U cilju razumevanja osnovnih koncepata obrađenih u toku ovog izlaganja, najpre ću objasniti nekoliko najbitnijih pojmova. Kolaborativno učenje Predstavlja edukativni pristup kod koga grupa studenata zajednički radi na rešavanju problema i na taj način dolazi do saznanja do kojih pojedinačno nisu mogli doći. Iako ne tako mlad metod učenja, ovaj metod je tek u poslednje vreme dobio na značaju nakon brojnih pedagoških radova koji idu u prilog korišćenju ove metode učenja. Ovaj metod učenja podstiče veštine kritičkog razmišljanja i aktivnog uključivanja studenta u proces učenja. Softverski obrasci S obzirom da je praktični doprinos ovog rada u oblasti obrazovanja softverskih inženjera, posebna pažnja je posvećena softverskim obrascima (tj. Dizajn paternima) kao jednoj od najznačajnijih oblasti obrazovanja SI. Softverski obrasci predstavljaju iskustva i znanje drugih ljudi u rešavanju softverskih problema predstavljena na formalni način kako bi ih i drugi mogli koristiti za rešavanje svojih problema. U razvoju savremenog softvera neophodna je primena znanja iz više različitih oblasti, ali često znanja neophodna za rešavanje određenih softverskih problema prevazilaze znanja i mogućnosti softverskog inženjera, te je u takvim slučajevima neophodno primeniti znanja i iskustva drugih ljudi, na rešavanju sličnih problema. Semanti čki Web Semantički Web predstavlja naredni korak u razvoju Web-a. On obezbeđuje zajedničko okruženje koje omogućava deljenje i razmenu podataka između različitih aplikacija na Webu. Naime postojeći Web predstavlja mrežu dokumenata nasumično povezanih hiperlinkovima, što predstavlja prepreku daljem razvoju Weba. Semantički Web daje semantiku dokumentima i podacima na Webu, čime obezbeđuje osnovu mašinama da razumeju značenje tih dokumenata i podataka i na taj način obezbede napredniju podršku korišćenju Weba. Ontologije Ontologije predstavljaju najznačajnije obeležje Semantičkog Weba. One se formalno definišu kao skup termina i relacija medu njima kojima se opisuje odredeni domen ili oblast znanja.
Prilikom analize problema koji je rešavan u ovom radu, pošlo se od identifikacije nekoliko ključnih zahteva koji obezbeđuju efikasnost učenja: Tu se pre svega misli na učenje koje nije zavisno od vremena i prostora i koje je prilagođeno potrebama i karakteristikama studenta. Naime, tradicionalni pristup “One-fits-all” (ili jedna lekcija, still... odgovara svim studentima) je davno prevaziđen pristup, te je potrebno obezbediti pristup učenju koji je prilagođen svakom pojedincu. S obzirom da obrazovanje softverskih inženjera zahteva kasniju primenu tih znanja u praksi, neophodno je u edukativni proces integrisati pristup zasnovan na rešavanju realnih problema, pri čemu treba težiti korišćenju alata koji se koriste i u stvarnosti za modelovanje softvera. S obzirom da razvoj softvera predstavlja uglavno timski rad, u procesu učenja bi trebalo koristiti kolaborativni stil rada i učiti studente da funkcionišu unutar tima. U tom smislu neophodno je u toku edukativnog procesa koristiti kolaborativne alate, kao što su diskusioni forumi, alati za četovanje, razmenu dokumenata i slično. Postojeći Web resursi nude ogromnu bazu znanja koju je moguće koristiti u nastavnom procesu. Osim toga, veliki je broj online zajednica dobre prakse (krug ljudi okupljen na osnovu domena interesovanja) u kojima ljudi međusobno sarađuju i pomažu jedni drugima korišćenjem diskusionih foruma, mailing lista. Ovakve zajednice nude arhive čijom pretragom je moguće često doći do značajnih informacija koje mogu pomoći u rešavanju problema. U obrazovnom procesu neophodno je nastavniku obezbediti povratne informacije o aktivnostima učenja i upotrebi edukativnih sadržaja kako bi mogao da uoči potencijalne probleme i na vreme ih otkloni i koriguje pristup učenju. Alati koji mogu ispuniti prethodno navedene zahteve postoje, međutim oni se ne koriste na integrisan način. Umesto toga, trenutni pristupi učenju softverskih obrazaca su zasnovani na individualnoj upotrebi ovakvih alata. Osnovni problem ovakvog „fragmentisanog“ pristupa je nedostatak sredstava koja bi omogućila razmenu podataka o aktivnostima koje je student izvršio unutar individualnih alata za učenje i razmenu dokumenata, UML modela i source koda kreiranih u toku rešavanja problema. Osim toga, kod ovakvog pristupa, veoma je teško obezbediti edukativne servise zasnovane na kontekstu učenja i personalizaciju procesa učenja. Ovo ukazuje na potrebu razvoja platforme koja će integrisati različite softverske sisteme i alate neophodne za obezbeđivanje kvalitetnog obrazovanja u oblasti softverskih obrazaca.
Metode učenja Rešenje predloženo u ovom radu u potpunosti je zasnovano na metodama koje efikasan pristup obrazovanju softverskih inženjera. To podrazumeva aktivno uključivanje studenta u edukativni proces, pri čemu on nije samo pasivni primalac znanja kao kod tradicionalnog učenja. Student se podstiče na kreativno razmišljanje na zadatu temu, pri čemu on iznosi ideje, daje svoje procene, diskutuje o rezultatima. Jedan od ciljeva je da se kod studenta podstakne kritičko razmišljanje, pri čemu se on osposobljava da vrši pravilnu selekciju informacija, vrši izbor između više rešenja i donosi konačnu odluku. Teorije učenja Predloženo rešenje je zasnovano i na nekoliko poznatih teorija učenja, kao što su učenje kroz dizajn kod koga se očekuje da student ovlada neophodnim znanjima kroz razvoj različitih modela iz domena koji se izučava. Učenje zasnovano na projektima podrazumeva kolaborativni rad grupe studenata na rešavanju praktičnih problema, pri čemu se kod studenata razvija kritičko razmišljanje. Genex framework predstavlja okruženje koje je zasnovano na učenju kroz projekte a koje predlaže korišćenje 4 osnovne aktivnosti: prikupljanje informacija vezanih za problem koji se rešava, povezivanje činjenica na osnovu prikupljenih informacija, kreiranje znanja i doprinos grupi kroz prenos stečenih znanja na druge pojedince.
Tipični scenario učenja u DEPTHS okruženju podrazumeva pristup zasnovan na projektima (project-based learning) sa podrškom za kolaborativno učenje. Ovakav pristup podrazumeva definisanje određenog softverskog problema od strane nastavnika, kao osnovnog projektnog zadatka koji treba rešiti, a koji zahteva od studenata primenu odgovarajućih softverskih obrazaca. Ovaj pristup podrazumeva nekoliko ključnih aktivnosti koje podstiču konstruktivistički pristup učenju: Brainstorming – studenti iznose svoje stavove (ideje) o načinu rešavanja problema, ocenjuju ideje drugih studenata i komentarišu ih. Modelovanje softverskog rešenja – korišćenjem CASE alata za modelovanje studenti kroz praktičan rad uče da ideje za rešavanje problema primene u praksi. Evaluacija (procena vrednosti) predloženih rešenja – korišćenjem nastavnički definisanih kriterijuma za evaluaciju rešenja studenti uče da vrše procenu svojih i rešenja drugih studenata. Scenario podrazumeva da je nastavnik prethodno pripremio softverski problem koji studenti rešavaju. Od studenata se očekuje da kao konačno rešenje predlože određeni UML model, koji može sadržati i delove source koda, kao i opis softverskog rešenja. Prvi korak prilikom rešavanja problema je analiza samog problema, nakon čega student prelazi na prvu aktivnost, brainstorming, u okviru koje se očekuje da dâ svoj predlog(e) za rešavanje ovog problema. Student može koristiti različite edukativne servise koji mu stoje na raspolaganju. Na primer, sistem će predložiti studentu određene, relevantne Web strane koje studentu mogu da pomognu u rešavanju ovog problema, ili ga može uputiti na neki diskusioni forum, drugi sličan problem ili lekciju koja može biti korisna. Na ovaj način student dolazi do novih saznanja i može korigovati svoja rešenja, ali takođe i uticati na druge studente da promene svoje predloge/rešenja. Nakon definisanja konačnog predloga za rešavanje datog problema, student pristupa modelovanju rešenja softverskog problema, korišćenjem domenskog alata (alata za modelovanje), pri čemu može razviti potpuno novo rešenje ili menjati već postojeće rešenje predloženo od nastavnika ili drugih studenata. Studentu su na raspolaganju i edukativni servisi koji mu pružaju neophodnu pomoć prilikom rešavanja problema. Sistem predlaže studentu potencijalne partnere u radu od kojih može zatražiti pomoć i obezbeđuje mogućnost komunikacije između njih bez obzira da li partneri u radu u tom trenutku koriste isti alat. Nakon što je razvio svoje rešenje, student ga smešta u repozitorijum, odakle je dostupno i drugim studentima. Ono što se očekuje od studenta kao poslednji korak koji vodi do uspešnog završetka zadatka je evaluacija svog i tuđih rešenja.
U ovom radu predlaže se novi pristup za razvoj kolaborativnog okruženja za učenje softverskih obrazaca koje integriše postojeće Learning Management System (LMS), domenski alat za modelovanje softvera, nastavnički alat za analizu uspeha i aktivnosti studenata i relevantne online repozitorijume softverskih obrazaca. Svi ovi elementi međusobno povezani čine integrisano edukativno okruženje, zvano DEPTHS (DEsign Patterns Teaching Help System) koji podržava kolaborativno učenje softverskih obrazaca. U ovoj tezi se predlaže korišćenje Learning Object Context Ontology (LOCO) framework-a kao ontološke osnove koja obezbeđuje osnovu za integraciju. LOCO je generički framework koji ima mogućnost formalnog predstavljanja različitih edukativnih situacija (tzv. konteksti učenja). Framework integriše brojne edukativne ontologije, kao što su ontologija modela korisnika ( user model ontology ), ontologija edukativnog konteksta ( learning context ontology ) i domenske ontologije ( domain ontologies ).
Ovakav pristup integrisanju različitih alata na konceptu korišćenja zajedničke ontološke osnove može doneti brojne prednosti u edukativnom procesu: Nastavnik će provoditi mnogo manje vremena za razvoj online lekcija i drugih edukativnih sadržaja. Umesto kreiranja lekcija za svaki softverski obrazac od samog početka, nastavnik će koristiti postojeće online resurse. DEPTHS unapređuje efikasnost učenja studenata preporučivanjem resursa iz online repozitorijuma koji su povezani sa problemom na kome studenti trenutno rade. Osim toga, sistem će pomoći studentima da pronađu najrelevantnije partnere za kolaboraciju uzimajući u obzir trenutni edukativni kontekst, Socijalne veze koje se kreiraju su zasnovane na proceni sistema da određena osoba može uspešno da pomogne studentu da reši određeni problem, Zajednički ontološki framework (LOCO) obezbeđuje integrisanje podataka o aktivnostima studenta iz svih alata, čime se obezbeđuje bolja osnova za funkcionisanje edukativnih servisa i kvalitetnija personalizacija procesa učenja.
DEPTHS je zasnovan na LOCO ontološkom framework-u, koji omogućava formalno predstavljanje edukativnog konteksta. Edukativni kontekst je u ovom framework-u definisan kao specifična edukativna situacija, determinisana aktivnošću učenja, sadržajem učenja i studentom(studentima) koji su uključeni u aktivnost učenja. Primer jedne karakteristične edukativne situacije je da je određeni student poslao poruku na određeni diskusioni forum.
S obzirom na specifičnosti kolaborativnog učenja i učenja kroz rad na projektima, u DEPTHS okruženju, Learning Context ontologija je morala biti proširena dodatnim konceptima. Na ovoj slici je prikazan deo tih proširenja koji se odnosi na edukativni sadržaj, tj. Klasu ContentUnit koja je proširena tako da omogućava predstavljanje različitih tipova UML dijagrama, softverskog problema ili različitih tipova zadataka (brainstorming, predlog rešenja ili procena rešenja)
S obzirom da je implementirano okruženje namenjeno za predstavljanje softverskih obrazaca, kao domenska ontologija je upotrebljena ontologija koja omogućava prestavljanje i opisivanje softverskih obrazaca korišćenjem različitih formi za predstavljanje.
Arhitektura sistema Arhitektura DEPTHS okruženja opisana u ovoj sekciji data je na opštem nivou, ali su pored navedeni i konkretni alati koji su korišćeni prilikom implementacije. Learning management system (LMS) , alat za kolaborativno modelovanje softvera ( Collaborative learning modeling tool ), alat za praćenje aktivnosti i analizu rada studenata ( Feedback provisioning tool ) , online repozitorijumi softverskih obrazaca ( Online repositories of software patterns ) i Semantic management system . Learning management system predstavlja softversku platforme za isporuku kurseva, praćenje aktivnosti studenata i administraciju kurseva. U konkretnom slučaju korišćen je Moodle zbog svoje popularnosti u akademskim sredinama. Ipak, ove platforme je neophodno proširiti kako bi se omogućilo integrisanje u DEPTHS okruženje, i to dodavanjem funkcionalnosti koje bi omgućile da se umesto korišćenja standardne baze podataka omogući razmena podataka sa semantičkim repozitorijumima korišćenjem SW tehnologija, kao i dodavanjem edukativnih servisa naophodnih za obezbeđivanje efikasnog učenja u oblasti DP. Ovom okruženju je dodata i podrška za rad na projektima, kao i alat za podršku kolaborativnoj anotaciji sadržaja. Alat za podršku kolaborativnom modelovanju softvera u ovom konkretnom primeru podrazumeva korišćenje alata za modelovanje softvera korišćenjem UML dijagrama. U ovom slučaju korišćen je ArgoUML koji je proširen tako da omogućava korišćenje SW repozitorijuma, praćenje i beleženje aktivnosti studenta, kolaboraciju sa studentima koji trenutno koriste neki drugi alat, kao i edukativne servise koji su dostupni iz drugih alata. Osim toga, obezbeđeno je skladištenje UML dijagrama i projekata, tako da budu dostupni i drugim studentima. Alat za praćenje i analizu rada studenta obezbeđuje nastavniku analizu aktivnosti studenata, korišćenje edukativnih sadržaja i slično. Ovaj alat je razvijen za rad sa LOCO frameworkom tako da nije zahtevao posebna proširenja. Online repozitorijumi softverskih obrazaca predstavljaju postojeće online resurse za koje je bilo neophodno obezbediti semantičku anotaciju resursa u skladu sa domenskom ontologijom kako bi se izvukli neophodni metapodaci koji će se koristiti za zaključivanja i preporuke sistema. Semantic management system predstavlja tačku integracije čitavog okruženja. On koristi tehnologije Semantičkog Web-a da podrži integraciju svih pomenutih komponenti i obezbeđuje repozitorijume u kojima se smeštaju metapodaci u skladu sa ontologijama LOCO frameworka kao i studentski projekti, UML dijagrami i slično.
Educational services in DEPTHS Jedan od osnovnih servisa koji obezbeđuje podršku funkcionisanju drugih servisa je Servis za semantičku anotaciju i indeksiranje . Ovaj servis obezbeđuje semantičku anotaciju online repozitorijuma i interno kreiranog sadržaja korišćenjem domenske ontologije, na taj način što se pristupa online repozitorijumu, vrši se izdvajanje svih dokumenata koji se smatraju validnim (html, pdf...) a zatim se vrši analiza svakog od dokumenata unutar repozitorijuma i prepoznavanje pojmova (softverskih obrazaca) definisanih domenskom ontologijom. Ova funkcionalnost je obezbeđena korišćenjem KIM platforme. Zatim se na osnovu dobijenih informacija vrši indeksiranje pronađenih sadržaja, pri čemu se koristi tehnika za pronalaženje informacija (TF-IDF) kojom prilikom se analizira koliko često se određeni pojam pojavljuje u nekom dokumentu. Pri tome se ima u vidu da recimo 5 pojavljivanja nekog pojma u nekom kratkom dokumentu ima veću težinu od 5 pojavljivanja u veoma dugačkom dokumentu. Takođe se upoređuje i to koliko često se taj pojam pojavljuje u ostalim dokumentima u repozitorijumu. Tako će se drugačije tretirati dokument u kome se neki pojam pojavljuje više puta ako se taj pojam ređe ili nikada ne pojavljuje u drugim dokumentima. S druge strane, ukoliko se pojam često pojavljuje u većem broju dokumenata, onda to umanjuje relevantnost datog dokumenta. Na kraju ove analize sistemu je poznato koji pojam je dominantan u svakom dokumentu, tj. šta taj dokument opisuje. Nakon toga, korišćenjem tehnike cosine similarity, vrši se upoređivanje svih dokumenata koji opisuju određeni pojam i utvrđuje se relevantnost svakog od njih za taj pojam.
Kontekstualni edukativni servisi su dostupni iz svih komponenti sistema: Servis za preporuku Web resursa vrši analizu konteksta u kome student trenutno radi i preporučuje Web resurse koji studentu mogu pomoći da reši dati problem. Pored same procene sistema u cilju eliminisanja mogućnosti da sistem napravi grešku u proceni, u obzir se uzima i procena samog korisnika koji nakon što pogleda neki resurs daje procenu da li je taj resurs relevantan za kontekst u kome je upotrebljen. Servis za prepuruku Internih resursa je zasnovan na sličnim principima funkcionisanja s tim što se umesto Web resursa vrši preporuka disusionih poruka, čet poruka, lekcija, sličnih problema i drugo... Servis za preporuku partnera za rad na osnovu trenutnog konteksta studenta vrši preporuku kolega koji mu mogu pomoći u rešavanju aktuelnog problema.
Preporuka se vrši na osnovu analize kompetentnosti potencijalnih saradnika, pri čemu se razmatraju tri različita nivoa: kompetentnost u okviru istog sadržaja (ukoliko je saradnik rešavao isti problem), kompetentnost na nivou sličnih ili povezanih sadržaja (ukoliko je saradnik rešavao slične probleme) i kompetentnost u okviru šireg sadržaja (npr isti kurs). Utvrđivanje kompetentnosti saradnika na svakom nivou se izvršava procenom tri indikatora kompetentnosti: Znanje koje utvrđuje nastavnik i drugi studenti, na osnovu procene predloženih rešenja i ideja koje je student davao. Učešće u edukativnim aktivnostima, kao što su brainstorming, davanje rešenjea, procena tuđih rešenja Socijalne veze- prethodna saradnja sa određenom osobom može doprineti lakšem uspostavljanju saradnje sa tom osobom.
We believe that this approach can be beneficial for all participants in the learning process: Teachers would spend less time developing online lessons. Instead of creating lessons for each design pattern from scratch, a teacher would (re)use the existing online resources. DEPTHS would secure the ease of locating relevant online resources for the course the teacher develops. DEPTHS will improve students’ learning effectiveness and efficiency by recommending resources from online repositories that are related to the goal students are currently working on. In addition, it will help students find the most suitable peer(s) to collaborate within the given learning context. The common ontological framework (LOCO) provides a sound platform for integration of knowledge about all learning related activities performed by any particular student and the content he/she has used or produced during those activities. This knowledge is currently scattered over different learning systems and tools for studying software patterns. This means that the overall quality of important educational aspects (e.g., adaptation and context-awareness) will be improved.
![Collaborative learning using Semantic Web technologies Zoran Jeremić PhD dissertation [email_address]](https://image.slidesharecdn.com/phddissertation-091119165216-phpapp01/85/phd-dissertation-1-320.jpg)
![Outline Basic concepts Description of suggested solution ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Motivation and pedagogical background Evaluation Conclusion](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)