Vianhakuprosessin älykäs ohjaus

Transkriptio

1 1 Vianhakuprosessin älykäs ohjaus Pekka Ranta TTY/ Janne Punki TTY/

2 2 Sisällys Metsäkoneasentajan älykäs ja virtuaalinen oppimisympäristö Älykkään tutorointijärjestelmän määrittelyä Aiempia tutkimuksia älykkäiden piirteiden hyödyntämisestä Lähestymistapavalintoja Viitekehyksen hahmottelua Mallit ja säännöt tutoroinnissa Voisiko semanttisilla kuvauksilla tukea älykkäiden piirteiden suunnittelua ja toteutusta?

3 Metsäkoneasentajan älykäs ja virtuaalinen oppimisympäristö - hanke 3 Tavoitteena on kehittää metsäkoneasentajakoulutukseen oppimisympäristö, jonka avulla koulutuksen vaikuttavuutta, laatua ja alan houkuttelevuutta voidaan tukea Hanke alkoi 2006, päättyy

4 Metsäkoneasentajan älykäs ja virtuaalinen oppimisympäristö - hanke 4 Koordinointi: Pohjois-Karjalan ammattiopisto Valtimo Tutkimus-ja kehitystyö: TTY/Hydrauliikan ja automatiikan laitos sekä TTY/ Mukana myös: Opetushallitus, opetusministeriö, metsäkonekoulut, ja valmistajat sekä eltrioverkosto

5 Metsäkoneasentajakoulutuksen haasteet 5 Digitaalisten hallinta-, ohjaus-, mittaus- ja tietoliikennejärjestelmien ymmärtäminen vaatii uuden tyyppisiä vian diagnosointi-, mittaus-, ongelmanratkaisu- ja asennustaitoja Puute oppimisympäristöistä, moderneista opiskelumateriaaleista ja oppimateriaaleista Perinteisten menetelmien rajoitteet dynaamisten prosessien opettamisessa Esim. hydraulikaavion ja aidon koneen välinen käsitekuilu Prosessihavainnollistusten puute

6 Opetuksen sovellusalue: Hydrauliikka 6 Kohdejärjestelmä: Metsäkoneen puomin kuormantunteva hydrauliikka Tarkoituksena, että konseptia voidaan soveltaa muillekin järjestelmille ja aloille Realistinen simulointi Dynaaminen hydraulikaavio 3D-visualisointi Mukautuva oppimateriaali

7 Opetuksen sovellusalue: Hydrauliikka 7

8 Älykkään tutorointijärjestelmä määrittelyä 8 Tutoroinnin tarkoituksena on edistää oppimista ohjaamalla ja neuvomalla. Halff (1988) määrittelee tutorille kolme ominaispiirrettä, jotka tulisi täyttää: Tutorilla on jonkin verran kontrolloitava oppilaalle esitettävää materiaalia. (Mukauttaminen) Tutorin on pystyttävä vastaamaan oppilaan asiaa koskeviin kysymyksiin. Tutorin on kyettävä tietämään, koska oppilas tarvitsee apua ja minkälaista apua hän tarvitsee. Eliot & Woolf (1995) kuvaa tutorointia ohjeistus-/opetus- /ohjausmuotona, joka muotoutuu yksilölliseksi oppilaan mukaan ohjeistusprosessin aikana. Burton (1988) kuvaa tutorin oppilaalle näkyvät seitsemän eri roolia: auttava, tukeva, valtuuttava, reaktiivinen, mallintava, ohjaava/valmentava ja ennakoiva.

9 9 Aiempia lähestymistapoja Karkea jako opastuksen toteutuksessa Tarkka : Yksinkertaisiin sääntöihin perustuva formaaleilla kielillä Sumea : Monimutkaiset tilastoihin ja todennäköisyyksiin perustuva opastus monimutkaisemmissa järjestelmissä Usein ei täyttä toiminnan vapautta Päätöspuut ja oikeat polut opastuksen referenssinä Tulkitaan oppilaan tekemisiä Annetaan oppilaalle palautetta, joko pyydettäessä tai automaattisesti

10 Referenssijärjestelmät Intelligent Tutoring System (ITS) 10 Toteutettuja järjestelmiä: ActiveMath( ) AIS-IFT ( ) Andes ( ) Docs n Drugs ( ELM-ART( IMITS ( ) Sherlock 2, Hydrive, Eaglekeeper Tässä vaiheessa ei ole löytynyt standardia tai yleistä ITS teknologista kehystä sovellusperustaksi Todennäköisyyksiin ja/tai sääntöjärjestelmiin perustuvia ratkaisuja Pitää olla useita tehtäviä tehtynä, jotta saadaan personoitu tuki. Kaikissa ei ole simulaatiota hyödynnetty

11 11 Viitekehyksen hahmottelua Tietotutor vs. taitotutor Mitä vs. miten/miksi Tietäminen/muistaminen vs. Ymmärtäminen/osaaminen Käsitteet vs. prosessi Kirjallisuus vs. toiminta Lähtökohtaisesti taitotutorpohjainen lähestymistapa Tavoitteena osaava ammattilainen Osaaminen ja ymmärtäminen tärkeitä ammattitaidon kannalta Tietotutor olisi lähinnä ainoastaan mukautuva eoppimateriaali

12 12 Viitekehyksen hahmottelua Mahdollisuus esittää vaihtoehtoisia lähestymistapoja rajauksia peukalosääntöjä hyviä käytäntöjä Opastuksen mukautus oppilaalle sopivaksi Ei suoria vastauksia, vaan päättelyn tukea (infer) Virheisiin ja huonoihin toimenpiteisiin vaikuttaminen Oppilaalla mahdollisuus virheiden tekemiseen ja ennen kaikkea niiden havaitsemiseen sekä niistä oppimiseen Suorituksen arviointi ja läpikäynnin tuki Kokeneiden asentajien esimerkkisuoritusten hyödyntäminen

13 13 Viitekehyksen hahmottelua Tilanneseurannan, ohjaus- sekä opetustarkoituksien/- menetelmien ja oppilasmallin yhdistäminen Opastuksen on tuettava Oppilaan käsitteellisen, toiminnallisen ja strategisen ymmärtämisen tasoa ja puutteita Järjestelmän kokonaisymmärryksen muodostumista Vianhaun etenemistä nykyisestä tilasta Opetustarkoitusten täyttymistä Opastus voi olla: Suoraa tai epäsuora vinkki vianhakuun liittyen Arviointi aikaisemmista toimista Asiaan liittyvän oppimateriaalin näyttämistä

14 Vianhaun seuranta ja opastus 14 Periaate: Näkymätöntä ei voi ohjata ja tukea Vianhaun etenemistä seurataan suoritettujen toimenpiteiden ja päättelyn ulkoistusten avulla Käyttäjän vianhakutoimenpiteet helposti seurattavissa Saadaan jo melko kattava mielikuva tilanteesta ja oppilaasta Päättelyn ulkoistus: Oppilaan ajatusprosessiin kiinni pääseminen käyttöliittymän avulla Minimoidaan kirjoitus syötteenä Esimerkiksi rajauksilla, monivalintakysymyksillä, käsitekartan piirrolla,? Käsitteellisen ymmärtäminen ja semanttinen kuvailun yhteys? Seurannan tulokset vaikuttavat oppilasmalliin Oppimisympäristön käsitys oppilaan tietämystasosta järjestelmäymmärtämisen, toiminnallisen osaamisen ja strategisen taidon osa-alueilla

15 Mallit älykkään opastuksen taustalla 15 Tietoa sovellusalueesta, opastuksesta ja oppilaasta Älykäs opastus perustuu mallien tietoihin Järjestelmämalli Tutorointimalli Oppilasmalli Käsitteellinen malli Pedagoginen malli Kognitiivinen malli Prosessimalli Käyttö- ja Ongelmamalli Kokeneen asentajan malli Tietämysmalli

16 Sääntöpohjaiset mallit 16 Esim. käyttö- ja ongelmamalli ja ainakin osin pedagoginen malli Toteutustekniikkana prototyypissä JBoss Rules Java-pohjainen sääntökone (business rules engine) Avoin lähdekoodi (ASF-lisenssi) Standardin mukainen (JSR-94) Drools-projektin tuotteistettu versio Käyttää käsitteiden esitystapana perus Java-olioita Vaihtoehtoja sääntökielen merkkaukseen: xml-drl, drl, dsl tai taulukkomuotoinen-data Rete-algoritmi

17 Käsitteellisen mallit ja käsitteellisen tiedon hyödyntäminen? 17 Oppimisen ja opastuksen tukeminen ontologioiden ja semanttisen kuvailun avulla avulla Oppimateriaalin haku? Mukautuvan tuen määrittely? Tilannetiedon, oppilastiedon ja opetustiedon yhdistäminen? Oppilaan käsitteellisen ymmärtämisen hallinta, havainnointi ja siihen reagointi? Automatisointi Miten/mihin muualle käsitteellistä kuvailu- ja metatietoa voidaan hyödyntää?

18 18 Kiitos mielenkiinnosta! Kommentteja, kysymyksiä?