Εικονικά Περιβάλλοντα Εφαρµογή στη συνεργατική µάθηση

Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας Εικονικά Περιβάλλοντα Εφαρµογή στη συνεργατική µάθηση Θρασύβουλος Τσιάτσος tsiatsos@cti.gr Ερευνητικό Ακαδηµαϊκό Ινστιτούτο Τεχνολογίας Υπολογιστών Ερευνητική Μονάδα 6, http://ru6.cti.gr Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας Περίληψη Συνεργασία και Συνεργατική Μάθηση από Απόσταση Σχεδιασµός, υλοποίηση και σύγκριση λύσεων που προορίζονται να προάγουν το µοντέλο της Συνεργατικής Μάθησης από Απόσταση να αποτελέσουν Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 2 Συνεργασία και Μάθηση από Απόσταση Οι απαιτήσεις των χρηστών Αποτελεί νέο τρόπο συν-εργασίας για: Εργαζοµένους (π.χ. πολυεθνικών εταιριών) Σπουδαστές (π.χ. Ανοικτών Πανεπιστηµίων) Πολίτες Απαιτεί την εφαρµογή: Τεχνολογιών συνεργασίας από απόσταση (δικτύων, λογισµικού και εφαρµογών) Σεναρίων συνεργασίας και συνεργατικής µάθησης από απόσταση Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 3 Ανάγκη για συνεργατική µάθηση Ανάγκη για δια-βίου µάθηση Ανάγκη για άµεση και σύγχρονη ανταλλαγή γνώσης (κυρίως µεταξύ εργαζοµένων σε πολυεθνικές εταιρίες, σε δίκτυα εταιριών και εταιρίες µε διεθνές πελατολόγιο) Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 4 Νέες τάσεις στην εκπαίδευση (1/2) Νέες τάσεις στην εκπαίδευση (2/2) Αλλαγή στον τρόπο της διδασκαλίας ώστε να βασίζεται στην προώθηση µαθησιακών συζητήσεων Σταδιακή µετατροπή του ρόλου του διδάσκοντα από παροχέα πληροφοριών σε σύµβουλο της εκπαιδευτικής διαδικασίας Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 5 Η µάθηση στον 20 ο αιώνα (προσανατολισµένη στον καθηγητή ) ιάλεξη Αυτόνοµη µάθηση Ακρόαση Μετάδοση πληροφοριών Καθηγητής παροχέας πληροφοριών Στατικό περιεχόµενο Οµοιογένεια των πηγών µάθησης Εξετάσεις και διαγωνίσµατα Chute et al. (1999) Η µάθηση στον 21 ο αιώνα (προσανατολισµένη σε µαθητή/οµάδα) Υποστήριξη αυτόνοµης µάθησης Μάθηση προσανατολισµένη στην οµάδα Συνεργασία Ενδυνάµωση δυνατοτήτων Ο καθηγητής βοηθητικός υναµικό περιεχόµενο Ποικιλία των πηγών µάθησης Εφαρµογή και αναβαθµισµένη απόδοση Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 6

Το πρόβληµα στην εκπαίδευση από απόσταση Ο στόχος Ο όρος «E-learning» αναφερόταν στην αυτόνοµη και κυρίως ασύγχρονη µάθηση Το αντίθετο συµβαίνει στην παραδοσιακή αίθουσα διδασκαλίας, όπου η µάθηση εξαρτάται κυρίως από τις αλληλεπιδράσεις καθηγητή-µαθητών Το παραπάνω γίνεται εντονότερο κατά την συνεργασία από απόσταση και την συνεργατική µάθηση από απόσταση Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 7 Νέα προοπτική για την εκπαίδευση από απόσταση: Κυρίαρχο ρόλο έχει η αλληλεπίδραση των χρηστών µεταξύ τους, οι ενέργειές τους και η αλληλεπίδρασή τους µε τον καθηγητή Το εκπαιδευτικό υλικό είναι υποστηρικτικό στην εκπαιδευτική διαδικασία Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 8 Η λύση από παιδαγωγική άποψη: Συνεργατική µάθηση Εφαρµογή µοντέλων συνεργατικής µάθησης από απόσταση Συνεργατική µάθηση (collaborative learning): ορίζεται οποιαδήποτε διαδικασία οµαδικής µάθησης στην οποία λαµβάνουν χώρα τουλάχιστον κάποιες από τις σηµαντικές µαθησιακές αλληλεπιδράσεις µεταξύ των µαθητών ("οριζόντιες αλληλεπιδράσεις"). Συνεργατική µάθηση από απόσταση (collaborative e-learning): ορίζεται οποιαδήποτε διαδικασία συνεργατικής µάθησης η οποία λαµβάνει χώρα κυρίως σε ένα εικονικό περιβάλλον. Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 9 Στόχοι: Η γνωστική διαδικασία σε οµαδικό επίπεδο Η ανάπτυξη της αίσθησης της συµµετοχής Τρόπος: Μία κοινότητα µαθητευόµενων ασχολείται µε την συνεργατική επίλυση προβληµάτων. ο καθηγητής και οι µαθητές διαµοιράζονται την διαδικασία λήψης αποφάσεων σε όλες τις φάσεις της εκπαιδευτικής διαδικασίας. Χαρακτηριστικά: Ανοικτά Συµµετοχικά Ανακλαστικά Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 10 Συσχετίσεις τύπων µάθησης Τεχνολογική λύση: Πλατφόρµες που στοχεύουν στην επικοινωνία Ενεργητική Μάθηση Οµαδική Μάθηση Μάθηση Εποπτευόµενη από τον Καθηγητή Αυτόνοµη Μάθηση Παροχή όσο το δυνατό περισσότερων καναλιών επικοινωνίας (σύγχρονων και ασύγχρονων) Υποστήριξη εικονικής παρουσίας των χρηστών ηµιουργία της αίσθησης της οµάδας Παροχή καναλιών µη-λεκτικής επικοινωνίας ιαπροσωπικές Συναντήσεις Συνεργατική Μάθηση Ασύγχρονη Επικοινωνία (π.χ. ταχυδροµείο, τηλέφωνο) Καθ' έδρας Μάθηση/Εκπαίδευση Εικονικά Περιβάλλοντα Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 11 Εικονικά Περιβάλλοντα και Avatars Εικονικά Εκπαιδευτικά Περιβάλλοντα Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 12

Εικονικά Εκπαιδευτικά Περιβάλλοντα Γιατί Εικονικά Περιβάλλοντα για Συνεργατική Μάθηση? Περιεχόµενο ιαχείριση Εγγράφων Προτυποποιηµένο Εκπαιδευτικό Υλικό Εκπαιδευτικό Περιβάλλον και Κοινότητα Χρηστών Παγκόσµιος Ιστός Πληροφοριών Βίντεο/Πολυµέσα Τρισδιάστατα Εικονικά Περιβάλλοντα Επικοινωνία µε Κείµενο (Text Chat) Επικοινωνία µε Ήχο (Voice Chat) Κανάλια Επικοινωνίας ιαµοίραση Εφαρµογών (Application Sharing) Ιδιωτικά Μηνύµατα (Private Messages) Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 13 Επειδή Αναβαθµίζουν την προσωπική παρουσία υποστηρίζοντας την ενηµερότητα της οµάδας (group awareness) Παρέχουν την δυνατότητα διαλόγου µε αναπαράσταση (WYSIWIS) ιευκολύνουν την συνεργατική διερεύνηση και δηµιουργία εκπαιδευτικού υλικού ιευκολύνουν την εκτέλεση σεναρίων και τεχνικών συνεργατικής µάθησης µέσω χωροταξικών µεταφορών και λειτουργιών για την επικοινωνία των χρηστών (3D εικονικά περιβάλλοντα) Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 14 Σύγκριση τεχνολογιών για εφαρµογή Συνεργατικής Μάθησης από Απόσταση Εκπαιδευτικά εργαλεία που βασίζονται στην χρήση του Web και εστιάζουν σε έγγραφα Προτείνεται να εφαρµόζονται για ατοµική µάθηση Εργαλεία που εστιάζουν σε συνόδους Προτείνεται να εφαρµόζονται για καθ έδρας µάθηση ικτυακά Εικονικά Περιβάλλοντα, που εστιάζουν στους τρισδιάστατους χώρους Προτείνεται να εφαρµόζονται για Συνεργατική Μάθηση από Απόσταση, Πλεονεκτήµατα: Η διάκριση του χώρου και του τόπου Η δυνατότητα προβολής της πληροφορίας από πολλαπλές προοπτικές Η χρησιµοποίηση avatars Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 15 ικτυακά Εικονικά Περιβάλλοντα ( ΕΠ) Επιτρέπουν σε ένα σύνολο από γεωγραφικά αποµακρυσµένους χρήστες να αλληλεπιδρούν σε πραγµατικό χρόνο Κάθε χρήστης εµφανίζεται στο εικονικό περιβάλλον µε µια αναπαράσταση: Αvatar Χαρακτηριστικά: ιαµοίραση του χώρου, της παρουσίας και του χρόνου Παρέχουν έναν τρόπο αλληλεπίδρασης Παρέχουν έναν τρόπο διαµοίρασης Βασικά στοιχεία: Μηχανές γραφικών και οθόνες Συσκευές ελέγχου και επικοινωνίας Επεξεργαστές Ένα δίκτυο δεδοµένων Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 16 Απαιτήσεις των ΕΠ Εύρος ζώνης δικτύου Ανοµοιοµορφία Κατανεµηµένη αλληλεπίδραση Σχεδιασµός συστήµατος πραγµατικού χρόνου και διαχείρισης πόρων ιαχείριση αστοχίας Επεκτασιµότητα Ανάπτυξη-Ρύθµιση Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 17 Ανασκόπηση ΕΠ Συστήµατα DIVE BrickNet NPSNET SmallTool dvs MASSIVE SPLINE DeepMatrix Προβλήµατα των υπαρχόντων πλατφόρµων ΕΠ σε σχέση µε την Συνεργατική Μάθηση από Απόσταση: Σπάνια υποστηρίζουν πολυχρηστικές εκπαιδευτικές εφαρµογές εν εκµεταλλεύονται πλήρως τα "θεωρητικά" πλεονεκτήµατα των ΕΠ για την παροχή συνεργατικής µάθησης από απόσταση όντας προσανατολισµένες στην κίνηση των avatars και την επικοινωνία µέσω κειµένου εν υποστηρίζουν διαφορετικούς ρόλους χρηστών και δικαιώµατα πρόσβασης Η διαδικασία της δηµιουργίας πολυχρηστικών εικονικών κόσµων είναι σύνθετη και χρονοβόρα εν υπάρχει πρότυπο για την διαµοίραση των ενεργειών και των γεγονότων σε VRML 3D εικονικά περιβάλλοντα Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 18

Σχεδιαστικά χαρακτηριστικά EVE Λύση: H πλατφόρµα EVE http://ouranos.ceid.upatras.gr/vr Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας Αναπαράσταση των χρηστών και του χώρου Αλληλεπίδραση Χρηστών Χρηστών-Συστήµατος Επεκτασιµότητα Σταθερότητα Συνοχή του χώρου υνατότητα διαχείρισης διαφορετικών οµάδων χρηστών υνατότητα διαχείρισης υποτµηµάτων Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 20 Στόχοι αρχιτεκτονικής EVE Αρχιτεκτονική της πλατφόρµας EVE (1/3) Στόχος: αρχιτεκτονική κατάλληλη για υποστήριξη εκπαιδευτικών εφαρµογών, παρέχοντας επεκτασιµότητα αποδοτικότητα κατά τον σχεδιασµό του συστήµατος πρέπει να µειωθεί η συνολική εκµετάλλευση σε πόρους Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 21 Βασική ιδέα: Ο διαχωρισµός των υπηρεσιών και όχι των χρηστών ή των εικονικών κόσµων που συνθέτουν το εικονικό περιβάλλον Υβριδικό πολύ-επεξεργαστικό µοντέλο επικοινωνίας όπου κάθε εξυπηρετητής εξυπηρετεί µια συγκεκριµένη λειτουργία ή υπηρεσία Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 22 Αρχιτεκτονική της πλατφόρµας EVE (2/3) Αρχιτεκτονική της πλατφόρµας EVE (3/3) Application Application Message Message Client Client Client Client Client Message Client Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 23 Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 24

Καταλληλότητα για εκπαιδευτικό σύστηµα Υλοποίηση της πλατφόρµας EVE: Χρήσιµες τεχνολογίες Είναι επεκτάσιµο Έχει την δυνατότητα να παρέχει συνολικά διαχείριση των χρηστών και authentication control Είναι εύκολα προσαρµόσιµο και ευέλικτο εν υπάρχει κεντρικό σηµείο αστοχίας για το σύστηµα εν υπάρχουν υψηλές απαιτήσεις για επεξεργαστική ισχύ αλλά και για εύρος ζώνης δικτύου από τους clients Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 25 VRML Αποτελεί το πρότυπο για την δηµιουργία και παροχή τρισδιάστατων εικονικών περιβαλλόντων µέσω του Web Java Υλοποίηση των εφαρµογών πελάτη και των εξυπηρετητών Υλοποίηση του πρωτοκόλλου plve Αλληλεπίδραση µε τη βάση δεδοµένων ιεπαφή εξωτερικής παρέµβασης της VRML (VRML-ΕΑΙ) Απαραίτητη διεπαφή για την προσπέλαση ενός VRML εικονικό κόσµο από µια εξωτερική εφαρµογή (Java applet) Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 26 Η EVE κοινότητα Το µοντέλο της EVE κοινότητας Βασικές έννοιες: Οργανισµός: Οργάνωση των µαθηµάτων που προσφέρονται από την EVE Κοινότητα Τόπος: Εικονικές περιοχές που µπορεί να επισκεφτεί ο χρήστης Προσωπικό Γραφείο: Αποτελεί τον προσωπικό εργασιακό τόπο του χρήστη, ο οποίος εµπλουτίζεται µε ασύγχρονα χαρακτηριστικά Περιοχή Εκπαίδευσης: Αποτελεί τον τόπο όπου πραγµατοποιούνται τα µαθήµατα και ολοκληρώνεται η διαδικασία µάθησης Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 27 Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 28 Υπηρεσίες Προσωπικού Γραφείου Υπηρεσίες Περιοχής Μάθησης (1/3) Χώρος ανταλλαγής ιδεών (forum) Ηµερολόγιο γεγονότων Συνοµιλία µέσω κειµένου (text chat) Ιδιωτικά µηνύµατα Σύντοµο βιογραφικό σηµείωµα µελών Χειρισµός του περιεχοµένου της ηλεκτρονικής µάθησης Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 29 Κανάλια επικοινωνίας Επικοινωνία µε ήχο (voice chat) Επικοινωνία µε κείµενο (text chat) Μη λεκτική επικοινωνία Αναπαράσταση και ενηµερότητα του χρήστη Αντίληψη Εντοπισµός Χειρονοµίες Φυσαλίδες συνοµιλίας Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 30

Υπηρεσίες Περιοχής Μάθησης (2/3) Υπηρεσίες Περιοχής Μάθησης (3/3) Χειρισµός χρηστών και διαµοιραζόµενων τρισδιάστατων αντικειµένων Αποβολή µαθητή/συµµετέχοντα έσµευση/αποδέσµευση αντικειµένων Υποτµήµατα Πίνακας παρουσιάσεων Ασπροπίνακας Πίνακας παρουσίασης ιδεών Πίνακας παρουσίασης πολυµέσων Βιβλιοθήκη Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 31 Μη λεκτική επικοινωνία Επικοινωνία µε κείµενο Πίνακας Φυσαλίδες παρουσιάσεων συνοµιλίας έσµευση / Αποδέσµευση αντικειµένων Hi Avatar χρήστη Επικοινωνία µε ήχο Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 32 Σύγκριση EVE µε 2D εργαλεία για εκπαίδευση από απόσταση Παράδειγµα: Learnlinc Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας Cognitive Load - Learnlinc Προσωρινή αναπαράσταση του συµµετέχοντα Α Μόνιµη αναπαράσταση του συµµετέχοντα Α Ανάδραση µε εικονίδια του συµµετέχοντα Α Επικοινωνία µε κείµενο Σηµαντική και συναφής πληροφορία είναι διάσπαρτη εν είναι δυνατόν να δεις µε µια µατιά: Ποιος συµµετέχει Ποιος συµβάλλει στην συζήτηση Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 34 Cognitive Load EVE Cognitive Load - Learnlinc Hi Μόνιµη αναπαράσταση Πρόσφατη συµµετοχή στο chat Χειρονοµία Σηµαντική και συναφής πληροφορία είναι συγκεντρωµένη Είναι δυνατόν να δεις µε µια µατιά: Ποιος συµµετέχει Ποιος συµβάλλει στην συζήτηση Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 35 Πολυχρηστικές και µη περιοχές είναι διάσπαρτες Πλήρως διαµοιράσιµο Μερικώς διαµοιράσιµο Μερικώς διαµοιράσιµο Πλήρως διαµοιράσιµο Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 36

Cognitive Load - ΕVE Πολυχρηστικές και µη περιοχές είναι πλήρως διαχωρισµένες Πλήρως διαµοιράσιµο Βασισµένο στον πραγµατικό κόσµο Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 37 Λύση 2 Εικονική Σύνοδος σε 2D χώρους http://phedra.cti.gr/flashcom/applications/vconf/index.php Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας Εικονική Σύνοδος (1/2) Εικονική Σύνοδος (2/2) Πίνακας παρουσιάσεων Ασπροπίνακας Πίνακας παρουσίασης διαφανειών Εργαλείο δηµιουργίας διαφανειών Κανάλια επικοινωνίας Επικοινωνία µε ήχο (voice chat) Επικοινωνία µε κείµενο (text chat) Μη λεκτική επικοινωνία Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 39 Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 40 Πλεονεκτήµατα τηςδιεπαφήςχρήστη ΕVE (1/3) Πλεονεκτήµατα τηςδιεπαφήςχρήστη ΕVE (2/3) Επιτάχυνση της εκµάθησης χρήσης του λογισµικού Προσοµοίωση του πραγµατικού κόσµου Παρέχει στον χρήστη µια διεπαφή δοµηµένη και σχεδιασµένη σύµφωνα µε το πεδίο στο οποίο είναι ήδη συνηθισµένος Οι συµµετέχοντες µπορούν να µεταφέρουν και να εφαρµόσουν τους δικούς τους κανόνες και πρότυπα αλληλεπίδρασης κατά την διάρκεια της συνόδου Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 41 Εκµετάλλευση της διάκρισης χώρου και τόπου Οι αλληλεπιδράσεις στον πραγµατικό κόσµο σχετίζονται µε την χωροταξική οργάνωση µε αποτέλεσµα η διευθέτηση αντικειµένων στον χώρο µε βάση την απόσταση και τον προσανατολισµό εµπεριέχουν κοινωνική σηµασία Η χρήση εικονικών αιθουσών (=τόπος) αξιοποιεί τα έµφυτα κοινωνικά ερεθίσµατα που προέρχονται από την χωροταξική οργάνωση H εικονική αίθουσα συµβάλλει στην ενίσχυση της κοινωνικής παρουσίας και στο αίσθηµα του µέλους µιας οµάδας µε συγκεκριµένο στόχο, εκµεταλλευόµενη τα έµφυτα κοινωνικά ερεθίσµατα που προέρχονται από την δεδοµένη χωροταξική οργάνωση Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 42

Πλεονεκτήµατα τηςδιεπαφήςχρήστη ΕVE (3/3) Πλεονεκτήµατα της 2D διεπαφής Εκµετάλλευση της χωροταξικής συνάφειας/ αλληλεπίδρασης Οι χωροταξικές αλληλεπιδράσεις έχουν άµεση σχέση µε τις κοινωνικές και διαπροσωπικές σχέσεις σε οµάδες Συγκεκριµένοι ρόλοι και κανόνες συµπεριφοράς συνήθως εκδηλώνονται µε βάση την θέση µας στον χώρο (π.χ. στην κεντρική θέση ενός τραπεζιού κάθεται ο συντονιστής) Η επιθυµία µας να επικοινωνήσουµε µε κάποιον υποδηλώνεται συνήθως µε τον προσανατολισµό και την κίνηση προς αυτόν Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 43 Απλότητα Λιγότερες απαιτήσεις σε επεξεργαστική ισχύ από τον υπολογιστή του τελικού χρήστη Λιγότερες απαιτήσεις σε δικτυακούς πόρους Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 44 Συµπεράσµατα (1/2) Συµπεράσµατα (2/2) Αυξάνεται η ανάγκη για συνεργασία και συνεργατική µάθηση από απόσταση Υπάρχει ανάγκη για συστήµατα υποστήριξης συνεργασίας: Πλατφόρµες που στοχεύουν στην επικοινωνία Η εφαρµογή εικονικών περιβαλλόντων αποτελεί πρωτεύουσα λύση Είναι αναγκαία η αναβάθµιση των σηµερινών συστηµάτων ΕΠ για την υποστήριξη εφαρµογών συνεργατικής µάθησης από απόσταση Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 45 Πλεονεκτήµατα 3D ΕΠ Η διάκριση του χώρου και του τόπου Η δυνατότητα προβολής της πληροφορίας από πολλαπλές προοπτικές Η χρησιµοποίηση avatars Ευελιξία Πλεονεκτήµατα 2D περιβαλλόντων Απλότητα Μικρές απαιτήσεις από το υπολογιστικό σύστηµα Συστήµατα Υποστήριξης Συνεργασίας 46