Video based learning analytics: using open source tools and open internet resources for building interactive video based learning environments that support learning analytics

Abstract

The focus of this thesis is on Video Based Learning Analytics as well as on interactive video based learning environments that support learning analytics.Learning analytics on video based learning is a research area at the intersection of learning analytics & educational data mining and video based learning. Video based learning analytics mainly focuses in making sense of learners’ viewing behaviors while watching educational videos under various educational settings. The approach followed in this task is data-driven and is carried out using visualizations, statistical analysis and data mining methods.In the first part of the thesis we introduce a framework for recording, monitoring and analyzing video usage behaviors. This framework consists of a data capturing mechanism, a suitable database model for storing the activity data, as well as a set of metrics and visualizations that aid the process of monitoring and analyzing learner activity. Moreover, the framework takes into account that today's videos can also contain various interactive features. The framework was used under certain educational settings in two case studies and insights were obtained from the harvested activity data using the visualizations and metrics of the framework together with further data processing and analysis carried out using statistical and data mining methods.During the research conducted for this thesis there were noteworthy trends taking place in the field of interactive videos as a number of online platforms that allow educators to add various interactive features to educational videos made their appearance. An attempt was made to follow these trends and to explore ways of developing interactive video based learning environments that would maintain the principles of the framework presented in the first part of the thesis. More specifically, in the second part of the thesis we introduce a roadmap for building interactive video based learning environments that support learning analytics using open source technologies and open Internet resources. Environments that were build using the principles of the roadmap were used in three different case studies and insights were obtained from the use. Again, the insights were obtained using the visualizations and metrics of the analytics framework as well as statistical and data mining methods.

H εστίαση αυτής της διατριβής είναι στην ανάλυση δεδομένων και εξόρυξη γνώσης από εκπαιδευτικά βίντεο καθώς και στην δημιουργία διαδραστικών περιβαλλόντων βιντεο-μάθησης που ενσωματώνουν δυνατότητες ανάλυσης δεδομένων. Η ανάλυση δεδομένων και συμπεριφορών από τη χρήση εκπαιδευτικών βίντεο είναι ένας χώρος έρευνας στη τομή των ερευνητικών πεδίων της ανάλυσης δεδομένων \& εξόρυξης γνώσης από εκπαιδευτικά περιβάλλοντα και της μάθησης με την χρήση εκπαιδευτικών βίντεο. Η ανάλυση δεδομένων που προέρχονται από την χρήση εκπαιδευτικών βίντεο έχει ως στόχο την κατανόηση των συμπεριφορών των εκπαιδευόμενων που παρακολουθούν εκπαιδευτικά βίντεο κάτω από διάφορες εκπαιδευτικές συνθήκες. Η προσέγγιση που ακολουθείται για την κατανόηση των συμπεριφορών αυτών βασίζεται στην ανάλυση δεδομένων με την χρήση στατιστικών μεθόδων, μεθόδων εξόρυξης γνώσης και οπτικοποιήσεων. Στο πρώτο μέρος της διατριβής παρουσιάζεται ένα πλαίσιο (framework) για την καταγραφή, την παρακολούθηση και την ανάλυση των συμπεριφορών εκπαιδευομένων που κάνουν χρήση εκπαιδευτικών βίντεο. Το πλαίσιο αυτό αποτελείται από έναν μηχανισμό σύλληψης δεδομένων παρακολούθησης και αλληλεπίδρασης, ένα κατάλληλο μοντέλο βάσης δεδομένων για την αποθήκευση των δεδομένων αυτών, καθώς και μια σειρά από οπτικοποιήσεις και δείκτες μέτρησης της δραστηριότητας των εκπαιδευομένων. Το πλαίσιο λαμβάνει επίσης υπόψη το γεγονός ότι τα βίντεο σήμερα μπορεί να έχουν διαδραστικά χαρακτηριστικά. Το πλαίσιο χρησιμοποιήθηκε κάτω από συγκεκριμένες εκπαιδευτικές συνθήκες σε δύο μελέτες περίπτωσης και εξάχθηκαν συμπεράσματα γύρω από τις συμπεριφορές των εκπαιδευομένων χρησιμοποιώντας τις οπτικοποιήσεις και τους δείκτες μέτρησης δραστηριότητας του πλαισίου καθώς και μεθόδους επεξεργασίας δεδομένων, στατιστικής ανάλυσης και εξόρυξης γνώσης. Κατά τη διάρκεια της έρευνας που πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια της διατριβής υπήρχαν αξιοσημείωτες τάσεις που λάμβαναν χώρα στον τομέα των διαδραστικών βίντεο καθώς μια σειρά από διαδικτυακές πλατφόρμες που επιτρέπουν στους εκπαιδευτικούς να προσθέτουν διάφορες διαδραστικές δυνατότητες σε εκπαιδευτικά βίντεο έκαναν την εμφάνισή τους. Στην διατριβή γίνεται μια προσπάθεια να ληφθούν υπόψη οι τάσεις αυτές και να διερευνηθούν τρόποι για την ανάπτυξη διαδραστικών περιβαλλόντων βιντεο-μάθησης τα οποία ενσωματώνουν τις βασικές αρχές του πλαισίου ανάλυσης δεδομένων που παρουσιάζεται στο πρώτο μέρος της διατριβής. Πιο συγκεκριμένα στο δεύτερο μέρος αυτής της διατριβής παρουσιάζουμε έναν οδικό χάρτη για τη δημιουργία διαδραστικών περιβαλλόντων βιντεο-μάθησης, που υποστηρίζουν την ανάλυση δεδομένων παρακολούθησης-αλληλεπίδρασης, με την χρήση τεχνολογιών ανοιχτού λογισμικού και ανοιχτών διαδικτυακών πηγών. Περιβάλλοντα που δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας τις αρχές του οδικού χάρτη χρησιμοποιήθηκαν σε τρεις διαφορετικές μελέτες περίπτωσης και εξάχθηκαν συμπεράσματα γύρω από τις συμπεριφορές των εκπαιδευομένων. Για την ανάλυση των συμπεριφορών χρησιμοποιήθηκαν και πάλι τα εργαλεία του πλαισίου (οπτικοποιήσεις και δείκτες μέτρησης δραστηριότητας) μαζί με στατιστικές μεθόδους και μεθόδους εξόρυξης γνώσης.