A novel social network incorporating intelligent techniques for personalized collaborative learning in adult education

Abstract

This Ph.D. thesis presents a novel approach of an intelligent social network designed for adult learning that performs individualized instruction, adaptive feedback and project-based learning with the intention to provide an innovative learning environment employing state-of-art technology, artificial techniques and pedagogical methods. The developed system is called IAdA-SNL, an abbreviation of Intelligent Adaptive Social Network for Adult Learning.From a technological perspective, IAdA-SNL is an integrated social network based on other well-known social networking sites standards. From pedagogical perspective, since IAdA-SNL is oriented to adult education, it employs a set of learning theories for effective instructional design, namely Connectivism, Revised and Digital Bloom Taxonomy, Behaviorism, Malcolm Knowles’ Andragogy and Experiential learning. IAdA-SNL extends traditional approaches of student modeling with characteristics pertained to learner’s social interactions with the network. The social-extended student model is the core component based on which the other system components provide personalization and adaptivity. Concerning individualized instruction, IAdA-SNL adapts course content and learning object recommendation considering student learning style emerged from the Honey and Mumford model. Moreover, a social annotation tool is provided to make notes at course material, making it more interactive and engaging.IAdA-SNL incorporates an integrated badges system and a component for the delivery of corresponding individual motivational messages, with the intention of encouraging learning, improving student engagement, acknowledging current accomplishments and incentivizing future ones. Moreover, IAdA-SNL provides actionable learning analytics in order to timely inform the student about critical issues concerning the learning process and encourage him/her to take the appropriate action for improving his/her learning outcomes. Regarding assessment strategy, IAdA-SNL develops two innovative strategies. Firstly, an intelligent formative assessment (IFA) supporting feedback on student’s misconceptions is used as practice test for preparing the student for the chapter’s final test. The proposed IFA employs a fuzzy logic model that diagnoses the cause of misconceptions occurred at each chapter section. Secondly, IAdA-SNL applies RBT to the development of chapter’s final tests in order to be composed of questions derived from the different RBT levels with the intention to improve students’ cognitive level. Concerning the collaborative learning, IAdA-SNL assigns a project-based activity to students. In order to form effective collaborative student groups, IAdA-SNL introduces a novel genetic algorithm. Its innovations pertain to the attributes used for the composition of groups and genetic operators applied. Finally, IAdA-SNL platform was used by higher education students and adult learners to learn system analysis and design using UML diagrams. For the evaluation of IAdA-SNL modules, an evaluation model is introduced based on the CIAO! Framework and the adjusted ISO-based model to SN-Learning environments. The results of the evaluation are very encouraging. Moreover, from pedagogical perspective, the positive students’ attitude and high acceptance towards our group formation method is indicated.

Η διδακτορική διατριβή παρουσιάζει ένα καινοτόμο ευφυές κοινωνικό δίκτυο σχεδιασμένο για την εκπαίδευση ενηλίκων, το οποίο εφαρμόζει εξατομικευμένη διδασκαλία, προσαρμοστική ανατροφοδότηση και μάθηση βασισμένη σε ομαδική εργασία, με σκοπό να παρέχει ένα καινοτόμο περιβάλλον μάθησης χρησιμοποιώντας σύγχρονες τεχνολογίες, ευφυείς τεχνικές και παιδαγωγικές μεθόδους. Το σύστημα που αναπτύχθηκε ονομάζεται IAdA-SNL (Intelligent Adaptive Social Network for Adult Learning – Ευφυές Προσαρμοστικό Κοινωνικό Δίκτυο για την Εκπαίδευση Ενηλίκων). Από τεχνολογικής άποψης, το IAdA-SNL είναι ένα ολοκληρωμένο κοινωνικό δίκτυο βασισμένο στα πρότυπα άλλων γνωστών κοινωνικών δικτύων. Από παιδαγωγικής άποψης, καθώς το IAdA-SNL είναι προσανατολισμένο στην εκπαίδευση ενηλίκων, χρησιμοποιεί μια σειρά από θεωρίες μάθησης για τον αποτελεσματικό σχεδιασμό της διδασκαλίας, όπως τη θεωρία της διασυνδεδεμένης μάθησης, την Αναθεωρημένη και Ψηφιακή Ταξινομία του Bloom, τη θεωρία του συμπεριφορισμού, τη θεωρία της ανδραγωγής και τη θεωρία της εμπειρικής μάθησης. Το IAdA-SNL επεκτείνει τις παραδοσιακές προσεγγίσεις σχετικά με τη μοντελοποίηση μαθητών με χαρακτηριστικά που απορρέουν από τις κοινωνικές αλληλεπιδράσεις του μαθητή στο δίκτυο. Προς την κατεύθυνση της εξατομικευμένης διδασκαλίας, το IAdA-SNL προσαρμόζει το περιεχόμενο του μαθήματος και τις προτάσεις σε εκπαιδευτικό υλικό λαμβάνοντας υπόψη το στυλ μάθησης του μαθητή, το οποίο βασίζεται στο μοντέλο του Honey & Mumford. Το IAdA-SNL ενσωματώνει ένα ολοκληρωμένο σύστημα ευσήμων και ένα εργαλείο παροχής προσωποποιημένων μηνυμάτων ενθάρρυνσης, με σκοπό την ενθάρρυνση της μάθησης, τη βελτίωση του βαθμού συμμετοχής του μαθητή, τη γνώση των τρεχόντων επιτευγμάτων του και την κινητοποίηση για την κατάκτηση και άλλων. Επιπλέον, το IAdA-SNL παρέχει ανάλυση μαθησιακών δεδομένων προκειμένου να ενημερώνει άμεσα τον μαθητή σχετικά με κρίσιμα θέματα που αφορούν την εκπαιδευτική διαδικασία, και να τον ενθαρρύνει να λάβει την κατάλληλη δράση για να βελτιώσει τα εκπαιδευτικά αποτελέσματά του. Σχετικά με την στρατηγική αξιολόγησης των μαθητών, το IAdA-SNL αναπτύσσει δυο καινοτόμες στρατηγικές. Αρχικά, ένα ευφυές περιγραφικό διαγώνισμα (IFA) για την υποστήριξη ανατροφοδότησης πάνω στις αδυναμίες του μαθητή χρησιμοποιείται ως πρακτική εξάσκηση για την προετοιμασία του μαθητή στο τελικό διαγώνισμα του κεφαλαίου. Το προτεινόμενο IFA χρησιμοποιεί ασαφή λογική. Δεύτερον, το IAdA-SNL εφαρμόζει την Αναθεωρημένη Ταξινομία του Bloom για την ανάπτυξη των τελικών διαγωνισμάτων των κεφαλαίων, προκειμένου να αποτελούνται από ερωτήσεις που αντιστοιχούν στα διαφορετικά επίπεδα της ταξινομίας. Αναφορικά με τη συνεργατική μάθηση, το IAdA-SNL αναθέτει στους μαθητές μια ομαδική εργασία. Για την δημιουργία αποδοτικών ομάδων συνεργασίας, το IAdA-SNL εισάγει έναν καινοτόμο γενετικό αλγόριθμο. Η καινοτομία του οφείλεται στα χαρακτηριστικά που χρησιμοποιεί για την σύνθεση των ομάδων και στους γενετικούς τελεστές που εφαρμόζει. Τέλος, το IAdA-SNL χρησιμοποιήθηκε από φοιτητές τριτοβάθμιας εκπαίδευσης και ενήλικους μαθητές προκειμένου να διδαχθούν σχετικά με την ανάλυση και τον σχεδιασμό συστήματος με χρήση UML διαγραμμάτων. Τα αποτελέσματα της αξιολόγησης είναι πολύ ενθαρρυντικά. Επιπλέον, από παιδαγωγικής άποψης, αναδείχθηκε η θετική στάση των μαθητών και η υψηλή αποδοχή της αυτοματοποιημένης διαδικασίας δημιουργίας ομάδων.