ΗΥ566 ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΟΣ ΙΣΤΟΣ ΚΑΙ E-LEARNING Αλεβίζου Βασιλική Σερφιώτης Γεώργιος Τριανταφυλλίδου Δέσποινα Ηράκλειο, 2003

Εισαγωγή (1/4) νέοι τρόποι μάθησης, η επόμενη πρόκληση στον τομέα της γνώσης μέσω του διαδικτύου στις βιομηχανίες που αναπτύσσουν τη γνώση, η μάθηση είναι ένας μηχανισμός εξαιρετικά κρίσιμος, στο μεταξύ τους ανταγωνισμό οι ταχύτητες στις αγορές και οι συνεχώς μεταβαλλόμενες συνθήκες απαιτούν ακριβείς και αποδοτικές μεθόδους, που να υποστηρίζουν την ανάγκη για γνώση και εκπαίδευση οι απαιτήσεις αυτού του οικονομικού περιβάλλοντος θα οδηγήσουν τους νέους τρόπους μάθησης

Εισαγωγή (2/4) οι βιομηχανίες αυτές σήμερα, επενδύουν στο e-Learning υποστηρίζει την ταχύτητα και την ακρίβεια στην παραδοσιακή διαδικασία της μάθησης προσφέρει ακριβώς τις αναγκαίες γνώσεις και πληροφορίες, στον τόπο που καθένας βρίσκεται και στο χρόνο που μπορεί να διαθέσει προσφέρεται ως διαδικτυακή υπηρεσία (online service) εκκινούμενη από μια κατατομή χρήστη (user profile) και συγκεκριμένες αναζητήσεις του

Εισαγωγή (3/4) για να πληρούνται οι παραπάνω υποθέσεις, χρειάζεται κατάλληλη υποδομή σε γνώσεις, οργάνωση και διαχείριση των επιμέρους διεργασιών μάθησης τρέχουσες τεχνολογίες του Διαδικτύου που επιχειρούν να λύσουν το πρόβλημα δεν δίνουν όλα όσα χρειάζονται για να υλοποιηθεί η ιδέα π.χ. οι γνωστές μηχανές αναζήτησης – search engines παρέχουν εξαιρετική πληθώρα πληροφοριών, πολλές από τις οποίες είναι συνήθως άχρηστες

Εισαγωγή (4/4) τεχνολογία που συνδέει όλα τα παραπάνω σε μια πλήρη οντότητα: Σημασιολογικός Ιστός συνθέτει ένα περιβάλλον στο οποίο χρήστης και υπολογιστής επικοινωνούν σε υψηλό, εννοιολογικό επίπεδο με μηχανισμούς πρακτόρων η έννοια που θεμελιώνει μια τέτοιου είδους επικοινωνία είναι η οντολογία ο Σημασιολογικός Ιστός, με χρήση οντολογιών, αποτελεί τη βάση για την αποδοτική υλοποίηση μιας πλατφόρμας e-Learning

Περιγραφή παρουσίασης απαιτήσεις ενός e-Learning συστήματος το e-Learning, ως εφαρμογή του Σημασιολογικού Ιστού πρότυπα για ανάπτυξη e-Learning αρχιτεκτονικές e-Learning/σύνθετα σενάρια

Παραδοσιακός τρόπος μάθησης & e-Learning παραδοσιακός τρόπος μάθησης: κεντρικοποιημένες λειτουργίες, έλλειψη προσωπικού χαρακτήρα και «γραμμική», στατική λειτουργία κεντρική αρχή ο καθηγητής/επόπτης μεταδίδει τη γνώση ίδια για όλους επιλέγεται από το διδάσκοντα το μοντέλο είναι εν γένει ακριβό, αργό και δεν επικεντρώνεται στις πραγματικές, ατομικές ανάγκες λειτουργεί, όμως, εδώ και αιώνες! το περιβάλλον της γνώσης είναι φύσει δυναμικό και νέες προκλήσεις προβάλλουν στη γνωστή μαθησιακή διαδικασία Στο βαθμό που αυτή αδυνατεί να αντεπεξέλθει, έρχεται το e-Learning ως ένας κατανεμημένος, προσωπικός, ευέλικτος και δυναμικός τρόπος μάθησης

Σύγκριση παραδοσιακού τρόπου μάθησης & e-Learning Τομέας Παραδοσιακή μάθηση e-Learning Διανομή γνώσεων Προ-αποφασισμένη από το διδάσκοντα (push) Ο μαθητευόμενος αποφασίζει για την ύλη του (pull) Ανταπόκριση Προϋποθέτει τις ανάγκες του ακροατηρίου Ανταποκρίνεται στις ανάγκες που εντοπίζει Πορεία Γραμμική, με καθορισμένη πρόοδο των γνώσεων Μη γραμμική, επιτρέπει απ’ ευθείας πρόσβαση σε οποιοδήποτε κομμμάτι γνώσης Πρόοδος Διακριτή, συγκεκριμένα κομμάτια γνώσης, συνήθως αυτοτελή Συνεχής, η μάθηση δε σταματάει ποτέ Αρχή Κεντρικοποιημένη, μόνη αρχή ο διδάσκων Κατανεμημένη, διδάσκων και διδασκόμενος συναποφασίζουν Εξατομίκευση Μαζικός τρόπος παροχής γνώσεων σε όλο το ακροατήριο Προσωποποιημένη, σχεδιασμένη για τις ανάγκες κάθε μαθητευόμενου Προσαρμοστικότητα Στατική, το περιεχόμενο της γνώσης δεν ανανεώνεται συχνά Δυναμική, το περιεχόμενο της γνώσης αλάζει σύμφωνα με την εμπειρία του μαθητευόμενου

Ο Σημασιολογικός Ιστός αρχιτεκτονική για τον Παγκόσμιο Ιστό, που υποστηρίζει περιεχόμενο με τυπική σημασιολογία περιεχόμενο, που μπορούν να δαπανήσουν με αυτόματο τρόπο τα διάφορα συστήματα, όπως ακριβώς κάνουν και οι άνθρωποι τις διάφορες πληροφορίες που προσλαμβάνουν καθημερινά στην έρευνα για το πώς θα αναπτυχθούν περιβάλλοντα e-Learning, προστίθεται, ως πολύ χρήσιμο εργαλείο, η τεχνολογία του Σημασιολογικού Ιστού

Τα επίπεδα του Σημασιολογικού Ιστού σχεδιασμένος με αρχιτεκτονική διαφόρων επιπέδων. Τα βασικότερα από τα επίπεδα αυτά είναι: το XML επίπεδο, που αναπαριστά τα δεδομένα (πολλάκις και τη σημασιολογία) το επίπεδο της RDF, που παριστά τη σημασιολογία το επίπεδο Οντολογίας, που δίνει την τυπική αναπαράσταση του «κόσμου» των δεδομένων μας το Λογικό επίπεδο, που ευνοεί το συλλογισμό, πάνω στη σημασιολογία των δεδομένων Το ανώτατο επίπεδο ανταλλάσσει “Proofs” με άλλους πράκτορες, υλοποιεί, δηλαδή το διαμοιρασμό της πληροφορίας Τα δύο πρώτα επίπεδα έχουν ήδη υλοποιηθεί με τις XML και RDF

Σημασιολογικός Ιστός & e-Learning (1/2) η οντολογία παρέχει το υπόβαθρο για να μπορούν να γίνουν σημασιολογικές επερωτήσεις και πλοήγηση στα δεδομένα που περιγράφουν οι RDF και XML, με τη βοήθεια εργαλείων μάθησης άρα, ο Σημασιολογικός Ιστός μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πλατφόρμα υλοποίησης ενός συστήματος e-Learning πώς τα χαρακτηριστικά του Σημασιολογικού Ιστού ταιριάζουν με τις απαιτήσεις του e-Learning?

Σημασιολογικός Ιστός & e-Learning (2/2) Τομέας e-Learning Σημασιολογικός Ιστός Διανομή γνώσεων Ο μαθητευόμενος αποφασίζει για την ύλη του (pull) Το υλικό συγκεντρώνεται κατόπιν επερωτήσεων Ανταπόκριση Ανταποκρίνεται στις ανάγκες που εντοπίζει Το υλικό παρέχεται μέσω προφίλ χρήστη Πορεία Μη γραμμική, επιτρέπει απ’ ευθείας πρόσβαση σε οποιοδήποτε κομμμάτι γνώσης Πλοήγηση στις πληροφορίες του ενδιαφέροντος του χρήστη Πρόοδος Συνεχής, η μάθηση δε σταματάει ποτέ Η βάση των πληροφοριών ανανεώνεται Αρχή Κατανεμημένη, διδάσκων και διδασκόμενος συναποφασίζουν Αναγκαία η αλληλεπίδραση χρήστη-συστήματος Εξατομίκευση Προσωποποιημένη, σχεδιασμένη για τις ανάγκες κάθε μαθητευόμενου Ο χρήστης αναζητεί πληροφορίες και η οντολογία συνδέει το πληροφοριακό υλικό με τις συγκεκριμένες αναζητήσεις του Προσαρμοστικότητα Δυναμική, το περιεχόμενο της γνώσης αλάζει σύμφωνα με την εμπειρία του μαθητευόμενου Όλα τα παραπάνω!

E-Learning πρότυπα Απαραίτητα στοιχεία e-Learning εφαρμογών η διάρκεια, η διαλειτουργικότητα, η προσβασιμότητα, και η επαναχρησιμοποίηση του μαθησιακού περιεχομένου

E-Learning πρότυπα Ορισμός: τα πρότυπα μεταδεδομένων ηλεκτρονικής μάθησης αποτελούν τυπικές περιγραφές των περιγραφικών όρων που χρησιμοποιούνται για το σημασιολογικό σχολιασμό εκπαιδευτικού υλικού όλων των ειδών Ένα πρότυπο μπορεί να αναφέρεται είτε στη δομή ενός Αντικειμένου Μάθησης (Learning Object) με τη χρήση μεταδεδομένων είτε στο διαμοιρασμό του περιεχομένου μέσω της χρήσης διαλειτουργικών Μοντέλων Δομής Περιεχομένου (Content Structure Models)

E-Learning πρότυπα Τα βασικότερα πρότυπα που έχουν προταθεί είναι τα: IMS (Instructional Management System) ARIADNE (Alliance of Remote Instructional Authoring & Distribution Network for Europe) DC (Dublin Core) IEEE/LOM (Institute of Electrical and Electronic Engineers/Learning Object Metadata) ADL/SCORM (Advanced Distributed Learning/Sharable Content Object Reference Model) AICC (Aviation Industry CBT Committee), όπου CBT στη θέση του Computer Based Training) Τα περισσότερα από αυτά συσχετίζονται μεταξύ τους

Πρότυπα για μεταδεδομένα Αντικειμένων Μάθησης IEEE LOM Ακολουθεί σπυρωτή ιεραρχία (granularity hierarchy) έξι επιπέδων Curriculum Course Unit Topic Lesson Fragment

Πρότυπα για μεταδεδομένα Αντικειμένων Μάθησης Αποτελείται από εβδομήντα στοιχεία μεταδεδομένων (metadata elements), χωρισμένα σε εννέα προαιρετικές (ως προς την εμφάνιση τους) κατηγορίες Γενικά στοιχεία Στοιχεία κύκλου ζωής Στοιχεία μετα-μεταδεδομένων Τεχνικά στοιχεία Εκπαιδευτικά στοιχεία Στοιχεία δικαιωμάτων Στοιχεία σχέσεων Στοιχεία σχολίων Στοιχεία ταξινόμησης

Πρότυπα για μεταδεδομένα Αντικειμένων Μάθησης ARIADNE Metadata Το πρότυπο καθορίζει τις εξής κατηγορίες γνωρισμάτων: Γενικές πληροφορίες πόρων Σημασιολογία πόρων Παιδαγωγικά γνωρίσματα Τεχνικά χαρακτηριστικά Συνθήκες χρήσης Πληροφορία μετα-μεταδεδομένων Σχόλια (Προαιρετικό)

Πρότυπα για μεταδεδομένα Αντικειμένων Μάθησης IMS Metadata Η τελευταία έκδοση της περιγραφής μεταδεδομένων είναι ακριβώς η ίδια με το IEEE LOM Working Draft v6 Έχει και τα ίδια σπυρωτά επίπεδα με αυτό Διάκριση των στοιχείων σε δύο κύριες κατηγορίες: IMS Core (20 LOM στοιχεία, τα οποία αποτελούν ένα περιορισμένο σύνολο των θεμελιωδών μεταδεδομένων) IMS Standard Extension Library ή IMS-SEL (τα υπόλοιπα LOM στοιχεία)

Πρότυπα για μεταδεδομένα Αντικειμένων Μάθησης SCORM Metadata Χρησιμοποιεί τα IEEE LOM μεταδεδομένα Τρία τα σπυρωτά επίπεδα, βασισμένα στα IEEE LOM στοιχεία Raw media (όπως Components, Fragments) Content (όπως Lessons, Modules, Units) Course

Πρότυπα για μοντελοποίηση της δομής περιεχομένου AICC Το πρότυπο αυτό διακρίνει τρία δομικά στοιχεία: Assignable Units (AUs), τα μικρότερα εκπαιδευτικά στοιχεία τα οποία μπορούν να παρουσιαστούν σε ένα μαθητή, όπως μία HTML σελίδα Blocks, τα οποία χρησιμοποιούνται για φώλιασμα. Ένα block μπορεί να περιλαμβάνει AUs και/ή άλλα blocks (φωλιασμένα blocks) Objectives, τα οποία χρησιμοποιούνται για να καθορίσουν προαπαιτούμενα μαθημάτων και να αναπαραστήσουν τους στόχους ενός μαθήματος. Μπορεί να είναι απλά ή σύνθετα, ανάλογα με το αν περιέχουν απλά ή πολλαπλά AUs και blocks

Πρότυπα για μοντελοποίηση της δομής περιεχομένου Τα AICC CMI Guidelines for Interoperability παρέχουν μία σειρά από αρχεία για την αποθήκευση της στατικής και δυναμικής δομής των μαθημάτων που ανταλλάσσονται μεταξύ συστημάτων ηλεκτρονικής μάθησης Course (Ομάδα/Λέξη κλειδί) Descriptor (Πίνακας) Assignable Unit (Πίνακας) Course Structure (Πίνακας) Objectives Relationships (Πίνακας) Prerequisite (Πίνακας) Completion Requirements (Πίνακας)

Πρότυπα για μοντελοποίηση της δομής περιεχομένου SCORM Content Structure Format (CSF) Κατάγεται από το AICC CMI IMS CP Information Model Ευέλικτο στην αναπαράσταση μαθησιακού περιεχομένου Συνεργάζεται σημαντικά με άλλους οργανισμούς Ενσωμάτωση σε ένα μοναδικό αρχείο ενός ολόκληρου course και των σχετιζομένων με αυτό μεταδεδομένων

Γλώσσα κωδικοποίησης των περιγραφών Η πλειονότητα χρησιμοποιεί την XML (π.χ., IEEE LOM, IMS, SCORM) Ορισμός RDF bindings για IEEE LOM και IMS Πλεονεκτήματα RDF ως προς XML Ευνοείται η διαλειτουργικότητα Απλούστερη επαναχρησιμοποίηση μεταδεδομένων Εύκολος ορισμός μετα-μεταδεδομένων οποιουδήποτε βαθμού

E-Learning αρχιτεκτονική

E-Learning αρχιτεκτονική Βασικό μέρος του συστήματος είναι μια οντολογία Περιέχει is-a κληρονομικότητα μεταξύ σχετικών αντικειμένων Δηλώσεις ιδιοτήτων και σχέσεις μεταξύ αντικειμένων Παραγωγικούς κανόνες

Οντολογία στο e-Learning σενάριο (1/2) Concept Relation Role Object []. Document :: Object. …. Content :: Object. Protocol :: Content. Service :: Content. Topology :: Content. Bustopology ::Topology. Circletopology ::Topology. Document [ Name =>> String; Title =>> String; Path =>> String; has Author =>> Author; content =>> Content; context =>> Context; structure =>> Structure; ……. 1: FORALL A,B,C A[hasTopic->>C]<-A:Content and A[hasTopic->>B] and B:Content and B[hasTopic->>C] and C:Content. 2: FORALL D, c1, c2 D: Document[content->.C1]<-C1:Content and C2:Content:Content and D:Document[content->>C2] and C1[hasTopic->>C2]. 3: FORALL D1, D2 D1:Document[prevDocument->>D2]<-EXISTS E1, E2, C C:Content and D2:Document[context->>E2] and E2 :Example and D1[context->>E1] and E1 :Explanation and D1[content->>C] and D2[content->>C].

Οντολογία στο e-Learning σενάριο (2/2) Concept Relation Role Context :: Object. Introduction :: Context. Explanation :: Context. Example :: Context. Figure :: Example. …. Structure :: Object. Course :: Structure. Module :: Structure. Atom :: Structure. Person :: Object. Author :: Person. Student :: Person. PhDStudent :: Student. ….. prevDocument=>>Document ; nextDocument=>>Document ; firstchildDocument=>>Document ; parentDocument=>>Document ; relatedDocuments=>>Document ; IsBasedOn=>>Document ; IsBasisFor=>>Document ; …]. Content [ hasTopic=>>Content]. 4: FORALL D1, D2 D1 :Document[parentDocument->>D2]<- D2 :Document[firstchildDocument->>D1]. 5: FORALL D1, D2 D2 :Document[nextDocument->>D1]. 6: FORALL D, S D :Document[structure->>S :Course]<- Exists D1, S1, D1 :Document and (S1 :Course or S1 :Module) and D1[structure->>S1] and D1[parent->>D].

Αρχιτεκτονική Τα υπόλοιπα core modules ανταποκρίνονται σε ενέργειες για ένα e-Learning περιβάλλον Παροχή πληροφοριών από συγγραφείς Σε τι αναφέρεται το έγγραφο (content annotation) Ποια είναι το περιερχόμενο του (context annotation) Πως συνδέεται με άλλα έγγραφα (structure annotation) Προσπέλαση των εγγράφων εκμάθησης από τους χρήστες ή από τους συγγραφείς με επερωτήσεις

Παρόμοιες δουλειές Karina Sybil Δημιουργούνται τα μαθήματα δυναμικά Χρησιμοποιούνται εννοιολογικοί γράφοι Παρέχει στρατηγικές για την εκπλήρωση των απαιτήσεων του χρήστη Sybil Χρησιμοποιεί οντολογίες για την περιγραφή του περιεχομένου. Κανένα από τα δυο δεν περιγράφει με σαφή τρόπο την δομή του μαθήματος

Παρόμοιες δουλειές Collaborative Courseware Generating XML, XSLT, WebDAV για την περιγραφή μαθημάτων Δεν υπάρχει οντολογία Δεν ορίζεται το περιεχόμενο και η δομή με σαφή τρόπο Κανένα από τα παραπάνω συστήματα δεν χρησιμοποιεί το Σημασιολογικό Ιστό

e-Learning Framework Η αρχιτεκτονική του αποτελείται από επίπεδα Κάθε επίπεδο επικοινωνεί με αποτελεσματικό τρόπο με τα γειτονικά του Αποτελείται από τεχνικές του Σημασιολογικού Ιστού και peer-to-peer συστήματα Αναζήτηση Δημοσίευση Αντιγραφή Σχεδίαση

Προτεινόμενα επίπεδα

Εννοιολογικός ιστός Ο Σημασιολογικός Ιστός μπορεί να παρομοιαστεί μ’ ένα γράφο Το KMR (Knowledge Management Research) group πρότεινε μια δομή ονομαζόμενη «Εννοιολογικός Ιστός» Έχει σκοπό να κάνει το Σημασιολογικό Ιστό πιο κατανοητό και προσπελάσιμο από τους χρήστες

Εργαλεία υποστήριξης του εννοιολογικού ιστού Edutella Υπηρεσία αναζήτησης για peer-to-peer συστήματα Conceptual Modeling and Knowledge Manifolds Αποτελεί το βασικότερο μέρος του εννοιολογικού ιστού Χρησιμοποιείται η ULM (Unified Language Modeling), έκδοση της UML Conceptual Browsing with Conzilla Είναι ένα από τα εργαλεία του εννοιολογικού ιστού Ο χρήστης μπορεί να ψάχνει για περιεχόμενα με την μορφή UML διαγραμμάτων Χρήσιμο εργαλείο για αναπαράσταση οποιοδήποτε RDF δεδομένων με εννοιολογικό περιεχόμενο

Εργαλεία υποστήριξης του εννοιολογικού ιστού Digital Portofolios Διαδικτυακή αποθήκη με προσωπικές πληροφορίες, για αποθήκευση και δημοσίευση για e-Learning σεναρίων Με την χρήση ενός Edutella peer interface μετατρέπεται σ’ ένα σύστημα διαχείρισης περιβάλλοντος (content management system) Application Independence: Semantic VWE Μια εφαρμογή στην οποία εισάγουμε την RDF διαλειτουργικότητα Σχεδιάστηκε για την κατασκευή προσωπικών περιβαλλόντων για learning

ΤΕΛΟΣ