Tietojenkäsittelijän rooli interaktiivisten oppimisympäristöjen kehittämisessä

• tietojenkäsittelijän

  • laskennalliset ongelmat ja tiedon esitys niissä

• rooli

  • odotukset: tiedot, taidot, asenteet

• interaktiivisten

  • oppija vaikuttaa prosessiin

• oppimisympäristöjen

  • oppimista luokan ulko- (ja sisä-)puolellakin

• kehittämisessä

  • ei vain toteuttamisessa

Ongelmanasettelu

• miten tietojenkäsittelijä voi edistää laadultaan nykyistä parempaa oppimista

  • tietokoneavusteisen oppimisteknologian kehittäjänä?

    • teorian, abstrahoinnin ja suunnittelumenetelmien osaajana

  • laajemminkin oppimisyhteisöjen muutosagenttina?

    • oppiminen kohdistuu usein tietoon

    • tietojenkäsittelijä suhtautuu ennakkoluulottomasti erilaisiin tiedon haku-, siirto- yms. menetelmiin

    • oppivat organisaatiot

Onko kysymys merkittävä?

• tao-gurujen epätietoisuus

  • epätietoisuus tietokoneavusteisen opetuksen pedagogisista kysymyksistä

• bisneksen ihmettely

  • 30-vuotinen atk-kokemus: "tietojenkäsittelyä itsenäisenä alana ei ole olemassakaan!"

• tietojenkäsittelijät tuntevat olonsa vieraiksi

  • "pedagogiikkaa!"

Epätietoisuudesta vakavia seurauksia

• innovatiivisista ratkaisuista pula

  • esim. erityisopetus, ongelmanratkaisutaidot

• tietokoneiden mahdollisuuksia ei ole oikein osattu hyödyntää

  • kun ei oikein edes tunneta niitä

• kaupassa vaatimattomia oppimisromppuja

  • edutainment (samaan aikaan viihdyttävä ja opettava ohjelma, esim. peli) erikseen, mutta mitä siitä oppii, kun hiirtä napsauttamalla pelle ponnahtaa pintaan?

Vaikuttamisen tapoja (kaikkia voidaan tukea tietokoneella, mutta millaisin haastein?)

• suora vaikuttaminen

  • pakot, käskyt, kiellot, esteet

• behavioristinen opettaminen

  • tavoitteet suljettuja: ei ali eikä yli

  • opetuskoneet

• konstruktivistinen oppiminen

  • tavoite avoin: metakognitiiviset taidot (opi ajattelemaan, oppimaan, keksimään)

  • kognitiiviset työkalut: kirjoittaminen, lukeminen, laskeminen; tietokoneet (mitä uutta tuovat?)

Tietojenkäsittelijän kontribuutio

• Denning et al. (1989):

  • "The discipline of computing is the systematic study of algorithmic processes that describe and transform information; their theory, analysis, design, efficiency, implementation, and application. The fundamental question underlying all of computing is, 'What can be (efficiently) automated?'" (CACM 32(1): Computing as a Discipline)

Tarttis tehrä jotain

• oppijan mielen malleja

  • mitä on oppijan päässä (esim. algoritmi)

• vastaavien diskreettien esitystapojen

  • miten oppija konkretisoi opiskelemaansa, päänsä sisällä olevaa asiaa (esim. algoritmin tekstuaalinen tai visuaalinen esitys)

• käsittelymenetelmien kehittäminen

  • esitysmuotojen päivitys-, tallennus- ja hakumenetelmät; eri esitysmuotojen väliset muunnokset (esim. ohjelmakoodista animaatioksi)

Esimerkki: käsitekartta

• tarkoitettu opittavan aineksen jäsentelyyn

• tietokone tuo aidosti uutta käsitekartan laatimiseen

  • puurakenteen sijaan verkko

  • päivitykset

  • tarkastelut eri näkökulmista, eri tarkkuustasoilla

  • osajoukot

  • reitit kaukaisten käsitteiden välillä

  • eri käsitekarttojen vertailut

Käsitekartta verkkona

• solmut ja kaaret; alueet

• kahden käsitekartan etäisyys d(G,H)

• esimerkkejä operaatioista:

  • liitä_alueeseen(A,x)

  • palauta_ympäristö(x,2)

  • etsi_lyhin_reitti(x,y)

  • laske_etäisyys(G,H)

Future work

• tehtäviä on

• tietojenkäsittelijän kannalta kiinnostavia

  • mahdollisuuksia luovaan käsitteenmuodostukseen, ongelmien löytämiseen ja niiden ratkaisemiseen

• automatisoinnista hyötyä monimutkaisten kokonaisuuksien hahmottamisessa

  • kogn. työkalu: eri näkökulmat, muunnokset jne.

• dia-, jopa n-logia tarvitaan

  • kasvatustieteilijät, psykologit, opittavan aineen asiantuntijat, visualistit, insinöörit

Tietokoneen rooli opetuksessa ja oppimisessa

• Oppimiskäsityksiä: kasvatustieteellinen lähestymistapa ja laskennallinen lähestymistapa

• Miten opitaan ja opetetaan?

• Empiiristen kokeiden ja tutkimustiedon käyttö opetusteknologian kehittämisessä

• Oppimisen teorian sovellettavuus opetusteknologiaan

Kasvatustieteellinen lähestymistapa

• Behavioristinen oppimiskäsitys

• Kognitiivinen oppimiskäsitys

  • Konstruktivismi

  • Kokemuksellinen oppiminen (experiential learning)

Behaviorismi

• Oppiminen on käyttäytymisen muuttumista

• Ärsyke - reaktio -malli:

  • S - R (stimulus - response)

• Oikean toiminnan palkitseminen ja väärän toiminnan rankaiseminen

• Ihminen on musta laatikko, jonka sisäiset tapahtumat eivät ole kiinnostavia

• Pavlov, Watson, Skinner

Kognitiivinen oppimiskäsitys

• Aistit, tiedon käsittely, muisti

• Konstruktivismi:

  • Oppija on aktiivinen-sisäinen motivaatio

  • Aiemmat tietorakenteet ja kokemukset

  • Subjektiivinen tulkinta

  • Sosiaalisen vuorovaikutuksen kautta subjektiivisesta tietämyksestä tulee objektiivista

• Kokemuksellinen oppiminen (experiential learning):

  • Oppijan tarpeesta

  • Luonnollinen halu oppia

  • Opettajan tehtävä on luoda puitteet oppimiselle:

    • ilmapiiri

    • tarkoituksen selvittäminen

    • resurssien tarjoaminen

    • itsestä lähtevä oppiminen on kestävintä

Laskennallinen lähestymistapa _{(Tapio Elomaan esityksen pohjalta)}

• opettaja -> oppija -> tietämys

• Eri tasoja:

  • ulkoa oppiminen (rote learning)

  • ohjeista oppiminen (learning by being told)

  • deduktiivinen oppiminen

  • analoginen oppiminen

  • induktiivinen oppiminen

• Ylöspäin mennessä opettajan vaiva kasvaa, alaspäin oppijan vaiva kasvaa

• ulkoa oppiminen

  • tietämystaso siirtyy oppijalle (kritiikittä)

• ohjeista oppiminen

  • oppija valitsee informaation

  • korkeintaan syntaktista uudelleenjärjestelyä

• deduktiivinen oppiminen

  • oppija tekee totuudensäilyttäviä johtopäätöksiä

• induktiivinen oppiminen

  • esimerkeistä

  • oppija yleistää saamansa syötteen ja valitsee sopivan/haluttavan tuloksen ?

• analoginen oppiminen

  • induktiivinen + deduktiivinen

Miten opitaan ja opetetaan?

• elinikäisesti

• yhdessä

• ongelmalähtöisesti, -keskeisesti

• yksilöllisesti

• tehokkaasti

• aktiivisesti

Elinikäinen oppiminen

• työelämässä tarvittavat valmiudet muuttuvat

• työn ja vapaa-ajan raja hämärtyy

• edellyttää muutoksia asenteissa (45-vuotiaan työttömän ongelma)

• tarvitaan joustavia ja räätälöityjä koulutusmahdollisuuksia

• elinikäisen oppimisen vuosi Euroopassa

Yhteistoiminnallinen oppiminen

• taustalla monimutkaiset, erilaisia taitoja edellyttävät tehtävät (esim. TAO!)

• ryhmä tähtää yhteiseen tavoitteeseen

• edellyttää myös helposti syrjäytyvien onnistumista tehtävissään

• oppimis- ja yhteistyöverkot

Ongelmakeskeinen oppiminen

• oppiminen perustuu oppijan (käytännön) ongelmaan, jonka tämä haluaa ratkaista

• oppiminen on ongelmanratkaisua ja lähentyy tutkimista

• metakognitiiviset taidot: miten ajattelen?

• ongelma: miten yksittäisten ongelmien ratkaisut liittyvät laajempiin struktuureihin?

Yksilöllinen oppiminen

• yksilöllisen kypsymisprosessin huomioonottaminen -> täsmäopetus

• bisnes: nopeammin ja osuvammin työelämään

• viime aikoina erityisesti lahjakkaiden opetus

• yksilöllisten opinto-ohjelmien allokointi kouluissa?

Tehokas oppiminen

• "tämän kirjan luettuasi ajattelet, elät, opit, työskentelet ja toimit uudella tapaa" (G. Dryden & J. Vos: Oppimisen vallankumous, Tietosanoma, 1996)

• kuninkaana uusia oppimismenetelmiä vaativa oppija-kuluttaja

• useita erilaisia strategioita, toimintamalleja ja tekniikoita, joilla oppimista voi tehostaa tietyissä yhteyksissä

Aktiivinen oppiminen

• oppija vastuussa oppimisprosessistaan, myös sen tavoitteista

• tärkeintä oppia oppimaan

• opettaja käyttää ja luo aktivoivia opetusmenetelmiä

• muuttuvatko (suljetut) opetussuunnitelmat (avoimiksi) oppimisympäristöiksi?

Mitä opitaan (ja opetetaan)?

• tietoja

• taitoja

• asenteita

• ympäröivästä maailmasta, itsestä

Ongelmia opetuksessa ja oppimisessa

• kalliit resurssit

  • henkilöt, tilat, ajat

• opittavan aineksen nopea uusiutuminen

  • täydennyskoulutuksen tarve; kilpailu

• erikoistumisen tarve eri tasoilla

  • miten hallita pirstaloituminen

• oppimisvaikeudet

• opetuksen ja tutkimuksen yhteys

Mitä (lisäarvoa) tietokone tuo?

• tietojenkäsittelijälle olennainen kysymys!

  • ohjelma antaa yksilöllisen palautteen; se oppii ja opastaa

  • kirjanpito: tietokone muistaa

  • eri mediat yhdessä > osiensa summa

  • verkkoyhteydet

  • virtuaalinen (?) aika ja paikka, keinoympäristöt

  • ihmisen ja koneen "rajapinta"

  • jännittävä vai tylsä väline?

Tietojenkäsittelijän rooli

• tunne välineesi

• tunne asiakkaasi

• ole silta näiden välillä

  • kehitä välinettä (millä tasolla?)

  • myy välineen mahdollisuuksia

  • haistele soveltamismahdollisuuksia

• prototyyppi ja speksit syntyvät dialogina, oppimisprosessina

Empiiristen kokeilujen ja tutkimustiedon sovellettavuus _{(Erno Lehtisen esityksen mukaan)}

• Teknologiaa on käytössä kohtalaisesti

• Positiivinen asenne

• Intensiivinen käyttö vähäistä, ja keskittynyt muutamaan kouluun

• Erityisten opetussovellusten käyttö hyvin harvinaista - sovellutusten kysyntä ja tarjonta eivät kohtaa

Kokeilujen ja sovellusten välinen ongelma

• Paljon hyviä ja innovatiivisia kokeiluja, joissa teknologian avulla luotu laadullisesti uudenlaisia oppimisympäristöjä ja -prosesseja

• Skaalaaminen laajempaan käyttöön yleismaailmallinen ongelma

• Innovatiivisiin kokeiluihin liittyvä epärealistisuus

  • teknologia, osaaminen, omistautuminen, aika, tuki

• Kouluorganisaatioon liittyvät rajoitukset: perinteinen opetus ei tarvitse teknologiaa, uudet toimintamallit ja yllättävät ongelmat

Millaisia kehittämis-, tutkimus- ja tukitoimintoja tarvitaan?

• Lupaavien innovaatioiden jalostaminen laajemmin sovellettaviksi malleiksi

• Käyttäjäystävällisten tekniikoiden kehittäminen ja tuotteistaminen näitä malleja varten

• Systemaattisia malleja ja tukea innovaatioiden levittämiseen

• Ns. rivikoulut mukaan kehittämistyöhön

• Valtakunnallisesti kehitettyjen toimintamallien ja ohjelmistojen paikallisen räätälöimisen tukeminen

Oppimisen teoriasta lupaavia periaatteita koulutusteknologian sovelluksiin _{(Sanna Järvelän esityksen mukaan)}

• Technology for understanding: Tavoitellaan ymmärtävää oppimista

• Tietoon pääsy ei riitä - tiedon kanssa täytyy työskennellä

• Tiedon rakentaminen

Periaatteita oppimisen teoriasta - lisäarvo teknologiasta

• Ongelmakeskeisyys, merkityksellisyys, kontekstuaalisuus

  • videokertomukset, simulaatiot, grafiikka, multimedia, ohjelmointiympäristöt

• Oppimisen tuki

  • palautejärjestelmä - TAO

  • tutorointi - syntyykö konstruktiivista vuorovaikutusta

  • ajattelun työkalut - ohjaa strategiseen ajatteluun

  • lisäresurssit

Periaatteita oppimisen teoriasta

• Tiedon kehittely ja muokkaus

  • tiedon monipuolinen esittäminen ja manipulointi

  • yhteiset tietokannat

  • eri tason yhteistoiminnallisuus

• Yhteisöllisyys

  • eri tasojen asiantuntijuus

  • lokaalista globaaliin

Pedagogiikan merkitys

• Oltava aito tarve käyttää teknologiaympäristöjä

• Asia vie, ei teknologia

• Todellinen käyttäjäkeskeisyys

  • jos ei ole oikeaa tarvetta, ei kannata tehdä mitään

Oppijakeskeinen tieto ja viestintätekniikka - kehitysyhteistyötä

• Kulttuuriteollisuus, oppimateriaali, tutkiva oppiminen - tiedon kopioinnista kehittelyyn

• Motivaatio ja työskentelyyn sitoutuminen - virtuaalikoulutushankkeet

• Kontekstuaalisuus - globaali vuorovaikutus ja vastavuoroinen ymmärrys

  • jos ei ole sosiaalista välitöntä vuorovaikutusta ainakin alkuvaiheessa, sitoutuminen on hankalampaa

Tietokoneavusteinen oppimisympäristö ja sen luominen

Kysymyksenasetteluja

• Tietokoneavusteinen oppimisympäristö

• Kuka sen tekee?

• Miten ryhmätyö sujuu?

• Mitä vaiheita?

• Miten arvioidaan?

Terminologiaa

• education, training, tutoring, instruction; learning

• computer

  • managed

    • opetushallinto

  • based, assisted, aided

    • tietokonepohjainen oppimateriaali

  • intelligent

    • asiantuntijajärjestelmä; mukautuminen

Tietokoneavusteinen oppimisympäristö

• Laajasta suppeaan määritelmään:

  • Tietokoneen hyväksikäyttö oppimisprosessissa

  • Avoin, interaktiivinen oppimisympäristö

  • Opetusohjelma

• Eri näkökulmat voivat toteutua yhdessä

Tietokoneen (yleinen) hyväksikäyttö oppimisprosessissa

• oppilaan (tai opettajan) avoin työväline, "mindtool"

• tekstinkäsittely, (esitys)grafiikka, taulukkolaskenta, tietoliikenne, tietokannat, av-ohjelmat, notaatio, ongelmanratkaisu jne.

• oppiminen, tutkiminen ja opettaminen ovat saman asian eri puolia: tutki -> esitä -> opi

• tee itsellesi opetusohjelma

Avoin, interaktiivinen oppimisympäristö

• tietyn aihepiirin oppimista tukeva sovellus

• työvälineet, joilla oppija voi

  • rakentaa mallia oppimastaan (microworld, Papert)

  • tutkia tai soveltaa oppimaansa

• sisältää usein aihealueen tietokannan

• avoin: oppijan laajennettavissa (miltä osin?)

• esim. käsitekartta ainekirjoitukseen, MatLab

Opetusohjelma

• harjaannuttamis- eli drilliohjelmat

  • opi derivoimaan

• arviointiohjelmat

  • kokeet, testit; esim. ajokorttikoe

• kurssi

  • ohjattu järjestys, esim. mikrotietokoneen ajokortti

• simulaatiot

• opetuspelit, -seikkailut; interaktiiviset sadut

Kuka sen tekee?

• periaatteessa yhteistoiminnallinen ryhmätyö

  • roolit jaetaan, mutta jokainen vastuussa kokonaisuudesta

  • roolijakoja voidaan tehdä samanaikaisesti eri perusteilla -> kukin kuuluu useaan rooliin

  • ryhmä oppii ja antaa palautetta, myös ryhmätyötaidoista

  • (tilaajan) tavoitteet lisäävät (tekijäryhmän) luovuutta

  • erilaisuus on rikkautta

Tehtävänmukaiset roolit

• Tilaaja, asiakas

• Käsikirjoittaja

• Tuottaja

• Ohjelmoija, suunnittelija

• Pedagogi

• Sisällön asiantuntija

• Visuaalinen suunnittelija

• Käyttöliittymäasiantuntija

Tilaaja, asiakas

• henkilö, joka tietää

  • mitä haluaa (ainakin toivottavasti)

  • milloin

  • mitä suostuu maksamaan

• toivottavasti tottunut protoiluun

• yleensä kiinnostunut eri vaihtoehdoista

  • tekniset ongelmat eivät ole lopulta mahdottomia selittää maallikollekaan

Käsikirjoittaja

• tärkeä erityisesti opetuspeleissä ja interaktiivisissa saduissa

• metaforien suunnittelu

• keskeisiä kysymyksiä:

  • miten draivi säilyy?

  • miten yhdistää draamallinen jännite oppijan vaikutusmahdollisuuksiin

  • tilanteiden uskottavuus, autenttisuus

• hyvä opettaja on hyvä kertoja

Tuottaja

• innostaja: saa ryhmän tarttumaan toimeen

• organisaattori: keksii, kuka osaa mitäkin

• tasapainottaja: kuka ehtisi auttaa?

• sielunhoitaja: kuitenkin!

• valvoja: tuote tehdään annetussa ajassa annetuin resurssein

• pitäisikö/voisiko tuottajan tehtävät jakaa?

Ohjelmoija, suunnittelija

• tuntee keskeiset toteutusympäristöt

  • osaa valita tehtävään sopivan

• auttaa käsikirjoittajaa juonimaan

• osaa suunnitella tasapainoisen kokonaisuuden

• testauksen organisointi

• ehkä useita

Pedagogi

• millaisiin oppimistavoitteisiin pyritään

• millaiset ovat oppijan valmiudet

• miten oppimista arvioidaan

• pedagoginen testaus prosessin kuluessa

  • testiryhmä

  • vrt. ala-asteen biologian kirjat

• tarvitaanko multimediadidaktikko, ainedidaktikko vai mikä?

Sisällön asiantuntija

• osaa jäsentää opittavan aineiston laajempiin kokonaisuuksiin

• tuntee aihepiiriin liittyviä alkuperäislähteitä: tekstejä, kuvia, ääniä, videomateriaalia yms.

• oppisisältö (content) on väline käyttökelpoisen tietämyksen (knowledge) muotoutumiseen

• tietämysinsinööri rekonstruoi

Käyttöliittymäasiantuntija

• väline on enemmän kuin sen tekninen toteutus:

  • tyyli, käyttöliittymä, saatavuus, interaktiivisuus

• miten tietokone tukee parhaiten ihmisen tietojenkäsittelyprosessia

• vaarana esim. eri esitystapojen välinen "epäsointi" (misfit):

  • tehosteet voivatkin lamauttaa!

Visuaalinen suunnittelija

• tietoliikenne, multimedia, tietokoneet luovat uuden taidemuodon (vrt. elokuva)

• tavoitteena ehyt, pedagogisia tavoitteita tukeva kokonaisuus

• visuaalisuus ei ole pelkkä tehoste

• myös äänisuunnittelu

Ideasta tuotteeksi

• vaiheistus riippuu rakennettavasta tuotteesta

• iteroituva työn suunnittelu

• tietokoneavusteinen yhteistyö ideointi- ja suunnitteluvaiheessa projektiryhmän sisällä

• seinätaulu tai sen elektroninen versio kertoo tiimille, missä mennään

• prototyyppi kokeiltavissa koko ajan

• talleta prosessin aikana syntyvät uudet ideat potentiaalista myöhempää käyttöä varten (mahd. myös seuraavissa projekteissa käytettäviksi)

Ideointi

• alussa mahdollisimman avointa, ei kritiikkiä

• edellyttää stressitöntä ilmapiiriä

• tietokoneavusteiset välineet

• sovella ryhmälle sopivia luovuustekniikkoja

• jatka ideointia vielä vähän kauemmin, parhaat puristuvat viimeisinä

• prosessin aikana kertyvät ideakoriin

Mikä malli toteutuksen pohjaksi

• opetusohjelma vai avoin ympäristö?

• rakenne: torilla vai jännärissä?

• vuorovaikutus (Hammond, 1993):

  • kenen vastuulla on oppimisprosessin ohjaus (control): opettaja/sovellus ... oppija

  • miten syvää osallistumista oppijalta vaaditaan (engagement): passiivista ... aktiivista

  • oppimistapahtuman luonne (synthesis): esitysten katselu ... oma luomisprosessi

    • suorittaako valmiita kokeita vai tekeekö omia

Välineiden valinta

• käy läpi keskeiset tuotteelle asetetut tavoitteet: millä välineellä ne saavutetaan

  • tehokkaimmin (toteutus, käyttö)

  • tyylikkäimmin

  • varmimmin

  • innovatiivisimmin (mitä kaikkea tarkoittaa?)

• välineen analyysi seuraavia kertoja varten

• voisiko välinettä parantaa tai rakentaa parempi?

Yhteistyö

• asiakas on aina oikeassa (paitsi silloin kun on väärässä)

  • kuuntele ja kuule häntä

  • ota aktiivisesti yhteyttä

  • myy uusia ratkaisuja

• parhaat keksinnöt syntyvät usein todelliseen tarpeeseen

Aikatauluta

• määrittele tehtävät ja niiden sijoittuminen

• ennakoi karikot

• sovi tarkistuspisteet

• projektinhallintaohjelmat voivat auttaa

• ole realisti: kerro kahdella, mutta älä muille

• tarkenna projektin kuluessa

• palkitse edistyminen

Tietokoneen merkitys

• mitä uutta tietokone tuo verrattuna esim. kirjaan tai luentoihin?

• hyvä idea: voisiko soveltaa yleisemmin?

  • computer-as-tutor

  • computer-as-pupil

  • computer-as-tool

• yksilökeskeinen vai sosiaalinen väline?

Vertaa muihin vastaaviin aineistoihin

• Tunne kilpailijasi:

  • analysoi eri näkökulmista

  • etsi puutteet ja vahvat puolet

• Älä keksi pyörää uudelleen

• Älä lannistu: parhaat ideat ovat vielä keksimättä

Testaa

• Pedagoginen testaus

• Käyttöliittymän testaus

• Ohjelman rakenteen testaus

• Vertaa

  • tavoitteisiin

  • aikatauluun

• Tiimin jatkuva testaus

  • toimiiko yhteistyö?

Arviointi

• Tom Reeves (Univ. of Georgia): Evaluating what really matters in Computer-Based Education

• systemaattinen arviointi harvinaista:

  • hyötyä pidetään itsestäänselvyytenä

  • evaluointi herkästi vain kvantitatiivista

  • aikaisemmat evaluoinnit eivät käyttökelpoisia, ei myöskään vaikutusta tuotekehittelyyn

  • perinteisten vertailumenetelmien käyttö

1. Epistemologia

• objektiivinen vai konstruktivistinen epistemologia?

• vrt. luonnontieteiden opetus

  • valmiit mallit: integrated learning systems

  • vai itse johdetut: mindtools

2. Kasvatusfilosofia

• instruktivistinen filosofia

  • oppijasta riippumattomat tavoitteet

• vs. konstruktivistinen filosofia

  • oppijan intentiot, kokemukset, metakognitio

  • oppimisympäristön monipuolisuus

3. Taustapsykologia

• behaviorismi

  • stimulus-response-feedback-positive reinforcement/repetition

• vs. kognitiivinen psykologia

  • sovellettava eri oppimisstrategioita: memorization, direct instruction, drill-and-practice, deduction, induction

4. Tavoitesuuntautuneisuus

• täsmällinen

  • esim. hätäpuhelinnumeron muistaminen

  • ulkolukuun perustuva suora opetus soveltuu

• vs. yleinen

  • esim. opi arvostamaan modernia taidetta

  • mikromaailmat, virtuaalitodellisuussimulaatiot, avoimet oppimisympäristöt soveltuvat

5. Käytännön hyöty

• mestari-oppipoika -malli

• alkuperäinen oppimistapa ratkaisee siirrettävyyden muihin konteksteihin

• ankkuroitu oppiminen

• sisäisesti kiinnostavat, ongelmalähtöiset, haastavat tehtävät -> hyödyllisen tiedon konstruointi

• 6. Opettajan rooli

  • tiedon jakaja vai oppimisryhmän jäsen

• 7. Joustavuus

  • "teacher-proof" vs. "easily modifiable"

• 8. Virheiden arvo

  • ei hyväksytä virheitä vai opitaan (vain) niistä

• 9. Motivaation lähde

  • sisäinen vs. ulkoinen motivaatio

• 10. Yksilöllisten erojen huomioonottaminen

  • oppimistulos riippuu oppijasta (taipumukset, ennakkotiedot, motivaatio, kokemus, oppimistyylit, silmä-käsi -koordinaatio jne.)

• 11. Oppijan ohjaus

  • vaikutusta ei tunneta vielä

• 12. Oppimistapahtuman luonne

  • matemageeninen vs. generatiivinen (vastaanottava vs. luova); näitä voi yhdistää

• 13. Oppijan yhteistoiminnallisuus

  • laajat oppimisympäristöt edellyttävät tiimiä

• 14. Kulttuuriherkkyys

  • miksi-kysymykset voivat olla kiellettyjäkin

Suunnitteluperiaatteita

Suunnittelumallin merkitys

• työkalu ajatusten kehittämisessä

  • luovuus liikkeelle, tarjoaa uusia näkökulmia

• johtaa idean tarkkaan kuvaukseen

  • tavoitteena toimiva oppimisympäristö

  • vaiheet tarvitaan: mitä otetaan huomioon?

• tukee ohjelman arviointia kehitysvaiheessa

  • havainnollinen ja selkeä: kuvauksista saa selkoa jokainen projektiin osallistuva

• tarjoaa pedagogisen perustan

Eritasoiset suunnittelumallit

• koko oppimisprosessin suunnittelu

  • TAO-toteutus vain yksi osa

  • esim. Lifländerin malli

• oppimisympäristön rakenteen suunnittelu

  • keskittyy TAO-osaan

  • esim. torimalli

• oppimisympäristögeneraattorit

  • perustuvat tiettyyn oppimisympäristömalliin

  • vrt. sovelluskehittimet

TAO osana oppimisprosessin suunnittelua

• Veli-Pekka Lifländer Yrjö Engeströmin kasvatustieteellisen ajattelun pohjalta

  • oppimisprosessi ja opetussuunnittelu

  • Learning by Expanding

• avoin, ohjattu tietokoneavusteinen oppimisympäristö

  • alkaa ohjatulla oppimisprosessilla

  • tietosisällöltään täydennettävissä (oppija/ope)

  • tutkivan opiskelun tuki

Avoin, ohjattu TAO-ympäristö tukee

• prosessioppimista

  • ohjattu, vuorovaikutteinen oppimisprosessi

  • asioiden esitysjärjestys

• simulaatio-oppimista

  • systeemin dynamiikan ymmärtäminen kokeilemalla

• hypermediaoppimista

  • avoin sisällöltään tai rakenteeltaan

• työvälineoppimista

Oppimisprosessin vaiheet (mallin taustalla olevan oppimisteorian mukaan):

• motivoituminen

• orientoituminen

• sisäistäminen

• soveltaminen

• opitun arviointi

• oppimistulosten kontrolli

Suunnittelumenetelmä

• Opetussuunnitelman yleinen osa

• Opetussuunnitelman erityinen osa

• Opetusohjelman logiikan suunnittelu

• Opetusohjelman ensimmäinen proto

• Visuaalinen ja vuorovaikutuksen suunnittelu

• Toinen proto, testaus ja viimeistely

Opetussuunnitelman yleinen osa

• kohderyhmä

• alustava orientaatioperusta: opittavan asian kiteytys

• miten oppijan tietämys/työkäytäntö kehittyy lähitulevaisuudessa?

• oppisisällön valintaperusteet

Opetussuunnitelman erityinen osa

• avainkäsitteet, orientaatioperustat

• tavoitellun oppimisprosessin täsmällinen kuvaus

• oppiminen ja vuorovaikutus ihanteellisimmillaan

  • yksilöllinen, sosiaalinen, vuorovaikutteinen, toistava, harjaannuttava, tutkiva, uutta luova tms.

  • tietokone mukana vasta lopussa: mihin se sopii?

Opetusohjelman logiikan suunnittelu

• selkeä, havainnollinen, joustava ja opetussuunnitelman mukainen liikkumisjärjestelmä

• rakenteen tulee tukea ohjelman kehittämistä

  • ohjelmarunko ruutuina: vuorovaikutus, asia

• tuloksena tori, liikennesäännöt, opastus, valikot, muuttujat

  • ohjatut/itse valitut reitit; edistymisestä riippuvat

  • navigointivälineet: missä oppimisvaiheessa/asiasisällössä ollaan

  • vrt. torimalli

Opetusohjelman ensimmäinen proto

• ohjelmarungon toteutus

• sisältö vain pääpiirteittäin hahmoteltuna

Vuorovaikutuksen suunnittelu

• opetussuunnitelman erityisosan mukaisesti

• miten tehtävät annetaan oppijalle, miten vastaukset analysoidaan ja miten palaute annetaan

• eri tekijäjärjestelmät tukevat vuorovaikutuksen toteutusta eri tavoilla

Visuaalinen suunnittelu

• havainnollinen, kiinnostava ja opetussisältöä tukeva

• tuloksina

  • graafiset ohjeet: väriyhdistelmät, kirjasimet, eri ruutujen (otsikko, opastus, opetus jne.) pohjat ym.

  • orientaatioperustat yl. kaavioina

  • opastusjärjestelmä

  • animaatiot, kuvatallenteet

Ruututyypit

• avaus

• valikot

  • varo kirjamaisuutta, mutta anna mahdollisuus navigoida

• orientointi asian ytimeen

• opetus/sisältö

  • älykäs, opetusta tukeva, aktivoiva vuorovaikutus

  • mitä tapahtuu oppijan päässä?

  • tiivistä asia/sivu

• opastukset

  • paluu takaisin

• toiminta

• testi, koe

  • tietokone ei välttämättä arvioi, ainakaan automaattisesti

  • suosi avoimia, vaikeita kysymyksiä

• leporuudut

Toinen proto

• sisältö ja ulkoasu enää viimeistelyä vailla

• kiinnitä huomio, muokkaa

  • logiikka

  • oppimisprosessi

  • vuorovaikutus

  • sisältö

Testaus ja viimeistely

• viimeistely, erityisesti ulkoasu ja opastus

• laaja koekäyttö

• tuotteistus

Oppimisympäristön suunnittelumalleja

• vastaavat edellisen skeeman vaiheita

  • 3. logiikan suunnittelu

  • 5. visuaalinen ja vuorovaikutuksen suunnittelu (osittain)

• tällä kurssilla erityispaino torimallilla, joka on kulkeutunut Kanadasta Norjan kautta Suomeen

• muita malleja esim. tarina- ja teatterimalli

Torimalli

• Kel Crossley ja Les Green, Kanada

• norjalaiset Ivar Minken, Borre Stenseth ja Lars Vavik kehittivät edelleen 1984->

• ensimmäinen suomalaisin voimin pidetty suunnittelukurssi 1989

• saanut nimensä keskeisestä suunnittelukaaviostaan, torikaaviosta

• korostaa tekemistä, avoimuutta, oppijan aktiivisuutta

Torin rakennusvaiheet

• Idea

• Tavoite

• Näkökulma

• Työnjakotaulukko

• Metafora

• Kokemiskuva

• Tori

• Avainnäyttö

• Käyttötapa

• Tilakaavio

1. Idea

• taustalla aito ongelma

• voi myös nousta teoriasta

• soveltuuko tietokone?

2. Tavoite

• opetuksellinen

• ideoiden tarkasteleminen tavoitteita vasten selkeyttää ohjelmaa

• ei päätekäyttäytymisenä, ei liian väljästi

• kohderyhmä (lähtötaso vs. tavoite)

• auttaako tietokone saavuttamaan?

• ole perusteellinen!

3. Näkökulma

• löydä tuore näkökulma, pohdi

  • aikaa

    • historia, nykyisyys vai tulevaisuus

    • hidastettu vai nopeutettu

  • paikkaa

    • mikä ympäristö, mikä kuvakulma

  • käyttäjän roolia

    • rooliin liittyy ominaisuuksia, vaikutus mielikuviin, metaforaan

    • rooli vaikuttaa ohjelman lisäpiirteisiin, kuviin, käyttötapaan

4. Työnjakotaulukko

• taulukoi, mitä tekevät

  • oppija (yleensä eniten!)

  • opettaja

  • ohjelma

• käytä verbejä:

  • oppija piirtää, opettaja kommentoi, ohjelma laskee

5. Metafora

• perustuu aikaan, paikkaan ja rooliin

• yhdistää oppijan kokemusmaailman ja opittavan asian, "symbolinen linkki"

• rakentuu pelkistetyn kuva-aineksen varaan

• esim. AIDS - disko, ekologia - Nooan arkki

• hyvä metafora tukee oppimista tukevia toimintoja

• tuttuus: PaintBrush; Windows

6. Kokemiskuva

• käyttäjän toimien tuottama kuva-aineisto

• esim. hupeneva rahasäkki, aikajana, teksti, täydentyvä symboli

• kokoaa oppimistulokset ja -kokemukset: palaute!

• rakentuu yksilöllisesti oppijan mieleen

• nykykäsitys vs. haluttu oppimistavoite

• yhdistää oppijan ja ohjelman toiminnot

7. Tori

• käyttäjän toiminnalliset mahdollisuudet

• oppija kokoaa oppimiselämyksiä torin kojuista

• toimintojen liittyminen toisiinsa, ohjelman rakenne

• pyri avoimeen toriin

  • lineaarinen tori on tylsä, hierarkkinen vaikea opetella

  • ohjattuja käytäviä voi kuitenkin olla

8. Avainnäyttö

• kokonaiskäsitys ohjelman toiminnasta ja aiheesta

  • metaforasta tehokas mielikuva

  • oppijan toimintojen tulokset kokemiskuvasta

  • torikojuista valintamahdollisuudet

• yleensä yksi avainnäyttö: toiminnan keskus

  • toiminnat muuttavat vain osaa avainnäytöstä

• ohjeet, opastukset, palautteet

• visuaalinen suunnittelu

9. Käyttötapa

• johdonmukaisuus ja yhtenäisyys

• mieti tilanteeseen sopivin: suora käyttö, valikot, luonnollinen kieli tms.

• ota huomioon käyttäjä

• onko ohjelma

  • palvelualtis

  • toruva ja torjuva

  • välinpitämätön

  • opettaja

10. Tilakaavio

• ohjelman logiikan kuvaus

• seinälle?

Tarinamalli

CAI in CS

Marja Kopposen väitöskirjan mukaan

(Joensuun yliopisto, 11.4.97)

Perusidea

• kehittää analysointimenetelmä yliopistotason tietojenkäsittelytieteen tietokoneavusteisen opetuksen arvioimiseksi

• neljä kriteeriluokkaa: domain, instructional, user interface, pragmatic

• opetukselliset kriteerit perustuvat Gagné et al. ajatteluun (1974)

• sovellettu COSTOC-pakkaukseen

  • COmputer Supported Teaching Of Computer science

Tulokset

• kriteeristö toimi

• opetusohjelman suunnittelu edellyttää

  • opetettavan alueen asiantuntijaa (teoreett. pohja)

  • didaktisen suunnittelun perustuttava oppimisteoriaan (human learning)

  • opetuksellisen ja tekn. interaktion kehittäminen (kysymykset?, käyttöliittymä)

  • tekijäjärjestelmien tarjottava didaktisia ohjeita

• tietojenkäsittelytieteen opetusohjelmissa

  • matemaattisen notaation tuki

  • animoinnin tuki

  • ohjelmakoodin kirjoitus ja suoritus

Tutkimuksen jäsentely

• Johdanto, tavoitteet

• TAO-ympäristöt ja niiden soveltaminen tietojenkäsittelytieteen opetusohjelmissa

• Oppimisteoriat

• Tietojenkäsittelytieteen tietokoneavusteisten opetusohjelmien (TKT-TAO) arviointikriteerit

• Testaus: COSTOC

• Johtopäätökset

Oppimisen yhdeksän vaihetta (Gagné ja Briggs, 1974)

• Huomion herääminen/herättäminen

• Oppija saa tietää oppimistavoitteen

• Aikaisemman tiedon mieleen palauttaminen

• Virikeaineiston esittäminen

• Ohjaaminen oppimistavoitteen suuntaan

• Opitun esittäminen

• Opettajan palaute

• Opitun arviointi

• Kertaus ja siirto (transfer)

TAO-ympäristöt (Young et Knezek, 1989)

• korkean tason ohjelmointikielet

  • yleiset hypermediaympäristöt voisi liittää tähän

• tekijäkielet (authoring languages)

• tekijäjärjestelmät (authoring systems)

• rungot (authoring shells)

• TKT-TAO-kurssit tuotettu pääasiassa yleisillä ohjelmointikielillä

TKT-TAO:n kannalta relevantit oppimisteoriat

• entiset teoriat (historical theories)

• tumppiteoriat ("chunking theories")

• oppijakeskeiset teoriat (learner-centered theories)

• muut oppimisteoriat (separate learning theories)

Oppimisteorioiden yleinen luonne

• koskee tiettyä ikäryhmää, oppimisaluetta, taitoa tai teknologiaa

• eri teorioiden yhteisiä näkökohtia

  • motivaation merkitys

  • oppiminen perustuu oppijan aikaisempaan tietämykseen, jota oppimistapahtumassa muunnellaan

  • tiedon ja taidon oppiminen erilaista

  • oppijan ikä vaikuttaa oppimisprosessiin

Entiset teoriat

• behavioristisesti värittyneet

• esim. mathematical learning theory (Atkinson et al., 1965) yritti optimoida yksilöllistä oppimista; oppimismalli tunnettava

Tumppiteoriat

• lyhytaikaisessa muistissa 5-9 merkitysyksikköä

• esim. ACT* (Adaptive Control of Thought*) (Anderson, 1983)

  • deklaratiivinen muisti assosioi

  • proseduraalinen muisti (pitkäkestoinen muisti) tallettaa tiedon produktioina

    • aktiivisin osa työmuisti (working memory)

  • skeemaa käytetty älykkäiden tutorien perustana

    • Anderson et al., 1987

Oppijakeskeiset teoriat

• oppimisedellytysten (conditions of learning) teoria

  • erityyppistä ja -tasoista oppimista

    • kukin edellyttää vastaavaa opetustyyppiä ja sisäisiä / ulkoisia ehtoja

  • Gagné ja Briggs, 1974: oppimisvaiheet ja niitä vastaavat kognitiiviset prosessit

    • opetus ja media suunniteltava näiden pohjalta

    • lähtökohta tietokoneavusteinen sotilaskoulutus (1962)

• joustavan oppimisen (cognitive flexibility) teoria

  • Spiro et al., 1988

  • oppiminen kompleksisilla ja hankalasti hahmotettavilla alueilla

  • tiedon ja taidon transfer

  • eri perspektiivit, caset

  • vaikutteita muista konstruktivistisista teorioista

    • Piaget 1936, Ausubel 1963, Bruner 1966 (vars. konstr.)

  • interaktiivisen teknologian tueksi

• tilanneoppimisen (situated learning) teoria

  • Lave et al., 1991

  • oppiminen riippuu aktiivisuudesta, kontekstista sekä kulttuuri- ja sosiaalisesta ympäristöstä

  • sovellettu esim. ongelmanratkaisuun liittyvässä opetusteknologiassa

Muut oppimisteoriat

• esim. käsikirjoitusteoria (script theory)

  • Schank et al., 1977

  • perustuu käsiteriippuvuusteoriaan (conceptual dependency theory; Schank, 1975)

    • lauseiden merkitysten representaatio

  • peruskäsitteet: script, plan, theme

    • mallinnetaan tarinan ymmärtämistä

  • tähtää kielellisen prosessoinnin ja ajattelutaitojen selittämiseen

  • sovellettu esim. älykkäisiin tutoreihin

Neljä TKT-TAOlle kiinnostavaa teoriaa ja vast. opetusohjelmaa

• Oppimisedellytykset ja GAIDA

  • Guided Approach to Instructional Design Advising TAO-kurssien suunnitteluun

• ACT* ja Geometry Tutor

  • älytutor euklidisen geometrian todistuksiin

• Joustava oppiminen ja hyperteksti

  • verensiirron problematiikkaa eri näkökulmista

• Tilanneoppiminen ja Jasper Woodburyn seikkailut

  • videosovellus: autenttisen ongelman ratkaisu

Oppimisedellytykset ja GAIDA

• Oppimistulosten kategoriat

  • intellectual skills

    • hierarkia: stimulus recognition, response generation, procedure following, use of terminology, discriminations, concept formation, rule application, problem solving

  • cognitive strategies

    • oppijan tapa suunnata huomio, muistaa, oppia, ajatella

  • verbal information

    • (1) nimet, (2) faktat, (3) organisoidut tietokokonaisuudet

  • attitudes

    • (1) kouluinst. kohtaan, (2) koulun asenteet

  • motor skills

GAIDA

• lessons templates

• reusable instructional strategy templates

• integrated text, graphics, video editors

• integrated simulation authoring

• test question generator

• modes: guidance and lesson

ACT* ja Geometry Tutor

• hierarkisesti järjestetyt produktiot taitojen oppimiseen

• uuden ongelman ratkaisu

  • nykyinen tietämys työmuistissa, johon ulkopuolelta tullut ongelma aktivoituu

  • jos pitkäkestoisessa muistissa ei ole vastaavaa produktiota, ratkaisun etsintä alkaa

    • deklaratiivisessa muistissa; analogiat, means-ends analysis, eteenpäin ja taaksepäin päättely ym.

  • valmis ratkaisu liittyy käännettynä produktioihin

Geometry tutor

• tavoite: opettaa 100 geom. päättelysääntöä

  • milloin soveltaa mitäkin?

• taustalla asiantuntijajärjestelmä

• käyttöliittymä

  • todistettava lause

  • lähtöarvot

  • ongelmadiagrammi: ongelmanratkaisuprosessi ja sen loogiset suhteet näkyvillä

Joustava oppiminen ja hyperteksti

• avoids oversimplifying instruction

• multiple representations of contents

• emphasises case-based instruction

• context dependent knowledge

• knowledge construction (not transmission)

• supports complexity

Hyperteksti joustavan oppimisen tukena

• advanced knowledge acquisition

  • for professionals solving real-world problems

• assosiatiivinen rakenne

• sama teoreettinen viitekehys kuin opetusjärjestelmillä

• soveltuu sekä suunnittelu- että toteutusympäristöksi

  • sallii myös yhteistyön (tekijät vs. käyttäjät)

• ei sovellu perinteiseen opetukseen, vaan edellyttää relevanttia, konstruktiivista oppimisprosessia (Jonassen)

Esimerkki: verensiirto

• kompleksinen oppimisalue

• perustuu tietokantaan

  • eri verensiirtotilanteita, erilaisia oireita, eri hoitomuotoja

• sanasto

• seitsemän praktiikkatapausta orientointiin

  • pääsy tietolähteille

  • näihin liittyy 24 minitapausta

• kolme testitapausta

• ohjelma antaa palautetta

TKT-TAO -ohjelmien arviointikriteerit

• domain-based

  • competence = discipline-oriented thinking + tool use

  • Computer Science + Computer Engineering = CS paradigms

    • theory (mathematics)

    • abstraction (experimental science)

    • design (engineering)

  • recognise a problem, find solutions, implement

• instructional

  • perustana oppimisedellytysten teoria

    • sopii perusteiden opettamisen analysointiin

  • varmistettava perustiedot

  • tavoitteet esiteltävä selkeästi

  • aineiston rakenne dokumentoitava

  • sisällön oltava merkityksellistä muulle opetukselle

    • vain tärkeimmät asiat, ei silti liikaa yksinkertaistaen

  • interaktiivisuus, palaute

    • tekninen, opetuksellinen

  • kertaus, harjoittelu, evaluointi

• user interface

  • interaktiivisuus:

    • immediacy of response, non-sequential access of information, adaptability, feedback, option, bi-directional, grain-size

    • balance of control between the student and the computer

    • where students are in the application

    • what actions they have taken

    • whether these actions have been successful

    • what actions should be taken next

    • flexibility, user guidance

  • display elements

    • text

    • visual elements

    • connections between display elements

    • colors

    • highlightning

    • display building

• pragmatic

  • hw

  • sw

  • human resources

  • attitudes (teachers' and students')

Sisällön analyysi

• contents of information structures

• illustration of information structures

• relevancy of the course contents to the aims

Didaktinen analyysi

• motivation

• general view of the course contents

• prerequisities

• informing of the learning aims

• structure of the course (navigation, information, question)

• guidance to use the course

• interaction

• instructional feedback

• repetion and recall

• practicing new skills or knowledge

• evaluation of learning outcomes

Käyttöliittymän analyysi: interaktio

• enhancing interaction

• technical feedback

• messages and instructions

• clarity of needs to take a particular action

• clarity of the type of information needed to be entered

• possibility to undo and redo

• possibility to look through a sequence of displays in either direction

• possibility to move to different parts of application as needed

• possibility to choose the rate at which information is presented

• possibility to name and organize information for later use

• correcting errors in inputs before and after processing

• diagnostic information in an error situation

• availability of the help facility

• clarity and context-sensitivity of help information

• quality and usefulness of paper documents

Käyttöliittymän analyysi: display elements

• usage of texts

• usage of visual elements

• connections between display elements

• usage of colors

• usage of highlightning

• display-building

Käytettävyysanalyysi

• hw

• sw

• human resources

• attitudes

Computer-assisted learning program analysis (Juha P. Lindstedt)

• CAL programs

• Analysis methods:

  • CITAR/CCCEM

  • S.A.S^II

• Learning in CAL environment

• Empirical findings and reliability

CAL-ohjelmien kategorisointi

• tutoriaali

• drilli

• peli

• simulaattori

• eivät useinkaan esiinny erillisinä vaan joinain välimuotoina

Tutkimuksen kysymyksenasettelu

• Onko mahdollista analysoida TAO-ohjelmia siten, että analyysillä on pedagogista arvoa?

• Motivaatio: monet opettajat eivät ole tyytyväisiä opetusohjelmien pedagogiseen suunnitteluun (Häkkinen, 1996).

CITAR/CCCEM

• CITAR = Center for Interactive Technology, Applications and Research at the Univ. of South Florida

• CCCEM = CITAR Computer Courseware Evaluation Model

• CITAR/CCCEM-F = CITAR-F⁺ = CITAR/CCCEM:n suomennettu versio

Software selection criteria (Blease, 1989)

• documentation

• presentation and layout: text, graphics, sound

• friendliness and flexibility

• achievements of stated aims

• robustness

• specific selection criteria: tutorial, drill, arcade, simulator, content-free tool

• on ehkä riittävä joissain tapauksissa

CITAR/CCCEM vs. S.A.S ^II

• CITAR/CCCEM on lähes kvantitatiivinen analyysimalli

• S.A.S ^II on enemmänkin kvalitatiivinen malli

CITAR/CCCEM-F pääalueet

• Source information

• Costs

• Hardware required

• Software environment

• Documentation

• Management system

• Instructional design features

• Instructional implementation

• Evaluator comments + summary statement

CITAR-F+ käytetyt asteikot

• blanks for open text

• Yes/no

• RONSI (Required, Optional, Not Supported, Indeterminate)

• ESON (1 2 3 4):

  • 1 = Extenxively (90% or more)

  • 2 = Significantly (50-89%)

  • 3 = Occasionally (10-49%)

  • 4 = Negligibly (less than 10%)

S.A.S ^II

• Perustuu ideaan, että jokaisella TAO-ohjelmalla on pedagoginen struktuuri (joka ei ole sama asia kuin ohjelman toiminnallinen rakenne)

• Syntynyt empiirisen tutkimuksen perusteella

• 8 komponenttia: instruction, teaching, test, exercise, feedback, repetition, simulation (continuous tai step-by-step)

• Peräkkäiset komponentit muodostavat pedagogisen struktuurin

  • kaksi tai useampi komp. muodostaa mikrostruktuurin

  • ­mikrostruktuureista muodostuu makrostruktuuri

  • jos ohjelma koostuu useasta (rinnakkaisesta tai peräkkäisestä) makrostruktuurista, rakennetta kutsutaan ylistruktuuriksi

  • usually starts a program

  • general information: aims, controls, help systems, proceeding order

  • can also work as a menu

  • mainly material needed to operate the program...

  • ...but also actual learning material (?)

• Repetition

  • normally after a teaching session, but maybe after a test or an exercise

  • controlled by the program

  • summary-like: more concise or different point-of-view

• Exercise

  • follows teaching (not necessarily)

  • "hall of fame"

  • multiple-choice/open questions

• Teaching

  • text, but preferably pictures and diagrams

  • teaching component represents only one session (or the topic or the subtopic)

  • teaching of subject domain content (not operating the program)

• Test ( = exercise, but test if the program uses term test)

  • test can be summative, an exercise comes directly after teaching

• Feedback

  • immediate/delayed

  • subtotal/total

• Simulation

  • step-by-step: user makes a move

  • action: program runs continuously

• Other symbols

  • line: path from component to another

  • loop

    • conventional CAL programs are mostly tunnel-like

  • f = subtotal feedback

  • F = total feedback

  • "session" is a series of components which form a kind of entity

Lifländer: Hyvän TAO-ohjelman ominaisuuksia

• Sisältö

  • Kiinnostava

  • Haastava

  • Olennainen

  • Kiteytetty

  • Virheetön

  • Todellisuus mukana (simulointi)

  • Työkaluja mukana

  • Tietovarastoja mukana

  • Erilaisia näkökulmia

• Oppimisprosessi

  • harkittu

  • tavoitteellinen

  • oppimisvaiheet huomioiva

  • omaehtoinen

  • palautteellinen

  • varmistaa asian hallinnan

• Aktivointi

  • vuorovaikutteinen

  • älyllisesti aktivoiva

  • toiminnallisesti aktivoiva

  • kanssakilpailu

  • itsensä kanssa kilpailu

  • käynnistää oppimistoimintoja

• Yhteistoiminnallisuus

  • tukee oppilaiden vuorovaikutusta

  • antaa yhteisiä tehtäviä

  • viestimahdollisuus

• Yksilöllisyys

  • oikein kohdennettu

  • käyttäjän osaamiseen mukautuva

  • käyttäjän nopeuteen mukautuva

  • ohjelma reitittää

  • käyttäjä reitittää

• Avoimuus

  • sisällöltään avoin

  • muunneltava ja monikäyttöinen

  • vie ulos käytännön toimintaan

  • mahdollisuus muistiinpanoihin

  • mahdollisuus kirjanmerkkeihin

• Selkeys

  • selkeä

  • looginen

  • opastava

  • helppo liikkua

• Toimintavarmuus

  • laitejoustavuus

  • käyttövarma

  • virheetön

• Esitystekniikan laatu

  • ruutujen rakenne

  • kuvien laatu

  • äänen laatu

  • animaatioiden laatu

  • elävän kuvan laatu

• Tekniset vaatimukset

  • laitevaatimus

  • äänikortti

  • kosketusnäyttö

  • CD

Oppiminen WWW-ympäristössä

Thomas C. Reevesin esityksien pohjalta (ITK-97, Aulanko)

Perustuu Carrollin kouluopetuksen malliin (1963)

• suoriutuminen (academic achievement) perustuu viiteen tekijään:

  • lahjakkuus (aptitude; time needed to learn)

    • määrää myös seuraavia

  • oppimismahdollisuudet (opportunity to learn; time available to learn)

  • ymmärtäminen (ability to understand instruction)

  • opetuksen laatu (quality of instructional events)

  • sisu (perseverance; time student is willing to spend on learning)

1996 Campus Computing Survey

• WWW:n käyttö korkeakouluopetuksessa

  • keskeiset alueet tiedotus ja markkinointi, ei opetus tai oppiminen (9% kursseista käytti WWW:tä oppimisen tukena (1995: 6%); WWW:tä käytti 80% (55%))

• WWW:n käyttötapoja

  • enriching access to course materials

  • documenting course discussions

  • posting student writing, art, projects, etc. for critique

  • providing tutorials, simulations, and drills

  • facilitating group work

  • providing remedial support and/or enrichment

  • enabling reflection and metacognition

A Model of WWW-Based Learning

• malli auttaa hahmottamaan ilmiötä

• 3-tasoinen, Carrollin mallia hienojakoisempi:

  • oppimisen lähtökohdat (cultural habits of mind, aptitude and individual differences, origin of motivation)

  • oppimisprosessi (opportunity to construct learning, task ownership, sense of audience, collaborative support, teacher support, metacognitive support)

  • oppimistulokset (knowledge and skills, robust mental models, higher order outcomes)

Oppimistulokset: näihin tähdätään

• korkeakouluopetuksessa pääpaino toimivissa mentaalisissa malleissa, joita voi soveltaa eri alueilla

  • konstruktivistinen näkökulma kiinnittää huomiota uuden tiedon rakentumiseen aikaisemman pohjalta

• ylemmän tason oppimistuloksiin kuuluvat

  • ongelmanratkaisutaidot (myös ill-defined!)

  • luovuus

  • uteliaisuus

  • pyrkimys elinikäiseen oppimiseen

Oppimisen eväät: miten otetaan huomioon WWW:ssä?

• yksilöllinen tausta

  • lahjakkuus (Carrollin mielessä)

  • ohjaus, oppimistyylit, anxiety, aikaisemmat kokemukset, epävarmuuden sieto, kiinnostuksen kohteet, asenteet, rajoitukset (disabilities) ym.

• kulttuuritavat

  • ongelmanratkaisu ja kritiikki vs. normatiivisuus ja yhteisymmärrys

  • tutkimuksen tarvetta

• sisäinen vai ulkoinen motivaatio

  • miten multimedia, käyttöliittymä, ohjaus vaikuttavat

Oppimisprosessi: miten toteutuu WWW:ssä ?

• tiedon konstruointi

  • oppijan omien intentioiden, kiinnostuksen, kokemuksen , tiedon ja kogn. strategioiden varassa

    • vrt. instruktivismi: oppijasta riippumattoman oppimistavoitehierarkian läpikäynti

  • oppiminen perustuu mielekkäiden ongelmien ratkaisemiseen

    • WWW tulee kognitiiviseksi työkaluksi tiedon tutkimiseksi ja representoimiseksi

  • millaisia tuloksia erilaisilla WWW-sivuilla

    • konstruktivistiset "työvälinesivut" vs. instruktivistiset tutoriaalit

• onko ongelma oppijan oma?

  • situated cognition: learning that is tied to the retrieval cues in the environments in which the learning will be used

    • sopivan algoritmin määritys?

  • autenttinen oppimistehtävä (vs. akateeminen, teoreettinen) edellyttää sitä tukevaa WWW-toteutusta

  • oppimistapa vaikuttaa siihen, miten opittua voidaan myöhemmin soveltaa muilla alueilla (transfer)

  • www-pohjainen oppimisympäristö voidaan rakentaa transferia edistäväksi

• oppija tiedon esittäjänä

  • WWW on ilmaisuväline, joka takaa miljoonayleisön

  • oppimistuotos julkaistaan: omat ajatukset ja tunnelmat julki

  • opiskelijalle kirjoittajan, tiedemiehen ja tutkijan rooli

  • osa suurta tiedeperhettä, sosiaalinen aspekti

• yhteistoiminnallinen oppiminen

  • yhteiset tavoitteet

  • WWW strukturoi ja ohjaa ryhmätyötä: hyötyä sekä oppimisen että sosiaaliselta kannalta

  • yhteistyö merkitsee opittavan aineksen interaktiivista reflektointia; ei vain oppijan ja WWW:n välillä

    • päästään irti perinteisen tietokoneavusteisen opetuksen rajoittumisesta ihmisen ja koneen interaktioon

• opettajan tuki

  • www:llä voidaan tukea eri opetusmalleja

    • sage on the stage ... guide on the side

  • paras vastuujako (minkä kukin osaa parhaiten)

    • oppija: recognizing and judging patterns of information, organizing data, constructing alternative perspectives, representing new knowledge in meaningful ways

    • tietokone: perform calculations, store and retrive information upon the learner's command

    • opettaja: coach or collaborate in the knowledge construction process

• metakognitiivinen tuki

  • metakognitio: oppijan tietoisuus tavoitteista, kyky suunnitella ja arvioida oppimisstrategioitaan, seurata edistymistään ja säädellä oppimiskäyttäytymistään tarpeiden suuntaiseksi - oppimaan oppimisen taidot

  • WWW:llä potentiaalia tukea metakogn. taitoja

    • esim. ongelman ratkaisuprosessin läpikäynti (vianetsintä elektronisessa piirissä tai ohjelman virheenjäljitys)

Internet kognitiivisena työkaluna

• knowledge as design: paras tapa oppia on opettaa

  • kognitiivisia työkaluja esim. kirjoittaminen, matemaattinen notaatio, tietokoneohjelmistot

  • kognitiivisia työkaluja käytetään ajatteluun, ongelmanratkaisuun ja oppimiseen

    • collaboration, reporting, analysis, critique, reflection

Mitä ajattelun taitoja multimediatuotanto (myös WWW ) opettaa

• project management skills

• research skills

• organization and representation skills

• presentation skills

• reflection skills

Tutkimus- ja kehityshaasteita

• WWW:n uusia käyttötapoja oppimisen tukena

  • "break the mold" - rakenteet uusiksi (kuten hometaloissa)

• tutkimuskohteena learning "with" technology (vs. "from")

  • descriptive, qualitative, developmental, experimental approaches

  • guided by stronger learning theories and richer instructional models

  • oppiminen tuottamisprosessissa (with) merkittävämpää kuin valmiin materiaalin käyttämisessä (from)

Engineering interactions in a telelearning system (Gilbert Paquette, Teleteaching '98)

• Nykyisin: virtual classroom

• tai self-training delivery

• tyypillistä jäykkyys

• paradigman muutos tarvitaan: telelearning on olennainen ratkaisu tiedon eksponentiaaliseen kasvuun

  • hierarkiasta semanttisiin verkkoihin

  • tiedon siirtämisestä tiedon prosessointiin

  • yksinäisestä yhteiseen

Ajatus

• määritellään etäoppimissysteemi (telelearning system)

• määritellään viisi toimijaa (actors)

• määritellään toimijoiden väliset vuorovaikutukset

• => määritellään joukko prinsiippejä etäoppimissysteemin aikaansaamiseksi

Käsitteitä

• learning system (LS)

  • physical learning system

  • learning system blueprint

    • knowledge and skills model

      • learning units, learning scenarios

    • pedagogical model

      • learning units, learning scenarios

    • media model

    • delivery model

  • LS koostuu verkosta oppimisyksiköitä (learning unit, LU)

• geneerinen prosessi (generic process)

  • toiminta vastaava gen. prosessi

- avaa browser - ensimm. sovellettava proseduuri

- rakenna ensimm. etsintä - seur. sovell. proseduuri

- suorita etsintä - suorita valittu proseduuri

• Oppija (Learner) - muuntaa informaation tietämykseksi

• Tiedonantaja (Informer) - asettaa informaation saataville; ihminen tai kirja

• Suunnittelija (Designer) - kontrolloi systeemin rakentamista, muokkausta, käyttöä

• Treenari (Trainer) - auttaa oppijaa

• Manageri (Manager) - johtaa toimijoita ja tapahtumia ja takaa onnistuneen oppimisen

Prinsiipit: oppija-suunnittelija

• 1: knowledge model in a learning unit (LU) must be of sufficient grain size and well structured using precise links

• 2: knowledge in a LU must be related to skills

• 3: learning scenario in a LU should be described as a generic process, corresponding to the skill associated to the LU

• 4: scenarios must be open to different learning paths

• 5: scenario must be adaptable

Prinsiipit: oppija-tiedonantaja

• 6: learning scenarios must propose rich and diversified information sources

• 7: information resources must provide bi-directional communication

• 8: learning scenarios must defne clear information goals

• 9: scenarios must offer tools for information search, annotation and structuring

• 10: telelearning system must offer production tools well adapted to the task involved by each learning activity

Prinsiipit: oppija-oppija

• 11: in a learning scenario, collaborative and individual activities must sustain and build on one another

• 12: collaboration modes must be adapted to the generic process that characterizes a LU

• 13: collab. must use well-coordinated synchronous and asynchronous interactions

• 14: collab. model should identify management activities and tools for peer coordination

Prinsiipit: oppija-treenari/manageri

• 15: assistance interactions in a learning scenario must correspond principles regulating the corresponging generic process

• 16: provide assistance scenarios with multiple facilitators

• 17: assistance should be given carefully, mainly at learner's initiative

• 18: type of guidance from the assistance system should be mainly heuristic and methodological

Mukautuvat ja mukautettavat oppimisympäristöt (ITS ja adaptiivinen hypermedia)

• perinteinen malli: opetuskone tai simulaattori

• mukautuvat järjestelmät: mukana tekoäly

• mukautettavat järjestelmät: parametrisointi

• ei käsitellä: agentit, keinoelämää sisältävät simulaattorit

Terminologia

• mukautuvuus eli adaptiivisuus

• mukautettavuus eli adaptoitavuus

• TAOpetusohjelma = TAOppimisympäristö

• järjestelmä = ohjelma = ohjelmisto

Älykkäät opetusjärjestelmä (Intelligent Tutoring System, ITS)

• pitkä historia: 70-luku

• ITS: pedagogiset perusteet opettamiselle

• ITS: järjestelmällä tietämys oppijasta

• arkkitehtuurissa neljä komponenttia: oppijan malli, opetusstrategia, tietämys, käyttöliittymä

Oppijan mallinnusosa

• oppijan käyttäytyminen, oppiminen, tiedot

• ei koskaan täydellinen - ei haittaa

• käytännössä kirjataan ylös oppijan onnistuminen (ja usein myös epäonnistuminen)

• virheiden tyypitys: satunnainen vs. systemaattinen

Sovellusalueen tietämys

• tavallisessa TAOssa staattisia palasia

• ITS: dynaaminen tietämys

• käsitteiden selitykset ja ohjaavat mallit

• toimii evaluoinnin standardina (asiantuntijan tietämyksen mallina)

• generoi myös välivaiheet

• representaatiot: faktat vs. mentaalimallit

Opetusstrategia

• vastaa ITS:n pedagogiikasta

• taustalla kognitiivinen malli

• didaktinen prosessi: pedagogiset säännöt, prinsiipit, jaksotus, interventio

• kontrollin tasot: tapoja ohjata oppimisprosessia

Käyttöliittymä (kommunikaatio)

• oppija - käyttöliittymä - ITS

• tärkeimmät kysymykset pedagogisia: miten tuetaan oppimista?

• joskus tarvitaan keskustelumalli

• tutkimaton kenttä

ITS-komponenttien yhteistoiminta

Adaptiiviset hypermediaoppimisympäristöt

• ITS jäljittelee hyvän opettajan toimintaa

• AEH mahdollistaa vapaamman ja omatoimisemman konstruktiivisen oppimisen

• oppimista etsimällä hyperavaruudessa

• käytännössä pienet hyperavaruudet eli pienet oppikokonaisuudet

Adaptiivisuuden luokittelua

• adaptoitumisen kohteet

• adaptoitavat ominaisuudet

Adaptoitumisen kohteet

• tietämyksen taso: ITS-järjestelmistä tutut menetelmät

  • semanttinen kartta

  • käsitteen kohdalla arvo, joka on approksimaatio oppijan tietämyksestä

• tavoite: monitasoiset tavoitteet

  • ylin taso: oppiminen

  • alin taso: jonkin ongelman ratkaisu

Adaptoitavat ominaisuudet

• sisällön adaptointi

  • hyperteksti: piilottaa, esitietotekstit, vaihtoehtoiset selitykset, järjestäminen

  • multimedia: ei tehty

• navigoinnissa auttaminen

  • visuaaliset viestit linkeissä, linkkien piilottaminen

  • next-painike: haetaan sopivin materiaali

Vaikutukset oppimiseen

• 1987: Rosenbergin kritiikki

  • 1. kohta

    • oppimisen malli puutteellinen

    • oppijat ja opettajat eivät ole mukana prosessissa

  • 2. kohta

    • testaus on puutteellista

    • esitetyille positiivisille vaikutuksille ei perusteita

Muutoksia ITS-tutkimuksessa

• parannuksia ensimmäiseen kohtaan

• oppimisen malli perusteellinen (esim. Anderson et al.), koska tekijät kognitiotieteilijöitä

• iteratiivinen ja formatiivinen evaluointi

• poikkitieteellinen yhteistyö lisääntymässä

Vielä tehtävää...

• toinen Rosenbergin epäkohta: testauksen puutteellisuus

• Brusilovskyn 1996 katsauksessa todettiin sama

• Brusilovskyn ja Eklundin 1998 katsauksessa ainoastaan yksi validi testi

  • muissa tulokset puutteellisia/ristiriitaisia

Tulevaisuus: painopiste vaihtuu

• älykkäät järjestelmät eivät lunastaneet odotuksia

• rahoittajat kaikkosivat

• WWW siirsi painopistettä adaptiiviseen hypermediaan

• Tapaus Elliot Soloway/Yale

• ei juurikaan kaupallisia sovelluksia

Syy kaupallisten sovellusten puuttumiseen

• hyöty on vähäinen verrattuna kehittelykustannuksiin

  • käytettävyydestä ei tutkittua tietoa

• kustannusten alentaminen

  • työkaluohjelmisto

  • menetelmä mallintaa sovellusalueet ja opetusstrategiat

    • rajoittuneisuus

Tulevaisuus: yhteistoiminnallinen oppiminen

• oppijat oppivat/opettavat toisiltaan/toisiaan

• älykkyyden sisällyttäminen

  • helpottaa: ei tarvita tekoälyä kaikkeen

  • vaikeuttaa: oppijan mallintaminen hankaloituu

• nykyään usein oppimista vain yhden (simuloidun) kumppanin kanssa

• tulevaisuudessa enemmän ihmisiä ja kone vain tukee oppimisprosesseja