Mukautuvat ja mukautettavat opetusohjelmat

Johdanto. Tietokoneavusteisessa opetuksessa ja oppimisessa on perinteisesti käytetty opetusohjelman mallina nk. opetuskoneita tai simulaattoreita, jotka ovat tietojenkäsittelyllisesti lähes triviaaleja. Tietojenkäsittelytieteen saavutuksia voidaan käyttää opetusohjelmissa oppimisympäristön yksilölliseen mukauttamiseen. Usein mukautuvuuden edellytyksenä on joidenkin koneoppimisen tai tekoälyn teknikoiden käyttö.

Terminologia. Mukautuvuudella eli adaptiivisuudella tarkoitetaan oppimisprosessin mukauttamista oppijalle optimaalisemmaksi. Mukautuminen tapahtuu "automaattisesti" ajonaikaisena toimenpiteenä dynaamisesti päivitettävän oppijan mallin avulla. Mukautettavuus eli adaptoitavuus tarkoittaa ohjelman staattisten parametrien muuttamista, jolloin oppimympäristö saadaan henkilökohtaisemmaksi.

Kaksijakoinen kenttä. Esitelmässä käydään läpi kaksi mukautuvaa tai mukautettavaa tietokoneavusteisen opetusohjelman tyyppiä: perinteiset älykkäät opetusohjelmat (intelligent tutoring systems, ITS) ja adaptiivisen hypermedian opetuskäyttö (adaptive educational hypermedia, AEH). Painopiste on enemmän mukautuvissa kuin mukautettavissa järjestelmissä, koska mukautuminen on tietojenkäsittelytieteen näkökulmasta haastavampi ja siten kiinnostavampi ongelma.

Perinteiset älykkäät opetusohjelmat. ITS-järjestelmiä on kehitetty 70-luvulta saakka. Järjestelmien älykkyys tulee siitä, että niihin on sisäänrakennettu pedagoginen opettamisen malli sekä tietämys oppijasta, hänen tiedoistaan, kyvyistään ja tavoitteistaan. Opettamisstrategia perustuu usein johonkin kognitiiviseen malliin, ja ITS-järjestelmien kähityksessä onkin perinteisesti käytetty apuna kognitiotieteilijöitä. ITS-järjestelmiä on tutkittu ja tuotettu paljon, mutta avoimia tutkimusongelmia on jäljellä runsaasti. Suurin osa ITS-järjestelmistä on vieläkin prototyyppiasteella.

Adaptiivisen hypermedian opetuskäyttö. Hypermediaoppimisympäristö käsitetään usein eksploratiiviseksi oppimisympäristöksi, jossa oppija navigoi hyperavaruudessa käymällä opetusmateriaalia läpi vapaavalintaisessa tahdissa ja järjestyksessä. Adaptiivisuutta käytetään AEH-järjestelmissä juuri navigoinnin helpottamiseksi. Muita sovelluskohteita ovat oppisisällön ja representaatioiden muokkaus oppijalle optimaalisemmiksi. Adaptiivisuuden saavuttamiseksi on eri metodeita ja tekniikoita, mutta yhteistä niille - ITS-järjestelmien tavoin - on aina tarve oppijan mallin ylläpitämiseen.

Yhteitoiminnaliisuus. Esitelmässä käsitellään lyhyesti myös alan tulevaisuuden näkymiä. Erityisen kiinnostavaa on yhteistoiminnallisen oppimisen tuleminen tietokoneavusteisen oppimisen osaksi. Perinteisten tietokoneella simuloitujen oppimiskumppaneiden rinnalle on tulossa järjestelmiä, joissa oppijat ovat kaikki ihmisiä, ja tietokoneen rooli on auttaa ihmisiä yhteisessä ongelmanratkaisuprosessissa.

Esimerkki WWW:ssä toimivasta mukautuvasta ja mukautettavasta hypermediaoppimisympäristöstä:
ELM-ART

Pääasialliset lähteet

[AF96] E. Aimeur and C. Frasson. Analyzing a new learning strategy according to different knowledge levels. Computer and Education, 27(2):115--127, 1996.

[BSH96] J. Beck,M. Stern and E. Haugsjaa. Applications of ai in education. Crossroads}, 3(1), 1996.

[Bru96] P. Brusilovsky. Methods and techniques of adaptive hypermedia. User Modeling and User Adapted Interaction, 6(2-3):87--129, 1996.

[BE98] P. Brusilovsky and J. Eklund. The value of adaptivity in hypermedia learning environments: A short review of empirical evidence. Proceedings of the 2nd Workshop on Adaptive Hypertext and Hypermedia Held in Conjunction with HYPERTEXT '98: The Ninth ACM Conference on Hypertext and Hypermedia, pages 11--17, Pittsburgh, PA, USA. ACM Press, 1998.

[Cha91] T­W. Chan. Integration­kid: A learning companion system. In Ray Myopoulos and John Reiter, editor, Proceedings of the 12th International Joint Conference on Arti­ ficial Intelligence, pages 1094--1099, Sydney, Australia, August 1991. Morgan Kauf­ mann.

[Che95] B.A. Cheikes. GIA: An agent­based architecture for intelligent tutoring systems. In Tim Finin and James Mayfield, editors, Proceedings of the CIKM '95 Workshop on Intelligent Information Agents, Baltimore, Maryland, 1995.

[FGL96] C. Frasson, G. Gauthier, and A. Lesgold, editors. Intelligent tutoring systems: Third International Conference, ITS '96 Montréal, Canada, June 12--14, 1996: procee­ dings, volume 1086 of Lecture Notes in Computer Science. Springer­Verlag, 1996.

[FMAG96] C. Frasson, T. Mengelle, E. Aimeur, and G. Gouarderes. An actor­based architecture for intelligent tutoring systems. Lecture Notes in Computer Science, 1086:57--66, 1996.

[Nwa93] H.S. Nwana. Mathematical intelligent learning environments. Intellect Books, 1993.