Supporting teachers in designing for personalised learning: development of a pedagogically grounded digital tool through design-based research

Abstract

Educational research, and in particular the emerging strand of Learning Design (LD) research, has broadly argued for teaching as a design science and promoted teachers' role as learning designers. LD research has recognised the multifaceted usefulness of conducting the LD process through an LD tool, including, among others, scaffolding pedagogical models and supporting teachers in applying innovative pedagogies. Indicatively, existing tools have addressed active, inquiry-based, collaborative, blended, and problem-based learning. Besides, Personalised Learning (PL) has emerged as a central objective across the contemporary education system, yet remains an ill-defined practice, with teachers facing challenges in conceptualising PL and making pedagogically informed design decisions. Notably, LD tools that support teachers in designing for PL are under-researched in educational technologies, with existing tools focusing primarily on procedural personalisation by customising activity sequences and offering limited support for conceptualising personalisation and applying effective practices when designing PL activities. This gap underscores the need for tools that support teachers in making pedagogically informed design decisions when designing PL activities. Attending to the importance of teachers as PL designers and aiming to leverage LD tooling’s potential, this dissertation addresses the gap of LD tools that effectively support teachers in designing for PL, setting as the main research question: ”How can a Learning Design Tool support teachers in designing for personalised learning?” Our focus on teachers as learning designers has led us to conduct our research in naturalistic educational settings and adopt a Design-Based Research (DBR) approach in a teacher education context. DBR is ideal for exploring teachers’ needs and applying participatory practices with practitioners. Remarkably, DBR aligns with the dissertation’s pragmatic orientation, enabling the systematic refinement of both theory and practice through iterative cycles of design, development, implementation, and evaluation. Such human-centred research directly supports a comprehensive approach to addressing our research question through three research objectives: from understanding teachers’ needs to providing pedagogical grounding and technological support. The first research objective delves into teachers' needs regarding the LD representation and recommendation supported by an LD tool. Reviewing the literature, we identified a diversity of representational dimensions applicable to LD and formulated a representational framework to achieve a systematic perspective on them. Also, we noted the potential of LD recommendations, including a macro-recommendation for filtering learning designs and a complementary micro-recommendation form for filtering learning activities in the repository embedded in an LD tool. Then, conducting exploratory studies, we explored practitioners’ needs for LD representation, focusing on the dimensions of (i) format and organisation, (ii) guidance and support, and (iii) contextualisation. Additionally, we explored their needs for LD recommendations across the two recommendation forms. Practitioners’ feedback enabled us to formulate initial design principles and incorporate them into a prototype LD tool. Following an iterative, participatory process with practitioners, we refined these design principles. Therefore, two contributions emerged: an LD representation framework and design principles for representation and recommendation in LD tooling. The second research objective deals with providing pedagogical grounding for PL design. Initially, considering conceptual scaffolds, we identified personalisation elements proposed in the literature and explored their relevance to practitioners in an exploratory study. We formulated an initial pedagogical framework for designing PL activities, which included learner profile characteristics around (i) interests, (ii) strengths, and (iii) needs as a PL element. It also included personalisation practices to address learner variability, exploring the potential of Universal Design for Learning (UDL) guidelines. Subsequently, an iterative, participatory process with practitioners identified the profile characteristics most applicable to their practice. Remarkably, the formulation of personalisation practices went beyond UDL guidelines. Iterative adaptation and augmentation of UDL guidelines led to synthesising PL practices regarding (i) perception and comprehension, (ii) engagement, and (iii) action and expression that practitioners found relevant in a PL context. Concretely, this dissertation’s third contribution is the CPeLDs (Coherent Personalised Learning DeSign) framework, which provides conceptual scaffolding, pedagogical guidance, and support for teachers’ pedagogical decision-making in designing PL activities. Teachers’ evaluation of the proposed CPeLDs framework indicates that it offers a pedagogically robust scaffold for PL. Following its formative evaluation during its iterative development, in the summative evaluative study conducted within the dissertation’s context, teachers acknowledged (i) its usefulness for providing a coherent, structured approach to personalisation, (ii) its simplicity and ease of use, (iii) its compatibility with and applicability to their practice, and (iv) its benefits for their students’ learning and themselves as practitioners. The third research objective involves supporting teachers, as PL designers, technologically through an LD tool. Utilising the outcomes of the first two research objectives, i.e., by integrating the design principles for LD representation and recommendation, and operationalising the CPeLDs framework, we developed the iCPeLDs tool. We operationalised this through the contextualisation and guidance embedded in the tool’s LD representation. Also, through a micro-recommendation feature grounded in the CPeLDs framework. We applied an iterative design, development, and formative evaluation process to three prototype tools, culminating in the proposed tool, which constitutes the fourth contribution of this dissertation. The summative evaluation of the proposed iCPeLDs tool indicates that it successfully operationalises design principles for LD representation, including visual format and global organisation, pedagogical guidance, and contextualisation, while offering a structured yet flexible authoring environment. Operationalising the CPeLDs framework in the tool’s representation offers a structured, theoretically grounded, and reflective approach to designing for PL. Lastly, both the macro and micro recommendation features of iCPeLDs demonstrate strong potential to support teachers as designers by offering inspiration, supporting decision making, and leveraging collective knowledge built by an LD community.Reaching the proposal of our contributions was subject to methodological and contextual limitations. The studies relied on small convenience samples, consistent with DBR's emphasis on depth and transferability over statistical generalisation. LD recommendations were also evaluated in an early‑stage repository, where limited content led to data sparsity and cold‑start effects. These limitations shape the scope of the findings while preserving their relevance.Future work focuses on extending the iCPeLDs tool and exploring its long-term adoption. Priorities include incorporating design analytics, enriching guidance on personalisation, and examining how emerging generative AI‑supported design assistants can enhance teachers’ reasoning and creativity. Additional research should explore whether iCPeLDs integrates into teachers’ sustained design routines and how contextual factors shape its continued use. Finally, future studies should explore integrating the CPeLDs framework into teachers’ design practices and investigate its impact on learners across diverse educational settings.

Η εκπαιδευτική έρευνα, και ειδικότερα ο αναδυόμενος κλάδος της για τον Μαθησιακό Σχεδιασμό (ΜΣ), υποστηρίζει ευρέως ότι η διδασκαλία αποτελεί επιστήμη σχεδιασμού και αναδεικνύει τον ρόλο των εκπαιδευτικών ως σχεδιαστών μάθησης. Ο σχεδιασμός για τη μάθηση ανταποκρίνεται στην πρακτική ανάγκη προγραμματισμού και οργάνωσης δραστηριοτήτων εκ των προτέρων, οι οποίες θα υλοποιηθούν με τους μαθητές. Η έρευνα για τον ΜΣ έχει αναγνωρίσει την πολυδιάστατη χρησιμότητα της σχεδίασης μέσω ενός ψηφιακού εργαλείου ΜΣ, συμπεριλαμβανομένης, μεταξύ άλλων, της υποστήριξης παιδαγωγικών μοντέλων και της υποστήριξης των εκπαιδευτικών στην εφαρμογή καινοτόμων παιδαγωγικών προσεγγίσεων. Ενδεικτικά, υφιστάμενα εργαλεία έχουν υποστηρίξει την σχεδίαση διερευνητικής, συνεργατικής, μικτής, ενεργητικής και βασισμένης σε προβλήματα μάθησης. Παράλληλα, η Εξατομικευμένη Μάθηση (ΕΜ) ενώ έχει αναδειχθεί σε κεντρικό στόχο των σύγχρονων εκπαιδευτικών συστημάτων, παραμένει μια ασαφώς ορισμένη παιδαγωγική προσέγγιση. Οι εκπαιδευτικοί δυσκολεύονται να εννοιολογήσουν την ΕΜ και να λάβουν παιδαγωγικά τεκμηριωμένες σχεδιαστικές αποφάσεις γι’ αυτήν. Σημαντικό είναι ότι εκπαιδευτικές τεχνολογίες που αφορούν εργαλεία ΜΘ τα οποία υποστηρίζουν τους εκπαιδευτικούς στον σχεδιασμό ΕΜ δεν έχουν ερευνηθεί επαρκώς. Τα υπάρχοντα εργαλεία επικεντρώνονται κυρίως στην υποστήριξη διαδικαστικής εξατομίκευσης μέσω της προσαρμογής της αλληλουχίας μαθησιακών δραστηριοτήτων και έτσι προσφέρουν περιορισμένη υποστήριξη για την εννοιολόγηση της ΕΜ και την εφαρμογή αποτελεσματικών πρακτικών κατά τον σχεδιασμό μαθησιακών δραστηριοτήτων. Αυτό το ερευνητικό κενό αναδεικνύει την ανάγκη για εργαλεία που υποστηρίζουν τους εκπαιδευτικούς στη λήψη παιδαγωγικά τεκμηριωμένων σχεδιαστικών αποφάσεων κατά τον σχεδιασμό δραστηριοτήτων ΕΜ. Ανταποκρινόμενοι στο σημαντικό ρόλο των εκπαιδευτικών ως σχεδιαστών ΕΜ και αξιοποιώντας τις δυνατότητες των εργαλείων ΜΘ, η παρούσα διατριβή αντιμετωπίζει το ερευνητικό κενό των εργαλείων ΜΣ που υποστηρίζουν αποτελεσματικά τους εκπαιδευτικούς στον σχεδιασμό ΕΜ, θέτοντας ως κύριο ερευνητικό ερώτημα: «Πώς μπορεί ένα εργαλείο μαθησιακού σχεδιασμού να υποστηρίξει τους εκπαιδευτικούς στον σχεδιασμό εξατομικευμένης μάθησης;». Η εστίασή μας στους εκπαιδευτικούς ως σχεδιαστές μάθησης οδήγησε στη διεξαγωγή της έρευνας σε φυσικά εκπαιδευτικά περιβάλλοντα και στην υιοθέτηση της Έρευνας Βασισμένης στον Σχεδιασμό (Design-Based Research – DBR) σε πλαίσιο εκπαίδευσης εκπαιδευτικών. Η DBR είναι ιδανική για τη διερεύνηση των αναγκών των εκπαιδευτικών και την εφαρμογή συμμετοχικών πρακτικών μαζί τους. Αξιοσημείωτο είναι ότι η DBR ευθυγραμμίζεται με τον πραγματιστικό προσανατολισμό της διατριβής, επιτρέποντας τη συστηματική βελτίωση θεωρίας και πράξης μέσω επαναληπτικών κύκλων σχεδιασμού, ανάπτυξης, υλοποίησης και αξιολόγησης. Έτσι, υποστηρίζει άμεσα μια ολοκληρωμένη προσέγγιση για την αντιμετώπιση του ερευνητικού ερωτήματος μέσω τριών ερευνητικών στόχων: από την κατανόηση των αναγκών των εκπαιδευτικών έως την παροχή παιδαγωγικής τεκμηρίωσης και τεχνολογικής υποστήριξης. Ο πρώτος ερευνητικός στόχος διερευνά τις ανάγκες των εκπαιδευτικών σχετικά με την αναπαράσταση και τις συστάσεις που παρέχονται από ένα εργαλείο ΜΣ. Πραγματοποιώντας βιβλιογραφική ανασκόπηση εντοπίσαμε ποικιλομορφία στις διαστάσεις που εφαρμόζονται για την αναπαράσταση των μαθησιακών σχεδιασμών. Για να πετύχουμε τη συστηματική θεώρηση τους, διαμορφώσαμε ένα πλαίσιο αναπαράστασης. Επιπλέον, διαπιστώσαμε την προοπτική των συστάσεων στον ΜΣ, τόσο σε επίπεδο μακρο-σύστασης (φιλτράρισμα μαθησιακών σχεδιασμών) όσο και μικρο-σύστασης (φιλτράρισμα μαθησιακών δραστηριοτήτων) από ένα αποθετήριο ενσωματωμένο σε εργαλείο ΜΣ. Στη συνέχεια, μέσω διερευνητικών μελετών, εξερευνήσαμε τις ανάγκες των εκπαιδευτικών για την αναπαράσταση μαθησιακών σχεδιασμών, εστιάζοντας στις διαστάσεις (i) μορφή και οργάνωση, (ii) καθοδήγηση και υποστήριξη και (iii) πλαισίωση. Επιπλέον, διερευνήσαμε τις ανάγκες τους για τις δύο μορφές σύστασης (ολόκληρων σχεδιασμών και μεμονωμένων δραστηριοτήτων). Η ανατροφοδότηση των εκπαιδευτικών διαμόρφωσε αρχικές σχεδιαστικές αρχές οι οποίες ενσωματώθηκαν σε πιλοτικό εργαλείο ΜΣ. Μέσω επαναληπτικής, συμμετοχικής διαδικασίας με εκπαιδευτικούς, οι αρχές αυτές βελτιώθηκαν. Έτσι, προέκυψαν δύο συνεισφορές της διατριβής: ένα πλαίσιο αναπαράστασης ΜΣ, και σχεδιαστικές αρχές για την αναπαράσταση και σύσταση σχεδιασμών σε εργαλεία ΜΣ. Ο δεύτερος ερευνητικός στόχος αφορά την παροχή παιδαγωγικής τεκμηρίωσης για τον σχεδιασμό ΕΜ. Αρχικά, εντοπίσαμε στοιχεία εξατομίκευσης στη βιβλιογραφία και πραγματοποιήσαμε μια διερευνητική μελέτη για να διαπιστώσουμε τη συνάφειά τους για τους εκπαιδευτικούς. Διαμορφώσαμε ένα αρχικό παιδαγωγικό πλαίσιο για σχεδιασμό δραστηριοτήτων ΕΜ, το οποίο διερευνούσε τα (i) ενδιαφέροντα, (ii) δυνατά σημεία και (iii) ανάγκες ως χαρακτηριστικά προφίλ μαθητών που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την εξατομίκευση. Επίσης, διερευνούσε τη δυνατότητα αξιοποίησης των κατευθυντήριων γραμμών του Καθολικού Σχεδιασμού για την μάθηση - Universal Design for Learning (UDL) που αντιμετωπίζουν την μαθησιακή ετερογένεια, ως πρακτικές εξατομίκευσης. Στη συνέχεια, μια επαναληπτική, συμμετοχική διαδικασία με εκπαιδευτικούς ανέδειξε τις συγκεκριμένες πτυχές των χαρακτηριστικών προφίλ που είναι συναφείς με την εκπαιδευτική τους πρακτική. Αξιοσημείωτη είναι η αξιοποίηση των κατευθυντήριων γραμμών του UDL σε πρακτικές εξατομίκευσης. Διαδοχικές προσαρμογές και συμπληρώσεις οδήγησαν στη σύνθεση πρακτικών ΕΜ σχετικά με (i) αντίληψη και κατανόηση, (ii) εμπλοκή και (iii) δράση και έκφραση, τις οποίες οι εκπαιδευτικοί θεώρησαν ότι ανταποκρίνονται στην καθημερινή τους πρακτική. Έτσι, η τρίτη συνεισφορά της παρούσας διατριβής είναι το πλαίσιο CPeLDs (Coherent Personalised Learning DeSign), το οποίο παρέχει εννοιολογική υποστήριξη, παιδαγωγική καθοδήγηση και υποστηρίζει την παιδαγωγική συλλογιστική των εκπαιδευτικών για τον σχεδιασμό δραστηριοτήτων ΕΜ. Η αξιολόγηση του προτεινόμενου πλαισίου CPeLDs από εκπαιδευτικούς υποδεικνύει ισχυρή παιδαγωγική στήριξη στην σχεδίαση ΕΜ. Η ανάπτυξη του μέσω επαναληπτικής διαμορφωτικής αξιολόγησης εκπαιδευτικών, οδήγησε σε θετικά αποτελέσματα κατά την τελική μελέτη αξιολόγησης που διεξήχθη στο πλαίσιο της διατριβής. Οι εκπαιδευτικοί αναγνώρισαν (i) τη χρησιμότητά του για την παροχή μιας συνεκτικής, δομημένης προσέγγισης στην εξατομίκευση, (ii) την απλότητα και ευχρηστία του, (iii) τη συμβατότητα και εφαρμοσιμότητά του στην εκπαιδευτική τους πράξη, και (iv) τα οφέλη του για τη μάθηση των μαθητών και για τους ίδιους ως επαγγελματίες. Ο τρίτος ερευνητικός στόχος αφορά την τεχνολογική διευκόλυνση των εκπαιδευτικών ως σχεδιαστών ΕΜ μέσω ενός εργαλείου ΜΣ. Αξιοποιώντας τα αποτελέσματα των δύο πρώτων ερευνητικών στόχων, δηλαδή ενσωματώνοντας τις σχεδιαστικές αρχές για αναπαράσταση και σύσταση μαθησιακών σχεδιασμών, και με την εργαλειοποίηση του παιδαγωγικού πλαισίου CPeLDs, αναπτύξαμε το εργαλείο iCPeLDs. Η λειτουργικοποίηση πραγματοποιήθηκε μέσω της πλαισίωσης και καθοδήγησης που εφαρμόστηκε στην αναπαράσταση που παρέχει εργαλείο για τις μαθησιακές δραστηριότητες. Επίσης, μέσω της λειτουργικότητας μικρο-σύστασης που παρέχει για την σχεδίαση εξατομίκευσης σύμφωνα με το CPeLDs. Μετά από επαναληπτική διαδικασία σχεδιασμού, ανάπτυξης και διαμορφωτικής αξιολόγησης σε τρία πιλοτικά εργαλεία, καταλήξαμε στο προτεινόμενο εργαλείο, το οποίο αποτελεί την τέταρτη συνεισφορά της διατριβής. Η τελική αξιολόγηση του προτεινόμενου εργαλείου iCPeLDs δείχνει ότι λειτουργικοποιεί επιτυχώς τις σχεδιαστικές αρχές για την αναπαράσταση μαθησιακών σχεδιασμών: την οπτική απεικόνιση και ολιστική οργάνωση, την παιδαγωγική καθοδήγηση και την πλαισίωση, προσφέροντας ένα δομημένο αλλά ταυτόχρονα ευέλικτο περιβάλλον σχεδίασης. Η λειτoυργικοποίηση του πλαισίου CPeLDs στην αναπαράσταση που προσφέρει το εργαλείο για τους μαθησιακούς σχεδιασμούς προσφέρει μια δομημένη, θεωρητικά τεκμηριωμένη και αναστοχαστική προσέγγιση στον σχεδιασμό για ΕΜ. Τέλος, τόσο οι μακρο- όσο και οι μικρο-συστάσεις του iCPeLDs παρουσιάζουν ιδιαίτερα ισχυρή προοπτική για την υποστήριξη των εκπαιδευτικών ως σχεδιαστών, εμπνέοντας σχεδιαστικές ιδέες, υποστηρίζοντας τη λήψη σχεδιαστικών αποφάσεων και αξιοποιώντας τη συλλογική γνώση που προκύπτει από την κοινότητα ΜΣ που υποστηρίζει το εργαλείο. Η διαμόρφωση των συνεισφορών της διατριβής επηρεάστηκε από μεθοδολογικούς περιορισμούς, καθώς και περιορισμούς που προέκυψαν από το πλαίσιο υλοποίησης της. Οι μελέτες έγιναν με μικρά δείγματα ευκολίας, γεγονός που συνάδει με την έμφαση της DBR στο βάθος και τη μεταφερσιμότητα έναντι της στατιστικής γενίκευσης. Επιπλέον, οι συστάσεις αξιολογήθηκαν σε ένα πρώιμο αποθετήριο, όπου το περιορισμένο περιεχόμενο αναπαρήγαγε γνωστά προβλήματα που αφορούν την αρχική εκκίνηση συστημάτων συστάσεων και έλλειψης επαρκών δεδομένων. Αυτοί οι περιορισμοί διαμορφώνουν την εμβέλεια των ευρημάτων, χωρίς να μειώνουν τη σημασία τους. Η μελλοντική μας έρευνα επικεντρώνεται στην περαιτέρω ανάπτυξη του εργαλείου iCPeLDs και στη διερεύνηση της μακροπρόθεσμης υιοθέτησής του. Προτεραιότητες αποτελούν η ενσωμάτωση αναλυτικής για τους σχεδιασμούς, ο εμπλουτισμός της καθοδήγησης για την εξατομίκευση και η διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο η αναδυόμενη παραγωγική τεχνητή νοημοσύνη σε ρόλο βοηθού σχεδιασμού μπορούν να ενισχύσουν τη συλλογιστική και τη δημιουργικότητα των εκπαιδευτικών στον ΜΣ. Επιπλέον, απαιτείται έρευνα κατά πόσο το iCPeLDs μπορεί να ενταχθεί σε μια διαρκή σχεδιαστική ρουτίνα εκπαιδευτικών και πώς το εκπαιδευτικό πλαίσιο επηρεάζει τη χρήση του. Τέλος, μελλοντικές μελέτες θα πρέπει να διερευνήσουν την ενσωμάτωση του πλαισίου CPeLDs στις σχεδιαστικές πρακτικές των εκπαιδευτικών και να εξετάσουν τον αντίκτυπό του στους μαθητές σε ποικίλα εκπαιδευτικά περιβάλλοντα.