Η Αρ ιτεκτονική αναφοράς Μα ησιακών Χώρ ν CROP - Μια πρώτη προσέ ιση

Η Αρ ιτεκτονική αναφοράς Μα ησιακών Χώρ ν CROP - Μια πρώτη προσέ ιση Τε νική Έκ εση ια την εκπ ήρ ση της διατρι ής με τίτ ο Οντο ο ίες και Λο ική Παρα ή με Εφαρμο ές σε Υπηρεσίες Μά ησης στο Σημασιο ο ικό Ιστό TR: MRXP3 * Μαρία Τσιακμάκη Επιτροπή: Δρ. Ομηρος Ρά ος Δρ. Χρυσάφης Χαρτώνας Δρ. Πανα ιώτης Πιντέ ας * Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Μα ηματικών TK-265 04 Πάτρα, Ε άδα 2012 * Αποτε εί μέρος της παρουσίασης [16] Τμήμα Μα ηματικών, Πανεπιστήμιο Πατρών, Ε άδα Τμήμα Τε νο ο ίας Π ηροφορικής και Τη επικοιν νιών, ΤΕΙ Λάρισας, Ε άδα i

Περί ηψη Στην αναφορά αυτή μοντε οποιούμε το πρό ημα παρο ής υπηρεσιών μά- ησης ώστε να διασφα ίζεται η προσαρμοστική απόκριση του συστήματος σε διαπιστούμενες ανά κες του ρήστη. Η πρότασή μας επεκτείνει και ασίζεται στο πρότυπο της Αρ ιτεκτονικής CROP (Concept-Resource-Order-Product) Μα ησιακών Αντικειμέν ν. Στην προτεινόμενη αντί ηψη, οι Υπηρεσίες Μά- ησης, νοούμενες ς Δικτυακές Υπηρεσίες (Web Services) με αντικείμενο την παρο ή Μα ησιακών Αντικειμέν ν, ορ ανώνονται σε Μα ησιακούς Χώρους (Learning Domains) και συνερ άζονται με στό ο τη δυναμική (run-time) σύν εση ή τροποποίηση Μα ησιακών Αντικειμέν ν CROP που να ανταποκρίνονται τόσο (α) σε αρακτηριστικά του Χρήστη ( ν σιακά, στυ, προτίμησης κ π, ν στά από το μοντέ ο του ρήστη), όσο και ( ) σε δυναμικά διαπιστούμενες ανά κες ή προ ήματα (π.. αμη ή απόδοση σε τεστ, αιτούμενο από το ρήστη πρόσ ετο επεξη ηματικό υ ικό κ π) κατά τη διάρκεια ρήσης. ii

Περιε όμενα 1 Εισα ή 1 2 Μα ησιακά Αντικείμενα 2 2.1 IEEE LOM.............................. 2 2.2 Προσδιοριστές Μα ησιακού Στυ.................. 3 2.3 Η Αρ ιτεκτονική CROP....................... 4 3 Μα ησιακοί Χώροι 6 3.1 Οι κύριες ειτουρ ίες......................... 7 3.2 Η αρ ιτεκτονική αναφοράς...................... 9 3.3 Παράδει μα α η επιδράσε ν.................... 10 4 Συμπεράσματα και με οντική δου ειά 14 Βι ιο ραφία 15 Παράρτημα 16 Αʹ The LOM Base Schema 16 Βʹ Παράδει μα συμ ατότητας της CROP αρ ιτεκτονικής με το ΙΕΕΕ LOM 18 iii

Κατά ο ος σ ημάτ ν 1 IEEE LOM Base Schema...................... 3 2 Learning Style Designators..................... 4 3 Επίπεδα Ορισμού ενός Μα ησιακού Αντικειμένου CROP..... 5 4 Μα ησιακός Χώρος.......................... 6 5 Η σύν εση ή προσαρμο ή ενός Αντικειμένου............ 8 6 Οι Ρό οι σε ένα Μα ησιακό Χώρο και οι μεταξύ τους συσ ετίσεις 11 7 Παράδει μα Σύν ετης Διερ ασίας.................. 12 8 Παράδει μα Αντα α ής και Μηνύματος.............. 13 iv

1 Εισα ή Η συνε ώς αυξανόμενη ρήση τ ν Συστημάτ ν Δια είρισης Μά ησης (Learning Management Systems - LMS) ια τη διά εση εκπαιδευτικού περιε ομένου (μα ησιακά αντικείμενα) αυξάνει και την ανά κη της αυτόματης σύν εσης και προσαρμο ής του περιε ομένου αυτού ια την εξυπηρέτηση τ ν εκάστοτε ανα κών τ ν ρηστών. Μια σημαντική προσφορά στην κατεύ υνση αυτή είναι η ορ άν ση του περιε ομένου σε μικρότερα, επανα ρησιμοποιούμενα (reusable) και δια ειτουρ ικά (interoperable) αντικείμενα μέσα από την υιο έτηση κοινών προτύπ ν όπ ς το SCORM [10] και το IEEE LOM [8], κα ώς και η ρήση τε νικών σ εδιασμού ενερ ειών (planning techniques). Στην παρούσα αναφορά περι ράφονται αρ ές ύρ από τις τε νο ο ίες τ ν υπηρεσιών διαδικτύου (web services), όπου οι παρε όμενες υπηρεσίες είναι Μα- ησιακά Αντικείμενα. Οι Υπηρεσίες αποτε ούν μέρος ενός δικτύου (Μα ησιακού Χώρου) στο οποίο αναπτύσσονται και συνερ άζονται. Η συνερ ασία τ ν Υπηρεσιών ια την κατασκευή και προσαρμο ή Μα ησιακών Αντικειμέν ν προϋπο έτει την ύπαρξη μιας αρ ιτεκτονικής αναφοράς του Χώρου Μά ησης. Η αρ ιτεκτονική αυτή, την οποία παρουσιάζουμε στην παρούσα ερ ασία, α πρέπει να μοντε οποιεί (α) τα Μα ησιακά Αντικείμενα, ( ) τον ρήστη (Μοντέ ο Μα ητή), ( ) τις Υπηρεσίες Μά ησης και (δ) τις μεταξύ τους α η επιδράσεις και εσ τερικές ειτουρ ίες. Η αναφορά ορ ανώνεται σε τρεις ενότητες. Στην ενότητα 2 περι ράφονται τα μα ησιακά αντικείμενα και η αρ ιτεκτονική Αντικειμέν ν CROP. Στην Ενότητα 3 περι ράφεται η προτεινόμενη αρ ιτεκτονική τ ν Μα ησιακών Χώρ ν. Τέ ος η ενότητα 4 περιέ ει τα συμπεράσματα. 1

2 Μα ησιακά Αντικείμενα Στα π αίσια της διατρι ής με ετάμε ια τη προσαρμο ή τ ν Μα ησιακών Αντικειμέν ν στις ανά κες τ ν ρηστών. Μερικά σημαντικά πεδία με έτης που σ ετίζονται με το έμα αυτό είναι: 1. η αρ ιτεκτονική τ ν Μα ησιακών Αντικειμέν ν 2. η αρ ιτεκτονική τ ν Υπηρεσιών Μά ησης, όπ ς ια παράδει μα οι Συμμετέ οντες, οι διακριτοί Ρό οι που οι Συμμετέ οντες μπορούν να παίζουν, οι α η επιδράσεις μεταξύ τ ν Συμμετε όντ ν 3. η αρ ιτεκτονική τ ν Χώρ ν Μά ησης, δη αδή το περι ά ον στο οποίο αυτές οι υπηρεσίες ζουν και α η επιδρούν 4. οι στρατη ικές που αυτές οι Υπηρεσίες ακο ου ούν ώστε να προσαρμόσουν τα αντικείμενα στις ανά κες τ ν ρηστών μέσα από εσ τερικές διαδικασίες ή/ και συνερ ασία με ά ες Υπηρεσίες Μά ησης. Πιο συ κεκριμένα, η αρ ιτεκτονική τ ν Μα ησιακών Αντικειμέν ν (1) α πρέπει να μπορεί να περι ράφει: 1. ατομικά και σύν ετα αντικείμενα 2. στατικά και δυναμικά (που συν έτονται/ ενημερώνονται πριν/ κατα τη διάρκεια της ρήσης (π. όταν εντοπίζονται μα ησιακές δυσκο ίες) 3. επανα ρησιμοποιήσιμα αντικείμενα 4. το π ς τα αντικείμενα α μπορούν να προσαρμόζονται στις ανά κες τ ν ρηστών (υποστηρίζουν την υ οποίηση reasoning διαδικασιών) 5. το τρόπο με τον οποίο τα μα ησιακά αντικείμενα α μπορούν να διαφημίζονται (discoverable, searchable) Λαμ άνοντας υπόψη τις παραπάν ανά κες, με ετήσαμε το πρότυπο IEEE LOM, ένα συ κεκριμένο αρακτηριστικό τ ν ρηστών, τα Μα ησιακά Στυ (που σύμφ να με την αρ ιτεκτονική CROP είναι ένα πρόσ ετο αρακτηριστικό προσαρμο ής), και τέ ος την CROP αρ ιτεκτονική τ ν μα ησιακών αντικειμέν ν, με σκοπό να τα υιο ετήσουμε και στη δική μας έρευνα. 2.1 IEEE LOM Μία από τις πιο σημαντικές προσπά ειες προτυποποίησης τ ν αρακτηριστικών τ ν Μα ησιακών Αντικειμέν ν είναι το Learning Object Metadata (LOM) [8] της IEEE Learning Technology Standards Committee (LTSC). Ο στό ος αυτής της επιτροπής ήταν να δημιουρ ήσει ένα πρότυπο που α οη ήσει ρήστες όπ ς μα ητές, εκπαιδευτές, αυτόματα ο ισμικά, να αναζητούν, αξιο ο ούν, αποκτούν, και να ρησιμοποιούν μα ησιακά αντικείμενα. Επιπ έον, μια τέτοια μοντε οποίηση επιτρέπει την κοινή ρήση και αντα α ή τέτοι ν αντικειμέν ν μεταξύ όμοι ν ή ετερο ενών π ατφορμών, και υπηρεσιών. Το IEEE LOM ορίζει ένα σετ από μεταδεδομένα που αρακτηρίζουν ένα μα- ησιακών αντικείμενο (Εικόνα 1). Περι αμ άνει αρακτηριστικά όπ ς η έκδοση 2

Σ ήμα 1: IEEE LOM Base Schema του αντικειμένου, στοι εία ια τον συ ραφέα, τε νικά αρακτηριστικά του αντικειμένου, μα ησιακά αρακτηριστικά (όπ ς το επίπεδο δυσκο ίας, η πυκνότητα, η δυσκο ία), συσ ετίσεις του με ά α αντικείμενα, στοι εία ταξινόμησης (όπ ς ο μα ησιακός στό ος του αντικειμένου, οι προαπαιτούμενες νώσεις που ρειάζεται να δια έτει, και σε ποιο ν στικό τομέα ανήκει). Το σ ήμα του LOM παρατί εται στο Παράρτημα Αʹ. Η αρ ιτεκτονική αναφοράς CROP ([5], [4]) ορίζει τρία διακριτά αρακτηριστικά τ ν μα ησιακών αντικειμέν ν: την έννοια στό ο (target concept), τις προαπαιτούμενες έννοιες (prerequisites) και τον προσδιοριστή μα ησιακού στυ (learning style designator) τ ν αντικειμέν ν. Για τη συμ ατότητα της CROP με τα IEEE LOM αντικείμενα μπορούμε να εισά ουμε τα αρακτηριστικά στη ενότητα του LOM Classification (σ ετικό παράδει μα στο Παράρτημα Βʹ). 2.2 Προσδιοριστές Μα ησιακού Στυ Στο [2] ανα ύονται 14 μοντέ α μά ησης, τα οποία κατα ή ουν σε 71 διαφορετικές προσε ίσεις. Δεν υπάρ ουν πρότυπα κοινά αποδεκτά στο πεδίο τ ν ν στικών και μα ησιακών στυ. Μια πρώτη πρόταση ομαδοποίησης και συσ έτισης τ ν πιο διαδεδομέν ν μοντέ ν αποτε εί η Upper Learning Styles Ontology [5]. Εκεί σημειώνεται π ς οι περισσότερες ε ρίες ια τα μα ησιακά στυ συν έτονται συνδυάζοντας έναν αρι μό από διαστάσεις οι οποίες είναι διαμετρικά αντί ετες μεταξύ τους (linear bipolar dimensions) (Εικόνα 2). Για παράδει μα, στη ε ρία του Kold, το συ- κ ίν ν στυ (converging style) ασίζεται στην αφηρημένη (abstract) και ενερ ητική (active) διάσταση, δύο διαστάσεις δη αδή που είναι αντί ετες. Βασιζόμενοι σε αυτά τα δίπο α από 11 διαφορετικές ε ρίες, οι Χ. Χαρτώνας και Ε. Γκανά κατα ή ουν σε μια προτεινόμενη ιεράρ ηση (οντο ο ία) ορίζοντας μια σειρά από αντίστοι ους προσδιοριστές (designators) στυ. Θα ρησιμοποιήσουμε τους προσδιοριστές αυτής της οντο ο ίας στα προφί τ ν Μα ησιακών Αντικειμέν ν και τ ν Μα ητών. Επιπ έον, κά ε Μα ησιακός Χώρος ένα μία τέτοια κα ο ική οντο ο ία. 3

Σ ήμα 2: Learning Style Designators 2.3 Η Αρ ιτεκτονική CROP Η αρ ιτεκτονική αναφοράς CROP [5], [4] προτά ηκε ς ένα design pattern και μοντε οποιεί τα Μα ησιακά Αντικείμενα με τρόπο που να επιτρέπει τόσο την τυπική περι ραφή τ ν Αντικειμέν ν, όσο και τη σύν εση (δυναμική κατασκευή) νέ ν ια την εξυπηρέτηση τ ν ανα κών του εκάστοτε Μα ητή. Βασίζεται σε τέσσερις έννοιες: Concept, Resource, Order, και Product. Ένα Μα ησιακό Αντικείμενο CROP έ ει αναδρομική δομή και μπορεί να είναι είτε ένα ατομικό αντικείμενο, ένα Resource (π.. ένα κείμενο, μια εικόνα), είτε ένα σύν ετο αντικείμενο, ένα Product, δη αδή μπορεί να περιέ ει ά α Μα ησιακά Αντικείμενα CROP ς συστατικά (components). Κά ε Αντικείμενο CROP (Σ ήμα 3) έ ει μία έννοια-στόχο (target Concept) και προαπαιτούμενες έννοιες (prerequisite Concepts), έννοιες δη αδή που πρέπει να ν ρίζει ο ρήστης ια την επιτυ ή αξιοποίηση του αντικειμένου. Στό ος και προαπαιτούμενες έννοιες ορίζονται στην Οντολογία Περιεχομένου (Content Ontology) του αντικειμένου, η οποία και αποτε εί υπο-οντο ο ία της ενικής Οντο ο ίας Αναφοράς του Μα ησιακού Χώρου (Domain Ontology) στον οποίο διατί εται το αντικείμενο, από κάποια Υπηρεσία Μά ησης. Στι μιότυπα (instances) τ ν εννοιών της οντο ο ίας περιε ομένου εισά ονται ς στι μιότυπα μιας κ άσης Έννοια (Concept), στην οποία ορίζεται μια διμε ής σ έση προαπαιτούμενου. Η προκύπτουσα νέα οντο ο ία συνιστά το ε όμενο Γράφημα Εννοιών (Concept Graph) του Μα ησιακού Αντικειμένου (το οποίο αποτε εί επίσης υπο-οντο ο ία του κα- ο ικού Γραφήματος Εννοιών του Μα ησιακού Χώρου - Global Concept Graph). Στι μιότυπα της σ έσης προαπαιτούμενου νοούνται ς ατομικοί sequencing rules. Κά ε κόμ ος στο Concept Graph αποτε εί ένα διδακτικό στό ο. Η κατασκευή του Μα ησιακού Αντικειμένου προϋπο έτει την οικοδόμηση του επονομαζόμενου KRC (Knowledge Requirements Chart), το οποίο ασίζεται στο Concept Graph και προκύπτει από αυτό με προσ ήκη σε κά ε κόμ ο μιας ίστας υπαρ όντ ν Μα ησιακών Αντικειμέν ν με (α) έννοια-στό ο την έννοια του κόμ ου και ( ) με προαπαιτούμενες έννοιες οι οποίες είναι είτε προαπαιτούμενες του υπό κατασκευή αντικειμένου, είτε αποτε ούν κόμ ους του Concept Graph (διδασκόμενους στό ους) συνδεόμενους με τη διδασκόμενη έννοια στον τρέ οντα κόμ ο. Η διαδο ική εκτέ εση τ ν Αντικειμέν ν σε κά ε κόμ ο οδη εί στην κατάκτηση της έννοιας-στό ου του Αντικειμένου. Το Γράφημα Εκτέλεσης (Execution Graph) κατασκευάζεται με άση το KRC και προσ έτει νέους κόμ ους Ε έ ου και Δια- 4

Σ ήμα 3: Επίπεδα Ορισμού ενός Μα ησιακού Αντικειμένου CROP ό ν. Τον τρόπο διάσ ισης του ράφου κα ορίζει το επι ε όμενο Μοντέλο Εκτέλεσης (Execution Model). Ο Διαχειριστής Εκτέλεσης (Execution Manager) είναι κάτο ος προκα ορισμέν ν μοντέ ν εκτέ εσης, α ά έ ει επίσης τη δυνατότητα να αναδρομο ο ήσει την εκτέ εση με άση επι ο ές του ρήστη. Στην αντί ηψη τ ν [6], [4], τα Μα ησιακά Αντικείμενα CROP δεν έ ουν ικανότητα προσαρμο ής (πέρα από τη στοι ειώδη μέσ τ ν Δια ό ν και τ ν κόμ ν ε έ ου του ραφήματος Εκτέ εσης). Την α η επίδραση Μα ησιακού Αντικειμένου και Μα ητή παρακο ου εί το επονομαζόμενο Order αντικείμενο. Το Order είναι ένας Observer (monitor) προ- ραμματισμένος να αντιδρά σε κα ορισμένου τύπου συμ άντα (αιτήματα που διατυπώνονται μέσ τ ν Δια ό ν, αποτυ ία συ κέντρ σης του απαιτούμενου α μού επίδοσης μετά την εκτέ εση ό ν τ ν τεστ, κ π), αποστέ οντας σ ετικά μηνύματα προς την Υπηρεσία Μά ησης της οποίας ιδιοκτησία είναι το συ κεκριμένο Αντικείμενο. Η τε ευταία μπορεί να τροποποιεί δυναμικά το Αντικείμενο, π. να προσφέρει επιπ έον υ ικό ια με έτη, ή άσκηση. Το υ ικό αυτό μπορεί να δια έτει η ίδια Υπηρεσία Μά ησης, ή να το αποκτά μετά από επικοιν νία και συνερ ασία με ά ες Υπηρεσίες του Μα ησιακού Χώρου. Τα Μα ησιακά Αντικείμενα CROP περι ράφονται με ένα σύνο ο στοι εί ν Μεταδεδομέν ν, κατά το IEEE LOM πρότυπο [8]. Επιπρόσ ετα, ε ρείται στην αντί ηψη CROP ότι κά ε Μα ησιακό Αντικείμενο αρακτηρίζεται από ένα σύνο ο από προσδιοριστές Μα ησιακού Στυ (Learning Style Designators) [6], οι οποίοι υποδη ώνουν ν σιακά αρακτηριστικά και αρακτηριστικά στυ μά ησης του Μα ητή ια τον οποίο αυτό το Αντικείμενο είναι (πιο) κατά η ο. Σημειώνουμε ιδιαίτερα ότι 1. ένα CROP αντικείμενο προσδιορίζεται αφαιρετικά ς ένα ζευ άρι (prerequisite concepts, target concept), που μας επιτρέπει να το αντι ηφ ούμε ς έναν planning operator pc 1 pc 2 pc n tc, και 2. η αρ ιτεκτονική CROP επιτρέπει τη σύν εση αντικειμέν ν CROP ό ι μόνον με τη δημιουρ ία μιας ραμμικής α η ου ίας αντικειμέν ν, α ά και με την ενσ μάτ ση ενός αντικειμένου στη ίστα μα ησιακών αντικειμέν ν ενός κόμ ου του KRC. 5

Σ ήμα 4: Μα ησιακός Χώρος 3 Μα ησιακοί Χώροι Οι προδια ραφές της δομής και ειτουρ ίας Μα ησιακών Χώρ ν στα π αίσια της παρούσας έρευνας έ ιναν με την ανάπτυξη ενός Μοντέ ου Ρό ν (Role Model), το αρακτηρισμό ζευ ών ρό ν ς συσ ετιζόμεν ν (peer roles) και τον κα ορισμό ρό ν ς υποκειμέν ν ή συνό ν συμπεριφορών (behaviors, processes), τόσο τοπικών (εσ τερικών, local), όσο και διαδραστικών (interactive). Η διαδραστική συμπεριφορά, κατά το πρότυπο τ ν Υπηρεσιών Διαδικτύου, συνίσταται σε αντα α ές μηνυμάτ ν (message exchanges), το περιε όμενο τ ν οποί ν είναι ε- ονότα (facts) που συντάσσονται σε κατά η η ώσσα [12]. Οι Συμμετέ οντες σε ένα Μα ησιακό Χώρο μοντε οποιούνται ς σύνο α ρό ν. Χαρακτηριστικές οντότητες ενός Μα ησιακού Χώρου (Σ ήμα 4) είναι οι Συμμετέχοντες (Participants), νοούμενοι ς σύνο α ρό ν, το κα ο ικό (global) Γράφημα Εννοιών, οι Οντολογίες, και οι Αποθήκες (Repositories). Υπάρ ουν δύο ειδών Απο ήκες: η Απο ήκη με τα προφί τ ν Υπηρεσιών Μά- ησης (Service Profile Repository) και η Απο ήκη με τα προφί τ ν Μα ητών (Learner Profile Repository). Στη πρώτη, οι Υπηρεσίες κατα έτουν τις διδακτικές ικανότητές τους (capabilities), ώστε να μπορούν να είναι ανι νεύσιμες από τους Μα ητές και από ά ες Υπηρεσίες. Όπ ς κά ε Υπηρεσία, έτσι και οι Υπηρεσίες Μά ησης ρειάζονται να διαφημίζουν τη ειτουρ ικότητά τους ώστε να είναι ανι νεύσιμες από ά ες Υπηρεσίες και Μα ητές. Στη τρέ ουσα κατάσταση του Πα κόσμιου Ιστού (μπορούμε πο ύ ενικά να πούμε π ς ανήκουμε στην Web 2 επο ή, και π ς ο Σημασιο ο ικός Ιστός, Semantic Web, α είναι η επόμενη εξέ ιξη) η ύση που έ ει αναπτυ εί είναι το πρ τόκο ο UDDI (Universal Description, Discovery and Integration) [17], το οποίο μοντε οποιεί το τρόπο περι ραφής, δημοσίευσης και εύρεσης Υπηρεσιών Ιστού. Οι πάρο οι υπηρεσιών περι ράφουν σε ένα αρ είο XML π ηροφορίες 6

ύρ από την υπηρεσία και τον τρόπο ρήσης της. Έπειτα κατα ρούν αυτό το αρ είο σε ένα UDDI μητρώο (UDDI registry). Για τον Σημασιο ο ικό Ιστό όμ ς αυτός ο τρόπος αναπαράστασης α πρέπει να υπο ο ιστεί εκ νέου με τη ρήση τε νο ο ιών οντο ο ιών, που επιτρέπουν αυτόματους μη ανισμούς συ ο ισμού πάν στις ζητούμενες και τις προσφερόμενες υπηρεσίες. Μια ύση προτείνεται στις [15] [14] όπου συνδυάζονται οι OWL-S [13] και UDDI τε νο ο ίες. Για μας όμ ς οι Υπηρεσίες Μά ησης δια έτουν το ίδιο προϊόν, τα μα ησιακά αντικείμενα (και πιο συ κεκριμένα CROP μα ησιακά αντικείμενα). Δεν μας αρκεί να κατα ρούν απ ά το τύπο τ ν υπηρεσιών που δια έτουν. Χρειάζεται να κατα ρούν π ηροφορίες ια τα ίδια τα προϊόντα που δια έτουν, π τις έννοιες στό ους που υπηρετούν, το μα- ησιακό στυ, δη αδή π ηροφορίες που περιέ ονται στο LOM. Έτσι ένα μητρώο από υπηρεσίες μά ησης περιέ ει τις ικανότητες (capabilities) όπ ς περι ράφονται στο IEEE LOM τ ν μα ησιακών αντικειμέν ν που είναι δια έσιμα στο ώρο. Στη δεύτερη απο ήκη κατα ρούνται τα αρακτηριστικά (μοντέ ο) τ ν Μα ητών, όπ ς το μοντέ ο IEEE PAPI [7], και το IMS LIP [9]. Οι κα ο ικές Οντο ο ίες αποσαφηνίζουν έννοιες που είναι κοινές στα π αίσια του Μα ησιακο Χώρου. Η πρώτη έιναι η Οντο o ία Περιο ομένου του Χώρου (Domain Ontology), περιέ ει την έν ση (merge) ό ν τ ν Οντο ο ιών Περιε ομένου (Content Ontology) τ ν Μα ησιακών Αντικει μέν ν του Χώρου. Με ά α ό ια αποσαφηνίζει και ταξινομεί ό ες τις έννοιες ια τις οποίες ο Χώρος μπορεί να προσφέρει του ά ιστο ένα Μα ησιακό Αντικείμενο. Η δεύτερη είναι η Οντο ο ία τ ν προσδιοριστών μα ησιακών στυ (Learning Style Designator Ontology), όπ ς περι ράφηκαν στην ενότητα 2.2. Κά ε Μα- ησιακό Αντικείμενο αρακτηρίζεται από έναν προσδιοριστή μα ησιακού στυ. Όμοια, κά ε Μα ητής προσδιορίζεται από ένα προσδιοριστή στυ, δ δ. ένα στυ μά ησης που φαίνεται κυρί ς να προτιμά. Η τρίτη και τε ευταία είναι το κα ο ικό Γράφημα Εννοιών (Global Concept Graph), που περιέ ει ς υπο ραφήματα ό α τα Γραφήματα Εννοιών τ ν Μα ησιακών Αντικειμέν ν του Χώρου. Συμμετέ οντες στο Μα ησιακό Χώρο είναι οι Υπηρεσίες και οι Χαρακτήρες (Actors). Διακρίνουμε τις Υπηρεσίες Μά ησης (Learning Services), τον Διαμεσο- α ητή (Facilitator), την Υπηρεσία Αξιο ό ησης και Παρακο ού ησης (Rating & Monitoring), τους Μα ητές (Learners) και τους Συ ραφείς (Authors). (Περισσότερα στην Ενότητα 3.4) 3.1 Οι κύριες ειτουρ ίες Οι κύριες ειτουρ ίες σε ένα Μα ησιακό Χώρο είναι η αναζήτηση, σύνθεση ή προσαρμογή και χρήση (εκτέ εση) Μα ησιακών Αντικειμέν ν. Αναζήτηση εκτε- ούν τόσο οι Μα ητές όσο και οι Υπηρεσίες Μά ησης. Οι πρώτοι υπο ά ουν αίτημα αναζήτησης ια ένα Αντικείμενο που εξυπηρετεί έναν επι υμητό εκπαιδευτικό στό ο (target concept). Οι Υπηρεσίες ξεκινούν ένα νέο αίτημα αναζήτησης είτε ια να ανταποκρι ούν σε αίτημα αναζήτησης ενός Μα ητή, ή μιας ά ης Υπηρεσίας, το οποίο αρ ικά δεν π ηρούν, είτε ια να προσαρμόσουν ένα Αντικείμενο που δια έτουν, πριν ή και κατά τη διάρκεια της εκτέ εσής του από έναν Μα ητή (έπειτα από αναφορά του Order). Για παράδει μα, έστ ότι ο εκπαιδευτικός στό ος ενός Μα ητή είναι η έννοια Μι αδικοί Αρι μοί. Μια Υπηρεσία δια έτει Αντικείμενο με την επι υμητή έννοια-στό ο, α ά έστ ότι έ ει προαπαιτούμενη νώση τις Τρι νομετρικές Συναρτήσεις. Σύμφ να με το Μοντέ ο του, ο Μα ητής δε κα ύπτει το προαπαιτούμενο. Η Υπηρεσία μπορεί να επι έξει να κατασκευάσει ένα 7

Σ ήμα 5: Η σύν εση ή προσαρμο ή ενός Αντικειμένου νέο Αντικείμενο προσ έτοντας στο υπάρ ον Αντικείμενα ια τις προαπαιτούμενες έννοιες που δε ν ρίζει ο Μα ητής. Σε περίπτ ση που η ίδια δεν δια έτει τα προαπαιτούμενα Αντικείμενα, ξεκινά μια νέα αναζήτηση στο Μα ησιακό Χώρο, προκειμένου να ρει μια Υπηρεσία που α της τα δια έσει (συνερ ασία μεταξύ Υπηρεσιών Μά ησης). Το πρό ημα σύνθεσης ενός Μα ησιακού Αντικειμένου 5 το αντιμετ πίζουμε ς ένα πρό ημα σ εδιασμού ενερ ειών (planning problem) υπό περιορισμούς (constraints). Οι ενέρ ειες υποδη ώνονται από planning operators που δεν είναι παρά η αφαιρετική περι ραφή τ ν Μα ησιακών Αντικειμέν ν ς ζευ ών precondition target concepts, P 1, P 2,..., P n => T. Οι περιορισμοί είναι ποικί ν ειδών. Μία κατη ορία περιορισμών προκύπτει από το στό ο μά ησης (target concept), τις διαπιστούμενες (από το Learner Model) σ ετικές νώσεις του Μα ητή και τη σ έση προαπαιτούμεν ν στο κα ο ικό Γράφημα Εννοιών του Χώρου Μά ησης. Από τα στοι εία αυτά εξά εται ένα υπο ράφημα του κα ο ικού Γραφήματος Εννοιών που αποτε εί το ράφημα εννοιών του προς σύν εση Αντικειμένου. Τα preconditions και το target concept αυτού του ραφήματος αποτε ούν τη διατύπ ση του planning problem. Μόνο planning operators που είναι συνεκτικοί προς αυτό το Γράφημα Εννοιών α ε ρη ούν στην αναζήτηση π άνου. Η σύν εση ή προσαρμο ή ενός Αντικειμένου (Σ ήμα 5) μπορεί να ά ει ώρα και κατά τη διάρκεια της χρήσης Μα ησιακών Αντικειμέν ν, αν π.. ο Μα ητής αποτυ άνει να συ κεντρώσει τον προκα ορισμένο α μό επίδοσης κατά τη με- έτη μιας ενδιάμεσης έννοιας. Η Υπηρεσία ενημερώνεται ια αυτή την εξέ ιξη από το Order, που παρακο ου εί τη διαδικασία μά ησης, και προσπα εί να αναπροσαρμόσει το Αντικείμενο τροποποιώντας το σ ετιζόμενο κόμ ο του KRC. Μπορεί ια παράδει μα να προσφέρει ένα επιπ έον Αντικείμενο ια με έτη και μία νέα άσκηση. Τα νέα αυτά αντικείμενα μπορεί να τα δια έτει η ίδια, ή α ιώς ξεκινά μια νέα αναζήτηση στο Μα ησιακό Χώρο, προκειμένου να ρει μια Υπηρεσία που α της τα δια έσει. Η συνερ ασία τ ν Υπηρεσιών ια την κατασκευή Μα ησιακών Αντικειμέν ν 8

απαιτεί την ύπαρξη μιας αρ ιτεκτονικής αναφοράς του Χώρου Μά ησης, στην οποία να ρυ μίζονται οι τρόποι α η επίδρασης μεταξύ τ ν ρό ν που υ οποιούνται από συμμετέ οντες στο Μα ησιακό ώρο. 3.2 Η αρ ιτεκτονική αναφοράς Τα Μοντέ α Ρό ν (Role Models) είναι μια μέ οδος μοντε οποίησης ενός συστήματος. Έ ει εφαρμοστεί τόσο στην Αντικειμενοστραφή Τε νο ο ία Λο ισμικού [11], [1], όσο και στη Τε νο ο ία Πρακτόρ ν Λο ισμικού (Agent Oriented Software Engineering) [3]. Στην αντί ηψη αυτή ένας ρό ος είναι ένα σύνο ο συμπεριφορών (τοπικών και διαδραστικών) και υ οποιείται από κάποιον συμμετέ οντα (Participant), Υπηρεσία (Service), Χαρακτήρα (Actor). Στο [12] αναπτύσσεται μια Upper Role Modeling Ontology στην οποία κα ορίζονται οι έννοιες που υπεισέρ ονται στον κα ορισμό ενός μοντέ ου ρό ν. Κά ε διαδραστική α η επίδραση μεταξύ ρό ν είναι μια αντα α ή (exchange), η οποία κα ορίζεται από τα preconditions (προϋπο έσεις) και effects (αποτε έσματα). Χρησιμοποιεί ένα κανά ι επικοιν νίας ια να μεταδώσει ένα μήνυμα (message). Κά ε μήνυμα έ ει ένα τύπο (communicative act) και περιε όμενο (content fact) ραμμένο σε μια ώσσα Λο ικής. Στο προτεινόμενο Μοντέ ο Ρό ν ενός Μα ησιακού Χώρου διακρίνονται οι ρό οι που παρατί ενται στον Πίνακες 1, 2.. Ο ρό ος Αιτούντος Μαθησιακών Αντικειμένων είναι αυτός που αναζητεί ια Μα ησιακά Αντικείμενα στο Χώρο. Ο ρό ος Μαθητής έ ει την ιδιότητα να αναζητεί (τη κ ηρονομεί από τον Ρό ο Αιτούντος Μα ησιακών Αντικειμέν ν) και να εκτε εί Μα ησιακά Αντικείμενα τ ν οποί ν τα αρακτηριστικά τα έ ει δη ώσει είτε ρητά είτε δια μέσ του Μοντέ ου του. Επίσης, η εκτέ εση ενός Αντικειμένου δεν είναι μια στατική διαδικασία. Αντί- ετα, ο Ρό ος Μα ητή μπορεί να επικοιν νήσει περαιτέρ τις προτιμήσεις του ια το τρόπο εκτέ εσης του Αντικειμένου. Ο ρό ος Διαμεσολαβητής είναι αυτός που διαμεσο α εί προκειμένου να ά- ουν ώρα οι α η επιδράσεις μεταξύ Μα ητή -Πάρο ου Υπηρεσίας και Πάρο ου Υπηρεσίας- Πάρο ου Υπηρεσίας. Κάτι τέτοιο επιτυ άνεται ενερ ώντας ς μη- ανή αναζήτησης ια Μα ησιακά Αντικείμενα στο Χώρο. Ο Ρό ος Αξιολογητή είναι αυτός που κατα ράφει τις αξιο ο ήσεις ποιότητας τ ν Υπηρεσιών και τ ν Χαρακτήρ ν του Χώρου. Σε αξιο ό ηση υπόκεινται οι Πάρο οι Υπηρεσιών Μά ησης, τα Μα ησιακά Αντικείμενα, οι Συ ραφείς, και οι Μα ητές. Ο Πάροχος Υπηρεσιών Μάθησης ρό ος είναι αυτός που δια έτει προσαρμόσιμα Μα ησιακά Αντικείμενα στους Μα ητές Ρό ους και σε ά ους ρό ους Παρό ους. Οι ρό οι Μα ητές εκτε ούν τα Μα ησιακά Αντικείμενα με σκοπό να αποκτήσουν νώση. Ά οι ρό οι Πάρο οι προμη εύονται Αντικείμενα με σκοπό να συμπ ηρώσουν ή/ και να εμπ ουτίσουν (προσαρμόσουν, μετα άσουν) τα δικά τους Αντικείμενα. Ο ρό ος του Επόπτη είναι να εποπτεύει τη διαδικασία της εκτέ εσης ενός Αντικειμένου, με στό ο να ενημερώνει τον Πάρο ο ια τυ ών προ ήματα εκτέ εσης (π. κο ήματα στην εκτέ εση, σφά ματα επικοιν νίας, κ.α.). Ο Ρό ος του Διαχειριστή των Προφίλ αναπαριστά έναν αφηρημένο Ρό ο που μπορεί να δια ειρίζεται το Προφί (Profile) ενός Ρό ου ή Αντικειμένου. Για μας προφί έ ει ο Μα ητής, ο Πάρο ος και το Μα ησιακό Αντικείμενο. Επεκτείνουμε 9

αυτό το Ρό ο ια να δια ειρίζεται κά ε ένα από τα παραπάν προφί. Για παράδει μα, ο Ρό ος Δια ειριστή του Προφί Παρό ου δια ειρίζεται το προφί ενός Παρό ου. Κά ε Πάρο ος έ ει να διαφημίζει τον εαυτό του στο Χώρο ώστε οι υπηρεσίες του ( ια μας οι κύριες υπηρεσίες είναι τα μα ησιακά αντικείμενα) να είναι ανακα ύψιμες στο Χώρο. Για το σκοπό αυτό έ ουμε δημιουρ ήσει το προφί τ ν Παρό ν στο οποίο περι ράφονται οι ικανότητές (capabilities) τους. Στην Σ ήμα 4 παρουσιάζεται ένα τμήμα τ ν Ρό ν του Χώρου και οι μεταξύ τους συσ ετίσεις. Ρό ος Πίνακας 1: Οι Ρό οι και οι Συμμετέ οντες που τους υ οποιούν Ρό ος Αιτούντος Μα ησιακού Αντικειμένου (Learning Object Requestor Role) Ρό ος Μα ητή (Learner Role) Ρό ος Διαμεσο α ητή (Facilitator Role) Ρό ος Συ ραφέα (Author Role) Ρό ος Πάρο ου Υπηρεσιών Μά ησης (Learning Provider Role) Ρό ος Αξιο ο ητή (Rating Role) Ρό ος Επόπτη (Monitor Role) Ρό ος Δια ειριστή Προφί (Profile Manager Role) (υπο)ρό ος Δια ειριστή Προφί Μα ησιακών Αντικειμέν ν (Learning Object Profile Manager Role) (υπο)ρό ος Δια ειριστή Προφί Μα ητών (Learner Profile Manager Role) (υπο)ρό ος Δια ειριστή Προφί Παρό ν Υπηρεσιών Μά ησης (Service Profile Manager Role) Συμμετέ οντες που τον υ οποιούν Μα ητής, Υπηρεσία Μά ησης Μα ητής Διαμεσο α ητής Συ ραφές Υπηρεσία Μά ησης Υπηρεσία Παρακο ού ησης & Αξιο- ό ησης Υπηρεσία Παρακο ού ησης & Αξιο- ό ησης Υπηρεσία Μά ησης Μα ητής, Υπηρεσία Μά ησης Υπηρεσία Μά ησης 3.3 Παράδει μα α η επιδράσε ν Για διευκό υνση του ανα νώστη, παρα έτουμε ένα στοι ειώδες σενάριο α - η επίδρασης μεταξύ ρό ν σε ένα Μα ησιακό Χώρο, τ ν Ρό ν Αιτούντος και Παρό ου Υπηρεσιών Μά ησης. Έστ ότι ο πρώτος ρό ος υ οποιείται από μια Υπηρεσία Μά ησης η οποία αναζητά ένα Μα ησιακό Αντικείμενο με σκοπό να το συμπερι ά ει στο Αντικεί- 10

Συμμετέ ν Πίνακας 2: Συμμετέ οντες ενός Χώρου Μά ησης Ρό ους που υ οποιεί Μα ητής Ρό ος Μα ητή, Ρό ος Αιτούντος Μα ησιακού Αντικειμένου, Ρό ος Δια ειριστή Προφί Μα ητή Συ ραφές Υπηρεσία Μά ησης Υπηρεσία Παρακο ού ησης και Αξιο- ό ησης Μεσο α ητής Ρό ος Συ ραφέα Ρό ος Αιτούντος Μα ησιακού Αντικειμένου, Ρό ος Επόπτη Μά ησης, Ρό ος Δια ειριστή Προφί Ρό ος Αξιο ό ησης Ρό ος Μεσο α ητή Σ ήμα 6: Οι Ρό οι σε ένα Μα ησιακό Χώρο και οι μεταξύ τους συσ ετίσεις 11

Σ ήμα 7: Παράδει μα Σύν ετης Διερ ασίας μενο που συν έτει. Η διαδικασία της αναζήτησης είναι μια σύν ετη συμπεριφορά. (Σ ήμα 7). Αρ ικά ο Αιτών εκτε εί την querylearningobjectavailablexchange διερ ασία (ρ τά αν υπάρ ουν δια έσιμα Αντικείμενα με την υπο α όμενη έννοια ς στό ο και τα επι υμητά προαπαιτούμενα, και με οιπά αρακτηριστικά, όπ ς ίσ ς η διάρκεια και πυκνότητα). Ο Πάρο ος που αμ άνει το αίτημα εκτε- εί εσ τερική διερ ασία (δεν απεικονίζεται στην Σ ήμα 7) ώστε να αποφασίσει αν μπορεί να δια έσει ένα τέτοιο Αντικείμενο. Στη διερ ασία αυτή, έστ ια παράδει μα ότι υπάρ ει Αντικείμενο με την επι υμητή έννοια στό ο α ά που δεν κα ύπτει τα προαπαιτούμενα. Εξά εται τότε το υπο ράφημα του κα ο- ικού Γράφου Εννοιών του Μα ησιακού Χώρου που κα ορίζεται από την έννοια στό ο και τις προαπαιτούμενες έννοιες. Η Υπηρεσία Πάρο ος μπορεί να μετατραπεί π έον σε Αιτούντα (με α α ή ρό ου), με στό ο την ο οκ ήρ ση ενός κατά η ου Αντικειμένου. Σε ετική έκ αση απαντά ετικά εκτε ώντας την informlearningobjectavailablexchange διερ ασία, Εικόνα 8 (το διά ραμμα δημιουρ ή ηκε με τη ρήση τ ν Protégé και ontoviz plugin, GraphViz). 12

Σ ήμα 8: Παράδει μα Αντα α ής και Μηνύματος 13

4 Συμπεράσματα και με οντική δου ειά Περι ράψαμε με συντομία μια αρ ιτεκτονική ενός Χώρου Μά ησης (Learning Domain) στον οποίο ειτουρ ούν Διαδικτυακές Υπηρεσίες Μά ησης (Learning Services) που αναπτύσσουν εξατομικευμένα Μα ησιακά Αντικείμενα (Learning Objects) και που μπορούν να τα προσαρμόζουν περαιτέρ σε εκάστοτε ανά κες, είτε μέσα από εσ τερικές διερ ασίες, είτε μέσα από τη συνερ ασία τους με ά ες Υπηρεσίες Μά ησης. Πρέπει να αναφέρουμε π ς η παρούσα έρευνα είναι σε εξέ ιξη. Μένουν ανοι- τά έματα υ οποίησης, α ά και σ εδιασμού (όπ ς η μοντε οποίηση του Μα ητή, πρότυπα/ μοτί α κατα ραφής τ ν α η επιδράσε ν ια την εξα ή συμπερασμάτ ν προσαρμο ής). 14

Αναφορές [1] E. Andersen. Conceptual modeling of objects.αδημοσίευτη διδακτορική διατρι ή, department of informatics, university of oslo., 1997. [2] F. Coffield, D. Mosley, E. Hall, and K. Ecclestone. Learning styles and pedagogy in post-16 learning., 2005. Last accessed Oct 2008. [3] J. Collis and D. Ndumu. The zeus agent building toolkit. the role modelling guide, 1999. [4] C. Hartonas. The crop reference architecture for learning objects in the semantic web. technical report, tei larissa, dept computer science, 2010. [5] C. Hartonas and E. Gana. Adaptivity for knowledge content in the semantic web. Proc ICALT, 2008. [6] C. Hartonas and E. Gana. Learning Objects and Learning Services in the Semantic Web., pages 584 586, 2008. [7] IEEE. IEEE, PAPI specification - learning technology: Public and private information, version 6.0. Technical report, IEEE, 2001. Last Accessed Oct 2008. [8] IEEE, learning technology standardization committee (LTSC) - draft standard for Learning Object Metadata (LOM), 2002. Last accessed Oct 2008. [9] IMS. IMS Global, learner information package (lip). information model, best practice and implementation guide, binding document, schemas - version 1.0. Technical report, IMS, 2001. Last Accessed Oct 2008. [10] A. Initiative. SCORM 2004 4th Edition Specification, 2009. [11] E. Kendall. Agent software engineering with role modelling. In Agent- Oriented Software Engineering, pages 163 169. Springer, 2001. [12] A. Kritsimalis. Role modeling for cdl specifications of web services. Αδημοσίευτη μεταπτυ ιακή ερ ασία, tei Λάρισας, Ε άδα, staffordshire university, 2010. [13] D. Martin, M. Burstein, D. McDermott, D. McGuinness, S. McIlraith, M. Paolucci, E. Sirin, N. Srinivasan, and K. Sycara. OWL-S 1.2 Release. Technical report, OWL-S Coalition, 2008. [14] M. Paolucci, T. Kawamura, T. Payne, and K. Sycara. Importing the semantic web in UDDI. Lecture Notes In Computer Science, pages 225 236, 2002. [15] M. Paolucci, T. Kawamura, T. Payne, and K. Sycara. Semantic matching of web services capabilities. Lecture Notes in Computer Science, pages 333 347, 2002. 15

[16] M. Tσιακμάκη, X. Χαρτώνας, and E. Γκανά. Προσαρμοστικότητα ς Αναδυόμενη Ιδιότητα Σύν εσης Υπηρεσιών Μά ησης στο Σημασιο ο ικό Ιστό. 2ο Πανελλήνιο Συνέδριο Ένταξη και χρήση των ΤΠΕ στην Εκπαιδευτική Διαδικασία Πάτρα, Ελλάδα, pages 889 898, 2011. [17] Universal Description, Discovery, and Integration (UDDI). Αʹ The LOM Base Schema Πίνακας 3: The LOM Base Schema Category Subcategories Specifications Brief Explanation 1.1 Identifier 1.1 catalog-entry tuple, e.g. isbn- 123456 1.1.1 Catalog Groups the general General 1.1.2 Entry information that describes 1.2 Title this learning object as a 1.3 Language whole 1.4 Description 1.5 Keyword 1.6 Coverage 1.6.time, culture, geography, region to which the lo applies 1.7 Structure 1.7 atomic, collection, networked, hierarchical, linear 1.9 Aggregation 1.9 raw, lesson, Level course, certificate Life Cycle 2.1 Version 2.2 Status 2.2 draft, final, revised, unavailable 2.3 Contribute 2.3.1 Role 2.3.1 author, publisher, 2.3.2 Entity 2.3.2 Date 3.1 Identifier 3.1.1 Catalog 3.1.2 Entry 3.2 Contribute Meta-Metadata3.2.1 Role 3.3.2 Entity 3.3.2 Date 3.3 Metadata Schema Συνέ εια στην επόμενη σε ίδα 16 Describes the history and current state of this learning object and those entities that have affected this learning object during its evolution. Describes how the metadata instance can be identified, who created this metadata instance, how, when, and with what references.