Σχεδιασμός και υλοποίηση πρότυπου διδακτικού ευφυούς συστήματος για την υποβοήθηση των φοιτητών εξ αποστάσεως εκπαίδευσης

• Κύριος συγγραφέας: Καρακατσούλης, Δημοσθένης
• Άλλοι συγγραφείς: Γαροφαλάκης, Ιωάννης
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2016
• Θέματα: Ευφυή συστήματα εκπαίδευσης; Διαδικτυακή εφαρμογή; Εξ αποστάσεως εκπαίδευση; Διδακτικά ευφυή συστήματα; Intelligent tutoring systems; Distance learning students aiding; 371.358

H ανάπτυξη των Τεχνολογιών της Πληροφορίας και των Επικοινωνιών (ΤΠΕ) την τελευταία δεκαετία έχουν αποτελέσει ένα βασικό παράγοντα στο μετασχηματισμό της παροχής της γνώσης και επηρέασαν και έντονα την σύγχρονη εκπαίδευση και κατάρτιση. Μάλιστα η πληθώρα παραγωγής εκπαιδευτικού υλικού αλλά και η υπερπαραγωγή πληροφορίας καθώς και η ανάγκη διακίνησης και αξιοποίησής της, κυρίως μέσω του διαδικτύου, τελικά αποτελούν μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις και σαφέστατα επηρεάζουν και το χώρο της εκπαίδευσης. Σήμερα σε όλους τους τομείς ο όγκος πληροφοριών που διακινείται ακολουθείται ο νόμος του Moore [17] , σύμφωνα με τον οποίο η ποσότητα πληροφοριών που μπορεί να αποθηκεύεται και να διακινείται διπλασιάζεται κάθε δεκαοκτώ μήνες. Έτσι πλέον με τόσο άφθονο εκπαιδευτικό υλικό και πληροφορία καθώς και έντονα πληθώρα λογισμικού που εξομοιώνει πραγματικές καταστάσεις είναι ανάγκη η αξιολόγηση του και η σωστή τοποθέτηση του ώστε τελικά να έχουμε αποτελεσματικό εκπαιδευτικό έργο. Η αξία της πληροφορίας καθώς και του πλήθους και της ποικιλίας των μορφών του τελικά επιφέρει έντονες αλλαγές στη λογική της μάθησης, της εκπαίδευσης και της κατάρτισης. Όροι όπως η συνεργατική μάθηση και η εξατομικευμένη μάθηση, η συνεχιζόμενη εκπαίδευση και η εκπαίδευση ενηλίκων βρίσκονται πλέον στο προσκήνιο. Σήμερα οι ανάγκες για συνεχή μάθηση και εκπαίδευση σε συνδυασμό οδήγησε την επιστημονική κοινότητα να προσπαθήσει και να δώσει λύση στους περιορισμούς που υπάρχουν στους εκπαιδευόμενους όπως η απόσταση, η έντονη εργασία, η έλλειψη χρόνου, κ.λπ μέσα από την χρήση των νέων τεχνολογιών και τις δυνατότητες του διαδικτύου. Έτσι δημιουργήθηκαν σειρά από ευέλικτες εκπαιδευτικές μεθόδους, όπως είναι η εξ αποστάσεως εκπαίδευση που τα τελευταία χρόνια με την βοήθεια επιστημών όπως η τεχνική νοημοσύνη εξελίσσεται στην λεγόμενη έξυπνη εξ αποστάσεως εκπαίδευση. Τα τελευταία χρόνια, ο χώρος της εκπαίδευσης έδειξε ότι είναι σε θέση να υιοθετήσει τις τεχνολογικές δυνατότητες και να αξιοποιήσει όσο το δυνατόν περισσότερες δυνατότητες που δίνονται από το διαδίκτυο. Σήμερα πανεπιστήμια, σχολεία, κολλέγια, εκπαιδευτικά κέντρα κ.α. επιδιώκουν σύμφωνα με το ρόλο τους να εφαρμόσουν τρόπους ώστε να εφαρμόσουν την παιδαγωγική βελτιστοποίηση της προσφοράς γνώσης που παράγεται με γρήγορους ρυθμούς και να προωθήσουν την έρευνα καλύπτοντας τις ανάγκες και τις ιδιαιτερότητες της σύγχρονης εποχής [1][3]. Σήμερα η παροχή μαθημάτων από απόσταση καθώς και ολοκληρωμένα προγράμματα και κύκλων σπουδών που οδηγούν σε πιστοποίηση ή πτυχίο συμπεριλαμβάνονται πλέον στα προγράμματα σπουδών πολλών ακαδημαϊκών ιδρυμάτων. Παρόλα αυτά σημαντικό είναι ότι όλα τα ιδρύματα δεν αντιμετωπίζουν την εξ αποστάσεως εκπαίδευση σαν πανάκεια για όλα τα προβλήματα της εκπαίδευσης αλλά αντίθετα έρχεται να συμπληρώσει κενά και αδυναμίες της παραδοσιακής εκπαίδευσης και να καλύψει τις ολοένα αυξανόμενες ανάγκες για μάθηση, κατάρτιση και εκπαίδευση. Τα τελευταία χρόνια έχει αναπτυχθεί μια σειρά νέων συστημάτων που δίνουν πιο μεγάλες δυνατότητες στην εξ αποστάσεως εκπαίδευση και ταυτόχρονα δίνουν ένα ρεαλιστικό τρόπο, προσαρμόσιμο στις εκπαιδευτικές ανάγκες του καταρτιζόμενου. [3] Τα συστήματα αυτά είναι τα λεγόμενα ευφυή συστήματα διδασκαλίας. Τα ευφυή συστήματα διδασκαλίας ( Intelligent Tutoring Systems - ITS) [3] καθώς και τα προσαρμοστικά εκπαιδευτικά συστήματα υπερμέσων (Adaptive Educational Hypermedia Systems – AEHS ) [3] τα τελευταία χρόνια γίνονται ιδιαίτερα δημοφιλή αφού δίνουν νέες δυνατότητες στα μέχρι τώρα ηλεκτρονικά συστήματα εκπαίδευσης. Τα ITS είναι ουσιαστικά πιο πολύπλοκα συστήματα όσο αφορά την υλοποίηση και οργάνωση τους αλλά βλέπουν αποκλειστικά στις ανάγκες του εκπαιδευόμενου. Χρησιμοποιούνται από τους εκπαιδευτικούς φορείς με στόχο την προσομοίωση ενός πραγματικά έμπειρου εκπαιδευτή που προσαρμόζεται στις γνωστικές ιδιαιτερότητες και στην εξατομικευμένη πρόοδο κάθε μαθητή. Τα συστήματα αυτά ουσιαστικά βασίζονται σε ένα μεγάλο ποσό παρεχόμενης γνώσης από τον εκπαιδευτικό χώρο και ταυτόχρονα πολλά από αυτά χρησιμοποιούν σειρά από συγκεκριμένες παιδαγωγικές μεθόδους. Στόχος των συστημάτων αυτών είναι να μπορεί να εντοπίζουν τις ιδιαιτερότητες κάθε εκπαιδευόμενου και να καθοδηγούν την εκπαίδευση με βάση αυτές. Κάθε εκπαιδευόμενος έχει ιδιαιτερότητες ανάλογα με τις ικανότητες του, τις υπάρχουσες γνώσεις του στο διδασκόμενο αντικείμενο και η πρόοδος του κάθε ατόμου αποθηκεύεται σε αυτό που αποκαλούμε «μοντέλο μαθητή». Τα μοντέλα αυτά συνήθως χρησιμοποιούν «νοημοσύνη» ακολουθώντας κανόνες από την επιστήμη της Τεχνητής Νοημοσύνης και των μαθηματικών ώστε να μπορούν να παράγονται οι ορθότερες παιδαγωγικές αποφάσεις ώστε ο εκπαιδευόμενος να λαμβάνει τις πληροφορίες και δραστηριότητες που είναι πιο κατάλληλες στο προφίλ του. Πριν από τη παρουσίαση των Έξυπνων συστημάτων, αξίζει επανεξέταση ο κλασσικός τρόπος εκπαίδευσης πρόσωπο με πρόσωπο, δεδομένου ότι είναι αυτό που οι περισσότεροι δάσκαλοι και οι μαθητές είναι εξοικειωμένοι, και ως εκ τούτου, αυτό που οι περισσότεροι μελλοντικοί χρήστες ενός συστήματος περιμένουν τελικά να εξομοιώσουν Σε ένα παραδοσιακό εκπαιδευτικό περιβάλλον [9], ένας δάσκαλος έχει μια σειρά από εργαλεία και τεχνικές στη διάθεσή του, τα οποία μπορεί να χρησιμοποιήσει για να οργανώσει μια σειρά μαθησιακών των δραστηριοτήτων που αντανακλά συγκεκριμένες παιδαγωγικές προσεγγίσεις. Επιπλέον, κάθε δάσκαλος έχει μια συλλογή των πόρων για την υποστήριξη της μάθησης, όπως παρουσιάσεις, διαφάνειες, βιβλία, άρθρα σε περιοδικά, εικόνες, βίντεο και ήχο, ταινίες κ.λπ. Μια από τις πιο βασικές πνευματικές και δημιουργικές προκλήσεις για τον εκπαιδευτικό είναι η προετοιμασία των μαθημάτων και ο εντοπισμός και η επιλογή της κατάλληλης εκπαίδευσης / δραστηριότητας με χρήση «παιδαγωγιών εργαλειοθηκών» και στοιχείων που τελικά ικανοποιούν τις εκπαιδευτικές ανάγκες ενός μαθητή ή ομάδας μαθητών, σε μια δεδομένη κατάσταση και στη συνέχεια προσθήκη του κατάλληλου περιεχομένου από τη συλλογή εκμάθηση των πόρων. Στην συνέχεια με την παράδοση του αντίστοιχου εκπαιδευτικού υλικού ο εκπαιδευτικός έχει την δυνατότητα όμως ιδιαιτερότητες που δεν καλύπτει το εκπαιδευτικό υλικό να τις καλύπτει με την δική του παρουσία δίνοντας την δυνατότητα στον εκπαιδευόμενο να ρωτήσει ή με την εμπειρία του ο εκπαιδευτικός να καταλάβει ότι το μαθησιακό αποτέλεσμα δεν είναι ικανοποιητικό και τελικά να συμπληρώσει είτε με τον προφορικό λόγο ή με πρόσθετο υλικό πιο κατάλληλο στις δυνατότητες του εκπαιδευομένου. Στην διδασκαλία με ένα LMS πρέπει να ακολουθούνται παρόμοιες τεχνικές με εκείνες της παραδοσιακής διαδικασίας, προκειμένου να καταστεί δυνατή η εκπαίδευση σε διαφορετικού επιπέδου εκπαιδευόμενους και όχι μόνο μιας απόλυτα συγκεκριμένη ομάδα εκπαιδευομένων με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά. Έτσι αρχικά όπως και στην κλασσική εκπαίδευση σημασία έχει η συλλογή του κατάλληλου εκπαιδευτικού λογισμικού. Όμως για να έχουμε ένα έξυπνο αποτελεσματικό σύστημα εκπαίδευσης που να προσεγγίζει την εκπαίδευση ορθά πρέπει να υπάρχουν απαραίτητα τα παρακάτω: [3] 1) Να υπάρχει κατάλληλη παιδαγωγική εργαλειοθήκη που να αντανακλά ένα σύνολο προτύπων που υποστηρίζουν τις εκπαιδευτικές δραστηριότητες. 2) Μια βιβλιοθήκη αντικειμένων μάθησης (κείμενα, βίντεο, εικόνες κ.α.) που ισοδυναμεί με η συλλογή των μαθησιακών πόρων. 3) Ένας Ευφυής μηχανισμός που θα καταλαβαίνει την πορεία του εκπαιδευομένου και θα του δίνει την δυνατότητα να εξελίσσεται με τον πιο κατάλληλο δυνατό τρόπο με βάση τις ανάγκες και δυνατότητες του. Αυτά τα τρία στοιχεία σήμερα συζητούνται σε βάθος σήμερα στην σύγχρονη βιβλιογραφία, μαζί με τα συναφή προβλήματα και τις πιθανές λύσεις που προτείνονται. Σήμερα όπως τα έξυπνα συστήματα ορίζονται από τα παρακάτω τέσσερα συστατικά στοιχεία: [3] 1. Οι Εκπαιδευτικές Δραστηριότητες και Εργαλεία 2. Οργανωμένη βιβλιοθήκη μαθησιακών αντικειμένων 3. Διαδικασίες προσαρμοστικής μάθησης 4. Κοινότητα Μάθησης και συνεργατική μάθηση Η παρούσα διπλωματική στόχος έχει την δημιουργία κατάλληλου εργαλείου για την βελτίωση των εκπαιδευτικών αποτελεσμάτων των φοιτητών, όταν αυτοί λαμβάνουν την επίλυσης μίας εργασίας που τους είχε ανατεθεί. Ειδικά σε φορείς της Ανοικτής Εκπαίδευσης, όπως και αυτό του Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου, οι φοιτητές καλούνται να διαβάσουν και να μελετήσουν κατάλληλο εκπαιδευτικό υλικό κατά την διάρκεια του ακαδημαϊκού έτους και παράλληλα να επιλύσουν σειρά εργασιών με την καθοδήγηση των συμβούλων καθηγητών τους. Στο τέλος οι φοιτητές κρίνονται και βαθμολογούνται ως προς την επίλυση των θεμάτων της εργασίας τους. Οι καθηγητές αναρτούν τις «Ενδεικτικές Απαντήσεις» των εργασιών, με στόχο οι φοιτητές να μπορέσουν να μάθουν μέσα από τις ορθές απαντήσεις και να κρίνουν και οι ίδιοι τα λάθη τους. Στην παρούσα διπλωματική υλοποιήθηκε ένα δικτυακό εργαλείο που ο εκπαιδευόμενος διαβάζει την «Ενδεικτική Απάντηση» και στην συνέχεια καλείται ανάλογα την επίδοση του να εκτελέσει σειρά από τεστ μέσα από τα οποία ο φοιτητής μπορεί να δει αν βελτιώθηκε ή όχι, και εκτελώντας τα να βλέπει και ο ίδιος την άνοδο του εκπαιδευτικού του επιπέδου. Η υλοποίηση έγινε με χρήση των τεχνολογιών PHP, MYSQL, Boostrap και Jquery με στόχο την πλήρη εκμετάλλευση των τεχνολογιών διαδικτύου ώστε να γίνει όσο πιο απλό και εύχρηστο για τον απλό χρήστη καθηγητή ή φοιτητή. Η εφαρμογή παρουσιάστηκε σε ένα αριθμό φοιτητών και καθηγητών με στόχο να πάρουμε γνώμες για την βελτίωση της καθώς και να ζητήσουμε τις απόψεις τους για το πόσο μπορεί να βοηθήσει αποτελεσματικά το εκπαιδευτικό αποτέλεσμα των χρηστών της. Τα αποτελέσματα από την παρουσίαση έδειξαν θετικές απόψεις ως προς την ευχρηστία αλλά και προβληματισμό από τους εκπαιδευτές ως προς το αποτέλεσμα που πιθανά έχει αφού διαπιστώνεται ότι τέτοιες εφαρμογές αυξάνουν τον όγκο εργασίας των εκπαιδευτών. Η παρούσα εργασία είναι οργανωμένη ως εξής: Στο Κεφάλαιο 1 περιγράφονται οι σχετικές μελέτες που έχουν μέχρι τώρα οδηγήσει στα έξυπνα συστήματα εκπαίδευσης αλλά και σε σειρά από προτάσεις και συστήματα που έχουν προταθεί Στο κεφάλαιο 2 παρουσιάζονται τα συστήματα LMS και τα έξυπνα συστήματα Εκπαίδευσης καθώς και οι τεχνολογίες που εφαρμόζονται Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται η εφαρμογή που υλοποιήθηκε Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από την παρουσίαση που κάναμε σε εθελοντές φοιτητές και καθηγητές με στόχο να λάβουμε την γνώμη τους ως προς την ευχρηστία και αποτελεσματικότητα της εφαρμογής. Στο τέλος παραθέτουμε τα συμπεράσματα τόσο για την εφαρμογή μας όσο και γενικότερα για την εισαγωγή των IST συστημάτων στην εκπαίδευση.