργειες του µαθητή µε το σύνολο της εκπαιδευτικής πληροφορίας του συστήµατος. Το τµήµα της εκπαιδευτικής

66 58 στρατηγικής µε τη σειρά του δεν µπορεί να εφαρµόσει ένα συγκεκριµένο εκπαιδευτικό πλάνο αν δεν µπορεί να το υποστηρίξει µε το κατάλληλο εκπαιδευτικό υλικό. Οι διαπιστώσεις αυτές οδηγούν στο συµπέρασµα ότι η κοινή συνιστώσα όλων των εκπαιδευτικών συστηµάτων είναι το εκπαιδευτικό υλικό και ο τρόπος αναπαράστασής του. Σε ένα τυπικό σενάριο διαλειτουργικότητας και συνεργασίας µεταξύ ετερογενών εκπαιδευτικών συστηµάτων, αρχικά παρατηρείται αδυναµία ενός εκπαιδευτικού συστήµατος να αντιµετωπίσει τις ανάγκες του µαθητή κατά τη διάρκεια της εκπαιδευτικής διαδικασίας µεταφράζεται στην αδυναµία εύρεσης του κατάλληλου υλικού για να καλύψει τις µαθησιακές δυσκολίες. Το πρόβληµα θα πρέπει να αντιµετωπίζεται από το εκπαιδευτικό σύστηµα µε µία σειρά από απαραίτητες ενέργειες. Αυτές περιλαµβάνουν: - Την προδιαγραφή του προβλήµατος που έχει παρατηρηθεί - Την αναζήτηση στο διαδίκτυο υλικού που να ικανοποιεί το προδιαγραµµένο πρόβληµα - Την προσφορά λύσεων από άλλα εκπαιδευτικά συστήµατα, εκφρασµένων σε γλώσσα κατάλληλη για τον εκπαιδευόµενο - Την αξιολόγηση µε κατάλληλα κριτήρια των προσφορών - Την πρόσβαση στο εκπαιδευτικό υλικό - Την αξιολόγηση του δανειζόµενου εκπαιδευτικού υλικού ως προς το θέµα της χρησιµότητας του να καλύψει τις ανάγκες του εκπαιδευόµενου. Είναι προφανές ότι πρότυπα µεταπεριγραφής όπως αυτά που αναφέρθηκαν στην προηγούµενη ενότητα είναι σηµαντικά συστατικά ενός τέτοιου µηχανισµού. Επίσης ο µηχανισµός αυτός θα πρέπει να έχει δυναµικά χαρακτηριστικά, αφού δεν υπάρχει διαβεβαίωση ότι το εκπαιδευτικό υλικό που χρησιµοποιήθηκε στο παρελθόν θα είναι διαθέσιµό οποιαδήποτε χρονική στιγµή. Γενικότερα κάθε είδους πληροφορία που υπάρχει στο διαδίκτυο µπορεί να διαγραφεί, να τροποποιηθεί ή να αλλάξει η τοποθεσία της. Εποµένως µια επίλυση του προβλήµατος συνεργασίας στο παρελθόν µπορεί να µην είναι εφικτή κατά την τρέχουσα χρονική στιγµή. Εποµένως η διαδικασία συνεργασίας πρέπει να υποστηριχθεί από δυναµικούς µηχανισµούς ελέγχου και πιστοποίησης της ύπαρξης του εκπαιδευτικού υλικού. Οι ίδιοι µηχανισµοί θα πρέπει να προσαρµόζονται στην αλλαγή των δεδοµένων που

67 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 59 παρατηρούνται όσον αφορά το περιεχόµενο, τη δοµή ή τον τρόπο αναφοράς του εκπαιδευτικού υλικού. Η σχεδίαση και υλοποίηση ενός µηχανισµού συνεργασίας όπως αυτός περιγράφτηκε αποτελεί το κύριο αντικείµενο της διατριβής αυτής. Τα προβλήµατα που παρουσιάζονται για την πραγµατοποίηση του στόχου αυτού είναι σηµαντικά, όπως έχουν ήδη αναφερθεί στη βιβλιογραφία: Οι συγγραφείς εκπαιδευτικού υλικού θα πρέπει να συµφωνήσουν σε ένα κοινά αποδεκτό τρόπο περιγραφής του εκπαιδευτικού υλικού. Η οργάνωση και η περιγραφή του γνωστικού πεδίου στην οποία αναφέρεται η εκπαιδευτική πληροφορία θα πρέπει να αντιµετωπιστεί µε την ύπαρξη κατάλληλων λεξικών γνωστικών πεδίων (Topic vocabulary) (Murray 1998, Guha 1996). Ανάλογες προσπάθειες πρέπει να γίνουν για την περιγραφή των όρων που χρησιµοποιούνται για την παιδαγωγική αντιµετώπιση του εκπαιδευτικού υλικού. Ένα τέτοιο λεξικό θα πρέπει να περιγράφει για παράδειγµα το επίπεδο δυσκολίας του εκπαιδευτικού υλικού ή την παιδαγωγική στρατηγική που µπορεί να υποστηρίξει. Η επίλυση των παραπάνω προβληµάτων δεν λύνει ολοκληρωτικά το πρόβληµα της συνεργασίας. Ακόµη και αν υπάρξει συµφωνία σε ένα σύνολο όρων για το εκπαιδευτικό περιεχόµενο και για την περιγραφή αυτού, πρέπει να ληφθεί υπόψη η υποκειµενική άποψη που έχει ένας συγγραφέας για το εκπαιδευτικό υλικό. Για παράδειγµα ο προσδιορισµός του επιπέδου δυσκολίας για το εκπαιδευτικό υλικό µπορεί να πάρει διαφορετική τιµή από διαφορετικούς συγγραφείς. Αν υποθέσουµε ότι και το παραπάνω πρόβληµα µπορεί να επιλυθούν, πρέπει να προβλεφθεί το πρόβληµα της απόδοσης νοήµατος σε όρους σε ετερογενή περιβάλλοντα, όπου οι ίδιοι όροι µπορεί να χρησιµοποιούνται µε διαφορετικές σηµασιολογίες Η υποκειµενικότητα της µετα-περιγραφής του εκπαιδευτικού υλικού αποτελεί ένα ακόµη πρόβληµα. Η περιγραφή του εκπαιδευτικού υλικού από τον συγγραφέα του µε ένα σύνολο θετικών χαρακτηριστικών δεν συνεπάγεται και την αντικειµενική αποτύπωση των χαρακτηριστικών του υλικού. Μπορεί κατά τη διαδικασία αναζήτησης κατάλληλου υλικού µε βάση την µετα-περιγραφή του τούτο να είναι απόλυτα συµβατό µε τις προδιαγραφές του διδακτικού προβλήµατος, όµως ο µαθητής να µην ικανοποιηθεί από την πρόσβαση σε αυτό. Άρα απαιτείται η ανάπτυξη ενός µηχανισµού αντικειµενικής αξιολόγησης των πηγών που λαµβάνει υπόψη την προηγούµενη εµπειρία αλληλεπίδρασης και χρήσης πηγών.

68 60 Η κατάσταση που δηµιουργείται παρουσιάζει σηµαντικές διαφορές από αυτή της διαδικασίας εύρεσης σελίδων διαδικτύου όπου ο χρήστης γνωρίζει ο ίδιος τι αναζητά, και αναπτύσσει ο ίδιος το ερώτηµα του χρησιµοποιώντας εργαλεία γενικού σκοπού, προσθέτει επιπλέον κριτήρια και αξιολογεί ο ίδιος τις προτεινόµενες λύσεις. Στην περίπτωση του εκπαιδευτικού συστήµατος το ερώτηµα δηµιουργείται και βασίζεται στις ανάγκες του µαθητή, αλλά µεταφράζεται σε δεδοµένα που αφορούν το εκπαιδευτικό σύστηµα. ιαπιστώνεται το µέγεθος των προβληµάτων που θα προκύψουν αν ην ευθύνη του ελέγχου της διαδικασίας συνεργασίας εναποτεθεί αποκλειστικά σε µηχανισµούς συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων Αντιµετώπιση του προβλήµατος της συνεργασίας - Προοπτικές. Η επέκταση και η τροποποίηση ενός κοινά αποδεκτού προτύπου για την περιγραφή εκπαιδευτικής πληροφορία, µπορεί να οδηγήσει σε ένα νέο πρότυπο περιγραφής ενός µεγαλύτερου συνόλου εκπαιδευτικών πηγών µεγαλύτερης πολυπλοκότητας. Τέτοια πολύπλοκα συστήµατα περιλαµβάνονται στο σύνολο των γνωστών ερευνητικών προσπαθειών για τη δηµιουργία προσαρµοζόµενων ευφυών εκπαιδευτικών συστηµάτων του διαδικτύου (Brusilovsky 1996). Η µελλοντική υιοθέτηση των προτύπων αυτών δεν επιλύει από µόνη της το πρόβληµα της συνεργασίας των εκπαιδευτικών συστηµάτων. Τα σηµεία που στοιχειοθετούν την παραπάνω άποψη αναφέρονται στα θέµατα της επικοινωνίας, της διαλειτουργικότητας (interoperability) και του µηχανισµού συνεργασίας των εκπαιδευτικών συστηµάτων που παραµένουν άλυτα. Χρειάζεται ένας κοινός τρόπος περιγραφής των δυνατοτήτων των εκπαιδευτικών συστηµάτων, της αξιολόγησης του εκπαιδευτικού τους υλικού µε βάση τα κριτήρια των ερωτηµάτων, και διαδικασίες που ακολουθούνται για την επίτευξη συνεργασίας µεταξύ διαφορετικά δοµηµένων εκπαιδευτικών κόµβων. Είναι επιτακτική η ανάγκη της επέκτασης των προτύπων για την κάλυψη των παραπάνω αναγκών. Προς αυτή την κατεύθυνση κινείται η διατριβή αυτή, η οποία συµβάλει στον σχετικό προβληµατισµό και προτείνει ένα σχετικό πρότυπο συνεργασίας. Η προσπάθεια δηµιουργίας µιας αποδοτικής µεθοδολογίας και κατάλληλων πρωτοκόλλων για την περιγραφή και συνεργασία ευφυών συστηµάτων διδασκαλίας παρουσιάζει σηµαντικές δυσκολίες λόγω των διαφορετικών χαρακτηριστικών των συστηµάτων που έχουν αναπτυχθεί, για το λόγο δε αυτό είναι µία ερευνητική

69 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 61 προσπάθεια, η οποία βρίσκεται ακόµη στα πρώτα στάδια εξέλιξης (Mizoguchi 2000) (Mizoguchi et al.1996). Παρόλα αυτά η ανάπτυξη οντολογιών περιγραφής τους αποτελεί χρήσιµο υπόβαθρο για ανάπτυξη µηχανισµών και προτύπων συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων γενικού σκοπού. Μια άλλη ερευνητική περιοχή που παρουσιάζει ενδιαφέρον είναι αυτή που αφορά τη συνεργασία ηµι-αυτόνοµων συστηµάτων λογισµικού που υποστηρίζει την ανταλλαγή γνώσης. Η περιοχή αυτή έχει προτείνει λύσεις στο πρόβληµα της συνεργασίας και διαλειτουργικότητας υπό τη µορφή συνεργαζοµένων πρακτόρων (multi-agent systems) έχει δε αναπτύξει σχετικά πρωτοκόλλα και γλώσσες συνεργασίας, όπως αυτό της ερευνητικής οµάδας DARPA (DARPA 1993, Labrou & Finin 1997), η οποία ανέπτυξε το πρότυπο KQML. Οι προσπάθειες αυτές αποτελούν ένα ισχυρό τεχνολογικό και ερευνητικό υπόβαθρο για την έρευνα που περιγράφεται στην παρούσα διατριβή Συµπεράσµατα Στο κεφάλαιο αυτό έγινε ανασκόπηση των τρεχουσών τεχνολογικών εξελίξεων και προβληµάτων που αφορούν την από απόσταση εκπαίδευση µέσω διαδικτύου. όθηκε ιδιαίτερη έµφαση στα χαρακτηριστικά που θα πρέπει να έχει ένα πρότυπο σύστηµα που επιτρέπει τη συνεργασία και διαλειτουργικότητα µεταξύ ετερογενών πηγών εκπαιδευτικού υλικού και συστηµάτων. Με βάση την ανάλυση αυτή προέκυψε η ανάγκη ορισµού ενός περιβάλλοντος που επιτρέπει την µετα-περιγραφή του περιεχοµένου και λειτουργιών ανεξαρτήτως των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών του επιµέρους συστήµατος, καθώς και ενός µηχανισµού που επιτρέπει τη συνεργασία µεταξύ των εκπαιδευτικών κόµβων. Ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που έχουν αναφερθεί είναι ο δυναµικός χαρακτήρας του µηχανισµού αυτού και η ανάγκη για αντικειµενικό προσδιορισµό των γνωστικών πηγών, κάτι που επιτρέπει την παράκαµψη του υποκειµενισµού της µετα-περιγραφής των συγγραφέων ετερογενών εκπαιδευτικών αντικειµένων. Τέλος όσον αφορά το τεχνολογικό υπόβαθρο υλοποίησης ενός τέτοιου πρότυπου µηχανισµού, έγινε ιδιαίτερη αναφορά, αφενός στις προσπάθειες της ερευνητικής κοινότητας των ευφυών συστηµάτων συνεργασίας για ανάπτυξη οντολογιών µεταπεριγραφής εκπαιδευτικών κόµβων, αφετέρου δε στην προσπάθεια της κοινότητας των συνεργαζοµένων πρακτόρων (multi-agent systems) και των πρωτοκόλλων συνεργασίας που αυτή έχει αναπτύξει. Στο επόµενο κεφάλαιο 3 θα

70 62 επικεντρωθούµε ακριβώς στην τεχνολογική αυτή περιοχή που αποτελεί και το υπόβαθρο της αρχιτεκτονικής της προτεινόµενης λύσης στο πρόβληµα που τέθηκε στο κεφάλαιο αυτό. Τέλος στα κεφάλαια 4-6 θα περιγραφεί η πρότυπη αρχιτεκτονική MATS που προσπαθεί να δώσει απαντήσεις στα ερωτήµατα που ετέθησαν εδώ Αναφορές Alexander S., (1995). Teaching and learning on the World Wide Web. In R. Debreceny & A. Ellis (Eds.), Ausweb95: Innovation and Diversity, (pp ). Ballina, New South Wales Andre, E., Rist, T., and Muller, J.,1997, WebPersona: A Life-Like presentation for Educational Applications on the World Wide Web. In: Brusilovsky, O., Najabayashi, K., and Ritter, S., (eds.) Proceedings of wirkshop Intelligent Educational Systems on the World Wide Web at AI-ED 97, 8th World Conference on Artificial Intelligence in Education, Kobe, Japan, ISIR (1997) pp 78-85, available online at ~plb/ AIED97_workshop/ Andre/Andre.html Anjaneyulu, K., 1997, Concept Level Modelling on the WWW. In: Brusilovksy, O., Nakabayashi, K., and Ritter, S., (eds.) Proceedings of the workshop Intelligent Educational Systems on the World Wide Web at AI-ED 97, 8 th World Conference on Artificial Intelligence in Education, Kobe, Japan, ISIR (1997) pp Avouris N., 1999, Facing the Quality issue in web-based instruction, Proceedings 4th Panhellenic Conference on Didactics of Mathematics and Informatics in Education, Rethymno-Crete October 1999 (in Greek). Bar A., Beard M., Atkinson R. C., 1976, The Computer as Tutorial Laboratory: The Stanford BIP project, International Journal of Man-Machine Studies 8,5, pp Becker D., &, M. Dwyer, 1994, Using hypermedia to provide learner control, J. of Educational Multimedia and Hypermedia, 3(2), pp Berns M., 1996, Global Tutoring, An experiment in alternative learning. Available at:

71 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 63 Bredo, E. 1994, Reconstructing educational Psychology: Situated Cognition and Deweyan Pragmatism, Educational Psychologist, 29(1), pp Brickley D, Guha R.V,,1999, Resource Description Framework RDF. Scema Specification. W3C proposed specification. Mar Brusilovsky P., 1996, Methods and techniques of adaptive hypermedia. User modeling and User-adapted interaction 6, 2-3 (1996) pp Brusilovsky, P., and Pesin, L., 1994, An Intelligent Learning enviroment for CDS/ISIS users. In: Levonen, J.J., and Tukianinen, M. T., (eds.) Proceedings of the interdisciplinary workshop on complex learning in computer environments (CLCE94), Joensuu, Finland, EIC (1994) pp Brusilovksy P. L., Schwarz E., Weber G, A tool for developing adaptive electronic textbooks on WWW. Proceedings of WebNet 96-World Conference of the Web society, October 16-19, San Francisco, CA, AACE, pp Brusilovsky P., 1999, Adaptive and Intelligent Technologies for Web-Based Education, In. C. Rollinger and C. Peylo (eds). Kunstliche Intelligenz, Special Issue on Intelligent Systems and Teleteaching, 1999, 4, pp Brusilovsky, P, Schwarz, E., and Weber, G., 1996, ELM-ART: An Intelligent tutoring system on World Wide Web. In: Frasson, C., Gauthier, G., and Lesgold, A. (eds.) Intelligent Tutoring Systems. Lecture Notes in Computer Science Vol Springer Verlag, Berlin (1996) pp Brusilovksy P., Vassileva J., : Course Sequencing Techniques for Large-Scale Web- Based Education, International Journal of Continuuing Engineering Education and Life-Long Learning, Fall 2002) Chou C., Sun C. T., 1996, Constructing a Cooperative Distance Learning System: The CORAL experience ETR&D 44, no. 4:71-84 Cooper, P.A, 1993 l, Paradigm shifts in design instruction: From Behaviorism to cognitivism to constructivism. Educational Technology, 33(5). pp12-19 Conklin, E. J.,1987, Hypertext: An introduction and survey, IEEE Computer, vol. 20 no.9, 1987, DARPA Knowledge Sharing Initiative External Interfaces Working Group, 1993, Specification of the KQML Agent-Communication Language--plus example

72 64 agent policies and architectures. Available at http: // /pub/arpa/kqml/ papers/ kqmlspec.ps De Bra, P. and Calvi, L,1998,. AHA! An open Adaptive Hypermedia Architecture. The new review of Hypermedia and Multimedia 4 (1998) pp Edwards D. M., and Hardman L., 1989, "`Lost in hyperspace': Cognitive mapping and navigation in a hypertext environment." In R. McAleese (Ed.), Hypertext: Theory into practice. Oxford: Intellect Limited. Eklund, J., 1995, Cognitive models for structuring hypermedia and implications for learning from the World Wide Web. In R. Debreceny & A. Ellis (Ed.), Ausweb95: Innovation and Diversity, (pp ). Ballina, New South Wales: Norsearch Limited. Eliot, C., Neiman, D., and Lamar, M., 1997, Medtec: A web-based intelligent tutor for basic anatomy. In Lobodzinski, S. And Tomek, I. (eds.) Proceedings of WebNet 97, Wolrd Conference of the WWW, Internet and Intranet, Toronto, Canada, AACE (1997) pp Fitzelle G., W.Trochim, 1996, Survey Evaluation of Web Site Instructional Technology: Does it Increase Student Learning? Garisson, D.R., and Shale, D., Mapping the boundaries of distance education: Problems in defining the field, The American Journal of Distance Education, 1(1), pp Gavrilova T.A, Voinov A. V., Lescheva I. A, Learner-Model Approach to Multi- Agent Intelligent Distance Learning System for program testing. The 12 th International Conference on Industrial & Engineering Applications of Artificial Intelligence & Expert Systems IEA/AIE-99, Cairo Egypt, May 31- June 3, Guha R. V., 1996, Meta-Content Format. Apple Computer Working paper available at < Giannotti E., Ponta D., 1993, Hypertext and Hypermedia as learning tools in science and technology. Computer Mediated Education of Information Technology: Professionals and advanced users (A-35) (Eds. Barta B., Eccleston J. & Hambusch R.) Elsevier Science Pub.. B.V. (North-Holland), pp

73 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 65 Hammond N., 1993, Learning with Hypertext: Problems, principles and Prospects, Hypetext a psychological perspective (Eds. McKnight C., Dillon A. & Richardson J.) Ellis Horwood Ltd., pp Hohl, H., Bocker, H-D., and Guzenhauser, R., 1996, Hyperadapter: An adaptive hypertext system for exploratory learning and programming. User Modeling and User-Adapted Interaction, 6, 2-3 (1996), pp Horton, W., How we communicate. Proc. Meeting of the Rocky Mountain Chapter of the Society for Technical Communication. Denver CO. ΙΕΕΕ Learning Technology Standards Committee, IEEE P Learning Objects Metadata Group, Standard, December 2002 Jonassen, D. H., Wilson, B. G., Wang, S., & Grabinger, R.S.,1993, Constructivist uses of expert systems to support learning. Journal of Computer-Based Instruction, 20(3), Keegan, D., 1986, The foundations of Distance Education. London: Croom Helm Publishers. Kinshuk, Patel A., 1997, A Conceptual Framework for Internet based Intelligent Tutoring Systems, Knowledge Transfer (Volume II) (Ed. A. Behrooz), pace, London, UK, pp , (ISBN X). Kay J., Kummerfeld, B.,1997, User models for customized hypertext. In: Nicholas, C. and Mayfield, J. (eds): Intelligent Hypertext: Advanced techniques for the World Wide Web. Lecture Notes in Computer Science, Vol Springer Verlag, Berlin Koedinger, K., Anderson, J., 1995, Intelligent Tutoring goes to the big city. Proceedings of the International Conference on Artificial Intelligence in Education, Jim Greer (Ed), AACE :Charlottesville, VA pp Kiyama M., Ishiuchi S., Ikeda K, Tsujimoto M., Fukuhara Y., 1997, Authoring methods for the Web-Based Intelligent CAI system CALAT and its Application to Telecommunications Service, IN Proceedings of AAAI-97, Providence RI. Lassila O., Swick R. R, 1999, Resource Description Framework RDF. Model and syntax Specification. W3C recommendation Feb 1999.

74 66 Lemone K. A., 1996, Retargetable Course Generation- A methodology for reusability in distance education. Position Paper for ITS 96 Workshop on Architecture and Methods for Designing Cost-Effective and Reusable ITSs, Montreal Canada, June 10 th Lai, M-C, Chen, B-H., and Yuan, S-M., 1995, Toward a new educational enviroment. In: Proceedings of the 4 th International World Wide Web Conference (1995), available online at: Labrou Υ., Finin Τ., A Proposal for a new KQML Specification,, TR CS-97-03, February 1997, Computer Science and Electrical Engineering Department, University of Maryland Baltimore County, Baltimore, MD Available at: Moore M.G., Kearsley G., Distance Education: A system s view. New York: Wadsworth Publishing. Murray T., 1998, A model for distributed curriculum on the world wide web, Journal of interactive Media in Education 98(5) Murray T., 1996, Special Purpose Ontologies and the Representation of Pedagogical Knowledge. Proceedings of the International Conference on the Learning Sciences AACE, Charlottesville, VA. Major N. P., Reichgelt H., 1992, COCA A shell for intelligent Tutoring systems. In Frasson C., Gauthier G., McCalla G. I., (Eds). Proceedings of the International Conference on Intelligent Tutoring Systems (ITS 92), Springer Verlag, Berlin. Mitrovic, A, Djordjevic, S., and Stoimenov L., : INSTRUCT: Modelling students by asking questions. User Modelling and User Adapted Interaction 6, 4 (1996) pp Mizoguchi R., 2000, A Personal History of AI Research Activity - Expert System, Knowledge Engineering and Ontological Engineering, The Sixth Symposium on Management (SymOrg2000), pp.15-19, Zlatibor, Yugoslavia, May 31-June 2, 2000 Mizoguchi R., Sinitsa K. and Ikeda M., Knowledge Engineering of Educational Systems for Authoring System Design -A preliminary results of task ontology design- Proceedings. of EAIED, pp , Lisbon, 1996

75 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 67 Ohlsson, S., 1987, Some Principles of Intelligent Tutoring. In Lawer and Yazdani (Eds), Artificial Intelligence and Education, Volume 1, Ablex, Norwood, NJ, pp Patel A., Kinshuk, 1996, Applied Artificial Intelligence for Teaching Numeric Topics in Engineering Disciplines, Lecture Notes in Computer Science, (Springer, Berlin, pp ) (ISSN ) Paepcke A., Chang C. K., Garcia-Molina H., Winograd T., 1998, Interoperability for Digital Libraries Worldwide, In Communications of the ACM, Vol 41, No. 4, pp Peachy, D. R., and McCalla, G., In Using Planning Techiques in intelligent tutoring systems, International Journal in Man-Machine studies 24 (1986) pp Stern M. K., 1997, The Difficulties in Web-Based Tutoring and somw possible solutions, Proceedings of the workshop Intelligent Educational Systems on the World Wide Web 8 th World Conference of the AIED Society, Kobe Japan August 1997 Solomos K, Avouris N, 1999, Learning from multiple Collaborating Intelligent Tutors: An agent-based approach, Journal of interacive Learning research, Vol 10, No 3 Streibel, M.J., 1991, Instructional Plans and situated learning. In G.J. Anglin, (Ed.), Instructional Technology, past, present and future. (pp ). Englewood, CO; Libraries Unlimited. Savery J. R., Duffy T. M., 1995, Problem Based Learning: An instructional model and its constructivist framework. Educational Technology, 35(5), Seamans M.C., 1990, New perspectives on user-centered design. Presentation at the Interchange Technical Writing Conference. Lowell, MA: University of Lowell. Shute, V. J., and Regian, J. W., 1990, Rose Garden Promises of Intelligent Tutoring Systems: Blossom or Thorn? Presented at Space Operations, Automation and Robotics Conference, June 1990, Albuquerque, NM. Stanchev I.,1993, From decision support systems to computer supported cooperative work. Computer Mediated education of Information Technology :Professionals

76 68 and Advanced Users (A-35) (Eds. Barta B. Z., Eccleston J. & Hambusch R.) Elsevier Science Publishers B. V. (North-Holland), pp Schoch V., Specht M., Weber G.,, 1998, ADI- An empirical evaluation of the tutorial agent. Proceedings if Ed-Media/Ed-Telecom 98, AACE, VA, pp Thuring M., Mannemann J., & Haake J., 1995, Hypermedia and cognition: Designing for comprehension. Communications of the ACM, 38(8), Vassileva, J., A classification and synthesis of student modelling techniques in intelligent computer-assisted instruction. In: Norrie, D., H., ans Six H. W. (eds) Proceedings if the 3 rd Inernational Conference, ICCAL 90, Berlin, Spriger- Verlag (1990), pp Vassileva J.,1997,. Dynamic Course Generation on the WWW. Artificial Intelligence in Education (Eds B. du Bouley & R. Mizoguchi). IOS Press, Amsterdam, pp Van Marcke K., 1992, Instructional Expertise. In Frasson C., Gauthier G., McCalla G. I., (Eds). Proceedings of the International Conference on Intelligent Tutoring Systems (ITS 92), Springer Verlag, Berlin. pp Verhoeven, B., Cardinaels, K., Van Durm, R., Duval, E., and Olivie, H.: Experiences with the ARIADNE pedagogical document repository. In: Proceedings of ED- MEDIA 2001 Wolrd Conference on Educational Multimedia, Hypermedia and Telecommunications, Tampere Finland, AACE (2001) pp Wenger E., 1987, Artificial Intelligence and tutoring systems. Los Altos, CA Morgan Kaufmann. Wiley, D. A, 2001, Connecting Learning objects to instructional design theory: A definition, a metaphor and a taxonomy. In D.A Weiley (Ed) The instructional use of learning objects: On line Version Willis, B. (1994). Distance Education: A Practical Guide. Englewood Cliffs, NJ: Educational Technology Publications. Yum K. K., Crawford J. R., On the feasibility of an interoperable tutorial machine to support the development and delivery of teaching, Position Paper for

77 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο 69 ITS 96 Workshop on Architecture and Methods for Designing Cost-Effective and Reusable ITSs, June 10 th, Montreal, Canada.

78

79 Κεφάλαιο 3: Τεχνολογίες Υποστήριξης συνεργασίας της Εκπαίδευσης από Απόσταση Περίληψη Σκοπός του κεφαλαίου αυτού είναι η κριτική ανασκόπηση των τεχνολογιών υποστήριξης συνεργασίας µεταξύ σύνθετων υπολογιστικών εκπαιδευτικών κόµβων. Η σηµαντικότερη επιλογή της περιοχής αυτής είναι τα συστήµατα πολλαπλών πρακτόρων (agents) σε ένα κατανεµηµένο περιβάλλον (Peer to peer, P2P). Τα συστήµατα πολλαπλών πρακτόρων έχουν εξελιχθεί τα τελευταία χρόνια σε ένα προγραµµατιστικό παράδειγµα του οποίου η χρήση σε κατανεµηµένες εφαρµογές παρουσιάζει σηµαντικό ερευνητικό ενδιαφέρον όσον αφορά το θεωρητικό µοντέλο, την αρχιτεκτονική, την υλοποίηση και τις περιοχές εφαρµογών. Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται οι βασικές αρχές του παραδείγµατος, µε έµφαση σε θέµατα σχεδίασης, ανάπτυξης και εφαρµογής συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων. 3.1 Επισκόπηση ερευνητικών προσπαθειών. Τα τελευταία χρόνια έχει παρατηρηθεί η ανάπτυξη πολλών και διαφορετικών περιβαλλόντων που ως σκοπό τους έχουν την υποστήριξη της εκπαίδευσης από απόσταση. Στην ενότητα αυτή αναπτύσσεται µια επισκόπηση των προσπαθειών αυτών. Το βασικό ερευνητικό ερώτηµα που καλείται να απαντήσει η πλειονότητα των εκπαιδευτικών περιβαλλόντων είναι η έννοια της προσαρµογής στα πλαίσια της εκπαιδευτικής διαδικασίας. Για το πλαίσιο των εκπαιδευτικών συστηµάτων του διαδικτύου (WBES), η προσαρµογή στηρίζεται στο γεγονός της ταύτισης του χρήστη του συστήµατος µε το µαθητή, και της προσφοράς κατάλληλης πληροφορίας µε σκοπό τη γνώση και την υποστήριξη της εκπαιδευτικής διαδικασίας. Μέχρι τώρα τα εκπαιδευτικά συστήµατα στο διαδίκτυο θεωρούνταν µια ειδική περίπτωση των ευφυών συστηµάτων διδασκαλίας (ITS) στο περιβάλλον του διαδικτύου. Εποµένως οι θεωρήσεις στην ανάπτυξη των WBES υιοθετήθηκαν κατά το ένα τµήµα τους από αντίστοιχες των ευφυών συστηµάτων διδασκαλίας και η έρευνα επικεντρώθηκε πλέον στην µελέτη του φορέα του διαδικτύου. Το µοντέλο σπουδαστή, η δηµιουργία εκπαιδευτικού πλάνου, και η προσαρµογή τόσο στην πληροφορία, όσο και στον τρόπο µε τον οποίο παρουσιάζεται είναι στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος.

80 72 Η έλευση του σηµασιολογικού ιστού (Semantic Web), και η παρουσίαση της έννοιας του εκπαιδευτικού αντικειµένου είναι οι βασικοί παράγοντες που επιφέρουν αλλαγή στη µέχρι τώρα θεώρηση της εκπαίδευσης από απόσταση. Το εκπαιδευτικό αντικείµενο παρουσιάστηκε ως έννοια για την επίλυση καίριων και χρόνιων προβληµάτων, όπως αυτών της επαναχρησιµοποίησης του εκπαιδευτικού υλικού ή της δηµιουργίας εκπαιδευτικού υλικού από κοινού από µια οµάδα. Οι τεχνολογίες που συνοδεύουν το σηµασιολογικό ιστό προσδίδοντας νόηµα και µεταπληροφορία στα δοµικά υλικά που απαρτίζουν τον παγκόσµιο ιστό όπως οι ιστοσελίδες, µπορούν να βρουν εφαρµογή και στον τοµέα της εκπαίδευσης από απόσταση. Η δυναµική αυτή θέτει την εκπαίδευση από απόσταση στο περιβάλλον του διαδικτύου σε ένα νέο πλαίσιο. Σκοπός δεν είναι µόνο η προσαρµογή του συστήµατος στις προτιµήσεις, στα χαρακτηριστικά και στο εκπαιδευτικό υπόβαθρο του µαθητή και µόνο. Η αναπαράσταση του γνωστικού αντικειµένου, τµήµατος που αποτελεί την καρδιά ενός WBES, και είναι η βάση της γνώσης στην οποία πραγµατοποιείται η διαδικασία της προσαρµογής και κατά συνέπεια της εκπαιδευτικής διαδικασίας, δεν είναι η µόνη πηγή πληροφορίας. Η δηµιουργία εκπαιδευτικού υλικού στο περιβάλλον του διαδικτύου σύµφωνα µε τα πρότυπα περιγραφής ενός εκπαιδευτικού αντικειµένου, οδηγεί στο φαινόµενο της ύπαρξης πολλών εκπαιδευτικών πηγών. Η εκπαιδευτική διαδικασία ενός WBES συνεπικουρείται όχι από την εκπαιδευτική πληροφορία που βρίσκεται στην δική του περιγραφή του γνωστικού αντικειµένου, αλλά από ένα σύνολο εκπαιδευτικών πηγών του διαδικτύου και µπορούν να προσφέρουν πληροφορία. Η δυναµική αυτή µας επιτρέπει να ορίσουµε δύο είδη εκπαιδευτικών περιβαλλόντων στο διαδίκτυο. Ως κλειστό εκπαιδευτικό περιβάλλον ορίζουµε το εκπαιδευτικό σύστηµα στο οποίο η εκπαιδευτική διαδικασία στηρίζεται στην ύπαρξη µιας υπολογιστικής συνιστώσας Αντίστοιχα, ως ανοιχτό εκπαιδευτικό περιβάλλον ορίζεται το εκπαιδευτικό σύστηµα όπου η εκπαιδευτική διαδικασία στηρίζεται στην ύπαρξη πολλών υπολογιστικών συνιστωσών, στην πλειοψηφία των περιπτώσεων µη καθορισµένων εκ των προτέρων. Στην περίπτωση των κλειστών εκπαιδευτικών περιβαλλόντων η διαδικασία της εκπαιδευτικής διαδικασίας στηρίζεται στην ύπαρξη µίας εκπαιδευτικής πηγής, ενώ αντιστοίχως στα ανοιχτά εκπαιδευτικά περιβάλλοντα, η γνώση είναι διασκορπισµένη σε ένα αριθµό εκπαιδευτικών πηγών στο διαδίκτυο.

81 Κεφάλαιο 3: Τεχνολογίες Υποστήριξης συνεργασίας της Εκπαίδευσης από Απόσταση Κλειστά Εκπαιδευτικά συστήµατα Συστήµατα διαχείρισης εκπαίδευσης από απόσταση Τα συστήµατα διαχείρισης εκπαίδευσης (Learning Management Systems LMS) είναι συστήµατα που υποστηρίζουν τη δηµιουργία (µέσω εργαλείων συγγραφής), αποθήκευση, (µέσω σχεσιακών βάσεων δεδοµένων) και παρουσίαση (µέσω ενός φυλλοµετρητή διαδικτύου) εκπαιδευτικού υλικού µε ένα δοµηµένο τρόπο. Επιπλέον προσφέρουν εργαλεία για την καταγραφή γεγονότων σχετικά µε τους µαθητές που είναι εγγεγραµµένοι σε ένα µάθηµα, και στατιστικά χρήσης και λειτουργίας του εν λόγω συστήµατος. Μέσα από τις διεργασίες αυτές µπορούν να εξαχθούν χρήσιµα συµπεράσµατα για τις απαντήσεις των µαθητών σε ερωτήσεις του συστήµατος µε σκοπό την αξιολόγηση τους. Σκοπός των LMS είναι η διευκόλυνση της διαδικασίας συγγραφής και παρουσίασης εκπαιδευτικού υλικού που προορίζεται σε µια εκπαιδευτική κοινότητα και η υποστήριξη υπηρεσιών σύνδεσης, ανάκτησης υλικού και αξιολόγησης των µελών της οµάδας αυτής. Χαρακτηριστικά πρόσφατων ερευνητικών προσπαθειών υιοθετούνται στο σχεδιασµό τους, µε αποτέλεσµα τα υλοποιούµενα υπολογιστικά συστήµατα να ισορροπούν µεταξύ εφαρµογής νέων θεωριών στην εκπαίδευση από απόσταση και πρακτικών λύσεων. Παρατηρούνται έτσι, τόσο εµπορικές λύσεις χωρίς όµως να χαρακτηρίζονται στο σύνολο της σχεδίασης τους από καινοτόµες ερευνητικές λύσεις, όσο και λύσεις λογισµικού ανοικτού κώδικα, κυρίως από ακαδηµαϊκά ιδρύµατα. Στον πίνακα που ακολουθεί παρουσιάζονται τα κυριότερα LMS και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους.

82 74 Όνοµα Περιγραφή ικαιώµατα χρήσης BlackBoard Σύστηµα που προσφέρει Εµπορικό πλήρη υποδοµή για προιόν. com εκπαίδευση από ( ) απόσταση. Fle3 MOODLE Τεχνολογία ιαχείριση Αναζήτηση Προσαρµογή -Σχεσιακή Βάση εδοµένων -Solaris και RedHat Linux -Περιγραφή µέσω SCORM CSCL. Open Source. GNU GPL -Zope Application Server -Γλώσσα Προγρ. Python -Linux,Mac OS, BSD, Windows Portal που υποστηρίζει διαχείριση µαθηµάτων µε προσαρµοστικά χαρακτηριστικά. (ΜΙΤ) Αποτέλεσµα Phd εργασίας Αντικειµενοστραφές GNU GPL GNU GPL -AOL Web Server -OpenACS toolkit -Php -Linux, windows, Mac OS - εν κάνει χρήση µεταπεριγραφών -Επίπεδο µαθήµατος. -Επίπεδο µαθητή. -Χρήση XML -Υποστήριξη Educational Modelling Language Επίπεδο µαθητή-οµάδας -Επίπεδο διάλεξης - ιαχείριση µαθητών Επίπεδο µαθήµατος 4 κατηγορίες υλικού όχι αναζήτηση µε λέξεις κλειδιά Αναζήτηση µε λέξη κλειδί ή ανά µάθηµα Προσαρµογή που αφορά τα χαρακτηριστικά ενός σύγχρονου portal. Πίνακας 1. Συστήµατα ιαχείρισης Εκπαίδευσης

83 75 Όνοµα Περιγραφή ικαιώµατα χρήσης WebCT XTensis uk Θεωρείται το καλύτερο σύστηµα παροχής εκπαίδευσης από απόσταση σε Ακαδηµαϊκό επίπεδο. Σύστηµα διαχείρισης εκπαιδευτικών αντικειµένων IMS,SCORM προτύπων Εµπορικό προιόν (4.500 ) Εµπορικό προιόν Τεχνολογία ιαχείριση Αναζήτηση Προσαρµογή -Java Enterprise Server -Oracle 9i -Linux,Windows,Solaris -Υποστήριξη IMS προτύπου -Microsoft Distributed Internet -Architecture -ASP, SQL-Server -Microsoft Windows -IMS ή SCORM πρότυπο --Επίπεδο µαθήµατος -Επίπεδο εκπαιδευτικού αντικειµένου -Επίπεδο εκπαιδευτικού αντικειµένου µε χρήση προτύπου IMS ή SCORM Αναζήτηση µε λέξη κλειδί Γλωσσάρι Index Από την πλευρά του δηµιουργού Μοντέλο Σπουδαστή Προσαµορµογή εκπαιδευτικού πλάνου Πίνακας 2. Συστήµατα ιαχείρισης Εκπαίδευσης

84 Αποθήκες εκπαιδευτικών αντικειµένων (Learning Object Repositories LOR). Οι αποθήκες εκπαιδευτικών αντικειµένων (Learning Object Repositories LOR) είναι συλλογές από εκπαιδευτικές πηγές συνοδευόµενες από µεταπληροφορία, µε σκοπό την ανάκτηση και την αναζήτηση τους µέσω ενός φυλλοµετρητή. Ενώ τα LMS αντιµετωπίζουν τα διαχειριστικά θέµατα του εκπαιδευτικού υλικού σε επίπεδο µαθήµατος, στα LOR το επίπεδο του εκπαιδευτικού υλικού είναι αυτόνοµες σελίδες διαδικτύου που συνήθως περιέχουν ένα µόνο εκπαιδευτικό αντικείµενο. Τo µάθηµα που συγκροτείται σε ένα LMS, είναι µία συλλογή από αντικείµενα που συναντώνται σε ένα LOR. Κύριος σκοπός των LOR είναι όχι τόσο η υποστήριξη της παρουσίασης του εκπαιδευτικού υλικού σε µια καθορισµένη εκπαιδευτική κοινότητα, όπως ισχύει στα LMS, αλλά η υποστήριξη κατάλληλων µηχανισµών προσθήκης εκπαιδευτικού υλικού µε τη µορφή εκπαιδευτικού αντικειµένου από µια οµάδα δηµιουργών. Η έννοια του εκπαιδευτικού αντικειµένου διατηρεί συνεπώς πιο σηµαντικό ρόλο. To Careo 1 πρόκειται για ένα έργο µε σκοπό τη δηµιουργία συλλογής εκπαιδευτικών αντικειµένων για πολλά γνωστικά αντικείµενα και απευθύνεται στους χρήστες ενός ακαδηµαϊκού οργανισµού (Alberta Campus). Η συλλογή περιλαµβάνει εκπαιδευτικά αντικείµενα διαφόρων τύπων, από ηλεκτρονικό κείµενο µέχρι βίντεο. Η πρόσβαση στο δικτυακό τόπο είναι ελεύθερη, ενώ τα εγγεγραµµένα µέλη έχουν τη δυνατότητα προσθήκης εκπαιδευτικών αντικειµένων. Η µεταπεριγραφή των εκπαιδευτικών αντικειµένων στηρίζεται στο πρότυπο CanCore, και υποστηρίζεται από συγκεκριµένη εφαρµογή. Η ενσωµάτωση ή διαγραφή αντικειµένων είναι δυνατότητα που δίνεται µόνο στα εγγεγραµµένα µέλη. Η αναζήτηση υλικού γίνεται µέσω λέξης κλειδιού στον τίτλο, περιγραφή ή στο κείµενο του εκπαιδευτικού αντικειµένου. Υποστηρίζονται επίσης δυνατότητες προσαρµογής σύµφωνα µε το προφίλ του χρήστη βασισµένο στα ενδιαφέροντα του. Το MERLOT 1 αποτελεί παρόµοια προσπάθεια µε την προηγούµενη που απευθύνεται σε ακαδηµαϊκά ιδρύµατα της Αµερικής. Η µεταπεριγραφή ακολουθεί το πρότυπο ΙΕΕΕ LOM και αποθηκεύεται σε XML µορφή. 1

85 77 Σε παρόµοια λογική προσπάθειες συλλογών εκπαιδευτικών αντικειµένων συγκαταλέγονται και τα ακόλουθα: EdNA 2, ETB 3, GEM 4, SMETE 5, UBP Ανοιχτά εκπαιδευτικά περιβάλλοντα Στην κατηγορία των ανοιχτών εκπαιδευτικών περιβαλλόντων συγκαταλέγονται ο εκείνα όπου κάθε µία υπολογιστική συνιστώσα αποτελεί και µία ξεχωριστή εκπαιδευτική οντότητα. Με τον όρο οντότητα θεωρούµε είτε µια ξεχωριστή εκπαιδευτική πηγή, είτε ένα άτοµο της εκπαιδευτικής κοινότητας το οποίο µπορεί και να αποτελέσει εκπαιδευτική πηγή. Ένα κλειστό εκπαιδευτικό περιβάλλον παρουσιάζει χαρακτηριστικά προσαρµογής που προσεγγίζουν την ευφυή συµπεριφορά, αλλά η πληροφορία για το γνωστικό αντικείµενο αντλείται µόνο από µια εκπαιδευτική πηγή. Η εκπαίδευση σε γνωστικά αντικείµενα όπου το γνωστικό αντικείµενο εµπλουτίζεται µε την πάροδο του χρόνου, δεν καλύπτει τις ανάγκες της εκπαίδευσης από απόσταση. Είναι εποµένως σηµαντικό για ένα εκπαιδευτικό περιβάλλον όχι µόνο να προσαρµόζεται, αλλά να ενηµερώνεται συνεχώς µε πληροφορία (Schmitz et al 2002). Η δυνατότητα αυτή προσφέρεται από την ύπαρξη ενός συνόλου εκπαιδευτικών πηγών. (Broekstra et al 2003). Ένα τέτοιο περιβάλλον ορίζεται ως κατανεµηµένο εκπαιδευτικό περιβάλλον (Peer to Peer educational system,p2p). Από τεχνικής πλευράς, οι διαφορετικοί εκπαιδευτικοί οργανισµοί µπορούν να παροµοιαστούν ως ένας από τους πολλούς αυτόνοµους κόµβους που ανήκουν σε ένα δίκτυο γνώσης. Οι κόµβοι µπορούν να ενώνονται ή να αποδεσµεύονται από το δίκτυο οποιαδήποτε στιγµή και να µπορούν να δρουν ανεξάρτητα από την συµπεριφορά των άλλων κόµβων του συστήµατος. Ένας κόµβος µπορεί να αποτελέσει κόµβο επικοινωνίας ερχόµενος σε επαφή µε άλλους κόµβους του δικτύου. Ένας κόµβος περιέχει µια ή περισσότερες εκπαιδευτικές πηγές που αποτελούν πηγή εκπαιδευτικού υλικού για τους υπόλοιπους κόµβους του δικτύου. Ένα δίκτυο κόµβων πρέπει να είναι έτσι σχεδιασµένο ώστε να πληρεί τις παρακάτω προϋποθέσεις

86 78 Ύπαρξη πολλαπλών πηγών πληροφορίας Όµοιος τρόπος διαχείρισης της εσωτερικής και εξωτερικής πληροφορίας Υποστήριξη απάντησης σε ερωτήµατα Η πιο σηµαντική διαφορά µεταξύ κλειστών και ανοιχτών εκπαιδευτικών περιβαλλόντων εντοπίζεται στον τρόπο που αντιµετωπίζουν την υποστήριξη της εκπαίδευσης από απόσταση. Η πρώτη κατηγορία υποστηρίζει τη λειτουργία της προσαρµογής µε τη χρήση µοντέλων-βάσεων γνώσης για το γνωστικό αντικείµενο, την παιδαγωγική πληροφορία, το µοντέλο του µαθητή. Η δεύτερη κατηγορία εµπλουτίζει τη λειτουργία της εκπαίδευσης µε την εύρεση γνώσης από άλλες εκπαιδευτικές πηγές. Τα ανοιχτά εκπαιδευτικά περιβάλλοντα διακρίνονται σε δύο κατηγορίες ως προς τη θεώρηση της φύσης της εκπαιδευτικής πηγής. Η µια προσέγγιση θεωρεί ότι το σύνολο των εκπαιδευτικών πηγών αποτελείται από υπολογιστικές συνιστώσες (κατανεµηµένα εκπαιδευτικά περιβάλλοντα, P2P educational systems), ενώ η άλλη θεωρεί ότι την εκπαιδευτική πηγή αποτελεί ένα άτοµο (µαθητής ή καθηγητής) µέλος της εκπαιδευτικής κοινότητας (συστήµατα αποµακρυσµένης βοήθειας, Peer Help systems). Η πρώτη προσέγγιση επικεντρώνεται σε θέµατα περιγραφής του εκπαιδευτικού υλικού, και υποστήριξης µηχανισµών συνεργασίας, ενώ η δεύτερη σε δηµιουργία µιας εικονικής τάξης και υποστήριξη µηχανισµών αλληλεπίδρασης των µελών που την αποτελούν Κατανεµηµένα εκπαιδευτικά περιβάλλοντα Η κύρια ιδέα που χαρακτηρίζει τα κατανεµηµένα εκπαιδευτικά συστήµατα και γενικότερα τις κατανεµηµένες P2P αρχιτεκτονικές είναι ότι κόµβοι του δικτύου άµεσα εκµεταλλεύονται υπηρεσίες παρούσες σε άλλους κόµβους του δικτύου χωρίς τη µεσολάβηση κεντρικού διακοµιστή. Η τεράστια επιτυχία που σηµείωσαν προγράµµατα όπως το Napster και το Gnutella, και η συµµετοχή εταιρειών κύρους όπως η Sun (JXTA) και οι HP, ΙΒΜ, Intel (συγκρότηση κοινής Peer to Peer ερευνητικής οµάδας), αποδεικνύουν ότι το P2P υπολογιστικό παράδειγµα είναι ισχυρό για τη κοινοποίηση ηλεκτρονικών κειµένων χωρίς συγκεντρωτική αποθήκευση, χωρίς κεντρική διαχείριση (Broekstra et al 2003).

87 79 Η εφαρµογή του P2P υπολογιστικού παραδείγµατος στην εκπαίδευση από απόσταση είναι ο κύριος άξονας των ερευνητικών προσπαθειών που κατατάσσονται στην κατηγορία των κατανεµηµένων εκπαιδευτικών περιβαλλόντων. Τα σηµαντικότερα παραδείγµατα είναι αυτά των Edutella, Pool και Elena Edutella Το ερευνητικό έργο Edutella 1 (Nejdle et al. 2002) είναι το πρώτο παράδειγµα παροχής υπηρεσιών αναζήτησης εκπαιδευτικών αντικειµένων σε µία κατανεµηµένη υποδοµή. Η υποδοµή Εdutella προσφέρει τη δυνατότητα της σύνδεσης και συνδιαλλαγής µέσω του διαδικτύου, µε πηγές εκπαιδευτικού υλικού. Μέσω µιας διεπιφάνειας είναι δυνατή η δηµοσιοποίηση των εκπαιδευτικών αντικειµένων µε τη χρήση µεταδεδοµένων. Επίσης υποστηρίζεται και η ανάλογη υπηρεσία αναζήτησης εκπαιδευτικού υλικού. Τα µεταδεδοµένα περιγράφονται µε τη χρήση RDF προτύπου και η διαδικασία αναζήτησης υποστηρίζεται από µια ειδική γλώσσας (QEL) (Nilsson and Siberski, 2003). Τεχνολογικά, η υποδοµή του Edutella βασίζεται στη βιβλιοθήκη JXTA της εταιρείας SUN. Βασικό χαρακτηριστικό της υποδοµής αυτής και κατά συνέπεια και του Edutella είναι η υποστήριξη των ακόλουθων υπηρεσιών. Αναζήτηση (Query). Η πιο βασική υπηρεσία που επιτρέπει στους χρήστες να αναζητήσουν εκπαιδευτικό υλικό µέσω ενός ερωτήµατος που απαρτίζεται από τιµές σε πεδία µεταδεδοµένων εκπαιδευτικού υλικού. Αναπαραγωγή (Replication) Αποθήκευση αντιγράφων του εκπαιδευτικού υλικού σε άλλους κόµβους για την εξισορρόπηση του φόρτου εργασίας (workload balancing) Συσχέτιση µεταδεδοµένων (Mapping ). Μετάφραση των µεταδεδοµένων από το πρότυπο µιας εκπαιδευτικής πηγής στο πρότυπο της άλλης. Συσχέτιση (Mediation). ηµιουργία συνόλου δεδοµένων από επιµέρους στοιχεία, συγκερασµός µεταξύ αντίθετων ή επικαλυπτόµενων δεδοµένων που περιγράφονται από την ίδια µεταπληροφορία. Επισηµείωση (Annotation). Σχολιασµός δεδοµένων που βρίσκονται οπουδήποτε στο δίκτυο Edutella 1

88 80 Κάθε κόµβος του δικτύου Edutella υποστηρίζεται από µία σχεσιακή βάση δεδοµένων στην οποία αποθηκεύονται RDF τριάδες 1 οι οποίες περιγράφουν σύµφωνα µε ένα πρότυπο εκπαιδευτικών αντικειµένων µια σελίδα Html. Μία βασική λειτουργία που απαιτείται είναι η εξαγωγή των µεταδεδοµένων από τις σελίδες Html (υπό τη µορφή RDF) και η µεταφορά τους στη βάση δεδοµένων σε ένα κοινό µοντέλο περιγραφής (Educational Common Data Model, ECDM). Η αναζήτηση δεδοµένων γίνεται επίσης µε µια ειδικού σκοπού γλώσσα Query Exchange Language (QEL). Το βασικό χαρακτηριστικό του δικτύου Edutella που επιτρέπει σε κόµβους µε διαφορετικά πρότυπα περιγραφής µεταδεδοµένων εκπαιδευτικού υλικού να συνεργαστούν, στηρίζεται στην υπηρεσία συσχέτισης µεταδεδοµένων. Η µετατροπή της ενσωµατωµένης µεταπληροφορίας στο εκπαιδευτικό υλικό (σε µια σελίδα Html) από ΙΕΕΕ LOM ή IMS πρότυπο σε ECDM δηµιουργεί ένα κοινό τρόπο περιγραφής του εκπαιδευτικού υλικού. Η χρήση µεταδεδοµένων για τη δηµιουργία ερωτηµάτων ευνοεί την απόκριση του συστήµατος και την παρουσίαση ενός ικανού αριθµού κόµβων και κατά συνέπεια και απαντήσεων. Παρόλα αυτά δεν υπάρχει τρόπος προσδιορισµού αν µία προτεινόµενη απάντηση είναι σχετική µε το ερώτηµα, και αν τα στοιχεία που παρέχει είναι ανακριβή ή αναληθή. Η χρήση µίας κοινής γλώσσας περιγραφής στα ερωτήµατα και των απαντήσεων αυτών απαιτεί µετάφραση τοπικά σε κάθε κόµβο του δικτύου. Αυτό µπορεί να επιφέρει µία καθυστέρηση και ένα περιορισµό στην ακριβή έκφραση της απόκρισης του κάθε κόµβου. Ένα επιπλέον πρόβληµα είναι η πιθανή ανεπάρκεια στην χειρισµό της δικτυακής κίνησης. Η επιλογή του κατάλληλου εκπαιδευτικού υλικού γίνεται στον κόµβο που έκανε την αίτηση. Αυτό σηµαίνει ότι το ερώτηµα µεταδίδεται µέσα στο δίκτυο, και το πρόβληµα κλιµακώνεται ικανοποιητικά µόνο σε µικρό αριθµό κόµβων Pool (Portal for Online Objects in Learning) Σκοπός του έργου POOL 2 (Hatala and Richards 2002), είναι η ανάπτυξη µιας κατανεµηµένης εφαρµογής για την υποστήριξη αποθηκών εκπαιδευτικών 1 Τριάδα (Triple Clause) είναι µια µορφή αναπαράστασης γεγονότων (Υποκείµενο, ενέργεια αντικείµενο) ή κανόνων ( If, Then, Else) που χρησιµοποιείται επί το πλέιστον στην RDF τεχνολογία. 2

89 81 αντικειµένων. Η υποδοµή απαρτίζεται από ένα δίκτυο από αυτόνοµες οντότητες που επικοινωνούν µε το πρωτόκολλο POOL. Οι κόµβοι του δικτύου αποτελούνται από τρία είδη υπολογιστικών οντοτήτων (splash, pool, pond). Την πρώτη κατηγορία (Splash) αποτελούν desktop εφαρµογές που απαντώνται σε µεµονωµένους χρήστες οι οποίοι ανήκουν σε οµάδες ειδικού ενδιαφέροντος (ponds). Οι οµάδες ειδικού ενδιαφέροντος αντιπροσωπεύονται στο δίκτυο από γενικότερες εφαρµογές (Ponds) οι οποίες έχουν τη δυνατότητα να επικοινωνούν µέσω των Pool centrals.η µετάδοση ενός ερωτήµατος µεταξύ οµάδων ειδικού ενδιαφέροντος πραγµατοποιείται µέσω των των Pool centrals. Το τµήµα του λογισµικού που ασχολείται µε τις υπηρεσίες επικοινωνίας είναι βασισµένο στη βιβλιοθήκη JXTA της γλώσσας προγραµµατισµού JAVA, µια πλατφόρµα για P2P συστήµατα η οποία είναι ελεύθερη προς χρήση στο κοινό. Σχήµα 7. Η αρχιτεκτονική του δικτύου POOL (Hatala and Richards 2002) Στην υποδοµή POOL γίνεται η χρήση δύο διαφορετικών προτύπων µεταπληροφορίας εκπαιδευτικού υλικού (IMS και CanCore) για την περιγραφή του εκπαιδευτικού υλικού στα ερωτήµατα της υποδοµής. Τα ερωτήµατα περιγράφονται σε ένα format βασισµένο σε XML σύµφωνα µε ένα προτεινόµενο πρότυπο (SPLASH format). Ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της προσπάθειας αυτής είναι ότι επεκτείνει τις υπάρχουσες δυνατότητες για αναζήτηση πληροφορίας, και συγκεκριµένα τις δυνατότητες για την δροµολόγηση του ερωτήµατος, έτσι ώστε να καλύπτονται οι

90 82 απαιτήσεις για τους τρεις διαφορετικούς τύπους υπολογιστικών οντοτήτων που συνυπάρχουν στο Pool περιβάλλον. Η διαβάθµιση τριών επιπέδων επιτρέπει τη δηµιουργία οµάδων ειδικού ενδιαφέροντος, προσφέροντας δυνατότητες καλύτερης απόκρισης στα ερωτήµατα των µελών της οµάδας λόγω της µετάδοσης του ερωτήµατος από µικρότερες σε µεγαλύτερες οµάδες του δικτύου. Αν και το δίκτυο POOL υστερεί σε δυνατότητες του Edutella, η χρήση ενός πιο πρακτικού προτύπου µεταπεριγραφής (Cancore) και η διαβάθµιση των κόµβων του δικτύου το καθιστούν πιο πρακτικό στη χρήση του, τόσο σε µικρή όσο και σε µεγαλύτερη κλίµακα ELENA To έργο ELENA 1 (Bernt et al 2003) αποτελεί ένα IST project µε σκοπό την εφαρµογή των ευφυών χώρων µάθησης. Ως ευφυείς χώροι µάθησης ορίζονται οι µεσολαβητές εκπαιδευτικών υπηρεσιών που επιτρέπουν την απορρόφηση πληροφορίας από ετερογενείς πηγές (κατανεµηµένες πηγές, συστήµατα διαχείρισης εκπαίδευσης LMS). Ουσιαστικά πρόκειται για προσπάθεια επέκτασης της υποδοµής Edutella µε την προσθήκη της έννοιας των εκπαιδευτικών υπηρεσιών (educational services). Τα νέα χαρακτηριστικά που παρουσιάζονται είναι η εκµετάλλευση των δυνατοτήτων που παρέχονται από τη χρήση εκπαιδευτικών προτύπων µεταδεδοµένων (LOM και Dublin Core) και του τρόπου περιγραφής των χρηστών (ΙΕΕΕ PAPI 2 και IMS LIP). Επίσης είναι δυνατή η ενσωµάτωση LMS µε τη µορφή εκπαιδευτικών πηγών στο δίκτυο ELENA. H αναζήτηση εκπαιδευτικού υλικού στην υποδοµή ELENA υποστηρίζεται µέσω ενός υπολογιστικού κόµβου (personal learning assistant) που περιέχει πληροφορίες για το χρήστη µε τη χρήση του µοντέλου µεταπεριγραφής PAPI. Κάθε ερώτηµα του χρήστη προς το δίκτυο, εµπλουτίζεται µε δεδοµένα από το µοντέλο του (επιπλέον συνθήκες για την γλώσσα και προτιµήσεις στον τύπο του προσφερόµενου εκπαιδευτικού υλικού). Η αναζήτηση των κατάλληλων εκπαιδευτικών πηγών υποστηρίζεται από την περιγραφή τους στο ACM σύστηµα ταξινόµησης (ACM 1998)

91 Συστήµατα αποµακρυσµένης βοήθειας Τα εκπαιδευτικά περιβάλλοντα που ανήκουν στη συγκεκριµένη κατηγορία στηρίζονται στην προσέγγιση ότι η µάθηση µπορεί να προέλθει από την προσπάθεια συνεργασίας µεταξύ µελών µιας εκπαιδευτικής κοινότητας. Συνεπώς κύριο µέληµα είναι όχι η εύρεση της πιο κατάλληλης εκπαιδευτικής πληροφορίας όπως συµβαίνει στα κατανεµηµένα εκπαιδευτικά περιβάλλοντα, αλλά στην εύρεση κατάλληλων ατόµων της εκπαιδευτικής κοινότητας για επικοινωνία και συνεργασία. Ο όρος συνεργασία ορίζεται µε διαφορετικό τρόπο από ότι στα συνεργατικά περιβάλλοντα (Collaborative systems), όπου σηµαίνει κοινή δράση για την επίτευξη ενός σκοπού. Εδώ η συνεργασία δύο ατόµων αναφέρεται στην προσφορά βοήθειας για την επίλυση αποριών του ενός µέλους από το άλλο, µε την επιβράβευση του δότη. Τα ερευνητικά έργα που εντάσσονται στην κατηγορία των συστηµάτων αποµακρυσµένης βοήθειας είναι το I-Help και το Help and Learn I-Help To Ι-Help (Greer et al 2001) είναι ένα σύστηµα αποµακρυσµένης βοήθειας σχεδιασµένο για να βοηθά τους χρήστες στην επίλυσης προβληµάτων στα πλαίσια ενός ακαδηµαϊκού µαθήµατος. Η αποµακρυσµένη βοήθεια λαµβάνεται µε δύο µορφές: Ασύγχρονα, µε τη βοήθεια ενός κοινού φόρουµ, όπου δηµοσιεύονται οι αιτήσεις βοήθειας καθώς και οι αντίστοιχες απαντήσεις (Μοντέλο ένας αιτών- πολλοί βοηθοί) Σύγχρονα, µε τη βοήθεια εργαλείου συνοµιλίας πραγµατικού χρόνου (διάλογοι βοήθειας, µοντέλο ένας αιτών- ένας βοηθός). Κάθε χρήστης του συστήµατος αντιπροσωπεύεται από µια υπολογιστική συνιστώσα-πράκτορα που απαρτίζουν ένα σύστηµα πολλαπλών πρακτόρων. Ο πράκτορας-αντιπρόσωπος λειτουργεί εκ µέρους του χρήστη τόσο στη λειτουργίας αναζήτησης βοήθειας, όσο και σε εκείνη της απόκρισης σε αίτηση κάποιου άλλου χρήστη του δικτύου. Το µοντέλο του σπουδαστή απαρτίζεται από επιµέρους µοντέλα που αφορούν τη γνώση του, τις κοινωνικές του ικανότητες, τις σχέσεις που έχει µε κάποια από τα άτοµα, το διαθέσιµο χρόνο του και το ιδεατό του χρήµα. Αναφορικά, το µοντέλο του χρήστη σχετίζεται µε το επίπεδο γνώσης του µαθητή που εκπροσωπεί, τη περιγραφή

92 84 της συµπεριφοράς του στα πλαίσια της εκπαιδευτικής κοινότητας, το ιστορικό συνδιαλλαγής του µε τα µέλη της κοινότητας, και την αξιολόγηση των υπόλοιπων χρηστών προς το άτοµο του. Στην διατύπωση µίας αίτησης βοήθειας, ο αλγόριθµος ανεύρεσης των κατάλληλων βοηθών λαµβάνει υπό όψη του όλες τις πτυχές των µοντέλων χρηστών που βρίσκονται εκείνη τη στιγµή ενεργοί στο δίκτυο. Η προσπάθεια για την εύρεση κινήτρου ώστε οι χρήστες να αποκρίνονται σε αιτήσεις βοήθειας οδήγησε στη δηµιουργία εικονικού χρήµατος, το οποίο στα πλαίσια µιας εκπαιδευτικής κοινότητας (µία ακαδηµαϊκή τάξη) ανταποκρίνεται σε υλική επιβράβευση στο τέλος της ακαδηµαϊκής περιόδου (αντίστοιχη πριµοδότηση του βαθµού του ενεργού χρήστη στο µάθηµα) Help and Learn Η συνεργατική µάθηση δίνει κίνητρο για ενεργή συµµετοχή των ατόµων µιας εκπαιδευτικής κοινότητας στην διαδικασία της µάθησης που συχνά αποφέρει την ανάπτυξη δηµιουργικών και κριτικών δεξιοτήτων. Μαθητές και δάσκαλοι έχουν ταυτόχρονα το ρόλο του προσφερόµενου και του αιτούµενου βοήθειας σε ένα περιβάλλον που όλοι διδάσκουν και όλοι µαθαίνουν. To Help and Learn (Guizzardi et al 2003), αποτελεί µια υποδοµή για την υποστήριξη µιας συνεργατικής εκπαιδευτικής κοινότητας µε βάση την θεώρηση αυτή. Η προσέγγιση έχει πολλά κοινά στοιχεία µε εκείνη του I-Help. Ο χρήστης αντιπροσωπεύεται από υπολογιστικό κόµβο σε µια P2P κοινωνία. Οι κόµβοι του δικτύου µπορούν να ανταλλάξουν εκπαιδευτικό υλικό ή µηνύµατα. Η γνώση που ανταλλάσσεται είναι είτε άµεση είτε έµµεση. Η άµεση γνώση µπορεί να αποθηκευτεί και να ανταλλαχθεί µέσω ψηφιακού εκπαιδευτικού υλικού, ενώ η έµµεση γνώση που βρίσκεται στο µυαλό του φέροντος, µπορεί να µεταδοθεί µέσω της ασύγχρονης επικοινωνίας δύο ατόµων. Η διαδικασία εύρεσης βοήθειας γίνεται µε την παροχή ενός ή περισσοτέρων λέξεων κλειδιών. Η βασική διαδικασία αναζήτησης είναι η εύρεση του πιο κατάλληλου κόµβου ή του πιο κατάλληλου βοηθού. Στη διαδικασία αυτή συµβάλλει το µοντέλο κόµβου (peer model) που είναι µία άλλη µορφή του µοντέλου χρήστη. Για το εκπαιδευτικό υλικό υπόψη λαµβάνονται το ενδιαφέρον του χρήστη, το επίπεδο γνώσης του, οι προτιµήσεις του στο τρόπο παρουσίασης, και ο ρόλος του στην εκπαιδευτική κοινότητα.

93 85 Για την επιλογή του βοηθού τα στοιχεία που λαµβάνονται υπόψη είναι η εµπιστοσύνη, η διαθεσιµότητα, το επίπεδο συνεργασίας, ο χρόνος που διαθέτει και η τρέχουσα εργασία του. Η κοινοποίηση της άµεσης γνώσης γίνεται µε τη βοήθεια περιγραφής της σε µορφή RDF και τη χρήση µια κοινής οντολογίας (Η οντολογία είναι από πριν καθορισµένη για ένα συγκεκριµένο γνωστικό αντικείµενο). 3.4 Εκπαιδευτικά περιβάλλοντα βασισµένα σε τεχνητή νοηµοσύνη. Στη διεθνή βιβλιογραφία συναντάται ένα σύνολο ερευνητικών προσπαθειών που ως κοινό χαρακτηριστικό του έχει την εφαρµογή προηγµένων τεχνικών από το χώρο της τεχνητής νοηµοσύνης. Άξιες αναφοράς είναι εκείνες των συστηµάτων CITS, και CANDLE Confidence Intelligent Tutoring System (CITS) Η προσφερόµενη εκπαιδευτική πληροφορία στο διαδίκτυο είναι τεράστια σε ποσότητα και διαρκώς µεταβάλλεται και ενηµερώνεται. Μια πεπερασµένη βάση γνώσης δεν θα µπορούσε ποτέ να είναι αρκετή. Σκοπός του CITS (Razek et al 2003) είναι η αναζήτηση γνώσης κατευθείαν από το διαδίκτυο κατά τη διάρκεια της εκπαιδευτικής διαδικασίας και στηρίζεται σε τεχνικές αναζήτησης πληροφορίας (Information Retrieval). Το περιβάλλον στο οποίο λειτουργεί το CITS ορίζεται στα πλαίσια µιας εικονικής τάξης όπου µέλη της εκπαιδευτικής οµάδας συνοµιλούν. Το σύστηµα επεξεργάζεται το κείµενο της συνοµιλίας, και από λέξεις κλειδιά που αναγνωρίζει, δηµιουργεί δυναµικά ένα ερώτηµα και ανακινεί την διαδικασία αναζήτησης. Το αποτέλεσµα της διαδικασίας φιλτράρεται, οργανώνεται και παρουσιάζεται στο µαθητή. Σηµαντικό ρόλο στη διαδικασία αναζήτησης αποτελεί η τρόπος συσχέτισης του ερωτήµατος µε τα ηλεκτρονικά κείµενα του διαδικτύου. Για το σκοπό αυτό η εργασία παρουσιάζει µία νέα θεώρηση για την περιγραφή των σελίδων του διαδικτύου τα κυρίαρχα νοήµατα (dominant meanings). Πρόκειται για λέξεις κλειδιά, τα οποία εκ των προτέρων ορίζονται από ένα µικρό κείµενο. Η αναπαράσταση του γνωστικού αντικειµένου γίνεται από µια ιεραρχική δοµή εννοιών σχετικών µε το γνωστικό πεδίο. Κάθε έννοια προσδιορίζεται από ένα σύνολο κυρίαρχων µηνυµάτων.

94 86 Το σύνολο των κειµένων του διαδικτύου σαρώνεται για τη δηµιουργία µίας δοµής συσχέτισης µεταξύ των λέξεων που περιέχει και των κυρίαρχων νοηµάτων. Η δοµή αυτή είναι ικανή να αναζητήσει τα κείµενα που εννοιολογικά είναι πιο κοντά µε το κείµενο του διαλόγου µεταξύ δύο µαθητών CANDLE Το Collaborative and Network Based Distributed Learning Enviroment (CANDLE) (Mendez et al. 2002), συνδυάζει την τεχνολογία εκπαιδευτικών αντικειµένων και την εφαρµογή αλγορίθµων ασαφούς λογικής για την οµαδοποίηση (clustering) ηλεκτρονικών κειµένων του διαδικτύου. Η µεταπληροφορία που χρησιµοποιείται ως δεδοµένα εισόδου για την οµαδοποίηση, είναι ένα υποσύνολο του προτύπου LOM. Η αναζήτηση του κατάλληλου εκπαιδευτικού υλικού πραγµατοποιείται µε τη βοήθεια ενός εργαλείου εξερεύνησης στο σύνολο των κειµένων. Η οµαδοποίηση των κειµένων εφαρµόζεται και δηµιουργεί εικονικούς θεµατικούς χώρους, όπου κείµενα που ανήκουν στο ίδιο υποσύνολο του θεµατικού χώρου, παρουσιάζονται µαζί και αποτελούν εναλλακτικές λύσεις για εξερεύνηση από την πλευρά του µαθητή. 3.5 Ταξινόµηση των περιβαλλόντων µάθησης Η συνολική εκτίµηση των ερευνητικών προσπαθειών στο χώρο των εκπαιδευτικών περιβαλλόντων του διαδικτύου οδηγεί στο διαχωρισµό τους σύµφωνα µε τις βασικές τους θεωρήσεις. Η δηµιουργία αυτόνοµων εκπαιδευτικών εφαρµογών στο διαδίκτυο µε αναφορές στα ευφυή συστήµατα διδασκαλίας από τη µία πλευρά, και από την υιοθέτηση νέων τεχνικών για την προσαρµογή των συστηµάτων αυτών στο περιβάλλον του διαδικτύου, δηµιούργησαν την κατηγορία των προσαρµοζόµενων εκπαιδευτικών συστηµάτων στο διαδίκτυο (WBES). Η αντιµετώπιση του προβλήµατος διαχείρισης του εκπαιδευτικού υλικού ή της αξιολόγησης των µαθητών στο πλαίσιο εκπαιδευτικών οργανισµών ή οµάδων ειδικού γνωστικού ενδιαφέροντος οδήγησαν σε εµπορικές ή µη λύσεις συγκεντρωτικών εκπαιδευτικών περιβαλλόντων. Η έµφαση στην επαναχρησιµοποίηση του εκπαιδευτικού υλικού (συνεπικουρούµενη από την έλευση του εκπαιδευτικού αντικειµένου) οριοθέτησε την κατηγορία των αποθηκών εκπαιδευτικών αντικειµένων.

95 87 Αντίστοιχα, η έµφαση στην διαχείριση των µελών της εκπαιδευτικής κοινότητας οριοθετεί την κατηγορία των συστηµάτων διαχείρισης εκπαίδευσης. Ο ανοιχτός χαρακτήρας του διαδικτύου και η υποστήριξη της εκπαιδευτικής διαδικασίας από ένα σύνολο εκπαιδευτικών πηγών αντί της µιας πηγής, δηµιουργεί την κατηγορία των ανοιχτών εκπαιδευτικών περιβαλλόντων. Στην κατηγορία αυτή αν το θέµα είναι η ανεύρεση εκπαιδευτικής πληροφορίας από ένα σύνολο υπολογιστικών οντοτήτων σε ένα κατανεµηµένο περιβάλλον τότε µιλάµε για ένα κατανεµηµένο εκπαιδευτικό περιβάλλον, ενώ αν ο σκοπός είναι η υλοποίηση ενός συνεργατικού περιβάλλοντος µιας εικονικής εκπαιδευτικής κοινότητας τότε εµπίπτουµε στην κατηγορία των συστηµάτων αποµακρυσµένης βοήθειας. Τέλος υπάρχουν οι προσπάθειες εφαρµογής τεχνικών τεχνητής νοηµοσύνης (CANDLE) ή της αναζήτησης πληροφορίας (information retrieval, CITS) στην αναζήτηση εκπαιδευτικής γνώσης σε ένα σύνολο εκπαιδευτικών πηγών.

96 88 Σχήµα 8. Ταξινόµηση των εκπαιδευτικών συστηµάτων του διαδικτύου

97 Άξονες ανάπτυξης κατανεµηµένων εκπαιδευτικών περιβαλλόντων Οι νέες ερευνητικές τάσεις στη δηµιουργία των εκπαιδευτικών περιβαλλόντων στηρίζονται κατά ένα µεγάλο ποσοστό σε πρωτοεµφανιζόµενες τεχνολογίες και έννοιες. Η έλευση της έννοιας του σηµασιολογικού ιστού και των τεχνολογιών XML και RDF µπορεί να έχουν αλλάξει τον τρόπο µε τον οποίο τυποποιούµε τα δεδοµένα µας, αλλά είναι αυτό αρκετό; Για την επαναχρησιµοποίηση του περιεχοµένου από ένα σύστηµα σε ένα άλλο είναι σηµαντικό να τυποποιηθούν τα εκπαιδευτικά αντικείµενα. Αν και πολλά πρότυπα έχουν παρουσιαστεί (IEEE LOM, SCORM, Ariadne metadata, Dublin Core, CanCore) ένα µεγάλο ποσοστό πεδίων τους έχει την ίδια σηµασιολογία. Εποµένως σε σύντοµο χρονικό διάστηµα είναι πολύ πιθανό να υιοθετηθεί ένας ενιαίος τρόπος µεταπεριγραφής. Το ερευνητικό ερώτηµα που δεν έχει όµως ακόµη απαντηθεί είναι εάν η χρήση των εκπαιδευτικών αντικειµένων µπορεί να λύσει πέρα από το πρόβληµα της επαναχρησιµοποίησης του εκπαιδευτικού υλικού, και αυτό της δηµιουργίας αποδοτικών εκπαιδευτικών περιβαλλόντων στο διαδίκτυο. Με άλλα λόγια, αν τα εκπαιδευτικά αντικείµενα µπορούν να δικαιολογήσουν τον επιθετικό προσδιορισµό εκπαιδευτικό στην ονοµασία τους. Πολλοί ερευνητές (Mohan et al. 2003), διατυπώνουν άµεσα τον προβληµατισµό τους.η περιγραφή εκπαιδευτικών αντικειµένων σύµφωνα τα πρότυπα που έχουν έως τώρα παρουσιαστεί παρουσιάζουν µειονεκτήµατα από εκπαιδευτικής άποψης. - Η ευφυής ανεύρεση και συγκρότηση εκπαιδευτικών αντικειµένων, απαιτεί πληροφορία η οποία δεν εµπεριέχεται στα προτεινόµενα πρότυπα µεταπεριγραφής. Για παράδειγµα, είναι αναγκαίο ένα εκπαιδευτικό αντικείµενο να περιγράφει τον τρόπο που συνδέεται µε έννοιες ενός γνωστικού αντικειµένου και τα εκπαιδευτικά αποτελέσµατα που επιφέρει η αλληλεπίδραση του µαθητή µε αυτό. Με τέτοιου είδους πληροφορία, µια υπολογιστική οντότητα θα µπορούσε να συγκρίνει εκπαιδευτικά αντικείµενα, να τα συσχετίσει, και να τα τοποθετήσει σε µια δοµή ενός διαδικτυακού µαθήµατος. Τέτοιου είδους πληροφορία δεν συναντάται στο σύνολο των εκπαιδευτικών προτύπων καθιστώντας τα ανεπαρκή. - Η διαδικασία συµπλήρωσης των απαραίτητων στοιχείων για την µεταπεριγραφή ενός εκπαιδευτικού αντικειµένου είναι επίπονη. Για παράδειγµα για την περιγραφή

98 90 ενός µόνο εκπαιδευτικού αντικειµένου σύµφωνα µε το πρότυπο IEEE LOM απαιτούνται 76 στοιχεία. - Ο τρόπος περιγραφής των εκπαιδευτικών αντικειµένων είναι ακόµη υποκειµενικός. εν έχουν διαµορφωθεί ακόµη συγκεκριµένοι τρόποι συµπλήρωσης πεδίων στα προτεινόµενα εκπαιδευτικά πρότυπα, µε αποτέλεσµα ο τρόπος µεταπεριγραφής εκπαιδευτικού αντικειµένου να επαφίεται στην κριτική σκέψη του συγγραφέα. Ένα σχετικό παράδειγµα είναι το πεδίο metametadata του προτύπου IEEE LOM. Σύµφωνα µε το πρότυπο, το πεδίο αυτό περιέχει µία λίστα από λέξεις κλειδιά που χαρακτηρίζουν το συγκεκριµένο εκπαιδευτικό αντικείµενο. Η διαδικασία µεταπεριγραφής ενός συνόλου εκπαιδευτικών αντικειµένων από δύο άτοµα, καταλήγει σε δύο διαφορετικές προσεγγίσεις και τελικά σε δύο διαφορετικά αποτελέσµατα. Η ερευνητική µας δουλειά αποστασιοποιείται από την υιοθέτηση ενός εκπαιδευτικού προτύπου διαφοροποιώντας την από παρόµοιες προσπάθειες όπως εκείνες των Edutella και POOL. Θεωρούµε ότι ένα κατανεµηµένο εκπαιδευτικό περιβάλλον πρέπει να ακολουθεί τους παρακάτω άξονες. - Ο ρόλος του µαθητή πρέπει να είναι σηµαντικός σε όλες τις φάσεις της εκπαιδευτικής διαδικασίας. Η πληροφορία απευθύνεται σε αυτόν, έχει ως στόχο την εκπλήρωση µιας µαθησιακής του δυσκολίας, και αξιολογείται από αυτόν. - Το ερώτηµα που αναπαριστά τη µαθησιακή δυσκολία του µαθητή πρέπει έχει εκπαιδευτικό χαρακτήρα. Το ερώτηµα πρέπει να στηρίζεται σε δεδοµένα που περιγράφουν τη δυσκολία αυτή και τον επιθυµητό εκπαιδευτικό στόχο. Τα δεδοµένα του ερωτήµατος να αναπαριστούν τις προθέσεις του µαθητή και τους στόχους του και να συνδέονται άρρηκτα µε την υποστήριξη της εκπαιδευτικής διαδικασίας. - Η µεταπεριγραφή του εκπαιδευτικού υλικού να είναι αντικειµενική και να προσδιορίζει τους εκπαιδευτικούς στόχους που ικανοποιεί. - Η διαδικασία αναζήτησης του κατάλληλου εκπαιδευτικού υλικού, και κατά συνέπεια οι προσφερόµενες λύσεις να προσαρµόζονται στις απαιτήσεις του µαθητή. - Η υποκειµενικότητα περιγραφής του εκπαιδευτικού υλικού να µειώνεται αν είναι δυνατόν, ή να µην αποτελεί παράγοντα θορύβου και αλλοίωσης των αποτελεσµάτων. Σηµαντικό στοιχείο αποτελεί η προσαρµογή του εκπαιδευτικού δικτύου µε γνώµονα τις αξιολογήσεις των µαθητών στο χρονικό ορίζονται.

99 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων Εισαγωγή στην τεχνολογία πολλαπλών πρακτόρων Η ταχεία ανάπτυξη των τεχνολογιών επικοινωνίας και η ολοκλήρωση τους µε τις τεχνολογίες διαχείρισης και επεξεργασίας πληροφορίας, η σηµαντική διάδοση των τεχνολογιών αυτών σε µεγάλες περιοχές ανθρώπινης δραστηριότητας και η αυξανόµενη συνθετότητα των προβληµάτων τα οποία οι υπολογιστές καλούνται να αντιµετωπίσουν, επιβάλουν την αναζήτηση νέων µοντέλων ανάπτυξης εφαρµογών λογισµικού. Μια κοινωνιολογική διάσταση των σύγχρονων εφαρµογών επιβάλει χαρακτηριστικά που επιτρέπουν την επικοινωνία και συνεργασία µεταξύ σύνθετων υπολογιστικών κόµβων οι οποίοι διατηρούν σηµαντικό βαθµό αυτονοµίας. Τα συστήµατα πολλαπλών πρακτόρων (Multi-agent systems MAS) τα οποία έχουν προταθεί τα τελευταία χρόνια και έχουν διαδοθεί σε µεγάλο αριθµό εφαρµογών, παρουσιάζουν τέτοια χαρακτηριστικά (Jennings 1999, Jennings and Wooldridge, 1998). Περιοχές σύνθετων εφαρµογών στις οποίες έχουν αναπτυχθεί συστήµατα πολλαπλών πρακτόρων είναι µεταξύ άλλων η διαχείριση επιχειρηµατικών εργασιών (Workflow Management), η διαχείριση δικτύων, η εξόρυξη δεδοµένων (data mining), η ανάκτηση πληροφορίας (Information retrieval) από πολλαπλούς κόµβους, εφαµρογές ψηφιακών βιβλιοθήκών (Digital Libraries), εκπαιδευτικά συστήµατα, προσωπικοί ψηφιακοί βοηθοί (PDAs), ηλεκτρονικό εµπόριο (δηµοπρασίες κλπ), διασκέδαση, ψυχαγωγία, κλπ. Ιδιαίτερα στον τοµέα των εφαρµογών διαδικτύου έχουν αναπτυχθεί διάφορες αρχιτεκτονικές συστηµάτων MAS. Σύµφωνα µε τους Huhns και Singh (1998), το υπολογιστικό µοντέλο που αντιµετωπίζει µε πιο αποτελεσµατικό τρόπο το χαοτικό περιβάλλον πληροφοριών του διαδικτύου περιλαµβάνει ένα σύνολο από πράκτορες που αντιπροσωπεύουν χρήστες, υπηρεσίες και αποθηκευµένες πληροφορίες. Η τεχνολογία αυτή έχει αντιµετωπιστεί εκ µέρους κάποιων ερευνητών µε κριτική µατιά και σκεπτικισµό, όπως για παράδειγµα αυτός εκφράζεται στις θέσεις του Shneiderman (1997). Η κριτική επικεντρώνεται στην έλλειψη διεθνών προτύπων που µπορούν να χρησιµοποιηθούν ως οδηγός ανάπτυξης συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων, και τη δυσκολία διαλειτουργικότητας των υλοποιήσεων που στηρίζονται σε διαφορετικές αρχιτεκτονικές. Παρά τις αντιρρήσεις, παρατηρείται µια συνεχώς αυξανόµενη ανάπτυξη της τεχνολογικής αυτής περιοχής µε επίδραση στην ανάπτυξη πολύπλοκων κατανεµηµένων υπολογιστικών συστηµάτων (Jennings 1999). Η τάση αυτή

100 92 εκφράζεται µε τον αυξανόµενο αριθµό συνεδρίων και περιοδικών µε αντικείµενο ερευνητικές δραστηριότητες και τεχνολογικές εξελίξεις που αφορούν σε συστήµατα πολλαπλών πρακτόρων 13. Έχει δε εκφραστεί η άποψη ότι ο προγραµµατισµός µε βάση πράκτορες (agent-oriented programming AOP) µπορεί να γίνει µελλοντικά το κυρίαρχο προγραµµατιστικό µοντέλο σε αυτή την περιοχή εφαρµογών. Η άποψη αυτή ενισχύεται από το γεγονός ότι το λογισµικό που αναπτύσσεται µε βάση τους πράκτορες δεν εξαρτάται από τη συγκεκριµένη υπολογιστική αρχιτεκτονική στην οποία αναπτύσσεται, αλλά σχετίζεται κύρια µε τις ανάγκες του προβλήµατος. Επιπλέον οι πράκτορες υποστηρίζουν τη χρήση των ήδη υπαρχόντων υπολογιστικών συστηµάτων και προγραµµάτων. Ο ήδη υπάρχων κώδικας δεν αντικαθίσταται, αλλά αξιοποιείται και ενσωµατώνεται στον πράκτορα που αναλαµβάνει και το ρόλο της συσκευασίας του λογισµικού (wrapper). Ένας ακόµη σηµαντικός παράγοντας για την υποστήριξη του παραδείγµατος AOP είναι η διαφορετική θεώρηση που προσφέρει στο λογισµικό. Αυτή είναι η γνωστική και κοινωνιολογική πλευρά της πληροφορικής, όπως αναφέρεται από τον Shoham (1997), αφού η κοινωνιολογία και η επιστήµη της πληροφορικής συναντώνται µε τη βοήθεια της τεχνολογίας των πρακτόρων Επιστηµονικό υπόβαθρο της τεχνολογίας των πρακτόρων Η τεχνολογική περιοχή των πρακτόρων (agent technology) στηρίζεται σε πολλούς και διαφορετικούς ερευνητικούς τοµείς, εκ των οποίων οι δύο κυριότεροι είναι η Κατανεµηµένη Τεχνητή Νοηµοσύνη (Distributed Artificial Intelligence DAI), και τα Κατανεµηµένα συστήµατα (Distributed Computing). Κατά τα µέσα της δεκαετίας του 1970 διάφοροι ερευνητές καθιέρωσαν µερικές από τις βασικές θεωρίες και αρχιτεκτονικές οπότε διεξήχθησαν και τα πρώτα πειράµατα που υποστήριζαν ότι η διαίρεση εργασιών µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την επίλυση πολύπλοκων προβληµάτων. (Gasser 1998). Τα πειράµατα αποδείκνυαν ότι η ευφυής και λογική συµπεριφορά δεν είναι ένα χαρακτηριστικό που προέρχεται µόνο από µεµονωµένα υπολογιστικά τµήµατα, αλλά και από το αποτέλεσµα της αποδοτικής αλληλεπίδρασης υπολογιστικών οντοτήτων 13 Στα συνέδρια ECCAI και IJCAI τα τελευταία χρόνια το αντικείµενο Multi-agent systems ήταν συστηµατικά πρώτο σε αριθµό εργασιών ή δεύτερο µετά από την περιοχή Machine Learning.

101 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων 93 µε πιο απλή συµπεριφορά και λιγότερο πολύπλοκη δοµή συγκρινόµενα µε τα αυτόνοµα ευφυή συστήµατα. (Brooks 1991, Durfee 1992). Ο ερευνητικός τοµέας των κατανεµηµένων συστηµάτων είχε, και συνεχίζει να έχει, αποδεδειγµένη ενεργή συµµετοχή στην τεχνολογία των πρακτόρων. Κύριος στόχος των προσπαθειών ήταν η ενσωµάτωση ετερογενών, αυτόνοµων υπολογιστικών οντοτήτων ως µελών συνόλου σε συνεργαζόµενα περιβάλλοντα. Παράλληλα θα έπρεπε να προσφέρεται ένας οµοιόµορφος συντακτικά και πλήρης σηµασιολογικά τρόπος περιγραφής για την υποστήριξη των συγκεκριµένων ρόλων των υπολογιστικών οντοτήτων. (Huhns and Singh, 1998). Στην συνέχεια θα επικεντρωθούµε στα κύρια ανοικτά θέµατα της τεχνολογικής αυτής περιοχής. Συγκεκριµένα ένα σηµαντικό πρόβληµα είναι αυτό της επικοινωνίας µεταξύ πρακτόρων και της σχεδίασης της αρχιτεκτονικής των συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων. Το πρώτο αντιµετωπίζεται µε διάφορες γλώσσες επικοινωνίας πρακτόρων οι οποίες έχουν προταθεί και περιγράφονται στη συνέχεια, ενώ για το δεύτερο έχουν προταθεί ένα σύνολο από εργαλεία και περιβάλλονται υλοποίησης για να βοηθήσουν στην ανάπτυξη συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων. 3.8 Βασικοί ορισµοί πρακτόρων Είναι δύσκολο να οριστεί συνοπτικά ο όρος πράκτορας 14 (agent). Ένας ορισµός µπορεί να στηριχτεί στις διαφορετικές κατηγορίες πρακτόρων που συναντώνται στη βιβλιογραφία. Έχουν παρατηρηθεί οι παρακάτω διακριτές περιπτώσεις: - Ευφυείς πράκτορες (intelligent agents), οι οποίοι χρησιµοποιούνται για την προσοµοίωση λογικής ή ανθρώπινης συµπεριφοράς. Υποκατηγορίες των ευφυών πρακτόρων, συχνά συνδυαζόµενες στα πλαίσια συγκεκριµένων αρχιτεκτονικών είναι: - Εκπαιδευόµενοι πράκτορες (learning agent). Πράκτορες που παρουσιάζουν προσαρµοζόµενη συµπεριφορά βασιζόµενη κυρίως σε αναγνώριση προτύπων ή άλλων µεθόδων της τεχνητής νοηµοσύνης. - Πράκτορες µε προθέσεις (intentional agents, BDI agents). Είναι οι πράκτορες που χρησιµοποιούν επικοινωνία βασισµένη στη θεωρία λόγου-έργου (speech act), δηµιουργούν πλάνο συµπεριφοράς για την εκπλήρωση των στόχων τους και µε λογική που αντικατοπτρίζει τις επιλογές τους. 14 Ο όρος έχει αποδοθεί επίσης στα ελληνικά ώς παράγων και δρων

102 94 - Κοινωνικοί πράκτορες (Social agents). Πράκτορες που χαρακτηρίζονται από υψηλού επιπέδου επικοινωνία και από τη χρήση µοντέλων που υποβοηθούν την αλληλεπίδραση µε τους άλλους πράκτορες του περιβάλλοντος τους. Ένας άλλος ορισµός της υποκατηγορίας αυτής τους προσδίδει ανθρώπινα χαρακτηριστικά ανάλογα της ανθρώπινης προσωπικότητας. - Πράκτορες-προσωπικοί βοηθοί (personal assistant agents), όπου οι πράκτορες είναι οντότητες που βοηθούν τους χρήστες να φέρουν εις πέρας µία συγκεκριµένη εργασία. - Μετακινούµενοι πράκτορες (mobile agents) όπου οι πράκτορες είναι οι οντότητες που µπορούν να µεταφέρονται σε τοποθεσίες-υπολογιστές σε ένα περιβάλλον δικτύου για την εκπλήρωση των στόχων τους. εν µετακινούνται τα δεδοµένα προς το λογισµικό που τα επεξεργάζεται αλλά το αντίθετο. Το λογισµικό µετακινείται στην τοποθεσία των δεδοµένων. Σε άλλες περιπτώσεις παρατηρείται τη δυνατότητα µετακίνησης του πράκτορα στην τοποθεσία που βρίσκεται ο χρήστης ακολουθώντας τον όταν αυτός αλλάζει υπολογιστικά συστήµατα σε διαφορετικές τοποθεσίες στο διαδίκτυο. - Πράκτορες διεπιφάνειας (Interface agents). Είναι οι πράκτορες πράκτορες που επικοινωνούν µε τον ανθρώπινο παράγοντα και κύριο σκοπό έχουν την διευκόλυνση λειτουργιών του χρήστη, παροχή βοήθειας και συµβουλών προβλέποντας τις ανάγκες του. Σηµαντική συµβολή αποτελεί ο τοµέας της µοντελοποίησης του χρήστη (User modeling). - Πληροφοριακοί πράκτορες (Information agents). Είναι αυτόνοµοι πράκτορες ή συστήµατα πρακτόρων των οποίων το κύριο χαρακτηριστικό είναι να επιλέγουν και να οργανώνουν διασκορπισµένα και ασυσχέτιστα µεταξύ τους δεδοµένα. Συνήθως χρησιµοποιούνται στις περιπτώσεις αναζήτησης γνώσης είτε στο διαδίκτυο είτε σε πολύ µεγάλες βάσεις δεδοµένων. - Αυτόνοµοι πράκτορες (Autonomous agents), οι οποίοι είναι ικανοί να φέρουν εις πέρας σύνθετες εργασίες χωρίς την επιτήρηση του χρήστη. Το χαρακτηριστικών της αυτονοµίας πολλές φορές συνδυάζεται µε το χαρακτηριστικό των πρακτόρων µε προθέσεις (intentional agents). - Ανακλαστικοί πράκτορες (Reactive agents, Actors). Κάθε πράκτορας έχει το δικό του νήµα ελέγχου και ανταποκρίνεται σε γεγονότα και µηνύµατα άλλων πρακτόρων που επίσης ανήκουν στην κοινωνία. Η επικοινωνία είναι ασύγχρονη. Μία άλλη θεώρηση απαιτεί από τους ανακλαστικούς πράκτορες την ανταπόκριση σε

103 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων 95 γεγονότα ή σε µηνύµατα σε πραγµατικό χρόνο υλοποιώντας έτσι συστήµατα πολλαπλών πρακτόρων πραγµατικού χρόνου (real time multi agent systems) Χαρακτηριστικά πρακτόρων Στην προσπάθεια συστηµατικής καταγραφής και κατηγοριοποίησης πρακτόρων, έχουν γίνει διάφορες προσπάθειες κατάταξης των κύριων χαρακτηριστικών των πρακτόρων, όπως αυτή του Bradshaw (1997). Τα κυριότερα από τα χαρακτηριστικά αυτά, τα οποία τυγχάνουν γενικότερης αποδοχής, είναι: - Προσαρµοστικότητα (adaptability). Η δυνατότητα να µαθαίνει και να βελτιώνεται µε την αύξηση της εµπειρίας του. - Αυτονοµία (autonomy). Συµπεριφορά βασισµένη σε στόχους, χωρίς να βασίζεται απαραίτητα στην ύπαρξη εξωτερικών γεγονότων που την προκαλούν. - Συνεργατική συµπεριφορά (Collaborative behavior). Η δυνατότητα να συνεργαστεί ένας πράκτορα µε άλλους, για την επίτευξη ενός κοινού στόχου. - Ικανότητα εξαγωγής συµπερασµάτων (Inferential capability). Η δυνατότητα να ενεργεί µε την αφηρηµένη περιγραφή των δεδοµένων ενός προβλήµατος. - Επικοινωνία βασισµένη σε γνώση (knowledge-level communication ability). Η δυνατότητα να επικοινωνήσει µε άλλους πράκτορες µε τη βοήθεια γλώσσας επικοινωνίας και όχι µε τη χρήση κοινών προγραµµατιστικών πρωτοκόλλων ή υπαρχόντων προτύπων. - Μεταφερσιµότητα (mobility). Η δυνατότητα του πράκτορα να µετακινηθεί από µία υπολογιστική πλατφόρµα σε µία άλλη. - Προσωπικότητα (Personality). Η ύπαρξη χαρακτηριστικών που προσδίδονται και σε ένα ανθρώπινο χαρακτήρα. - Ανακλαστικότητα (Reactivity). Η δυνατότητα να αισθάνεται συµβάντα του περιβάλλοντος και να αντιδρά επιλεκτικά σε αυτά. Η κατάταξη των πρακτόρων πραγµατοποιείται µε βάση τα χαρακτηριστικά που αυτοί επιδεικνύουν. Η κατανεµηµένη τεχνητή νοηµοσύνη θεωρεί τους πράκτορες ως ένα παράδειγµα συνεργαζόµενων αυτοµατοποιηµένων υπολογιστικών οντοτήτων που βρίσκονται στο δίκτυο. Αυτό αποτελεί και τη χαλαρή θεώρηση του πράκτορα (weak agent notion). (Jennings and Wooldridge 1995). Η θεώρηση της τεχνητής νοηµοσύνης προσδίδει στο πράκτορα ανθρωπόµορφα χαρακτηριστικά: ο πράκτορας κατανοεί και συµπεραίνει, έχει αισθήµατα, όπως τέτοια χαρακτηριστικά παρατηρούνται ακριβώς και σε ένα άνθρωπο. (Mamdani 1998).

104 96 Επιλέγοντας τα κοινά χαρακτηριστικά της περιγραφής της έννοιας πράκτορας από τη διεθνή βιβλιογραφία, καταλήγουµε στο να θεωρήσουµε ότι οι πράκτορες είναι οντότητες που ενεργούν και είναι µέρος ενός περιβάλλοντος που µοιράζονται µε άλλους πράκτορες (Jennings 1999). Ο ορισµός προέρχεται από την περιγραφή που δίνουν σε αυτόν διάφοροι συγγραφείς περιγράφοντας τους πράκτορες ως υπολογιστικές οντότητες που κατανοούν και ενεργούν, πριν ή µετά τη παρατήρηση εξωτερικών συµβάντων, σε ένα περιβάλλον όπου άλλοι πράκτορες υπάρχουν και αλληλεπιδρούν, µε τη βοήθεια κοινής γνώσης τόσο για την επικοινωνία όσο και για την αναπαράσταση. (Brooks 1991), (Russel and Norvik 1995), (Jennings and Wooldridge 1995), (Shoham 1997) Σύγκριση πρακτόρων - αντικειµένων Οι πράκτορες και τα αντικείµενα, µε την έννοια που αυτά έχουν στις αντικειµενοστραφείς γλώσσες προγραµµατισµού, έχουν κοινά χαρακτηριστικά που σε πολλές περιπτώσεις καθιστούν δύσκολο τον διαχωρισµό τους. Για παράδειγµα ο προγραµµατισµός βασισµένος σε πράκτορες (Agent Oriented Programming AOP) θεωρείται για πολλούς ερευνητές ένα παρακλάδι του προγραµµατισµού βασιζόµενου σε αντικείµενα (Object Oriented Programming OOP). Σύµφωνα µε τον Shoham (1997), υπάρχουν σηµαντικές αποκλίσεις µεταξύ των δύο προσεγγίσεων. Για το λόγο αυτό στην παράγραφο αυτή επιχειρείται σύγκριση των δύο παραδειγµάτων ανάπτυξης λογισµικού ώστε να εντοπιστούν οι διαφορές αυτές. Με βάση την προσέγγιση του OO προγραµµατισµού, τα υπολογιστικά συστήµατα αποτελούνται από αντικείµενα που επικοινωνούν µεταξύ τους ώστε να εκτελέσουν εσωτερικές τους συναρτήσεις και λειτουργίες. Από την άλλη πλευρά ο AOP προγραµµατισµός εξειδικεύει τη παραπάνω θεώρηση στην ύπαρξη υπολογιστικών οντοτήτων (των πρακτόρων ) µε µεγαλύτερη συνθετότητα και καθορισµένη δοµή αντί των αντικείµενων, τα οποία είναι υπολογιστικές οντότητες γενικού σκοπού. Για παράδειγµα οι εσωτερικές λειτουργίες των πρακτόρων βασίζονται σε πεποιθήσεις, δυνατότητες και επιλογές. Επίσης η γλώσσα επικοινωνίας µεταξύ πρακτόρων είναι πιο σύνθετη και στηρίζεται σε σηµασιολογία πολύπλοκη που πηγάζει συνήθως από κάποιο µοντέλο ανθρώπινης αλληλεπίδρασης. Τέτοιο τυπικό παράδειγµα είναι η χρήση µηνυµάτων που υιοθετούν την θεωρία λόγου-έργου (speech act theory) (Searle 1970). Η θεωρία λόγου-έργου ορίζει ένα σύνολο εντολών (performatives), των οποίων στόχος είναι η επιτυχηµένη και αποδοτική επικοινωνία, µεταφορά

105 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων 97 πληροφορίας και έλεγχος ενεργειών µεταξύ δύο ή περισσοτέρων πρακτόρων του συστήµατος. Η επικοινωνία λαµβάνει τη µορφή ενός µηνύµατος που παράγεται από τον πράκτορα και µεταδίδεται σε έναν ή περισσότερους παραλήπτες. Ένα δια-λόγου ενέργεια (speech-act) είναι ένας συγκεκριµένος τύπος ενέργειας που είναι δυνατός να εκτελέσει ο πράκτορας. Αν και ένα speech-act αποτελεί µόνο την περιγραφή µιας συγκεκριµένης ενέργειας, το µήνυµα µπορεί επιπλέον να περιλαµβάνει άλλες ενέργειες, προτάσεις, περιγραφή αντικειµένων και καταστάσεων και παρατηρήσεις στην λεκτική εντολή που προηγήθηκε. Μία άλλη σηµαντική διαφορά µεταξύ αντικειµένων και πρακτόρων είναι αυτή που χαρακτηρίζει το βαθµό αυτονοµίας τους. Η επικοινωνία µεταξύ πρακτόρων δεν γίνεται υπό την έννοια της κλήσης µίας µεθόδου ενός αντικειµένου από ένα άλλο αντικείµενο, αλλά της αίτησης για εκτέλεση µίας ενέργειας. Στην περίπτωση του ΟΟ προγραµµατισµού η απόφαση ανήκει στο αντικείµενο που έκανε την κλήση της µεθόδου. Στην περίπτωση των πρακτόρων, η απόφαση λαµβάνεται από τον πράκτορα που δέχθηκε την αίτηση. Μια ακόµη διαφορά αφορά τη φύση της συµπεριφοράς του πράκτορα. Σε αντίθεση µε τα αντικειµενοστραφή συστήµατα, διακρίνεται η αυτόνοµη συµπεριφορά του πράκτορα είτε αυτή παρατηρείται ως αντίδραση σε συµβάν (reactive) είτε ως προσπάθεια εκπλήρωσης δικών του στόχων που κατά συνέπεια δηµιουργεί γεγονότα. (proactive, intentional agent) (Jennings et al. 1998). Ένα τρίτο σηµαντικό στοιχείο διαφοράς είναι ότι ο κάθε πράκτορας έχει τη δική του διαδικασία ελέγχου σε αντιπαράθεση µε τα αντικείµενα όπου ο έλεγχος ανήκει στο υπολογιστικό σύστηµα. Στα συστήµατα πολλαπλών πρακτόρων δεν παρουσιάζεται η ανάγκη ενός συγκεντρωτικού υπολογιστικού λογισµικού που κατευθύνει ή εκτελεί τους πράκτορες. 3.9 Επισκόπηση συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων Ορολογία συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων Η προσπάθεια δηµιουργίας συστηµάτων πρακτόρων µε χαρακτηριστικά διαλειτουργικότητας είναι ανάγκη να θεµελιωθεί στην ύπαρξη µιας κοινά αποδεκτής ορολογίας. (Huhns and Singh 1998). Στην συνέχεια περιέχονται κοινά αποδεκτοί όροι του πεδίου όπως συναντώνται στην βιβλιογραφία. Η αρχιτεκτονική πρακτόρων (Agent architecture) είναι ένας όρος που αναφέρεται στις κύριες λειτουργίες, υπηρεσίες του συστήµατος και στην σύνθεση του

106 98 συστήµατος από τους επιµέρους πράκτορες. Κάθε πράκτορας έχει και αυτός τη δική του περιγραφή της αρχιτεκτονικής που αναφέρεται στα υποσυστήµατα από τα οποία αποτελείται, όπως επίσης και από τις διεπιφάνειες και τα χρησιµοποιούµενα πρωτόκολλα επικοινωνίας. Επιπλέον η αρχιτεκτονική περιγράφει τις λειτουργίες των πρακτόρων και τις διαδικασίες που τους επιτρέπουν να χρησιµοποιούν τις υπηρεσίες των άλλων πρακτόρων. Τα πλαίσια ανάπτυξης πρακτόρων (Agent frameworks) είναι προγραµµατιστικά εργαλεία για την κατασκευή πρακτόρων. Παραδείγµατα τέτοιων πλαισίων αποτελούν το Voyager, Aglets και Odyssey (Objectspace 1998, IBM 1998). Στην Ενότητα 3.6 περιέχονται περισσότερες πληροφορίες που αφορούν τέτοια περιβάλλοντα. Οι υποδοµές πρακτόρων (agent infrastructures) προσφέρουν το σύνολο των κανόνων που πρέπει να ακολουθούν οι πράκτορες για την επικοινωνία τους, και κατά συνέπεια και την ανταλλαγή γνώσης µεταξύ τους. Ασχολούνται µε τις συµβάλλουσες πλευρές της αρχιτεκτονικής των πρακτόρων: Οντολογίες: Επιτρέπουν κοινή σηµασία των εννοιών που χρησιµοποιούνται Πρωτόκολλα επικοινωνίας: Περιγράφουν τις γλώσσες επικοινωνίας των πρακτόρων. Υποδοµές επικοινωνίας: Προσδιορίζουν τα κανάλια επικοινωνίας των πρακτόρων Πρωτόκολλα αλληλεπίδρασης: Προσδιορίζουν τις συµβάσεις για την αλληλεπίδραση των πρακτόρων ιαφορετικές θεωρήσεις συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων ιάφοροι ορισµοί έχουν δοθεί για τον όρο σύστηµα πολλαπλών πρακτόρων (Multi Agent system MAS) προερχόµενες από διαφορετικές ερευνητικές θεωρήσεις. Από την πλευρά της κατανεµηµένης τεχνητής νοηµοσύνης το σύστηµα πολλαπλών πρακτόρων είναι ένα δίκτυο χαλαρής σύνδεσης οντοτήτων επίλυσης προβληµάτων που λειτουργούν µαζί για την εύρεση απάντησης σε προβλήµατα που είναι πέρα από τις δυνατότητες ή τη γνώση της κάθε υπολογιστικής οντότητας. (Durfee et al. 1989). Πιο πρόσφατα, στον όρο έχει δοθεί γενικότερο νόηµα και χρησιµοποιείται για όλους τους τύπους των συστηµάτων που αποτελούνται από πολλαπλά αυτόνοµα

107 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων 99 τµήµατα που παρουσιάζουν συγκεκριµένα τα παρακάτω χαρακτηριστικά (Jennings et al 1998): - Κάθε πράκτορας έχει περιορισµένες δυνατότητες για να λύσει ένα πρόβληµα - εν υπάρχει συνολικός έλεγχος του υπολογιστικού συστήµατος των πρακτόρων. - Τα δεδοµένα είναι κατανεµηµένα σε διαφορετικούς υπολογιστικούς κόµβους. - Οι υπολογισµοί εκτελούνται ασύγχρονα. Ένας από τους πιο σηµαντικούς παράγοντες για την ανάπτυξη των συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων, είναι η ανάπτυξη του διαδικτύου. Το διαδίκτυο προσφέρει την ιδανική βάση για την ανάπτυξη ενός ανοιχτού συστήµατος. Για να αλληλεπιδράσουν οι πράκτορες σε ένα τέτοιο περιβάλλον θα πρέπει να λύσουν δύο προβλήµατα. Α) πρέπει να µπορούν να εντοπίζουν τους άλλους πράκτορες (µια και οι πράκτορες µπορεί να εµφανιστούν, να παύσουν να εκτελούνται ή να αλλάξουν θέση), και Β) πρέπει να έχουν τη δυνατότητα να αλληλεπιδρούν. Γίνεται φανερή η ανάγκη για την ύπαρξη µηχανισµών που να φέρνουν σε επαφή τους πράκτορες, να ασχολούνται µε τα θέµατα της ενηµέρωσης, αλλαγής των δυνατοτήτων τους, χρήσης και παρουσίασης των επιµέρους δυνατοτήτων τους. Η αντιµετώπιση των θεµάτων αυτών γίνεται µε την παρουσία των µεσολαβητών πρακτόρων (middle agents). (Decker et al. 1997) Οι µεσολαβητές είναι οντότητες (πράκτορες) µέσω των οποίων οι υπόλοιποι πράκτορες διαφηµίζουν τις δυνατότητες τους και οι οποίοι δεν είναι ούτε αιτούντες, ούτε παροχείς ειδικών υπηρεσιών, παρά µόνο προσφέρουν γενικές υπηρεσίες διευθυνσιοδότησης. Το βασικό πλεονέκτηµα της ύπαρξης των µεσολαβητών σε ένα σύστηµα πολλαπλών πρακτόρων, είναι ότι επιτρέπουν στο σύστηµα να λειτουργεί αποδοτικά χωρίς τα προβλήµατα που παρατηρούνται από την εµφάνιση, αποχώρηση ή µετακίνηση των πρακτόρων του συστήµατος. Υπάρχουν διάφοροι τύποι πρακτόρων που υπάγονται κάτω από τη γενική έννοια των µεσολαβητών. Ο διαχωρισµός µεταξύ τους βασίζεται σε διαφορετικές προσεγγίσεις που έχουν καταγραφεί στη βιβλιογραφία. Οι κυριότερες κατηγορίες είναι: - Οι εξυπηρετητές (facilitators). Είναι πράκτορες στους οποίους οι υπόλοιποι πράκτορες προσφέρουν την αυτονοµία τους σε αντάλλαγµα για τις υπηρεσίες που οι εξυπηρετητές προσφέρουν. Οι µεσολαβητές αυτοί συντάσσουν τις ενέργειες των πρακτόρων µε σκοπό την εξυπηρέτηση των αιτήσεων των πρακτόρων που

108 100 ανήκουν σε αυτούς. (Bradshaw 1997). Η οργάνωση περνά από το επίπεδο του µεµονωµένου πράκτορα σε οµάδες πρακτόρων υπό την καθοδήγηση των εξυπηρετητών. - Οι µεσάζοντες (Mediators). Είναι πράκτορες που χρησιµοποιούν την γνώση τους για να δηµιουργήσουν υπηρεσίες για εφαρµογές που ανήκουν σε υψηλότερο επίπεδο από αυτούς. (Wiederhold 1992). ιαφαίνεται κοινή συµπεριφορά µε τους εξυπηρετητές, αλλά υποστηρίζεται το φαινόµενο της ιεραρχικής οµαδοποίησης των πρακτόρων µε κοινούς στόχους. Οι µεσάζοντες µπορούν να αποτελέσουν µέλος µίας πιο µεγάλης οµάδας, µέλη της οποίας αποτελούν οι µεσάζοντες. - Οι µεσίτες (Brokers). Είναι πράκτορες που δέχονται αιτήσεις και χρησιµοποιούν τις υπηρεσίες άλλων πρακτόρων και της δικής τους γνώσης για την παροχή υπηρεσιών. (Decker et al. 1996) - Οι προξενητές (Matchmakers). Είναι πράκτορες που βοηθούν τους αιτούµενους πράκτορες να βρουν άλλους πράκτορες οι οποία θα τους φανούν χρήσιµοι. Βασίζονται στις διαφηµιζόµενες ικανότητες των πρακτόρων για την περιγραφή των ιδιαίτερων ικανοτήτων τους. (Bradshaw et al. 1997), (Decker et al. 1996). - Οι µαυροπίνακες (Blackboards). Είναι αποθηκευτικοί πράκτορες που δέχονται και κρατούν αιτήσεις για να τις επεξεργαστούν άλλοι πράκτορες. (Cohen et al. 1994, Nii 1989). Το επικοινωνιακό µέσο των πρακτόρων παίρνει τη µορφή ενός µαυροπίνακα, όπου όλοι µπορούν να προσθέσουν ή να διαγράψουν γεγονότα, πληροφορίες ή αποτελέσµατα Αρχιτεκτονικές συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων. Ο σχεδιασµός λογισµικού βασιζόµενος στο παράδειγµα AOP στηρίζεται κυρίως στην ιδέα της ύπαρξης και της συνεργασίας των αυτόνοµων πρακτόρων µε συγκεκριµένες δυνατότητες επίλυσης προβληµάτων για να εκπληρώσουν στόχους υψηλότερους από τις δικές τους δυνατότητες. Η προσπάθεια υλοποίησης της ενδιαφέρουσας αυτής ιδέας δεν έχει φτάσει ακόµη σε σηµείο µεγάλης αποδοχής και τα αποτελέσµατα ακόµη δεν είναι εντυπωσιακά (Shneiderman 1997). Ένας λόγος που συντελεί στη µη αποδοτική χρήση του παραδείγµατος των συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων, είναι ότι τεχνολογικά η υλοποίηση ενός τέτοιου συστήµατος είναι µια δύσκολη υπόθεση. Οι προσπάθειες ανάπτυξης συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων

109 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων 101 αντιµετωπίζουν προβλήµατα κοινά στην περιοχή των κατανεµηµένων συστηµάτων. Επιπλέον εµφανίζονται και προβλήµατα που αφορούν την αποδοτική υποστήριξη της συνεργασίας των πρακτόρων. Για να αποδώσει η παραπάνω προσπάθεια, θα πρέπει να υπάρξουν συστηµατικές µεθοδολογίες που είναι απαραίτητες για τις προδιαγραφές και τη δοµή των εφαρµογών ως µελών ενός συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων. Αν είναι δυνατόν να υπάρξει µια κοινή τέτοια µεθοδολογία, τότε είναι θέµα χρόνου να υπάρξουν εργαλεία λογισµικού που διευκολύνουν την ανάπτυξη συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων. Αν και η έρευνα γύρω από τα συστήµατα πολλαπλών πρακτόρων έχει ξεκινήσει εδώ και δύο δεκαετίες, µόλις πρόσφατα έχουν παρατηρηθεί συντονισµένες προσπάθειες για την ύπαρξη ενός συγκεκριµένου ορισµού ενός τέτοιου συστήµατος. ιάφορες ερευνητικές οµάδες έχουν ξεκινήσει προσπάθειες για την δηµιουργία πρότυπων της τεχνολογία των συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων. Στις οµάδες αυτές συµπεριλαµβάνονται: το Object Management Group (OMG), ο οργανισµός Foundation for Physical Agents (FIPA), και η οµάδα KaoS Το µοντέλο OMG Η ερευνητική οµάδα OMG (Object Management Group) προτείνει ένα µοντέλο αναφοράς για την ανάπτυξη λογισµικού µε την τεχνολογία των πρακτόρων (Virdhagriswaran et al. 1995). Το µοντέλο περιγράφει ένα περιβάλλον που αποτελείται από πράκτορες (agents) και από τόπους (agencies) ως οντότητες που συνεργάζονται χρησιµοποιώντας ένα συγκεκριµένο σύνολο κανονισµών και µεθόδων επικοινωνίας. Οι πράκτορες χαρακτηρίζονται από τις ιδιαίτερες δυνατότητες τους (δυνατότητα εξαγωγής συµπερασµάτων, σχεδιασµού ενεργειών), τον τύπο της αλληλεπίδρασης (σύγχρονη, ασύγχρονη) την ικανότητα µετακίνησης (ο πράκτορας µπορεί να είναι στατικός ή µετακινούµενος µε ή χωρίς την κατάσταση περιγραφής του και των δεδοµένων του). Οι δικτυακοί τόποι από την άλλη πλευρά, προσφέρουν ταυτόχρονη εκτέλεση πρακτόρων, ασφάλεια και µεταφορά πρακτόρων µεταξύ άλλων Το µοντέλο FIPA Ο οργανισµός των φυσικών ευφυών πρακτόρων, (Foundation for Intelligent Physical Agents FIPA), αποτελεί έναν ερευνητικό οργανισµό µε κύριο σκοπό τη δηµιουργία προτύπων της τεχνολογίας των πρακτόρων. Αποτέλεσµα των προσπαθειών του οργανισµού είναι η δηµιουργία προδιαγραφών για το χειρισµό των

110 102 πρακτόρων (FIPAa 1997) και µίας κοινής γλώσσας επικοινωνίας (FIPAb 1997). Η προσέγγιση είναι η δηµιουργία ενός ελάχιστου κοινού µοντέλου αναφοράς. Το µοντέλο αυτό περιγράφει το περιβάλλον στο οποίο υπάρχουν και επικοινωνούν οι πράκτορες και µια πλατφόρµα που αφορά κυρίως µε τον τρόπο ανάπτυξης και υλοποίησης τους Το µοντέλο Kaos Μία επίσης σηµαντική προσπάθεια είναι ο σχεδιασµός της αρχιτεκτονικής KAoS (Knowledge-able Agent oriented System) (Bradshaw et al 1997). Το σύστηµα περιγράφεται ως ένα ανοιχτό σύστηµα αρχιτεκτονικής για πράκτορες. Η αρχιτεκτονική περιγράφει την υλοποίηση των πρακτόρων. Αναφέρεται ο τρόπος υλοποίησης ενός απλού πράκτορα γενικής χρήσης, όπως και πρακτόρων µε συγκεκριµένο ρόλο όπως αυτοί είναι οι µεσάζοντες και αναλύεται ο τρόπος επικοινωνίας των πρακτόρων Η επικοινωνία των πρακτόρων Οι πράκτορες έχουν ανάγκη επικοινωνίας. Στη συνέχεια θα αναφερθούν τα διαφορετικά είδη επικοινωνίας πρακτόρων, από την άµεση επικοινωνία µέχρι των γενικής µορφής γλωσσών επικοινωνίας (Agent Communication Language ACL). Οι µηχανισµοί υποστήριξης επικοινωνίας περιγράφονται µέσω πολυεπίπεδων πρωτοκόλλων, όπως φαίνεται στο σχήµα. Επίπεδο περιεχοµένου Επίπεδο επικοινωνίας δρώντων Επίπεδο δικτύου Περιεχόµενο µηνύµατος :sender :receiver :message id :content language :source network address :destination network address Σχήµα 9. Επίπεδα επικοινωνίας πρακτόρων Στο χαµηλότερο επίπεδο υπάρχει ανάγκη για ένα πρωτόκολλο µεταφοράς δεδοµένων στο διαδικτυακό επίπεδο. Η υλοποίηση του πρωτοκόλλου αυτού ποικίλλει, τυπικά πρωτόκολλα που µπορεί να χρησιµοποιηθούν σε συστήµατα πολλαπλών πρακτόρων είναι τα πρωτόκολλα TCP ή UDP, ή χρήση JAVA RMI ή

111 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων 103 CORBA IIOP. Άλλα ενδιάµεσα πρωτόκολλα που µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την επικοινωνία πρακτόρων είναι το SMTP και το HTTP. Το υψηλότερο επίπεδο αφορά τη δοµή και τη σηµασιολογία των µηνυµάτων που ανταλλάσσονται. Για παράδειγµα η δοµή των µηνυµάτων που ανταλλάσσονται, αφορά τα ονόµατα του αποστολέα και του παραλήπτη πράκτορα, το περιεχόµενο του µηνύµατος και τον τύπο (σκοπό) του µηνύµατος. Τα χαρακτηριστικά αυτά καθορίζονται από µια κοινά αποδεκτή γλώσσα επικοινωνίας πρακτόρων. Το περιεχόµενο του µηνύµατος επιπλέον συντάσσεται µε ένα συγκεκριµένο τρόπο µε τη βοήθεια µίας γλώσσας περιεχοµένου. Η γλώσσα περιεχοµένου θα πρέπει να είναι η κατάλληλη για το αντικείµενο της επικοινωνίας των πρακτόρων. εν είναι απαραίτητο να υπάρχουν και τα τρία αυτά επίπεδα παρόντα σε κάθε σύστηµα MAS. Εξαρτάται από το επίπεδο της πληρότητας της επικοινωνίας που είναι αναγκαίο στην συγκεκριµένη εφαρµογή που χρησιµοποιούνται οι πράκτορες. Σε ορισµένες εφαρµογές πολλαπλών πρακτόρων συναντάται η χρήση µιας συγκεκριµένης γλώσσας επικοινωνίας. Το επίπεδο µεταφοράς δεδοµένων, το συντακτικό του µηνύµατος και η γλώσσας περιγραφής του µηνύµατος είναι προκαθορισµένα και υπηρετούν τις ανάγκες του συγκεκριµένου συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων. Σε πολλές περιπτώσεις τα τρία επίπεδα είναι ενωµένα και δεν µπορούν να διαχωριστούν. Μία τέτοια προσέγγιση είναι πιο εύκολη στην υλοποίηση της αλλά από την άλλη πλευρά µπορεί να εφαρµοστεί µόνο στη συγκεκριµένη εφαρµογή και υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων Η αλληλεπίδραση των πρακτόρων Η αλληλεπίδραση είναι ένα από τα πιο σηµαντικά χαρακτηριστικά των πρακτόρων (Nwava 1996). Οι πράκτορες αλληλεπιδρούν για την ανταλλαγή πληροφοριών και για να εκτελέσουν ενέργειες για την εκπλήρωση των στόχων τους. Η έρευνα για την δηµιουργία µίας γλώσσας επικοινωνίας πρακτόρων επικεντρώνεται σε τρία σηµείακλειδιά για την επιτυχή αλληλεπίδραση των πρακτόρων (Finin and Lambrou 1997), (Huhns and Singh 1998), (Peng et al.1998): Σε µια κοινώς αποδεκτή γλώσσα επικοινωνίας/πρωτόκολλο Σε ένα κοινώς αποδεκτό τρόπο µορφοποίησης του περιεχοµένου της επικοινωνίας

112 104 Στην ύπαρξη κοινής οντολογίας περιγραφής των επιµέρους στοιχείων της γνώσης Γλώσσες επικοινωνίας πρακτόρων Σύµφωνα µε τον Genesereth, υπάρχουν δύο προσεγγίσεις για το σχεδιασµό µίας γλώσσας επικοινωνίας πρακτόρων (Genesereth 1997). Η πρώτη έχει διαδικαστικό χαρακτήρα (procedural), όπου η επικοινωνία βασίζεται σε µηνύµατα µε εκτελέσιµο περιεχόµενο. Αυτό µπορεί να γίνει χρησιµοποιώντας µία γλώσσα προγραµµατισµού όπως η Java ή η TCL. Η δεύτερη προσέγγιση είναι περιγραφική (declarative), όπου η επικοινωνία βασίζεται σε περιγραφικές δηλώσεις όπως ορισµούς, υποθέσεις γεγονότα, αποτελέσµατα κλπ. Η διαδικαστική προσέγγιση παρουσιάζει περιορισµούς (το εκτελέσιµο περιεχόµενο του µηνύµατος είναι δύσκολο στον έλεγχο, στον συντονισµό και στην συγχώνευση του µε άλλα παρόµοια µηνύµατα). Οι περιγραφικές γλώσσες προτιµούνται για το σχεδιασµό των γλωσσών επικοινωνίας πρακτόρων. Οι περισσότερες περιγραφικές γλώσσες βασίζονται σε ενέργειες όπως η αίτηση ή η εντολή. Τέτοιες ενέργειες ονοµάζονται λεκτικές-εντολές (perfomatives) (Searle 1970). Μία από τις πιο δηµοφιλείς περιγραφικές γλώσσες επικοινωνίας πρακτόρων είναι η KQML Γλώσσες επικοινωνίας γενικής µορφής. Τα πιο γνωστά παραδείγµατα δοµηµένης γλώσσας επικοινωνίας πρακτόρων είναι η KQML (Finin and Wiederhold 1991) και η FIPA ACL (FIPA 1999). Τέτοια πρωτόκολλα επικοινωνίας βασίζονται στη θεωρία λόγου έργου (speech act theory) (Searle 1970) η οποία συσχετίζει προθέσεις, επικοινωνιακές ενέργειες ή κατά τον αγγλικό όρο performatives, µε συγκεκριµένα µηνύµατα που ανταλλάσσονται µεταξύ των πρακτόρων. Το πλεονέκτηµα χρήσης µίας συγκεκριµένης γλώσσας επικοινωνίας προκύπτει από την ανεξαρτησία από το πρωτόκολλο µεταφοράς δεδοµένων καθώς επίσης και από τη γλώσσας περιγραφής του περιεχοµένου του µηνύµατος. Οι προαναφερθείσες γλώσσες προσφέρουν ένα µέσο για να συντάξει µηνύµατα µεταξύ πρακτόρων που αντιπροσωπεύουν επικοινωνιακές ενέργειες µε πολύ καλά ορισµένη σηµασιολογία. Τέτοιες προσεγγίσεις του προβλήµατος προσφέρουν έναν υψηλό βαθµό διαλειτουργικότητας και ανοιχτών χαρακτηριστικών στις εφαρµογές που βασίζονται σε συστήµατα πολλαπλών πρακτόρων.

113 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων 105 Πολλές διαφοροποιήσεις των KQML και FIPA γλωσσών έχουν σηµειωθεί σε συγκεκριµένες υλοποιήσεις συστηµάτων πρακτόρων. Για παράδειγµα η γλώσσα COOL (Barbuceanu and Fox 1996), βασίζεται στην KQML αλλά προτείνει επιπλέον ένα σύνολο λεκτικών εντολών που δίνουν τη δυνατότητα για διαπραγµατεύσεις και συντονισµό των πρακτόρων. Επίσης η γλώσσα JAFMAS (Chauhan 1997) επεκτείνει την KQML µε νέες λεκτικές εντολές όπως η προτείνω (propose) και απορρίπτω (reject) για την καλύτερη υποστήριξη του συντονισµού των πρακτόρων KQML H KQML είναι το ακρωνύµιο των λέξεων Knowledge Query Manipulation Language και σχεδιάστηκε ως πρότυπο µηνύµατος και παράλληλα πρωτοκόλλου για την ανταλλαγή γνώσης µεταξύ πρακτόρων. (Genesereth and Fikes 1992),(Finin et al 1997) Η γλώσσα αποτελείται από τρία επίπεδα: α) το επίπεδο επικοινωνίας (που περιγράφει παραµέτρους που αφορούν την επικοινωνία, όπως τον αποστολέα, τον παραλήπτη κλπ) β) το επίπεδο µηνύµατος (που περιέχει µία λεκτική εντολή και την αναφορά στο πρωτόκολλο περιγραφής της γνώσης) και γ) το επίπεδο περιεχοµένου (που περιέχει την πληροφορία στην οποία αναφέρεται η λεκτική εντολή). (register :sender agenta :receiver agentb :reply-with message2 :language common_language :ontology common_ontology :content (ServiceProvision Manufacturing: TaskDecomposition) ) Πίνακας 3. Παράδειγµα ενός µηνύµατος σε γλώσσα KQML Το πρότυπο του µηνύµατος KQML παρουσιάζεται στο παραπάνω σχήµα.το µήνυµα ξεκινά µε τη λέξη register η οποία αποτελεί και την λεκτική εντολή του µηνύµατος. Σε κάθε µήνυµα µπορεί να υπάρξει µόνο µία λεκτική εντολή. Το υπόλοιπο του µηνύµατος περιέχει λέξεις-κλειδιά για το επίπεδο επικοινωνίας και περιεχοµένου. Οι λέξεις κλειδιά που χρησιµοποιούνται περιγράφονται αναλυτικά

114 106 στην εργασία των Lambrou και Finin (Lambrou and Finin 1997). Τα επιµέρους στοιχεία µιας λεκτικής εντολής σύµφωνα µε τη γλώσσα KQML είναι: - Sender: Ο πράκτορας που στέλνει το µήνυµα - Receiver: Ο πράκτορας που δέχεται το µήνυµα - From: Ο πρωταρχικός αποστολέας, χρησιµοποιείται µόνο όταν το µήνυµα ανακατευθύνεται. - To: Ο τελικός αποδέκτης του µηνύµατος, χρησιµοποιείται όταν το µήνυµα διοχετεύεται µέσα από µεσάζοντες πράκτορες. - In-reply-to: Η ταυτότητα του µηνύµατος που έχει δηµιουργήσει την αποστολή του µηνύµατος αυτού. - Reply-with: Η ταυτότητα του µηνύµατος που αποστέλλεται και µπορεί να χρησιµοποιηθεί από τα µηνύµατα που προκαλούνται από αυτό. - Language: Η γλώσσα που θα χρησιµοποιείται για την περιγραφή και αναπαράσταση της πληροφορίας του µηνύµατος. - Ontology: Η ονοµασία της χρησιµοποιούµενης οντολογίας για την περιγραφή του περιεχοµένου του µηνύµατος. - Content: Πληροφορία που αποτελεί το επίπεδο περιεχοµένου του µηνύµατος, και αναπαρίσταται χρησιµοποιώντας τη γλώσσα και την οντολογία που προηγήθηκαν αυτής FIPA ACL Ο οργανισµός για ευφυείς φυσικούς πράκτορες FIPA (Foundation for Intelligent Physical Agents), είναι ένας µη επικερδής οργανισµός του οποίου σκοπός είναι να προωθήσει τις εφαρµογές βασισµένες σε πράκτορες µε το να προσφέρει προδιαγραφές για την όσο δυνατό αποδοτικότερη αλληλεπίδραση µεταξύ των συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων. Αποτελεί µε άλλα λόγια έναν οργανισµό προτύπων για τη γνωστική περιοχή των πρακτόρων λογισµικού. Ο όρος φυσικός αναφέρεται στην προσπάθεια ενσωµάτωσης και των πρακτόρων που προέρχονται από τον ερευνητικό τοµέα της ροµποτικής. Με την πάροδο του χρόνου όµως ο επιθετικός αυτός προσδιορισµός έρχεται να υπενθυµίσει την παρουσία του ανθρώπινου παράγοντα ως πράκτορα, εκφράζοντας ότι η αλληλεπίδραση ανθρώπου και πράκτορα αποτελεί µέρος της ενασχόλησης του οργανισµού.

115 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων 107 Η FIPA ACL προτείνεται ως το πρότυπο επικοινωνίας µεταξύ των πρακτόρων από τον παραπάνω οργανισµό. Στηρίζεται όπως και η KQML στην θεωρία λόγου έργου, όπου τα µηνύµατα είναι ενέργειες ή επικοινωνιακές αντιδράσεις. Η πρόθεση του µηνύµατος είναι η πρόκληση ενέργειας µε την αποστολή και µόνο του µηνύµατος. Οι προδιαγραφές της γλώσσας FIPA ACL περιλαµβάνει ένα σύνολο από µορφές µηνυµάτων συνοδευόµενες από τα αποτελέσµατα που αυτές προκαλούν στο γνωσιολογικό επίπεδο τόσο του αποστολέα όσο και του παραλήπτη του µηνύµατος. Επιπρόσθετα περιλαµβάνει µία περιγραφή υλοποίησης ενός συνόλου πρωτοκόλλων υψηλού επιπέδου όπως το contract net, και πρωτοκόλλων δηµοπρασίας. Η ACL αποτελεί υπερσύνολο της γλώσσας KQML. Το συντακτικό των δύο γλωσσών είναι πανοµοιότυπο εκτός από την ονοµασία ενός τµήµατος των λεκτικών εντολών. Συνεχίζει να υφίσταται ο διαχωρισµός της εξωτερικής γλώσσας και της εσωτερικής γλώσσας. Η εξωτερική γλώσσα ορίζει το νόηµα του αποστελλόµενου µηνύµατος ενώ η εσωτερική ή αλλιώς γλώσσα περιεχοµένου αντικατοπτρίζει τις πεποιθήσεις, προθέσεις και επιθυµίες του πράκτορα. Ο όρος λεκτική εντολή (performative) αντικαθίσταται από τον όρο επικοινωνιακή ενέργεια (communicative act). Παρόλα αυτά η σηµασιολογία παραµένει η ίδια µε την γλώσσα KQML Σύγκριση γλωσσών επικοινωνίας Οι δύο κυριότεροι εκπρόσωποι των γλωσσών επικοινωνίας έχουν πολλά κοινά χαρακτηριστικά. Αν και η KQML αποτελεί ολοκληρωµένη ερευνητική προσπάθεια τα τελευταία οκτώ χρόνια, η νεότευκτη FIPA ACL υποστηρίζεται από ένα διεθνή οργανισµό, θέτοντας ελπιδοφόρες βάσεις για τη µετέπειτα χρήση της. Από την άλλη πλευρά, η ερευνητική κοινότητα χρησιµοποίησε την KQML σε ένα µεγάλο σύνολο εφαρµογών. Παρατηρείται όµως µια χαλαρότητα στην υιοθέτηση των ορισµών της γλώσσας KQML στις διάφορες υλοποιήσεις που την χρησιµοποιούν. Αποτέλεσµα είναι να υπάρχει µια κοινά χρησιµοποιούµενη γλώσσα επικοινωνίας, αλλά πρακτικά να µην παρατηρείται συνεργασία διαφορετικών συστηµάτων που µιλούν την ίδια γλώσσα. Ένα άλλο θέµα προς µελέτη είναι ο ορισµός βασικών οντολογιών για την συνδυασµένη χρήση τους µε τις γλώσσες επικοινωνίας πρακτόρων. Η µεταπληροφορία των πρακτόρων, είναι ένα θέµα που δεν αντιµετωπίζεται από τις υπάρχουσες γλώσσες επικοινωνίας. εν υπάρχει τρόπος να προσδιορισθούν οι

116 108 υπηρεσίες και οι ικανότητες που προσφέρει ένας πράκτορας. Επιπρόσθετα, δεν έχουν υλοποιηθεί ακόµη βασικά πρωτόκολλα επικοινωνίας όπως το contract net. Η διασύνδεση των γλωσσών επικοινωνίας πρακτόρων µε την τεχνολογία του διαδικτύου είνα ακόµη σε νηπιακό στάδιο. Το µονοπάτι που διάλεξε η ερευνητική κοινότητα ήταν διαφορετικό από τις κοινά χρησιµοποιούµενες τεχνολογίες και των προτύπων του διαδικτύου. Από την άλλη πλευρά, δεν υπήρξε ενδιαφέρον για τις γλώσσες από τον εµπορικό κόσµο µε αποτέλεσµα να µην υπάρχει πρόταση για συγκεκριµένο πρότυπο επικοινωνίας πρακτόρων που να βασίζεται σε τεχνολογία διαδικτύου. Η πορεία των γλωσσών επικοινωνίας προς µια πιο φιλική προς το διαδίκτυο κατεύθυνση όπως και η εκτεταµένη χρήση τεχνολογιών όπως η XML και το RDF (Resource Definition format) είναι αναµενόµενη στο µέλλον Γλώσσες περιγραφής περιεχοµένου µηνύµατος Τόσο η KQML όσο και η FIPA ACL δεν επηρεάζονται από τον τρόπο περιγραφής του περιεχοµένου του µηνύµατος. Οποιαδήποτε τέτοια γλώσσα µπορεί να συνδυαστεί και να χρησιµεύσει στην ανταλλαγή πληροφορίας µεταξύ πρακτόρων. Τρεις είναι οι κυριότερες προτάσεις που σηµειώνονται στη βιβλιογραφία. Το πρότυπο KIF (Knowledge Interchange format) αποτελεί µία γλώσσα περιγραφής που βασίζεται στη γλώσσα προγραµµατισµού LISP (Genesereth and Fikes 1992). Στον ορισµό της γλώσσας περιλαµβάνονται τόσο ο προσδιορισµός του συντακτικού όσο και της σηµασιολογίας των δεσµευµένων λέξεων της. Επιτρέπει την περιγραφή απλών ή περιπλοκών δεδοµένων, λογικών εκφράσεων, γνώσης, µεταγνώσης και διαδικασιών. Το πρότυπο KIF χρησιµοποιείται σε συνδυασµό µε την γλώσσα KQML. Η δεύτερη πρόταση προέρχεται από την ερευνητική προσπάθεια του οργανισµού FIPA και το αποτέλεσµα είναι η το πρότυπο SL (Semantic Language SL). Αρχικά η γλώσσα περιγραφής SL χρησιµοποιήθηκε για τον ορισµό των λεκτικών εντολών της γλώσσας επικοινωνίας ACL,αποδεικνύοντας έτσι τις δυνατότητες της για την περιγραφή περιεχοµένου γνώσης. Το πιο πρόσφατο πρότυπο είναι η γλώσσα XML (extensible Markup Language). (Bray et al. 1998). Η περιγραφή της πληροφορίας γίνεται µε τη βοήθεια ειδικών αρχείων τύπου DTD (Data Type Definition) στα οποία γίνεται ο ορισµός των δεδοµένων. Τα µηνύµατα περιγράφονται µε τη σειρά τους σε αρχεία τύπου XML. Το κύριο πλεονέκτηµα της προσέγγισης αυτής είναι µία γλώσσα που προορίζεται για το

117 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων 109 διαδίκτυο. Γλώσσες που βασίζονται στο πρότυπο XML χρησιµοποιούνται όλο και περισσότερο από την ερευνητική κοινότητα που ασχολείται µε τα συστήµατα πρακτόρων (Graham and Quin 1999). Η χρήση µιας κοινής οντολογίας είναι χρήσιµη για να παρέχει κοινά χρησιµοποιούµενη γνώση που επιτρέπει στους πράκτορες που βρίσκονται στο ίδιο γνωστικό πεδίο να µπορούν να επικοινωνούν χωρίς την ύπαρξη προβληµάτων ή παρανοήσεων. Η οντολογία περιγράφει µε επίσηµο τρόπο τη σηµασιολογία του λεξιλογίου που χρησιµοποιείται σε εάν συγκεκριµένο γνωστικό πεδίο και επιτρέπει στους πράκτορες τόσο να δηµιουργήσουν όσο και να κατανοήσουν τα µηνύµατα που ανταλλάσσονται µεταξύ των µελών της κοινωνίας των πρακτόρων Οντολογίες περιγραφής της γνώσης. Για τη φιλοσοφία, ο όρος οντολογία αποτελεί τον κλάδο της µεταφυσικής που ασχολείται µε τη φύση της ύπαρξης. Για την πληροφορική ο όρος αυτός έχει µια τελείως διαφορετική σηµασία. Είναι ο τυπικός και λογικός καθορισµός µιας συλλογής εννοιών, των συµβόλων τους, και των σχέσεων µεταξύ τους συµπεριλαµβανοµένων και των γεγονότων που χαρακτηρίζουν τις έννοιες αυτές. (Gruber 1993). Ο ορισµός αυτός είναι συνεπής και λογικά ακόλουθος µε τη χρήση της οντολογίας ως ένα σύνολο ορισµών για έννοιες. Το πιο σηµαντικό χαρακτηριστικό µιας οντολογίας είναι ο συσχετισµός της µε ένα συγκεκριµένο γνωστικό πεδίο. Για παράδειγµα, οι γλωσσικές οντολογίες όπως οι γλωσσικοί θησαυροί εκφράζουν σχέσεις µεταξύ των εννοιών όπως συνωνυµία, ταυτονυµία, είναι-µέρος-του, και περιέχει-το, χωρίς όµως να περιγράφουν τη σηµασία της κάθε έννοιας. Στην περίπτωση της τεχνολογίας των πρακτόρων η οντολογία χρησιµοποιήθηκε ως τρόπος περιγραφής της γνώσης στην προσπάθεια δηµιουργίας πρωτοκόλλων επικοινωνίας και κοινοποίησης της γνώσης (Knowledge sharing effort). (Patil et al. 1992). Παρόµοιος ορισµός χρησιµοποιείται και από τους Finin, Lambrou και Μayfield (Finin et al. 1997). Σύµφωνα µε τους οποίους ως οντολογία (ontology) ορίζεται το σύνολο των προδιαγραφών που περιγράφουν έννοιες και τις µεταξύ τους σχέσεις σε ένα γνωστικό πεδίο. Η χρήση κοινών οντολογιών για την χρήση ενός γνωστικού πεδίου, είναι σηµαντικό θέµα για την τεχνολογία των πρακτόρων. Παράδειγµα κοινής οντολογίας είναι η Ontolingua. Αναφέρεται στην βιβλιογραφία ως ένα σύστηµα που προσφέρει

118 110 ένα κοινό λεξιλόγιο για τον ορισµό µάς επαναχρησιµοποιήσιµης, και κοινής οντολογίας (Gruber 1993). Χρησιµοποιεί ορισµούς µε συντακτικό και λογική παρόµοια εκείνων που χρησιµοποιούνται στο Knowledge Interchange Format, γνωστό µε το ακρωνύµιο KIF, που είναι το πρότυπο αναπαράστασης γνώσης για την περιγραφή της πληροφορίας στη γλώσσα KQML (Ginsberg 1991) Οντολογίες Η οντολογία επιτρέπει την κατανόηση του περιεχοµένου ή ενός τµήµατος του σε σχέση µε ένα συγκεκριµένο γνωστικό πεδίο ή γνωστικό αντικείµενο. (Gruber 1993). Στην πράξη αποδεικνύεται πολύ χρήσιµο στις περιπτώσεις όπου µπορεί να δηµιουργηθούν παρανοήσεις όταν το ίδιο λεξιλόγιο στα µηνύµατα των πρακτόρων µπορεί να έχει διαφορετική σηµασία ανάλογα µε το θέµα του διαλόγου που πραγµατοποιείται Παραδείγµατα συστηµάτων πρακτόρων. Η πλειονότητα των συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων που έχουν αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια ή που αναπτύσσονται παρουσιάζουν κοινά χαρακτηριστικά: Ως γλώσσα επικοινωνίας των πρακτόρων χρησιµοποιούν την KQML ή την FIPA ACL Τα µηνύµατα επικοινωνίας αναπαρίστανται ως απλές συµβολοσειρές ή µε τη χρήση XML κειµένων. Ως γλώσσα περιγραφής της πληροφορίας χρησιµοποιείται η KIF ή η SL1 Υλοποιούνται µε τη χρήση των γλωσσών προγραµµατισµού C++ ή Java Τα πρώτα εµπορικά εργαλεία για την ανάπτυξη συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων έχουν κάνει την εµφάνιση τους τα τελευταία χρόνια. Τα εργαλεία αυτά δεν υπόκεινται σε κάποια συγκεκριµένα πρότυπα και αν συγκριθούν µεταξύ τους διαφέρουν πολύ στη λειτουργικότητα και στα χαρακτηριστικά που παρουσιάζουν. Παρατηρείται το φαινόµενο της αδυναµίας της επικοινωνίας πολλαπλών πρακτόρων κατασκευασµένα από διαφορετικά εργαλεία καθώς δεν έχει υιοθετηθεί ένα ενιαίο πρωτόκολλο επικοινωνίας. Στη συνέχεια θα αναφερθούµε στις υπάρχουσες προσπάθειες πλαισίων σχεδιασµού, ανάπτυξης και εκτέλεσης συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων.

119 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων 111 Όνοµα Εταιρία γλώσσα Περιγραφή AgentBuilder Reticular Systems Inc. Java Integrated agent and agency development environment AgentTalk NTT/Ishida Lisp Multi Agent Coordination protocols Agent Building Environment Agent Development environment Agentx IBM C++, Java Environment Gensym Java Environment International Knowledge Systems Java Aglets IBM Japan Java Mobile Agents Concordia Mitsubishi Electronics Java Agent Development Enviroment Mobile Agents Grasshopper IKV++ Java Mobile Agents igen CHI Systems C/C++ Cognitive agent toolkit JACK Intelligent Agents Jumping Beans Engineering Swarm Agent Oriented Software Pty Ltd Jack Agent Language Environment Ad Astra Java Mobile components Swarm Development Tool Objective C, Java Multi agent Simulation Voyager Object space Java Agent enhanced ORB Πίνακας 4. Υπάρχοντα εργαλεία ανάπτυξης συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων 3.13 Εφαρµογή της τεχνολογίας πρακτόρων στο χώρο της εκπαίδευσης από απόσταση Τα τελευταία χρόνια έχει παρατηρηθεί η ανάπτυξη διαφόρων περιβαλλόντων µάθησης τα οποία που βασίζονται σε αρχιτεκτονικές πολλαπλών πρακτόρων. Στην ενότητα αυτή παρατίθεται µια επισκόπηση των προσπαθειών αυτών. Οι προσπάθειες κάνουν χρήση της τεχνολογίας των πρακτόρων βασιζόµενες σε διαφορετικές οπτικές γωνίες. Υπάρχουν τέσσερις διαφορετικές κλάσεις πολλαπλών εκπαιδευτικών πρακτόρων µε ιδιαίτερη έµφαση το ρόλο του χρήστη σε αυτά. Η πρώτη προσπάθεια αναφέρεται σε ηµιαυτόνοµα τµήµατα λογισµικού. Το κάθε ένα από αυτά έχει ξεχωριστό και διακριτό ρόλο. Οι ρόλοι µπορούν για παράδειγµα να αφορούν τη διαδικασία της διδασκαλίας, της µοντελοποίησης του µαθητή, της αλληλεπίδρασης µε το µαθητή, της υποστήριξης της συνεργασίας. Παραδείγµατα της αρχιτεκτονικής αυτής δίνονται από τους Gavrilova Voinov και Lescheva (1999), Kefalas και Kargidis (1999).

120 112 Στις αρχιτεκτονικές αυτές οι πράκτορες χρησιµοποιούνται κυρίως για τη µείωση της πολυπλοκότητας του συστήµατος και η ύπαρξη τους συνήθως δεν γίνεται αντιληπτή από το µαθητή. Η χρήση των αρχιτεκτονικών αυτών επιδρά θετικά στην τµηµατοποίηση και των εκπαιδευτικών συστηµάτων καθώς επίσης και στην αλληλεπίδραση του χρήστη µε το σύστηµα εκπαίδευσης (Thaiupathump, 1999). Παρόλα αυτά δεν επηρεάζεται η φιλοσοφία αλληλεπίδρασης του µαθητή µε το εκπαιδευτικό σύστηµα. Μια διαφορετική περίπτωση χρήσης των πρακτόρων στην διαδικασία της εκπαίδευσης είναι ως µεσάζοντες µεταξύ µαθητών και εκπαιδευτικών συστηµάτων. Αυτή η άποψη συνήθως καταλήγει σε συστήµατα πολλαπλών πρακτόρων που περιλαµβάνουν προσοµοιώσεις ανθρώπινων χαρακτήρων µε δυνατότητα κίνησης, και µίµησης ανθρώπινων χαρακτηριστικών, αισθηµάτων κλπ. Αντιπροσωπευτικά παραδείγµατα αυτής της προσέγγισης αποτελούν οι δουλειές των Lester, Stone και Sterling (1999), και του Johnson (1999). Οι παιδαγωγικοί πράκτορες όπως ονοµάζονται, έχουν ως κύριο στόχο τους να βοηθούν τον εκπαιδευόµενο να παρακολουθήσει το εκπαιδευτικό υλικό. Η διαδικασία αυτή περιλαµβάνει την κατανόηση των ενεργειών του χρήστη, και τη λήψη αποφάσεων για την επίλυση προβληµάτων που παρουσιάζονται. Η εκτέλεση των κατάλληλων ενεργειών για την επίλυση των προβληµάτων διοχετεύονται µέσω του πράκτορα που παρουσιάζει τα ανθρώπινα χαρακτηριστικά. Τα χαρακτηριστικά αυτά περιλαµβάνουν την εµφάνιση συναισθηµάτων παρόµοιων µε τα ανθρώπινα. Ο διάλογος του µαθητή µε το σύστηµα τις περισσότερες φορές παίρνει τη µορφή ενός διαλόγου. Η προσπάθεια για όσο το δυνατόν καλύτερη προσοµοίωσης της πραγµατικής διδασκαλίας οδηγεί στη χρήση γραφικών και κίνησης. Η λεπτοµερής παρουσίαση της µορφής και των ενεργειών του δασκάλου είναι πρωταρχικό χαρακτηριστικό στην προσπάθεια αυτή. Η µορφή ενός ανθρώπινου χαρακτήρα φέρεται ανάλογα µε τις αποφάσεις που έχουν ληφθεί από το σύστηµα πολλαπλών πρακτόρων και δίνοντας έµφαση στη παρουσίαση µορφασµών, συναισθηµάτων εµπλουτίζει τον τρόπο αλληλεπίδρασης του συστήµατος µε τον εκπαιδευόµενο. Η προσέγγιση αυτή αποτελεί αντικείµενο αντιπαράθεσης τελευταία (βλέπε Bradshaw 1997, pp ). Σύµφωνα µε κάποιες απόψεις το να προσδίδει κανείς σε ένα υπολογιστικό σύστηµα ανθρώπινα χαρακτηριστικά δηµιουργεί λάθος εντυπώσεις στους εκπαιδευόµενους. Οι προσδοκίες από το σύστηµα αυξάνονται στο σηµείο που το σύστηµα δεν µπορεί να ανταποκριθεί σε αυτές.

121 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων 113 Μία τρίτη προσέγγιση χρήσης της τεχνολογίας πρακτόρων στην εκπαίδευση αφορά την υποστήριξη της επικοινωνίας των εκπαιδευοµένων µεταξύ τους. Η συνεργασία των µαθητών σε ένα ανοιχτό περιβάλλον είναι ένα σηµαντικό θέµα στον τοµέα της εκπαίδευσης από απόσταση. Ένα παράδειγµα αυτής της ερευνητικής προσπάθειας είναι και το PhelpS σύστηµα (Greer et al. 1998), όπου ο κύριος σκοπός του συστήµατος είναι η εύρεση άλλων εκπαιδευοµένων για επικοινωνία και συνεργασία σε ένα περιβάλλον πολλών µαθητών και πολλών ηλεκτρονικών δασκάλων. Παρόµοια θέµατα επικοινωνίας των χρηστών θέτουν και οι Suthers και Jones (1997) για το εκπαιδευτικό σύστηµα Belvedere. Το περιβάλλον αυτό ασχολείται µε την αντιµετώπιση κρίσιµων προβληµάτων, όπως για παράδειγµα η επίλυση επιστηµονικών προβληµάτων από µια οµάδα µαθητών. Και στις δύο περιπτώσεις σηµαντικό ρόλο κατέχει η χρήση κοινής οντολογίας για το γνωστικό αντικείµενο µε το οποίο καταπιάνονται τα εκπαιδευτικά συστήµατα. Επιπλέον γίνεται η χρήση κοινού τρόπου επικοινωνίας µε την υποστήριξη κατάλληλων πρωτοκόλλων. Παρόµοια είναι και η ερευνητική δουλειά των Sheremetov και Nunez (1999), στην οποία προτείνουν µια αρχιτεκτονική πολλαπλών πρακτόρων που επιτρέπει την ενσωµάτωση κατανεµηµένων και ετερογενών εκπαιδευτικών τµηµάτων µε σκοπό τη συνεργατική εκπαίδευση. Η αλληλεπίδραση λαµβάνει σηµαντικό ρόλο στην αρχιτεκτονική αυτή και η µοντελοποίηση της αλληλεπίδρασης µεταξύ των πρακτόρων υποστηρίζεται από έναν κατάλληλο φορµαλισµό. Παρόλα αυτά, η αλληλεπίδραση του µαθητή µε το εκπαιδευτικό σύστηµα υποστηρίζεται από τον φορµαλισµό περιγραφής τεχνητών πρακτόρων. Συνεπώς η ανθρώπινη επικοινωνία που συνήθως παρουσιάζεται σε ένα τέτοιο περιβάλλον συνεργατικής µάθησης δεν εκφράζεται αποδοτικά, και µειώνεται ο ρόλος του ανθρώπου στο περιβάλλον της συνεργατικής εκπαίδευσης. Μία τέταρτη προσέγγιση χρησιµοποιεί τους πράκτορες ως µηχανισµούς περιγραφής εκπαιδευτικών συστηµάτων και των δυνατοτήτων που αυτά έχουν. Προσφέρουν συνεπώς αποδοτικούς µηχανισµούς για την ενσωµάτωση και συνεργασία κατανεµηµένων και ετερογενών εκπαιδευτικών πηγών. Σε αυτή τη κατηγορία κατατάσσεται και το σύστηµα MATS (Solomos and Avouris 1999). Παρόµοια άποψη έχουν και οι Brusilovsky, Ritter και Schwarz (1997) και οι Ritter και Koendinger (1997).Οι παραπάνω ερευνητικές εργασίες περιγράφουν πρωτότυπα συστήµατα που έχουν πολλά κοινά χαρακτηριστικά µε το περιβάλλον MATS. Η συνεργασία των δύο εκπαιδευτικών συστηµάτων όπως παρουσιάζεται στο

122 114 παράδειγµα τους, χρησιµοποιεί ένα κοινό µοντέλο µαθητή και για τα δύο γνωστικά αντικείµενα. Όσες αλλαγές παρατηρούνται στο µοντέλο του σπουδαστή για το ένα εκπαιδευτικό σύστηµα, γίνονται αντιληπτές και από το άλλο. Ένα άλλο παράδειγµα που ακολουθεί την ίδια φιλοσοφία είναι και το περιβάλλον PACF (Machado et al. 1999). Το PACF χρησιµοποιεί επίσης έναν πράκτορα που παρέχει υπηρεσίες επικοινωνίας των εκπαιδευτικών συστηµάτων και εγγραφής τους στο σύστηµα συνεργασίας. Ένας δεύτερος πράκτορας χρησιµοποιείται για την αποθήκευση των κοινών µοντέλων του σπουδαστή. Η αρχιτεκτονική του PACF παρουσιάζει ιδιαίτερα συγκεντρωτικά χαρακτηριστικά, ενώ ο έλεγχος της εκπαιδευτικής διαδικασίας παραµένει στο σύστηµα µη δίνοντας τη δυνατότητα πρωτοβουλιών στον εκπαιδευόµενο. Ο ορισµός του ρόλου του χρήστη και του σχεδιασµού της αλληλεπίδρασης του χρήστη µε το σύστηµα στα συστήµατα πολλαπλών πρακτόρων δεν είναι µία εύκολη διαδικασία (Avouris 1992) (Bradshaw 1997). Αυτό ισχύει ιδιαίτερα σε περιοχές όπως η εκπαίδευση από απόσταση όπου οι πράκτορες έχουν τους πολλαπλούς ρόλους των προσωπικών βοηθών, των παροχέων βοήθειας, των µεσολαβητών µεταξύ του ανθρώπου και του υπολογιστή. Κατά συνέπεια ο ρόλος του χρήστη στα περιβάλλοντα εκπαίδευσης είναι ένα θέµα υψηλής προτεραιότητας. Η αρχιτεκτονική του συστήµατος έχει ιδιαίτερη σηµασία στο ρόλο αυτό. Πολλά από τα συστήµατα που αναφέρθηκαν χρησιµοποιούν την έννοια του πράκτορα για την µοντελοποίηση του χρήστη. Οι πράκτορες αυτοί ενεργούν στο περιβάλλον ως αντιπρόσωποι στων µαθητών (Mudgal και Vassileva 2000). Το παράδειγµα αυτό µπορεί να λειτουργεί αποδοτικά σε περιβάλλοντα ηλεκτρονικού εµπορίου, αλλά δεν ισχύει το ίδιο και για το χώρο της εκπαίδευσης. Έρευνες αποδεικνύουν ότι η χρήση ισχυρών µοντέλων του χρήστη δηµιουργούν ανεπιθύµητες παρενέργειες στη διαδικασία της µάθησης (Norman 1997). Η εκπαίδευση είναι µια ξεχωριστή και ιδιαίτερη διαδικασία που δεν µπορεί να µοντελοποιηθεί πλήρως. Η ενεργή συµµετοχή του µαθητή είναι ένα σηµαντικό συστατικό στην επιτυχή κατάλληλη της διαδικασίας της µάθησης. Περιβάλλοντα που χρησιµοποιούν µοντέλα του χρήστη και λειτουργούν για λογαριασµό του, δεν είναι αποδεκτά από τους χρήστες (Schneiderman 1997) (Dillenbourg 1996). Για τους λόγους αυτούς, το σύστηµα MATS χρησιµοποιεί ένα ασθενές µοντέλο χρήστη που δεν συνδέεται άµεσα µε τα µοντέλα του χρήστη που παρουσιάζουν οι άλλες ερευνητικές προσπάθειες. Ο χρήστης κάνει χρήση των πρακτόρων

123 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων 115 διεπιφάνειας που έχουν κυρίως βοηθητικό χαρακτήρα στη διαδικασία της αλληλεπίδρασης του µε το σύστηµα Συµπεράσµατα Στο κεφάλαιο αυτό, παρουσιάστηκαν οι τεχνολογίες υποστήριξης των συστηµάτων πολλαπλών πρακτόρων. Κύρια χαρακτηριστικά τους είναι η αρχιτεκτονική, η δοµή, η γλώσσα ή το πρωτόκολλο επικοινωνίας, η περιγραφή της γνώσης του περιέχουν. Είναι φανερό ότι δεν έχει παρουσιαστεί στο προσκήνιο κάποια αρχιτεκτονική που να παρουσιάζει κοινά αποδεκτά χαρακτηριστικά από το σύνολο της ερευνητικής κοινότητας. Η επιλογή µίας κοινά αποδεκτής αρχιτεκτονικής ή τεχνολογίας δεν είναι δυνατή τη συγκεκριµένη χρονική στιγµή. Είναι όµως δυνατή η επιλογή µιας κοινά κοινά χρησιµοποιούµενης ερευνητικής πρότασης όπως αυτό ισχύει για τη γλώσσα επικοινωνίας KQML. Στο κεφάλαιο αυτό συζητήθηκε επίσης το θέµα της χρήσης της τεχνολογίας πολλαπλών δρώντων στο χώρο της εκπαίδευσης από απόσταση. Ο ρόλος του χρήστη στη διαδικασία της εκπαίδευσης, είναι πολύ σηµαντικός και αποτελεί πρωτεύοντα ρόλο στη διαµόρφωση της αρχιτεκτονικής του συστήµατος. Στα κεφάλαια που ακολουθούν περιγράφεται η σχεδίαση της αρχιτεκτονικής του συστήµατος MATS και η προσέγγιση που επιχειρείται για την ενεργή συµµετοχή του χρήστη στη διαδικασία της µάθησης Αναφορές Association of computing machinery. The ACM computer classification system. Agentbuilder White Paper: An integrated toolkit for constructing Intelligent Software agents Revision 1.3 February 1998, Reticular Systems Inc., 4715 View Ridge Avenue, Suite #200, San Diego California Aridor Y., Lange D. B., Agent Design Patterns: Elements of Agent Application Design, In Proceedings of Agents'98, Second International Workshop on Mobile Agents 98 (MA'98), Stuttgart, Germany, September 9-11, 1998,

124 116 Avouris N. M., User Interface Design for DAI Applications: An Overview, in N Avouris & L. Gasser (Ed.), Distributed Artificial Intelligence: Theory and Praxis, pp , Kluwer Academic Publ. Dordecht, Barbuceanu M., Fox, M. S., The design of a coordination language for multi-agent systems. In Intelligent Agents III, Agent Theories, Architectures and languages, pages , Springer, Bellifemine F. Poggi A., Rimassa G., Turci P., An Object Oriented Framework to Realize Agent Systems, Proceedings of WOA 2000 Workshop, Parma, May 2000, pagg , Bellifemine F. Poggi A., Rimassa G., JADE A FIPA-compliant agent framework, CSELT internal technical report. Part of this report has been also published in Proceedings of PAAM'99, London, April 1999, pp , Bellifemine F, Poggi A., Rimassa G., Developing multi agent systems with a FIPAcompliant agent framework,, In: Software - Practice And Experience, 2001 no. 31, pp Bray T., Paoli J., Sperberg-McQueen C. M., Extensible Markup Language (XML 1.0) World Wide Web Consortium, February Available at: Bradshaw, J.M., An Introduction to Software agents. In: Software Agents, J. M. Bradshaw (Ed) Menlo Park, California, AAAI Press, 1997, pages Bradshaw, J. M., Dutfield, S., Benoit, P., and Wooley, J. D., KaoS: Towards An Industrial Strength Open Agent Architecture, In Software Agents, J.M Bradshaw (Ed) Menlo Park, California, AAAI Press, 1997b. Broekstra Jeen, Ehrig Marc, Haase Peter, Van Harmelen Frank, Kampman Arjohn, Sabou Marta, Siebes Ronny, Staab Stefen, Stuckenschmidt Heiner, Tempich Cristoph. A metadata model for Semantics-Based Perr to Peer Systems. In Sure Y., Schnurr H. P., Eds. Proceedings of the 1 st National Workshop Ontologie basiertes Wissens management (WOW 2003) Brooks, R. A. Intelligence without Reason. Massachusetts Institute of technology, Artificial Intelligence Laboratory, AI memo number 1293, April 1991

125 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων 117 Brusilovksy P., Ritter S., Schwarz E., Distributed Intelligent Tutoring on the Web, In Proceedings of AI-ED 97, 8 th World Conference of Artificial Intelligence in Education, Ed. B. du Boulay and R. Mizoguchi, IOS Press Busetta P., Rönnquist R., Hodgson A., and Lucas A., JACK Intelligent Agents - Components for Intelligent Agents in Java,AgentLink news Issue 2, January 1999 Castillo A., Kawaguchi M., Paciorek N., Wong D., Concordia as enabling technology for Cooperative Information Gathering, "Japanese Society for Artificial Intelligence Conference" in Tokyo, Japan on June 17-18, 1998 Chauhan D., JAFMAS: A Java-based agent Framework for Multi Agent Systems Development and implementation. Phd Thesis ECECS Department, University of Cincinnati, Cohen, P. R., Cheyer, A., Wang, M., and Baeg, S. C., An Open Architecture, In Proceedings of the AAAI Spring Symposium, Daniels Marcus, Applications of Multi-Agent Systems in Defense Analysis, Swarm Development Group, April 4-6, 2000 Daniels M., Agent Simulation: Applications, Models, and Tools, Swarm Development Group October 15-16, 1999 Decker, K., Williamson, M., Sycara, K., Matchmaking and Brokering. In: Proceedings of the Second International Conference on Multi-Agent Systems (ICMAS-96), December Decker, K., Sycara, K., and Williamson, M., Middle agents for the Internet, IN: Proceedings of the International Joint Conference on Artificial Intelligence (IJCAI-97), January Dillenbourg P., Some technical implications of distributed cognition on the design of interactive learning environments, Journal of Artificial Intelligence in Education, 7 (2), pp , Durfee, E. H., What your computer really needs to know, You learned in Kindergarten, In Proceedings of the tenth National Conference on Artificial Intelligence, July 1992, pp Durfee, E. H.,, Lesser V. R., and Corckill D. D., Trends in Cooperative Distributed Problem Solving, In: IEEE transactions on Knowledge and Data engineering, March 1989, KDE-1(1), pages

126 118 Finin, T. Lambrou, Y., and Mayfield, J., KQML as an Agent Communication Language, In: Software Agents, J. M. Bradshaw (Ed) Menlo Park, California, AAAI Press, Finin T., Wiederhold G., An overview of KQML: A knowledge Query Manipulation Language, Available through the Stanford University Computer Science Department. FIPAa FIPA 97 Specification, Part 1, Agent Management, Foundation for Intelligent Physical Agents, Version 1.2, October 10, 1997 FIPAb FIPA 97 Specification, Part 2, Agent Communication Language. Foundation for Intelligent Physical Agents, Version 1.2, October 10, 1997 Gavrilova T., Voinov A., Lescheva I., Learner Model Approach to Multi Agent Intelligent Distance Learning System for Program Testing. Proceedings IEA- AIE 99, Lecture Notes in Computer Science, no. 1611, Springer Verlag, Gasser, L., Foreword in: Readings in agents, Huhns M. N. and Singh M. P. (Eds), San Fransisco, California, Morgan Kauffman Publishers, 1998, pages v-vi Genesereth, M., And Agend-Based Framework for Interoperability, In: Software Agents, J. M. Bradshaw (Ed) Menlo Park, California, AAAI Press, 1997, pages Genesereth, M., and Fikes, R., Knowledge Interchange Format, Version 3.0 Refererence manual, Technical Report, Computer Science Department, Stanford University, USA, Ginsberg, M., The Knowledge Interchange Format : The KIF of Death, In: AAAI Magazine, Fall 1991, Volume 12, Issue 3, pages Greer J., McCalla G., Vassileva J., Deters R., Bull S., Kettel L. (2001) Lessons Learned in Deploying a Multi-Agent Learning Support System: The I-Help Experience, Proceedings of AIED'2001, San Antonio, Graham, Ian S.; Quin, Liam. XML Specification Guide. New York, NY: John Wiley & Sons, 1999 Greer J., McCalla G., Collins J., Kumar V., Meagher P., Vassileva J., Supporting Peer Help and Collabaration in Distributed Workplace Environments, International Journal of AI and Education, pp Gruber, T. R., A Translation Approach to Portable Ontology Specifications, In: Proceedings of the Knowledge Acquisition for Knowledge-Based Systems (KAW 93), Gaines, B. R., and Musen, M. (Eds) Banff, Canada, 1993, pages

127 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων 119 Gruber, T. R.. A translation approach to portable ontologies. Knowledge Acquisition, 5(2): , 1993 Guizzardi, Renata S., Aroyo, Lora, Wagner, Gerd. Help&Learn: A Peer-to-Peer Architecture to Support Knowledge Management in Collaborative Learning Communities. Proceedings of XIV Brazilian Symposium on Computers in Education, Rio de Janeiro/RJ - November/2003 Harkey D., Orfali R., (Ed.), Client/Server Programming with Java and CORBA, 2nd Edition, Ad Astra Engineering, Inc., John Wiley & Sons (pubs), ISBN: X Huhns, M. N., Singh, M. P., Agents and Multi-agent systems: Themes, Approaches and Challenges in: Readings in Agents, Huhns, M. N., and Singh M. P. (Eds), San Francisco, California, Morgan Kaufmann Publishers, 1998, pages Huhns, M. N., Singh, M. P., Agents and Multi-agent systems: Themes, Approaches and Challenges in: Readings in Agents, Huhns, M. N., and Singh M. P. (Eds), San Francisco, California, Morgan Kaufmann Publishers, 1998, pages Huhns M. N, and Singh M. P., (editors) 1998a, Readings in agents: San Francisco, Morgan Kaufmann,p 1. Hatala M. & Richards, G. Global vs. Community Metadata Standards: Empowering Users for Knowledge Exchange, in:.horrocks and J.Hendler (Eds.):ISWC 2002, Springer, LNCS 2342, pp , IBM aglets, 1998, date cited 10/04/2001 Jennings, N. R., Wooldridge, M., Intelligent Agents: Theory and Practice. In : The Knowledge Engineering Review, 1995, Volume 10, Number 2, pages Jennings N. R., Wooldridge M. J., Agent Technology: Foundations, applications, markets New York, Springer, Jennings, N. R., Sycara K., and Wooldridge, M., A Roadmap of agent research and development,in: Autonomous agents and Multi-Agent Systems Journal, N.R Jennings, K. Sycara, M. Georgeff (Eds), Kluwer Academic Publishers, Boston, 1998, Volume 1, Issue1, pages Jennings N. R., 1999, Agent-based Computing : Promise and perils, In: T. Dean (editor) Proccedings of the sixteenth International Joint Conference on Artificial Intelligence (IJCAI 1999). San Francisco, Morgan Kaufmann, pp Johnson W. L., Pedagogical Agents as Facilitators Lifelong Learning, NASA Conference Publication, Issue , pp , 1999.

128 120 Kawamura,T., Yoshioka,N., Hasegawa,T., Ohsuga,A. and Honiden,S.," Bee-gent : Bonding and Encapsulation Enhancement Agent Framework for Development of Distributed Systems", In Proceedings of the 6th Asia-Pacific Software Engineering Conference, Lambrou, Y., Finin, T., A Proposal for a new KQML Specification. TR CS Computer Science and Electrical Engineering Department, University of Maryland Baltimore County, Baltimore, February Lange D. B., Mobile Objects and Mobile Agents: The Future of Distributed Computing?, In Proceedings of The European Conference on Object-Oriented Programming '98, Lange D. B., Java Aglet Application Programming Interface (J-AAPI) White Paper, IBM Tokyo Research Laboratory, February , available at cited on 02/05/2001. Lester J. C., Stone B. A., Stelling G. D., Lifelike Pedagogical Agents for Mixed Initiative Problem Solving in Constructivist Learning Environments, User Modelling and User Adapted Interaction, Vol 9, ½, pp 1-44, Magedanz T., Bäumer C.., Breugst M., Choy S,. Grasshopper - A Universal Agent Platform, Based on OMG MASIF and FIPA Standards,, Agents Technology in Europe ACTS Activities Andreas Guther (Editor) GMD-FOKUS D Berlin Deutschland, Infowin Thematic Issues, September Mamdani, A., The social impact of Software agents. In: Proceedings of the workshop on the impact of agents on Communications and ethics: What do and don t we know? Program presentation, Foundation for Intelligent Physical agents (FIPA), Dublin, July 15, Martin D. L., Cheyer A. J., and Moran D. B, "Building distributed software systems with the open agent architecture," in Proc. of the Third International Conference on the Practical Application of Intelligent Agents and Multi-Agent Technology, (Blackpool, Lancashire, UK), The Practical Application Company Ltd., March cgi-bin/pubs/ list_document_object.pl? doc_uri= /pubs/ papers/ Mart9803:Building/ Martin D. L., Cheyer A. J., and Moran D. B., "The open agent architecture: A framework for building distributed software systems," Applied Artificial Intelligence, vol. 13, pp , January-March cgi-bin/pubs/ list_document_object.pl? doc_uri=/pubs/ papers/ Mart:Open/

129 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων 121 Mohan Permanand, Greer Jim, McCalla Gordon, Instructional Planning with Learning Objects, 18 th International Joint Conference On Artificial Intelligence, August 2003, IJCAI Workshop on Knowledge Representation and Automated Reasoning for E-Learning Systems, Sunday Aug Mudgal C., Vassileva J., 2000, Multi Agent negotiation to support an economy for on -line help and tutoring, in Proceedings of ITS 2000, Springer LNCS 1839, pp Nejdle W, Wolf B, Qu C, Decker S, Sintek M, Naeve A, Nilson M, Palmer M ans Ritsch T. EDUTELLA : A P2P Networking Infrastructure based on RDF. In proceedings of the 11 th World Wide Conference (Hawaii, USA May 2002). Nilsson M, Siberski W. RDF query exchange language (QEL). Concepts, symantics and RDF syntax. Available at Τελευταία πρόσβαση 20 Σεπτεµβρίου 2003 Nii, H. P., BlackBoard Systems, In : The Handbook of Artificial Intelligence, A. Barr, P. R Cohen, and E. A. FeingenBaum (Eds), Addison Westley, New York, 1989, Volume IV, chapter XVI,, pages Norman D., How people might interact with agents, Chapter 2 in Bradshaw J. M. (Ed.) Software Agents, pp 49-56, AAAI Press, Nwana, H.S., Software Agents: An overview, In: The Knowledge Engineering Review, October/November 1996, Volume 11, Number 3, pages ObjectSpace Voyager 2.0, User Guide, 1998, Available at products/voyager/, date cited: 10/04/2001. Patil R. S.,. Fikes R. E, Patel-Schneider P. F., McKay D.,.Finin T., Gruber T. R., & Neches R.. The DARPA Knowledge Sharing Effort: Progress report. In Charles Rich, Bernhard Nebel, & William Swartout, Ed., Principles of Knowledge Representation and Reasoning: Proceedings of the Third International Conference, Cambridge, MA, Morgan Kaufmann, Peng, Y., Finin, T., Lambrou, Y., Chu, B., Long. J., Tolone W. J., and Bughannam, A., A Multi Agent System for Enterprise Integration, In : Proceedings of the third International Conference and Exhibition on the Practical Application of Intelligent Agents and Multi-Agent Technology, H. S. Nwana and D.T. Ndumu (Eds), London UK, March 1998, pages

130 122 Razek Mohammed A., Frasson Claude, Kaltenbach Marc, A context-based Information Agent for Supporting Intelligent Distance Learning Enviroments, WWW 2003, May 20-24, 2003, Budapest, Hungary Ritter S., Koendinger K. R., An Architecture for plug-in Tutor Agents, Journal of Artificial Intellgence in Education, Volume 7, Issue 3/4, pp Russel, S. J., and Norvik, P., Artificial Intelligence: A modern approach, Prentice Hall, Englewood Cliffs, N.J, 1995 Schmitz Cristoph, Staab Stefen, Studer Rudi, Stumme Gerd, Tane Julien. Accesssing Ditributed Learning Repositories through a Courseware Watchdog. In Poceedings of the E-Learn 2002, World Conference on E-Learning in Corporate, Government, HealthCare for Higher Education, Searle J. R., Speech acts: An essay in the philosophy of language. Cambridge University Press, Simon Bernt, Miklos Zoltan, Nejdl Wolfgang, Sintek Michael, Salavachua Joaquin. ELENA: A mediation infrastructure for education services. 12 th International Conference in Word Wide Web, (WWW 2003) Budapest, Hungary, May Stamatis D., Kefalas P., Kargidis T., A multi agent framework to support networked learning, Journal of Computer Assisted Learning, 15, pp , Suthers D., Jones D., An Arcitecture for Collaborative Educational Systems, Proceedings of AI&ED 97, Kobe Japan, Virdhagriswaran, S., Osisek, D., and O Connor, P, Standardizing Agent Technology. In: ACM StandardView, 1995, Volume 3, Number 3, pages Sheremetov L., Nunez G., Multi Agent Framework fir Virtual Learning Spaces, Journal of Interactive Learning Research, Special Issue on Intelligent Agents for Educational Computer-Aided Systems, 10. ¾, pp , Shoham, Y., An overview on Agent-oriented programming. In: Software agents, J. M. Bradshaw (Ed) Menlo Park, California, AAAI Press 1997, pages Shneiderman B., 1997, Direct manipulation versus agents: Paths to predictable, controllable and comprehensible interfaces», In J. M. Bradshaw (editor), Software Agents. Menlo Park, Calif.: AAAI Press, Cambridge Mass.: MIT Press, pp

131 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστηµάτων 123 Thaiupathump C., Bourne J. Campell J.O., Intelligent Agents for On-line Learning, Journal of Asynchronous Learning Networks ( Volume 3(2), November Walsh T., Paniorek N., Wong D., Security and reliability in Concordia, "31st Annual Hawaii International Conference on System Sciences (HICSS31)" in Kona, Hawaii on January 6-9, hicss/ hicss_31/ apahome.htm Wiederhold, G., Mediators in the Architecture of Future Information Systems. In: IEEE Computers March 1992, pages Zachary, W., Cannon-Bowers, J., Burns, J., Bilazarian, P., & Krecker D., An Advanced Embedded Training System (AETS) for Tactical Team Training, (1998) In the Proceedings of the ITS '98 Conference San Antonio, TX, August 17-19, products/download/ CHI_AETS_ITS.PDF Zachary, W., Ryder, J., Hicinbothom, J., & Bracken, K. (1997), The Use of Executable Cognitive Models in Simulation-Based Intelligent Embedded Training, In the Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society 41st Annual Meeting, 2, pp , Albuquerque, NM: Human Factors Society. HI.PDF Zachary, W., Ryder J., Hicinbothom J. H., Cognitive Task Analysis and Modelling of Decision Making in Complex Enviroments,(1998), In J. Cannon-Bowers & E. Salas (Eds.), Making Decisions Under Stress: Implications for Individual and Team Training and Simulatiοn. Washington, DC: American Psychological Association. Available at: /download/ CHI_ TADMUS_ CHAPTER.pdf

132

133 Κεφάλαιο 4: Η Αρχιτεκτονική του περιβάλλοντος πολλαπλών εκπαιδευτικών πρακτόρων MATS Περίληψη Σκοπός του κεφαλαίου είναι η παρουσίαση και η περιγραφή της κατανεµηµένης αρχιτεκτονικής από απόσταση εκπαίδευσης Multi-agent Tutoring System (MATS) που επιτρέπει την ανταλλαγή εκπαιδευτικού υλικού µεταξύ ετερογενών εκπαιδευτικών υπολογιστικών συστηµάτων για την εξυπηρέτηση των αναγκών των διδασκοµένων. 4.1 Εισαγωγή Το µοντέλο από-απόσταση διδασκαλίας που προτείνεται µέσω της αρχιτεκτονικής MATS είναι αυτό του ενός µαθητή-πολλών µαθηµάτων, όπου ένας µαθητής παρακολουθεί ένα γνωστικό αντικείµενο από ένα εκπαιδευτικό σύστηµα, αλλά παράλληλα δίνεται η δυνατότητα να δανειστεί εκπαιδευτικό υλικό που προέρχεται και από άλλα ανεξάρτητα από το προηγούµενο εκπαιδευτικά συστήµατα. Βασικό χαρακτηριστικό της προτεινόµενης αρχιτεκτονικής είναι η δυνατότητα ενσωµάτωσης προϋπαρχόντων ετερογενών εκπαιδευτικών συστηµάτων (Educational systems ES), τα οποία δεν είναι απαραίτητα σχεδιασµένα εξ αρχής µε τη δυνατότητα αλληλεπίδρασης µε άλλα εκπαιδευτικά συστήµατα. Τα εκπαιδευτικά αυτά συστήµατα, στην τυπική περίπτωση είναι εφαρµογές που περιέχουν εκπαιδευτικό υλικό είτε παρουσίασης πολυµεσικού τύπου, είτε υλικό αυτοαξιολόγησης και εξάσκησης, είτε υλικό ανάπτυξης δεξιοτήτων. Τα συστήµατα αυτά µπορεί να έχουν σύνθετη αρχιτεκτονική και δυναµικά χαρακτηριστικά, όπως τη δυνατότητα µοντελοποίησης του χρήστη και προσαρµογής της αλληλεπίδρασης µε τον εκπαιδευόµενο σύµφωνα µε τα χαρακτηριστικά αυτά, να παρουσιάζουν την συµπεριφορά ενός έµπειρου συστήµατος που ανταποκρίνεται στα ερωτήµατα του χρήστη ή να αποτελούν περιβάλλοντα ανοικτού πειραµατισµού µε έννοιες σύµβολα, όπως περιβάλλοντα επίλυσης µαθηµατικών προβληµάτων, εκµάθησης γλωσσών προγραµµατισµού κλπ. Η αρχιτεκτονική MATS που παρουσιάζεται στη συνέχεια επιτρέπει την ενσωµάτωση συστηµάτων της κατηγορίας αυτής σε ένα ενιαίο και διασυνδεδεµένο περιβάλλον που επιτρέπει την αλληλεπίδραση τους ώστε να παρέχουν τις υπηρεσίες τους αν ζητηθεί προς τρίτους, πέραν των τυπικών χρηστών τους.

134 126 Ένα σύνολο από υπολογιστικές οντότητες λογισµικού που τις ονοµάζουµε εκπαιδευτικούς πράκτορες (educational agents, EA) είναι υπεύθυνες για την επικοινωνία και την συνεργασία µεταξύ των Εκπαιδευτικών Συστηµάτων. (Nwana 1996), (Wooldrige Jennings 1995). H ερευνητική µας προσπάθεια είχε ως αποτέλεσµα τον ορισµό ενός πρότυπου εκπαιδευτικού συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων (Multi Agent Tutoring System, MATS) που περιγράφεται στο κεφάλαιο αυτό καθώς και στο (Solomos & Avouris 1999). Σύµφωνα µε την αρχιτεκτονική αυτή κάθε Εκπαιδευτικός Πράκτορας (Educational Agent, EA i ) αντιπροσωπεύει ένα εκπαιδευτικό σύστηµα (ES i ) το οποίο είναι ικανό να υποστηρίξει τη διδασκαλία ενός ή περισσοτέρων γνωστικών αντικειµένων (ΓΑ 1, ΓΑ 2,...ΓΑ κ ). Ο EA i έχει επιπλέον τη δυνατότητα να επικοινωνήσει µε άλλους εκπαιδευτικούς πράκτορες ζητώντας την παροχή εκπαιδευτικού υλικού, ώστε να ικανοποιήσει σχετικές απαιτήσεις του µαθητή τον οποίο εξυπηρετεί. Για την ανάπτυξη του περιβάλλοντος MATS, όπως περιγράφεται στη συνέχεια, αναπτύχθηκε αφενός µια ειδική γλώσσα επικοινωνίας (EACL:Educational Agent Communication Language) για τη συνεργασία των εκπαιδευτικών συστηµάτων, αφετέρου µια γενική οντολογία περιγραφής περιβαλλόντων εκµάθησης που αποτελεί την κοινή γλώσσα περιγραφής των εκπαιδευτικών συστηµάτων (Finnin et al 1993). Η αλληλεπίδραση µεταξύ των εκπαιδευτικών συστηµάτων ξεκινάει από ερωτήµατα που θέτει ο διδασκόµενος ενός εκπαιδευτικού συστήµατος, που αφορούν ένα πρόβληµα που παρουσιάζεται κατά την αλληλεπίδραση του µε το σύστηµα ΕS κ. Το ερώτηµα αυτό παραλαµβάνεται από τον ΕΑ κ και απευθύνεται στους πράκτορες ΕAi, i= 1,n, i k. Ο ρόλος του εκπαιδευόµενου κατά τη διαδικασία αυτή είναι ουσιαστικός τόσο κατά τη φάση της δηµιουργίας του αρχικού ερωτήµατος, όσο και σε αυτή της επιλογής του κατάλληλου εκπαιδευτικού υλικού. Αυτό γίνεται τόσο µε άµεσο τρόπο (ο µαθητής επιλέγει το προτεινόµενο εκπαιδευτικό υλικό), όσο και µε έµµεσο τρόπο (ο αλγόριθµος της αξιολόγησης του εκπαιδευτικού υλικού λαµβάνει υπόψη του και την αξιολόγηση από τον µαθητή του εκπαιδευτικού υλικού που προέρχεται από ένα συγκεκριµένο εκπαιδευτικό σύστηµα). Στη συνέχεια θα παρουσιαστούν τα βασικά στοιχεία της αρχιτεκτονικής των πρακτόρων, οι πράκτορες υποστήριξης συνεργασίας, η γλώσσα επικοινωνίας, η κοινή εκπαιδευτική οντολογία που χρησιµοποιείται κατά τη διαδικασία της συνεργασίας, καθώς και ένα σενάριο συνεργασίας.

135 Κεφάλαιο 4: Η αρχιτεκτονική του συστήµατος MATS Βασικά χαρακτηριστικά του συστήµατος MATS Το περιβάλλον MATS επιτρέπει τη συνεργασία µεταξύ των EA i, οι οποίοι παρουσιάζουν χαρακτηριστικά ανακλαστικού πράκτορα (reactive agent) δηλαδή πράκτορα που αντιδρά σε ερεθίσµατα του περιβάλλοντος του, σύµφωνα µε τους Wooldrige, Jennings (1995) και Ferber (1999). Οι πράκτορες της αρχιτεκτονικής MATS είναι τµήµατα λογισµικού µε αυτόνοµη ύπαρξη, και δυνατότητα επικοινωνίας, τα οποία περιέχουν γνώση των λειτουργιών τους και δυνατότητα εξυπηρέτησης άλλων πρακτόρων, που υποστηρίζουν κοινή γλώσσα επικοινωνίας. ύο είναι τα βασικά τµήµατα ενός agent: Το τµήµα της επικοινωνίας και το τµήµα εξυπηρέτησης αιτηµάτων. Στο MATS συµµετέχουν δύο είδη πρακτόρων: Οι εκπαιδευτικοί πράκτορες (Educational agents EA). Κάθε ΕΑ συνδέεται άµεσα µε ένα εκπαιδευτικό σύστηµα (ES) το οποίο αντιπροσωπεύει στην υπόλοιπη κοινωνία των εκπαιδευτικών πρακτόρων. Ο ΕΑ περιέχει µία πλήρη περιγραφή των περιεχοµένων και των χαρακτηριστικών του εκπαιδευτικού συστήµατος και είναι σε θέση να απαντήσει σε ερωτήσεις άλλων ΕΑ σχετικά µε τις εκπαιδευτικές του ικανότητες και λειτουργίες. Οι µεσολαβητές πράκτορες (Βroker Αgent ΒΑ) οι οποίοι αποτελούν το ενδιάµεσο επικοινωνίας των ΕΑ. Οι ΒΑ υποστηρίζουν βασικές υπηρεσίες εγγραφής, διαγραφής, αλλαγής χαρακτηριστικών των ΕΑ και διευθυνσιοδότησης τους Η δοµή του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων Στην ενότητα αυτή παρουσιάζεται ο µηχανισµό ενσωµάτωσης και διασύνδεσης των εκπαιδευτικών πρακτόρων στην κοινότητα. Όπως συµβαίνει σε πολλά παρόµοια κατανεµηµένα συστήµατα, κάθε εκπαιδευτικός πράκτορας ΕΑ δεν είναι γνωστός στους υπόλοιπους, απλά «εγγράφεται» σε ένα συγκεκριµένο µεσολαβητή πράκτορα ΒΑ. Για παράδειγµα οι εκπαιδευτικοί πράκτορες ΕAa 1, EAα 2,.., EAa k είναι γνωστοί στον BΑa στο σχήµα.

136 128 BAa BAb EAa1 EAa2 EAak EAb1 EAb2 EAbk Σχήµα 10. Ιεραρχική δοµή συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων Ο εκπαιδευτικός πράκτορας ΕΑ αντιπροσωπεύει και υποστηρίζει ένα Εκπαιδευτικό Σύστηµα, µπορεί δε ανά πάσα στιγµή να αποχωρήσει από την κοινότητα. Οι ΕΑ δεν διαθέτουν τη δυνατότητα να γνωρίζουν τις διευθύνσεις των υπόλοιπων πρακτόρων παρά µόνο του µεσολαβητή στον οποίο εγγράφονται. Η απευθείας επικοινωνία µεταξύ δύο ΕΑ γίνεται δυνατή µε τη µεταφορά της διεύθυνσης του πράκτορα µαζί µε το µήνυµα του. Η περίπτωση αυτή παρατηρείται στην περίπτωση αποστολής ενός µηνύµατος ερώτησης από ένα ΕΑ (για παράδειγµα µεταξύ των ΕAa 2 και EΑb 1 ), όπως περιγράφεται στη συνέχεια. Η διαδικασία αποστολής του εκπαιδευτικού υλικού γίνεται µεταξύ των ΕΑ χωρίς να συµβάλλει ο BA. Η ανάµειξη του ΒΑ παρατηρείται µόνο στην αρχή της διαδικασίας, όπου απαιτείται η διανοµή του αρχικού ερωτήµατος στους άλλους ΕΑ. Σηµαντικό ρόλο στην αρχιτεκτονική αυτή αναλαµβάνει ο µεσολαβητής πράκτορας (ΒΑ) που συντονίζει τη διανοµή των αναζητήσεων συνεργασίας των εκπαιδευτικών κόµβων στους πιο κοντινούς σε αυτόν από την άποψη του γνωστικού αντικειµένου. Επιπλέον ο ΒΑ µεταφράζει τα ερωτήµατα σε όρους που κατανοούν οι άλλοι εκπαιδευτικοί κόµβοι, αφού διαθέτει µηχανισµό αντιστοίχισης εννοιών. Κατά την διαδικασία ανταλλαγής εκπαιδευτικού υλικού µεταξύ δύο ΕΑ η συµµετοχή του ΒΑ δεν είναι αναγκαία. Το διδακτικό µοντέλο που υλοποιείται είναι αυτό του ενός µαθητή-πολλών δασκάλων. Ο µαθητής επικοινωνεί µε τον εκπαιδευτικό κόµβο αλλά έχει τη δυνατότητα να επικοινωνήσει και µε την υπόλοιπη κοινωνία των εκπαιδευτικών πρακτόρων, προς τους οποίους µπορεί να απευθύνει ερωτήµατα µε τη χρήση µιας ειδικής διεπιφάνειας ερωτήσεων. Το ερώτηµα προωθείται στον ΕΑ από όπου και διανέµεται µέσω του ΒΑ στο σύνολο των εγγεγραµένων µελών του συστήµατος.

137 Κεφάλαιο 4: Η αρχιτεκτονική του συστήµατος MATS 129 Ένα σχεδιάγραµµα της αρχιτεκτονικής του εκπαιδευτικού πράκτορα ΕΑ παρουσιάζεται στο σχήµα. Εκπαιδευτικός Πράκτορας EAj Εκπαιδευτικό Σύστηµα ESi ιεπιφάνεια Ερώτησης Τµήµα ιασύνδεσης Έµπιστοι Πράκτορες Οντολογία Γνωστικού EAk Αντικειµένου Μοντέλο Σπουδαστή Τµήµα Επικοινωνίας Εκπαιδευτικός Πράκτορας EAk Μεσολαβητής Πράκτορας BA Σχήµα 11. Γενική αρχιτεκτονική του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων. Σύµφωνα µε το µοντέλο ενός µαθητή-πολλών δασκάλων που υιοθετήθηκε, κάθε εκπαιδευτικός πράκτορας (ΕΑ) αντιπροσωπεύει ένα εκπαιδευτικό σύστηµα που παρέχει εκπαιδευτικές υπηρεσίες σε ένα ή περισσότερα γνωστικά αντικείµενα. Ο ΕΑ έχει ακόµη τη δυνατότητα να συνεργάζεται µε τους άλλους εκπαιδευτικούς πράκτορες, ώστε να αντιµετωπίζει απαιτήσεις των διδασκοµένων που είναι συνδεδεµένοι µε αυτόν. Ένα εκπαιδευτικό σύστηµα ESi που ενσωµατώνεται µέσω του αντίστοιχου ΕΑ i στην προτεινόµενη πλατφόρµα συνεργασίας µετατρέπεται σε ένα κόµβο που περιέχει εκπαιδευτικό υλικό και είναι σε θέση να ανταλλάξει το υλικό αυτό µε άλλους οµοειδείς ή ετερογενείς εκπαιδευτικούς κόµβους. Η µεταφορά µηνυµάτων από και προς το ESi πραγµατοποιείται µε τη βοήθεια του αντίστοιχου EΑi. Το εκπαιδευτικό σύστηµα ESi παρουσιάζει σηµαντικές νέες δυνατότητες λόγω της συµµετοχής του στο MATS. Μπορεί για παράδειγµα να ανταποκριθεί σε αναζητήσεις επεξηγηµατικών αναλογιών από άλλους εκπαιδευτικούς κόµβους από τους οποίους έχει προηγούµενα διδαχθεί ο µαθητής, ώστε να γίνουν κατανοητές νέες έννοιες, µπορεί να αποφευχθούν επαναλήψεις περιοχών που έχουν ήδη καλυφθεί σε άλλα γνωστικά αντικείµενα, κλπ. Στη συνέχεια του κεφαλαίου αυτού περιγράφεται ο µεσολαβητής πράκτορας (ενότητα 4.3), ο εκπαιδευτικός πράκτορας (4.4), η γλώσσα επικοινωνίας πρακτόρων (4.5), η οντολογία που χρησιµοποιείται για την περιγραφή των εκπαιδευτικών συστηµάτων από τους εκπαιδευτικούς πράκτορες (4.6) και τέλος περιγράφεται ένα

138 130 τυπικό σενάριο συνεργασίας εκπαιδευτικών πρακτόρων στα πλαίσια του οποίου περιγράφονται οι αλγόριθµοι επιλογής και ταξινόµησης εκπαιδευτικού υλικού (4.7). 4.3 Ο Μεσολαβητής πράκτορας (Broker Agent) Βασικές λειτουργίες του ΒΑ Ο µεσολαβητής πράκτορας BA υποστηρίζει τις υπηρεσίες εγγραφής, διαγραφής ενός εκπαιδευτικού πράκτορα ΕΑ, ο οποίος αντιπροσωπεύεται µέσω µιας µεταπεριγραφής του περιεχοµένου του και των ικανοτήτων του στην βάση δεδοµένων του ΒΑ. Επίσης ο ΒΑ ενηµερώνεται για κάθε αλλαγή της δοµής και περιεχοµένου του ΕΑ. Ο ΒΑ υποστηρίζει αναζήτηση στην βάση δεδοµένων των εγγεγραµένων πρακτόρων που διαθέτει των πιο κατάληλων ΕΑ και την διανοµή των ερωτηµάτων που προέρχονται από τους χρήστες σε αυτούς. Επίσης ο ΒΑ συντηρεί δείκτες αξιολόγησης των εκπαιδευτικών συστηµάτων που προκύπτουν από τη φάση αξιολόγησης τους εκ µέρους των χρηστών. Για την µεταπεριγραφή των ES στον ΒΑ χρησιµοποιείται ένα πρότυπο που έχει προσαρµοστεί σε γνωστά πρότυπα όπως το ARIADNE (ARIADNE 1999) και το ΙΕΕΕ LOM. Το σύστηµα παρέχει µέσω κατάλληλης διεπιφάνειας τη δυνατότητα εγγραφής ενός ΕΑ στον ΒΑ. Κατά τη διαδικασία εγγραφής ενός ΕΑ παρέχεται η δυνατότητα κατάταξης του µε βάση το γνωστικό αντικείµενο του. Η διαδικασία αυτή έχει αρκετά κοινά στοιχεία και στηρίζεται στις αντίστοιχες διαδικασίες βιβλιογραφικής ταξινόµησης. Η ταξινόµηση αυτή των εγγεγραµένων εκπαιδευτικών συστηµάτων δίνει τη δυνατότητα στον ΒΑ να αποφαίνεται αν µεταξύ δύο εκπαιδευτικών συστηµάτων υπάρχουν κοινά σηµεία όσον αφορά τα γνωστικά τους αντικείµενα. Μπορεί έτσι να αποφανθεί σχετικά µε τη συνεργασία µεταξύ δύο ES, και κατά συνέπεια ο ΒΑ να ικανοποιήσει σχετικά αιτήµατα. Συνοπτικά ο ΒΑ έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: Γνωρίζει ένα σύνολο από εκπαιδευτικούς πράκτορες. Το σύνολο των µεσολαβητών πρακτόρων γνωρίζουν το σύνολο των ΕΑ. Κάθε ΒΑ περιέχει τις διευθύνσεις των υπόλοιπων BA έτσι ώστε να µπορεί να διανείµει τα ερωτήµατα των ΕΑ σε αυτούς. Για κάθε ΕΑ περιέχει ένα σύνολο χαρακτηριστικών περιγραφής της δοµής, του περιεχοµένου τους και των ικανοτήτων τους.

139 Κεφάλαιο 4: Η αρχιτεκτονική του συστήµατος MATS 131 Μπορεί να αναζητήσει µε βάση την µεταπεριγραφή τους, κατάλληλους ΕΑ µε κοινά χαρακτηριστικά. Περιέχει λίστα τυπικών εκπαιδευτικών εννοιών που πραγµατεύεται κάθε γνωστικό αντικείµενο κάθε εκπαιδευτικού πράκτορα. Με βάση τις µεταπεριγραφές των εκπαιδευτικών συστηµάτων τα οποία εξυπηρετεί, ο ΒΑ επιλέγει ένα κατάλληλο υποσύνολο εξ αυτών µε βάση δυναµικά προσαρµοσµένα κριτήρια και διαβιβάζει προς αυτούς το αίτηµα παροχής εκπαιδευτικής υπηρεσίας του χρήστη. Υποστηρίζει τη διαδικασία αξιολόγησης των εκπαιδευτικών κόµβων και συντηρεί ιστορικό κοινωνικής αποδοχής τους µε βάση την αξιολόγηση των χρηστών που χρησιµοποίησαν τις υπηρεσίες τους οµή του ΒΑ Στα βασικά δοµικά στοιχεία του διαµεσολαβητή περιλαµβάνεται το υποσύστηµα µεταπεριγραφής δεδοµένων των εκπαιδευτικών πρακτόρων (Tutor agent metadata subsystem) στο οποίο αποθηκεύονται και ανακτώνται τα δεδοµένα που περιγράφουν τους εγγεγραµένους ΕΑ. Το υποσύστηµα αυτό πλαισιώνεται από το υποσύστηµα επικοινωνίας και το υποσύστηµα αποκωδικοποίησης, διαχείρισης και κλήσης των βασικών λειτουργιών του ΒΑ. Στην περίπτωση που ο ΒΑ λάβει ένα ερώτηµα από έναν ΕΑ, σε πρώτη φάση αναζητά τους κοντινότερους εκπαιδευτικά (όσον αφορά το γνωστικό αντικείµενο που πραγµατεύονται) εκπαιδευτικούς πράκτορες µε βάση τη µεταπεριγραφή τους (Tutor Agents Metadata database) και ανάλογα διανέµει το ερώτηµα. Στη συνέχεια ενηµερώνει τον ΕΑ που έκανε την ερώτηση για τον αριθµό των απαντήσεων από άλλους ΕΑ που θα πρέπει να αναµένει. Η απάντηση συνοδεύεται από την εκτίµηση του ΒΑ για το πόσο κοντινοί είναι στο γνωστικό αντικείµενο που πραγµατεύονται, ο ΕΑ που ερωτά µε τους ΕΑ που θα απαντήσουν. Στην ενότητα 4.8 περιγράφεται µε λεπτοµέρεια ο αλγόριθµος εκτίµησης της «εκπαιδευτικής απόστασης» µεταξύ ΕΑ, µε βάση την µετα-περιγραφή τους.

140 132 Η δοµή ενός ΒΑ µε βάση το διάγραµµα ροής δεδοµένων, φαίνεται στο επόµενο σχήµα. Tutor Agent Metadata Subsystem Tutor agent DB Query & tutor metadata Performative & Perfomative data handler EACL Communication Subsystem EACL Agent community agent state Performative Agent State Automato Σχήµα 12. οµή ενός Πράκτορα ιαµεσολαβητή (Broker Agent BA) Η βάση δεδοµένων του ΒΑ περιέχει: Έναν πίνακα υπηρεσιών διευθυνσιοδότησης (Directory name service table) Ένα λεξικό εννοιών (Concept dictionary ). Έναν πίνακα περιγραφής της λειτουργικής κατάστασης των ΕΑ (Agent functional status table). Έναν πίνακα αξιολόγησης των ΕΑ Η συγκρότηση της βάσης γνώσης βασίζεται στην οντολογία µετα-περιγραφής των εκπαιδευτικών συστηµάτων που περιγράφεται στη συνέχεια Τυπική χρήση του µεσολαβητή πράκτορα

141 Κεφάλαιο 4: Η αρχιτεκτονική του συστήµατος MATS 133 Ο BA πέρα από τις διαδικασίες εγγραφής, διαγραφής, τροποίησης µεταπληροφορίας των εκπαιδευτικών κόµβων, αναλαµβάνει και τη διανοµή του ερωτήµατος ενός χρήστη σε κατάλληλλους ΕΑ. Η εξυπηρέτηση του ερωτήµατος προκαλεί ένα σύνολο από ενέργειες: Start Find bidder tutor agents Are any bidders left? yes Modify query Send reply to asking tutor Send query to bidder tutor End Σχήµα 13. ιάγραµµα ροής της λειτουργίας ενός µεσολαβητή πράκτορα Α) Την εύρεση εκείνων των ΕΑ που από άποψη γνωστικού αντικειµένου ενδέχεται να περιέχουν χρήσιµο εκπαιδευτικό υλικό. Η διαδικασία αυτή χρησιµοποιεί για την εξαγωγή συµπερασµάτων στοιχεία που περιέχονται στην µεταπεριγραφή των ΕΑ. Β) Στα κριτήρια ενός ερωτήµατος περιλαµβάνεται τυπικά µία έννοιας την οποία αφορά το ερώτηµα. Η εκπαιδευτική έννοια µεταφράζεται µε βάση συνώνυµα της στο λεξικό εννοιών γνωστά στους υπόλοιπους ΕΑ.. Γ) Ο ΒΑ ενηµερώνει τον ΕΑ του χρήστη που του έστειλε το ερώτηµα για το πλήθος των υποψήφιων απαντήσεων που πρέπει να περιµένει (service done µήνυµα). Το τελευταίο βήµα είναι η αποστολή του µηνύµατος-ερωτήµατος σε κάθε υποψήφιο για συνεργασία ΕΑ. Το µήνυµα περιλαµβάνει και δεδοµένα για τη διεύθυνση του ΕΑ του χρήστη που έκανε την ερώτηση έτσι ώστε να µην χρειαστεί περατιτέρω η συµβολή του ΒΑ για την αποστολή άλλων µηνυµάτων που αναφέρονται για το ίδιο ερώτηµα. Το διάγραµµα ροής του σχήµατος 13 περιγράφει τα στάδια λειτουργίας που αναφέρθησαν.

142 Ο εκπαιδευτικός πράκτορας (Educational Agent, EA). Η έννοια του εκπαιδευτικού πράκτορα (Educational Agent, EA) είναι κρίσιµη για την επίτευξη συνεργασίας ετερογενών εκπαιδευτικών συστηµάτων στα πλαίσια της αρχιτεκτονικής MATS. Η κύριες λειτουργίες του ΕΑ είναι (α) η ικανοποίηση αιτηµάτων εκπαιδευτικών υπηρεσιών προς το εκπαιδευτικό σύστηµα που αντιπροσωπεύει και (β) η αναζήτηση κατάλληλων εκπαιδευτικών συστηµάτων για την εξυπηρέτηση των χρηστών του ιδίου του εκπαιδευτικού συστήµατος που εκπροσωπεί. Ο ΕΑ µπορεί συνεπώς να περιγραφεί ως ένας πράκτοραςς που είναι έτοιµος να αντιδράσει σε µηνύµατα των άλλων πρακτόρων ή των χρηστών (reactive agent).με περισσότερες λεπτοµέρειες οι βασικές αυτές λειτουργίες των ΕΑ περιγράφονται στη συνέχεια. (α) Εξυπηρέτηση των χρηστών του ίδιου συστήµατος. Ο ΕΑ αναλαµβάνει τη δηµιουργία ενός EACL-ερωτήµατος προς τον ΒΑ µε βάση το αίτηµα του µαθητή συσχετίζοντας το µε τη συγκεκριµένη εκπαιδευτική κατάσταση. Το περιεχόµενο του ερωτήµατος αυτού προέρχεται από το υποσύστηµα εκπαιδευτικής κατάστασης σπουδαστή (Educational Status Subsystem) ενώ η περιγραφή της εκπαιδευτικής κατάστασης αφορά στο εκπαιδευτικό σύστηµα. Το ερώτηµα παίρνει την τελική του µορφή στο υποσύστηµα ερωτήσεων. Το υποσύστηµα ερωτήσεων µε τη βοήθεια της σχετικής διεπιφάνειας χρήστη παρέχει τη δυνατότητα στο µαθητή να εκφράσει αιτήµατα που απευθύνονται στην κοινωνία των εκπαιδευτικών συστηµάτων. Αυτά µπορεί να αφορούν είτε την παρουσίαση παρόµοιου εκπαιδευτικού υλικού (π.χ. διαφορετικού επιπέδου δυσκολίας από αυτό που µελετάει τη συγκεκριµένη στιγµή), την παρουσίαση ασκήσεων που να αναφέρονται στο αντικείµενο µελέτης, ή αντίστροφα την αναζήτηση θεωρητικού υπόβαθρου σχετικού µε ασκήσεις που πρέπει να λύσει ο µαθητής. Η δεύτερη φάση της εξυπηρέτησης του χρήστη αφορά τη συλλογή των απαντήσεων των προσφερόντων ΕΑ και την παρουσίαση τους προς τον χρήστη µε βάση µια σειρά κατάταξης που λαµβάνει υπόψη της δεδοµένα για την εγγύτητα των γνωστικών αντικειµένων, την αξιολόγηση της απάντησης του υποψήφιου ΕΑ και την εµπιστοσύνη που έχει ο ΕΑ στον κάθε υποψήφιο ΕΑ η οποία βασίζεται στην συµπεριφορά του στο παρελθόν (µοντέλο έµπιστων πρακτόρων, Trusted Agents DB). (β) Εξυπηρέτηση αιτηµάτων άλλων συστηµάτων. Ο ΕΑ κατά συµµετρικό προς τον παραπάνω τρόπο αναλαµβάνει επίσης την εύρεση κατάλληλων απαντήσεων σε ένα

143 Κεφάλαιο 4: Η αρχιτεκτονική του συστήµατος MATS 135 ερώτηµα που προέρχεται από άλλον ΕΑ. Για την απάντηση ενός τέτοιου ερωτήµατος χρησιµοποιούνται τα υποσυστήµατα: οντολογίας γνωστικού αντικειµένου (Domain Ontology Server) για να βρεθεί το κατάλληλο εκπαιδευτικό υλικό και µοντέλου σπουδαστή (Student model) για να βρεθεί η προηγούµενη εµπειρία του µαθητή στο συγκεκριµένο υλικό. Η εσωτερική δοµή του εκπαιδευτικού πράκτορα µε περισσότερη λεπτοµέρεια περιγράφεται στο επόµενο σχήµα. Σχήµα 14. ιάγραµµα ροής δεδοµένων του εκπαιδευτικού πράκτορα (Tutor Agent). Domain Ontology DB Past queries DB Trusted Agents DB Trusted Agents & past queries SubSystem Student Overlay model DB Domain Ontology Subsystem Ontology Data Query Trusted Agents Data Query Query Student data Student model subsystem Performative & Perfomative data handler EACL Communication Subsystem EACL Agent Community Generic ITS Refined Query Performative agent state Query Interface Educational Status Generic Query Educational Status SubSystem Agent State automato Λειτουργική περιγραφή του εκπαιδευτικού πράκτορα Σε ένα ΕΑ µπορεί να διακρίνουµε τρεις φάσεις που αφορούν τις παραπάνω υπηρεσίες: ηµιουργία ερώτησης που απευθύνεται σε άλλους εκπαιδευτικούς κόµβους και εύρεση των επικρατέστερων λύσεων που παρουσιάζονται τελικά στο µαθητή. Προσπάθεια για εύρεση λύσης ή λύσεων σε ερώτηµα που προέρχεται από άλλο εκπαιδευτικό κόµβο.

144 136 Εξυπηρέτηση ενός άλλου εκπαιδευτικού κόµβου στη διαδικασία δανεισµού εκπαιδευτικής γνώσης. Κάθε ένα σύνολο εργασιών αναπαρίσταται µε τη µορφή διαγράµµατος ροής στο σχήµα 15. Α) ιαδικασία ερώτησης Στον ΕΑ δηµιουργείται ένα ερώτηµα που απευθύνετα αρχικά στον ΒΑ. Για ένα χρονικό διάστηµα t min ο ΕΑ δέχεται πληροφορίες για τις απαντήσεις που πρέπει να περιµένει από τον ΒΑ, και στη συνέχεια περιµένει τις απαντήσεις από άλλους εκπαιδευτικούς πράκτορες. Πέραν τού χρόνου t min ο ΕΑ αναζητά λύσεις από το υποσύνολο των απαντήσεων που έχει ήδη δεχτεί τις οποίες παρουσιάζει προς τον µαηθητή ταξινοµηµένες σύµφωνα µε το βαθµό συνάφειας τους µε την αρχική ερώτηση. Στην περίπτωση που δεν έχει λάβει απαντήσεις, απαντά αρνητικά στο ερώτηµα του µαθητή. Μετά την επιλογή από το µαθητή µιας υποψήφιας απάντησης, ο ΕΑ προχωρά στη διαδικασία του δανεισµού εκπαιδευτικού υλικού. Β) Εύρεση υποψήφιας λύσης. Ο ΕΑ λαµβάνει ένα µήνυµα-ερώτηµα από τον ΒΑ που αρχικά προέρχεται από έναν άλλο εκπαιδευτικό πράκτορα. Χρησιµοποιώντας τη βάση οντολογίας του γνωστικού αντικειµένου, προσπαθεί να βρει ένα σύνολο λύσεων που να ικανοποιούν τις απαιτήσεις του ερωτήµατος. Το µήνυµα-απάντηση ή τα µηνύµατα-απαντήσεις αν πρόκειται για περισσότερα από ένα, αποστέλονται στον αρχικό εκπαιδευτικό κόµβο. Γ) Εξυπηρέτηση δανεισµού εκπαιδευτικής γνώσης. Αν υποθέσουµε ότι στον ΕΑi έχει προηγηθεί η δηµιουργία µίας υποψήφιας λύσης (bid), τότε είναι πιθανό να έχει επιλεγεί ως ο κατάλληλος συνεργάτης. Στην περίπτωση του δανεισµού του εκπαιδευτικού υλικού, Ο ΕΑj που τον έχει επιλέξει, αρχικά ζητά τη δοµή του εκπαιδευτικού υλικού και τη διαδικασία λήψης του. O δανεισµός υλικού µπορεί να ποικίλλει από την πιο απλή περίπτωση µίας σελίδας διαδικτύου, µέχρι και την περίπτωση να απαιτείται προηγουµένως διαδικασία πιστοποίησης χρήστη και επιλογής του εκπαιδευτικού υλικού. Στη συνέχεια συντελείται η διαδικασία αποστολής του εκπαιδευτικού υλικού µε την τήρηση της διαδικασίας που απαιτείται.

145 Κεφάλαιο 4: Η αρχιτεκτονική του συστήµατος MATS 137 START START START Send ask for relevant course message Receive contract request message Receive sign contract request message Receive Broker data & tutor bids Retrieve query solution Send sign contract accept response Time out Send Bid(s) to tutor Send sign contract response no Bid selection Time yes END Receive knowledge structure request message Send contract sign request Send knowledge structure response message Receive contract sign response inform student that no answer was found Receive knowledge data request message Send knowledge structure request Send knowledge structure response message Receive knowledge structure request Send knowledge data request END Receive knowledge data request END Σχήµα 15. ιάγραµµα ροής των λειτουργιών ενός εκπαιδευτικού πράκτορα 4.5 Η γλώσσα επικοινωνίας των πρακτόρων (EACL) Όσον αφορά το επίπεδο επικοινωνίας πρακτόρων (agent communication) έχει σχεδιαστεί και αναπτυχθεί µια γλώσσα επικοινωνίας εκπαιδευτικών πρακτόρων µε την ονοµασία EACL (Educational Agents Cooperation Language), που βασίζεται στη γλώσσα KQML.

146 138 Η KQML (Knowledge Query and Manipulation Language) είναι µια διαδεδοµένη γλώσσα επικοινωνίας µεταξύ πρακτόρων. Η γλώσσα αυτή έχει οριστεί από την ένωση Knowledge-Sharing Effort consortium (KSE) που χρηµατοδοτήθηκε από το Αµερικανικούς οργανισµούς Advanced Research Projects Agency (ARPA), Air Force Office of Scientific Research (AFSOR), Corporation for National Research Initiative (NRI) και National Science Foundation (NSF). Η πλήρης προδιαγραφή της KQML βρίσκεται στη διεύθυνση ενώ περιγραφή της γλώσσας µπορεί να βρεί κανείς στις αναφορές (Finin, Labrou, Mayfield, 1997) και αλλού. Η γλώσσα αυτή θεωρείται το de facto στάνταρ στην επικοινωνία µεταξύ πρακτόρων. Η KQML προτείνει συγχρόνως ένα πρωτόκολλο χειρισµού µηνυµάτων που ανταλάσσονται µεταξύ των πρακτόρων και τη συντακτική µορφή των µηνυµάτων που ανταλάσσονται. Τα µηνύµατα που ανταλάσσονται στη γλώσσα αυτή περιέχουν συγρχόνως µια ένδειξη πρόθεσης (π.χ. αίτηµα request, ερώτηση query,), καθώς και το περιεχόµενο του ίδιου του µηνύµατος. Στα πλαίσια του πρωτοκόλλου δεν καθορίζεται το περιεχόµενο του µηνύµατος. Τα µηνύµατα αυτά ονοµάζονται performatives. Η δοµή της KQML έχει επηρεαστεί από την γλωσσολογική θεωρία των δια-λόγου ενεργειών (Speech act theory) η οποία πρεσβεύει ότι ο άνθρωπος χρησιµοποιώντας οµιλία εκτός από δηλωτική πρόθεση εκφράζει και πρόθεση για δράση (Searle 1969). Το πρωτόκολλο της KQML προβλέπει την ύπαρξη ειδικών πρακτόρων εξυπηρετητών οι οποίοι διευκολύνουν την διακίνηση των µηνυµάτων µεταξύ των πρακτόρων, εγγραφή των πρακτόρων κλπ. (Finin et al. 1997). Η δοµή των µηνυµάτων της KQML είναι απλή. Πρόκειται για συµβολοσειρά ASCII µε δοµή που θυµίζει τη γλώσσα Lisp. Ένα παράδειγµα ενός µηνύµατος είναι το ακόλουθο σύµφωνα µε το οποίο ο πράκτορας A θέλει να γνωρίζει αν το περιεχόµενο "bar(x,y)" είναι αληθές κατά τη γνώµη του πράκτορα B. Ο δε πράκτορας Β απαντά µε το µήνυµα στο οποίο εκφράζει την θέση του σύµφωνα µε τα δεδοµένα της βάσης του για το συγκ Οι λέξεις κλειδιά που µπορούν να χρησιµοποιηθούν στα πλαίσια ενός µηνύµατος KQML µπορούν να οριστούν από τους πράκτορες στα πλαίσια µιας υλοποίησης της γλώσσας. Όµως κάποιες από τις λέξεις κλειδιά έχουν δεσµευτεί ώστε να υπάρχει οµοιοµορφία. Αυτές είναι οι: :sender, :receiver, :from, :to, :in-reply-to, :reply-with, :language, :ontology, :content. Στο παράρτηµα Α περιέχεται ένας πίνακας µε τα performatives της KQML.

147 Κεφάλαιο 4: Η αρχιτεκτονική του συστήµατος MATS 139 εκριµένο ερώτηµα. (ask-all :sender A :receiver B :in-reply-to id0 :reply-with id1 :language Prolog :ontology foo :content "bar(x,y)") (tell :sender B :receiver A :in-reply-to id1 :reply-with id2 :language Prolog :ontology foo :content "[bar(a,b),bar(c,d)]") Πίνακας 5. Παράδειγµα µηνυµάτων KQML Οι εντολές που χρησιµοποιούνται στη γλώσσα EACL είναι ένα υποσύνολο των performatives της KQML. Υπάρχουν εντολές για εισαγωγή γνώσης (tell), για ερωτήσεις (ask-about), για τη ανακοίνωση των δυνατοτήτων ενός πράκτορα (advertise), διαταγές καταγραφής (register, unregister) κλπ. Η γλώσσα KQML σύµφωνα µε τους δηµιουργούς της είναι ανοιχτή, επιτρέποντας προσαρµογή της σε διαφορετικούς επιστηµονικούς τοµείς. Ο σκοπός της είναι να παρέχει ένα βασικό σύνολο εντολών που υποστηρίζουν την ύπαρξη και αλληλεπίδραση οποιαδήποτε µορφής πρακτόρων, χωρίς όµως να θέτει περιορισµούς στον τρόπο διεξαγωγής και στις πρακτικές της αλληλεπίδρασης αυτής. (Genesereth M R, 1992). Οι λεκτικές εντολές (performatives) που ορίζονται στη γλώσσα EACL βασίζονται στην σηµασιολογία της KQML και ανάλογα µε τον τύπο των δύο συµβαλλόµενων agent (µε τη µορφή του αποστολέα και του παραλήπτη) στην επικοινωνία έχουµε και τις ανάλογες κατηγορίες performatives: οµή των µηνυµάτων Η δοµή ενός γενικού µηνύµατος της EACL είναι αυτή της KQML : (performative (:sender X) (:receiver Z) (:ontology O) (:language L) (:content () ) ) όπου:

148 140 Performative : Αποτελεί τη λεκτική εντολή που δηλώνει τον τύπο του µηνύµατος και είναι µία από το υπάρχον σύνολο λεκτικών εντολών της γλώσσας. Sender: Το όνοµα του agent που στέλνει το µήνυµα Receiver: Ο agent παραλήπτης του µηνύµατος. Ontology: Η ονοµασία της κοινά χρησιµοποιούµενης από τους πράκτορες οντολογίας. Language: Η ονοµασία της γλώσσας που χρησιµοποιούµε για την περιγραφή της οντολογίας. Content: Το περιεχόµενο του µηνύµατος. Ένα συγκεκριµένο παράδειγµα για τη γλώσσα EACL είναι: Perfomative: Ask for relevant course Sender: Tutor_A1 Receiver: Broker_A Ontology: Educational Ontology Language: EACL Content: Lesson: C, concept: loop, microfunction type: description, difficulty: easy Πίνακας 6. Μήνυµα EACL Το σύνολο των εντολών κατατάσσεται σε δύο κατηγορίες: Οι εντολές που ανταλλάσσονται κατά την αλληλεπίδραση του ΕΑ και του ΒΑ. Οι εντολές που ανταλλάσσονται κατά την αλληλεπίδραση µεταξύ δύο εκπαιδευτικών πρακτόρων ΕA i και ΕΑ j Επικοινωνία εκπαιδευτικού πράκτορα-µεσολαβητή Στην επικοινωνία µεταξύ του ΕΑ και του ΒΑ παρατηρείται ο διαχωρισµός της επικοινωνίας ανάλογα µε ποιος είναι ο αποστολέας και ποιος ο παραλήπτης του µηνύµατος. Ανάλογα µε τον τύπο του µηνύµατος είναι και ανάγκες επικοινωνίας του.το σύνολο των µηνυµάτων που ανταλλάσσεται µεταξύ ενός εκπαιδευτικού και ενός µεσολαβητή πράκτορα καθώς και µεταξύ δύο εκπαιδευτικών πρακτόρων περιέχεται στο Παράρτηµα Β.

149 Κεφάλαιο 4: Η αρχιτεκτονική του συστήµατος MATS Η περιγραφή της οντολογίας του MATS Οι εκπαιδευτικοί πράκτορες παίζουν το ρόλο των διαµεσολαβητών µεταξύ εκπαιδευτικών συστηµάτων που είναι διασκορπισµένα στο διαδίκτυο και τα οποία είναι ετερογενή τόσο ως προς τη δοµή όσο και στο περιεχόµενο τους. Η ικανότητα επικοινωνίας των ετερογενών αυτών συστηµάτων βασίζεται στην προτεινόµενη πλατφόρµα συνεργασίας η οποία περιέχει την κοινής γλώσσας επικοινωνίας (Educational Agent Communication Language EACL), που περιγράφτηκε στην προηγούµενη ενότητα καθώς και στην περιγραφή του περιεχοµένου και των ικανοτήτων των εκπαιδευτικών συστηµάτων µέσω µιας κοινής εκπαιδευτικής οντολογίας (Educational Ontology EO) (Gruber,1992), η οποία περιγράφεται στην ενότητα αυτή. Στη φιλοσοφία ως οντολογία ορίζουµε τις προδιαγραφές µίας εννοιολογίας ( the specification of a conceptualization ): τα αντικείµενα, τις έννοιες και άλλες οντότητες που υπάρχουν σε έναν τοµέα και τις σχέσεις που τα συνδέουν (Genesereth & Nilsson,1987). Στον τοµέα της κατανεµηµένης τεχνητής νοηµοσύνης η χρήση οντολογιών ως µέσων περιγραφής κατά µονοσήµαντο και κοινά αποδεκτό τρόπο των εννοιών και των σχέσεων που µπορούν να υπάρχουν σε έναν πράκτορα ή σε µια κοινωνία από πράκτορες είναι µια προσέγγιση που έχει προταθεί και χρησιµοποιείται ευρύτατα (Mizoguchi et. al,1996). Η εννοιολογία είναι µία αφηρηµένη, απλουστευµένη θεώρηση του κόσµου τον οποίο θέλουµε να αναπαραστήσουµε για κάποιο σκοπό. Στην εφαρµογή της παραπάνω ιδέας κατά την ανάπτυξη ενός συστήµατος που περιέχει πολλαπλούς πράκτορες, κάθε βάση γνώσης, ή ένας πράκτορας στηρίζεται σε κοινή εννοιολογία, µε άµεσο η έµµεσο τρόπο. Η χρήση κοινών οντολογιών χρησιµοποιείται για να υπαγορεύσει τον τρόπο επικοινωνίας ενός συνόλου πρακτόρων. Λέµε ότι µία οντολογία υπαγορεύει τον τρόπο επικοινωνίας ενός πράκτορα όταν οι πράξεις του πράκτορα είναι συνεπείς µε τους ορισµούς της οντολογίας αυτής (Newell, 1982). Η περιγραφή της γνώσης που κατέχει ένας πράκτορας είναι ανεξάρτητη από το συµβολικό τρόπο αναπαράστασης της γνώσης στο εσωτερικό του πράκτορα. Μία κοινή οντολογία οδηγεί στον ορισµό ενός λεξικού µε το οποίο ερωτήσεις, απαντήσεις και αναφορές µε τη µορφή µηνυµάτων χρησιµοποιούνται για την επικοινωνία µεταξύ των πρακτόρων. (Gruber,1992).

150 142 Η µεταπεριγραφή του εκπαιδευτικού υλικού και κατά συνέπεια και των εκπαιδευτικών συστηµάτων αποτελεί επίκεντρο πολλών ερευνητικών προσπάθειων τα τελευταία χρόνια. Το µέχρι στιγµής αποτέλεσµα είναι ένα πρότυπο περιγραφής της οντολογίας εκπαιδευτικών συστηµάτων που είναι όµως ακόµη υπό µελέτη και κατασκευή (ΙΕΕΕ LTSC,2000). Παράλληλα, πολλές προσπάθειες έχουν παρατηρηθεί για την ανάπτυξη ενός προτύπου περιγραφής των χαρακτηριστικών εκπαιδευτικού υλικού δηλαδή την µεταπεριγραφή του εκπαιδευτικού υλικού όπως το πρότυπο που έχει παραχθεί από το Ευρωπαϊκό πρόγραµµα ARIADNE, (1999). Το πρότυπο ARIADNE αποτελεί πλήρως συµβατό πρότυπο µε αυτό του ΙΕΕΕ LTSC. Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά του προτύπου είναι ότι κάθε εκπαιδευτικό αντικείµενο ή σύστηµα συνοδεύεται από την µεταπεριγραφή του σύµφωνα µε το πρότυπο. Η µεταπεριγραφή ηλεκτρονικού εκπαιδευτικού υλικού βοηθά τόσο στην εύκολη ταξινόµηση του εκπαιδευτικού υλικού και στη συγγραφή µετα-δεδοµένων από τους συγγραφείς, όσο και στην εύκολη εύρεση εκπαιδευτικού υλικού που είναι σχετικό µε τις απαιτήσεις των χρηστών. Η βασική δοµή του προτύπου περιλαµβάνει τις κατηγορίες Γενική περιγραφή της εκπαιδευτικής πηγής Σηµασιολογία του εκπαιδευτικού υλικού Ένα σύνολο παιδαγωγικών χαρακτηριστικών του εκπαιδευτικού υλικού Τεχνικά χαρακτηριστικά και τρόπο εκτέλεσης του εκπαιδευτικού υλικού Συνθήκες χρήσης του υλικού. Μεταµεταδεδοµένα του εκπαιδευτικού υλικού ( εδοµένα για τα µεταδεδοµένα του εκπαιδευτικού υλικού). Πρέπει να σηµειωθεί ότι το πρότυπο µετα-περιγραφής του εκπαιδευτικού υλικού δεν επεκτείνεται στην περιγραφή της διαδικασίας της εκπαίδευσης ούτε στον χαρακτηρισµό και την καταγραφή των επιδόσεων των µαθητών που εµπλέκονται στην εκπαιδευτική διαδικασία. Επιπλέον ο τρόπος αναπαράστασης και καταγραφής του προτύπου δεν είναι συγκεκριµένος και δεν περιγράφεται από το ίδιο το πρότυπο, επιτρέποντας διαφορετικές υλοποιήσεις του προτύπου στην πράξη. Aπό το σύνολο των µεταδεδοµένων του IEEE LTSC group, έχουν επιλεγεί στα πλαίσια του MATS εκείνες οι εγγραφές που είναι χρήσιµες σύµφωνα µε απαιτήσεις που θέτει το µοντέλο επικοινωνίας-συνεργασίας της πλατφόρµας συνεργασίας ενώ το πρότυπο έχει επεκταθεί µε πληροφορίες που αφορούν την περιγραφή των agents

151 Κεφάλαιο 4: Η αρχιτεκτονική του συστήµατος MATS 143 καθώς και στοιχείων που υποστηρίζουν τη συνεργασία µε βάση το προτεινόµενο πρωτόκολλο συνεργασίας.to σύνολο αυτών των χαρακτηριστικών περιλαµβάνει: Την ιεραρχική δόµηση του εκπαιδευτικού υλικού του γνωστικού αντικειµένου Τα παιδαγωγικά χαρακτηριστικά που συνδέονται µε τους εκπαιδευτικούς κόµβους του γνωστικού αντικειµένου Το µοντέλο σπουδαστή Το µοντέλο του εκπαιδευτικού πράκτορα Το µοντέλο του µεσολαβητή πράκτορα Την µεταπεριγραφή των έµπιστων πρακτόρων. Την εκπαιδευτική κατάσταση ενός µαθητή Την περιγραφή του ενός γενικού ερωτήµατος Την περιγραφή του µίας γενικής απάντησης ερωτήµατος Την περιγραφή του λεξικού συνώνυµων εκπαιδευτικών εννοιών. Την περιγραφή της γλώσσας επικοινωνίας Η οργάνωση του εκπαιδευτικού υλικού Στην ενότητα αυτή περιγράφονται τα στοχεία της οντολογίας που αφορούν τη δόµηση του εκπαιδευτικού. Στην επόµενη ενότητα επισυνάπτονται παιδαγωγικά χαρακτηριστικά σε τµήµατα του εκπαιδευτικού υλικού καθώς και χαρακτηριστικά που περιγράφουν τον τρόπο χρήσης του εκπαιδευτικού υλικού. Η οργάνωσης ενός γνωστικού αντικειµένου, σύµφωνα µε τη χρησιµοποιηθείσα οντολογία φαίνεται στο σχήµα 16. Σύµφωνα µε τη δοµή αυτή, ένα ΕΣ αποτελείται από ένα σύνολο από εκπαιδευτικές ενότητες µέσω των οποίων παρουσιάζεται το γνωστικό αντικείµενο, το οποίο αναφέρεται σε ένα σύνολο γνωστικών εννοιών. Οι εκπαιδευτικές ενότητες είναι συνδεδεµένες µεταξύ τους µε σχέσεις προηγούµενης και επόµενης. Η αλληλουχία της παρουσίασης του συνόλου των εκπαιδευτικών ενοτήτων ολοκληρώνει και την παρουσίαση του ΕΣ. Κάθε εκπαιδευτική ενότητα µπορεί να διαχωριστεί σε ένα σύνολο από εκπαιδευτικές έννοιες. Η εκπαιδευτική έννοια περιλαµβάνει εκείνο το σύνολο της γνώσης του ΕΣ που αναφέρεται σε µία ενότητα του γνωστικού αντικειµένου που µπορεί να χρησιµοποιηθεί αυθύπαρκτα κατά τη διαδικασία της εκπαιδευτικής διαδικασίας.

152 144 Εκπαιδευτικό σύστηµα Εκπαιδευτικές Ενότητες Εκπαιδευτικές Έννοιες Εκπαιδευτικές Μικροενέργειες Ψηφιακές γνωστικές µονάδες Σχήµα 16. Η οργάνωση του εκπαιδευτικού υλικού ενός ΕΣ. Για παράδειγµα, στο γνωστικό αντικείµενο των γλωσσών προγραµµατισµού η γνώση που αναφέρεται στην χρήση της εντολής while για την υλοποίηση ενός βρόγχου επανάληψης αποτελεί για το ΕΣ µία εκπαιδευτική έννοια. Η ύπαρξη περισσοτέρων από µία εκπαιδευτικών εννοιών που να αναφέρονται σε µία γνωστική έννοια του ΕΣ δεν είναι απαγορευτική και συναντάται µάλιστα πολύ συχνά. Η σύνδεση των εκπαιδευτικών εννοιών µεταξύ τους πραγµατοποιείται µε την ύπαρξη ενός σηµασιολογικού δικτύου (Semantic net) (Goldstein,1982). Οι εκπαιδευτικές έννοιες αποτελούν τους κόµβους του σηµασιολογικού δικτύου ενώ οι συνδέσεις των κόµβων αναπαριστούν τις σχέσεις των εκπαιδευτικών εννοιών. Ορίζουµε τέσσερα διαφορετικά είδη σχέσεων που µπορούν να υπάρχουν µεταξύ εκπαιδευτικών εννοιών: Αλληλουχία { επόµενη And, επόµενη Or, προηγούµενη And, προηγούµενη Or} Εξάρτηση { προαπαιτούµενη, αποτέλεσµα } όµηση { µέρος, αποτελείται από } Αναπλήρωση { αναλογία } Οι σχέσεις αλληλουχίας προσδιορίζουν τον τρόπο µε τον οποίο η µία έννοια πρέπει να διαδεχθεί χρονικά η µία την άλλη κατά τη διάρκεια της εκπαιδευτικής διαδικασίας. Προφανώς στις σχέσεις αυτού του τύπου περιέχονται οι σχέσεις της

153 Κεφάλαιο 4: Η αρχιτεκτονική του συστήµατος MATS 145 επόµενης έννοιας, της προηγούµενης έννοιας, της προαιρετικής επόµενης και της προαιρετικής προηγούµενης. Οι σχέσεις εξάρτησης βοηθούν στην επίλυση των προβληµάτων που δηµιουργούνται όταν στις γνώσεις του µαθητή παρατηρούνται κενά. Αυτού του είδους οι σχέσεις προσδιορίζουν ποιες έννοιες στηρίζονται εκπαιδευτικά σε κάποιες άλλες. Βασικές σχέσεις αυτού του είδους είναι η σχέση προαπαιτούµενη και αποτέλεσµα. Οι σχέσεις δόµησης συσχετίζουν τις έννοιες ανάλογα µε τη γενικότητα ή την ειδικότητα τους. Πολλές έννοιες αποτελούν πληρέστερη ανάπτυξη µίας πιο γενικής έννοιας, έτσι όπως υποκεφάλαια ενός βιβλίου συνθέτουν καλύτερα την εικόνα ενός πιο γενικού κεφαλαίου. Οι πιο βασικές σχέσεις δόµησης είναι η σχέση προς το πιο ειδικό (αποτελείται από), και η σχέση προς το πιο γενικό (είναι µέρος του). Σε πολλές περιπτώσεις παρατηρείται µία έννοια να έχει πολλά κοινά σηµεία µε µία άλλη, αλλά το περιεχόµενο της είναι υπό µία άλλη οπτική γωνία. Τέτοιες σχέσεις εννοιών δεν µπορούν να συµπεριληφθούν σε καµία από τις παραπάνω κατηγορίες, για αυτό και χρειάζεται η ύπαρξη µίας επιπλέον κατηγορίας σχέσεων (σχέσεις αναπλήρωσης). Ένα τέτοιο παράδειγµα σχέσης είναι η σχέση της αναλογίας Η ενσωµάτωση της παιδαγωγικής πληροφορίας στο εκπαιδευτικό υλικό Η ιεράρχηση του εκπαιδευτικού υλικού βοηθά στην τµηµατοποίηση του γνωστικού αντικειµένου και στην εύκολη εύρεση του εκπαιδευτικού υλικού που αναφέρεται σε συγκεκριµένες γνωστικές έννοιες ή σε ένα σύνολο από λέξεις κλειδιά (συνώνυµες έννοιες ή το σύνολο των γνωστικών εννοιών που απασχολεί µία εκπαιδευτική ενότητα). Το πρόβληµα της σύνδεσης ενός τµήµατος εκπαιδευτικού υλικού µε συγκεκριµένα εκπαιδευτικά χαρακτηριστικά και ο τρόπος µε τον οποίο µπορεί να χρησιµοποιηθεί το εκπαιδευτικό υλικό είναι ένα θέµα που αντιµετωπίζεται µε την ύπαρξη των εκπαιδευτικών µικροενεργειών και ψηφιακών γνωστικών µονάδων. Με τον όρο εκπαιδευτική µικροενέργεια ορίζουµε το δοµικό, αυτοτελές κοµµάτι αναπαράστασης γνώσης που αναφέρεται σε µία γνωστική έννοια και επιπλέον εκπληρώνει µια συγκεκριµένη βασική εκπαιδευτική λειτουργία. Υπάρχουν τρεις τύποι εκπαιδευτικών λειτουργιών (Παρουσίαση, Έλεγχος, ιόρθωση). Η

154 146 µικροενέργεια αναλογεί σε µία παράγραφο ή σε διαδοχικές παραγράφους ενός εγχειριδίου όπου παρατηρείται µία αυτοτελής εκπαιδευτική λειτουργία. Ο όρος εκπαιδευτική λειτουργία συνδέεται µε τις προσπάθειες για τη δηµιουργία ευφυών εκπαιδευτικών συστηµάτων µε αποδοτικό και συγκροτηµένο τρόπο και στην αναπαράσταση της γνώσης που παρατηρείται σε ένα ΕΣ µε τρόπο, ανεξάρτητο του γνωστικού αντικειµένου. Οι προσπάθειες για αναπαράσταση της διδακτικής γνώσης (instructional knowledge) δηλαδή της γνώσης που δείχνει τον τρόπο χρήσης του υλικού ενός ΕΣ οδήγησαν στον ορισµό ενός γενικού εκπαιδευτικού περιβάλλοντος (Generic tutoring architecture) (Van Marcke 1995). Η ιδέα βασίζεται στην χρησιµοποίηση µεθόδων ανάλυσης εργασιών (task analysis) κατά το σχεδιασµό εκπαιδευτικών συστηµάτων (Vassileva 1998). H προτεινόµενη αρχιτεκτονική GTE ενός γενικού εκπαιδευτικού σύστηµατος θεωρεί ότι η διδακτική γνώση µπορεί να αναπαρασταθεί µε instructional tasks (εκπαιδευτικές λειτουργίες) και instructional methods (εκπαιδευτικές µέθοδοι) που τις υλοποιούν. Οι εκπαιδευτικές λειτουργίες και οι εκπαιδευτικές µέθοδοι τείνουν να είναι γενικού τύπου ανεξάρτητες από το γνωστικό αντικείµενο που αναπαριστούν. Αν και η παραπάνω θεώρηση δεν µπορεί να αποδειχθεί στο σύνολο των ΕΣ για την εγκυρότητα της, ωστόσο η εφαρµογή στην πράξη της παραπάνω θεωρίας αποδεικνύει ότι χιλιάδες διδακτικές περιπτώσεις µπορούν να αναπαρασταθούν µε βάση το σύνολο των εκπαιδευτικών λειτουργιών που προτείνει ο Van Marcke. Η σύνδεση της εκπαιδευτικής γνώσης µε το εκπαιδευτικό υλικό δίνει τη δυνατότητα στο ΕΣ να γνωρίζει πως να διδάξει, δηλαδή πως µπορεί να χρησιµοποιήσει το συγκεκριµένο εκπαιδευτικό υλικό. Η ανάλυση των εκπαιδευτικών λειτουργιών σε πρώτο επίπεδο οδηγεί σε τρείς κατηγορίες: Παρουσίαση, Έλεγχος και ιόρθωση Για την εκπαιδευτική λειτουργία της παρουσίασης οδηγούµαστε σε ένα σύνολο χαρακτηριστικών µε συγκεκριµένη εκπαιδευτική χρήση που φαίνεται στο πίνακα 7. Η οργάνωση του εκπαιδευτικού υλικού συµπληρώνεται µε το επίπεδο των ψηφιακών γνωστικών µονάδων (Digital Instructional Units DIU). Οι ψηφιακές γνωστικές µονάδες είναι η µετουσίωση της εκπαιδευτικής µικροενέργειας, δηλαδή το κοµµάτι του λογισµικού που την αναπαριστά. Mία εκπαιδευτική µικροενέργεια ανάλογα µε την επιλογή του τρόπου υλοποίησης µπορεί να αναπαρίσταται µε περισσότερες από µια DIUs. Είναι φανερό ότι η συγκεκριµένη DIU είναι αυτή που είναι υπεύθυνη και για τον τρόπο της αλληλεπίδρασης του µαθητή µε το εκπαιδευτικό υλικό που ανήκει σε µία εκπαιδευτική µικροενέργεια. Από την άλλη πλευρά η ο

155 Κεφάλαιο 4: Η αρχιτεκτονική του συστήµατος MATS 147 συσχετισµός µιας ψηφιακής γνωστικής µονάδας µε µία εκπαιδευτική µικροενέργεια µεταφράζει ουσιαστικά ένα σύνολο ενεργειών που παρατηρείται στο επίπεδο αλληλεπίδρασης µίας διαφάνειας (User interface) µε εκπαιδευτικές λειτουργίες. Εκπαιδευτική λειτουργία : Παρουσίαση Εκπαιδευτικές υπολειτουργίες: Eισαγωγή, Περιγραφή, Λεπτοµερής περιγραφή, Παράδειγµα, ιαφορετικός τρόπος παρουσίασης, Αναλογία, ολοκλήρωση Εκπαιδευτική λειτουργία : Έλεγχος Εκπαιδευτικές υπολειτουργίες: Βοήθεια, Παρόµοια άσκηση, Παρουσίαση σχετικής θεωρίας, Επιλογή άσκησης, Επιλογή ευκολότερης άσκησης, Επιλογή τύπου άσκησης, Εκπαιδευτική λειτουργία : ιόρθωση Εκπαιδευτικές υπολειτουργίες: Απλούστερο παράδειγµα Παρουσίαση λάθους Παρουσίαση θεωρίας της παρανόησης Αντιπαράδειγµα Αναλογία άσκησης ιαίρεση της άσκησης σε κοµµάτια και επιµέρους επίλυση Πίνακας 7. Οι εκπαιδευτικές λειτουργίες και οι υπολειτουργίες τους Η περιγραφή της προτεινόµενης οντολογίας Η προτεινόµενη οντολογία αφορά τρεις διαφορετικές λειτουργίες της εκπαιδευτικής διαδικασίας: (α) Περιγραφή του γνωστικού αντικειµένου (β) Το µοντέλο σπουδαστή (γ) Περιγραφή του εκπαιδευτικού περιβάλλοντος Στο Παράρτηµα Γ παρατίθενται τα κύρια στοιχεία της οντολογίας σύµφωνα µε τον παραπάνω διαχωρισµό. Στην συνέχεια της ενότητας δίδεται µια σύντοµη περιγραφή της και χαρακτηριστικά παραδείγµατα. (α) Οντολογία περιγραφής γνωστικού αντικειµένου Το τµήµα αυτό της οντολογίας περιγράφει την ιεραρχική δόµηση του ΕΣ σε εκπαιδευτικές ενότητες, εκπαιδευτικές έννοιες, εκπαιδευτικές µικροενέργειες και ψηφιακές γνωστικές µονάδες. Περιλαµβάνει επίσης τις σχέσεις µεταξύ των

156 148 παραπάνω οντοτήτων (σχέσεις αλληλουχίας των εκπαιδευτικών ενοτήτων, σηµασιολογικό δίκτυο για τις εκπαιδευτικές µικροενέργειες, συσχέτιση µίας εκπαιδευτικής έννοιας µε τις εκπαιδευτικές µικροενέργειες που την στελεχώνουν και συσχέτιση µίας εκπαιδευτικής µικροενέργειας µε την υλοποίηση της µε τη µορφή ψηφιακής γνωστικής µονάδας). Πρωταρχική οντότητα είναι εκείνη του γνωστικού αντικειµένου. Ένα παράδειγµα χρήσης της παραπάνω οντότητας είναι το παρακάτω: Μάθηµα Όνοµα : Γλώσσα προγραµµατισµού C Επιστήµη: Computer Science Τοµέας : Programming Languages Ειδίκευση : C Εκπαιδευτικό επίπεδο : Γ Βάθµια εκπαίδευση Γλώσσα : Ελληνική Σχήµα 17. Παράδειγµα περιγραφής Γνωστικού αντικειµένου Ένα γνωστικό αντικείµενο αποτελείται από ένα σύνολο εκπαιδευτικών ενοτήτων σε αλληλουχία: Μία εκπαιδευτική ενότητα αποτελείται από µία η περισσότερες εκπαιδευτικές έννοιες Οι εκπαιδευτικές έννοιες αποτελούν κόµβους σε ένα σηµασιολογικό δίκτυο: Η γνώση µίας εκπαιδευτικής έννοιας µπορεί να αναλυθεί σε ένα σύνολο εκπαιδευτικών λειτουργιών που αντιπροσωπεύονται από τις εκπαιδευτικές µικροενέργειες. Σχετικά παραδείγµατα είναι τα εξής: Έννοια : Εντολές και block Μικροενέργειες [εισαγωγή,παράδειγµα1,περιγραφή] Έννοια : if-else Μικροενέργειες [ περιγραφή, παράδειγµα1, επισήµανση, παράδειγµα2, επισήµανση2, παράδειγµα3, επισήµανση3, παράδειγµα4, επισήµανση4, παράδειγµα5 ] Έννοια : else-if Mικροενέργειες [περιγραφή, παράδειγµα1, ανάλυση, παράδειγµα2, εφαρµογή, πρόγραµµα., ανάλυση ] Έννοια : switch Mικροενέργειες [περιγραφή, παράδειγµα1, ανάλυση, εφαρµογή, πρόγραµµα, ανάλυση-προγράµµατος, επισήµανση, άσκηση1] Σχήµα 18. Παραδείγµατα περιγραφής εκπαιδευτικών εννοιών

157 Κεφάλαιο 4: Η αρχιτεκτονική του συστήµατος MATS 149 Ένα παράδειγµα µίας εκπαιδευτικής µικροενέργειας είναι το παρακάτω: Μικροενέργεια Όνοµα : Παράδειγµα 1 Τύπος : Παράδειγµα Επίπεδο δυσκολίας : Μέτριο Εξάρτηση : Μικρή Σχήµα 19. Παράδειγµα περιγραφής εκπαιδευτικής µικροενέργειας Επιπλέον ορίζουµε ένα λεξικό εννοιών του κάθε γνωστικού αντικειµένου. Το λεξικό αυτό περιλαµβάνει το σύνολο των εννοιών που πραγµατεύεται το γνωστικό αντικείµενο. (β) Οντολογία περιγραφής µοντέλου σπουδαστή Το µοντέλο σπουδαστή αποτελεί µία καταγραφή των ενεργειών του µαθητή και της αλληλεπίδρασης του µε το ΕΣ σε επίπεδο µικροενεργειών. Στη διεθνή βιβλιογραφία ένα τέτοιο είδος µοντέλου σπουδαστή ονοµάζεται overlay model (Rickel,1989). Παράδειγµα ενός µοντέλου σπουδαστή είναι το εξής: Student : Student1 Concepts seen : 14/34 Lesson grade : 6.7 Concept grade :{if:7.0, if-else 7.2, complex if-else 6.5} Microfunctions grade : {if1:10, if2:8, if3:10} Σχήµα 20. Περιγραφή µοντέλου σπουδαστή (γ) Οντολογία περιγραφής εκπαιδευτικού περιβάλλοντος Στον τοµέα του εκπαιδευτικού περιβάλλοντος περιγράφονται τα δύο είδη πρακτόρων που υπάρχουν (εκπαιδευτικοί πράκτορες και µεσολαβητές πράκτορες), η εµπιστοσύνη ενός ΕΑ σε άλλους ΕΑ (µοντέλο έµπιστων εκπαιδευτικών πρακτόρων), η εκπαιδευτική κατάσταση ενός µαθητή σε συγκεκριµένη χρονική στιγµή, καθώς και το ερώτηµα (και η αντίστοιχη απάντηση) που µπορεί να διαµορφώσει ένας µαθητής Ένα παράδειγµα περιγραφής εκπαιδευτικού πράκτορα είναι το εξής: Agent : Tutor-C Location : Status : ping 350ms, Busy Communication language : EACL

158 150 Cost : 0 Σχήµα 21. Περιγραφή εκπαιδευτικού πράκτορα Αντίστοιχα ένα παράδειγµα περιγραφής ενός πράκτορα µεσολαβητή : Broker: broker-1 Location : Status: ping 50 ms, Idle Communication language : EACL Cost :0 Στη βάση δεδοµένων του εκπαιδευτικού πράκτορα δηµιουργούνται µοντέλα εµπιστοσύνης των άλλων πρακτόρων ένα τέτοιο µοντέλο µπορεί για παράδειγµα να περιέχει τις εξής εγγραφές: Name : Τutor-C Last Used: (absolute time in milliseconds) Answer percentage: 0.85 Selection percentage: 0.40 Name : Tutor-Pascal Last Used: Answer percentage: 0.40 Selection percentage: 0.10 Σχήµα 22. Περιγραφή µοντέλου εµπιστοσύνης γνωστικών αντικειµένων Τέλος µε βάση την οντολογία ορίζονται οι δοµές των τυπικών µηνυµάτων που ανταλάσσονται στην γλώσσα EACL. Έτσι για παράδειγµα το περιεχόµενο του µηνύµατος service_done που στέλνει ο µεσολαβητής στον ερωτούντα ΕΑ µπορεί να είναι: Bids number: 4 {id: tutor-c, location: relativity: 3/3, concept: loop } {id: tutor-c, location: relativity: 3/3, {concept: for } {id: tutor-pascal, location: relativity: 2/3, {concept: for} {id: tutor-pascal, location: relativity: 2/3, {concept: while }

159 Κεφάλαιο 4: Η αρχιτεκτονική του συστήµατος MATS 151 Ενώ το περιεχόµενο της προσφροράς ενός ΕΑ µπορεί να έχει το εξής περιεχόµενο: Question id: 11 Tutor id: tutor-c Concept: loop Microfunction: example1 Difficulty: easy Digital instructional unit: Specifications: HTML Σχήµα 23. Προσφορά εκπαιδευτικού υλικού 4.7 Περιγραφή τυπικού σεναρίου συνεργασίας Στην ενότητα αυτή περιγράφεται ένα σενάριο συνεργασίας και παρέχονται µε λεπτοµέρια αλγόριθµοι που χρησιµοποιούνται κατά την εκτέλεση του. Στο επόεµνο κεφάλαιο 5 το σενάριο θα περιγραφεί µε βάση την συγκεκτριµένη υλοποίηση του συστήµατος MATS, ενώ εδώ περιέχεται µια πιο ποιοτική περιγραφή του. Το σενάριο µπορεί να περιγραφεί µε βάση τρεις επιµέρους φάσεις: (α) ηµιουργία και προώθηση του ερωτήµατος στους κατάλληλους εκπαιδευτικούς πράκτορες (β) Εξυπηρέτηση του ερωτήµατος στους ΕΑ και συλλογή των υποψηφιοτήτων (γ) Επιλογή της επικρατέστερης λύσης και αλληλεπίδραση µε τον ΕΑ που επιλέχθηκε (δανεισµός εκπαιδευτικού υλικού) Φάση δηµιουργίας και προώθησης του ερωτήµατος Ας υποθέσουµε ότι ο µαθητής χρησιµοποιεί την διεπιφάνεια για να ζητήσει αντίστοιχη εκπαιδευτική µικροενέργεια µε αυτή που παρακολουθεί αλλά µε χαµηλότερο επίπεδο δυσκολίας. Τούτο είναι συνέπεια µιας τυπικής κατάστασης κατά την οποία το εκπαιδευτικό σύστηµα µε το οποίο αλληλεπιδρά δεν είναι σε θέση να καλύψει τις γνωστικές του απαιτήσεις. Ως συνέπεια της ενέργειας του µαθητή, γεννάται ένα ερώτηµα που θα απευθυνθεί στην κοινωνία των υπόλοιπων ΕΑ. Το αίτηµα µεταφέρεται στο τµήµα συνεργασίας του εκπαιδευτικού πράκτορα. Με βάση τα δεδοµένα της εκπαιδευτικής κατάστασης δηµιουργείται το ερώτηµα βασιζόµενο στα δεδοµένα που προέρχονται από τα υποσυστήµατα εκπαιδευτικής

160 152 κατάστασης και ερώτησης (διεπιφάνεια ερώτησης). Το µήνυµα κατασκευάζεται και απευθύνεται στον ΒΑ (Στάδιο 1). Ένα παράδειγµα ενός τέτοιου ερωτήµατος είναι το παρακάτω: 1 Ask for relevant course (From: tutora,to:brokera, performative_id=1234, Lesson: C, concept: loop, microfunction type:description, difficulty:easy.) Ο BA αναζητά εκπαιδευτικά συστήµατα που είναι σε θέση να ικανοποιήσουν το ερώτηµα (βασιζόµενος στην µετα-περιγραφή τους). Στη συνέχεια ενηµερώνει τον ερωτούντα και ταυτόχρονα µεταδίδει το ερώτηµα στα υποψήφια για συνεργασία περιβάλλοντα (bidders). Βλέπε σχετικά µηνύµατα 2,3,4,5. 2. Service done ( From: BrokerA, To: TutorA, Reply to:none, performative_id=1234,bidder number: 3, {tutor2, relativity:2/3},{tutor3, relativity:3/3},{tutor4, relativity:2/3} ) 3. Contract request {From:BrokerA, To: TutorB, Reply_to_Agent:tutorA, performative_id=1234,lesson:c, concept:loop, microfunction type :description, difficulty:easy) 4. Contract request {From:BrokerA, To: TutorC, Reply_to_Agent: tutora, performative_id=1234, Lesson:C, concept:loop, microfunction:description, difficulty:easy) 5. Contract request {From:BrokerA, To: TutorD, Reply_to_Agent: tutora, performative_id=1234, Lesson:C, concept name:loop, microfunction:description, difficulty:easy) Φάση εξυπηρέτησης του ερωτήµατος και συλλογής των υποψηφιοτήτων Στη συνέχεια του σεναρίου, το µήνυµα-ερώτηµα παραλαµβάνεται από κάθε υποψήφιο ΕΑ. Ο ΕΑ προσπαθεί να βρει λύσεις στο ερώτηµα για ένα σύνολο από λέξεις-κλειδιά (τρεις αν πρόκειται για το σύντοµο ερώτηµα, δηλαδή εκπαιδευτική ενότητα, έννοια και µικροενέργεια). Η επίλυση του ερωτήµατος σε κάθε εκπαιδευτικό πράκτορα ανάγεται στην προσπάθεια εύρεσης της πλησιέστερης εκπαιδευτικής έννοιας προς το ερώτηµα στη βάση γνώσης του ΕΑ. Όσο πιο χαµηλά στην ιεραρχική ταξινόµηση του γνωστικού αντικειµένου βρίσκεται η ονοµασία της έννοιας αυτής, δηλαδή όσο πιο µεγάλο είναι το επίπεδο της λεπτοµέρειας που µπορεί να δώσει ως απάντηση ο ΕΑ τόσο πιο θετικά αξιολογείται και η απάντηση που δίνει. Παραδείγµατα απαντήσεων που µπορεί να δοθούν είναι τα µηνύµατα 6,7 και 8.

161 Κεφάλαιο 4: Η αρχιτεκτονική του συστήµατος MATS Bid offer (From:TutorB, To: TutorA, Reply_to_Agent:TutorB, performative_id=1234, Lesson: Pascal Concept name:loop, Microfunction name : mf1, microfunction type: description, coverage: short, dependence: specificity-high )) 7 Bid offer (From:TutorC, To: TutorA, Reply_to_Agent:TutorC, performative_id=1234, Lesson : C++ Concept name:loop, Microfunction name : mf2, microfunction type: description, coverage: short, dependence: specificity-low, Url: 8 Bid offer (From:TutorD, To: TutorA, Reply_to_Agent:TutorD, performative_id=1234, Lesson: Fortran Concept name:loop, Microfunction name : mf1, microfunction type: description, coverage: short, dependence: specificity- high, Url: Η συλλογή των απαντήσεων γίνεται από τον ΕΑ που έθεσε το ερώτηµα και η διαδικασία συλλογής διαρκεί για ένα εύλογο χρονικό διάστηµα t min. Ο χρόνος αυτός δεν πρέπει να υπερβαίνει ένα µέγιστο όριο ανοχής που σύµφωνα µε εµπειρικές µελέτες (Nielsen 1999). Για κάθε απάντηση που λαµβάνει ο ΕΑ εκτελεί ένα σύνολο από αξιολογήσεις: Αξιολόγηση που προέρχεται από την απάντηση του ΒΑ και αφορά τον υποψήφιο ΕΑ Αξιολόγηση του ίδιου του ΕΑ και αφορά την πληρότητα των απαιτήσεων του µαθητή που παρέχει η απάντηση του. Αξιολόγηση του ίδιου του ΕΑ για τους ΕΑ µε τους οποίους συνεργάστηκε στο παρελθόν βασιζόµενος στο µοντέλο έµπιστων πρακτόρων που διαθέτει και ενηµερώνει µε κάθε επιτυχή συνεργασία. Στην ενότητα περιέχεται ο αλγόριθµος αξιολόγησης των προσφορών µε µεγαλύτερη λεπτοµέρεια Φάση επιλογής της επικρατέστερης λύσης και δανεισµού εκπαιδευτικού υλικού. Η παρουσίαση των αποτελεσµάτων γίνεται µε βάση τη σειρά της συνολικής αξιολόγησης των απαντήσεων των υποψήφιων ΕΑ. Στο σύνολο των αξιολογηµένων απαντήσεων γίνεται µια διαλογή εκείνων που έχουν την καλύτερη συνολική αξιολόγηση σε σχέση µε το σύνολο των αξιολογήσεων. Οι αξιολογήσεις πρέπει να υπερβαίνουν ένα κάτω όριο, καθώς επίσης πρέπει να παρουσιάζεται ένας λογικός αριθµός λύσεων έτσι ώστε να διευκολύνεται στην επιλογή που θα κάνει ο χρήστης. Ο χρήστης µαθητής είναι ο τελικός κριτής και είναι αυτός που αφήνεται να επιλέξει την απάντηση που αυτός νοµίζει.

162 154 EA a Broker Agent (BA) EAb EAc UI event Ask for relevant course Student Contract request Contract request Service done Bid Offer Bid Offer Sign contract request Bid Offer Accept Contract Structure request Structure response Data request Data response End of transfer Σχήµα 24. Time sequence διάγραµµα που περιγράφει ένα γενικό παράδειγµα συνεργασίας εκπαιδευτικών πρακτόρων Μετά την επιλογή του πιο κατάλληλου υποψηφίου γίνεται η υπογραφή του συµβολαίου και ο δανεισµός της γνώσης. Ανάλογα παραδείγµατα είναι τα µηνύµατα 9-14: 9 Sign Contract (From:TutorA, To: TutorB, Reply_to_Agent:TutorA, performative_id=1234, Lesson :C Concept name: loop Microfunction name= mf1 Url: 10 Accept Contract (From:TutorD, To: TutorA, Reply_to_Agent:TutorD, performative_id=1234) 11 Structure request (From:TutorA, To: Tutord, Reply_to_Agent:TutorA, performative_id=1234) 12 Structure reply (From:TutorD, To: TutorA, Reply_to_Agent:TutorD, performative_id=1234, diu_list_urls={ })

163 Κεφάλαιο 4: Η αρχιτεκτονική του συστήµατος MATS Data request (From:TutorA, To: Tutord, Reply_to_Agent:TutorA, performative_id=1234) 14 Data reply (From:TutorD, To: TutorA, Reply_to_Agent:TutorD, performative_id=1234, diu_list_urls={ }) Η διαδικασία στο σύνολο της αποτυπώνεται στο σχήµα 24 µε τη µορφή διαγράµµατος Ο αλγόριθµος αξιολόγησης πρσφορών εκπαιδευτικού υλικού Ο αλγόριθµος αξιολόγησης των προσφορών εκπαιδευτικού υλικού είναι µια διαδικασία που λαµβάνει υπόψη της τις εκτιµήσεις τριών χαρακτηριστικών. Εκτίµηση του µεσολαβητή για κάθε υποψήφιο EBA Εκτίµηση του υποψηφίου για την απάντηση του EEC Εκτίµηση του µαθητή για τους υποψήφιους πράκτορες EEA Το µοντέλο υπολογισµού της συνολικής εκτίµησης λαµβάνει υπόψη της το σύνολο των εκτιµήσεων θέτοντας ένα συγκεκριµένο βαθµό βαρύτητας σε κάθε είδος εκτίµησης. Εστω Ε η συνολική εκτίµηση του EA για µια απάντηση ενός EA-Bidder. Γενικά έχουµε Όπου: E = W E i W i i W = BA EBA + WECE W + W BA EC + W + W EC TA Εξίσωση 1. Συνολική εκτίµηση Ο δείκτης ΒΑ υποδηλώνει τo µεσολαβητή (Broker Agent) Ο δείκτης EC υποδηλώνει την εκτίµηση εκπαιδευτικού υλικού (Educational Content) του υποψήφιου Ο δείκτης EΑ υποδηλώνει την εµπιστοσύνη του εκπαιδευτικού πράκτορα για τον υποψήφιο πράκτορα (Trusted Agent). TA E TA (1) (α) Η εκτίµηση του µεσολαβητή πράκτορα. Η εκτίµηση του µεσολαβητή πράκτορα E BA είναι:

164 156 E = W E + W E + W E + W E + W E + W BA D D P P N N SC SC DM DM SP E SP (2) Εξίσωση 2. Εκτίµηση µεσολαβητή πράκτορα Όπου: E D : Η εκτίµηση της ηµεροµηνίας τελευταίας τροποποίησης. (Estimation date) E P : Οι ειδικές απαιτήσεις για plug-in για την εµφάνιση του εκπαιδευτικού υλικού (Estimation plugin). E N : Η κατάσταση δικτύου του υποψήφιου πράκτορα (Estimation network). E : Η ονοµασία της επιστήµης που ανήκει το γνωστικό αντικείµενο (Estimation SC science). E DM: Η ονοµασία του τοµέα της επιστήµης που ανήκει το γνωστικό αντικείµενο (Estimation domain). E : Η ονοµασία της ειδικότητας του τοµέα της επιστήµης που ανήκει το γνωστικό SP αντικείµενο (Estimation specialty). (β) Εκτίµηση του υποψηφίου για δανεισµό εκπαιδευτικού πράκτορα Η εκτίµηση του εκπαιδευτικού περιεχοµένου είναι: E = W E + W E + W E + W EC ES ES C C EM EM ED E ED (3) Όπου: E ES Εξίσωση 3. Εκτίµηση εκπαιδευτικού περιεχοµένου :Εκτίµηση της εκπαιδευτική ενότητας ( Estimation educational section). E C : Εκτίµηση της εκπαιδευτική έννοιας (Estimation concept). E EM : Εκτίµηση της εκπαιδευτική µικροενέργειας (Estimation educational microfunction). E ED : Εκτίµηση της εκπαιδευτική δυσκολίας (Estimation educational difficulty). (γ) Εκτίµηση µε βάση έµπιστους πράκτορες Η εκτίµηση από τη βάση γνώσης των έµπιστων πρακτόρων E TA είναι ίση µε ETA = WST Score( ST ) + WCL Score( CL) (4)

165 Κεφάλαιο 4: Η αρχιτεκτονική του συστήµατος MATS 157 Εξίσωση 4. Εκτίµηση εµπιστοσύνης όπου Score(ST) ο µέσος όρος αξιολόγησης του υποψηφίου από το µαθητή ST ενώ Score(CL) είναι ο µέσος όρος όλων των µαθητών για τον υποψήφιο. Η πληροφορία αξιολόγησης ενός µαθητή για ένα εκπαιδευτικό πράκτορα αναπαρίσταται στη βάση γνώσης των έµπιστων πρακτόρων µε την τριάδα των στοιχείων: { ST EA, D } (5) i, j k όπου ST δηλώνει το µαθητή, EA τον εκπαιδευτικό πράκτορα και D την i j ηµεροµηνία και τον χρόνο αξιολόγησης. Η παραπάνω τριάδα αποτελεί κλειδί για τον πίνακα των έµπιστων πρακτόρων δηλαδή µοναδική. k Ο µέσος όρος αξιολόγησης ενός συγκεκριµένου µαθητή ST i για τον υποψήφιο πράκτορα EA είναι ο µέσος όρος των αξιολογήσεων του µαθητή ST για τον j i εκπαιδευτικό κόµβο EA j : Score( ST, EA i k ) = D k Score( ST, EA number( D i k ) j ) (6) Εξίσωση 5. Μέσος όρος αξιολόγησης µαθητή προς εκπαιδευτικό πράκτορα Ο µέσος όρος αξιολόγησης του συνόλου των µαθητών ST j για τον υποψήφιο πράκτορα EA i είναι ανάλογως ίσος µε το άθροισµα των µέσων όρων αξιολόγησης του κάθε µαθητή διαιρούµενος µε τον πληθάριθµο των µαθητών: Score( CL) = Dk ST i Score( ST, EA number( D number( ST ) i i k ) j ) (7) Εξίσωση 6. Συνολικός µέσος όρος αξιολόγησης εκπαιδευτικού πράκτορα 4.8 Αναφορές ARIADNE (1999), Educational Metadata Recommendation Version 3.0 December 1999.

166 158 Bruner, J., Toward a theory of instruction, Harvard University Press, Cambridge MA. Ferber Jacques, Multi- Agent Systems: Introduction to Distributed Artificial Intelligence, Addison Wesley, February 1999 Finin Tim; Weber Jay; Wiederholt Gio ; Genesereth Michael ; Fritzon Richard ; McGuire James ; Shapiro Stuart ; Beck Chris, (1993). Specification of the KQML Agent-Communication Language, The DARPA Knowledge Interfaces Working Group, June 15. Genesereth M R, (1992). An agent based approach to Software Interoperability, In Proceeding of the DARPA Software Technology Conference Genesereth M. R., & Nilsson, N. J., (1987), Logical Foundations of Artificial Intelligence. San Mateo, CA: Morgan Kaufmann Publishers Goldstein, I. P. (1982), The Genetic Graph: A representation of the evolution of procedural knowledge. In Sleeman & Brown (Eds.), Intelligent Tutoring Systems, New York, NY: Academic Press. Gruber Thomas. R., (1992), Toward priciples for the design of ontologies used for knowledge sharing. Formal Ontology in Conceptual Analysis and Knowledge representation, Nicola Guarino & Roberto Polli Eds, Kluwer Academic Publishers ΙΕΕΕ Learning Technology Standards Committee (2000), IEEE P Learning Objects Metadata Group, Approved Working Draft 5, December 2000 Jacob Nielsen, Hypermedia and Web design, Adisson Westley, Joyce, B. & Weil, M.,(1986), Models of Teaching, Prentice-Hall, Inc, Englewood Cliffs, NJ. Mizoguchi R., Sinitsa K., and Ikeda M., (1996), Task Ontology Design for Intelligent Educational/Training Systems, ITS'96 Workshop on Architectures and Methods for Designing Cost-Effective and Reusable ITS, Montreal, June 10th 1996.

167 Κεφάλαιο 4: Η αρχιτεκτονική του συστήµατος MATS 159 Murray Tom (1996), Special Purpose Ontologies and the representation of pedagogical knowledge, Proceedings of International Conference for the learning sciences ICLS-96, Evanston IL Newell, A. (1982). The knowledge level. Artificial Intelligence, 18(1), pp Nielsen J.,(1999), User Interface Directions for the web, Communications of the ACM, vol 42 (1), pp , January, Rickel J. N.,(1989), Intelligent Computer Aided Instruction A Survey Organized Around System Components, IEEE Transactions on System Man and Cybernetics, Vol.19, No 1 January/February Schank R., Fano A., Bell B., Jona, M., (1994), The design of Goal-Based Scenarios, Journal of the Learning Sciences, Vol 3 No 4. Searle J R Speech acts: An essay in the philosophy of language Solomos K, Avouris N, (1999) Learning from multiple Collaborating Intelligent Tutors: An agent-based approach, Journal of interacive Learning research, Vol 10, No 3 T.Finin, Y.Labrou, J.Mayfield: KQML as an Agent Communication Language, in Software Agents, AAI Press/The MIT Press, 1997 Van Marcke Kris (1995), AIED-95 Workshop on Authoring shells for intelligent tutoring systems. Vassileva J., (1998), DCG+GTE: Dynamic courseware generation with teaching expertise, Instructional Science 26, pp , 1998, Kluwer Academic Publishers. Wooldrige M and Jennings N. (1995), Intelligent Agents: Theory and Practice Knowledge Engineering Review 10(2), , 1995 Αβούρης Ν., Σολωµός Κ, Λέζος Γ, (1997), Ερµής ΙΙ, ένα προσαρµοζόµενο σύστηµα διδασκαλίας, 3o Πανελλήνιο Συνέδριο ιδακτικής των µαθηµατικών και της πληροφορικής στην εκπαίδευση, Πάτρα Μάιος 1997.

168 160 Αβούρης Ν., Σολωµός Κ.,(1999), ιδασκαλία Πληροφορικής µε χρήση συνεργαζόµενων ευφυών συστηµάτων, Πανελλήνιο Συνέδριο Πληροφορική και Εκπαίδευση, Μαίου 1999, Ιωάννινα. Σολωµός Κ. (2000). Τεχνική έκθεση Ε1, Έργο ΠΕΝΕ 99Ε 234. Απρίλιος 2000 Σολωµός Κ, Αβούρης Ν,(1999), ιδασκαλία πληροφορικής µε χρήση συνεργαζόµενων ευφυών συστηµάτων. Πανελλήνιο Συνέδριο ΕΠΥ, Ιωάννινα, Αυγούστου Σολωµός Κ, Θραµπουλίδης Κ, Αβούρης Ν, (2000), Πλαίσιο για την ανάπτυξη εκπαιδευτικών κατανεµηµένων φαρµογών βασισµένο στην αρχιτεκτονική CORBA», Πανελλήνιο Συνέδριο Πληροφορικής Πληροφορική και Εκπαίδευση, Θεσσαλονίκη Νοεµβρίου 2000 Σολωµός Κ. Τεχνική έκθεση Ε1, Έργο ΠΕΝΕ 99Ε 234. Απρίλιος 2000 Σολωµός Κ., Χρήση των κατανεµηµένων ευφυών συστηµάτων υποβοήθησης διδασκαλίας στην τριτοβάθµια εκπαίδευση, Ετήσια τεχνική έκθεση, ΠΕΝΕ 1997.

169

170 Κεφάλαιο 5: Υλοποίηση της αρχιτεκτονικής πολλαπλών εκπαιδευτικών πρακτόρων MATS "The White House said the increased technology spending mentioned briefly by President Clinton during last week's State of the Union address could be used, for example, to create "intelligent agents" that roam the Internet collecting information" (AP News Service, January 24, 1999) Περίληψη Στο κεφάλαιο αυτό περιγράφεται η υλοποίηση της αρχιτεκτονικής του περιβάλλοντος συνεργασίας MATS που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της ερευνητικής προσπάθειας µε στόχο την απόδειξη της δυνατότητας εφαρµογής της αρχιτεκτονικής και τη µέτρηση της απόδοσης του συστήµατος σε συνθήκες πραγµατικής χρήσης. Αρχικά θα αναφερθούν οι λόγοι για τους οποίους επελέγη η συγκεκριµένη υλοποίηση, σε σχέση µε άλλες εναλλακτικές τεχνολογικές πλατφόρµες. Στη συνέχεια θα παρουσιαστούν τα κύρια τεχνολογικά χαρακτηριστικά της προτεινόµενης υλοποίησης. Χρησιµοποιώντας το υλοποιηµένο περιβάλλον, ένας αριθµός από εκπαιδευτικούς πράκτορες αναπτύχθηκε και χρησιµοποιήθηκε πειραµατικά για απόαπόσταση εκπαίδευση, όπως περιγράφεται στο επόµενο κεφάλαιο 6. Στο τελευταίο τµήµα του παρόντος κεφαλαίου περιλαµβάνεται µια περιγραφή τυπικής λειτουργίας των πρακτόρων αυτών µέσω ενός σεναρίου συνεργασίας τους. 5.1 Τεχνολογικές επιλογές για την υλοποίηση του περιβάλλοντος MATS. Όπως γίνεται φανερό από την περιγραφή της αρχιτεκτονικής που έγινε στο προηγούµενο κεφάλαιο 4, το περιβάλλον MATS θα πρέπει να ικανοποιεί τις εξής τουλάχιστον απαιτήσεις: Θα πρέπει να υποστηρίζει εκπαιδευτικά συστήµατα που βασίζονται στο διαδίκτυο για την παρουσίαση του εκπαιδευτικού υλικού και αλληλεπίδραση µε τους χρήστες τους. Θα πρέπει να είναι ανοιχτό περιβάλλον και να χρησιµοποιεί ανοιχτά πρωτόκολλα επικοινωνίας, αφού τα εκπαιδευτικά συστήµατα που το χρησιµοποιούν δεν είναι εκ των προτέρων γνωστά.

171 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS 163 Η υλοποίηση των πρακτόρων θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν ανεξάρτητη αρχιτεκτονικής υπολογιστή, λειτουργικού συστήµατος και περιβάλλοντος ανάπτυξης. Θα πρέπει να υποστηρίζει εύκολη συνεργασία τόσο µε τους φυλλοµετρητές διαδικτύου που είναι οι κύριοι φορείς της αλληλεπίδρασης του µαθητή µε το εκπαιδευτικό σύστηµα, όσο και µε τους εξυπηρετητές του διαδικτύου που υποστηρίζουν τη λειτουργία των εκπαιδευτικών συστηµάτων. Η επιλογή της γλώσσας προγραµµατισµού Java για την ανάπτυξη του πειραµατικού πρωτοτύπου ανταποκρίνεται στις παραπάνω απαιτήσεις. Συγκεκριµένα, τα χαρακτηριστικά της Java που περιγράφονται παρακάτω, απετέλεσαν τα κριτήρια µε βάση τα οποία επελέγη ως πλατφόρµα υλοποίησης της αρχιτεκτονικής ΜATS : Η εκτέλεση των προγραµµάτων Java γίνεται σε µία εικονική αρχιτεκτονική συστήµατος (Java Virtual Machine JVM), η οποία έχει ήδη υλοποιηθεί στα περισσότερα σύγχρονα λειτουργικά συστήµατα Έτσι ο κώδικας Java διατηρεί ανεξαρτησία από το λειτουργικό σύστηµα. Παρέχεται υποστήριξη, µέσω κατάλληλων βιβλιοθηκών, για την ανάπτυξη εφαρµογών διαδικτύου και γενικότερα κατανεµηµένων εφαρµογών. Η ενσωµάτωση των προγραµµάτων Java είναι εφικτή στο περιβάλλον του διαδικτύου στην πλευρά του πελάτη και του εξυπηρετητή αντίστοιχα. Η δυνατότητα αυτή παρέχεται από όλες τις παρούσες υλοποιήσεις τόσο των φυλλοµετρητών όσο και των διακοµιστών διαδικτύου. Η Java συνδέεται µέσω ενός συγκεκριµένου πρωτοκόλλου επικοινωνίας µε εφαρµογές που έχουν υλοποιηθεί σε άλλη γλώσσα προγραµµατισµού (π.χ. Ενδιάµεσο Java Native Interface JNI για τη σύνδεση µε τη γλώσσα προγραµµατισµού C). Είναι έτσι δυνατόν, τµήµατα λογισµικού που έχουν υλοποιηθεί στη Java στο µέλλον να υλοποιηθούν σε µία γλώσσα προγραµµατισµού µε καλύτερη απόδοση (όπως η γλώσσα προγραµµατισµού C). Ευκολία ανάπτυξης λογισµικού. H Java είναι γλώσσα προγραµµατισµού υψηλού επιπέδου µε εύκολο συντακτικό και προσφέρει µεγάλες δυνατότητες για γρήγορη παραγωγή κώδικα και κατά συνέπεια την κατασκευή ενός ερευνητικού πρωτοτύπου, όπως αυτό που περιγράφεται εδώ.

172 164 Συγκρινόµενη µε εναλλακτικές επιλογές για την ανάπτυξη κατανεµηµένων εφαρµογών βασισµένες στο διαδίκτυο (όπως οι Common Object Request Broker Architecture CORBA, Distributed Component Object Model DCOM, Netscape Server API NSAPI, Microsoft Internet Server API ISAPI ) προτιµήθηκε η υλοποίηση µε Java servlets. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται ενιαίο πρωτόκολλο επικοινωνίας HTTP τόσο για τη µεταφορά του εκπαιδευτικού υλικού όσο και για την επικοινωνία των εκπαιδευτικών πρακτόρων. Ενιαίο είναι και το σύνολο των διεπιφανειών συνεργασίας. Το περιβάλλον αλληλεπίδρασης του µαθητή µε το εκπαιδευτικό σύστηµα, η διεπιφάνεια ερωτήσεων, παρουσίασης των αποτελεσµάτων καθώς και παρακολούθησης του δανειζόµενου εκπαιδευτικού υλικού γίνεται µέσω του φυλλοµετρητή διαδικτύου. Βεβαίως η επιλογή αυτή είχε ως συνέπεια την υλοποίηση κάποιων υπηρεσιών, όπως αυτές του διαµεσολαβητή, οι οποίες παρέχονται έτοιµες από αντίστοιχα περιβάλλοντα όπως τα CORBA και DCOM. Όµως ο πειραµατικός χαρακτήρας του πρωτοτύπου και η ανάγκη ευελιξίας κατά τη φάση του πειραµατισµού µας οδήγησαν στην ανάπτυξη τους µε την τεχνολογία που περιγράφεται εδώ, υφιστάµενοι µεν το υψηλό κόστος της εξ αρχής ανάπτυξης του σύνθετου αυτού περιβάλλοντος, έχοντας όµως το πλεονέκτηµα της ανεξαρτησίας και ευελιξίας που παρέχει. Η αλληλεπίδραση του µαθητή µε το εκπαιδευτικό σύστηµα στην υλοποίηση της µεταφράζεται στην υιοθέτηση µίας τεχνολογίας που να υποστηρίζει την επικοινωνία του φυλλοµετρητή διαδικτύου και ενός διακοµιστή διαδικτύου. Η πιο διαδεδοµένη τεχνολογία για την αποστολή δεδοµένων και την επικοινωνία µέσω διαδικτύου είναι το πρωτόκολλο CGI. Άλλοι µηχανισµοί περιλαµβάνουν to FastCGI, και συγκεκριµένα API όπως το ISAPI, Active Server Pages ASP. Οι τεχνολογικές αυτές προσεγγίσεις έχουν ως κοινό χαρακτηριστικό ότι η υλοποίηση τους είναι για συγκεκριµένη αρχιτεκτονική. Η υιοθέτηση όµως µίας τέτοιας κλειστής τεχνολογίας έρχεται σε αντίθεση µε τον ανοιχτό χαρακτήρα της προτεινόµενης κατανεµηµένης αρχιτεκτονικής. Μια εναλλακτική προσέγγιση παρέχεται µε τη χρήση των Java Servlets. Τα Java servlets είναι τµήµατα λογισµικού Java που επεκτείνουν τη βασική λειτουργία ενός γενικού τύπου διακοµιστή διαδικτύου. Εκτελούνται στο περιβάλλον του διακοµιστή, προσφέροντας µια επιπλέον υπηρεσία πέρα από την µεταφορά ιστοσελίδων στους φυλλοµετρητές. Η επικοινωνία στηρίζεται στο πρωτόκολλο επικοινωνίας Java Server API. Αποτελούν µία ελκυστική επιλογή και παρουσιάζουν πλεονεκτήµατα τα οποία πηγάζουν από το γεγονός ότι είναι εφαρµογές που

173 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS 165 εκτελούνται στην εικονική αρχιτεκτονική Java. Σε αυτά περιλαµβάνονται η ανεξαρτησία της πλατφόρµας υλοποίησης, η απουσία διαρροών µνήµης και η ασφάλεια στην απρόσκοπτη λειτουργία του διακοµιστή ακόµη και αν παρατηρηθεί σφάλµα κατά την εκτέλεση τους. (Baylor et al., 2000) Η χρήση της Java δεν κρίνει απαγορευτική τη χρήση µίας πιο πρόσφατης και πιο αποδοτικής υλοποίησης από άποψη επιδόσεων όπως αυτή κρίνεται από πολλούς. Η µεταφορά του περιβάλλοντος MATS στην αρχιτεκτονική CORBA που αποτελεί δηµοφιλές πρότυπο υλοποίησης κατανεµηµένων εφαρµογών, είναι δυνατό να γίνει όπως περιγράφεται στην εργασία (Σολωµός, Θραµπουλίδης, Αβούρης 2000). 5.2 Η τεχνολογία των Java servlets Εισαγωγή Η τεχνολογία των Java Servlets προσφέρει στους µηχανικούς ανάπτυξης εφαρµογών διαδικτύου έναν απλό και συνεκτικό µηχανισµό για την επέκταση των λειτουργικών χαρακτηριστικών ενός διακοµιστή διαδικτύου. Ένα servlet µπορεί κανείς να το παροµοιάσει µε ένα applet που εκτελείται στον διακοµιστή και δεν διαθέτει γραφικό ενδιάµεσο (Sun, 2000). Τα servlets βασίζονται στη γλώσσα προγραµµατισµού Java και αποτελούν εναλλακτική λύση για την ανάπτυξη εφαρµογών διαδικτύου ξεπερνώντας τα προβλήµατα απόδοσης του κοινά χρησιµοποιούµενου πρωτοκόλλου CGI. Σε αντίθεση µε τους ιδιοκτησιακού τύπου µηχανισµούς επέκτασης των διακοµιστών διαδικτύου (Netscape Server API, επεκτάσεις Apache, ISAPI) τα servlets παρέχουν ανεξαρτησία τόσο στο επίπεδο του διακοµιστή όσο στο περιβάλλον ανάπτυξης. Το πλεονέκτηµα αυτό οδηγεί την ελευθερία επιλογής εργαλείων για το µηχανικό για την ανάπτυξη εφαρµογών διαδικτύου. Κατά συνέπεια υποστηρίζεται το ανοιχτό χαρακτηριστικό του περιβάλλοντος συνεργασίας MATS και η δυνατότητα ενσωµάτωσης ετερογενών εκπαιδευτικών συστηµάτων. Την παρούσα στιγµή η τεχνολογία των servlets αποτελεί δηµοφιλής επιλογή µε δυνατότητα συνεργασίας µε την πλειοψηφία των διακοµιστών (Apache, iplanet, Microsoft IIS, BEA WebLogic Application Server, IBM WebSphere και άλλους). Ένα σηµαντικό πλεονέκτηµα που συνηγορεί στην παραπάνω επιλογή είναι ότι τα servlet έχουν πρόσβαση στο σύνολο των ενδιαµέσων APIs που προσφέρει η Java συµπεριλαµβανοµένου και του πρωτοκόλλου JDBC για τη σύνδεση µε υπάρχουσες

174 166 βάσεις δεδοµένων. Επιπλέον µπορούν να υποκαταστήσουν τις βασικές κλήσεις του πρωτοκόλλου HTTP υποκαθιστώντας παλαιότερες, υπάρχουσες υλοποιήσεις βασισµένα σε άλλους µηχανισµούς επέκτασης. Τα servlets υποστηρίζουν όλες τις περισσότερες υπηρεσίες που προσφέρει ένας γενικός διακοµιστής όπως οι HTTP, FTP, DHCP και SMTP. Μπορούν να αντικαταστήσουν υπάρχοντες υλοποιήσεις για την κλήση υπηρεσιών αφήνοντας την ελευθερία στο µηχανικό να υποκαταστήσει τις βασικές λειτουργίες του διακοµιστή ή και να τις επεκτείνει. Τα Servlets είναι αυτές οι υπολογιστικές οντότητες που ανταποκρίνονται σε αιτήµατα των παραπάνω πρωτοκόλλων. Η κλήση τους πραγµατοποιείται από µια ιστοσελίδα τύπου HTML και µπορούν να δεχτούν δεδοµένα εισόδου από οποιοδήποτε φυλλοµετρητή διαδικτύου. Σχήµα 25. Η οργάνωση σε servlets υπηρεσιών ενός διακοµιστή διαδικτύου. Τα παραπάνω χαρακτηριστικά των Java servlets οδήγησαν στην επιλογή της τεχνολογίας αυτής για την υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων Στοιχεία της αρχιτεκτονικής των servlets Η δηµιουργία των Java servlets ακολουθεί τη διαδικασία που ακολουθείται για κάθε πρόγραµµα Java applet επεκτείνοντας µία από τις κλάσεις servlet σύµφωνα µε το πρότυπο προγραµµατισµού Java Servlet API. Το σύνολο κλάσεων που επιτρέπουν την δηµιουργία Java servlets αποκαλείται Java Servlet API και αποτελεί µία βιβλιοθήκη-επέκταση της Java. Η βασική αφαίρεση του προτύπου είναι η κλάση servlet. Με τις κατάλληλες επεκτάσεις της γενικής κλάσης ο µηχανικός υλοποιεί ένα servlet κατάλληλο για κάθε υπηρεσία. Η διεπαφή υπηρεσίας (service) του Servlet αποτελεί την κυριότερη αφαίρεση στο περιβάλλον επικοινωνίας του Java Servlet Development Kit. Όλα τα servlets

175 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS 167 χρησιµοποιούν τη διεπαφή αυτή ως το βασικότερο τρόπο επικοινωνίας τους µε το περιβάλλον είτε άµεσα είτε συχνότερα, µε την επέκταση µιας ειδικής κατηγορίας (HttpServlet) για τη χρήση του πρωτοκόλλου http. Για την υποστήριξη της υπηρεσίας Http, η γενική κλάση παρέχει δυο διεπαφές µε τη βοήθεια των οποίων επεξεργάζεται την αίτηση http και απαντά κατάλληλα δηµιουργώντας µια σελίδα html αντίστοιχα. Οι διαπαφές αυτές είναι η ServletRequest και η ServletResponse αντίστοιχα. Servlet Generic servlet Http Servlet MyServlet Σχήµα 26. Η κλάση servlet του προτύπου Java Servlet ΑPI Η διεπαφή ServletRequest επιτρέπει την πρόσβαση του servlet στις πληροφορίες εισόδου. Παρέχει την πρόσβαση στο ρεύµα εισόδου ServletInputStream, µέσω του οποίου το servlet παίρνει τα στοιχεία από τους φυλλοµετρητές (αποστολή δεδοµένων µε τους τρόπους GET ή POST για το πρωτόκολλο http). H επέκταση της γενικής διεπαφής HttpServletRequest, επεξεργάζεται τις αιτήσεις του πρωτόκολλου HTTP. Η διεπαφή ServletResponse δίνει τη δυνατότητα της απόκρισης του servlet στις αιτήσεις Επιτρέπει στο servlet να θέσει το µέγεθος και τύπο οργάνωσης της εξόδου (mime), τον τύπο της απάντησης, και παρέχει ένα ρεύµα εξόδου (ServletOutputStream), µέσω του οποίου το servlet µπορεί να στείλει τα δεδοµένα της απάντησης. Η διεπαφή HttpServletResponse που είναι επέκταση της γενικής µεθόδου, περιέχει επιτρέπει στο servlet να χειριστεί την παρουσίαση των δεδοµένων εξόδου µέσω του πρωτοκόλλου επικοινωνίας HTTP και τη δηµιουργία ιστοσελίδων Σενάριο χρήσης ενός servlet Στη διάρκεια ζωής ενός servlet περιλαµβάνονται τα γεγονότα της δηµιουργίας, της αρχικοποίησης, της εξυπηρέτησης αιτήσεων και της αποδέσµευσης του. Η αρχικοποίηση και η διαδικασία φόρτωσης του γίνεται µε δυναµικό τρόπο και µόνο όταν χρειαστεί να εκτελεστεί για την εξυπηρέτηση αίτησης. Μετά την πρώτη κλήση του, παραµένει ενεργό. Η τοποθεσία του servlet µπορεί να είναι στον τοπικό

176 168 εξυπηρετητή ή σε κάποια τοποθεσία του διαδικτύου. Όταν µια υπηρεσία αρχικοποιεί ένα servlet, εκτελεί τη µέθοδο init(). Η διαδικασία αυτή εκτελείται µόνο την πρώτη φορά που καλείται το servlet εκτός αν το servlet ξαναφορτωθεί. Client Browser Http request Html page Servlet Request Servlet Response Web Server Servlet Σχήµα 27. Η επικοινωνία της γενικής κλάσης servlet µε το φυλλοµετρητή. Μετά από τη διαδικασία φόρτωσης και αρχικοποίησης του servlet είναι έτοιµο να εξυπηρετήσει τα αιτήµατα των πελατών µε τη γενική µέθοδο service(). Το αίτηµα κάθε πελάτη καλεί τη µέθοδο αυτή και του επιτρέπεται να εκτελεστεί παράλληλα σε ένα ξεχωριστό νήµα (thread). Για τις περιπτώσεις συγχρονισµού πολλαπλών αιτήσεων υποστηρίζεται και το µοντέλο ενός µόνο νήµατος (διεπαφή SingleThreadModel). Για την περίπτωση της επικοινωνίας µέσω HTTP, χρησιµοποιούνται µέθοδοι ανάλογες µε τον τρόπο αποστολής των δεδοµένων (doget(), dopost()) ενώ η λήψη των δεδοµένων εισόδου γίνεται µε τη µέθοδο getparameter(). Τέλος, η αποδέσµευση του servlet πραγµατοποιείται µε τη µέθοδο dodelete() Το περιβάλλον ανάπτυξης και εκτέλεσης των servlets. Το περιβάλλον ύπαρξης των servlet είναι είτε ένας εξυπηρετητής ειδικά φτιαγµένος για αυτό το σκοπό, είτε ένας εξυπηρετητής διαδικτύου (Web Server), που επιπλέον έχει τη δυνατότητα να εκτελέσει και servlets µε τη προσθήκη της κατάλληλης βιβλιοθήκης. Ο εξυπηρετητής διαδικτύου που χρησιµοποιήθηκε για την ανάπτυξη του συστήµατος πολλαπλών εκπαιδευτικών πρακτόρων είναι ο Vqserver της Vqsoft ( Πρόκειται για έναν εξυπηρετητή (web server) που έχει επιπλέον τη δυνατότητα και για την εκτέλεση servlets. Το παραπάνω λογισµικό είναι

177 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS 169 γραµµένο σε γλώσσα προγραµµατισµού Java και η διάθεση του είναι ελεύθερη. Ο συγκεκριµένος διακοµιστής εκτελείται στο περιβάλλον της εικονικής αρχιτεκτονικής Java. Η επιλογή του έγινε γιατί προσφέρει τη δυνατότητα εγκατάστασης του σε οποιοδήποτε λειτουργικό σύστηµα έχει τη δυνατότητα να εκτελέσει κώδικα Java, η εγκατάσταση του εξυπηρετητή είναι πολύ εύκολη, το µέγεθος της απαιτούµενης µνήµης είναι πολύ µικρό και εποµένως είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για πειραµατισµό όπως αυτός που περιγράφεται εδώ. Web Server Http Protocol Student Educational Node #1 EACL Http Protocol Web Server Educational node #2 Σχήµα 28. Γενική αρχιτεκτονική του συστήµατος MATS 5.3 Η διασύνδεση µε βάσεις δεδοµένων µε το πρωτόκολλο JDBC Μια απαίτηση των περισσοτέρων σύγχρονων εφαρµογών είναι η ενσωµάτωση κάποιας σχεσιακής βάσης δεδοµένων, στην οποία αποθηκεύονται και από την οποία ανακτώνται οργανωµένες εγγραφές. Στα πλαίσια της αρχιτεκτονικής MATS έχει ήδη αναφερθεί η ανάγκη ενσωµάτωσης βάσεων δεδοµένων στον Broker Agent και στους εκπαιδευτικούς πράκτορες. Ένα διαδεδοµένο ενδιάµεσο µεταξύ της Java και σχεσιακών βάσεων δεδοµένων είναι το πρωτόκολλο JDBC. Το πρωτόκολλο αυτό ορίστηκε πρόσφατα (Hamilton & Catell, 1997) επιτρέπει δε στις εφαρµογές Java να αλληλεπιδρούν µε σχεσιακές βάσεις δεδοµένων. Το JDBC υλοποιείται από ένα σύνολο κλάσεων και ενδιαµέσων που είναι γραµµένα στη γλώσσα προγραµµατισµού Java. Χρησιµοποιώντας το πρωτόκολλο JDBC, είναι δυνατό κάποιος να εκτελέσει ερωτήµατα σε απευθύνονται σε κάποια διασυνδεδεµένη σχεσιακή βάση δεδοµένων. Το ενδιάµεσο αυτό είναι ανεξάρτητο του DBMS. To JDBC περιέχει προδιαγραφές για οδηγούς (drivers) των βάσεων δεδοµένων, µέσω του driver manager. Μέσου του µηχανισµού αυτού επιτρέπεται σε µια εφαρµογή να έχει πρόσβαση ταυτοχρόνως σε διαφορετικές βάσεις δεδοµένων µέσω διαφορετικών drivers. To JDBC είναι

178 170 βασισµένο στην Structured Query Language SQL (ISO/IEC 1999) και το Χ/Open Call Level Interface CLI. Η SQL είναι µια γλώσσα ήδη αποδεκτή και χρησιµοποιείται για πολλά χρόνια καθώς είναι συνυφασµένη µε τη δοµή των σχεσιακών βάσεων δεδοµένων, ενώ το CLI είναι ευρέως γνωστό για τις υλοποιήσεις του στο ODBC, προϊόν της Microsoft. Η διαδικασία αλληλεπίδρασης µε µία βάση δεδοµένων περιλαµβάνει τρεις βασικές λειτουργίες: Σύνδεση µε τη βάση δεδοµένων Αποστολή SQL ερωτηµάτων Επεξεργασία των αποτελεσµάτων Με το πρωτόκολλο JDBC υποστηρίζονται τόσο two-tier όσο και three-tier µοντέλα για τη σύνδεση µε τη βάση δεδοµένων. Στην αρχιτεκτονική MATS χρησιµοποιήθηκε το µοντέλο two-tier όπου εφαρµογή και δεδοµένα βρίσκονται σε διαφορετικές τοποοθεσίες στον ίδιο ή σε άλλο υπολογιστή. Servlet JDBC DBMS protocol DBMS Σχήµα 29 Η αρχιτεκτονική δύο επιπέδων για τη σύνδεση µε τη βάση δεδοµένων. Στην υλοποίηση του περιβάλλοντος MATS χρησιµοποιήθηκε το JDBC πρωτόκολλο για τη σύνδεση βάσεων δεδοµένων οι οποίες υλοποιήθηκαν µε την MS Access. 5.4 Βάσεις δεδοµένων της υλοποίησης MATS Στην ενότητα αυτή θα περιγραφεί περιληπτικά η υλοποίηση των βάσεων δεδοµένων του πράκτορα µεσολαβητή και εκπαιδευτικού πράκτορα, στις οποίες εφαρµόστηκε το πρωτόκολλο JDBC που αναφέρθηκε στην προηγούµενη ενότητα Η βάση δεδοµένων του µεσολαβητή πράκτορα Όπως αναφέρθηκε στο κεφάλαιο 4, ο µεσολαβητής πράκτορας περιέχει πληροφορίες για τους εκπαδευτικούς πράκτορες που έχουν εγγραφεί σε αυτόν. Οι πληροφορίες αυτές είναι αναγκαίο να οργανωθούν σε µια σχεσιακή βάση δεδοµένων,

179 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS 171 αφού δυνητικά ο όγκος τους µπορεί να είναι σηµαντικός, αφού είναι ανάλογος µε τον αριθµό των συνδεδεµένων εκπαιδευτικών πρακτόρων. Στη σχεσιακή βάση περιέχονται επίσης εκτός από τα µετα-δεδοµένα περιγραφής των εκπαιδευτικών πρακτόρων και ένα λεξικό εννοιών που επιτρέπει την αντιστοίχιση µεταξύ συνωνύµων εννοιών που χρησιµοποιούνται από διαφορετικούς εκπαιδευτικούς πράκτορες. Στο λεξικό εννοιών περιέχεται το σύνολο όλων των εννοιών που διαπραγµατεύεται το σύνολο των εκπαιδευτικών πρακτόρων και χρησιµοποιείται για τον εντοπισµό κοινών εννοιών σε αυτά. Το διάγραµµα οντοτήτων συσχετίσεων της βάσης δεδοµένων του µεσολαβητή περιλαµβάνει τόσο τη µετα-πληροφορία των εκπαιδευτικών πρακτόρων όσο και το λεξικό εννοιών. Τα µεταδεδοµένα περιλαµβάνουν χαρακτηριστικά που περιγράφουν ένα εκπαιδευτικό σύστηµα µε βάση την τεχνολογία υλοποίησης, τον τρόπο χρήσης του εκπαιδευτικού υλικού, παιδαγωγικά χαρακτηριστικά, την ταξινόµηση του γνωστικού αντικειµένου µε βάση το ACM classification scheme. Οδηγό για τη σχεδίαση της βάσης δεδοµένων αποτελεί η περιγραφή της οντολογίας του εκπαιδευτικού και του µεσολαβητή πράκτορα όπως αυτό καλύπτεται στο κεφάλαιο Η βάση δεδοµένων του εκπαιδευτικού πράκτορα Σε κάθε εκπαιδευτικό πράκτορα περιλαµβάνεται η περιγραφή του περιεχοµένου του εκπαιδευτικού συστήµατος που αντιπροσωπεύει. Το εκπαιδευτικό υλικό αναπαρίσταται µε βάση την κοινά αποδεκτή οντολογία του εκπαιδευτικού πράκτορα. Το υλικό αυτό αναπαρίσταται σε δύο επίπεδα: - Στο επίπεδο που χαρακτηρίζει το εκπαιδευτικό υλικό από παιδαγωγικής άποψης - Στο επίπεδο υλοποίησης του εκπαιδευτικού υλικού και των χαρακτηριστικών του.

180 172 Copyright restrictions Cost Name Synony ms Concepts covered ID Usage Discipline Sub- Discipline Keywords m includes 1 Educational Agent 1 Science Language Publish er General Metadata 1 1 is described by Taxonomy Pedagogical Attributes Semantic density Name Author Date URL Technical Metadata Installation remarks Academic level Duration Difficulty level Requirements Document handle Network status Size Σχήµα 30. Το ER διάγραµµα αναπαράστασης της οντολογίας του ΒΑ Όσον αφορά το πρώτο επίπεδο, το υλικό του εκπαιδευτικού συστήµατος διαχωρίζεται σε τρία επίπεδα: (α) εκπαιδευτικών ενοτήτων, (β) εννοιών και (γ) εκπαιδευτικών µικροενεργειών. Το δεύτερο επίπεδο ασχολείται µε τη συσχέτιση του εκπαιδευτικού υλικού µε τις υλοποιηµένες εκπαιδευτικές µονάδες που ονοµάζονται ψηφιακές γνωστικές µονάδες. Το διάγραµµα οντοτήτων συσχετίσεων που περιγράφει τη βάση δεδοµένων περιέχει και τα δύο επίπεδα αναπαράστασης (διάγραµµα οντοτήτων συσχετισµών του εκπαιδευτικού υλικού). Επιπλέον κάθε ΕΑ αναπαριστά τα µοντέλα εµπιστοσύνης για τους άλλους ΕΑ. Η αξιολόγηση των υποψήφιων λύσεων από άλλους ΕΑ στηρίζεται στην αξιολόγηση της λύσης από τον υποψήφιο ΕΑ, στην αξιολόγηση του BA για τους υποψήφιους ΕΑ και την αξιολόγηση των µαθητών για το εκπαιδευτικό υλικό των υποψήφιων ΕΑ. (διάγραµµα οντοτήτων συσχετικσµών των έµπιστων πρακτόρων).

181 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS 173 Number Id Name Url Section n Requirements is consisted of Name 1 Science Educational System Discipline Sub- Discipli ne Difficulty Difficulty m has n Concept 1 Id Dependance Dependance Name has Name Size DIU 1 is implemented 1 n Id Id Url Requirem ent Microfunction Name Type Dependance Difficulty Σχήµα 31. ιάγραµµα οντοτήτων συσχετισµών της οντολογίας του ΕΑ (εκπαιδευτικό υλικό) Η αξιολόγηση της υποψήφιας λύσης από τους ίδιους τους EA στηρίζεται σε δύο τιµ ές. Η πρώτη καθορίζει το επίπεδο εκπλήρωσης των προτιµήσεων του ερωτήµατος, ενώ η δεύτερη το επίπεδο λεπτοµέρειας της απάντησης (µικροενέργειας, έννοιας ή ενότητας αντίστοιχα). Η αξιολόγηση του µ εσολαβητή για τους υποψήφιους εκπαιδευτικούς πράκτορες βασίζεται σε δύο παράγοντες. Ο πρώτος αφορά την ταξινόµηση των εκπαιδευτικών συστηµάτων και στη σύγκριση του ερωτώντα και του ερωτόµενου εκπαιδευτικού συστήµατος. Ο δεύτερος στο βαθµό εκπλήρωσης των προτιµήσεων του χρήστη για το επιθυµητό εκπαιδευτικό υλικό, σε σύγκριση µε τα τεχνολογικά χαρακτηριστικά του υποψήφιου εκπαιδευτικού συστήµατος. 5.5 Σενάριο συνεργασίας στο περιβάλλον MATS Στα πλαίσια επίδειξης της αρχιτεκτονικής MATS, υλοποιήθηκε ένα εκτεταµένο πείραµα συνεργασίας εκπαιδευτικών πρακτόρων. Στο σύστηµα πολλαπλών εκπαιδευτικών πρακτόρων του συγκεκριµένου πειράµατος ενσωµατώθηκαν τρία γνωστικά αντικείµενα που έλαβαν τη µορφή ξεχωριστών εκπαιδευτικών πρακτόρων: (α) Το πρώτο από αυτά αφορά τ

182 174 Discipline Science Net status Date Plugin Language Difficulty Grade 1 Grade 2 Agent URL Question id Eduational Agents' Bids Question Agent id 1 Bid Results Results to Sub-Disc ipline Agent id m Keyword Broker id Taxonomy Estimation m Micro function type Agent id 1 Broker Evaluation qid n has concludes to p 1 Estimations Agent id General Estimation 1 Estimation value Link k Interactivity Language Estimation Sum Broker EACL messages Estimation value Descripti on Title Student Evaluations Student Evaluation Evaluation (relativity) Student id Agent id Evaluation (help) Σχήµα 32. ιάγραµµα οντοτήτων συσχετισµών της οντολογίας του ΕΑ (µοντέλο έµπιστων πρακτόρων) ην εκµάθηση της γλώσσας προγραµµατισµού C σε θεωρητικό επίπεδο (HERMESC), (β) Tο δεύτερο γνωστικό αντικείµενο είναι το On-line βιβλίο εκµάθησης της γλώσσας προγραµµατισµού Java (Sun s Java Book) που βρίσκεται στο δικτυακό τόπο της Sun. (γ) Tο τρίτο γνωστικό αντικείµενο είναι ένα σύστηµα αυτο-αξιολόγησης της γνώσεως του µαθητή στη γλώσσα προγραµµατισµού Java που περιλαµβάνει ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής και υλοποιήθηκε στο περιβάλλον ανάπτυξης εκπαιδευτικού υλικού Infotronic (Tselios et al.,2000). Το HermesC και το Infotronic είναι αποτέλεσµα ερευνητικής προσπάθειας οµάδων του εργαστηρίου ηλεκτρονικών υπολογιστών του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστηµίου Πατρών. Σε γενικές γραµµές το σενάριο που περιγράφεται στη συνέχεια, έχει ως στόχο τη µελέτη της συνεργασίας των τριών εκπαιδευτικών συστηµάτων όπου ο εκπαιδευόµενος αλληλεπιδρ ά µε έναν απ ό αυτούς και οι άλλοι συνδράµουν για

183 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS 175 βοήθεια. Οι δύο εκ των εκπαιδευτικών κόµβων που έχουν ως αντικείµενο την διδασκαλία της Java παρουσιάζουν συµπληρωµατικότητα, ενώ στο γνωστικό αντικείµενο της γλώσσας C µε την οποία ασχολείται ο τρίτος εκπαιδευτικός κόµβος υπάρχουν πολλές κοινές λέξεις κλειδιά µε τους άλλους δύο χρησιµεύοντας για παράδειγµα από άλλο γνωστικό αντικείµενο. Ερώτηση (3) Μεσολαβητής πράκτορας Ερώτηση (3) Ερώτηση (2) Ενηµέρωση Απαντήσεων (3) Εκπαιδευτικός πράκτορας 3 Υποψηφιότητα (4) Εκπαιδευτικός πράκτορας 1 Υποψηφιότητα (4) Εκπαιδευτικός πράκτορας 2 Επιλογή Εκπαιδευτικού συστήµατος (6) ΕΣ 1 Ερώτηση (1) Αίτηση για εκπ. υλικό (8) Αποτελέσµατα (5) Σύνδεση µε το Εκπαιδευτικό σύστηµα(7) Εκπ. Υλικό (8) ιεπιφάνεια Ερώτησης Βαθµός (9) ΕΣ 2 Αποτελέσµατα Ερώτησης Βαθµολογία Εκπ. Υλικού Σχήµα 33. Περιγραφή το υ σενάριου συνεργασίας Σύντοµη περιγραφή του σεναρίου συνεργασίας Το σενάριο συνεργασίας περιλαµβάνει τις εξής τρεις επιµέρους φάσεις : Πρώτη Φάση : ηµιουργία ενός ερωτήµατος από το µαθητή µε τη χρήση της διεπιφάνειας ερωτήσεων και προώθηση του στο τµήµα επικοινωνίας του εκπαιδευτικού πράκτορα EA (βήµα 1). Έλεγχος των δεδοµένων της ερώτησης του µαθητή, συµπλήρωση των στοιχείων της ερώτησης, δηµιουργία του µηνύµατος-ερώτησης και προώθηση του στον µεσολαβητή πράκτορα BA (βήµα 2).

184 176 Προώθηση του µηνύµατος-ερωτήµατος από το µεσολαβητή στους εκπαιδευτικούς πράκτορες EAi που µπορούν να απαντήσουν το ερώτηµα (βήµα 3). Αποστολή µηνύµατος-αξιολόγησης (των εκπαιδευτικών πρακτόρων ΕΑi) από τον ΒΑ στον ΕΑ (βήµα 3). Τρίτη Φάση : Επιλογή του εκπαιδευτικού πράκτορα EAw και της αντίστοιχης πρότασης από τον µαθητή. (βήµα 6) Σύνδεση του µαθητή µε το εκπαιδευτικό σύστηµα ESw που αντιπροσωπεύεται από τον EAw (βήµα 7). Αλληλεπίδραση του µαθητή µε το ESw και το εκπαιδευτικό υλικό (βήµα 8). Προαιρετική αξιολόγηση του εκπαιδευτικού υλικού που προέρχεται από το ESw από το µαθητή µε τη βοήθεια της διεπιφάνειας αξιολόγησης εκπαιδευτικού υλικού. Επανάληψη της διαδικασίας δανεισµού εκπαιδευτικού υλικού (βήµα 9). Τερµατισµός της διαδικασίας συνεργασίας και επαναφορά του µαθητή στην προηγούµενη εκπαιδευτική διαδικασία του εκπαιδευτικού συστήµατος ES (µε την παρέµβαση του µαθητή) Πρώτη φάση συνεργασίας: ηµιουργία και προώθηση του ερωτήµατος µαθητή Ας υποθέσουµε ότι ο µαθητής χρησιµοποιεί την διεπιφάνεια ερωτήσεων για να ζητήσει µια αντίστοιχη εκπαιδευτική µικροενέργεια µε αυτή που ήδη παρακολουθεί στα πλαίσια αλληλεπίδρασης του µε κάποιο σύστηµα παροχής από απόσταση εκπαίδευσης. Ας υποθέσουµε προς χάριν του παραδείγµατος µας ότι ο µαθητής ζητάει υλικό µε χαµηλότερο επίπεδο δυσκολίας, αφού δεν έχει κατανοήσει επαρκώς αυτό που µόλις έχει µελετήσει. Τούτο συνεπάγεται τη δηµιουργία ενός ερωτήµατος που απευθύνεται προς τους υπόλοιπους διαθέσιµους εκπαιδευτικούς πράκτορες (ΕΑ i, i=1 έως k). Το αίτηµα του χρήστη µεταφέρεται στο τµήµα επικοινωνίας του ΕΑ που εκπαιδευτικού πράκτορα µε τον οποίο αλληλεπιδρά ο συγκεκριµένος µαθητής. Με βάση το είδος του ερωτήµατος και τα δεδοµένα της εκπαιδευτικής κατάστασης δηµιουργείται το µήνυµα-ερώτηµα. Η κατασκευή του ερωτήµατος βασίζεται στα δεδοµένα που προέρχονται από τα υποσυστήµατα εκπαιδευτικής κατάστασης και

185 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS 177 ερώτησης (διεπιφάνεια ερώτησης). Το µήνυµα κατασκευάζεται και απευθύνεται στον διαµεσολαβητή πράκτορα ΒΑ (Βήµα 2). Ένα παράδειγµα ενός τέτοιου ερωτήµατος είναι το παρακάτω: 1 Ask for relevant course (From: tutora,to:brokera, performative_id=1234, Lesson: C, concept: loop, microfunction type:description, difficulty:easy.) Εκπαιδευτικός πράκτορας 1 Ερώτηση (Βήµα 2) Ενηµέρωση (Βήµα 3) ιαµεσολαβητής πράκτορας Ερώτηση (Βήµα 3) Html εδοµένα Ερώτησης (Βήµα 1) Ερώτηση (Βήµα 3) Εκπαιδευτικός πράκτορας 2 Φυλλοµετρητής ΕΣ1 Εκπαιδευτικός πράκτορας 3 ιεπιφάνεια ερώτησης Σχήµα 34. Πρώτη φάση του σεναρίου συνεργασίας Ο διαµεσολαβητής αναζητά στην βάση δεδοµένων των καταγεγραµµένων εκπαιδευτικών πρακτόρων, αυτά που µε βάση την µετα-περιγραφή τους είναι υποψήφια να ικανοποιήσουν το σχετικό ερώτηµα. Τα επιλεγέντα συστήµατα είναι σχετικά µε αυτό που έκανε την ερώτηση (βασιζόµενος στην περιγραφή µε βάση την οντολογία) απαντά σε αυτό που ρώτησε πόσες απαντήσεις να περιµένει και από ποια εκπαιδευτικά περιβάλλοντα, και ταυτόχρονα µεταδίδει το ερώτηµα στα υποψήφια για συνεργασία περιβάλλοντα (bidders). Μηνύµατα µε αριθµό 2,3,4,5 ) (Σχήµα 34). 2. Service done ( From: BrokerA, To: TutorA, Reply to:none, performative_id=1234,bidder number: 3, {tutor2, relativity:2/3},{tutor3, relativity:3/3},{tutor4, relativity:2/3} ) 3. Contract request { From:BrokerA, To: TutorB, Reply_to_Agent:tutorA, performative_id=1234,lesson:c, concept:loop, microfunction type :description, difficulty:easy) 4. Contract request { From:BrokerA, To: TutorC, Reply_to_Agent: tutora, performative_id=1234, Lesson:C, concept:loop, microfunction:description, difficulty:easy) 5. Contract request { From:BrokerA, To: TutorD, Reply_to_Agent: tutora, performative_id=1234, Lesson:C, concept name:loop, microfunction:description, difficulty:easy)

186 εύτερη φάση σεναρίου συνεργασίας: Εξυπηρέτηση του ερωτήµατος από τους Ε. Σε αυτό το τµήµα του σεναρίου περιγράφεται η εξυπηρέτηση του ερωτήµατος σε κάθε ένα υποψήφιο ΕΑi, η συλλογή των απαντήσεων στον ΕA που έκανε το ερώτηµα, η αξιολόγηση τους καθώς και η παρουσίαση των αξιολογηµένων απαντήσεων. Εκπαιδευτικός πράκτορας 1 ιαµεσολαβητής πράκτορας HTML Υποψηφιότητα Στάδιο 4 Υποψηφιότητα Στάδιο 4 Παρουσίαση αποτελεσµάτων Στάδιο 5 Εκπαιδευτικός πράκτορας 2 Φυλλοµετρητής ΕΣ 1 Εκπαιδευτικός πράκτορας 3 ιεπιφάνεια ερώτησης Αποτελέσµατα Σχήµα 35. εύτερη φάση του σεναρίου συνεργασίας Τρίτη φάση σεναρίου συνεργασίας: Επιλογή επικρατέστερης λύσης. Η παρουσίαση των αποτελεσµάτων γίνεται µε βάση τη σειρά της συνολικής αξιολόγησης των απαντήσεων των υποψήφιων Ε. Στο σύνολο των αξιολογηµένων απαντήσεων γίνεται µια διαλογή εκείνων που έχουν την καλύτερη συνολική αξιολόγηση σε σχέση µε το σύνολο των αξιολογήσεων. Οι αξιολογήσεις πρέπει να υπερβάινουν ένα κάτω όριο, καθώς επίσης πρέπει να παρουσιάζεται ένας λογικός αριθµός λύσεων έτσι ώστε να διευκολύνεται στην επιλογή που θα κάνει ο χρήστης. Ο χρήστης µαθητής είναι ο τελικός κριτής και είναι αυτός που αφήνεται να επιλέξει την απάντηση που αυτός νοµίζει.

187 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS 179 Εκπαιδευτικός πράκτορας 1 ιαµεσολαβητής πράκτορας Ενηµέρωση Βαθµολόγησης Στάδιο 9 Εκπαιδευτικό υλικό Στάδιο 7 Αίτηση για εκπ. υλικό Στάδιο 7 Εκπαιδευτικός πράκτορας 2 Φυλλοµετρητής Μαθήµατος 1 Αποτελέσµατα Βαθµολόγηση εκπ. υλικού Στάδιο 8 Εκπαιδευτικός πράκτορας 3 ιεπιφάνεια ερώτησης ιεπιφάνεια Βαθµολογίας Σχήµα 36. Τρίτη φάση του σεναρίου συνεργασίας Η διεπιφάνεια ερωτήσεων (Βήµα 1) Το σενάριο συνεργασίας ξεκινά από πρωτοβουλία του µαθητή. Ο µαθητής δηµιουργεί ένα γεγονός ερώτησης µέσω της διεπιφάνειας ερωτήσεων (Query User Interface). Το ερώτηµα αναφέρεται στο εκπαιδευτικό υλικό που παρακολουθεί την παρούσα στιγµή ή µπορεί να αφορά ένα οποιοδήποτε άλλο αντικείµενο που εµπλέκεται στην εκπαιδευτική διαδικασία. Η δυνατότητα αυτή προσφέρεται από την διεπιφάνεια ερωτήσεων. Ο χειριστής ερωτήσεων µαθητή δεν αλληλεπιδρά απευθείας µε το εκπαιδευτικό σύστηµα. Χρησιµοποιεί µόνο δεδοµένα της εκπαιδευτικής κατάστασης του µαθητή εάν αυτό χρειαστεί. Τα ερωτήµατα που µπορούν να δηµιουργηθούν από τον µαθητή είναι δύο τύπων: σύντοµα και πλήρη ερωτήµατα. Στα πλήρη ερωτήµατα ο µαθητής πρέπει να συµπληρώσει έναν αριθµό πεδίων, όπως φαίνεται στο κάτω τµήµα του σχήµατος 13 (Long question), τα οποία περιλαµβάνουν: Το όνοµα της λέξης-κλειδιού η οποία αντιπροσωπεύει το επιθυµητό εκπαιδευτικό υλικό. Τον τύπο της εκπαιδευτικής µικροενέργειας (π.χ. θεωρία, άσκηση, παράδειγµα, εισαγωγή, ανάλυση)

188 180 Το επίπεδο δυσκολίας του εκπαιδευτικού υλικού (µικρής, µεσαίας και µεγάλης δυσκολίας) Τη γλώσσα του εκπαιδευτικού υλικού (π.χ. ελληνική, αγγλική). Το εκπαιδευτικό-ακαδηµαϊκό επίπεδο του εκπαιδευτικού υλικού (Πρωτοβάθµια, δευτεροβάθµια, τριτοβάθµια εκπαίδευση). Την προτίµηση της ταχύτητας σύνδεσης µε το εκπαιδευτικό υλικό (γρήγορη σύνδεση ή καµία ιδιαίτερη προτίµηση) Τον βαθµό αλληλεπίδρασης του εκπαιδευτικού υλικού µε το µαθητή (µικρός, µέτριος, µεγάλος βαθµός αλληλεπίδρασης). Για κάθε ένα από τις παραπάνω πεδία ο µαθητής µπορεί να επιλέξει µια από τις εναλλακτικές επιλογής ή να αφήσει την προκαθορισµένη τιµή (default επιλογή) που προσδιορίζεται από το σύστηµα, η οποία δεν επηρεάζει το ερώτηµα. Με τον τρόπο αυτό ο µαθητής µπορεί να κάνει επιλογές µόνο στα θέµατα που τον ενδιαφέρουν µειώνοντας το χρόνο συγγραφής του ερωτήµατος και δίνοντας παράλληλα τη δυνατότητα πολύπλοκων ερωτήσεων. Τα σύντοµα ερωτήµατα έχουν ως σκοπό την γρήγορη αλληλεπίδραση του µαθητή µε τη διεπιφάνεια ερωτήσεων. Οι δυνατότητες που προσφέρονται αντιπροσωπεύουν συχνά παρατηρούµενες παιδαγωγικές ανάγκες του µαθητή που παρουσιάζονται κατά την εκπαιδευτική διαδικασία. Ο µαθητής παρακολουθεί εκπαιδευτικό υλικό που είναι θεωρία και θέλει να παρακολουθήσει ασκήσεις που αναφέρονται σε αυτή Ο µαθητής ελέγχεται µε ασκήσεις και επιθυµεί να δει σχετική θεωρία Ο µαθητής δυσκολεύεται να κατανοήσει το εκπαιδευτικό υλικό που του προσφέρεται και επιθυµεί παρόµοιο εκπαιδευτικό υλικό αλλά µικρότερης δυσκολίας. Ο µαθητής παρακολουθεί εκπαιδευτικό υλικό και επιθυµεί να δει επιπλέον εκπαιδευτικό υλικό πάνω στο ίδιο θέµα της ίδιας ή µεγαλύτερης δυσκολίας. Για τις προηγούµενες ανάγκες οι οποίες παρατηρούνται πολύ συχνά κατά τη διάρκεια της εκπαιδευτικής διαδικασίας, υπάρχει η δυνανότητα της εκτέλεσης ενός σύντοµου ερωτήµατος. Στη διεπιφάνεια ερωτήσεων περιλαµβάνονται τέσσερις ενέργειες-σύντοµα ερωτήµατα (Teach me, Test me, Explain to me, Show me more) που αντιστοιχούν σε κάθε µία από τις προαναφερθείσες µαθησιακές ανάγκες.

189 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS 181 Σχήµα 37. Η διεπιφάνεια ερωτήσεων Όταν δηµιουργηθεί ένα σύντοµο ερώτηµα ή όταν ο µαθητής παραλείψει να συµπληρώσει τη λέξη-κλειδί κατά τη δηµιουργία ενός ολοκληρωµένου ερωτήµατος, το ερώτηµα δεν έχει λάβει την πλήρη του µορφή. Σε αυτή είναι αναγκαία η ενηµέρωση για την εκπαιδευτική κατάσταση. Σε κάθε περίσταση, τα δεδοµένα του ερωτήµατος προωθούνται στο υποσύστηµα επικοινωνίας του εκπαιδευτικού πράκτορα και εκεί αποφασίζεται αν πρέπει να βρεθεί η εκπαιδευτική κατάσταση του µαθητή ή όχι. Η υλοποίηση της διεπιφάνειας ερωτήσεων στηρίχθηκε στη χρήση της γλώσσας HTML και Javascript. Κάθε δεδοµένο της υπό δηµιουργία ερώτησης σχετίζεται µε µία µεταβλητή του γραφικού περιβάλλοντος. Η επιλογή ενός δεδοµένου της ερώτησης αντιστοιχίζεται µε textarea µεταβλητές και η αποστολή της ερώτησης µε button µεταβλητές. Κατά τη διαδικασία αποστολής µιας ερώτησης δηµιουργείται ένα µήνυµα τύπου ερωτήµατος µε όσα δεδοµένα ο µαθητής έχει επιλέξει. Όσα δεδοµένα δεν έχουν πάρει τιµές, αποστέλλονται µε µια default τιµή που χαρακτηρίζει την έλλειψη επιλογής από το χρήστη. Το γενικό ερώτηµα που αποστέλλεται στον εκπαιδευτικό πράκτορα µέσω αυτής της διεπιφάνειας έχει την παρακάτω γενική δοµή: {Agent URL, Agent name, EACL performative, queryid,query type, [query data name= query data value ], Studentid}

190 182 Αν παραδείγµατος χάριν, ο µαθητής παρακολουθεί το εκπαιδευτικό σύστηµα µε όνοµα hermesc που βρίσκεται στο δικτυακό τόπο και έχει δηµιουργήσει ένα σύντοµο ερώτηµα teach me. Το δηµιουργηµένο ερώτηµα έχει τη µορφή: type=teach_me&keyword=default&mftype=default&difficulty=default&inter activity=default&language=default&academiclevel=default&network=defau lt&studentid=student1 Αν ο χρήστης έχει δηµιουργήσει ένα πλήρες ερώτηµα αλλά έχει συµπληρώσει µόνο τη λέξη-κλειδί (παραδείγµατος χάριν, Array ) και τον τύπο της εκπαιδευτικής µικροενέργειας (example) τότε το ερώτηµα που αποστέλλεται παίρνει τη µορφή: type=full&keyword=array&mftype=example&difficulty=default&interactivi ty=default&language=default&academiclevel=default&network=default&stu dentid=student Η επεξεργασία του ερωτήµατος στον εκπαιδευτικό πράκτορα (Βήµα 2) Από την διεπιφάνεια ερωτήσεων δηµιουργείται ένα ερώτηµα που δεν έχει γνωστό αριθµό κριτηρίων. Το ερώτηµα προωθείται στον ΕΑ µε τον οποίο συνδιαλέγεται ο µαθητής και συγκεκριµένα στο υποσύστηµα επικοινωνίας. Το τµήµα επικοινωνίας λαµβάνει το µήνυµα, αναγνωρίζει την εντολή EACL, τον τύπο του ερωτήµατος (πλήρες ή σύντοµο), συµπληρώνει τη λέξη-κλειδί, συµπληρώνει επιπλέον στοιχεία, που αφορούν το µήνυµα, δηµιουργεί το ερώτηµα και το αποστέλλει στον µεσολαβητή πράκτορα. Αν το µήνυµα-ερώτηµα είναι σύντοµης µορφής (teach me, test me, show me, explain to me) τότε σε αυτό δεν περιλαµβάνεται ο αριθµός των παραµέτρων που απαιτεί η ερώτηση. Στην περίπτωση αυτή το τµήµα επικοινωνίας συνδέεται µε τον εξυπηρετητή διαδικτύου που υποστηρίζει το συγκεκριµένο εκπαιδευτικό σύστηµα. Είναι φανερό ότι το εκπαιδευτικό υλικό που παρακολουθεί ο µαθητής αντιστοιχεί στο όνοµα µιας εκπαιδευτικής έννοιας που θα αποτελέσει και τη λέξη-κλειδί του ερωτήµατος. Αυτό γίνεται µε βάση την περιγραφή της δοµής του εκπαιδευτικού συστήµατος που υπάρχει στην οντολογία του εκπαιδευτικού πράκτορα. Πιο συγκεκριµένα:

191 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS 183 Το υποσύστηµα επικοινωνίας διαβάζει το Log file του εξυπηρετητή διαδικτύου. Από εκεί εξάγεται η πληροφορία αλληλεπίδρασης του µαθητή µε το εκπαιδευτικό σύστηµα. Επιλέγει την τελευταία χρονικά αλληλεπίδραση του µαθητή µε το εκπαιδευτικό σύστηµα. Η σελίδα διαδικτύου του εκπαιδευτικού υλικού συσχετίζεται µε την αντίστοιχη ψηφιακή γνωστική µονάδα χρησιµοποιώντας την αναπαράσταση του εκπαιδευτικού συστήµατος µέσω της οντολογίας του εκπαιδευτικού πράκτορα Στη συνέχεια η ψηφιακή γνωστική µονάδα αντιστοιχίζεται µε το όνοµα της εκπαιδευτικής µικροενέργειας Η εκπαιδευτική µικροενέργεια αντιστοιχίζεται µε την εκπαιδευτική έννοια στην οποία ανήκει. Η ονοµασία της εκπαιδευτικής έννοιας αποτελεί κατά συνέπεια τη λέξη-κλειδί του µηνύµατος-ερωτήµατος. Μετά την εκτέλεση της προαναφερθείσας διαδικασίας το ερώτηµα συµπληρώνεται πέρα από το όνοµα του µαθητή µε τα εξής χαρακτηριστικά: Αν το σύντοµο ερώτηµα ήταν teach me τότε ο τύπος της εκπαιδευτικής µικροενέργειας που ζητείται είναι τύπου θεωρίας. Αν το σύντοµο ερώτηµα ήταν τύπου test me τότε ο τύπος της εκπαιδευτικής µικροενέργειας είναι τύπου άσκησης. Αν το σύντοµο ερώτηµα ήταν τύπου show me τότε ο τύπος της εκπαιδευτικής µικροενέργειας που ζητείται είναι τύπου παραδείγµατος, ή εναλλακτικής παρουσίασης. Αν το σύντοµο ερώτηµα ήταν τύπου explain to me τότε ο τύπος της εκπαιδευτικής µικροενέργειας είναι τύπου παραδείγµατος. Το µήνυµα που δηµιουργείται περιέχει το όνοµα του σπουδαστή, το όνοµα της εκπαιδευτικής έννοιας, τον τύπο της εκπαιδευτικής µικροενέργειας, το επίπεδο δυσκολίας της εκπαιδευτικής µικρονέργειας που ζητείται, τα χαρακτηριστικά του εκπαιδευτικού συστήµατος (όνοµα του και δικτυακό τόπο (url) του εκπαιδευτικού συστήµατος). Πρέπει να σηµειωθεί ότι κάποια στοιχεία της ερώτησης συνεχίζουν να παραµένουν χωρίς συγκεκριµένη τιµή σύµφωνα µε τις προτιµήσεις του µαθητή. Το γεγονός αυτό δεν αποτελεί πρόβληµα για την περαιτέρω προώθηση του µηνύµατος.

192 184 Α Αναγνώριση της εντολής EACL Αναγνώριση υπαρχόντων δεδοµένων της ερώτησης Λέξη κλειδί εν υπάρχει Υπάρχει Εύρεση της τελευταίας αλληλεπίδρασης του µαθητή µε το ΕΣ Εύρεση της Ψηφιακής γνωστικής µονάδας Εύρεση της έννοιας και µικροενέργειας Αναγνώριση τύπου ερώτησης ηµιουργία υπόλοιπων δεδοµένων ερώτησης ηµιουργία µηνύµατος-ερωτήµατος Αποστολή µυνήµατος στο µεσολαβητή Σχήµα 38. ιάγραµµα ροής της επεξεργασίας του ερωτήµατος στον ΕΑ Τ Κατά συνέπεια το µήνυµα λαµβάνει τη γενική µορφή: {Broker URL, Broker name, EACL performative, queryid,agent name, Agent URL, keyword, requested microfunction type, difficulty, language, interactivity, [query data name= query data value ], Studentid } Ας ασχοληθούµε µε το συγκεκριµένο παράδειγµα µηνύµατος όπου ο µαθητής έκανε τη σύντοµη ερώτηση τύπου explain to me, ενώ αλληλεπιδρά µε εκπαιδευτικό υλικό που σχετιζόνταν µε τον ορισµό πινάκων στη γλώσσα προγραµµατισµού C. Η λέξη κλειδί που βρέθηκε µε τη βοήθεια της οντολογίας ήταν array, ως επίπεδο δυσκολίας επιλέχθηκε το χαµηλότερο δυνατό (easy), ενώ ο τύπος της εκπαιδευτικής µικροενέργειας είναι θεωρία.(theory): id=11&agent_name= hermesc &agent_url= hioui.clab.ee.upatras.gr &keywo rd= array &mftype= thoery &difficulty= easy &interactivity = anything & language= anything & academiclevel = anything &network= anything &studentid= student1 Μετά τη δηµιουργία του ερωτήµατος το µήνυµα-ερώτηµα προωθείται από τον εκπαιδευτικό πράκτορα ΕΑ στον µεσολαβητή πράκτορα BA. Ο ΕA από τη στιγµή εκείνη περιµένει δύο είδη µηνυµάτων:

193 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS 185 Το µήνυµα αποδοχής ή άρνησης προώθησης του µηνύµατος-ερωτήµατος από τον BA (service done) όπου θα περιέχεται και ο αριθµός των άλλων ΕAi στους οποίους έχει προωθηθεί το ερώτηµα. Τα µηνύµατα-υποψηφιότητες από τους άλλους ΕAi αν η απάντηση του BA είναι θετική Επεξεργασία του ερωτήµατος στον µεσολαβητή (Βήµα 3) Στην συνέχεια του σεναρίου το µήνυµα-ερώτηµα προωθείται από τον ΕΑ στον ΒΑ. Το µήνυµα λαµβάνεται και αναγνωρίζονται οι παράµετροι του µηνύµατος (όνοµα µαθητή, όνοµα λέξης-κλειδιού, χαρακτηριστικά ΕΑ, τύπος και επίπεδο δυσκολίας εκπαιδευτικής µικροενέργειας). Από το µήνυµα λαµβάνονται τα στοιχεία ταυτότητας του ΕΑ. Αυτά χρησιµοποιούνται για να βρεθούν τα χαρακτηριστικά προσδιορισµού του γνωστικού αντικειµένου (επιστήµη, τοµέας, ειδίκευση). Τα χαρακτηριστικά αυτά χρησιµοποιούνται για την κατάταξη του ΕΑ µε διαδικασίες βιβλιογραφικής ταξινόµησης και βιβλιογραφικής αναζήτησης. Κάθε ΕΑ, και κατά συνέπεια το εκπαιδευτικό σύστηµα ES που αντιπροσωπεύει, µπορεί να προσδιοριστεί µε βάση τρεις λέξεις ταξινόµησης. Στη συγκεκριµένη αρχιτεκτονική χρησιµοποιήθηκε το ACM σχήµα ταξινόµησης. Η οµοιότητα ή η διαφορά στην ταξινόµηση δύο εκπαιδευτικών συστηµάτων είναι το δεδοµένο που χρησιµοποιεί ο ΒΑ για να αξιολογήσει τους υποψήφιους εκπαιδευτικούς πράκτορες. Χρησιµοποιώντας τις λέξεις-κλειδιά του ερωτήµατος βρίσκονται όλοι οι ΕΑ που ασχολούνται µε µία τουλάχιστον από τις λέξεις κλειδιά. Η λίστα των ΕΑ που προκύπτει από αυτό τον τρόπο χρησιµοποιείται στη συνέχει για την αξιολόγηση τους από τον ΒΑ. Συγκεκριµένα υπολογίζεται η σχετική απόσταση του κάθε ενός ΕΑ στο βιβλιογραφικό δέντρο ταξινόµησης ταξινόµησης από τους υποψήφιους ΕΑ. ηµιουργείται έτσι µία πρώτη αξιολόγηση από την άποψη της γνωστικής «εγγύτητας» των υποψήφιων Ε που στη συνέχεια θα παρουσιάσουν λύσεις. Στον ΒΑ υπάρχουν δύο βάσεις δεδοµένων (όπως περιγράφτηκε στην ενότητα και 5.4.2): Η πρώτη αποτελεί ένα είδος λεξικού εννοιών, όπου αντιστοιχίζεται κάθε λέξη-κλειδί µε εκπαιδευτικούς πράκτορες. Η δεύτερη ασχολείται µε τη µεταπεριγραφή των εκπαιδευτικών συστηµάτων.

194 186 Για να µπορεί ο ΒΑ να συνδυάζει µία λέξη-κλειδί µε ένα ή περισσότερα γνωστικά αντικείµενα (Ε ) καθώς και το αντίστροφο, πρέπει να περιέχει ένα λεξικό όρων στο οποίο να βασίζεται κατά την αναζήτηση. Ο εµπλουτισµός του λεξικού αυτού γίνεται κατά τη διαδικασία της εγγραφής ενός εκπαιδευτικού συστήµατος στο διαµεσολαβητή πράκτορα, όπου και προσθέτονται όλες οι λέξεις κλειδιά που απασχολούν το συγκεκριµένο εκπαιδευτικό σύστηµα. Η λίστα των υποψήφιων EAi καθώς και η αξιολόγηση τους περιλαµβάνεται στο µήνυµα που ενηµερώνει τον ενδιαφερόµενο ΕΑ. Έτσι ο ΕΑ γνωρίζει τον αριθµό των µηνυµάτων-απαντήσεων που θα περιµένει, καθώς επίσης και την αξιολόγηση των ΕΑ. Το ερώτηµα προωθείται στο σύνολο των υποψήφιων ΕΑ και ολοκληρώνεται το σύνολο των εργασιών που πραγµατοποιούνται στον ΒΑ για την διεκπεραίωση ενός ερωτήµατος. Ο ΒΑ αποδεσµεύεται από τη συνέχεια του σεναρίου και έτσι µπορεί να συνεχίσει τις υπόλοιπες εργασίες του. Α Αναγνώριση της εντολής EACL Αναγνώριση του ΕΑ Εύρεση των ΕΑ που περιέχουν στη γνώση τους τη λέξη-κλειδί Εύρεση των ΕΑ που ανήκουν στο ίδιοπαρόµοιο γνωστικό αντικείµενο Αξιολόγηση των υποψήφιων EAi Αποστολή του µηνύµατος στους υποψήφιους EAi Ενηµέρωση του EA Τ Σχήµα 39. ιάγραµµα ροής της λειτουργίας του ΒΑ

195 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS Επεξεργασία της ερώτησης από τους υποψήφιους για συνεργασία εκπαιδευτικούς πράκτορες (Βήµα 4) Στη συνέχεια της διαδικασίας του σεναρίου συνεργασίας, το µήνυµα-ερώτηµα παραλαµβάνεται από τον υποψήφιο ΕΑi. Ο ΕΑi προσπαθεί να βρει λύσεις στο ερώτηµα µε τις προτεινόµενες προϋποθέσεις του ερωτήµατος. Αν αυτό δεν γίνει δυνατό, ακολουθεί η επαναληπτική εκτέλεση του ερωτήµατος µε σταδιακή χαλάρωση των προϋποθέσεων του. Αν αυτό δεν αποφέρει λύσεις ακολουθεί η εκτέλεση του ερωτήµατος στην πιο γενικού επιπέδου αναπαράσταση του εκπαιδευτικού συστήµατος: αρχικά στο επίπεδο εκπαιδευτικών εννοιών και στη συνέχεια στο επίπεδο των εκπαιδευτικών ενοτήτων. Η λύση-εις και η αντίστοιχη αξιολόγηση τους (επίπεδο λεπτοµέρειας της λύσης και αριθµός των ικανοποιούµενων προϋποθέσεων) που προκύπτει από την παραπάνω επαναληπτική διαδικασία αποστέλλεται στον EA. Η διαδικασία εύρεσης των λέξεων κλειδιών στη βάση δεδοµένων που αναπαριστά το γνωστικό αντικείµενο του EA, είναι µία διαδικασία εύρεσης από κάτω προς τα πάνω (bottom-up). Αν θεωρήσουµε ότι κάθε γνωστικό αντικείµενο περιέχει µία σειρά από ενότητες, ή κάθε µία από αυτές περιέχει µια σειρά εννοιών, και η κάθε µία από τις έννοιες περιέχει ένα σύνολο εκπαιδευτικών µικροενεργειών, τότε παρατηρείται µία ιεραρχική δοµή για την αναπαράσταση του γνωστικού αντικειµένου. Ο Ε ξεκινά την εύρεση των λέξεων κλειδιών στο επίπεδο των εκπαιδευτικών µικροενεργειών, στη συνέχεια στο επιίπεδο αναπαράστασης των εννοιών και στο τέλος στο επίπεδο των εκπαιδευτικών ενοτήτων. Αν µετά το πέρας της διαδικασίας αυτής αποτύχει να βρει κάποια σύνδεση της λέξης-κλειδί µε τις ονοµασίες των οντοτήτων της αναπαράστασης του γνωστικού αντικειµένου, απαντά αρνητικά στον Ε που έκανε την ερώτηση. Είναι φανερό ότι όσο πιο χαµηλό είναι το επίπεδο στο οποίο µπορεί να βρεί απάντηση ο ΕAi, τόσο πιο ειδική είναι και η γνώση που µπορεί να προσφέρει και τόσο πιο κοντά είναι στις προσδοκίες του µαθητή. Ο ΕAi προσπαθεί να δώσει απάντηση έστω και αν αυτή δεν είναι τόσο ειδική στις προσδοκίες του µαθητή. Υπάρχει πάντα η περίπτωση να είναι το µοναδικό γνωστικό αντικείµενο που µπορεί να δώσει θετικές απαντήσεις και έτσι κάθε παροχή βοήθειας µπορεί να είναι χρήσιµη. Ένα άλλο σηµείο που πρέπει να σηµειωθεί είναι ότι η διαδικασία εύρεσης λύσεων γίνεται ξεχωριστά σε κάθε υποψήφιο ΕΑ. Η διαδικασία εύρεσης λύσεων εκτελείται παράλληλα σε κάθε υποψήφιο εκπαιδευτικό πράκτορα. Εποµένως δεν υπάρχει λόγος

196 188 τερµατισµού της διαδικασίας εύρεσης λύσης αν δεν ικανοποιούνται πλήρως οι απατήσεις που έθεσε ο µαθητής για το επιχέιρηµα της εξοικονόµησης υπολογιστικής ισχύος. Με βάση την πληρότητα ικανοποίησης των απαιτήσεων που έθεσε ο µαθητής, πραγµατοποιείται παράλληλα µε τη διαδικασία της εύρεσης των λύσεων και η αξιολόγηση της κάθε λύσης. Κύριο λόγο αποτελεί το επίπεδο της αναπαράστασης στο οποίο θα βρεθούν λύσεις, αλλά σηµαντικό επίσης ρόλο έχει το χαρακτηριστικό του επιπέδου δυσκολίας, ή του επιπέδου αλληλεπίδρασης του εκπαιδευτικού υλικού αν λύσεις βρίσκονται στο επίπεδο της εκπαιδευτικής µικροενέργειας. Πιο συγκεκριµένα ο εκπαιδευτικός πράκτορας: ιαβάζει τις παραµέτρους του µηνύµατος. Ψάχνει στη βάση δεδοµένων να βρει εκπαιδευτικό υλικό που να πληρεί τις προϋποθέσεις του ερωτήµατος. Το ερώτηµα στη βάση δεδοµένων έχει ως σκοπό να βρει τις εκπαιδευτικές µικροενέργειες µε όνοµα της λέξης-κλειδί, που να πληρούν το επίπεδο δυσκολίας και τον τύπο της µικροενέργειας του ερωτήµατος. Το ερώτηµα σε γλώσσα SQL που εκτελείται στη βάση δεδοµένων αναπαράστασης του γνωστικού αντικειµένου είναι: SELECT diu.url, diu.kwdikos from diu,energia WHERE diu.kwdikos=energia.kwdikos and energia.onoma like %<λεξη κλειδί>% and energia.dyskolia=<επίπεδο δυσκολίας> and energia.type=<τύπος εκπαιδευτικής µικροενέργειας> Αν το ερώτηµα δεν δώσει απάντηση τότε το ερώτηµα µεταβάλλεται και δεν περιλαµβάνεται στις προϋποθέσεις το επίπεδο δυσκολίας. Η υλοποίηση σε SQL είναι: SELECT diu.url, diu.kwdikos from diu,energia WHERE diu.kwdikos=energia.kwdikos and energia.onoma like %<λεξη κλειδί>% and energia.type=<τύπος εκπαιδευτικής µικροενέργειας> Αν το ερώτηµα δεν δώσει απάντηση, τότε η διαδικασία εύρεσης επαναλαµβάνεται στο επίπεδο εκπαιδευτικών εννοιών. Το αντίστοιχο ερώτηµα είναι: SELECT ennoia.kwdikos, ennoia.onoma FROM ennoia WHERE ennoia.onoma like %<λέξη κλειδί>% Στη συνέχεια βρίσκεται το σύνολο των εκπαιδευτικών µικροενεργειών που ανήκουν στην έννοια αυτή. Το σύνολο των εκπαιδευτικών µικροενεργειών αποτελεί την απάντηση του εκπαιδευτικού πράκτορα. Το ερώτηµα που εκτελείται είναι:

197 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS 189 SELECT diu.url,diu.kwdikos FROM ennoiaenergia,diu WHERE diu.kwdikos = ennoiaenergia.energia and ennoiaenergia.ennoia='<όνοµα έννοιας> Αν το παραπάνω ερώτηµα δεν δώσει απάντηση τότε η διαδικασία εύρεσης εκπαιδευτικού υλικού µεταφέρεται σε επίπεδο εκπαιδευτικών ενοτήτων. Το αντίστοιχο ερώτηµα είναι: SELECT enotita.kwdikos,enotita.onoma FROM enotita WHERE enotita.onoma like %<λέξη κλειδί>% Στη συνέχεια βρίσκεται το σύνολο των εκπαιδευτικών µικροενεργειών που ανήκουν στην εκπαιδευτική ενότητα. Το σύνολο των εκπαιδευτικών µικροενεργειών αποτελεί την απάντηση του εκπαιδευτικού πράκτορα: SELECT diu.url, diu.kwdikos FROM enotitaennoia, ennoiaenergia, diu WHERE enotitaennoia.enotita ='<Όνοµα εκπαιδευτικής ενότητας>' and enotitaennoia.ennoia = ennoiaenergia.ennoia and ennoiaenergia.energia=diu.kwdikos εν υπάρχει πιθανότητα να µην βρεθεί απάντηση, µια και υπάρχει συσχετισµός του εκπαιδευτικού συστήµατος µε τη λέξη κλειδί στον BA. Για να γίνει αυτό θα πρέπει να µην υπάρχει ενηµέρωση της βάσης γνώσης του BA και να υπάρχει αλλαγή στο υλικό του εκπαιδευτικού συστήµατος. Α Αναγνώριση της εντολής EACL Κατανόηση του ερωτήµατος Εκτέλεση του πλήρους ερωτήµατος Αποτέλεσµα Όχι Χαλάρωση των προϋποθέσεων του ερωτήµατος Όχι Ναι Ναι Υπολογισµός αξιολόγησης απάντησης ηµιουργία µηνύµατος απάντησης Ναι Αποτέλεσµα Αποστολή µυνήµατος υνατότητα χαλάρωσης προϋποθέσεων Όχι Τ Σχήµα 40. ιάγραµµα ροής που περιγράφει τη διαδικασία δηµιουργίας υποψήφιας λύσης

198 190 Το επίπεδο της απάντησης γίνεται µε τη βοήθεια δύο µεταβλητών. Η πρώτη δηλώνει το επίπεδο της οντολογίας στην οποία βρέθηκε η λέξη κλειδί. Η δεύτερη µεταβλητή δηλώνει την πληρότητα της απάντησης στις προϋποθέσεις του ερωτήµατος Η συλλογή των αποτελεσµάτων από τον EA (Βήµα 5) Ο ΕΑ που είχε θέσει το ερώτηµα έχει λάβει το µήνυµα-απάντηση του ΒΑ (service done µήνυµα) που περιέχει το σύνολο των υποψήφιων Ε καθώς και την αξιολόγηση τους για το θέµα της γνωστικής «εγγύτητας». Πρέπει σε ένα λογικό χρονικό διάστηµα καθυστέρησης να παρουσιάσει ένα σύνολο λύσεων στο µαθητή για να συνεχιστεί η διαδικασία. Θεωρούµε T response (ΕΑi) τό χρόνο που απαιτείται για την αποστολή του µυνήµατος απάντησης του ΕAi. O χρόνος αυτός δεν πρέπει να ξεπερνά τον ελάχιστο χρόνο απόκρισης µιας εφαρµογής του διαδικτύου Τ min. Μελέτες έχουν δείξει ότι το Τmin δεν πρέπει να είναι µεγαλύτερο από 10 δευτερόλεπτα T min <= 10 sec (Nielsen, 1997). Με βάση την παραπάνω συλλογιστική ο ΕA µέσα σε ένα χρονικό διάστηµα κάτω των 10 δευτερολέπτων περιµένει απαντήσεις από τους υποψήφιους ΕAi. Για κάθε απάντηση που λαµβάνει εκτελεί ένα σύνολο από αξιολογήσεις: Αξιολόγηση που προέρχεται από την απάντηση του BA και αφορά τους υποψήφιους ΕAi Αξιολόγηση του ΕAi για την απάντηση που δίνει. Η αξιολόγηση αφορά την πληρότητα των απαιτήσεων του µαθητή που παρέχει και η λεπτοµέρεια της απάντησης. Η αξιολόγηση είναι υποκειµενική. Ο ίδιος ο εκπαιδευτικός πράκτορας αξιολογεί την απάντηση του. Αξιολόγηση του ΕΑ για τους ΕΑi µε τους οποίους συνεργάστηκε στο παρελθόν βασιζόµενος στο µοντέλο έµπιστων πρακτόρων που διαθέτει και ενηµερώνει µε κάθε επιτυχή συνεργασία. Το µήνυµα που λαµβάνει ο ΕΑ από τους υποψήφιους ΕΑi είναι της µορφής: {Agent url, Agent name, EACL command, queryid, Agent-bidder id, Agent-Bidder url, Grade1 value, Grade2 value} Ένα συγκεκριµένο παράδειγµα απάντησης του πράκτορα µε όνοµα Infotronic στον πράκτορα HermesC είναι το ακόλουθο:

199 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS _name= infotronic &agent_url= &grade1=3&grade2=0 Η αξιολόγηση της απάντησης του ΕA γίνεται µε την προσφορά δύο επιµέρους βαθµών. Η πρώτη αξιολόγηση αντικατοπτρίζει το επίπεδο της οντολογίας στο οποίο βρίσκεται η απάντηση (στο επίπεδο εκπαιδευτική µικροενέργειας, εκπαιδευτικής έννοιας ή εκπαιδευτικής ενότητας αντίστοιχα). Η δεύτερη τιµή της αξιολόγησης αντιστοιχεί στο βαθµό πληρότητας των απαιτήσεων του µαθητή στα χαρακτηριστικά του εκπαιδευτικού υλικού που ζήτησε. Επίπεδο απάντησης Grade1 Μικροενέργεια 3 Έννοια 2 Ενότητα 1 Πίνακας 8. Αντιστοιχία επιπέδου απάντησης και τιµής αξιολόγησης Έστω n είναι ο αριθµός των προϋποθέσεων που έθεσε ο µαθητής, και k o αριθµός των κριτηρίων που έχουν εκπληρωθεί στην απάντηση. Στην περίπτωση αυτή η τιµή της δεύτερης αξιολόγησης είναι grade2=n-k. Κάθε απάντηση που λαµβάνει ο ΕΑ, αποθηκεύεται στον πίνακα Results. Τα στοιχεία που κρατούνται εκεί είναι: o κωδικός της ερώτησης συνεργασίας, το όνοµα και το url του υποψήφιου εκπαιδευτικού πράκτορα και η αξιολόγηση της απάντησης. Το αντίστοιχο select query που υλοποιεί την παραπάνω ενέργεια είναι το ακόλουθο: INSERT INTO Results VALUES ('Κωδικός ΕΣ', 'URL ES', ' Βαθµός1', 'Βαθµός2', 'Κωδικός ερώτησης') Αξιολόγηση των υποψήφιων λύσεων (Βήµα 5). Ο χρόνος Tmin µηνύει το χρονικό τέλος για την αναµονή υποψήφιων λύσεων. Στη συνέχεια του σεναρίου συνεργασίας πραγµατοποιείται η διαδικασία της αξιολόγησης των υποψήφιων λύσεων στο διάγραµµα ροής που ακολουθεί: Αρχικά ανακτώνται όλες οι υποψήφιες λύσεις από τον πίνακα προσωρινής αποθήκευσης τους (results): SELECT lessonid,url FROM RESULTS Η εκτίµηση του ΕΑ για τους υποψήφιους ΕAi µε βάση το µοντέλο των έµπιστων πρακτόρων στηρίζεται τόσο στην προηγούµενη αξιολόγηση του µαθητή s για τον

200 192 υποψήφιο EAi, όσο και στην συνολική αξιολόγηση του ΕΑ για τον υποψήφιο EAi ανεξάρτητα µαθητή. Για να υπολογιστεί ο βαθµός εµπιστοσύνης E TA από το ΕA για ένα συγκεκριµένο ΕAi: Αρχικά υπολογίζεται ο µέσος όρος των αξιολογήσεων όλων των µαθητών για τον συγκεκριµένο εκπαιδευτικό πράκτορα Στη συνέχεια υπολογίζεται ο µέσος όρος των αξιολογήσεων του συγκεκριµένου µαθητή για το συγκεκριµένο ΕAi. Στη συνέχεια υπολογίζεται µε συγκεκριµένα βάρη ο συνολικός βαθµός αξιολόγησης του ΕA προς τον ΕAi (E TA ). Για να υπολογιστεί η αξιολόγηση του ΕAi για την απάντηση που ο ίδιος έδωσε χρησιµοποιείται (E EC ) ο πίνακας results που αποθηκεύει προσωρινά τις υποψήφιες λύσεις. Η αξιολόγηση που έχει δώσει ο ΕAi είναι µέσω των βαθµών grade1 και grade2. Για κάθε υποψήφια απάντηση που λαµβάνεται από τον πίνακα Results: Υπολογίζεται ο µέσος όρος της αξιολόγησης των βαθµών grade1 και grade2 από τον πίνακα trustlibstudent για το κάθε µαθητή ξεχωριστά και για όλους τους µαθητές στο σύνολο τους. Η µεταβλητή grade1 αντιπροσωπεύει την χρησιµότητα του εκπαιδευτικού υλικού, ενώ η grade2 τη σχετικότητα της, Οι µεταβλητές αυτές προκύπτουν από την υποκειµενική αξιολόγηση του µαθητή. Ακολουθούν τα αντίστοιχα SQL ερωτήµατα: SELECT AVG(grade1), AVG(grade2) FROM trustlibstudent WHERE agent=<'όνοµα υποψήφιου εκπαιδευτικού πράκτορα> SELECT AVG(grade1), AVG(grade2) FROM trustlibstudent WHERE agent='"όνοµα υποψήφιου εκπαιδευτικού πράκτορα +"' AND student=<όνοµα µαθητή> Στο επόµενο βήµα ανακτάται η αξιολόγηση του µεσολαβητή για τον ΕAi: SELECT date,plugin,net,science,domain,specialty,language,desc FROM trustlibbroker WHERE agent==<'όνοµα υποψήφιου εκπαιδευτικού πράκτορα>

201 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS 193 Α Ανάκτηση της επόµενης λύσης από τον πίνακα λύσεων results(e ec) Υπολογισµός αξιολόγησηςτου ΕΑi από τον BA (E ba) Αξιολόγηση του EAi από τον µαθητήs (Estrudent) Αξιολόγηση του EAi από το εκπαιδευτικό δρώντα (Eta) Ναι Συνολική αξιολόγηση των υποψήφιων λύσεων(esum) Υπάρχουν άλλες λύσεις για αξιολόγηση; Όχι Παρουσίαση των αξιολογηµένων λύσεων Τ Σχήµα 41. ιάγραµµα ροής που περιγράφει την αξιολόγηση των υποψήφιων λύσεων στον ΕΑ Οι συνολικές αξιολογήσεις Esum εισάγονται ως εγγραφές στον πίνακα των αξιολογήσεων (estimations). Τα στοιχεία που καταχωρούνται περιλαµβάνουν τον κωδικό του υποψήφιου ΕΑ, τη συνολική αξιολόγηση Esum, τις επιµέρους αξιολογήσεις E EC, E BA, E TA, µια γενική περιγραφή του µαθήµατος (που προέρχεται από την ενηµέρωση του ΒΑ για τους υποψήφιους ΕΑ), το δικτυακό τόπο της απάντησης και τον τίτλο του προτεινόµενου εκπαιδευτικού υλικού: INSERT INTO estimations VALUES (agentid, esum, ebid, ETA, ebroker, desc, link, title) Όπως έχει αναφερθεί στο τέταρτο κεφάλαιο (δες ) η εκτίµηση του µεσολαβητή πράκτορα BA D D E BA είναι: E = W E + W E + W E + W E + W E + W Τα αντίστοιχα βάρη παίρνουν τις παρακάτω τιµές: P P N N SC SC DM DM SP E SP W D =0.250, W P =0.250, W N =0.250, W SC =0.084, W DM =0.084, W SP =0.084

202 194 Η αξιολόγηση Ε BA είναι κανονικοποιηµένη στο πεδίο [0...1] και το σύνολο των βαρών δίνει άθροισµα τη µονάδα ώστε και το άθροισµα αυτών να παραµένει κανονικοποιηµένο: Σ Wi= W D+ W P+ W N+ W SC + W DM+ W SP =1 είναι: Ανάλογα η εκτίµηση του εκπαιδευτικού περιεχοµένου Ε EC (βλέπε ) E = W E + W E + W E + W EC ES ES C C Οι εκτιµήσεις E ES, E C, E EM συµπεριλαµβάνονται στην πρώτη αξιολόγηση (επίπεδο οντολογίας) του µηνύµατος-υποψηφιότητας ενώ η εκτίµηση E ED στη δεύτερη αξιολόγηση (βαθµός εκπλήρωσης των προϋποθέσεων του ερωτήµατος). Τα αντίστοιχα βάρη είναι:w ES =W C = W EM =0.2 και W ED =0.4 Η εκτίµηση της βάσης έµπιστων πρακτόρων του εκπαιδευτικού πράκτορα (δες ) EM EM ETA = WST Score( ST ) + WCL Score( CL) Όπου WST =0.6, και WCL =0.4 Τελικά τη συνολική εκτίµηση είναι ίση µε : E = W E + W E + W E, όπου W =0.2, W =0.3, W =0.3. sum BA BA EC EC TA TA BA ED E EC ED (4) TA Παρουσίαση των λύσεων και επιλογή του εκπαιδευτικού υλικού από το µαθητή (Βήµα 6) Η παρουσίαση των αποτελεσµάτων γίνεται µε βάση τη σειρά της συνολικής αξιολόγησης των απαντήσεων των υποψήφιων Ε. Ο χρήστης-µαθητής είναι ο τελικός κριτής και είναι αυτός που αφήνεται να επιλέξει την απάντηση που ο ίδιος θεωρεί ότι είναι η καταλληλότερη. Τα δεδοµένα που παρουσιάζονται στην διεπιφάνεια αποτελεσµάτων είναι: Όνοµα εκπαιδευτικού πράκτορα Url του εκπαιδευτικού πράκτορα Συνολική αξιολόγηση (Overall score) Αξιολόγηση του µεσολαβητή (Social Acceptability) Αξιολόγηση του υποψήφιου εκπαιδευτικού πράκτορα (Agent Bid) Αξιολόγηση µε βάση την βάσης γνώσης εµπιστοσύνης (Trust)

203 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS 195 Σχήµα 42. Η διεπιφάνεια παρουσίασης αποτελεσµάτων προς τον χρήστη Ο µαθητής έχει τη δυνατότητα να πλοηγηθεί σε όλες τις προσφερόµενες λύσεις. Η επιλογή του εκπαιδευτικού υλικού επαφίεται σε αυτόν. ίνεται η δυνατότητα να επιλέξει µία ή περισσότερες λύσεις. Η διεπιφάνεια των αποτελεσµάτων δεν αναµειγνύεται µε την διαδικασία λήψης του εκπαιδευτικού υλικού και παραµένει ενεργή όσο το επιθυµήσει ο µαθητής ιαδικασία παρακολούθησης του δανειζόµενου εκπαιδευτικού υλικού από το εκπαιδευτικό σύστηµα ES w (Βήµα 7). Η παρακολούθηση του δανειζόµενου εκπαιδευτικού υλικού πραγµατοποιείται µε µία νέα διεπιφάνεια. Το εκπαιδευτικό υλικό παρουσιάζεται σε ένα νέο παράθυρο του φυλλοµετρητή. Με τον τρόπο αυτό γίνεται κατανοητό από το µαθητή ότι πρόκειται να παρακολουθήσει εκπαιδευτικό υλικό από άλλο εκπαιδευτικό σύστηµα. Παράλληλα παρουσιάζεται και το περιβάλλον αξιολόγησης του εκπαιδευτικού υλικού. Ο µαθητής επιλέγει ένα εκπαιδευτικό σύστηµα χρησιµοποιώντας τον ανµτίστοιχο δικτυακό τόπο από τη διεπιφάνεια των αποτελεσµάτων. Με τον τρόπο αυτό, ο µαθητής οδηγείται στο σηµείο του προσφερόµενου εκπαιδευτικού υλικού.

204 196 Η διαδικασία παρακολούθησης του εκπαιδευτικού υλικού παρουσιάζει στη γενική περίπτωση προβλήµατα διασύνδεσης. Πολλά εκπαιδευτικά συστήµατα δεν επιτρέπουν την πρόσβαση στο υλικό που διαθέτουν αν προηγουµένως δεν έχει ολοκληρωθεί η προκαταρτική διαδικασία πιστοποίησης του χρήστη. Επιπλέον συναντάται η περίπτωση να απαιτείται η χρήση κάποιου ειδικού προθέµατος λογισµικού (plug-in) για την παρακολούθηση του εκπαιδευτικού υλικού. Σε όποια από τις παραπάνω κατηγορίες και αν ανήκει ένα εκπαιδευτικό σύστηµα, είναι δυνατή η εκτέλεση των απαραίτητων απαιτούµενων ενεργειών. Η διαδικασία για την αντιµετώπιση των προβληµάτων είναι η ακόλουθη: Σχήµα 43. Η παρακολούθηση του δανειζόµενου εκπαιδευτικού υλικού. Ο δικτυακός τόπος της υποψήφιας απάντησης δεν οδηγεί στο εκπαιδευτικό υλικό αλλά σε µία ενδιάµεση σελίδα. H διεπιφάνεια σύνδεσης µε το εκπαιδευτικό υλικό του Infotronic ακολουθεί την λογική της πιστοποίησης του χρήστη. Στο αριστερό τµήµα της ιστοσελίδας δυναµικά δηµιουργούνται οι απαραίτητοι σύνδεσµοι (εγγραφή του µαθητή στο εκπαιδευτικό σύστηµα, επιλογή γνωστικού αντικειµένου, σύνδεση µε το εκπαιδευτικό υλικό). Με τον τρόπο αυτό εξοµοιώνεται η κανονική διαδικασία αλληλεπίδρασης µε το εκπαιδευτικό σύστηµα. Όλες οι απαραίτητες ενέργειες εκφράζονται µε την συγκεκριµένη αλληλουχία των συνδέσµων της διεπιφάνειας σύνδεσης. Έτσι από το αριστερό µέρος της διεπιφάνειας ο µαθητής πρέπει να ακολουθήσει την εξής διαδικασία: Να εγγραφεί στο περιβάλλον Infotronic

205 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS 197 Να επιλέξει το γνωστικό αντικείµενο Να επιλέξει το εκπαιδευτικό υλικό Αξιολόγηση του εκπαιδευτικού υλικού από το µαθητή (Βήµα 8). Με την επιλογή του εκπαιδευτικού υλικού παράλληλα παρουσιάζεται στο µαθητή η διεπιφάνεια αξιολόγησης. Η βαθµολόγηση του υλικού είναι φανερό ότι βασίζεται αποκλειστικά στην προσωπική εκτίµηση του µαθητή. Τα δεδοµένα της αξιολόγησης ενηµερώνουν το αντίστοιχο µοντέλο έµπιστων εκπαιδευτικών πρακτόρων. Σχήµα 44. Η διεπιφάνεια αξιολόγησης του εκπαιδευτικού υλικού 5.6 Σενάριο αλληλεπίδρασης εκπαιδευτικού πράκτορα στο περιβάλλον MATS Η απόδειξη της εφαρµοσιµότητας της αρχιτεκτονικής στηρίζεται κυρίως στην υλοποίηση του σεναρίου συνεργασίας των εκπαιδευτικών πρακτόρων. Το σύνολο των ενεργειών που παρατηρούνται στην αρχιτεκτονική συνεργασίας συµπεριλαµβάνει επιπλέον τις αναγκαίες λειτουργίες της εγγραφής, αλλαγής, εισαγωγής, διαγραφής, του ΕΑ στο περιβάλλον MATS. Οι λειτουργίες αυτές υποστηρίζουν την καλή λειτουργία της αρχιτεκτονικής που αφορούν τα θέµατα της αρτιότητας, αξιοπιστίας και εγκυρότητας του συστήµατος Εγγραφή του εκπαιδευτικού πράκτορα στον µεσολαβητή Για την ένταξη ενός νεοφερµένου εκπαιδευτικού συστήµατος στην κοινωνία συνεργασίας, απαιτείται η εγγραφή του αντιπρόσωπου του ΕΑ στη βάση δεδοµένων

206 198 του ΒΑ. Στη διαδικασία της εγγραφής του ΕΑ περιλαµβάνεται η µεταπεριγραφή του που αποθηκεύεται στη βάση δεδοµένων του ΒΑ. Τα µηνύµατα που υλοποιούν την παραπάνω διαδικασία περιλαµβάνουν τη δήλωση του ονόµατος του ΕΑ, ακολουθούµενα από τη δήλωση της οντολογίας περιγραφής έτσι όπως αυτή έχει οριστεί στο ανάλογο παράρτηµα. Αρχικά δηλώνεται η ύπαρξη ενός νέου εκπαιδευτικού πράκτορα (και κατά συνέπεια ενός νέου εκπαιδευτικού συστήµατος που αντιπροσωπεύεται από αυτόν). Στη συνέχεια προσδιορίζονται όλα τα χαρακτηριστικά της µεταπεριγραφής του ποθ περιλαµβάνουν : (α) το σύνολο των λέξεων-κλειδιών µε τα οποία ασχολείται (β) ο τρόπος χρήσης του προερχόµενου εκπαιδευτικού υλικού (γ) γενικά χαρακτηριστικά του εκπαιδευτικού συστήµατος (δ) τεχνικά χαρακτηριστικά της υλοποίησης του εκπαιδευτικού συστήµατος (ε) η κατηγοριοποίηση του γνωστικού αντικειµένου στο ACM classification σχήµα. Τα αντίστοιχα µηνύµατα µεταδίδονται µε συγκεκριµένη σειρά και η αποστολή τους χαρακτηρίζεται µε ένα ειδικό µήνυµα τέλους. Η γενική µορφή των µηνυµάτων είναι: {Agent URL, Agent name, eacl_performative= Register, agent id, general [language, Publisher, Name, Author, Date, Url], Usage [Copyright_rules, cost_of_use], Technical [Requirements, Handles, Network_status], Taxonomy [Science, Discipline, Subdiscipline], Keywords: [keyword_name, [synonyms ], [also_covered_concepts ], ]end_of_keywords} ιαγραφή εκπαιδευτικού πράκτορα Η διαγραφή του εκπαιδευτικού πράκτορα υλοποιείται απλούστερα σε συγκρινόµενη µε τη διαδικασία εγγραφής. Αναγκαία δεδοµένα του µηνύµατος είναι µόνο το όνοµα του εκπαιδευτικού πράκτορα και η πρόθεση της λειτουργίας της διαγραφής. Η γενική µορφή του µηνύµατος διαγραφής είναι: {Agent URL, Agent name, eacl_performative= Unregister, agent id } Αλλαγή µεταπεριγραφής εκπαιδευτικού πράκτορα Η µετατροπή της µεταπεριγραφής του ΕΑ αποτελεί µια διαφοροποίηση της λειτουργίας εγγραφής. Η διαφορά είναι ότι η τροποποίηση αναφέρεται σε µία µόνο κατηγορία µεταπεριγραφής για την οποία ενηµερώνει µε τα καινούρια δεδοµένα τον ΒΑ. Η κοινή παραδοχή του ΕΑ και του ΒΑ είναι ότι η συγκεκριµένη κατηγορία διαγράφεται και λαµβάνεται υπόψη η καινούρια περιγραφή. Κατά συνέπεια µετάδοση των δεδοµένων γίνεται εξ αρχής για τη κατηγορία αυτή. Η αλλαγή των η

207 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS 199 τεχνικών χαρακτηριστικών του ΕΑ υποστηρίζεται από τη γενική µορφή του µηνύµατος: {Agent URL, Agent name, eacl_performative= Modify, agent id, Metadata_category = technical, Category_data [Requirements, Handles, Network_status]} Εισαγωγή εκπαιδευτικού πράκτορα Η λειτουργία δηλώνει την δυνατότητα ενός εκπαιδευτικού συστήµατος να συνεργαστεί µε τα υπόλοιπα µέλη της κοινωνίας. Η γενική µορφή του µηνύµατος είναι: {Agent URL, Agent name, eacl_performative= Login, agent id} Αποχώρηση εκπαιδευτικού πράκτορα Η αδυναµία συνεργασίας ενός ΕΑ και κατά συνέπεια και του ES που αντιπροσωπεύει είναι απαραίτητο να γίνεται γνωστή µε τη µορφή µηνύµατος προς τον ΒΑ. Η γενική µορφή του µηνύµατος αυτού είναι: {Agent URL, Agent name, eacl_performative= Logout, agent id} 5.7 Αναφορές Austin J. L., (1962), How to do things with words, Oxford University Press. Baylor S. J., Devarakonda M., Fink S., Gluzberg E., Kalantar M., Muttineni P., Barsness E., Arora R., Dimpsey R. (2000), and Munroe S. J, in Java server benchmarks, pp. 57 ΙΒΜ Systems Journal,Vol. 39, No. 1, Java Performance (Reprint Order No.G ). Available at: Hamilton G., Catell R. (1997), JDBC TM : A Java SQL API, Version 1.20,, January 10 th 1997, Copyright 1996 by Sun Microsystems Inc Garcia Avenue, Mountain View, CA Finin Tim; Weber Jay; Wiederholt Gio ; Genesereth Michael ; Fritzon Richard ; McGuire James ; Shapiro Stuart ; Beck Chris, (1993). Specification of the KQML Agent-Communication Language, The DARPA Knowledge Interfaces Working Group, June 15.

208 200 Genesereth M R, (1992). An agent based approach to Software Interoperability, In Proceeding of the DARPA Software Technology Conference, ISO/IEC. (1999). Information technology -- Database languages -- SQL, ISO/IEC 9075:1992/Cor 3:1999.: International Organization for Standardization (ISO). Jennings N. R., Wooldridge M, (1996). Intelligent Agents: Theory and Practice, Academic Press. Tselios N. K, Avouris N. M., Fotopoulos E. Usability evaluation of educational software supporting distance learning, (2000), Proceedings 2nd Panhellenic Conference with International Participation on Information and Telecommunication Technologies in Education, Patras, October 2000 (in Greek) Kordaki M., Avouris N. M, Tselios N. K., (2000), Tools and methodologies for evaluation of open learning environments, Proceedings of 2nd Panhellenic Conference with International Participation on Information and Telecommunication Technologies in Education, Patras, October 2000 (in Greek). Nielsen J.,(1999), User Interface Directions for the web, Communications of the ACM, vol 42 (1), pp , January, Searle J. R., (1969). Speech acts: An essay in the philosophy of language. Cambridge: Cambridge University Press. Sun Microsystems, (1995), Java : A white paper. Available at: java.sun.com/docs. Sun Microsystems, (2000), Java TM Servlet 2.3 and JavaServer Pages TM 1.2 Specifications (Proposed Final Draft) JSR , February 2000

209 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήµατος πολλαπλών πρακτόρων MATS 201 Weibel, S., Kunze J., Lagoze, C., Wolf, M., (1998). Dublin Core Metadata for Resource Discovery. IETF #2413. The Internet Society, September Available at: Σολωµός Κ, Θραµπουλίδης Κ, Αβούρης Ν, (2000), «Πλαίσιο για την ανάπτυξη εκπαιδευτικών κατανεµηµένων εφαρµογών βασισµένο στην αρχιτεκτονική CORBA», Πανελλήνιο Συνέδριο Πληροφορικής Πληροφορική και Εκπαίδευση Θεσσαλονίκη Νοεµβρίου 2000.

210 Κεφάλαιο 6: Aξιολόγηση της αρχιτεκτονικής MATS. To be useful, a system has to be able to do more than just correctly perform some task. - John McDermott Περίληψη Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζεται η προσπάθεια αξιολόγησης του περιβάλλοντος MATS. Οι άξονες αξιολόγησης αφορούν τη δυνατότητα ενσωµάτωσης ενός εκπαιδευτικού συστήµατος, την απόκριση του συστήµατος, την αξιολόγηση ευχρηστίας του περιβάλλοντος και την αξιολόγηση της διαδικασίας συγγραφής του εκπαιδευτικού υλικού. Αρχικά αξιολογείται η δυνατότητα ενσωµάτωσης ενός εκπαιδευτικού συστήµατος στο περιβάλλον συνεργασίας. Έγινε µία επιλογή τριών εκπαιδευτικών συστηµάτων που το κάθε ένα εκπροσωπούσε µία µεγάλη κατηγορία συστηµάτων. Το HermesC εκπροσωπούσε τα προϋπάρχοντα εκπαιδευτικά συστήµατα πολυµέσων, το Sun-Java τα υπάρχοντα εκπαιδευτικά συστήµατα του διαδικτύου µε τη µορφή υπερκειµένου, και το IDLE τα συστήµατα διαδικτύου µε τη δυνατότητα δυναµικής παραγωγής ιστοσελίδων. Η απόκριση του συστήµατος ήταν ο δεύτερος άξονας αξιολόγησης. Εξετάστηκε ο µηχανισµός συνεργασίας της παρούσας υλοποίησης του MATS µε βάση το χρόνο και προσδιορίστηκαν τα όρια λειτουργίας του συστήµατος. Η ευχρηστία του συστήµατος και η αξιολόγηση της διαδικασίας συγγραφής πραγµατοποιήθηκαν µε την βοήθεια του ίδιου πειράµατος. Από τη µία πλευρά δηµιουργήθηκε η εκπαιδευτική οντολογία για δύο εκπαιδευτικά συστήµατα από ένα συγγραφέα. Η αποτέλεσµα της δουλειάς αυτής αξιολογήθηκε στην πράξη µε ένα πείραµα συνεργασίας των δύο εκπαιδευτικών συστηµάτων. Παράλληλα έγινε και η αξιολόγηση της ευχρηστίας του MATS. 6.1 Η ένταξη ενός εκπαιδευτικού συστήµατος στο περιβάλλον συνεργασίας MATS. Η αρχιτεκτονική MATS υποστηρίζει ένα περιβάλλον ανάπτυξης κατανεµηµένων εφαρµογών. Οι εφαρµογές αυτές αποτελούνται από πολλαπλά εκπαιδευτικά συστήµατα διαθέσιµα για συνεργασία. Το θέµα της ένταξης ενός υπάρχοντος ή νέου

211 Κεφάλαιο 6: Αξιολόγηση της αρχιτεκτονικής MATS 203 εκπαιδευτικού συστήµατος στο περιβάλλον συνεργασίας πρέπει να αποδειχθεί ότι είναι εφικτή. Στην προσπάθεια αυτή δηµιουργήθηκαν διαφορετικά εκπαιδευτικά περιβάλλοντα και ελέγχθηκε η αποδοτική συνεργασία τους. Η απόδειξη της δυνατότητας ενσωµάτωσης εκπαιδευτικών συστηµάτων στο περιβάλλον συνεργασίας ήταν ο στόχος του πρώτου πειράµατος αξιολόγησης του MATS. Τρία διαφορετικά εκπαιδευτικά συστήµατα λαµβάνουν µέρος σε αυτό το σενάριο ένταξης. Το ένα από αυτά αφορά τη γλώσσα προγραµµατισµού C ενώ τα άλλα δύο τη γλώσσα προγραµµατισµού Java. Στο τυπικό σενάριο ο χρήστης παρακολουθεί τη γλώσσα C µε τη βοήθεια του εκπαιδευτικού σύστηµατος HermesC (το γνωστικό αντικείµενο είναι η γλώσσα C), αφού πρώτα το επιλέξει από µία σχετική διεπιφάνεια. Το MATS υποστηρίζει τις προσπάθειες του χρήστη για την αναζήτηση πρόσθετης σχετικής εκπαιδευτικής γνώσης. Σε τούτο συµβάλλουν δύο εκπαιδευτικά συστήµατα: α) το σύστηµα Infotronic και β) το ψηφιακό εγχειρίδιο της Sun για τη γλώσσα προγραµµατισµού Java (Sun-Java). Το σενάριο ελέγχει τη συµβολή των εκπαιδευτικών συστηµάτων Infotronic και Sunjava στη µελέτη του HermesC. Στη βάση του σεναρίου υπάρχει η χρήση εκπαιδευτικών αναλογιών. Η µέθοδος της αναλογίας στην εκπαιδευτική διαδικασία είναι αποτελεσµατική όταν το σύνολο των εκπαιδευοµένων έχει προηγούµενη εµπειρία από άλλο σχετικό γνωστικό αντικείµενο. Αυτό παρατηρείται και στην περίπτωση αυτή. Οι γλώσσες προγραµµατισµού Java και C διαθέτουν παρόµοιο συντακτικό και ένα µεγάλο τµήµα του εκπαιδευτικού υλικού τους µπορεί να χρησιµοποιηθεί µε τη µέθοδο της αναλογίας για τη διευκρίνηση αποριών και προβληµάτων των εκπαιδευοµένων στο νέο αντικείµενο. ιαδικασίες όπως η µεταγλώττιση και η εκτέλεση ενός προγράµµατος, η δήλωση µεταβλητών, η δηµιουργία αριθµητικών και λογικών εκφράσεων, η δηµιουργία επαναληπτικών διαδικασιών, ο έλεγχος της ροής του προγράµµατος απασχολούν και τα δύο γνωστικά αντικείµενα.

212 204 Κ. Σολωµός ιδακτορική ιατριβή: Κατανεµηµένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο ιαδίκτυο Σχήµα 45. Η διεπιφάνεια εισόδου στο σύστηµα MATS. Η επιλογή των συγκεκριµένων εκπαιδευτικών συστηµάτων έγινε λόγω της διαφορετικής φύσης του υλικού. Αυτά αντιπροσωπεύουν ένα πολύ µεγάλο ποσοστό παρόµοιου τύπου εκπαιδευτικών συστηµάτων έτσι ώστε να αποδεικνύεται η δυνατότητα ενσωµάτωσης τους στο περιβάλλον MATS. Το εκπαιδευτικό σύστηµα Sun-Java είναι ένα υπερκείµενο, µία προσαρµογή του βιβλίου της Sun για το περιβάλλον του διαδικτύου. Το Infotronic είναι ένα σύστηµα εκπαίδευσης από απόσταση µε έµφαση στον έλεγχο του µαθητή και στηρίζεται στην πρωτοβουλία του. Τόσο από τεχνολογικής, όσο και από τον τύπο αλληλεπίδρασης µε το µαθητή τα ΕΣ που επιλέχθηκαν καλύπτουν ένα µεγάλο µέρος ΕΣ που µπορεί να συναντήσει κανείς στο διαδίκτυο. Η κατασκευή των αντίστοιχων εκπαιδευτικών πρακτόρων που βασίζεται στην προτεινόµενη εκπαιδευτική οντολογία όπως αυτή έχει παρουσιαστεί στο κεφάλαιο 4, είχε να αντιµετωπίσει το πρόβληµα της ενσωµάτωσης αυτών των ετερογενών εκπαιδευτικών συστηµάτων και την επιτυχηµένη περιγραφή των ετερογενών χαρακτηριστικών που διαθέτουν. Κάθε εκπαιδευτικός πράκτορας είναι ουσιαστικά ένα αντιπρόσωπος του αντίστοιχου εκπαιδευτικού συστήµατος. Ο εκπαιδευτικός πράκτορας έπρεπε να περιγράφει µε το περιεχόµενο του τις ειδικές απαιτήσεις του εκπαιδευτικού συστήµατος και να αναπαραστήσει ικανοποιητικά το εκπαιδευτικό περιεχόµενο του γνωστικού αντικειµένου. Συνολικά η κοινωνία των πρακτόρων έπρεπε να επιτύχει την συνεργασία των ετερογενών εκπαιδευτικών συστηµάτων και την αποδοτική επεξεργασία των ερωτηµάτων του εκπαιδευοµένου.

213 Κεφάλαιο 6: Αξιολόγηση της αρχιτεκτονικής MATS 205 Το ζητούµενο του πειράµατος ενσωµάτωσης είναι να διερευνήσει το ποσοστό επιτυχίας περιγραφής των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών του κάθε εκπαιδευτικού περιβάλλοντος καθώς επίσης και την επιτυχή χρήση του εκπαιδευτικού υλικού που διαθέτει κατά τη διαδικασία της συνεργασίας. Στη συνέχεια περιγράφεται ξεχωριστά η διαδικασία ενσωµάτωσης κάθε εκπαιδευτικού συστήµατος, τα προβλήµατα που προέκυψαν και οι λύσεις που δόθηκαν Το εκπαιδευτικό σύστηµα HermesC Το HermesC είναι ένα εκπαιδευτικό σύστηµα πολυµέσων που έχει χρησιµοποιηθεί από τους φοιτητές του τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών τα τελευταία δύο χρόνια ως επικουρικό εκπαιδευτικό υλικό στα πλαίσια του ακαδηµαϊκού µάθηµατος Γλώσσες προγραµµατισµού Ι του Β έτους. Το γνωστικό του αντικείµενο είναι η γλώσσα προγραµµατισµού C. Το περιεχόµενο έχει διαιρεθεί σε δώδεκα επιµέρους κεφάλαια (Εισαγωγή στη γλώσσα προγραµµατισµού C, ηλώσεις µεταβλητών, Χρήση των τελεστών, Χρήση των εκφράσεων, Εντολές επανάληψης, Προγραµµατιστικά παραδείγµατα, Συναρτήσεις, Πίνακες, είκτες, ιαχείριση αρχείων, Εντολές εισόδου/εξόδου, και Παραρτήµατα) (Avouris & Solomos 2001). Το HermesC αποτελεί ένα γνήσιο εκπρόσωπο της τάξης των αυτόνοµων εκπαιδευτικών συστηµάτων που βασίζονται στην τεχνολογία των πολυµέσων για την παρουσίαση του εκπαιδευτικού υλικού και δεν είναι πρωταρχικά κατασκευασµένα για χρήση στο διαδίκτυο αλλά για αυτόνοµη και µεµονωµένη χρήση. Αποτελεί εποµένως ιδανικό παράδειγµα για να διαπιστωθεί η δυνατότητα του ίδιου και παρόµοιων εκπαιδευτικών συστηµάτων να λειτουργήσει ως εκπαιδευτικό σύστηµα διαδικτύου. Η υποστήριξη της µεταφοράς του στο διαδίκτυο βασίζεται στην ύπαρξη ειδικού λογισµικού που επιτρέπει την παρουσίαση τέτοιων εκπαιδευτικών συστηµάτων µέσω browser. Το ΕΣ HermesC έχει αναπτυχθεί µε τη βοήθεια του προγραµµατιστικού εργαλείου ToolBook * και το αντίστοιχο συνδετικό λογισµικό (Plug-in) ονοµάζεται Neuron*. Το λογισµικό αυτό παρουσιάζει την εφαρµογή ToolBook σε ένα παράθυρο που εµφανίζεται στο περιβάλλον ενός φυλλοµετρητή διαδικτύου. Για να εκτελεστεί µία εφαρµογή Toolbook στο περιβάλλον του * Assymetrix Systems Ltd.

214 206 Κ. Σολωµός ιδακτορική ιατριβή: Κατανεµηµένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο ιαδίκτυο φυλλοµετρητή απαιτείται η προεγκατάσταση του συνδετικού λογισµικού. Αλλιώς, ξεκινά αυτόµατα η διαδικασία µεταφοράς του λογισµικού Neuron από το διαδίκτυο. Η αλληλεπίδραση του ΕΣ µέσα από το περιβάλλον του φυλλοµετρητή δεν παρουσιάζει διαφορές σε σχέση µε τη αυτόνοµη χρήση του HermesC. Προβλήµατα παρουσιάστηκαν µόνο λόγω της παλαιάς έκδοσης του ToolBook (έκδοση 3.0 multimedia edition) στην οποία έχει γραφτεί το HermesC. Αποτέλεσµα του γεγονότος αυτού είναι σε ορισµένες λειτουργίες πλοήγησης του ΕΣ παρουσιάζονται µηνύµατα λάθους κατά την εκτέλεση της εφαρµογής. Παρόλα αυτά η ροή ελέγχου του ΕΣ δεν παρουσιάζει προβλήµατα και το εκπαιδευτικό υλικό παρουσιάζεται στο χρήστη. Σχήµα 46. Το εκπαιδευτικό σύστηµα HermesC. Για να γίνει δυνατή η ενσωµάτωση του ΕΣ HermesC στο περιβάλλον MATS, θα πρέπει αυτό να παρέχει εκπαιδευτικό υλικό που να αναφέρεται σε µία συγκεκριµένη εκπαιδευτική έννοια ή µικροενέργεια αποτελεί κατά προέκταση και τη λέξη-κλειδί πιθανού ερωτήµατος του χρήστη. Η παρουσίαση ενός µεγάλου τµήµατος εκπαιδευτικού υλικού ως προσφερόµενης λύσης προς απάντηση συγκεκριµένων ερωτηµάτων του εκπαιδευόµενου δεν έχει µεγάλη εκπαιδευτική αξία. Η χρήση της εκπαιδευτικής οντολογίας για την περιγραφή του εκπαιδευτικού υλικού µπορεί να βοηθήσει στο πρόβληµα αυτό. Το εκπαιδευτικό υλικό του ΕΣ πρέπει να αναπαρασταθεί µε τη βοήθεια της προτεινόµενης εκπαιδευτικής οντολογίας µε τη βοήθεια των τεσσάρων επιπέδων της. Το γεγονός ότι η ενσωµάτωση εφαρµογών toolbook στο περιβάλλον του φυλλοµετρητή διαδικτύου δεν επιτρέπει την

215 Κεφάλαιο 6: Αξιολόγηση της αρχιτεκτονικής MATS 207 άµεση πλοήγηση σε µία συγκεκριµένη σελίδα του πολυµεσικού υλικού, δηµιουργεί την ανάγκη είτε τµηµατοποίησης του υλικού είτε ελέγχου του µέσω πηγαίου κώδικα. Η άµεση πλοήγηση στο συγκεκριµένο εκπαιδευτικό υλικό µπορεί να πραγµατοποιηθεί µόνο µε την αλλαγή του πηγαίου κώδικα της εκπαιδευτικής εφαρµογής HermesC. Η πρώτη προσέγγιση προχωρεί στη διαίρεση του εκπαιδευτικού υλικού σε δώδεκα ξεχωριστά τµήµατα όσα είναι και τα κεφάλαια της εκπαιδευτικής εφαρµογής. Κάθε διαιρούµενο εκπαιδευτικό τµήµα αντιστοιχεί σε εκπαιδευτικό υλικό που ανήκει στο επίπεδο ενοτήτων της εκπαιδευτικής οντολογίας. Ένα σύνολο εκπαιδευτικών εννοιών συνοδεύει το κάθε εκπαιδευτικό τµήµα. Είναι φανερό ότι η προσέγγιση αυτή δεν απαιτεί µεγάλες αλλαγές στην εκπαιδευτική εφαρµογή παρά µόνο την τµηµατοποίηση του υλικού της. Η χρήση του εκπαιδευτικού υλικού µε αυτή τη µορφή στο περιβάλλον συνεργασίας MATS παρουσιάζει το µειονέκτηµα ότι σε ειδικές ερωτήσεις του εκπαιδευόµενου προσφέρονται γενικού χαρακτήρα απαντήσεις. Η δεύτερη προσέγγιση η οποία προτιµήθηκε τελικά, απαιτούσε την αλλαγή του πηγαίου κώδικα της εκπαιδευτικής εφαρµογής. Προστέθηκε ο αναγκαίος κώδικας στην εφαρµογή έτσι ώστε να είναι δυνατή η ανάγνωση µεταβλητών από το εξωτερικό περιβάλλον και να µπορεί να εκτελεστεί η πλοήγηση σε µία συγκεκριµένη σελίδα της εκπαιδευτικής εφαρµογής. Το εκπαιδευτικό υλικό διαχωρίζεται σε δώδεκα ξεχωριστά εκπαιδευτικά τµήµατα που το κάθε ένα από αυτά αντιστοιχίζεται σε αντίστοιχο κεφάλαιο της εκπαιδευτικής εφαρµογής. Μέχρι εδώ η διαδικασία παραµένει η ίδια όπως και στην πρώτη προσέγγιση. Η τµηµατοποίηση συνεχίζεται όµως για το επίπεδο των εκπαιδευτικών εννοιών και εκπαιδευτικών µικροενεργειών (Solomos et al. 1999) προσφέροντας πλήρη διαστρωµάτωση και κάλυψη των δυνατοτήτων που προσφέρει η εκπαιδευτική οντολογία. Για την εµφάνιση του εκπαιδευτικού υλικού του HermesC γίνεται επιπλέον προσπάθεια. Η προσθήκη ενός επιπλέον παραθύρου πλοήγησης επιτρέπει την πιο εύκολη πρόσβαση σε συγκεκριµένο εκπαιδευτικό υλικό και προσφέρει απευθείας συνδέσµους σε αυτό. Αυτή η προσέγγιση απαντιέται συνήθως σε υλικό που έχει συγγραφεί άµεσα για το περιβάλλον του διαδικτύου. Η µετατροπή αυτή έγινε για το σκοπό της ευκολίας χρήσης του HermesC ως κύριου εκπαιδευτικού συστήµατος στο διαδίκτυο.

216 208 Κ. Σολωµός ιδακτορική ιατριβή: Κατανεµηµένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο ιαδίκτυο Το εκπαιδευτικό σύστηµα IDLE Το Infotronic Distance Learning Enviroment (IDLE) είναι ένα περιβάλλον εκµάθησης από απόσταση βασισµένο στην τεχνολογία του διαδικτύου. Είναι προϊόν ερευνητικής προσπάθειας του εργαστηρίου ηλεκτρονικών υπολογιστών του τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και τεχνολογίας Υπολογιστών. Η κύρια έµφαση του συστήµατος είναι στο να επιτρέψει στο χρήστη να επιλέξει το ρυθµό και τον τρόπο αλληλεπίδρασης µε το εκπαιδευτικό υλικό (Tselios et al. 2000). Το IDLE περιλαµβάνει υλικό που αναφέρεται τόσο για εκµάθηση (θεωρία) όσο και για έλεγχο (ασκήσεις). Η θεωρία αποτελείται από υλικό που για την ανάπτυξη του έχει χρησιµοποιηθεί η html. Το τµήµα του ελέγχου περιλαµβάνει δύο είδη ασκήσεων: α) πολλαπλής επιλογής β) συµπλήρωσης κενού. Οι ασκήσεις µπορούν να συνδυαστούν µε το αντίστοιχο θεωρητικό υπόβαθρο. Με την λογική αυτή το σύστηµα IDLE µπορεί να αποτελέσει µία ολοκληρωµένη λύση διδασκαλίας ενός συγκεκριµένου γνωστικού αντικειµένου. Για την ανάπτυξη του συστήµατος IDLE, χρησιµοποιήθηκε η τεχνολογία ASP. Η τεχνολογία ASP ή παρόµοιες τεχνολογικές προσεγγίσεις όπως τα Java Server Pages (JSP) είναι µια κοινή επιλογή για την ανάπτυξη state of the art εκπαιδευτικών συστηµάτων για το διαδίκτυο µε δυναµική παραγωγή του περιεχοµένου των ιστοσελίδων από βάσεις δεδοµένων του server. Η αλληλεπίδραση ενός εκπαιδευόµενου µε ένα τέτοιου τύπου εκπαιδευτικό σύστηµα χαρακτηρίζεται από την προσαρµοστικότητα και την πολύπλευρη διαδραστικότητα βασισµένη τόσο στην διεπιφάνεια όσο και στη δυνατότητα δυναµικής παραγωγής ιστοσελίδων. Το περιβάλλον αλληλεπίδρασης υλοποιείται σε html ή Javascript και συλλέγει πληροφορίες από τον εκπαιδευόµενο και τις προωθεί στον διακοµιστή µε τη βοήθεια του πρωτοκόλλου επικοινωνίας Common Gateway Interface (CGI). Ενέργεια ή επιλογές του χρήστη που συλλαµβάνονται ως γεγονότα της διεπιφάνειας µεταδίδονται ως κωδικοποιηµένη πληροφορία στον διακοµιστή. Τα στοιχεία αυτά σε συνδυασµό µε αποθηκευµένη γνώση ή πληροφορία που αποθηκεύονται συνήθως µε τη µορφή βάσεων δεδοµένων, χρησιµοποιούνται ως δεδοµένα εισόδου για τη δυναµική δηµιουργία της επόµενης ιστοσελίδας που θα παρουσιαστεί στον εκπαιδευόµενο. Συµπερασµατικά, για τη δηµιουργία µία ιστοσελίδας είναι αναγκαία µια σειρά ενεργειών του εκπαιδευοµένου. Ως παράδειγµα για το εκπαιδευτικό σύστηµα IDLE

217 Κεφάλαιο 6: Αξιολόγηση της αρχιτεκτονικής MATS 209 µια σειρά ενεργειών µπορεί να θεωρηθεί η διαδικασία εισόδου του χρήστη στο εκπαιδευτικό σύστηµα και η επιλογή συγκεκριµένου εκπαιδευτικού υλικού. Με περισσότερη λεπτοµέρεια, πρέπει να διεξαχθεί η διαδικασία εισαγωγής ονόµατος και συνθηµατικού, η επιλογή του γνωστικού αντικειµένου (το σύστηµα IDLE περιέχει ένα σύνολο γνωστικών αντικειµένων), και τέλος η επιλογή του συγκεκριµένου εκπαιδευτικού τµήµατος. Η ίδια ακολουθία ενεργειών πρέπει να ακολουθηθεί και από τους χρήστες άλλων εκπαιδευτικών συστηµάτων κατά τη διάρκεια του σεναρίου συνεργασίας και για το δανεισµό εκπαιδευτικού υλικού. Σχήµα 47. Αλληλεπίδραση µε το σύστηµα IDLE κατά τη διάρκεια δανεισµού του εκπαιδευτικού υλικού. Η σειρά των ενεργειών αυτών αναπαρίσταται στην προτεινόµενη εκπαιδευτική οντολογία. Η µεταπληροφορία του εκπαιδευτικού συστήµατος IDLE µπορεί να περιγράψει αυτού του είδους την πληροφορία. Η ακολουθία των ενεργειών αυτών αποτελεί ουσιαστικά την εξοµοίωση της αναγκαίας αλληλεπίδρασης εκπαιδευοµένουσυστήµατος έτσι ώστε ένας αποµακρυσµένος χρήστης που δεν είναι εγγεγραµµένος ως χρήστης του συστήµατος IDLE, να µπορεί να δανειστεί εκπαιδευτικό υλικό. Η επίλυση των προβληµάτων που προκύπτουν για την ενσωµάτωση στο MATS δύο εκπαιδευτικών συστηµάτων αυτής της µορφής, αποδεικνύει ότι προβλήµατα αλληλεπίδρασης σε εκπαιδευτικά συστήµατα παρόµοιας τεχνολογίας ή φιλοσοφίας, µπορούν επίσης να αντιµετωπιστούν και να επιλυθούν µε την κατάλληλη χρήση της εκπαιδευτικής οντολογίας.

218 210 Κ. Σολωµός ιδακτορική ιατριβή: Κατανεµηµένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο ιαδίκτυο Επειδή το περιβάλλον IDLE δεν περιελάµβανε ένα εκπαιδευτικό σύστηµα που να ασχολείται µε τη γλώσσα προγραµµατισµού Java, οι ερευνητικές µας προσπάθειες περιελάµβαναν επιπλέον τον σχεδιασµό και την ανάπτυξη ενός µικρού ανάλογου γνωστικού αντικειµένου στο περιβάλλον IDLE. Το εκπαιδευτικό υλικό που αναπτύχθηκε αποτελείται από µια σειρά ασκήσεων τύπου πολλαπλής επιλογής και διαιρείται σε δύο εκπαιδευτικές ενότητες. Η πρώτη περιέχει υλικό που αναφέρεται στην εισαγωγή της Java καθώς επίσης στις ερωτήσεις που αφορούν την µεταγλώττιση και την εκτέλεση ενός προγράµµατος. Στην ενότητα αυτή χρησιµοποιήθηκαν τρεις εκπαιδευτικές έννοιες και είκοσι ψηφιακές γνωστικές µονάδες (µε τη µορφή ασκήσεων). Η δεύτερη ενότητα αναφέρεται στο θέµα της δήλωσης µεταβλητών στη γλώσσα προγραµµατισµού Java και στην κατασκευή εκφράσεων. Οι εκπαιδευτικές έννοιες που συγκροτούν τη δεύτερη ενότητα είναι έντεκα και οι αντίστοιχες ασκήσεις είναι τριάντα στον αριθµό όσες και οι αντίστοιχες ψηφιακές γνωστικές µονάδες Το εκπαιδευτικό σύστηµα Sun-Java Το διασκευασµένο για το περιβάλλον του διαδικτύου βιβλίο της Sun (The Java Tutorial: A Practical Guide for programmers), µπορεί να βρεθεί εύκολα στο WWW (Σχετική διεύθυνση Είναι ένα ιεραρχικά δοµηµένο εκπαιδευτικό εγχειρίδιο και ένα πολύ καλό αντιπροσωπευτικό παράδειγµα παρόµοιων συστηµάτων πληροφόρησης ή ηλεκτρονικών βιβλίων µε δοµή υπερκειµένου για το διαδίκτυο. Ο εκπαιδευτικός πράκτορας του ΕΣ Sun-Java που αναπτύχθηκε στα πλαίσια του σεναρίου συνεργασίας, αναπαριστά µόνο ένα µέρος του υλικού που περιέχει. Το γεγονός αυτό όµως δεν αποτελεί ανασταλτικό παράγοντα για το σενάριο της συνεργασίας µια και στην περίπτωση αυτή το ενδιαφέρον είναι το κοινό γνωστικό πεδίο των εκπαιδευτικών περιβαλλόντων. Το υλικό του ΕΣ Sun-Java είναι κατά την πλειονότητα του θεωρία που αναφέρεται στη γλώσσα προγραµµατισµού Java µε απλό τρόπο. Περιγράφει τη διαδικασία κατασκευής ενός απλού προγράµµατος και του τρόπου µεταγλώττισης και εκτέλεσης του σε διάφορα υπολογιστικά συστήµατα, καθώς επίσης και τη χρήση δηλώσεων µεταβλητών, τύπων δεδοµένων, και την κατασκευή επαναληπτικών διαδικασιών. Περιλαµβάνει δυο εκπαιδευτικές ενότητες που αντιστοιχούν σε επτά και είκοσι τρεις εκπαιδευτικές έννοιες αντίστοιχα. Ο αριθµός των εκπαιδευτικών

219 Κεφάλαιο 6: Αξιολόγηση της αρχιτεκτονικής MATS 211 µικροενεργειών ανέρχεται σε εκατόν δώδεκα, προσφέροντας ένα πλούσιο εκπαιδευτικό υλικό για ανεύρεση σχετικής γνώσης τόσο σε ποσότητα όσο και σε λεπτοµέρεια κάνοντας το Sun-Java ιδανικό εκπαιδευτικό σύστηµα-βοηθό. Σχήµα 48. Το Εκπαιδευτικό σύστηµα Sun-Java Τόσο το IDLE όσο και το Sun-Java αναφέρονται στο ίδιο γνωστικό αντικείµενο. Λειτουργούν όµως µε συµπληρωµατικό τρόπο, γιατί ο εκπαιδευτικός τους στόχος είναι διαφορετικός. Το IDLE δίνει µεγαλύτερη σηµασία στον έλεγχο της αποκτηθείσας γνώσης µε την ύπαρξη κατάλληλων ασκήσεων. Από την άλλη πλευρά, το Sun-Java περιέχει θεωρητική γνώση µε περισσότερη έµφαση στην επαρκή παρουσίαση κάλυψη του γνωστικού πεδίου και όχι στον έλεγχο του εκπαιδευοµένου. Ένας µεγάλος αριθµός κοινών εκπαιδευτικών εννοιών εµφανίζεται και στα δύο εκπαιδευτικά συστήµατα. Στο σενάριο συνεργασίας του συστήµατος MATS, ένας αριθµός µαθητών χρησιµοποίησε τη διεπιφάνεια ερωτήσεων µε σκοπό την εύρεση συγκεκριµένης εκπαιδευτικής πληροφορίας. Στην πράξη αποδείχθηκε ότι τα δύο εκπαιδευτικά συστήµατα αντέδρασαν θετικά στο σενάριο συνεργασίας προσφέροντας υποψήφιες λύσεις και συνεργάστηκαν µε το ΕΣ HermesC. Το θέµα της προσφοράς χρήσιµου εκπαιδευτικού υλικού µε τελικό σκοπό την εξυπηρέτηση της εκπαιδευτικής