Ατομικές διαφορές και ηλεκτρονική εκπαίδευση: η εργαζόμενη μνήμη και οι νοητικές ικανότητες ως παράμετροι προσωποποίησης στα εκπαιδευτικά υπερμέσα

Abstract

The subject of this doctoral thesis is the integration of individual differences in the field of web-based learning, with the purpose of optimizing the learning process in terms of tangible and measurable benefits for the learners, bridging the gap between identifying individual differences on one hand and the design and application of personalized instructional approaches on the other. More specifically, this research has two distinct, though interrelated, objectives. The first one is the examination of the role of individual differences in learning, in order to solidify the theoretical basis of adaptive educational hypermedia through outlining a descriptive framework of the corresponding educational implications. This framework is expected to contribute in future research directions on studying, modeling, and integrating individual cognitive characteristics in web-based educational platforms. The second objective is the constitution, application, and evaluation of a proposed method of personalization within an adaptive educational environment, based on individual differences in working memory capacity, which is considered as fundamental information processing cognitive parameter. On this basis, a number of psychometric constructs that are related to intelligence are being studied at the theoretical level, including mental abilities such as fluid intelligence, spatial ability, and verbal comprehension, along with parameters such as cognitive/learning style and personality factors. Special emphasis is placed upon the construct of working memory, since the most prominent memory models are being thoroughly described and studied, in parallel with the relevant theory of cognitive load. The main result of this theoretical approach is the constitution of a set of proposed instructional methods in the form of personalization techniques in the context of adaptive hypermedia, aiming to the optimization of web-based educational systems in terms of learners' performance, regardless of their innate characteristics. It should be mentioned that this study of mental abilities and other factors, with the exception of working memory, is purely theoretical, since it mainly aims to document the role of individual differences in learning, and to sketch a wide framework for expanding the personalization possibilities of adaptive hypermedia. Nevertheless, the main contribution of this doctoral thesis is that the proposed techniques for personalization on working memory capacity were empirically evaluated with methodology derived from the field of experimental psychology, in order to ground their effectiveness with the participation of actual learners -in contrast to the strictly technical methods of evaluation that are usually applied in the field of adaptive hypermedia. Specifically, the main research hypotheses were the following: 1. Are there any differences in the performance of learners within a web-based educational application, which could be attributed to working memory capacity as it is measured by on-line tasks? 2. Is it possible for the appropriate personalization techniques to increase the (possibly) lower performance of learners with lower working memory capacity? Thus, through an experimental procedure with a sample of 230 participants, both the extent of the difference in performance of learners with different cognitive abilities and the possibility of improving the performance of individuals with low working memory capacity were examined. The empirical findings support the approach that was undertaken and the theoretical framework that was constituted, since not only learners' performance was related to working memory capacity, but also the proposed personalization techniques resulted in the leveling of the performance of all learners towards the high end. Specifically, learners with low working memory capacity were significantly benefited, while those with medium/high levels of capacity were unaffected. Therefore, it is possible to argue that the methodology that was proposed by this research is adequately supported by the empirical findings. In general, the aforementioned approach may be characterized as innovative, since it aims to solidify and further expand the cognitive-pedagogical base of web based learning by transforming the theories of mental abilities to an adaptive mechanism of instruction, in a theoretically and empirically unprecedented way.

Το αντικείμενο της διατριβής αφορά στην ενσωμάτωση των ατομικών διαφορών στο χώρο της διαδικτυακής εκπαίδευσης, με στόχο τη βελτιστοποίηση της μαθησιακής διαδικασίας με απτά και μετρήσιμα οφέλη για τους εκπαιδευόμενους, γεφυρώνοντας το χάσμα ανάμεσα στην καταγραφή των ατομικών διαφορών από τη μία και το σχεδίασμά και εφαρμογή προσωποποιημένων διδακτικών προσεγγίσεων από την άλλη. Πιο συγκεκριμένα, η έρευνα εστιάζει σε δύο διακριτά, πλην όμως αλληλοσυνδεόμενα αντικείμενα. Το πρώτο εξ' αυτών είναι η διερεύνηση του ρόλου των ατομικών διαφορών στη μάθηση, με σκοπό την ενίσχυση της θεωρητικής βάσης των προσαρμοζόμενων εκπαιδευτικών υπερμέσων μέσω της σκιαγράφησης ενός πλαισίου περιγραφής των αντίστοιχων συνεπειών για την εκπαίδευση. Το πλαίσιο αυτό προσδοκάται ότι θα συνεισφέρει σε νέες μελλοντικές κατευθύνσεις της έρευνας πάνω στη μελέτη, μοντελοποίηση, και ενσωμάτωση των ατομικών γνωστικών χαρακτηριστικών στα διαδικτυακά εκπαιδευτικά περιβάλλοντα. Το δεύτερο κύριο ερευνητικό αντικείμενο είναι η κατάρτιση, εφαρμογή και αξιολόγηση μιας προτεινόμενης μεθόδου προσωποποίησης εντός ενός προσαρμοζόμενου εκπαιδευτικού περιβάλλοντος βάσει των ατομικών διαφορών στη χωρητικότητα της εργαζόμενης μνήμης, η οποία αποτελεί θεμελιώδη για την επεξεργασία της πληροφορίας γνωστική παράμετρο. Πάνω σε αυτή τη βάση, μελετώνται σε θεωρητικό επίπεδο μία σειρά παραγόντων που συνδέονται με τη ψυχομετρική νοημοσύνη, δηλαδή νοητικές ικανότητες όπως η ρέουσα νοημοσύνη, η χωρική ικανότητα, και η λεκτική κατανόηση, καθώς και παράμετροι όπως το γνωστικό/μαθησιακό στυλ και οι παράγοντες προσωπικότητας. Ιδιαίτερη βαρύτητα αποδίδεται στην δομή της εργαζόμενης μνήμης, καθώς μελετώνται και περιγράφονται τα σημαντικότερα μνημονικά μοντέλα που έχουν διαχρονικά προταθεί, καθώς και η συναφής θεωρία του γνωστικού φόρτου. Το αποτέλεσμα της θεωρητικής αυτής προσέγγισης είναι η κατάρτιση μίας σειράς προτεινόμενων διδακτικών μεθόδων υπό τη μορφή τεχνικών προσωποποίησης στο πεδίο των προσαρμοζόμενων υπερμέσων, με στόχο τη βελτιστοποίηση των διαδικτυακών εκπαιδευτικών συστημάτων υπό όρους απόδοσης των εκπαιδευομένων, ανεξάρτητα από τα εγγενή τους χαρακτηριστικά. Να σημειωθεί ότι η μελέτη των νοητικών αυτών ικανοτήτων και λοιπών παραγόντων, πλην της εργαζόμενης μνήμης βεβαίως, έχει αμιγώς θεωρητικό χαρακτήρα, καθώς αποσκοπεί κατά κύριο λόγο στην τεκμηρίωση της σημασίας των ατομικών διαφορών στη μάθηση, καθώς και στη σκιαγράφηση ενός ευρύτερου πλαισίου για την διεύρυνση των δυνατοτήτων προσωποποίησης των εκπαιδευτικών υπερμέσων. Σε κάθε περίπτωση, η σημαντικότερη συνεισφορά της διατριβής είναι ότι οι προταθείσες πάνω στην εργαζόμενη μνήμη τεχνικές προσωποποίησης αξιολογήθηκαν εμπειρικά με την εφαρμογή μεθοδολογίας από το χώρο της πειραματικής ψυχολογίας, προκειμένου να στοιχειοθετηθεί η αποτελεσματικότητα τους μέσω της συμμετοχής των ίδιων των εκπαιδευομένων - αντίθετα με τη συνήθη πρακτική στο χώρο των προσαρμοζόμενων υπερμέσων που ως επί το πλείστον συνίσταται από μεθόδους τεχνικής αξιολόγησης. Συγκεκριμένα, οι κύριες υποθέσεις της έρευνας ήταν οι ακόλουθες: 1. Υπάρχουν διαφορές στην απόδοση ανάμεσα στους εκπαιδευομένους εντός μίας διαδικτυακής εκπαιδευτικής εφαρμογής που να μπορούν να αποδοθούν στην χωρητικότητα της εργαζόμενης μνήμης, όπως αυτή μετράται μέσω από αντίστοιχα έργα σε ηλεκτρονική μορφή; 2. Μπορούν οι κατάλληλες τεχνικές προσωποποίησης να αυξήσουν την (ενδεχομένως) χαμηλότερη απόδοση των εκπαιδευομένων με χαμηλότερη χωρητικότητα εργαζόμενης μνήμης; Συνεπώς, μέσω μίας πειραματικής διαδικασίας σε ένα δείγμα 230 ατόμων εξετάστηκε τόσο το εύρος της διαφοράς ανάμεσα στην απόδοση των χρηστών με διαφορετικές νοητικές ικανότητες, όσο και η δυνατότητα αύξησης της απόδοσης όσων έχουν μικρότερη χωρητικότητα εργαζόμενης μνήμης. Τα εμπειρικά ευρήματα δικαιώνουν την προσέγγιση που υιοθετήθηκε και το θεωρητικό πλαίσιο που διαμορφώθηκε, καθώς όχι μόνο οι εκπαιδευόμενοι απέδωσαν σύμφωνα με τις αρχικές υποθέσεις (δηλαδή η μικρότερη χωρητικότητα είχε ως συνέπεια τη χαμηλότερη απόδοση), αλλά η εφαρμογή των προτεινόμενων τεχνικών προσωποποίησης είχε ως αποτέλεσμα την εξίσωση της απόδοσης του συνόλου των εκπαιδευόμενων. Συγκεκριμένα, οι εκπαιδευόμενοι με χαμηλή χωρητικότητα ωφελήθηκαν σημαντικά, κάτι το οποίο δεν παρατηρήθηκε στην περίπτωση της μέσης/υψηλής χωρητικότητας - μπορεί λοιπόν να υποστηριχθεί ότι η προτεινόμενη από την παρούσα έρευνα μεθοδολογία στοιχειοθετήθηκε επαρκώς σε εμπειρικό επίπεδο. Γενικά, η συγκεκριμένη προσέγγιση μπορεί να χαρακτηριστεί ως καινοτόμος, καθώς στοχεύει στην ενίσχυση και την διεύρυνση της γνωστικό-παιδαγωγικής βάσης της διαδικτυακής εκπαίδευσης βάσει της μετουσίωσης των απολήξεων των θεωριών γνωστικών ικανοτήτων σε έναν πληροφοριακό μηχανισμό προσαρμογής της διδασκαλίας, με έναν τρόπο που δεν έχει επαναληφθεί, θεωρητικά ή εμπειρικά, στο παρελθόν.