Adaptive Hypermedia Courseware

U ovom radu se opisuju istraživanja čiji je glavni cilj bio razviti model prilagodljivog hipermedijskog sustava za učenje. Sustav se sastoji od modela domene koji opisuje strukturu sadržaja za učenje kao skup cjelina povezanih preduvjetnom relacijom, modela studenta koji sadrži procjenu znanje studenta o cjelinama i prilagodljivog modela s pravilima za prilagođavanje. Ovdje razvijeni sustav uz pomoć prilagođavanja hiperveza usmjerava i vodi studenta pri usvajanju znanja, ali mu istovremeno nastoji što manje ograničiti slobodu kretanja kroz sadržaje za učenje. Opisani model implementiran je kao obrazovni prilagodljivi hipermedijski sustav nazvan AHyCo (Adaptive Hypermedia Courseware). Sastoji se od jednostavnog autorskog sučelja za nastavnike koji pripremaju nastavne sadržaje za učenje i od WWW korisničkog sučelja za studente koji uče iz pripremljenih sadržaja. U radu se opisuje i vrednovanje sustava u nastavnom radu sa studentima čiji je osnovni cilj bio ustanoviti na koji se način mogu izvršiti korekcije pedagoških pravila za prilagođavanje. Prvi dio rada, koji obuhvaća drugo, treće, četvrto i peto poglavlje, daje pregled primjene računalnih tehnologija u obrazovanju, s posebnim naglaskom na prilagodljivu programsku potporu za učenje temeljenu na WWW. Drugi dio rada, kojeg čine poglavlja šest do deset, opisuje razvijeni model prilagodljivog hipermedijskog sustava i njegovu implementaciju. Treći dio rada odnosi se na vrednovanje prilagodljivog sustava i obuhvaća ga jedanaesto pogavlje. Nakon uvodnog prvog poglavlja, u drugom poglavlju se uvode pojmovi hiperteksta, multimedije i hipermedije, te se opisuju osnovne karakteristike Internet hipermedijskog sustava WWW. Navode se problemi vezani uz nedostatke hipermedijskog modela, te mogućnosti rješavanja nekih nedostataka pomoću korištenja novih Web tehnologija od kojih se posebno navodi ASP.NET. Treće poglavlje opisuje primjenu računalnih tehnologija u obrazovanju. Navode se psihološke i pedagoške paradigme, modeli i metode koje se mogu primijeniti u procesu učenja i poučavanja uz pomoć računala. Daje se kratak pregled klasičnih načina korištenja računala u obrazovanju koji danas zamjenjuje uporaba hipermedije i računalnih mreža. Na kraju poglavlja opisuju se načini primjene, prednosti i nedostaci WWW u obrazovanju. U četvrtom poglavlju se definiraju prilagodljivi hipermedijski sustavi te se opisuje njihova struktura. Navode se i metode i tehnike prilagodljivosti pomoću kojih se kod ovakvih sustava implementira prilagođavanje sadržaja i hiperveza. Peto poglavlje opisuje karakteristike sustava za učenje temeljenih na WWW pregledno navodeći njihove različite tipove i primjere, od klasičnih neinteraktivnih WWW priručnika do WWW prilagodljivih sustava. Posebno se opisuje i izrada programske potpore za učenje temeljene na WWW. Takva programska potpora kao jedan od najvažnijih interaktivnih elemenata mora sadržavati računalom podržane provjere ili testove znanja. Zato se u ovom poglavlju definiraju i pojmovi vezani uz tipove pitanja kod testova znanja i faze u razvoju pitanja i testova. U šestom poglavlju opisan je vlastiti model prilagodljivog hipermedijskog sustava koji čine model domene, model korisnika i model prilagodljivosti. Model domene čine koncepti podijeljeni na cjeline i provjere te grupirani u module. Model studenta kao najvažniji element na osnovu kojega će se vršiti prilagođavanje uzima procjenu razine studentova znanja o cjelinama i modulima. Prilagodljivi model upravlja prilagodljivošću sustava na osnovu prilagodljivih pedagoških pravila koja koriste podatke iz modela domene i modela studenta. Sedmo poglavlje opisuje prilagodljivost načinjenog sustava implementiranu kao prilagođavanje hiperveza. Posebno se navode metode i tehnike prilagođavanja hiperveza prilikom navigacije studenata unutar modula i među modulima. U osmom poglavlju se navode koraci pri procesu izrade sadržaja za učenje koji odgovaraju opisanom modelu prilagodljivog hipermedijskog sustava. Definirani model domene omogućuje višestruko korištenje njegovih dijelova te njihovo pronalaženje uz pomoć metapodataka koji opisuju sadržaje za učenje. Programska implementacija sustava prikazana je u devetom poglavlju. Opisane su komponente koje čine mrežnu aplikaciju: relacijska baza podataka, autorsko sučelje, komponenta srednjeg sloja i ASP.NET Web aplikacija. Deseto poglavlje prilazuje AHyCo okolinu za izradu nastavnih sadržaja i učenje. AHyCo sustav se sastoji od autorskog podsustava za izradu nastavnih sadržaja i od podsustava za učenje. Za oba podsustava su prikazane najvažnije operacije čije je izvođenje omogućeno nastavnicima – autorima ili studentima. Jedanaesto poglavlje prikazuje primjenu AHyCo sustava u nastavnom radu sa studentima i rezultate do kojih se došlo vrednovanjem sustava. Prikazana je struktura prezentiranih testnih sadržaja za učenje i opisana metodologija istraživanja. Na temelju analize rezultata studenata pri učenju pripremljenih nastavnih sadržaja, izvedene su preporuke za korekciju pedagoških pravila za prilagođavanje. Opisani su i rezultati upitnika kojim su se ispitali stavovi studenata o AHyCo programu i njegovu korištenju.The main purpose of the research carried out in this dissertation was to develop and implement an adaptive educational hypermedia system. The proposed model consists of the domain model, which describes the structure of the learning domain as a set of reusable concepts linked together with prerequisite relationships, the student model encompassing the student's knowledge of the learning concepts, and the adaptive model which contains the rules for adaptation. The system employs adaptive navigation support or link-adaptation to guide the student in the process of acquiring knowledge. At the same time, the hyperspace that the student may explore is maximized in order to accomplish a trade-off between free exploration and guided exploration. The proposed model is implemented as an adaptive educational hypermedia system named AHyCo (Adaptive Hypermedia Courseware). The system is composed of two environments. The authoring environment is used by the teachers to define the adaptive courseware materials. The Web-based learning environment allows the student to log in and study the automatic generated courseware. The research was conducted on students in order to evaluate the AHyCo system in education. The main goal of the evaluation has been to verify if the rules for adaptation were correctly defined and to propose their modification. The first part of this work (chapters 2 to 5) deals with applicability of computer technologies, especially WWW-based adaptive hypermedia courseware, in education. The second part (chapters 6 to 10) describes the proposed model and implementation of the adaptive educational hypermedia system. The third part (chapter 11) is focused on the evaluation of the developed adaptive hypermedia system in education. After the introductory Chapter 1, Chapter 2 presents the concepts of hypertext, multimedia, hypermedia, and Internet hypermedia-based service World Wide Web. The problems related to the hypermedia model, and some possible solutions by using the new Web technologies such as ASP.NET are pointed out in this chapter. Chapter 3 defines the models of computer use in education, presents the psychological and pedagogical paradigms, models and methods related to teaching and learning, and gives a brief history of computers, hypermedia and WWW in education. Particular attention has been paid to the models of use, advantages and shortcomings of the WWW in education. Chapter 4 defines adaptive hypermedia systems and describes their parts, methods and techniques for adaptive presentation and adaptive navigation support. Chapter 5 describes the main characteristics and types of the WWW-based coursesupport systems, gives examples of basic WWW-based textbooks, interactive WWWbased courseware and WWW-based adaptive systems, and presents the process of WWW-based courseware authoring. Particular attention has been paid to the explanations of the computer assisted testing of students' knowledge because this is the most important interactive component of the WWW-based courseware. Chapter 6 describes the proposed model of the adaptive educational hypermedia system which consists of the domain model, the student model, and the adaptive model. The domain model consists of the concepts (lessons and tests) which are grouped into modules. The student model contains the estimate about the student's knowledge of the learning concepts and modules. The adaptation model consists of adaptation rules that define how the domain model and the student model are combined to perform adaptation. Chapter 7 describes the realization of adaptive navigation support or link-adaptation, and methods and techniques for navigation within the module and between the modules. Chapter 8 deals with adaptive hypermedia courseware authoring. There is an explanation of the phases in adaptive courseware development according to the proposed model of the adaptive system. The domain model enables the reusability of the domain elements and searching based of the educational metadata. Chapter 9 describes the program implementation of the proposed adaptive system. The components of the network application are relational database, authoring interface, middle-tier component and ASP.NET Web application. Chapter 10 presents AHyCo Web-based educational system for courseware authoring and learning. The system is composed of two environments: the authoring environment and the learning environment. The chapter describes the main operations for both environments. Chapter 11 deals with the evaluation of the AHyCo system in education. It presents the structure of the sample courseware and research methodology. According to the students' learning results, some recommendations regarding the modification of the rules for adaptation have been proposed. The chapter presents the results of the questionnaire about the students' attitude concerning the effectiveness and acceptance of the AHyCo system