Ostravská univerzita Pedagogická fakulta Pedagogická fakulta Sémantická síť pojmů v adaptivním e-learningu Semantic Network of Concepts in Adaptive e-Learning Autoreferát k disertační práci 2016 Studijní program: Specializace v pedagogice P 7507 Obor: Informační a komunikační technologie ve vzdělávání 7507V066 Disertant: Ing. Emilie Šeptáková Ostravská univerzita, Pedagogická fakulta katedra informačních a komunikačních technologií Fráni Šrámka 3, 709 00 Ostrava-Mariánské Hory Školitel: Doc., RNDr. Jana Šarmanová, CSc. Ostravská univerzita, Pedagogická fakulta katedra informačních a komunikačních technologií Fráni Šrámka 3, 709 00 Ostrava-Mariánské Hory
56
Embed
Sémantická síť pojmů v adaptivním e-learningu · 2017-03-26 · výuky, což významně zvyšuje zapamatování výukové látky. V Tabulka 1 jsou shrnuty výhody a nevýhody
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Ostravská univerzita Pedagogická fakulta
Pedagogická fakulta
Sémantická síť pojmů v adaptivním e-learningu
Semantic Network of Concepts
in Adaptive e-Learning
Autoreferát k disertační práci
2016
Studijní program: Specializace v pedagogice
P 7507
Obor: Informační a komunikační technologie ve vzdělávání
7507V066
Disertant: Ing. Emilie Šeptáková
Ostravská univerzita, Pedagogická fakulta
katedra informačních a komunikačních technologií
Fráni Šrámka 3, 709 00 Ostrava-Mariánské Hory
Školitel: Doc., RNDr. Jana Šarmanová, CSc.
Ostravská univerzita, Pedagogická fakulta
katedra informačních a komunikačních technologií
Fráni Šrámka 3, 709 00 Ostrava-Mariánské Hory
Obhajoba disertační práce se uskuteční
v úterý 9. února 2016
v zasedací místnosti SA 407
Ostravská univerzita, Pedagogická fakulta
katedra informačních a komunikačních technologií
Fráni Šrámka 3, 709 00 Ostrava-Mariánské Hory
Oponenti:
doc. RNDr. PaedDr. Hashim Habiballa, PhD, Ph.D., OU
prof. PhDr. Martin Bílek, Ph.D., UHK
Autoreferát byl rozeslán dne 11. 1. 2016
S disertací se lze seznámit na katedře informačních a komunikačních
technologií Pedagogické fakulty Ostravské univerzity v Ostravě
Fráni Šrámka 3, 709 00, Ostrava-Mariánské Hory od 6. 2. 2016.
Bibliografická identifikace
Jméno a příjmení autora: Ing. Emilie Šeptáková
Název disertační práce:
Sémantická síť pojmů v adaptivním e-learningu
Název disertační práce anglicky:
Semantic Network of Concepts in Adaptive e-Learning
Školitel: Doc., RNDr. Jana Šarmanová, CSc.
Rok obhajoby: 2016
Abstrakt
Disertační práce „Sémantická síť pojmů v adaptivním e-learningu“ se týká
mé práce návrhu sémantické sítě pojmů vybudované nad e-learningovou
adaptivní oporou a její využití autorem – pedagogem při tvorbě opory
nebo studentem při studiu. Teoretická část uvádí, co je to adaptivní výuka,
e-learning, jeho výhody a nevýhody, popisuje obecnou strukturu
a metadata výukové opory a navazující datovou i grafickou strukturu
sémantické sítě pojmů. Formuluje hlavní a dílčí cíle disertační práce.
Popisuje obecnou strukturu a metadata stávající adaptivní výukové opory
a jak na ni navržená struktura sémantické sítě pojmů navazuje. Popisuje
funkce a metody vhodné pro práci s touto sítí a konečně formuluje hlavní
přínosy disertační práce - vizualizace struktury výukového textu jako
zpětná vazba pro potřeby autora textu a automatická kontrola dodržení
pedagogických zásad ve vytvořené studijní opoře pomocí sémantické sítě
pojmů. Zobrazením seznamu nalezených nedostatků upozorní pedagoga
na nutnost chyby v textu odstranit nebo rozhodnout, že hlášení je
neoprávněné.
Pro studenta sémantická síť slouží jako podpora pro lepší orientaci
v pojmech učebnice, případně jako pomůcka pro opakování pojmů
a vztahů mezi nimi.
Klíčová slova
adaptivní výuka, adaptivní e-learning, sémantická síť pojmů, studijní
The dissertation thesis “The Semantic Network of Terms in E-learning”
deals with the results of my work in design of semantic network of terms
developed for adaptive e-learning material, and use by the author –
educator while creating the study material, or by the student while
studying. The theoretical part defines adaptive e-learning, describes its
advantages and disadvantages, general structure, learning material
metadata and the follow-up data, and graphical structure of the semantic
network of terms. Furthermore, it formulates the main objectives and sub-
objectives of my PhD thesis. It also describes the general structure and
metadata for the existing supporting adaptive e-learning, and how
designed structure of the semantic network of concepts follows it.
Furthermore, it presents functions and methods suitable for working with
this network, and finely expresses the main contributions of the
dissertation thesis – visualization of the structure of educational text as a
feedback for the author and as automatic check of compliance with
pedagogical principles in the developed study material using semantic
networks of terms. Displaying a list of deficiencies will alert the educator
to eliminate errors in the text or decide that reporting is unjustified.
For the student, semantic network serves as support for ease of reference
in the terms of the textbooks, or as an aid for repetition of concepts and
relationships between them.
Key words
adaptive learning, adaptive e-learning, semantic network of terms, study
material, metadata, visualization, evaluation, principles of teaching
Abstract
Die Dissertationsarbeit „Das semantische Netzwerk der Begriffe im
adaptiven E-Learning“ behandelt meinen Vorschlag des semantischen
Netzwerks der Begriffe, das über die adaptive E-Learningstütze aufgebaut
wurde und ihre Verwendung durch den Autor – den Pädagogen bei der
Schaffung der Stütze oder durch den Studenten beim Studium. Im
theoretischen Teil werden der adaptive Unterricht, das E-Learning, seine
Vorteile und Nachteile erklärt. Er beschreibt die allgemeine Struktur und
Metadaten der Stütze des Unterrichts und nachfolgende graphische
Struktur und Datenstruktur des semantischen Netzwerks der Begriffe. Es
werden hier Haupt- und Teilziele der Dissertationsarbeit formuliert. Dieser
Teil beschäftigt sich mit der allgemeinen Struktur und Metadaten der
bestehenden adaptiven Stütze des Unterrichts und wie die vorgeschlagene
Struktur des semantischen Netzwerks der Begriffe an sie anbindet. Er
beschreibt die für die Arbeit mit diesem Netzwerk geeigneten Funktionen
und Methoden und schließlich formuliert er die Hauptbeiträge der
Dissertationsarbeit – die Visualisierung der Struktur des Unterrichtstextes
wie das Feedback für Bedürfnisse des Autors und automatische Kontrolle
der Einhaltung der pädagogischen Grundsätze in der geschaffenen Stütze
im Studium mit Hilfe des semantischen Netzwerks der Begriffe. Die
Darstellung der Liste der gefundenen Mängel macht den Pädagogen auf
die Notwendigkeit aufmerksam, die Fehler im Text zu beseitigen oder
entscheiden, ob die Meldung unberechtigt ist.
Das semantische Netzwerk dient dem Studenten als eine Unterstützung
für bessere Orientierung in den Begriffen des Lehrbuches,
beziehungsweise als eine Stütze für Wiederholung der Begriffe und
Beziehungen unter ihnen.
Schlüsselbegriffe
Adaptiver Unterricht, adaptives E-Learning, semantisches Netzwerk der
Begriffe, Stütze im Studium, Metadaten, Visualisierung, Evaluation,
didaktische Grundsätz
OBSAH ÚVOD ............................................................................................................ 9 1 Současný stav řešené problematiky ......................................................... 11
1.5.1 Adaptivní výuka v e-learningu ............................................ 13 1.5.2 Struktura adaptovatelné opory .......................................... 14
1.6 Strukturování učiva ..................................................................... 16 1.7 Sémantické sítě ........................................................................... 17 1.8 Sémantické sítě a jejich implementace ...................................... 18
1.8.1 Sémantické sítě v e-learningu ............................................. 19 1.8.2 Vizualizace sémantické sítě a vhodný software ................. 20
1.9 Didaktické zásady ....................................................................... 21 2 Cíle práce .................................................................................................. 23
2.1 Motivace pro využití SNT v adaptivním e-learningu ................... 23 2.2 Cíle disertační práce ................................................................... 24
3 Teoretický návrh SNT ............................................................................... 26 3.1 Analýza SNT v adaptivním e-learningu ....................................... 26 3.2 Návrh struktury a metod pro práci se SNT ................................. 26 3.3 Návrh kontroly didaktických zásad pomocí SNT ........................ 28
4.1 Zadání, datová a funkční analýza systému SNT .......................... 31 4.2 Implementace SNT...................................................................... 32
4.2.1 Vizuální náhled na pojmy a výskyty v SNT .......................... 32 4.2.2 Výpisy ze SNT ve formě tabulek .......................................... 33 4.2.3 Didaktické zásady kontrolované SNT .................................. 33 4.2.4 Menu SNT pro studenta ...................................................... 35
5 Výuková opora ......................................................................................... 36 6 Výzkumná šetření a jejich výsledky .......................................................... 37
6.1 Pedagogický experiment ............................................................ 37 6.2 Výzkumný problém a dílčí otázky ............................................... 37
6.2.1 Organizace experimentu..................................................... 38 6.2.2 Výzkumné techniky ............................................................. 39 6.2.3 Průběh experimentu ........................................................... 39 6.2.4 Způsob zpracování dat ........................................................ 39
6.3 Shrnutí přínosu SNT pro autora .................................................. 41 7 ZÁVĚR ....................................................................................................... 43
7.1 Výsledky práce ............................................................................ 43 7.2 Další rozvoj použití SNT .............................................................. 44
8 POUŽITÁ LITERATURA .............................................................................. 45 9 PUBLIKAČNÍ AKTIVITY ............................................................................... 52 10 PROFESNÍ ŽIVOTOPIS ...................................................................... 53
9
ÚVOD
V současné době se část výuky na vysoké škole, vyučována formou e-
learningových kurzů, neustále zvětšuje. O studentech v kombinované
formě studia, ale nejen těch, se předpokládá, že jsou schopni se
samostatně učit z vhodně strukturovaných studijních opor. V případě
adaptivní výuky by tento proces učení měl být efektivnější, protože
studentovi je přednostně předkládán výklad látky formou, která vyhovuje
jeho učebnímu stylu.
Sdělování učiva mívá ve velké většině případů lineární podobu. Důležité
pojmy nebo myšlenky jsou zdůrazněny v psaném projevu graficky
(podtržením, kurzívou, polotučným fontem), v mluveném projevu
intonačně. Studentovi jsou tím dány signály, že uváděné informace
a pojmy jsou důležité. Úkolem studenta při učení není jen zapamatovat si
nové údaje, ale také vztahy mezi nimi. Musí je najít v textu a zkonstruovat
si vlastní strukturu učiva. Hledá nové vztahy k tomu, co dosud zná,
zařazuje je do své dosavadní poznatkové struktury, případně tuto
strukturu reorganizuje. Těmto dovednostem - strukturovat čtený nebo
slyšený text - studenty nikdo cíleně neučí a mnohdy k ní dospívají metodou
pokusů a omylů, případně si vytvářejí struktury neúplné i chybné. Někdy
i v učebnici, častěji však v podání učitele, bývá struktura nevhodná,
neúplná nebo nevhodně uspořádaná, což studentovi přidělává práci při
učení. Tato struktura učiva mívá v jednodušším případě podobu stromu
nebo obecnější podobu sítě.
Pro strukturování učiva a vizualizaci této struktury bude určitě užitečná
idea pojmové sítě a struktura textu vyjádřená ve formě grafu, který
pracuje se 2 základními prvky uzel a hrana, pomocí kterých je možné
konstruovat bohatě strukturované sítě, (viz Čáp, Mareš, 2007, kap.
Strukturování učiva, vyučovací a učební strategie, Collins, Quillian, 1969,
Sowa, 1992).
10
Úkolem této práce bude najít a popsat strukturu autorského textu,
automatizovat její vytvoření a poté vizualizaci pojmové sítě tak, aby si
student mohl pomocí této sítě lépe zapamatovat pojmy a vazby mezi nimi,
aby se lépe orientoval v pojmech celého předmětu, a mohl případně
procházet učebním textem i jinou, než lineární cestou podobně jako
v hypertextu (Dostál, 2009).
Klasické hypertextové odkazy musí být vytvářeny ručně autorem a záleží
na jeho zkušenosti, systematičnosti a časovém nasazení, jak strukturu
textu popíše - kolik a jakých odkazů vytvoří. Tím se ale neřeší otázka
úplnosti a správnosti vazeb v nich popsaných.
Psaní učebnice není jednoduchá autorská práce. I při dobré znalosti
vyučované oblasti je potřeba dodržovat také pedagogické zásady a umět je
správně použít na danou problematiku. Při přípravě kurzu v e-
learningovém prostředí, navíc s možností adaptace obsahu kurzu, platí
další pravidla, která by pedagog při vytváření textu studijní opory měl znát
a uplatňovat, aby vznikl kvalitní, optimalizovaný kurz.
Pedagogové a studenti magisterského a doktorandského programu
pedagogické fakulty OU v rámci svých prací navrhli a implementovali
adaptivní LMS, určený především pro pedagogické experimenty. Díky
podrobné strukturalizaci adaptovatelného textu opor v tomto LMS by bylo
možné realizovat i modul s funkcemi pro práci se sémantickou sítí pojmů
(SNT - semantic network of terms) nad autorským textem. Ten by mohl
sloužit autorovi učebnice jako zpětná vazba k evaluaci textu dříve, než se
zpřístupní studentům.
11
1 Současný stav řešené problematiky
Disertační práce se dotýká několika vědních oblastí. Cílem práce je
automatizované vytvoření sémantické sítě důležitých pojmů nad
autorským textem v adaptivním e-learningu a její vizualizace jako zpětnou
vazbu pedagogovi a jako pomocnou strukturu studentovi. V následujících
podkapitolách jsou stručně shrnuty současné informace o e-learningu,
adaptivním e-learningu, sémantických sítích a evaluaci textu opory podle
didaktických zásad pomocí sémantické sítě pojmů.
1.4 E-learning
Pokud se na e-learning podíváme z pedagogického hlediska, tak je to
vzdělávací proces, ve kterém používáme multimediální technologie
(používání obrazových, zvukových a textových informací k obohacení
výuky), Internet a další elektronická média, pro zlepšení kvality vzdělávání,
pro zvýšení přístupu ke studijním materiálům a službám, k výměně
informací a ke vzájemné spolupráci jak mezi studenty, tak mezi studentem
a pedagogem.
E-learning kromě dodávání výuky ve formě elektronického kurzu také
pokrývá i další oblasti, jako je monitorování, plánování nebo sdílení
vědomostí
Klasické vzdělávání předpokládá, že všichni studenti se sejdou ve stejnou
chvíli v učebně, vnímají stejně rychle, všem vyhovuje mluvený výklad
lektora a všichni chtějí v dané chvíli látku studovat. Ve skutečnosti to bývá
jinak.
12
Tabulka 1. Výhody a nevýhody e-learningu
E-learning mnohé tyto nedostatky odstraňuje. Student si kurz spouští ve
chvíli, kdy potřebuje, to znamená, že chce studovat a bude se výkladu
věnovat. Prochází výukovým kurzem svým tempem, sám si určuje způsob
průchodu, vracení se k tématům, vybírá si z více variant výkladu.
Prostřednictvím řady otázek, simulací a testů je vtahován aktivně do
výuky, což významně zvyšuje zapamatování výukové látky. V Tabulka 1
jsou shrnuty výhody a nevýhody e-learningu (Kulíková, 2010).
1.5 Adaptivní výuka
Adaptace obsahu mění strukturu a prezentaci kurzu způsobem, který
vyhovuje uživatelovým vlastnostem a optimalizuje kvalitu a čas učení.
Výhody Nevýhody
samostudium chybí přímý kontakt lektora se studujícími
časová flexibilita, nižší nároky na kapacity
vyžaduje vysoké nároky na kvalitu studijních pomůcek a celkovou organizaci – vysoké počáteční náklady
možnost využití pro vzdělávání početné cílové skupiny z různých oblastí
nevhodnost pro určité typy kurzů - výuku týmové práce a další složitější metody či organizační formy
vzdělávání může být využito i pro studium rozsáhlejší problematiky, ne však příliš náročné
nevhodnost pro určité typy studentů – předpoklad: zodpovědný, samostatný student
vyšší efektivita výuky pro studenta – rychlejší vstřebání informací, lépe zapamatovatelná forma informací
závislost na technologiích
dostupnost kdykoliv nízká úroveň kvality obsahu
menší náklady na vzdělání vyšší náklady na přípravu kurzu
možnost modularizace
aktuálnost informací
větší možnost testování znalostí
snadná administrace
13
Tento způsob adaptace zahrnuje dynamickou selekci vhodných částí
(variant výkladu) kurzu a dynamické změny pořadí dílčích elementů kurzu
(vrstev odpovídajících fázím výuky). Nadále budeme adaptivním učením
chápat právě takovouto adaptaci obsahu.
1.5.1 Adaptivní výuka v e-learningu
V monografii (Kostolányová, 2012) se autorka zabývá teorií adaptivního e-
learningu, kde na základě definovaných pojmů výchova, vzdělávání, výuka
a učení definuje, co je to individuální výuka – výuka jednotlivce a co je
adaptace výuky, tj. změna ve způsobu výuky stejné vyučované látky, ale
pokaždé uskutečněné jiným postupem, aby nejlépe vyhovoval potřebám
každého studenta. Dále definuje teoretický model adaptivní výuky, který
rozděluje do tří modulů – studentský, autorský a modul řídící tzv. virtuální
učitel.
Dále autorka popisuje vlastnosti studentů, které mohou být použity pro
adaptaci výukového procesu a stanovuje vhodná metadata pro popis
těchto vlastností a formu jejich uložení. Navrhuje vhodnou strukturalizaci
výukových opor pro adaptivní formu výuky a rozděluje výukové opory do
několika smyslových forem a výkladových hloubek. Dále navrhuje obecnou
formulaci pravidel, která mapují vlastnosti studenta na formu, obsahovou
hloubku a vhodné vnitřní uspořádání výkladové jednotky. Za použití
výukového stylu studenta navrhuje a implementuje adaptivní algoritmus
pro řízení výukového procesu optimalizovaného vzhledem k individuálním
potřebám studentů – virtuálního učitele.
Výsledkem výzkumu v adaptivním e-learningu (Takács, 2014) je obecný
systém pro adaptaci obsahu výuky, který pro známé charakteristiky
studenta, ovlivňující jeho učební proces, a pro známou strukturu studijní
opory, doporučují optimální výukový styl, realizovaný tzv. virtuálním
učitelem. Virtuálním učitelem nazýváme program v LMS, řídicí výukový
proces (Takács, 2014). Optimálním výukovým stylem pak nazýváme výše
14
zmíněný výběr optimální varianty výkladu a optimální pořadí výukových
vrstev, odpovídající učebním charakteristikám každého konkrétního
studenta.
Aby se obsah výukového textu (včetně použitých multimédií
a interaktivních prvků) dal adaptovat, musí být poměrně podrobně
strukturován.
Řada pedagogů a studentů doktorského studia na PdF OU se zapojila do
rozsáhlého projektu o adaptivní výuce, který přizpůsobuje výklad učiva
zjištěnému učebnímu stylu studenta. Pedagogové v současné době testují
jeden z výsledků projektu Adaptivní individualizovaná výuka v e-learningu
implementaci automatizovaného řízení výukového procesu v prostředí e-
learningu podle stylů učení studenta (Takacs, 2014), (Horký, 2013),
(Prextová, 2014).
1.5.2 Struktura adaptovatelné opory
Aby mohl virtuální učitel přizpůsobovat různým osobnostem studentů,
musí mít výukovou látku rozdělenou na malé části a zpracovánu více
rozdílnými způsoby (Kostolányová, 2011).
Pedagog přirozeně rozkládá svůj autorský text konkrétního kurzu na
kapitoly a lekce (výukové hodiny).
Lekce se dále dělí na rámce, které obsahují jednotkovou výukovou
informaci - nově zavedený pojem nebo skupině souvisejících pojmů -
(motivace pro jeho zavedení, definice, vysvětlení, aplikace, příklad,
ověřující testovací otázky a úlohy k řešení).
Aby bylo možno výuku modifikovat podle individuality studenta,
Kostolányová (2012) navrhla dva způsoby, jak reagovat na studentovy
vlastnosti:
1. Výběr vhodné varianty výkladu obsahu rámce: nejčastěji citovanou
charakteristikou studenta je převažující forma jeho smyslového
vnímání informací – verbální (upřednostňuje textovou formu