ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΠΟ ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΣΤΟ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟ

Transcript

1 ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΠΟ ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΣΤΟ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ Γ. ΣΟΛΩΜΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΟΥΧΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΑΡΙΘΜΟΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ: ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ 2004

2

3 - - iii Περίληψη Η διατριβή αυτή ασχολείται με το πρόβλημα της διαλειτουργικότητας και συνεργασίας μεταξύ 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. 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.

4 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.

5 Περιεχόμενα Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή...i 1.1 Αντικείμενο της διατριβής Συμβολή της διατριβής Επιστημονικές περιοχές Διάρθρωση της διατριβής Αναφορές...14 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο...15 Περίληψη Εισαγωγή Ο παγκόσμιος ιστός ως μέσο διδασκαλίας Εκπαίδευση από απόσταση Εισαγωγή- Αναδρομή Ορισμός της εκπαίδευσης από απόσταση Θεωρητικό υπόβαθρο της εκπαίδευσης από απόσταση Το διαδίκτυο και η εκπαίδευση από απόσταση Εισαγωγή Ο ρόλος του διαδικτύου στην εκπαίδευση από απόσταση Παραδείγματα εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο Ταξινόμηση των εκπαιδευτικών συστημάτων διαδίκτυου 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 Σύγκριση των εκπαιδευτικών περιβάλλων διαδικτύου και αυτόνομων εκπαιδευτικών εφαρμογών Σύγκριση πολυμεσικών εκπαιδευτικών εφαρμογών και WBES Αρχές λειτουργίας του διαδικτύου και η σχεδίαση των WBES Το μοντέλο επικοινωνίας του διαδικτύου Συνέπειες στη σχεδίαση των WBES Ο σημασιολογικός ιστός Γενικά για τον σημασιολογικό ιστό Μειονεκτήματα και ελλείψεις του σημερινού διαδικτύου Στόχοι του Σημασιολογικού Ιστού Επίπεδα του Σημασιολογικού Ιστού...40 Επίπεδο δεδομένων...40 Επίπεδο περιγραφών...40 Επίπεδο λογικής

6 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 συνεργασία των εκπαιδευτικών πηγών στο διαδίκτυο Η συνεργασία πηγών γενικής μορφής στο διαδίκτυο Η συνεργασία εκπαιδευτικών πηγών στο διαδίκτυο Τεχνολογίες συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων Κοινά πρότυπα περιγραφής εκπαιδευτικών συστημάτων διαδικτύου Απαιτήσεις του προβλήματος Εκπαιδευτικά αντικείμενα Πρότυπα μεταπεριγραφής εκπαιδευτικών πηγών στο διαδίκτυο Mηχανισμοί συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων Αντιμετώπιση του προβλήματος της συνεργασίας - Προοπτικές Συμπεράσματα Αναφορές...63 Κεφάλαιο 3: Τεχνολογίες Υποστήριξης συνεργασίας της Εκπαίδευσης από Απόσταση...71 Περίληψη Επισκόπηση ερευνητικών προσπαθειών Κλειστά Εκπαιδευτικά συστήματα Συστήματα διαχείρισης εκπαίδευσης από απόσταση Αποθήκες εκπαιδευτικών αντικειμένων (Learning Object Repositories LOR) Ανοιχτά εκπαιδευτικά περιβάλλοντα Κατανεμημένα εκπαιδευτικά περιβάλλοντα Edutella Pool (Portal for Online Objects in Learning) ELENA Συστήματα απομακρυσμένης βοήθειας I-Help Help and Learn Εκπαιδευτικά περιβάλλοντα βασισμένα σε AI Confidence Intelligent Tutoring System (CITS) CANDLE Ταξινόμηση των περιβαλλόντων μάθησης Άξονες ανάπτυξης κατανεμημένων εκπαιδευτικών περιβαλλόντων Εισαγωγή στην τεχνολογία πολλαπλών πρακτόρων Επιστημονικό υπόβαθρο της τεχνολογίας των πρακτόρων Βασικοί ορισμοί πρακτόρων Χαρακτηριστικά πρακτόρων Σύγκριση πρακτόρων - αντικειμένων Επισκόπηση συστημάτων πολλαπλών πρακτόρων Ορολογία συστημάτων πολλαπλών πρακτόρων Διαφορετικές θεωρήσεις συστημάτων πολλαπλών πρακτόρων Αρχιτεκτονικές συστημάτων πολλαπλών πρακτόρων Το μοντέλο OMG Το μοντέλο FIPA vi

7 Κ.Σολωμός ΔιδακτορικήΔιατριβή:Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο Το μοντέλο Kaos Η επικοινωνία των πρακτόρων Η αλληλεπίδραση των πρακτόρων Γλώσσες επικοινωνίας πρακτόρων Γλώσσες επικοινωνίας γενικής μορφής KQML Γλώσσες περιγραφής περιεχομένου μηνύματος Οντολογίες περιγραφής της γνώσης Οντολογίες Παραδείγματα συστημάτων πρακτόρων Εφαρμογή της τεχνολογίας πρακτόρων στο χώρο της εκπαίδευσης από απόσταση Συμπεράσματα Αναφορές Κεφάλαιο 4: Η Αρχιτεκτονική του περιβάλλοντος πολλαπλών εκπαιδευτικών πρακτόρων MATS Περίληψη Εισαγωγή Βασικά χαρακτηριστικά του συστήματος MATS Η δομή του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων Ο Μεσολαβητής πράκτορας (Broker Agent) Βασικές λειτουργίες του ΒΑ Δομή του ΒΑ Τυπική χρήση του μεσολαβητή πράκτορα Ο εκπαιδευτικός πράκτορας (Educational Agent, EA) Λειτουργική περιγραφή του εκπαιδευτικού πράκτορα Η γλώσσα επικοινωνίας των πρακτόρων (EACL) Δομή των μηνυμάτων Επικοινωνία εκπαιδευτικού πράκτορα-μεσολαβητή Η περιγραφή της οντολογίας του MATS Η οργάνωση του εκπαιδευτικού υλικού Η ενσωμάτωση της παιδαγωγικής πληροφορίας στο εκπαιδευτικό υλικό Η περιγραφή της προτεινόμενης οντολογίας Περιγραφή τυπικού σεναρίου συνεργασίας 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 Αναφορές Κεφάλαιο 5: Υλοποίηση της αρχιτεκτονικής πολλαπλών εκπαιδευτικών πρακτόρων MATS Περίληψη Τεχνολογικές επιλογές για την υλοποίηση του περιβάλλοντος MATS Η τεχνολογία των Java servlets Εισαγωγή Στοιχεία της αρχιτεκτονικής των servlets Σενάριο χρήσης ενός servlet Το περιβάλλον ανάπτυξης και εκτέλεσης των servlets vii

8 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 5.3 Η διασύνδεση με βάσεις δεδομένων με το πρωτόκολλο JDBC Βάσεις δεδομένων της υλοποίησης MATS Η βάση δεδομένων του μεσολαβητή πράκτορα Η βάση δεδομένων του εκπαιδευτικού πράκτορα Σενάριο συνεργασίας στο περιβάλλον MATS Σύντομη περιγραφή του σεναρίου συνεργασίας Πρώτη φάση συνεργασίας: Δημιουργία και προώθηση του ερωτήματος μαθητή Δεύτερη φάση σεναρίου συνεργασίας: Εξυπηρέτηση του ερωτήματος από τους ΕΔ 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) Διαδικασία παρακολούθησης του δανειζόμενου εκπαι-δευτικού υλικού από το εκπαιδευτικό σύστημα ES w (Βήμα 7) Αξιολόγηση του εκπαιδευτικού υλικού από το μαθητή (Βήμα 8) Σενάριο αλληλεπίδρασης εκπαιδευτικού πράκτορα στο περιβάλλον MATS Εγγραφή του εκπαιδευτικού πράκτορα στον μεσολαβητή Διαγραφή εκπαιδευτικού πράκτορα Αλλαγή μεταπεριγραφής εκπαιδευτικού πράκτορα Εισαγωγή εκπαιδευτικού πράκτορα Αποχώρηση εκπαιδευτικού πράκτορα Αναφορές Κεφάλαιο 6: Aξιολόγηση της αρχιτεκτονικής MATS Περίληψη Η ένταξη ενός εκπαιδευτικού συστήματος στο περιβάλλον συνεργασίας MATS Το εκπαιδευτικό σύστημα HermesC Το εκπαιδευτικό σύστημα IDLE Το εκπαιδευτικό σύστημα Sun-Java Η προσαρμογή του MATS Αξιολόγηση απόδοσης του συστήματος MATS Περιγραφή του πειράματος Στόχος του πειράματος Πειραματικά αποτελέσματα Συμπεράσματα Αξιολόγηση ευχρηστίας της υλοποίησης MATS Περιγραφή του πειράματος Περιγραφή του ερωτηματολόγιου Αποτελέσματα του πειράματος Το ερωτηματολόγιο μέτρησης ευχρηστίας WAMMI για το σύστημα MATS viii

9 Κ.Σολωμός ΔιδακτορικήΔιατριβή:Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 6.4 Αξιολόγηση της διαδικασίας συγγραφής της μεταπληροφορίας του εκπαιδευτικού υλικού Περιγραφή του πειράματος συγγραφής Αποτελέσματα του πειράματος Αναφορές Κεφάλαιο 7: Συμπεράσματα και Προοπτικές Συμπεράσματα της διατριβής Κριτική των αποτελεσμάτων της διατριβής Μελλοντικές κατευθύνσεις Προτάσεις ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α: Performatives της Γλώσσας KQML ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β: Tύποι μηνυμάτων της γλώσσας EACL ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ: Περιγραφή Οντολογίας ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Δ: Ερωτηματολόγιο του σεναρίου συνεργασίας Θεματικές ερωτήσεις Ερωτήσεις που αφορούν τη διεπιφάνεια Ερωτήσεις επικοινωνίας ανθρώπου-συστήματος ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ε: Ερωτηματολόγιο αξιολόγησης ευχρηστίας WAMMI ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΕΙΣ...Error! Bookmark not defined. ix

10 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο Λίστα σχημάτων Σχήμα 1.Το πρωτόκολλο επικοινωνίας HTTP του διαδικτύου...37 Σχήμα 2. Το πρωτόκολλο επικοινωνίας HTTP του διαδικτύου...40 Σχήμα 3. Τεχνολογίες Σημασιολογικού δικτύου...42 Σχήμα 4. Αναζήτηση πληροφορίας με τη χρήση της τεχνολογίας του σημασιολογικού δικτύου...43 Σχήμα 5. Παράδειγμα δήλωσης RDF...46 Σχήμα 6. Πρότυπα μεταπεριγραφής εκπαιδευτικού υλικού...57 Σχήμα 7. Η αρχιτεκτονική του δικτύου POOL (Hatala and Richards 2002)...81 Σχήμα 8. Ταξινόμηση των εκπαιδευτικών συστημάτων του διαδικτύου...88 Σχήμα 9. Επίπεδα επικοινωνίας πρακτόρων Σχήμα 10. Ιεραρχική δομή συστήματος πολλαπλών πρακτόρων Σχήμα 11. Γενική αρχιτεκτονική του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων Σχήμα 12. Δομή ενός Πράκτορα Διαμεσολαβητή (Broker Agent BA) Σχήμα 13. Διάγραμμα ροής της λειτουργίας ενός μεσολαβητή πράκτορα Σχήμα 14. Διάγραμμα ροής δεδομένων του εκπαιδευτικού πράκτορα (Tutor Agent). 139 Σχήμα 15. Διάγραμμα ροής των λειτουργιών ενός εκπαιδευτικού πράκτορα Σχήμα 16. Η οργάνωση του εκπαιδευτικού υλικού ενός ΕΣ Σχήμα 17. Παράδειγμα περιγραφής Γνωστικού αντικειμένου Σχήμα 18. Παραδείγματα περιγραφής εκπαιδευτικών εννοιών Σχήμα 19. Παράδειγμα περιγραφής εκπαιδευτικής μικροενέργειας Σχήμα 20. Περιγραφή μοντέλου σπουδαστή Σχήμα 21. Περιγραφή εκπαιδευτικού πράκτορα Σχήμα 22. Περιγραφή μοντέλου εμπιστοσύνης γνωστικών αντικειμένων Σχήμα 23. Προσφορά εκπαιδευτικού υλικού Σχήμα 24. Time sequence διάγραμμα που περιγράφει ένα γενικό παράδειγμα συνεργασίας εκπαιδευτικών πρακτόρων Σχήμα 25. Η οργάνωση σε servlets υπηρεσιών ενός διακομιστή διαδικτύου Σχήμα 26. Η κλάση servlet του προτύπου Java Servlet ΑPI Σχήμα 27. Η επικοινωνία της γενικής κλάσης servlet με το φυλλομετρητή Σχήμα 28. Γενική αρχιτεκτονική του συστήματος MATS Σχήμα 29 Η αρχιτεκτονική δύο επιπέδων για τη σύνδεση με τη βάση δεδομένων Σχήμα 30. Το ER διάγραμμα αναπαράστασης της οντολογίας του ΒΑ Σχήμα 31. Διάγραμμα οντοτήτων συσχετισμών της οντολογίας του ΕΑ (εκπαιδευτικό υλικό) Σχήμα 32. Διάγραμμα οντοτήτων συσχετισμών της οντολογίας του ΕΑ (μοντέλο έμπιστων πρακτόρων) Σχήμα 33. Περιγραφή του σενάριου συνεργασίας Σχήμα 34. Πρώτη φάση του σεναρίου συνεργασίας Σχήμα 35. Δεύτερη φάση του σεναρίου συνεργασίας Σχήμα 36. Τρίτη φάση του σεναρίου συνεργασίας Σχήμα 37. Η διεπιφάνεια ερωτήσεων Σχήμα 38. Διάγραμμα ροής της επεξεργασίας του ερωτήματος στον ΕΑ Σχήμα 39. Διάγραμμα ροής της λειτουργίας του ΒΑ x

11 Κ.Σολωμός ΔιδακτορικήΔιατριβή:Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο Σχήμα 40. Διάγραμμα ροής που περιγράφει τη διαδικασία δημιουργίας υποψήφιας λύσης Σχήμα 41. Διάγραμμα ροής που περιγράφει την αξιολόγηση των υποψήφιων λύσεων στον ΕΑ Σχήμα 42. Η διεπιφάνεια παρουσίασης αποτελεσμάτων προς τον χρήστη Σχήμα 43. Η παρακολούθηση του δανειζόμενου εκπαιδευτικού υλικού Σχήμα 44. Η διεπιφάνεια αξιολόγησης του εκπαιδευτικού υλικού Σχήμα 45. Η διεπιφάνεια εισόδου στο σύστημα MATS Σχήμα 46. Το εκπαιδευτικό σύστημα HermesC Σχήμα 47. Αλληλεπίδραση με το σύστημα IDLE κατά τη διάρκεια δανεισμού του εκπαιδευτικού υλικού Σχήμα 48. Το Εκπαιδευτικό σύστημα Sun-Java Σχήμα 49. Σύγκριση Trust Accessibility Factor εκπαιδευτικών πρακτόρων Σχήμα 50. Μηχανισμός προσαρμογής σύμφωνα με τον παράγοντα Agent Ranking Σχήμα 51.Επιμέρους μετρήσεις σε στάδια κατά τη διάρκεια του πειράματος Σχήμα 52. Συγκεντρωτική και κατανεμημένη περίπτωση πειράματος Σχήμα 53. Χρονική απόκριση της υλοποίησης MATS σε κατανεμημένο περιβάλλον..228 Σχήμα 54. Η χρονική απόκριση του MATS σε ένα υπολογιστικό κόμβο, σε σχέση με τον αριθμό προσφορών Σχήμα 55. Πείραμα συγγραφής εκπαιδευτικής οντολογίας και μέτρησης ευχρηστίας. 240 Λίστα Πινάκων Πίνακας 1. Συστήματα Διαχείρισης Εκπαίδευσης...74 Πίνακας 2. Συστήματα Διαχείρισης Εκπαίδευσης...75 Πίνακας 3.Παράδειγμα ενός μηνύματος σε γλώσσα KQML Πίνακας 4. Υπάρχοντα εργαλεία ανάπτυξης συστημάτων πολλαπλών πρακτόρων Πίνακας 5. Παράδειγμα μηνυμάτων KQML Πίνακας 6. Μήνυμα EACL Πίνακας 7. Οι εκπαιδευτικές λειτουργίες και οι υπολειτουργίες τους Πίνακας 8. Αντιστοιχία επιπέδου απάντησης και τιμής αξιολόγησης Πίνακας 9. Αποτελέσματα κατά WAMMI αξιολόγηση xi

12 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 6

13 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 7 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 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

14 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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 8

15 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 9 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. 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

16 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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 Διάρθρωση 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 10

17 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 11 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 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 (agents). 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. 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

18 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. 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 πλεονεκτήματα και τα αντίστοιχα μειονεκτήματα. που προκύπτουν από τη χρήση 12

19 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 13 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 εκπαιδευτικών συστημάτων. Παράλληλα έγινε και η αξιολόγηση της ευχρηστίας του MATS.

20 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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

21 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 15 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.

22 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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 16

23 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 17 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 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

24 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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 18

25 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 19 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 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. Δεν 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.

26 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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. 20

27 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 21 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). 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

28 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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 22

29 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 23 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. 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.

30 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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 24

31 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 25 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). 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) Δυνατότητα 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.

32 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης 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 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. 26

33 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 27 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 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

34 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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) Δυναμική παρουσίαση του εκπαιδευτικού υλικού και χρησιμοποίηση πλάνου μαθήματος (curriculum sequencing), β) Ανάλυση των λύσεων του εκπαιδευόμενου και γ) Ανάλυση της 28

35 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 29 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 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

36 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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 30

37 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 31 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 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

38 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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 32

39 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 33 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 εκπαιδευόμενου και την παροχή εξατoμικευμένης μάθησης. Χρησιμοποιώντας διάφορους τύπους μοντέλων χρηστών χρησιμοποιούνται μηχανισμοί που προσαρμόζουν το εκπαιδευτικό υλικό και τους συνδέσμους μεταξύ τμημάτων αυτού. Δύο 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.

40 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 φυσιολογικά και αποδοτικά. Οι τρόποι προσαρμογής των συνδέσμων έχει μελετηθεί και αναλυθεί στο (Brusilovsky 1996). Δύο 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 34

41 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 35 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. Δύο 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. (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

42 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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 36

43 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 37 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 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

44 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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 38

45 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 39 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 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.

46 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 Δεδομένων Εμπιστοσύνη Σχήμα 2. Το πρωτόκολλο επικοινωνίας HTTP του διαδικτύου 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. 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). 40

47 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 41 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 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.

48 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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) 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 παρακάτω σχήμα. Dig. Signatures Proof Ontology-Daml RDF Schema RDF XML, XML Schema Unicode URIs Σχήμα 3. Τεχνολογίες Σημασιολογικού δικτύου 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 κατάλληλης οντολογίας που θα ταιριάζει. 42

49 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 43 Εξέταση του βαθμού εμπιστοσύνης των κανόνων λογισμού με ψηφιακές υπογραφές που συνοδεύουν το υλικό που ανακτήθηκε Λογική επεξεργασία των δεδομένων Παραγωγή αποδείξεων αξιοπιστίας και καταγραφή τους με χρήση κατάλληλων γλωσσών. Έλεγχος των αποδείξεων με χρήση κατάλληλων γλωσσών επαλήθευσης. Λογική ερώτηση Semantic Web Επεξεργασία λογικής Αναζήτηση δεδομένων στο WWW Λογική επεξεργασία Δεδομένα RDF Οντολογία Λογικά αποτελέσματα Αποδείξεις Ψηφιακές Υπογραφές Σχήμα 4. Αναζήτηση πληροφορίας με τη χρήση της τεχνολογίας του σημασιολογικού δικτύου 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

50 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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). Η HTML με τους όρους της XML. MathML. Mathematics Markup Language. SMIL (Synchronized Multimedia Integration Language). RDF ( Resourse Definition Framework) XUL (Extensible User-Interface Language) 44

51 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 45 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. 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

52 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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. 46

53 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 47 Δυνατότητα 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 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. Δεν υπάρχει ένας οργανωμένος τρόπος για τη σύνδεση των σχετικών εκπαιδευτικών πηγών. Ο συνήθης τρόπος αναζήτησης συγκεκριμένης πληροφορίας

54 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. Δεν 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. Δεν 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. 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. 48

55 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 49 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 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

56 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. Δεν υπάρχει ένας ενιαίος τρόπος αντιμετώπισης του φαινομένου της προσαρμοστικότητας και κατά συνέπεια είναι εξαιρετικά δύσκολο η συνεργασία των εκπαιδευτικών συστημάτων να βασιστεί σε αυτό. Δεν 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 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 50

57 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 51 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 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

58 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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. 52

59 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 53 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 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

60 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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. 54

61 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 55 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 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, Δικαιώματα, 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

62 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. 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. 56

63 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 57 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. ARIADNE,ISS/CER Dublin Core IMS ADL/SCORM IEEE, ISO Μεταδεδομένα Γενικού τύπου Cancore Προδιαγραφές Δημιουργία Πρωτότυπου συστήματος, Απαιτήσεις, πρότυπα Εγκριθέντα Πρότυπα Ευχρηστία, πρακτικές λύσεις Σχήμα 6. Πρότυπα μεταπεριγραφής εκπαιδευτικού υλικού 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 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

64 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 ΕΣΔ. Το μοντέλο σπουδαστή συγκρίνει τις ενέργειες του μαθητή με το σύνολο της εκπαιδευτικής πληροφορίας του συστήματος. Το τμήμα της εκπαιδευτικής 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 58

65 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 59 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 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

66 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. 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. Διαπιστώνεται το μέγεθος των προβλημάτων που θα προκύψουν αν ην ευθύνη του ελέγχου της διαδικασίας συνεργασίας εναποτεθεί αποκλειστικά σε μηχανισμούς συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων. 60

67 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 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 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

68 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. Δόθηκε 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 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. 62

69 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 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: 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 1999.

70 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 agent policies and architectures. Available at http: // /pub/arpa/kqml/ papers/ kqmlspec.ps 64

71 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 65 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 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

72 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 Lemone K. A., 1996, Retargetable Course Generation- A methodology for reusability in distance education. Position Paper for ITS 96 Workshop on Architecture and 66

73 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 67 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

74 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 68

75 Κεφάλαιο 2: Συνεργασία εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 69 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

76 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο ITS 96 Workshop on Architecture and Methods for Designing Cost-Effective and Reusable ITSs, June 10 th, Montreal, Canada. 70

77 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

78 72 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. 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

79 Κεφάλαιο 3: Τεχνολογίες υποστήριξης της συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων στο διαδίκτυο 73 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. 3.2 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.

80 74 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο Όνομα Περιγραφή Δικαιώματα χρήσης BlackBoard Σύστημα που προσφέρει Εμπορικό πλήρη υποδομή για προιόν. com εκπαίδευση από ( ) απόσταση. Fle3 MOODLE Τεχνολογία Διαχείριση Αναζήτηση Προσαρμογή -Σχεσιακή Βάση Δεδομένων -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 -Δεν κάνει χρήση μεταπεριγραφών -Επίπεδο μαθήματος. -Επίπεδο μαθητή. -Χρήση XML -Υποστήριξη Educational Modelling Language Επίπεδο μαθητή-ομάδας -Επίπεδο διάλεξης -Διαχείριση 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 Διαχείρισης Εκπαίδευσης

81 Κεφάλαιο 3: Τεχνολογίες συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 75 Όνομα Περιγραφή Δικαιώματα 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 Διαχείριση 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 Διαχείρισης Εκπαίδευσης

82 76 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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

83 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 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

84 78 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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).

85 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 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). Δημιουργία συνόλου δεδομένων από επιμέρους στοιχεία, συγκερασμός μεταξύ αντίθετων ή επικαλυπτόμενων δεδομένων που περιγράφονται από την ίδια μεταπληροφορία. 1

86 80 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο Επισημείωση (Annotation). Σχολιασμός δεδομένων που βρίσκονται οπουδήποτε στο δίκτυο Edutella 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. 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.

87 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων Pool (Portal for Online Objects in Learning) Σκοπός του έργου POOL 1 (Hatala and Richards 2002), είναι η ανάπτυξη μιας κατανεμημένης εφαρμογής για την υποστήριξη αποθηκών εκπαιδευτικών 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 1

88 82 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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

89 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 83 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) 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 αιτώνπολλοί 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

90 84 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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.

91 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 85 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. 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.

92 86 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. 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).

93 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 87 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. 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.

94 88 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο Εκπαίδευση από απόσταση στο διαδίκτυο Κλειστά εκπαιδευτικά περιβάλλοντα Ανοιχτά εκπαιδευτικά περιβάλλοντα Άλλες προσπάθειες Προσαρμοζόμενα Εκπαιδευτικά συστήματα από απόσταση (WBES) Συγκεντρωτικά περιβάλλοντα Κατανεμημένα Περιβάλλοντα (P2P) CANDLE, Confidence ITS AHA,ELM- ART,DCG Αποθήκες Εκπαιδευτικών αντικειμένων Συστήματα Διαχείρισης Εκπαίδευσης Απομακρυσμένη βοήθεια από άνθρωπο Απομακρυσμένη βοήθεια από εκπαιδευτική πηγή MERLOT,CAREO, TeleCampus Blackboard, WebCT,Fle3 I-Help Edutella,ELENA, POOL Υβριδικά συστήματα Help & Learn Σχήμα 8. Ταξινόμηση των εκπαιδευτικών συστημάτων του διαδικτύου

95

96 90 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 3.6 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.

97 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 91 - Η διαδικασία συμπλήρωσης των απαραίτητων στοιχείων για την μεταπεριγραφή ενός εκπαιδευτικού αντικειμένου είναι επίπονη. Για παράδειγμα για την περιγραφή ενός μόνο εκπαιδευτικού αντικειμένου σύμφωνα με το πρότυπο IEEE LOM απαιτούνται 76 στοιχεία. - Ο τρόπος περιγραφής των εκπαιδευτικών αντικειμένων είναι ακόμη υποκειμενικός. Δεν 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.

98 92 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 3.7 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

99 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 93 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.

100 94 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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

101 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 95 - 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. Δεν 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

102 96 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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).

103 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 97 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

104 98 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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.

105 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 99 Η αρχιτεκτονική πρακτόρων (Agent architecture) είναι ένας όρος που αναφέρεται στις κύριες λειτουργίες, υπηρεσίες του συστήματος και στην σύνθεση του 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 Διαφορετικές θεωρήσεις συστημάτων πολλαπλών πρακτόρων Διάφοροι 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).

106 100 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο Πιο πρόσφατα, στον όρο έχει δοθεί γενικότερο νόημα και χρησιμοποιείται για όλους τους τύπους των συστημάτων που αποτελούνται από πολλαπλά αυτόνομα τμήματα που παρουσιάζουν συγκεκριμένα τα παρακάτω χαρακτηριστικά (Jennings et al 1998): - Κάθε πράκτορας έχει περιορισμένες δυνατότητες για να λύσει ένα πρόβλημα - Δεν 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

107 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 101 οι εξυπηρετητές προσφέρουν. Οι μεσολαβητές αυτοί συντάσσουν τις ενέργειες των πρακτόρων με σκοπό την εξυπηρέτηση των αιτήσεων των πρακτόρων που 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). Διαφαίνεται 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

108 102 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο πρακτόρων, είναι ότι τεχνολογικά η υλοποίηση ενός τέτοιου συστήματος είναι μια δύσκολη υπόθεση. Οι προσπάθειες ανάπτυξης συστημάτων πολλαπλών πρακτόρων 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. Διάφορες 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

109 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 103 δημιουργία προτύπων της τεχνολογίας των πρακτόρων. Αποτέλεσμα των προσπαθειών του οργανισμού είναι η δημιουργία προδιαγραφών για το χειρισμό των 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

110 104 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο ποικίλλει, τυπικά πρωτόκολλα που μπορεί να χρησιμοποιηθούν σε συστήματα πολλαπλών πρακτόρων είναι τα πρωτόκολλα TCP ή UDP, ή χρήση JAVA RMI ή 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. Δεν 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

111 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 105 Σε ένα κοινώς αποδεκτό τρόπο μορφοποίησης του περιεχομένου της επικοινωνίας 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

112 106 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο βαθμό διαλειτουργικότητας και ανοιχτών χαρακτηριστικών στις εφαρμογές που βασίζονται σε συστήματα πολλαπλών πρακτόρων. 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 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

113 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 107 υπόλοιπο του μηνύματος περιέχει λέξεις-κλειδιά για το επίπεδο επικοινωνίας και περιεχομένου. Οι λέξεις κλειδιά που χρησιμοποιούνται περιγράφονται αναλυτικά 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

114 108 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. 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

115 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 109 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. Δεν υπάρχει τρόπος να προσδιορισθούν οι 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

116 110 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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

117 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 111 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 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

118 112 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. 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 Στη συνέχεια θα αναφερθούμε στις υπάρχουσες προσπάθειες πλαισίων σχεδιασμού, ανάπτυξης και εκτέλεσης συστημάτων πολλαπλών πρακτόρων.

119 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 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). 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

120 114 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. 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

121 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 115 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 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.

122 116 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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

123 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 117 η προσέγγιση που επιχειρείται για την ενεργή συμμετοχή του χρήστη στη διαδικασία της μάθησης Αναφορές 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, 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 ,

124 118 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο Bellifemine F, Poggi A., Rimassa G., Developing multi agent systems with a FIPA-compliant 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. Brooks, R. A. Intelligence without Reason. Massachusetts Institute of technology, Artificial Intelligence Laboratory, AI memo number 1293, April 1991 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, 1997.

125 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 119 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 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, 1997.

126 120 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο Finin T., Wiederhold G., An overview of KQML: A knowledge Query Manipulation Language, Available through the Stanford University Computer Science Department. Johnson W. L., Pedagogical Agents as Facilitators Lifelong Learning, NASA Conference Publication, Issue , pp , 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 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.,

127 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 121 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 Gruber, T. R.. A translation approach to portable ontologies. Knowledge Acquisition, 5(2): , 1993 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. 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, 1998.

128 122 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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

129 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 123 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 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 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 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

130 124 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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 Searle J. R., Speech acts: An essay in the philosophy of language. Cambridge University Press, 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

131 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 125 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 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, 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, 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. F

132 126 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική aπό-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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, 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) Nilsson M, Siberski W. RDF query exchange language (QEL). Concepts, symantics and RDF syntax. Available at Τελευταία πρόσβαση 20 Σεπτεμβρίου 2003 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). 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 , 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 2003.

133 Κεφάλαιο 3:Τεχνολογίες υποστήριξης συνεργασίας εκπαιδευτικών συστημάτων 127 Association of computing machinery. The ACM computer classification system. 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, 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 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 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

134 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 128 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 και

135 129 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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 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

136 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 130 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. 4.2 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. Δύο 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.

137 131 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. 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

138 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 132 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. Ένα σχεδιάγραμμα της αρχιτεκτονικής του εκπαιδευτικού πράκτορα ΕΑ παρουσιάζεται στο σχήμα. Εκπαιδευτικός Πράκτορας EAj Εκπαιδευτικό Σύστημα ESi Διεπιφάνεια Ερώτησης Τμήμα Διασύνδεσης 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

139 133 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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

140 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 134 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. 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 Δομή 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.

141 135 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. 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. Δομή ενός Πράκτορα Διαμεσολαβητή (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

142 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 136 Η συγκρότηση της βάσης γνώσης βασίζεται στην οντολογία μετα-περιγραφής των εκπαιδευτικών συστημάτων που περιγράφεται στη συνέχεια Τυπική χρήση του μεσολαβητή πράκτορα 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: 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 επόμενου σχήματος περιγράφει τα στάδια λειτουργίας που αναφέρθησαν.

143 137 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. Διάγραμμα ροής της λειτουργίας ενός μεσολαβητή πράκτορα 4.4 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

144 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 138 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 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.

145 Trusted Agents DB Past queries DB Student Overlay 139 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση model εκπαίδευσης DB στο Διαδίκτυο Domain Ontology DB Trusted Agents & past queries SubSystem 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 Σχήμα 14. Διάγραμμα ροής δεδομένων του εκπαιδευτικού πράκτορα (Tutor Agent) Λειτουργική περιγραφή του εκπαιδευτικού πράκτορα Σε ένα ΕΑ μπορεί να διακρίνουμε τρεις φάσεις που αφορούν τις παραπάνω υπηρεσίες: Δημιουργία 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. Εξυπηρέτηση ενός άλλου εκπαιδευτικού κόμβου στη διαδικασία δανεισμού εκπαιδευτικής γνώσης. Κάθε ένα σύνολο εργασιών αναπαρίσταται με τη μορφή διαγράμματος ροής στο σχήμα 6. Α) Διαδικασία 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

146 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 140 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.

147 141 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. Διάγραμμα 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.

148 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 142 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 συγκεκριμένο ερώτημα.

149 143 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο (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 Πίνακας 5. Παράδειγμα μηνυμάτων KQML 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. 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:

150 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS Δομή των μηνυμάτων Η δομή ενός γενικού μηνύματος της EACL είναι αυτή της KQML : (performative (:sender X) (:receiver Z) (:ontology O) (:language L) (:content () ) ) όπου: 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.

151 145 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. 4.6 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.

152 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 146 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). 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 (Δεδομένα για τα μεταδεδομένα του εκπαιδευτικού υλικού).

153 147 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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 επόμενο σχήμα.

154 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 148 Εκπαιδευτικό σύστημα Εκπαιδευτικές Ενότητες Εκπαιδευτικές Έννοιες Εκπαιδευτικές Μικροενέργειες Ψηφιακές γνωστικές μονάδες Σχήμα 16. Η οργάνωση του εκπαιδευτικού υλικού ενός ΕΣ. 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. 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

155 149 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 } Δόμηση { 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 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.

156 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 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, Διόρθωση). Η 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

157 151 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. Εκπαιδευτική λειτουργία : Παρουσίαση Εκπαιδευτικές υπολειτουργίες: Eισαγωγή, Περιγραφή, Λεπτομερής περιγραφή, Παράδειγμα, Διαφορετικός 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 : Διόρθωση Εκπαιδευτικές υπολειτουργίες: Απλούστερο παράδειγμα Παρουσίαση λάθους Παρουσίαση θεωρίας της παρανόησης Αντιπαράδειγμα Αναλογία άσκησης Διαίρεση της άσκησης σε κομμάτια και επιμέρους επίλυση Πίνακας 7. Οι εκπαιδευτικές λειτουργίες και οι υπολειτουργίες τους. Η ανάλυση των εκπαιδευτικών λειτουργιών σε πρώτο επίπεδο οδηγεί σε τρείς κατηγορίες: Παρουσίαση, Έλεγχος και Διόρθωση Για την εκπαιδευτική λειτουργία της παρουσίασης οδηγούμαστε σε ένα σύνολο χαρακτηριστικών με συγκεκριμένη εκπαιδευτική χρήση που φαίνεται στο σχήμα 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

158 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 152 υλικό που ανήκει σε μία εκπαιδευτική μικροενέργεια. Από την άλλη πλευρά η ο 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 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 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

159 153 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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

160 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 154 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 Cost : 0 Σχήμα 21. Περιγραφή εκπαιδευτικού πράκτορα

161 155 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 }

162 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 156 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) Δημιουργία 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 επιλέχθηκε (δανεισμός εκπαιδευτικού υλικού). με τον ΕΑ που 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.

163 157 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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).

164 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 158 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. 6 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.

165 159 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. 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={ }) 13 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={ })

166 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 160 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 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 E BA Εκτίμηση του υποψηφίου για την απάντηση του E EC Εκτίμηση του μαθητή για τους υποψήφιους πράκτορες E EA

167 161 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 E = W E i W i i W = BA EBA + WECE W + W BA EC + W + W EC TA TA E TA (1) Εξίσωση 1. Συνολική εκτίμηση Όπου: 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). (α) Η εκτίμηση του μεσολαβητή πράκτορα. Η εκτίμηση του μεσολαβητή πράκτορα E BA είναι: 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).

168 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 162 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 ETA = WST Score( ST ) + WCL Score( CL) Εξίσωση 4. Εκτίμηση εμπιστοσύνης E TA είναι ίση με 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 (4) όπου ST i δηλώνει το μαθητή, EA τον εκπαιδευτικό πράκτορα και D την j k ημερομηνία και τον χρόνο αξιολόγησης. Η παραπάνω τριάδα αποτελεί κλειδί για τον πίνακα των έμπιστων πρακτόρων δηλαδή μοναδική.

169 163 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο Ο μέσος όρος αξιολόγησης ενός συγκεκριμένου μαθητή STi για τον υποψήφιο πράκτορα EA j είναι ο μέσος όρος των αξιολογήσεων του μαθητή ST i για τον 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 STj 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 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

170 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 164 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 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

171 165 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 Διδακτικής των μαθηματικών και της πληροφορικής στην εκπαίδευση, Πάτρα Μάιος Αβούρης Ν., Σολωμός Κ.,(1999), Διδασκαλία Πληροφορικής με χρήση συνεργαζόμενων ευφυών συστημάτων, Πανελλήνιο Συνέδριο Πληροφορική και Εκπαίδευση, Μαίου 1999, Ιωάννινα. Σολωμός Κ. (2000). Τεχνική έκθεση Ε1, Έργο ΠΕΝΕΔ 99ΕΔ234. Απρίλιος 2000 Σολωμός Κ, Αβούρης Ν,(1999), Διδασκαλία 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 ΠΕΝΕΔ 99ΕΔ234. Απρίλιος 2000 Σολωμός Κ., Χρήση των κατανεμημένων ευφυών συστημάτων υποβοήθησης διδασκαλίας στην τριτοβάθμια εκπαίδευση, Ετήσια τεχνική έκθεση, ΠΕΝΕΔ 1997.

172 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 166 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:

173 167 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. 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

174 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 168 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. 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

175 169 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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

176 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 170 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 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.

177 171 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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

178 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 172 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. Client Browser Http request Html page Servlet Request Servlet Response Web Server Servlet Σχήμα 27. Η επικοινωνία της γενικής κλάσης servlet με το φυλλομετρητή 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 εξυπηρετητή ή σε κάποια τοποθεσία του διαδικτύου. Όταν μια υπηρεσία αρχικοποιεί

179 173 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο ένα servlet, εκτελεί τη μέθοδο init(). Η διαδικασία αυτή εκτελείται μόνο την πρώτη φορά που καλείται το servlet εκτός αν το servlet ξαναφορτωθεί. 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 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.

180 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 174 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 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

181 175 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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,

182 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 176 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 4. 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

183 177 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο Σχήμα 30. Το ER διάγραμμα αναπαράστασης της οντολογίας του ΒΑ 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. Όσον αφορά το πρώτο επίπεδο, το υλικό του εκπαιδευτικού συστήματος διαχωρίζεται σε τρία επίπεδα: (α) εκπαιδευτικών ενοτήτων, (β) εννοιών και (γ) εκπαιδευτικών μικροενεργειών. Number Id Name Url Section n Name Requirements is consisted of 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. Διάγραμμα οντοτήτων συσχετισμών της οντολογίας του ΕΑ (εκπαιδευτικό υλικό)

184 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 178 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). Η αξιολόγηση της υποψήφιας λύσης από τους ίδιους τους EA στηρίζεται σε δύο τιμές. 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 μεσολαβητή 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.

185 179 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο Discipline Science Net status Date Plugin Language Difficulty Grade 1 Grade 2 Agent URL Question id Eduational Agents' Bids Question Agent id Bid Results Sub-Disc ipline Agent id m Results to 1 Keyword Taxonomy Estimation 1 Broker id m Micro function type Agent id 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. Διάγραμμα οντοτήτων συσχετισμών της οντολογίας του ΕΑ (μοντέλο έμπιστων πρακτόρων) 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 την 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.

186 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 180 (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 αλληλεπιδρά με έναν από αυτούς και οι άλλοι συνδράμουν για 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 Σύντομη περιγραφή του σεναρίου συνεργασίας Το σενάριο συνεργασίας περιλαμβάνει τις εξής τρεις επιμέρους φάσεις : Πρώτη Φάση : Δημιουργία 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). 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).

187 181 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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) Διεπιφάνεια Ερώτησης Βαθμός (9) ΕΣ 2 Αποτελέσματα Ερώτησης Βαθμολογία Εκπ. Υλικού Σχήμα 33. Περιγραφή του σενάριου συνεργασίας Δεύτερη Φάση : Παραλαβή ενός ερωτήματος από τους εκπαιδευτικούς πράκτορες ΕΑi. Εξυπηρέτηση του ερωτήματος και αποστολή μηνυμάτων που αποτελούν υποψήφιες απαντήσεις προς τον EA. (βήμα 4) Συλλογή των υποψήφιων απαντήσεων από τον ΕΑ. Ενημέρωση της λίστας υποψηφιοτήτων. Συνολική αξιολόγηση των υποψήφιων λύσεων και παρουσίαση τους στον μαθητή με τη βοήθεια της διεπιφάνειας παρουσίασης λύσεων (βήμα 5). 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).

188 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 182 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: Δημιουργία 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). Εκπαιδευτικός πράκτορας 1 Ερώτηση (Βήμα 2) Ενημέρωση (Βήμα 3) Διαμεσολαβητής πράκτορας Ερώτηση (Βήμα 3) Html Δεδομένα Ερώτησης (Βήμα 1) Ερώτηση (Βήμα 3) Εκπαιδευτικός πράκτορας 2 Φυλλομετρητής ΕΣ1 Εκπαιδευτικός πράκτορας 3 Διεπιφάνεια ερώτησης Σχήμα 34. Πρώτη φάση του σεναρίου συνεργασίας Το αίτημα του χρήστη μεταφέρεται στο τμήμα επικοινωνίας του ΕΑ που εκπαιδευτικού πράκτορα με τον οποίο αλληλεπιδρά ο συγκεκριμένος μαθητής. Με

189 183 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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.) 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. 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) Δεύτερη φάση σεναρίου συνεργασίας: Εξυπηρέτηση του ερωτήματος από τους ΕΔ. 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.

190 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 184 Εκπαιδευτικός πράκτορας 1 Διαμεσολαβητής πράκτορας HTML Υποψηφιότητα Στάδιο 4 Υποψηφιότητα Στάδιο 4 Παρουσίαση αποτελεσμάτων Στάδιο 5 Εκπαιδευτικός πράκτορας 2 Φυλλομετρητής ΕΣ 1 Εκπαιδευτικός πράκτορας 3 Διεπιφάνεια ερώτησης Αποτελέσματα Σχήμα 35. Δεύτερη φάση του σεναρίου συνεργασίας Τρίτη φάση σεναρίου συνεργασίας: Επιλογή επικρατέστερης λύσης. Εκπαιδευτικός πράκτορας 1 Διαμεσολαβητής 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 Διεπιφάνεια ερώτησης Διεπιφάνεια Βαθμολογίας Σχήμα 36. Τρίτη φάση του σεναρίου συνεργασίας

191 185 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο Η παρουσίαση των αποτελεσμάτων γίνεται με βάση τη σειρά της συνολικής αξιολόγησης των απαντήσεων των υποψήφιων ΕΔ. 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 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) 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).

192 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 186 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.

193 187 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο Σχήμα 37. Η διεπιφάνεια ερωτήσεων 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. 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:

194 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 188 {Agent URL, Agent name, EACL performative, queryid,query type, [query data name= query data value ], Studentid} 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: ytype=full&keyword=array&mftype=example&difficulty=default&interactiv ity=default&language=default&academiclevel=default&network=default&st udentid=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.

195 189 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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: 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.

196 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 190 Α Αναγνώριση της εντολής EACL Αναγνώριση υπαρχόντων δεδομένων της ερώτησης Λέξη κλειδί Δεν υπάρχει Υπάρχει Εύρεση της τελευταίας αλληλεπίδρασης του μαθητή με το ΕΣ Εύρεση της Ψηφιακής γνωστικής μονάδας Εύρεση της έννοιας και μικροενέργειας Αναγνώριση τύπου ερώτησης Δημιουργία υπόλοιπων δεδομένων ερώτησης Δημιουργία μηνύματος-ερωτήματος Αποστολή μυνήματος στο μεσολαβητή Τ Σχήμα 38. Διάγραμμα ροής της επεξεργασίας του ερωτήματος στον ΕΑ 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

197 191 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. 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: 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

198 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 192 (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. Δημιουργείται έτσι μία πρώτη αξιολόγηση από την άποψη της γνωστικής «εγγύτητας» των υποψήφιων ΕΔ 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. Για να μπορεί ο ΒΑ να συνδυάζει μία λέξη-κλειδί με ένα ή περισσότερα γνωστικά αντικείμενα (ΕΔ) 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.

199 193 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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. Διάγραμμα ροής της λειτουργίας του ΒΑ 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 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

200 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 194 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 ΕΔ 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 ΕΔ 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 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

201 195 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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: Διαβάζει 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:

202 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 196 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 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 Δημιουργία μηνύματος απάντησης Ναι Αποτέλεσμα Αποστολή μυνήματος Δυνατότητα χαλάρωσης προϋποθέσεων Όχι Τ Σχήμα 40. Διάγραμμα ροής που περιγράφει τη διαδικασία δημιουργίας υποψήφιας λύσης

203 197 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο Δεν 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. 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 ΕΔ 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.

204 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 198 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: _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:

205 199 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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

206 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 200 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>; 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. Διάγραμμα ροής που περιγράφει την αξιολόγηση των υποψήφιων λύσεων στον ΕΑ 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>

207 201 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 E BA είναι: 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 Τα αντίστοιχα βάρη παίρνουν τις παρακάτω τιμές: W D =0.250, W P =0.250, W N =0.250, W SC =0.084, W DM =0.084, W SP =0.084 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 Ανάλογα η εκτίμηση του εκπαιδευτικού περιεχομένου Ε EC (βλέπε ) είναι: 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 ED E ED

208 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 202 ETA = WST Score ( ST ) + WCL Score ( CL) (4) Όπου W ST =0.6, και W CL =0.4 Τελικά τη συνολική εκτίμηση είναι ίση με : E + sum = WBAEBA + WEC EEC WTAETA, όπου BA W =0.2, W EC =0.3, W 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 ΕΔ. Ο χρήστης-μαθητής είναι ο τελικός κριτής και είναι αυτός που αφήνεται να επιλέξει την απάντηση που ο ίδιος θεωρεί ότι είναι η καταλληλότερη. Σχήμα 42. Η διεπιφάνεια παρουσίασης αποτελεσμάτων προς τον χρήστη Τα δεδομένα που παρουσιάζονται στην διεπιφάνεια αποτελεσμάτων είναι:

209 203 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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) Ο μαθητής έχει τη δυνατότητα να πλοηγηθεί σε όλες τις προσφερόμενες λύσεις. Η επιλογή του εκπαιδευτικού υλικού επαφίεται σε αυτόν. Δίνεται 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 Διαδικασία 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. 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

210 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 204 η εκτέλεση των απαραίτητων απαιτούμενων ενεργειών. Η διαδικασία για την αντιμετώπιση των προβλημάτων είναι η ακόλουθη: 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 Να επιλέξει το γνωστικό αντικείμενο Να επιλέξει το εκπαιδευτικό υλικό Σχήμα 43. Η παρακολούθηση του δανειζόμενου εκπαιδευτικού υλικού.

211 205 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 του ΒΑ. Στη διαδικασία της εγγραφής του ΕΑ περιλαμβάνεται η μεταπεριγραφή του που αποθηκεύεται στη βάση δεδομένων του ΒΑ. Τα μηνύματα που υλοποιούν την

212 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 206 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 } Διαγραφή 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

213 207 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο ΒΑ. Η κοινή παραδοχή του ΕΑ και του ΒΑ είναι ότι η συγκεκριμένη κατηγορία διαγράφεται και λαμβάνεται υπόψη η καινούρια περιγραφή. Κατά συνέπεια η μετάδοση των δεδομένων γίνεται εξ αρχής για τη κατηγορία αυτή. Η αλλαγή των 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:

214 Κεφάλαιο 5: Η υλοποίηση του συστήματος πολλαπλών πρακτόρων MATS 208 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. 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, Σολωμός Κ, Θραμπουλίδης Κ, Αβούρης Ν, (2000), «Πλαίσιο για την ανάπτυξη εκπαιδευτικών κατανεμημένων εφαρμογών βασισμένο στην αρχιτεκτονική CORBA»,

215 209 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο Πανελλήνιο Συνέδριο Πληροφορικής Πληροφορική και Εκπαίδευση Θεσσαλονίκη Νοεμβρίου 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 Weibel, S., Kunze J., Lagoze, C., Wolf, M., (1998). Dublin Core Metadata for Resource Discovery. IETF #2413. The Internet Society, September Available at:

216 Κεφάλαιο 6: Αξιολόγηση της αρχιτεκτονικής MATS 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.

217 211 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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. Διαδικασίες 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.

218 Κεφάλαιο 6: Αξιολόγηση της αρχιτεκτονικής MATS 212 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

219 213 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο έπρεπε να επιτύχει την συνεργασία των ετερογενών εκπαιδευτικών συστημάτων και την αποδοτική επεξεργασία των ερωτημάτων του εκπαιδευομένου. 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, Δηλώσεις μεταβλητών, Χρήση των τελεστών, Χρήση των εκφράσεων, Εντολές επανάληψης, Προγραμματιστικά παραδείγματα, Συναρτήσεις, Πίνακες, Δείκτες, Διαχείριση 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

220 Κεφάλαιο 6: Αξιολόγηση της αρχιτεκτονικής MATS 214 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 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 * Assymetrix Systems Ltd.

221 215 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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

222 Κεφάλαιο 6: Αξιολόγηση της αρχιτεκτονικής MATS 216 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 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

223 217 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο 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 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.

224 Κεφάλαιο 6: Αξιολόγηση της αρχιτεκτονικής MATS 218 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. 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

225 219 Κ. Σολωμός Διδακτορική Διατριβή: Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική από-απόσταση εκπαίδευσης στο Διαδίκτυο (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 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.

226 Κεφάλαιο 6: Αξιολόγηση της αρχιτεκτονικής MATS 220 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 διαδικασίας είναι αντικείμενο μελέτης ενός άλλου σεναρίου που θα περιγραφεί στην ενότητα 6.3.