Ανάπτυξη τεχνικών εξόρυξης γνώσης από δεδομένα για προσαρμοστικά συστήματα διαχείρισης της μάθησης
Authors: Τσουλουχάς Γεώργιος 
Published: January 2014

Η καθημερινή χρήση των ηλεκτρονικών υπολογιστών ταυτόχρονα με τη ραγδαία ανάπτυξη του διαδικτύου έχουν φέρει στην επιφάνεια, εδώ και αρκετά χρόνια, το θέμα της ηλεκτρονικής, εξ’ αποστάσεως μάθησης. Την, όχι και τόσο καινούρια, επιστήμη της Εκπαιδευτικής Τεχνολογίας, έρχονται να ενισχύσουν νέες και γοργά αναπτυσσόμενες επιστήμες και τεχνολογίες όπως η «εξόρυξη γνώσης από δεδομένα» ή πιο απλά «εξόρυ-ξη δεδομένων» (data mining), η τεχνητή νοημοσύνη - όχι τόσο νέα αλλά συνεχώς αναπτυσσόμενη -, τα πολυπρακτορικά συστήματα (multi-agent systems) και οι τεχνολο-γίες που πηγάζουν μέσα από το διαδίκτυο όπως το web 2.0, web 3.0, τo σημασιολογικό διαδίκτυο (semantic web) κ.ά. Τα Προσαρμοστικά Συστήματα Διαχείρισης της Μάθη-σης (Adaptive Educational Hypermedia Systems – AEHS) προσπαθούν να εκμεταλλευτούν αυτές τις τεχνολογίες, με σκοπό την αντιμετώπιση των προβλημάτων που αφορούν την ασύγχρονη – εξ’ αποστάσεως διδασκαλία και μάθηση και την εξατο-μικευμένη παροχή εκπαιδευτικών υπηρεσιών υψηλού επιπέδου. Τέτοια προβλήματα (μεταξύ άλλων) είναι: • η δυνατότητα αναγνώρισης του μαθήτυπου – μαθησιακού στυλ του μαθητή. • η δυνατότητα ανίχνευσης της συναισθηματικής κατάστασης του μαθητή κατά τη διάρκεια του μαθήματος. • η ανάσυρση μαθησιακών αντικειμένων από ψηφιακά αποθετήρια ή η δημιουρ-γία νέων και ο εμπλουτισμός τέτοιων αποθετηρίων με βάση συγκεκριμένα πρότυπα. • η υποστήριξη και βοήθεια του μαθητή από το σύστημα κατά τη διάρκεια του μα-θήματος, με σκοπό την αποτελεσματικότερη κατανόηση και επίτευξη των μαθησιακών στόχων. H παρούσα διδακτορική διατριβή κινείται στην επιτομή των παραπάνω επιστημών – τεχνολογιών με σκοπό το σχεδιασμό και την ανάπτυξη νέων μεθόδων και τεχνικών που θα συμβάλουν στην ανάπτυξη των AEHS και στην λύση των προβλημάτων που αναφέ-ραμε παραπάνω. Στη διατριβή αυτή προτάθηκαν και αναπτύχθηκαν τεχνικές για την αναγνώριση του μαθήτυπου ενός μαθητή, για την ανίχνευση της συναισθηματικής του κατάστασης, την ανάσυρση μαθησιακού υλικού με σκοπό τη δημιουργία μαθησιακών αντικειμένων και την προώθηση της συνεργατικής μάθησης σε ένα ασύγχρονο περιβάλ-λον διαχείρισης της μάθησης. Πιο συγκεκριμένα: 1. Προτάθηκε και αναπτύχθηκε σε επίπεδο εφαρμογής ένας αλγόριθμος ανα-γνώρισης του μαθήτυπου ενός μαθητή με τη χρήση μιας μεθόδου κατηγοριοποίησης βασισμένης σε έναν Ασαφή Γνωσιακό Χάρτη τριών επι-πέδων. Σκοπός είναι να εφοδιαστεί ένα AEHS με ένα έμπειρο σύστημα που αφενός μεν αναγνωρίζει τον μαθήτυπο του χρήση, αφετέρου δε επιτρέπει στον εκπαιδευτή να συντονίσει τη λειτουργία του συστήματος αναγνώρισης ανάλογα με την ομάδα χρηστών που θα τι χρησιμοποιήσει. 2. Προτάθηκε και εφαρμόστηκε μια μέθοδος ανίχνευσης της συναισθηματικής κατάστασης του μαθητή βασισμένη στην παρακολούθηση των κινήσεων του ποντικιού. Προτάθηκαν συγκεκριμένες μετρικές οι οποίες σχετίζονται με την κίνηση του ποντικιού, βάση των οποίων μπορεί να εξαχθεί σαν συμπέ-ρασμα η συναισθηματική κατάσταση του μαθητή και συγκεκριμένα η κατάσταση της ανίας. 3. Προτάθηκε και αναπτύχθηκε μια μέθοδος ανάσυρσης μαθησιακού υλικού από το διαδίκτυο, με σκοπό τη δημιουργία νέων μαθησιακών αντικειμένων. Η μέθοδος βασίζεται στην τεχνική των εστιασμένων crawler και σε τεχνικές κατηγοριοποίησης κειμένων. 4. Τέλος προτάθηκε και δημιουργήθηκαν οι βάσεις για την υλοποίηση του «Εικονικού Συμμαθητή» (virtual co-learner) ο οποίος, σύμφωνα με τις τε-χνικές της Συνεργατικής Μάθησης, βοηθά τον μαθητή στην επίτευξη των μαθησιακών του στόχων. Η διατριβή αποτελείται από δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος (κεφάλαια 1-3) παρουσιά-ζεται το απαραίτητο θεωρητικό υπόβαθρο των τεχνολογιών που χρησιμοποιήθηκαν στο ερευνητικό κομμάτι της διατριβής. Στο δεύτερο μέρος (κεφάλαια 4-7) παρουσιάζονται αναλυτικά οι ερευνητικές προτάσεις που αναφέραμε στα σημεία 1 έως 4 παραπάνω, καθώς και τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη μελέτη και την εφαρμογή τους.