AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA. Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki. mgr inż. Tomasz M. Orzechowski. Rozprawa Doktorska

Transkrypt

1 AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki mgr inż. Tomasz M. Orzechowski Rozprawa Doktorska Analiza wyszukiwania i wymiany informacji w złożonych systemach e-learningowych Promotor: Prof. dr hab. inż. Andrzej Dziech Kraków 2009

2 Spis treści Wprowadzenie 4 Aktualność podjętej tematyki 4 Tezy rozprawy 5 1. Struktura ogólna systemów wyszukiwania i wymiany informacji Charakterystyka systemów e- learningowych Metody kształcenia oparte o systemy e- learningowe Systemy zarządzania e- learningiem Analiza standardów w systemach e- learningowych Analiza platform e- learningowych Podsumowanie Systemy scentralizowane i zdecentralizowane Systemy współdzielenia danych edukacyjnych Zastosowanie systemów agentowych Analiza jakości istniejących rozwiązań i ocena ich funkcjonalności Problemy inteligentnego wyszukiwania informacji Systemy wyszukiwania informacji Indeksowanie dokumentów Sposoby wyznaczania wag dla terminów indeksujących Analiza zapytań użytkownika i odpowiedź systemu wyszukiwania Możliwości wyszukiwania w systemach rozproszonych Metody wyszukiwania w rozproszonych systemach repozytoriów Komunikacja z repozytoriami Systemy rekomendacyjne Charakterystyki systemów wyszukiwania informacji KlasyWikacja systemów rekomendacyjnych Web Mining Wyszukiwanie informacji w systemach e- learningowych Zastosowanie prowili w celu inteligentnego wyszukania Propozycja systemu wyszukiwania spersonalizowanego Propozycja metody tworzenia spersonalizowanej listy wyników Analiza obciążenia systemów rozproszonych

3 3. Agentowy System Wyszukiwania Podstawowe zadania systemu Charakterystyki systemu Analiza szczegółowa Systemu Moduł gromadzenia danych Data Collection Module (DCM) Moduł Zaawansowanego Wyszukiwania Realizacja praktyczna systemu i opinie użytkowników 110 Podsumowanie 115 BibliograFia

4 Wprowadzenie Aktualność podjętej tematyki Tematyka niniejszej rozprawy obejmuje zagadnienia dotyczące systemów wyszukiwania informacji ze szczególnym uwzględnieniem systemów wykorzystujących platformę agentową i stanowiących fragment złożonego rozproszonego systemu e- learningowego. Niniejsza rozprawa ma również na celu szczegółowe omówienie aspektów zwią- zanych ze skutecznym i szybkim wyszukaniem informacji w systemach e- learningowych. Jednym z celów pracy jest także wskazanie praktycznych obszarów zastosowań systemów wieloagentowych w rozproszonych systemach wyszukiwania na przykładzie realizowanych przez autora prac badawczych. Podjęcie tej tematyki jest szczególnie ważne z uwagi na znaczącą rolę systemów e- learningowych w procesie zdobywania wiedzy. Intensywny wzrost objętości informa- cji przekazywanej i zawartej w tego typu systemach powoduje, iż zachodzi konieczność opracowania modelu systemu wyszukiwania, pozwalającego na jego łatwą rozbudowę, a wyposażonego w szybkie, wydajne metody zapewniające użytkownikom skuteczne dotarcie do poszukiwanej informacji. Z przedstawionego powyżej powodu istnieje konieczność projektowania złożonych systemów e- learningowych charakteryzujących się wysoką skutecznością. Systemy e- learningowe zyskują coraz większą popularność w wielu obszarach edukacyjnych. Pozwalają bowiem zarówno kształcić na odległość (ang. distance learning), jak i pozwalają twórcom treści elektronicznych (ang. e-contents) na tworzenie wyspecjalizowanych centrów szkoleniowych. Wpływ e- learningu na kształcenie będzie się rokrocznie powiększał. Wynika to zarówno z samego rozwoju infrastruktury jak i sposobu oddziaływania tej formy przekazu. Herbert Marschall McLuhan, medioznawca żyjący w latach , podkreślał, że media są podstawowym czynnikiem wszelkich zmian społecznych. Jego teoria, iż medium jest przekazem wskazuje na istotny wpływ charakteru samego środka prze- kazu na przenoszoną treść oraz na jakość jej odbioru. Media, zdaniem tego badacza, mogą wykluczać (tzw. media gorące) lub angażować odbiorcę (tzw. media zimne). Systemy e- learningowe potrawią wykorzystać opisywany wpływ sposobu przekazywania treści angażując niemal całkowicie użytkownika, który będąc w ciągłej interakcji z otrzy- mywaną treścią jest w stanie szybciej i skuteczniej przyswoić sobie zawartą w niej wiedzę [124]. Prawidłowość tę potwierdzają badania przeprowadzone przez IBM [49] które wskazały na dwie podstawowe korzyści: efektywność szkoleń oraz na wyraźne obniżenie kosztów szkoleń. Przykładowo zastosowanie technik e- learningowych pozwo- liło zmniejszyć tej Wirmie koszty szkoleń o 50-70% i skrócić czas szkolenia z 11 do 9 tygodni przy równoczesnym wzroście produktywności tak wykształconych pracowni- ków o %. Nic więc dziwnego, że techniki e- learningowe stają się popularne i są wspierane na całym świecie. Promowanie technik e- learningowych ma miejsce w krajach Unii Europejskiej m.in. w ramach Funduszy Strukturalnych UE (lata: ), czy w ramach programu Uczenie się przez całe życie Lifelong Learning Programme (LLP) [104]

5 Przedstawione przykłady odzwierciedlają nie tylko istotną rolę e- learningu w rozwoju społeczeństw, ale również wskazują na możliwość powszechnego zastosowa- nia technik e- learningowych w ramach szerokiego spektrum kształcenia, przykładowo osób niepełnosprawnych [146], nauczania w ośrodkach wiejskich [15, 129], jak i podno- szenia kompetencji kadry w przedsiębiorstwach [44]. Wzrost ilości zasobów udostępnianych przez systemy e- learningowe wymusza konieczność rozbudowy architektury pozwalającej na udostępnianie tworzonych przez użytkowników obiektów dydaktycznych oraz zapewnienia możliwości wielokrotnego ich wykorzystania (łącznie z prawem do modywikacji). Istotnym problemem pojawiającym się w takiej architekturze jest ochrona praw autorskich, który to problem może być rozwiązywany np. poprzez zastosowanie technologii Creative Commons [50]. Podstawową jednostką treści elektronicznej jest obiekt wiedzy (ang. LO Learning Object) którym może być zarówno treść elementarna (ang. Learning Asset), przykła- dowo: pojedyncze zdjęcie, Wilm, plik tekstowy, czy obiekt złożony, składający się z wielu LO odpowiednio ze sobą powiązanych, a stanowiących np. pojedynczą jednostkę lekcyjną, czy cały kurs. Dobrze opisany LO w oparciu o standard IEEE LOM (ang. Learning Objects Metadata) [125] może być współdzielony nie tylko przez użytkowników danej platformy e- learningowej lecz mogą go wykorzystywać użytkownicy różnych innych platform. Ponadto część obiektów może być dostarczana przez Wirmy ukierunko- wanie wręcz tylko na tworzenie samych zasobów edukacyjnych, które są udostępniane na zasadach licencji użytkownikom zewnętrznych platform e- learningowych. Należy dodać, że z powodzeniem można wykorzystywać w elektronicznym kształceniu zbiory znajdujące się w zasobach bibliotek czy muzeów. Spora bowiem część zasobów bibliotecznych czy muzealnych jest archiwizowana w formie elektronicznej (m.in. artykuły, książki, zdjęcia obrazów, itp.). Podstawowymi technikami wymiany informacji o zasobach pomiędzy repozytoriami są SQI [120] oraz OAI [126]. Przedstawione powyżej informacje pokazują, że będzie następował dalszy wzrost ilości zasobów dydaktycznych spójnie opisanych, tworzonych w różnych językach. Tym samym już obecnie wzrasta potrzeba opracowania wydajnego systemu wyszukiwaw- czego, który zapewni użytkownikom znalezienie takich zasobów, które najlepiej odpo- wiadają ich potrzebom. Tezy rozprawy W niniejszej pracy postawiono dwie tezy: 1. Zastosowanie podejścia spersonalizowanego zapewnia skuteczny dostęp do żądanej informacji spełniającej oczekiwania konkretnego użytkownika w złożonych wieloję- zycznych systemach e- learningowych. 2. Wprowadzenie systemów wieloagentowych zapewnia łatwiejsze zarządzanie złożo- nym systemem wyszukiwania wielojęzycznej informacji. W celu udowodnienia pierwszej tezy, w niniejszej pracy zaproponowano wyko- rzystanie specywiki systemów e- learningowych w tym zestandaryzowanego opisu obiek- tów wiedzy oraz wprowadzono opis prowilu użytkownika komplementarnego wobec opisu obiektów. Następnie zaproponowano możliwości uwzględniania danych opisują- cych użytkownika dla podniesienia jakości wyszukiwania. W tym celu opracowano kilka - 5 -

6 niezależnych scenariuszy analizy informacji opisujących użytkowników (prowil, zacho- wanie) w aspekcie opisu samych obiektów wiedzy. Tego typu podejście do wyszukiwania spersonalizowanego w praktyce nie było ofero- wane przez żaden istniejący system e- learningowy i ma, jak się wydaje, charakter nowatorski. Istotnym problemem jest znalezienie skutecznego rozwiązania zagadnienia wzro- stu objętości zasobów informacyjnych w wielojęzycznych systemach e- learningowych. Druga teza stanowi propozycję wprowadzenia systemu wieloagentowego w celu wydaj- nego rozdziału realizowanych zadań przez system gromadzący dane i asystujący użyt- kownikowi w procesie wyszukiwania. System gromadzący dane może przetwarzać zasoby po stronie lokalnego repozytorium przy zastosowaniu agentów mobilnych. Systemy wieloagentowe nie były do tej pory stosowane w praktyce w systemach e- lear- ningowych. Zaproponowane nowatorskie rozwiązanie gwarantuje łatwą rozbudowę systemu oferując nie tylko możliwość rozpraszania komponentów platformy agentowej w sieci, ale również zapewnia rozbudowę funkcjonalności proponowanej struktury. W pracy przedstawiono szczegółowo następujące zagadnienia: W rozdziale 1 omówiono szczegółowo klasywikację istniejących typów systemów e- lear- ningowych. W szczególności zwrócono uwagę na konieczność współdzielenia zasobów oraz obecny stan prac w tej dziedzinie. Omówiono organizację scentralizowanego zarzą- dzania i wymiany danych w rozproszonych repozytoriach wiedzy, a także szczegółowo opisano czym są systemy wieloagentowe oraz gdzie znajdują zastosowanie. Dokonano analizy systemów rozproszonych oraz zaproponowano obszary zastosowania systemów wieloagentowych dla rozpraszania oraz wyszukiwania informacji. Szczegółowo omówiono możliwości stosowania systemów wieloagentowych dla organizacji wyszuki- wania informacji uwzględniającej specywikę repozytoriów i oczekiwań użytkownika końcowego. W rozdziale 2 skupiono się na podnoszeniu jakości wyszukiwania. Wskazano obecne algorytmy wyszukujące oparte na indeksacji dokumentów. Zwrócono uwagę na problemy niedostępności zasobów oraz zaproponowano struktury wyszukiwania w globalnej sieci. Opisano także obecne trendy w zakresie wyszukiwania spersonalizo- wanego i pozycjonowania rezultatów wyszukiwania. Wskazano na specywiczne potrzeby użytkowników systemów e- learningowych oraz zaproponowano możliwość wykorzysta- nia systemów rekomendacyjnych do pozycjonowania wyników wyszukiwania w zaso- bach edukacyjnych. Na koniec zaproponowano wprowadzenie miary obciążenia serwera która w przyszłości może posłużyć do ilościowej analizy wymiany informacji w syste- mach rozproszonych. W rozdziale 3 w sposób szczegółowy przedstawiono ogólną strukturę systemu wyszuki- wania informacji dedykowanego użytkownikom edukacyjnym. Zaproponowano i opraco- wano konkretną implementację takiego systemu, którego funkcjonalne moduły zostały szczegółowo opisane, a na koniec zaprezentowano i omówiono opinie użytkowników tego systemu

7 1. Struktura ogólna systemów wyszukiwania i wymiany informacji 1.1. Charakterystyka systemów e-learningowych Terminem e- learning określamy wszelkie techniki edukacyjne wykorzystujące w prze- kazie treści i werywikacji przyswojonej wiedzy media elektroniczne określane jako tech- nologie informacyjno- komunikacyjne ICT (ang. Information and Communication Technology). Podstawowym narzędziem wykorzystywanym w procesie kształcenia przy użyciu e- learningu jest komputer na którym działająca specjalistyczna aplikacja może w pełni realizować podstawowe zasady dydaktyki, którymi są indywidualizacja procesu kształcenia i zasada poglądowości. Możliwości techniczne pozwalające w coraz lepszy sposób wizualizować przeka- zywaną wiedzę oraz zapewnić dostosowanie zarówno tempa jak i formy przekazu treści do indywidualnej percepcji odbiorcy przyczyniają się do coraz większej popularności aplikacji edukacyjnych. Dość istotnym faktem, którego nie powinno się pomijać, jest wprowadzenie ekranów LCD pozwalających bez uszczerbku na zdrowiu wykorzystywać komputery już od początkowych lat kształcenia. Przykładowo istniejące aplikacje stoso- wane już w nauczaniu przedszkolnym z powodzeniem wspomagają naukę kolorów, kształtów, liter, czy wyrabiają spostrzegawczość. Powszechny dostęp do Internetu oraz coraz większe przepustowości łącz rozszerzają możliwości kształcenia zarówno o dostęp do nowych zasobów jak i pozwalają na szybki kontakt i wymianę informacji z innymi użytkownikami systemu w tym również z nauczycielem czy opiekunem. Nauczanie na odległość (ang. distance learning) jest obecnie kojarzone już tylko z syste- mami e- learningowymi, choć tradycja tego typu kształcenia w formie kursów korespon- dencyjnych sięga XVIII wieku [35, 56]. Analiza ograniczeń Podnoszone ograniczenia można podzielić na następujące kategorie [41, 103]: dydaktyczne brak kontaktu z nauczycielem brak kontaktu z innymi uczestnikami zajęć poza dydaktyczne konieczność posiadania odpowiedniej infrastruktury technicznej koszt utworzenia i utrzymania systemu informatycznego Brak możliwości nawiązania płynnej i bezpośredniej dyskusji z nauczycielem zmniejszy szansę na wyjaśnienie wszelkich niejasności czy niejednoznaczności jakie uczeń napotka w materiałach dydaktycznych, zaś praca indywidualna uniemożliwi prze- prowadzanie nadzorowanej przez nauczyciela burzy mózgów. Ograniczenia te są jednak obecnie pozorne gdyżodpowiedni dobór narzędzi potrawi je zniwelować. Przykła- dowo: w przypadku wyboru e- learningu jako podstawowej formy nauczania na odle- głość zastosowanie kamer, czy nawet samego przekazu dźwięku pozwala na niemal bezpośredni kontakt i stwarza możliwość w miarę płynnego prowadzenie dyskusji, czy zadawania pytań. Kontakt z grupą umożliwiają także różnego rodzaju komunikatory, - 7 -

8 serwery news, czy fora dyskusyjne. Istnieją teorie opisujące możliwość negatywnego wpływu e- learningu na osobo- wość uczniów w wyniku izolacji właśnie wtedy, kiedy e- learning jest jedyną formą kształcenia. Jednakże powyższe aspekty stają się mniej istotne w stosunku do obserwo- wanych wymiernych korzyści w przypadku gdy kształcenie na odległość staje się koniecznością zapewniając dostęp do wiedzy uczniom na rozległych, a mało zurbanizo- wanych terenach np. Australii czy Rosji [7, 9, 19, 51, 115]. Rozwój techniki zapewnił obec- nie możliwość korzystania z łącz satelitarnych o dużej przepustowości, czego przykła- dem jest sieć DIRECTWAY stosowana w kształceniu na odległość na obszarach Syberii [27]. Równocześnie podejmowane są prace w celu tworzenia warunków kształcenia na odle- głość przypominających tradycyjną klasę [115]. W przypadku tradycyjnego kształcenia system e- learningowy stanowi doskonałe narzędzie wspomagające pracę nauczyciela, zmieniając przekaz informacji z czysto werbalnego, (a co najwyżej wspieranego przez statyczne ilustracje) w interaktywny i poglądowy. Połączenie klasycznego kształcenia z elementami technik e- learningowych jest określane jako blended learning. Wprowadzanie elementów interaktywnych redu- kuje bowiem bierne przyswajanie wiedzy angażując wyobraźnię uczniów przez co rozu- mienie informacji jest o wiele pełniejsze i głębsze [67, 102]. Proces zapamiętywania został schematycznie przedstawiony na rysunku 1 [67]. Rysunek 1. Kodowanie Mul-modalne Metody kształcenia oparte o systemy e-learningowe Autorzy wyróżniają 2-4 podstawowych typów kształcenia z zastosowaniem technik e- learningu i tak Schulmeister [117] wyróżnia kształcenie typu A indywidualne oraz typu B grupowe ściśle powiązane z formą materiałów (Rys. 2)

9 standard contents Standardowa Treść!!"#$!& learning community Społeczności Nauczanie Indywidualne individual learning!!"#$!% Treść Zróżnicowana no fixed contents Rysunek 2. Typy e- learningu Kształcenie indywidualne (typu A) stanowi, zdaniem tego autora, interakcję użytkownik-treść (ang. person-to-standarised content) podczas gdy typ B użytkownik-użytkownik (ang. person-to-person) polega na zdobywaniu wiedzy w interakcji z innymi użytkownikami określonych społeczności określanych angielskim terminem: community of practise [114]. Powyższy podział jest zbliżony do sugerowanego przez uważanego za klasyka teorii kształcenia na odległość Michaela Grahama Moore [72], który proponowałtrzy kategorie interakcji: uczeń-treść (ang. learner content) uczeń-instruktor (ang. learner instructor) uczeń-uczeń (ang. learner learner) Jako kluczową interakcję Moore uznaje interakcję ucznia z instruktorem specjalistą z danej dziedziny. Wpływ specjalisty dotyczy zarówno motywowania ucznia do zajęć, rozwijania zainteresowań wobec treści, łączenia wiedzy teoretycznej z praktyką i na koniec werywikacji przyswojonej wiedzy czy umiejętności przez ucznia. Hillman, Willis i Gunawerdena [47] powyższą listę rozszerzyli o interakcję: uczeń-interfejs (ang. learner interface) wskazując na istotne znaczenie w kształceniu elektronicz- nym narzędzi wykorzystywanych w tym procesie. Inne współczesne opracowania [74, 102] powyższe kategorie określają odpowied- nio jako: samokształcenie (ang. self-study) kształcenie synchroniczne (ang. synchronous) kształcenie asynchroniczne (ang. asynchronous) Lista ta jest rozszerzana o wspomniany już wcześniej blended-learning stanowiący kształcenie mieszane

10 Samokształcenie odpowiada komunikacji uczeń-treść (learner-content) i przede wszyst- kim charakteryzuje się interakcją jednokierunkową. W przypadku tej formy udział nauczyciela w procesie nauczania nie jest wymagany. Forma przekazu może mieć charakter typowo bierny i sprowadzać się do dostępu przez ucznia do prezentacji, mate- riałów szkoleniowych, itp. lub częściowo interaktywny w przypadku dostępu do środo- wisk uczących, aplikacji czy portali. Nauczanie asynchroniczne charakteryzuje się tym, że nauczyciel i uczniowie nie muszą przebywać w tym samym czasie w tym samym miejscu wirtualnym (np. w tym samym pokoju rozmów). Systemy e- learningowe tej kategorii posiadają metody kontroli i oceny prowadzonych zajęć przez instruktora kierującego danym kursem. Podstawowe zalety tej metody: indywidualizacja procesu nauczania czas nauki jest ustalany indywidualnie, tem- po kształcenia i intensywność jest dostosowywana do potrzeb ucznia; łatwiejsza organizacja oraz większe bogactwo środków i narzędzi dydaktycznych media wykorzystywane to przede wszystkim: e- mail, fora dyskusyjne, portale, bazy danych, itp. Nauczanie synchroniczne wymaga obecności w tym samym czasie i miejscu nauczycieli i ucznia lub grupy uczniów. Systemy e- learningowe tej kategorii pozwalają tworzyć tzw. wirtualne klasy. Praca uczestników dokonuje się w czasie rzeczywistym co pozwala na bieżąco komentować i prowadzić dyskusje. Narzędzia stosowane w tej kategorii są opra- cowywane w celu zapewnienia transmisji audio czy audiowizualnej w czasie rzeczywi- stym. Wykorzystywane są także wszelkie komunikatory (także tekstowe) czy tzw.tablice wirtualne. Wyróżnić można dwie formy zdalnego nauczania synchronicznego [34, 102]: jeden do wielu zajęcia dla słuchaczy znajdujących się w różnych miejscach; jeden do jeden zajęcia dla grupy osób zgromadzonych w jednym miejscu przez wykładowcę znajdującego się w innym miejscu. Podstawowe zalety nauczania synchronicznego: szybkość interakcji obecność nauczyciela pozwala natychmiast zadawać mu pytania i uzyskiwać od niego odpowiedzi; możliwość organizacji zajęć zbliżonych do modelu klasycznego obecność innych uczestników pozwala na stosowanie wielu standardowych metod pracy z grupą np. burzy mózgów. Nauczanie mieszane polega na poszerzeniu klasycznego modelu kształcenia, w którym uczniowie i nauczyciel muszą być obecni w ściśle określonym czasie i miejscu, o elementy dostępne za pomocą mediów elektronicznych. Ta forma pracy wyróżniana przez autorów jako osobna kategoria e- learningu stanowi raczej wspomaganie zajęć klasycznych o narzędzia stosowane we wcześniej wymienionych formach e- learningu. Nauczanie mieszane jest najbardziej popularną formą kształcenia w przypadku nauczania w szkołach średnich i wyższych. Liczne badania wskazują na wymierne korzy- ści w zakresie przyswajania wiedzy [57, 67, 74, 102]. Pierwsze dwie formy (samokształcenie oraz kształcenie asynchroniczne) są najbardziej popularne w przypadku różnego rodzaju indywidualnych kursów on- line, podczas gdy kształcenie synchroniczne dotyczy szkoleń oraz zastępuje klasyczny model edukacji w niezurbanizowanych regionach świata

11 Jakość szkoleń e- learningowych Podstawowe problemy dotyczące jakości szkoleń e- learningowych można umownie podzielić na następujące 5 kategorii [67]. Zostały one przedstawione w tabeli 1. Tabela 1: Przyczyny braku zainteresowania szkoleniami e- learningowymi TECHNICZNE POLITYCZNE INWESTYCYJNE KULTUROWE ZAWODOWE brak pla(orm edukacyjnych w instytucjach kształcących przyszłych i obecnych nauczycieli brak jasnej polityki władz promujących tę formę kształcenia wysokie koszty inwestycji w e- learning nie zwracają się natychmiast choć w perspektywie dość krótkiego czasu można spodziewać się wysokich oszczędności. Więcej w raporcie IBM [49]. brak tradycji nauczania na odległość połączony z brakiem wiary w skuteczność takiej formy kształcenia; brak osobistego doświadczenia; niski poziom rozwoju metodyk przedmiotowych poza metodyką nauczania języków obcych brak warunków i możliwości natychmiastowego wykorzystania wiedzy i umiejętności w praktyce; przekazywana wiedza często ma charakter zbyt ogólny; Powyższe problemy są częściowo konsekwencją braku powszechności stosowania spój- nej zestandaryzowanej infrastruktury wymiany obiektów dydaktycznych [103]. Co gorsze często jest również tak, iż narzędzia nie pozwalają użytkownikom twórcom treści dydaktycznych współdzielić materiały dydaktyczne nawet lokalnie. Wydaje się, że zapewnienie łatwości wyszukania obiektów dydaktycznych, a następnie możliwość ich zastosowania w narzędziach do tworzenia treści kursów e- learningowych drastycznie wyeliminuje problemy przedstawione w tabeli 1. Obecne trwają prace związane ze stosowaniem systemów rozproszonych repozytoriów pozwalających współdzielić zasoby edukacyjne, oraz ich integracją. Więcej informacji zostało przedstawionych w rozdziale: Systemy współdzielenia danych edukacyjnych, str. 22. W celu wyeliminowania problemów z przyswajaniem wiedzy autorzy stosujący e- learning do kształcenia w wielu różnych dziedzinach (przykładowo: rolnictwo [15] czy medycyna [67]) są zgodni, iż e- learning nie powinien stać się kopią znanych metod nauczania. Tym samym osoba tworząca kurs winna zawsze zdawać sobie sprawę, że rola nauczyciela w e- learningu jest inna niż przy nauczaniu tradycyjnym. Podobnie należy pamiętać o cechach uczestnika kursu. Mianowicie nauczyciel poza standardowymi kompetencjami dydaktyczno- metodycz- nymi i komunikacyjnymi winien wykazywać się umiejętnością skutecznego aktywizowa- nia ucznia w połączeniu z umiejętnościami diagnozowania wiedzy i zachowań studenta. Często jest tak, że materiały źródłowe są opracowywane przez eksperta merytorycznego i multimedialnego, a także metodycznego, którzy wybierają techniki i mechanizmy nauczania najlepsze do osiągnięcia zadanego celu

12 Przy doborze narzędzi lub tworząc treści dydaktyczne nauczyciel winien każdorazowo zwerywikować je pamiętając o istotnym charakterze interakcji uczeń- interfejs [47]. Narzędzia nie mogą bowiem stanowić bariery dla ucznia. Znajomość cech uczestników kursu pozwoli na dobór najskuteczniejszych narzędzi oraz metod pracy do umiejętności i percepcji uczniów. Forma przekazu oraz metody kontroli (ewaluacji) przyswojonej wiedzy są kluczowe dla efektywności e- learningu Systemy zarządzania e-learningiem Tworzenie i zarządzanie kursami e- learningowymi dokonywane jest w oparciu o istnie- jące systemy zarządzania e- learningiem należące do podstawowych kategorii. Możemy tu wyróżnić (tłumaczenia nazw angielskich za: [130]): LMS (ang. Learning Management System) System Zarządzania Nauczaniem; CMS (ang. Content Management System) System Zarządzania Treścią; LCMS (ang. Learning Content Management System) System Zarządzania Treścią Nauczania. Czasem wyróżnia się także [42]: VCS (ang. Virtual Classroom System) System Zarządzania Klasą Wirtualną; W literaturze możemy spotkać się także z innym tłumaczeniem nazw systemów e- learningo- wych [149]: LMS jako: System Zarządzania Szkoleniami ; LCMS jako: System Zarządzania Zawartością Szkoleniową ; VCS jako: System do Zarządzania Zdalną Komunikacją i Współpracą Synchroniczną. LMS to rodzina systemów umożliwiających zarządzanie wszelką aktywnością szkole- niową oraz zapewniających prezentowanie treści kursów z nią powiązanych. W szczególności systemy LMS pozwalają kategoryzować użytkowników, nadawać im określone uprawnienia dostępu do modułów szkoleniowych oraz przydzielać użytkow- ników do określonych grup kursowych. Ponadto systemy LMS oferują monitorowanie zmian umiejętności poszczególnych kursantów. Zaawansowane LMS'y umożliwiają reali- zowanie kursów we wszystkich rodzajach kształcenia (samokształcenie, nauczanie synchroniczne, asynchroniczne oraz mieszane) są ponadto wyposażone w narzędzia umożliwiające znajdowanie luk w wykształceniu poszczególnych osób [78, 104, 108, 130]. Uproszczony schemat Systemów LMS został przedstawiony na rysunku 3 [78]. Rysunek 3. System Zarządzania Nauczaniem (LMS)

13 CMS to rodzina systemów dedykowanych do tworzenia, przechowywania, zarzą- dzania i prezentacji treści. Uproszczony schemat Systemów CMS został przedstawiony na rysunku 4 [78]. Istotne w tym podejściu jest zapewnienie możliwości współdzielenia elementarnych elementów oferowanych przez CMS oraz oddzielenie samej treści (content) od wyglądu (layout) [22, 78]. Obiekty te określane są jako RLO (ang. re-use Learning Objects) lub po prostu LO (ang. learning objects) [78] ewentualnie jako kompo- nenty treści (ang. content components) [22]. Warto zwrócić uwagę, iż omówione wcześniej Systemy LMS mogą jedynie prezentować multimedialne treści dydaktyczne, podczas gdy systemy CMS pozwalają tworzyć treści w oparciu o dostępne mniejsze komponenty, oraz zapewniają możliwość własnej aranża- cji wyglądu tworzonego dokumentu. Rozwój systemów CMS stanowi przykład usług B2C (ang. business-to-comsumer). Zasoby zgromadzone w takich systemach mogą być bowiem oferowane instytucjom zewnętrz- nym. Interesujące scenariusze zastosowań systemów CMS wraz ze schematem prze- pływu informacji przedstawiono w opracowaniu Firmy Microsoft [109]. Rysunek 4. System Zarządzania Treścią (CMS) LCMS to rodzina najbardziej zaawansowanych technologicznie systemów. Systemy LCMS integrując cechy systemów LMS i CMS [78] zapewniają możliwość zarówno tworzenia i zarządzania treściami dydaktycznymi (możliwość tworzenia kursów WBT ang. Web Based Training), jak i zarządzania samym procesem dydaktycz- nym z uwzględnieniem ewaluacji przyswojonej wiedzy przez użytkowników [22, 78, 108, 130]. Uproszczony schemat Systemów LCMS został przedstawiony na rysunku 5 [78]

14 Rysunek 5. System Zarządzania Treścią Nauczania (LCMS) Z punktu widzenia procesu nauczania najistotniejsze są systemy LMS i LCMS gdyż pozwalają na stały monitoring pracy uczniów czy innych osób szkolonych. Z tego też względu obie rodziny systemów są najczęściej porównywane ze sobą. Zasadnicza różnica polega na tym, że LCMS oferuje znacznie więcej możliwości twórcom kursów tj. zapewnia pełną możliwość współdzielenia zasobów oraz wymianę informacji pomiędzy osobami prowadzącymi szkolenie. VCS to rodzina systemów dedykowana do prowadzenia szkoleń on- line (synchroniczne) [116]. Obecny wzrost jakości połączeń pozwala na dość szerokie stoso- wanie tej techniki w przypadku regularnego kształcenia na odległość zastępującego, w niektórych przypadkach, kształcenie tradycyjne. Szczególnie dotyczy to obszarów niezurbanizowanych o czym wspomniano we wstępie niniejszej pracy. Warto tu zazna- czyć, iż ta kategoria to inne spojrzenie na systemy e- learningowe. Celem tych narzędzi 1 jest bowiem przekaz treści on- line. Narzędzia VCS powinny zdaniem Finkelsteina [39] w szczególności zapewniać: połączenie audio lub audio- wideo w czasie rzeczywistym pomiędzy uczestnikami; współdzielone tablice (ang. shared whiteboard); wydzielony obszar dający możliwość wyświetlania w nim prezentacji (slajdy lub inna forma pokazu multimedialnego); możliwość przesłania tekstu jako interakcji pomiędzy osobami, czy jako komentarza dla prezentacji; zapewnienie sposobu zaznaczenia, w trakcie przekazu, chęci zadania pytania, lub wyrażenia braku zrozumienia tego przekazu; możliwość natychmiastowego przekazu nastrojów, opinii czy komentarzy przez uczniów do prowadzącego zajęcia; możliwość obserwacji przez prowadzącego stopnia zaangażowania uczestników, w tym zapewnienie sposobu odbioru nastrojów i odczuć użytkowników, a towarzyszących 1. Więcej informacji o narzędziach w sekcji: Analiza pla(orm e- learningowych, str

15 przekazywanej treści (jako tzw. wirtualny język ciała). Celem jest aby poprzez sprzęże- nie zwrotne prowadzący mógł dopasować przekaz do stanu odbiorców; Podsumowując można stwierdzić, iż przedstawione cztery koncepcje systemów zarządzania e- learningiem wzajemnie się przenikają. Przy czym nacisk kładziony przy projektowaniu tych systemów dotyczy czasem prowadzenia szkoleń na odległość (VCS), zarządzania zasobami dydaktycznymi (CMS, LCMS) czy przede wszystkim analizy postę- pów uczniów w procesie kształcenia (LMS, LCMS) co przedstawiono schematycznie na rysunku 6 [149].! zasoby wiedzy LCMS CMS VCS LMS komunikacja uczniowie Rysunek 6. Ilustracja rożnych aspektów kształcenia w systemach e- learningowych Analiza standardów w systemach e-learningowych Coraz większa popularność systemów e- learningowych powoduje, że konieczne się stało wypracowanie wspólnych standardów opisujących zarówno kryteria usług oferowanych przez narzędzia e- learningowe, a także systematyzujących pojęcia dotyczące szkoleń elektronicznych, oraz pozwalających na zdewiniowanie opisu zawartości dydaktycznej. Wprowadzenie takich standardów umożliwia integrację różnych środowisk (np. VCS i LCMS) oraz zapewnia dostęp i wykorzystywanie treści zgromadzonej w systemach różnych producentów (więcej w [6]). SCORM Do najpopularniejszej grupy standardów umożliwiających swobodne przenoszenie całych kursów i szkoleń pomiędzy różnymi platformami LMS i LCMS należy SCORM (ang. Sharable Content Object Reference Model) [118]. Stanowi on zbiór specywikacji i standar- dów rozwijanych przez ADL (ang. Advanced Distributed Learning) organizację powołaną przez Departament Obrony USA. Zbiór ten opisuje: wewnętrzne relacje (pomiędzy obiektami zawierającymi treści dydaktyczne); model danych (obiektów wiedzy); protokoły wymiany danych (pomiędzy systemami e- learningowymi). Z perspektywy SCORM istnieją dwa kluczowe komponenty świata edukacji elektro- nicznej które są dewiniowane jako: Learning Management Systems (LMS) Shareable Content Objects (SCOs) SCORM postrzega LMS jako system który przechowuje informacje dot. osoby uczącej się. Zapewnia on możliwość uruchamiania wywoływania poszczególnych SCO zgodnie

16 z właściwą, zdewiniowaną, kolejnością. W rzeczywistości dotyczy więc zgodnych syste- mów CMS oraz LCMS. Zasadę tę przyjęto i w niniejszej pracy stosując dla uproszczenia ogólny termin LMS dla systemów LMS, LCMS i CMS. Podstawowym elementem opisywanym przez SCORM jest SCO, a stanowiący szczególną implementacją LO (ang. Learning Object). SCORM opisuje również assets tj. elementarne obiekty takie jak: plik tekstowy, obraz w formacie gif, jpg, itp. Każdy SCO stanowi kolekcję assets z których przynajmniej jeden implementuje LMS API adapter interfejs systemu LMS (musi on zawierać minimum dwie metody LMSInitialize() i LMSFinish()). SCORM zapewnia niezależność i przenośność obiektów SCO (ang. learning content interoperability) poprzez: zdewiniowanie modelu agregacji pakietów treści (ang. aggregation model for packaging learning content) pozwala ustalić kolejność SCO w pakiecie i pozwolić na poprawną nawigację wewnątrz materiału szkoleniowego; API zapewniające komunikację pomiędzy obiektami SCO, a systemem odwołującym się do nich. IMS IMS Global Learning Consortium (IMS GLC) [48] jest międzynarodową organizacją nonprowit zrzeszającą ponad 120 organizacji zarówno z sektora edukacji jak i Wirm komercyjnych. Celem działalności jest wspólne dewiniowanie specywikacji pozwalających na zapewnienie współpracy aplikacji i serwisów (interoperability) w heterogenicznym środowisku rozproszonych systemów e- learningowych. Równocześnie członkowie IMS GLC zobowiązują się propagować i wdrażać specywikacje IMS w oferowanych produktach. SpecyWikacja proponowana przez IMS GLC dewiniuje grupy możliwych obiektów oraz reguły tworzenia powiązań między nimi oraz wskazuje na konieczność jednolitego opisu danych w obiektach, jak i samych obiektów. Inne standardy Inne standardy wykorzystywane w systemach e- learningowych oraz ich przeznaczenie: IEEE LOM ( ) [125] dewiniuje opis obiektów wiedzy (LO) w formacie LOM (ang. learning object metadata). Standard jest powszechnie wykorzystywany do opisu LO w repozytoriach; SQI [120] Simple Query Interface dewiniuje sposób dostępu i wymiany danych pomię- dzy repozytoriami 2 ; OAI-PMH [126] The Open Archives Initiative Protocol for Metadata Harvesting tworzy szkielet dla komunikacji pomiędzy aplikacjami i repozytoriami, a zapewniający bezproblemowe pobieraniemetadanych (ang. application-independent interoperability framework based on metadata harvesting) 2. PENS [101] Package Exchange Noti\ication Services standard dewiniujący protokół zapewniający prostotę wymiany danych (zasobów) w obrębie systemów e- learningo- 2. Więcej informacji o SQI i OAI w sekcji: Komunikacja z repozytoriami., str

17 wych, a w szczególności zapewniający łatwość współdzielenia zasobów pomiędzy systemami zorientowanymi na zasoby (CMS) i systemami zorientowanymi na proces nauczania (LMS). Standard wspiera wymianę zasobów opisanych zgodnie z formatami pakietów AICC jak i ADL SCORM. AICC [4] historycznie najstarsza grupa standardów opracowana przez AICC (Aviation Industry CBT Committee) międzynarodowe stowarzyszenie tworzące systemy treningowe dla przemysłu lotniczego. Standardy AICC dotyczą w szczególności: dostępu do zasobów (opisuje sposób przechowywania i dostępu do danych studen- tów, tj. ich ustawień, preferencji oraz ocen); sposobu transmisji (opisuje sposoby tworzenia pakietów kursów oraz sposoby ich przesyłu). Podsumowanie Dążenie do ujednoliceniapowstałych niezależnie od siebie standardów doprowadziło do ujednolicania standardów wprowadzanych historycznie przez różne organizacje i tak: W zakresie opisu obiektów wiedzy. Konieczność przeszukiwania zasobów w celu odnalezienia poszukiwanych obiektów wiedzy przy coraz większym ich przyroście oznacza, iż różne systemy winny stosować ten sam standard opisu LO [6, 30]. W chwili obecnej standard IEEE LOM jest powszech- nie uznany. Został też przyjęty zarówno przez IMS jak i SCORM. SpecyWikacje rozwijane przez te organizacje wskazują na proces migracji do IEEE LOM (IMS Learning Resource Meta- data SpeciWicationv.1.3). Warto zwrócić uwagę, że SCORM Metadata stan- dards powstał na bazie standardu IEEE W zakresie opisania struktury treści kursów. Istnieją dwa szeroko przyjęte standardy pakowania danych, standard AICC oraz IMS GC. Wersja 1.2 specywikacji SCORM zawiera zaadoptowany standard IMS GC. Standard ten jest powszechnie stosowany i zalecany. W zakresie komunikacji studenta z systemem e-learningowym. Standardy komunikacji określają sposoby uruchamiania kursów oraz wymiany komuni- katów trakcie nauki dotyczących jej przebiegu. Istniały dwa główne standardy: AICC Guidelines and Recommendations (AGROO6 i AGROlO), SCORM Runtime Environment (RTE). Standard SCORM zaadoptował cały AICC i jest on zalecany do stosowania. W zakresie dostępu do opisu obiektów wiedzy. W chwili obecnej, w zależności od potrzeb, wykorzystuje się standard SQI lub OAI Analiza platform e-learningowych Obecnie coraz częściej w przedsiębiorstwach, a w szczególności ośrodkach edukacyj- nych wdraża się systemy VLE (ang. Virtual Learning Environment). Komitet JISC (ang. The Joint Information Systems Committee) dewiniuje, iż VLE to: An electronic system, providing online interactions of various kinds, that can take place between learners and other learners, and learners and tutors, including online learning. Ta dość szeroka dewinicja pozwala w dość swobodny sposób projektować systemy VLE. Istotne jest jednak aby każdorazowo koncentrować się nie na samych narzędziach lecz

18 na celu którym jest wzrost wydajności kształcenia. Komponenty, które wykorzystywane są przy tworzeniu VLE, to w szczególności systemy zarządzania e- learningiem (LMS, LCMS, VCS) oraz niezbędna infrastruktura ICT zapewniająca do nich dostęp. Systemy VLE wraz z innymi systemami bazującymi na infrastrukturze ICT danego przedsiębiorstwa w szczególności systemy biblioteczne (ang. Library Systems), systemy zarządzania informacją (ang. Management Information Systems), systemy poczty elektronicznej czy wirtualnych tablic ogłoszeń jeśli zostaną zintegrowane tworzą spójne zarządzane środowisko edukacyjne MLE (ang. Managed Learning Environment). Z własnej perspektywy i środowiska Akademii Górniczo- Hutniczej mogę potwier- dzić, iż dostęp do zasobów IEEE, ACM, Springer, itp. czy zasobów Biblioteki Głównej AGH w połączeniu z możliwością korzystania przez pracowników i studentów z otwartej sieci WLAN pozwala na szybszy dostęp do wiedzy. Warto jednak pamiętać, że w przypadku osób nie mających łatwego dostępu do Inter- netu lub nie posiadających odpowiednich sprawnych narzędzi, przejście tylko na system elektroniczny będzie prowadzić do zakłóceń w przekazywaniu ważnych informacji i osoby takie szybko mogą stracić możliwość efektywnego kształcenia. Podstawowym problemem przy tworzeniu VLE jest dobór właściwej platformy e- learningowej. W tabeli 2 przedstawiono pełną listę zaawansowanych platform LMS i LCMS zgodnych ze specywikacjami SCORM, obecnie uznawanymi za dominujące w tworzeniu systemów e- learningowych mogących współdzielić zasoby [145, 148]. Przedstawiona lista nie stanowi kompletnego zbioru wszystkich istniejących platform. Tabela 2: Lista plalorm e- learningowych LMS i LCMS wspierających specyfikacje SCORM Nazwa platformy (data zarejestrowania) LMS LCMS Absorb LMS (01/28/2007) AminoLearning LMS (04/27/2005) BGI Vanguard (05/13/2006) Content Management & Publisher (01/18/2006) Ecampus LMS (08/15/2007) Eedo ForceTen LCMS (06/19/2006) Enterprise Knowledge Platform (03/30/2006) Evolution (07/19/2005) HarvestRoad Hive (09/05/2006) KnowBook (09/24/2008) KnowledgeWorks LMS (04/26/2005) Learning Management System (02/09/2006) Learning Suite (01/18/2006) Meridian KSI Knowledge Centre 5.0 (06/08/2006) MOS Chorus (07/09/2007) OLAT Open Source LMS (02/06/2008) THESIS Librarian SCORM Enable MS SharePoint (09/19/2007)

19 The SumTotal Enterprise Suite (03/22/2006) Tiger Online Training (07/18/2008) TotalLMS (04/25/2006) Tracker.Net (02/13/2006) UpsideLMS (10/17/2006) Web Based SCORM Compliant (01/23/2007) Wisdom Learning Management System (06/20/2006) Wizdom Web Learning Management System (03/30/2007) Xerceo Learn (07/26/2006) Opracowano na podstawie: (Stan na ) Warto zwrócić uwagę, że na powyższej liście nie znajdziemy popularnej w środo- wiskach akademickich platformy Moodle [71]. Według posiadanych informacji 3 wersje Moodle 1.9.3, i wyższe wspierają import kursów zgodnych ze specywikacją SCORM 1.2 (wersja SCORM 2.0 nie jest wspierana). Eksport kursów wciąż pozostawia wiele do życzenia. Jak można przeczytać w wypowiedziach użytkowników: I ve always heard from the Moodle camp (...): the pedagogical model that Moodle promotes is such as to not be conducive to encapsulation by the content-centric models of SCORM/IMS CP (...); if it is important to you, do it yourself, it s open source 4. Jak można zauważyć pomimo, iż twórcy nie wykazują szczególnego zainteresowania pełnym wsparciem SCORM, to pozostaje liczyć, że znajdzie się ktoś kto rozbuduje system o odpowiednią funkcjonalność i tym samym pojawi się możliwość pełnej integracji tej platformy z innymi. Częsty problem który pojawia się wśród nowych użytkowników to wybór opty- malnej platformy e- learningowej. W pracy [42] opisano metodologię doboru platformy. Autorzy po analizie wielu czynników spośród 30 wybrali ostatecznie Dokeos [29] wska- zując na jego przewagę nad innymi z uwagi na pełną zgodność ze specywikacjami SCORM 1.2 w tym zdolność poprawnego eksportu (podobny wynik w tej kategorii uzyskał ATutor [8]) oraz prostotę obsługi przy bogatej funkcjonalności. Autorzy szczególnie wysoko ocenili: intuicyjny interfejs i system wskazówek, intuicyjne składanie kursu, możliwość importu obiektów dydaktycznych, dobrze zaimplementowane forum, proste i oferujące wiele możliwości zarządzanie dostępem do kursów oraz użytkownikami, w tym bardzo dobry system statystyk i śledzenia postępów oraz niewygórowane wyma- gania sprzętowo- programowe. Warto podkreślić, że na kolejnych miejscach w ich rankingu uplasowały się odpowiednio platforma Moodle [71] i ATutor [8]. Moodle choć posiada szeroki wachlarz narzędzi, to zdaniem autorów narzędzia te nie są intuicyjne i tak skuteczne jak w przypadku plat- formy Dokeos [29], choć warto pozytywnie podkreślić następujące funkcjonalności plat- formy Moodle: wydajnie działające forum, wsparcie standardu SCORM, sprawnie działa- jące dość rozbudowane narzędzia do tworzenia i zarządzania kursami, testami oraz 3. Informacje z dnia ze strony: hop://docs.moodle.org/en/scorm_faq 4. Fragment pochodzi z Blogu Darcy Norman (wpis z 7 marca 2008) pt. Moodle and SCORM Export? : hop:// and- scorm- export

20 przejrzysty system zarządzania dostępem do kursów. W przypadku e- learningu synchronicznego wybór dotyczy przede wszystkim platform VCS. Analizę systemów VCS przeprowadzili Shullo i inni [116]. Autorzy w swoim artykule zebrali i szczegółowo omówili wyniki innych analiz przeprowadzo- nych w latach W oparciu o spójne oceny poprzedników skoncentrowali się na najwyżej ocenianych dwóch platformach tj. Elluminate Live [37] i Macromedia Breeze [2] a następnie dokonali ich dogłębnej analizy porównawczej. Ich praca pozwala podjąć właściwą decyzję dla wyboru platformy na potrzeby e- learningu synchronicznego Podsumowanie Popularność systemów e- learningowych staje się coraz większa. Systemy te wypełniają bowiem zarówno braki w dostępie do standardowych metod kształcenia, jak i zapew- niają wydajniejszy, poglądowy, przekaz. Nowoczesne systemy e- learningowe potrawią ponadto przeanalizować umiejętności osoby kształconej i tak dopasować tempo pracy aby utrwalenie wiedzy dokonało się możliwie jak najszybciej. Platformy e- learningowych są również coraz częściej wykorzystywane w procesie kształcenia w polskich uczelniach. W chwili obecnej brak jednak spójnej polityki państwowej w tym zakresie i w efekcie inicjatywa wdrażania e- learningu należy do poszczególnych jednostek edukacyjnych. Prowadzi to obecnie do równoczesnego stoso- wania wielu systemów przez poszczególne uczelnie. Przykładowo system komercyjny, Lotus LearningSpace jest stosowany przez OKNO PW. System Moodle, typu open source, jest używany przez OEN AGH, zaś własne autorskie platformy stosują m.in. SGH czy WSZ- POU) [148]. Różnorodność platform i brak wsparcia jednego wspólnego standardu wymiany danych, uniemożliwia współdzielenie poszczególnych kursów pomiędzy tymi jednostkami. Kolejną istotną kwestią jest selekcja i zapewnienie udostępnienia sprawdzonych zasobów w globalnej sieci. Obecnie istnieje wiele narzędzi pozwalających generować obiekty dydaktyczne. Do przykładowych możemy zaliczyć: exe [38], LessonBuilder [61], czy KnowledgePresenter [59]. Część narzędzi ma też charakter zaawansowanych portali jak np. LeMill [60]. Stały wzrost liczby obiektów dydaktycznych powoduje, że w celu zapewnienia wysokiej jakości kształcenia, kluczowe staje się udostępniane ich w globalnej sieci repo- zytoriów LOs oraz repozytoriów LOMs. 5 Rozwój takich systemów wiąże się z koniecznością wprowadzenia technik oznaczania jakości materiałów dydaktycznych oraz wprowadzenia szybkich i wydajnych mechani- zmów wyszukiwania obiektów. Wyszukiwanie powinno uwzględniać charakterystyki osoby szukającej, jak i jakości samego obiektu wiedzy. Niniejsza praca stanowi propozycjętakiego systemu, zaś szczegóły implementacji zostały przedstawione w rozdziale: Agentowy System Wyszukiwania, str Więcej o inicjatywach w tym zakresie w sekcji: Systemy współdzielenia danych edukacyjnych, str