Tietokoneavusteisen oppimisen järjestelmien komponentit

Transkriptio

1 Tietokoneavusteisen oppimisen järjestelmien komponentit Aija Airaksinen HELSINGIN YLIOPISTO Tietojenkäsittelytieteen laitos

2 Sisällys 1 Johdanto Tietokoneavusteisen oppimisen järjestelmä Sisällönhallintajärjestelmä Sisällönhallintajärjestelmän tavoitteet Sisällönhallintajärjestelmän työkalut Sisällönhallintajärjestelmän tietovarastot Oppimisen hallinnoinnin järjestelmä Oppimisen hallinnoinnin järjestelmän tavoitteet Oppimisen hallinnoinnin työkalut Oppimisen hallinnoinnin tietovarasto Oppimisen sisällön hallinnan järjestelmä Yhteenveto... 9 Lähteet... 10

3 1 1 Johdanto Tietokoneita ja -verkkoja hyödyntävä oppiminen ja opetus voidaan toteuttaa monenlaisilla työvälineohjelmistoilla ja tietovarastoilla. Työvälineillä sisällöntuottajat tuottavat tietojärjestelmään oppimateriaalia ja oppimisympäristön, jossa oppijat voivat käyttää materiaalia opiskellessaan. Sen lisäksi oppijoille voidaan tarjota erilaisia tapoja tehdä yhteistyötä toisten oppijoiden kanssa. Järjestelmän hallinnoijat ja opettajat keräävät oppijoista tarvitsemiaan tietoja, esimerkiksi näiden testituloksia tai osallistumisaktiivisuuden tilastoja. Tietojärjestelmän käyttäjät tahtovat tietojen myös siirtyvän työvälineiden ja tietovarastojen välillä, ja sen vuoksi järjestelmän kehittäjien pitää määrittää työvälineet ja tietovarastojen ominaisuudet siten, että niitä voidaan käyttää yhdessä ja että eri osien välinen tiedonsiirto onnistuu. Järjestelmän jakaminen toiminnallisiin osiin helpottaa rajapintojen luomista ja samalla olemassa olevia työvälineitä voidaan hyödyntää myös muissa järjestelmissä. Standardimuotoisen tiedon tallentamiseen ohjaaminen järjestelmässä taas tukee tiedon siirrettävyyttä. Luvun kaksi aiheena on tietokoneavusteisen oppimisen järjestelmä yleensä ja sen osat. Kolmannessa ja neljännessä luvussa käsitellään tarkemmin kahteen osaan, oppimisen ja sisällön hallinnointiin, jaettu oppimisen järjestelmä työvälineineen ja tietovarastoineen. Viides luku puolestaan käsittelee eri osien toimimista yhdessä. 2 Tietokoneavusteisen oppimisen järjestelmä Tietokoneavusteisen oppimisen järjestelmät muodostuvat sisällön ja oppimisen hallinnan työkaluista ja tietovarastoista. Tietokoneavusteinen oppiminen tarkoittaa sitä, että jotakin tai kaikki opiskelun osat toteutetaan tietokoneen ja tietoverkkojen avulla. Oppimisteorioiden nykysuuntauksen mukaan oppija on keskeisemmässä roolissa kuin opettaminen, ja siksi tässäkin yhteydessä puhutaan tietokoneavusteisesta oppimisesta opetuksen sijaan. [Aho02] Järjestelmien käyttäjiä voivat olla oppijat, sisällöntuottajat, opettajat ja muut pedagogiset tai opittavan sisällön asiantuntijat sekä opetuksen hallinnoijat.

4 2 Jotta tietokoneavusteinen oppiminen onnistuisi asetettujen tavoitteiden mukaisesti, opetuksesta vastaavat tarvitsevat sisällön eli oppimisaihiot (learning object, LO), työkaluja oppimisaihioiden ja oppijan tietojen käsittelyyn ja luomiseen sekä välineet, joilla he voivat saattaa opittavat asiat oppijan ulottuville. [Sun02] Oppimiseen tarvitaan oppimisympäristön ohjelmien ja tietosisällön lisäksi riittävästi tekniikkaa, kuten tietokoneita ja verkon niiden välille. Järjestelmien tulee olla vakaita ja turvallisia, ja niiden saatavuus tulee olla niin hyvä, ettei se kohtuuttomasti vaikeuta opiskelua. On myös tärkeää, että järjestelmän eri osat ja työkalut toimivat yhdessä, ja tietoa voidaan välittää osasta toiseen helposti. [Sun02] Standardit ja tarkasti määritellyt rajapinnat mahdollistavat myös eri järjestelmien osien käyttämisen yhdessä tai tiedon siirtämisen kokonaan eri järjestelmien välillä. Tietokoneavusteisen oppimisen järjestelmän työvälineineen voi jakaa kahteen osaan, oppimisen ja sisällön hallintaan, kuten kuvassa 1 (Learning Management System LMS ja Content Management System CMS). Kuvan mallin kaikkia osia ei välttämättä löydy eri oppimisympäristöistä, ja joissain useammat toiminnot saattavat sisältyä samaan työvälineeseen.

5 3 Kuva 1 Sisällön ja oppimisen hallinnan järjestelmät (CMS ja LMS) [Sun02] 3 Sisällönhallintajärjestelmä 3.1 Sisällönhallintajärjestelmän tavoitteet Sisällönhallintajärjestelmä muodostuu joukosta työvälineitä ja tietovarastoja, joiden tarkoituksena on mahdollistaa oppimisaihioiden ja testien luominen, kokeileminen, hyväksyntä ja julkaiseminen sekä säilyttäminen ja etsiminen [Mas03]. Kuvassa 1 vasen puoli kuvaa sisällönhallintajärjestelmän toimintoja. Järjestelmän tavoitteena on mahdollistaa oppimisaihioiden tehokas uudelleenkäyttö ja yhteentoimivuus eri oppimisympäristöissä. Tämän tavoitteen mahdollistavia tapoja ovat

6 4 sisällön irrottaminen esitystavasta ja tiedon kuvaaminen sopivalla metatiedolla. Toinen tavoite on toimivan työnkulun luominen oppimisaihioiden ja testien käsittelyyn. Työnkulku voidaan järjestää tarjoamalla sisällöntuottajille sopivat työvälineet, ja asettamalla niiden käyttöoikeudet oikein. [Nic01] Esimerkiksi sisällöntuottaja voi luoda oppimisaihion ja liittää siihen metatiedon siitä, mitä aihetta materiaali käsittelee. Sen jälkeen hän tallettaa aihion oppimateriaalipankkiin, jolloin siihen liitetään tieto viimeisimmästä muutoksesta. Opettaja voi sitten hakea opettamaansa aiheeseen sopivan materiaalin pankista ja julkaista sen kurssillaan. 3.2 Sisällönhallintajärjestelmän työkalut Sisällönhallintajärjestelmän työkaluilla voidaan luoda ja järjestää kokonaisuuksiksi oppimisaihioita, testikysymyksiä ja opetustarjontaa. On olemassa monia työkaluja, joiden avulla käyttäjät voivat luoda oppimisaihioita ja testikysymyksiä sekä muokata aiemmin luotua materiaalia. Eri tyyppisten aineistojen luomiseen on olemassa erilaisia työkaluja, esimerkiksi videoleikkeiden tai tekstiaineiston käsittelyyn on järjestelmässä erilaiset työvälineet. Oppimisaihioita voi eri järjestelmissä luoda joko erikseen sitä varten luoduilla työvälineillä tai sitten yleisillä esitysten, tekstin tai muun sellaisen käsittelyyn käytettävillä työvälineohjelmistoilla [Nic01]. Kaiken tyyppisiin oppimisaihioihin ja testikysymyksiin voi kuitenkin liittää metatietoa, joka tallentuu sisällön mukana oppimateriaalipankkiin. Sen jälkeen kun käyttäjät ovat luoneet oppimisaihioita järjestelmään, on niistä mahdollista koota erilaisia paketteja eri kurssien tai oppijoiden käyttöön. Tällaisia paketteja voidaan koota esimerkiksi samasta aiheesta tai samalla esitystavalla luoduista oppimisaihioista tai sitten kootut oppimisaihiot voivat muodostaa oppitunnin sisältäen vaikka esittelyn, harjoituksia ja lopuksi kokeen aiheesta. Käyttäjät voivat sitten siirtää koottuja paketteja eri oppimisympäristöjen välillä [MAS03]. Opintotarjottimen hallinnalla tarkoitetaan erilaisten tietokoneavusteisten kurssien tarjonnan kokoamista mahdollisten oppijoiden saataville. Erilaisia tarjottimia voidaan koota erilaisille kohderyhmille, kuten tietyn pätevyyden omaaville tai tiettyä tutkintoa suorittaville. Opintotarjottimen kautta näillä työvälineillä voidaan myös hallinnoida muita opetuksen järjestävän tahon resursseja, kuten opettajien aikatauluja tai vaikka opetustiloja. [Sun02]

7 5 3.3 Sisällönhallintajärjestelmän tietovarastot Sisällönhallintajärjestelmässä säilytettävää tietoa ovat oppimisaihiot, joihin myös testikysymykset voidaan laskea, ja opintotarjotin, eli järjestelmän kautta tarjottavat opinnot. Oppimisaihiovaraston käyttäjiä voivat olla sisällöntuottajat, jotka lisäävät ja muokkaavat uusia oppimisaihioita tai muut tietokoneavusteisen oppimisjärjestelmän käyttäjät, jotka hyödyntävät varastosta löytyviä aihioita. Opintotarjontaan taas tutustuvat mahdolliset tulevat oppijat ja sinne sisältöä luovat oppimisjärjestelmän hallinnoijat. [Sun02] Molemmissa tietovarannoissa tärkeää on se, että haluttu tieto löytyy tarvittaessa nopeasti. Tietovarantoihin liittyy siksi hakemisto, ja sen avulla sopivia oppimisaihioita tai kursseja voi etsiä erilaisilla hakuehdoilla. Oppimisaihioiden hyödyntämisen helpottamiseksi niihin liitetään metatietoa, eli tietoa oppimisaihioin sisällöstä, luojasta, tyypistä ja pedagogisista ominaisuuksista. Tällaisia tietoja voivat olla esimerkiksi oppiaine, johon aihio liittyy, tiedostomuoto ja tekijänoikeustiedot tai tieto siitä minkä tasoisille oppijoille sisältö on tarkoitettu. Yleisimmin käytetty oppimisaihioiden metatiedon standardi on IEEEn kehittämä LOM (Learning Object Metadata) - standardi. Testikysymyksille ja tenteille on olemassa oma IMS:n määrittämä standardinsa QTI (Question & Test Interoperability). [Mas03] Sisällönhallintajärjestelmän tietovarannoissa voidaan säilyttää myös tietoa siitä, missä tilassa kukin oppimisaihio tai kurssi on. Oppimisaihiosta voi olla olemassa useita versioita, voi olla että joku on juuri muokkaamassa kyseistä aihioita, eikä sitä silloin voi linkittää uusiin kursseihin tai voi olla että uutta aihiota ei ole vielä virallisesti hyväksytty julkaistavaksi oppimisjärjestelmässä. Kurssi puolestaan voi olla vasta valmisteilla tai jo päättynyt tai voi olla, että sille osallistuu jo niin monta oppijaa, ettei enempää mahdu. [Sun02] 4 Oppimisen hallinnoinnin järjestelmä 4.1 Oppimisen hallinnoinnin järjestelmän tavoitteet Oppimisen hallinnoinnin järjestelmän tarkoituksena on mahdollistaa oppimisen ja opetuksen hallinnointi tietokoneen avulla. Oppijoille järjestelmä tarjoaa mahdollisuuden osallistua erilaisille kursseille ja päästä niiden kautta käsiksi oppimisaihioihin. Sen

8 6 lisäksi oppimisen hallinnan järjestelmä mahdollistaa oppijoiden välisen kommunikoinnin ja yhteistyön. Oppijat voivat myös suunnitella ja seurata omia oppimispolkujaan ja edistymistään tällaisen järjestelmän työkalujen avulla. Kuvassa 1 oikea puoli kuvaa opetuksen hallinnoinnin järjestelmän toimintoja. Opiskelun ja opetuksen hallinnoijat puolestaan voivat luoda järjestelmässä kursseja ja muita oppimiskokonaisuuksia sekä seurata oppijoiden toimintaa ja oppimistuloksia. He voivat myös asettaa tavoitteita oppijoille.[nic01] Esimerkiksi työnantaja voi määritellä yrityksen oppimisympäristössä, mitkä sisällöt jokaisen tietyssä tehtävässä toimivan täytyy opiskella tai osoittaa hallitsevansa ennen etenemistä seuraavalle tasolle. 4.2 Oppimisen hallinnoinnin työkalut Oppimisen hallinnoinnin eri osa-alueiden työkalut ovat opintojen suunnittelun avustaja, opintorekisteri, sisällön käyttöympäristö, yhteinen työtila sekä testi- ja koetila. Opintoja suunnitellessaan oppija asettaa itselleen tavoitteen, esimerkiksi tutkinnon, jonka tahtoo läpäistä. Tavoitteita voivat oppijan lisäksi asettaa myös esimerkiksi työnantaja tai opettaja. Tavoitteet kirjataan järjestelmään, ja opintojen suunnittelun avustaja näyttää opiskelijalle tai hallinnoijalle järjestelmässä tarjolla olevista opinnoista ne, joihin opiskelija voi osallistua tai jotka edistävät hänen itselleen asettamia tavoitteita. Opintojen suunnitteluun vaikuttaa tavoitteiden lisäksi oppijan nykyinen tieto- ja taitotaso ja opintohistoria, jotka myös voivat löytyä oppimisen hallinnointijärjestelmästä. Tavoitteista ja opintotarjottimen tarjonnasta oppijalle voidaan sitten koota henkilökohtainen opintosuunnitelma, joka tallennetaan hänen tietoihinsa. Opintorekisteriin puolestaan tallennetaan oppijan suorittamat opinnot ja tutkinnot tai läpäisemät kokeet tuloksineen. Rekisterin avulla hallintohenkilöstö voi myös hallinnoida ilmoittautumisia ja kurssien osallistujien tietoja, ja opettaja tai kurssin vetäjä voi valita osallistujiksi hyväksyttävät oppijat. Käyttöympäristö tarjoaa oppijoille ja muille järjestelmän käyttäjille heidän tarvitsemansa tai kurssin luojan valitsemat työkalut ja oppimisaihiot sekä muut tietovarastojen tiedot. Tällaisia voivat olla oppimateriaali, kyselyt ja harjoitukset, keskusteluryhmät, verkkojuttelumahdollisuudet, tai yhteinen työtila. Tarjotut työvälineet voivat olla joko tahdistamattomia (asynchronous) tai yhtäaikaista käyttöä vaativia. Tahdistamattomat työvälineet ovat sellaisia, joita kukin oppija voi käyttää itse valitsemanaan aikana, eivätkä ne vaadi toisten läsnäoloa. Yhtä aikaa taas täytyy käyttää esimerkiksi

9 7 verkkojuttelumahdollisuuksia tai osallistua videoneuvotteluun. Yhteisessä tilassa tehdystä opiskelusta voidaan kuitenkin tarvittaessa tehdä nauhoitus; video tai esimerkiksi keskustelukooste, jonka opettaja tai joku muu sisällöntuottaja myöhemmin liittää kurssin materiaaliksi. Oppimisen hallinnoinnin yksi työtila on testi- ja koetila, jossa oppija voi osallistua kokeisiin ja tehdä harjoituksia opiskelemistaan aiheista. Testien kysymyksiä säilytetään oppimisaihiovarastossa ja tulostiedot liitetään opiskelijan tietoihin, tutkintoja ja tulevaa opintojen suunnittelua varten. [Sun02] 4.3 Oppimisen hallinnoinnin tietovarasto Oppimisen hallinnointijärjestelmä tuottaa tietoja oppijoista. Tiedot voidaan tallentaa kunkin oppijan profiiliin, josta niitä voidaan myöhemmin käyttää erilaisiin tarkoituksiin. Oppijan tietoja voivat olla henkilötiedot ja asema organisaatiossa, jossa järjestelmä toimii, opiskelusuunnitelmat, käydyt kurssit ja suoritettujen testien tulokset. Järjestelmässä pitää erikoisesti tässä kohdin huolehtia siitä, että tietoja pääsevät lukemaan vain ne, joilla siihen on oikeus. Myös oppijan nykyinen opiskelutilanne voi löytyä hänen profiilistaan. Oppijan tietoja etsiessään hallinnoija saa selville, mille kursseille oppija on ilmoittautunut ja kuinka aktiivisesti hän on kurssin työvälineitä käyttänyt. [Sun02] Esimerkiksi järjestelmästä voi löytyä tieto siitä, kuinka usein käyttäjä on osallistunut verkkokeskusteluun tai kuinka moneen kurssin oppimisaihioista hän on tutustunut. Näitä aktiivisuustietoja kurssien hallinnoijat voivat käyttää paitsi oppijoiden seurantaan myös kurssin oppimistulosten tai opetuksen laadun arviointiin varsinaisten koetulosten lisäksi. 5 Oppimisen sisällön hallinnan järjestelmän toiminta Oppimisen hallinnoinnin järjestelmän ja sisällönhallintajärjestelmän yhdistelmää voidaan kutsua oppimisen sisällön hallinnan järjestelmäksi (Learning Content Management System LCMS). Kun osat toimivat yhdessä, myös oppijoiden ja opetuksen hallinnoijien sekä sisällön tuottajien yhteistoiminta tehostuu. [Nic01] Oppijat voivat valita vain itselleen tarpeelliset oppimisaihiot tai järjestelmä voi seurata esimerkiksi millaisissa testeissä oppija ei vielä pärjää kovin hyvin ja etsiä sitten näitä taitoja kehittäviä uusia oppimisaihioita tai kursseja ja tarjota niitä oppijalle. Oppimisen hallinnoinnin

10 8 järjestelmästä poimitaan tiedot opiskelijan opintohistoriasta, testituloksista tai suunnittelemasta opintopolusta ja sisällönhallintajärjestelmästä etsitään oppijan tarpeisiin sopivia oppimisaihioita tai kursseja. Sisällöntuottajat voivat käyttää tällaista järjestelmää myös tulevien tarpeiden selvittämiseen. Jos esimerkiksi useiden oppijoiden tavoitteissa on jonkin sellaisen tutkinnon tai taidon saavuttaminen, jota vastaavaa opetusta järjestelmä ei vielä tarjoa, kannattaa sellaista sisältöä alkaa tuottamaan. Toisaalta taas, jos jotakin oppimisaihioita käytetään harvoin, tai käytön jälkeen suoritettavissa testeissä oppijat saavuttavat heikkoja tuloksia, voivat hallinnoijat tai opettajat harkita sisällön muokkaamista tai käytöstä poistamista. [Nic01] Kuvassa 2 on tällainen järjestelmä. Siinä sisällöntuottajat ja pedagogit luovat oppimisaihioita ja niiden metatietoa, järjestelmän hallinnoijat hyväksyvät uusia oppimisaihioita tietovarantoon ja luovat aihioista tarpeellisiksi katsomiaan kokonaisuuksia ja kursseja, joita oppijat sitten voivat käyttää kukin omien tarpeidensa mukaan. [Nic01]

11 9 Kuva 2 Oppimisen sisällön hallintajärjestelmä ja sen toimijat [Nic01] 6 Yhteenveto Tietokoneavusteisen oppimisen järjestelmä muodostuu useista erilaisista toiminnoista, joiden tarkoituksena on tukea ja mahdollistaa oppiminen tietokoneen avulla. Järjestelmän osat voidaan jakaa kahteen kokonaisuuteen, joista toinen keskittyy oppimisen hallinnointiin ja toinen opittavan sisällön hallinnointiin.

12 10 Sisällönhallintajärjestelmän toiminnallisuuksia ovat sisällön eli oppimisaihioiden ja testikysymysten luominen ja yhdistäminen mielekkäiksi kokonaisuuksiksi sekä kurssitarjonnan kokoaminen opintotarjottimiksi erilaisten ehtojen mukaan. Luotavat oppimisaihiot ja kysymykset tallennetaan myöhempää käyttöä varten tietovarastoon. Uudelleenkäytön tukemiseksi niihin liitetään metatietoa, esimerkiksi tietoa siitä mitä aihetta oppimisaihio käsittelee tai missä muodossa se on tallennettu. Sisällönhallinnan järjestelmä voi myös huolehtia oppimisaihioiden ja kurssien käyttöoikeuksista sekä ylläpitää tietoa siitä, missä elinkaarensa vaiheessa ne ovat. Oppimisen hallinnoinnin järjestelmä puolestaan sisältää tietoja oppijoista sekä työvälineitä näiden tietojen käsittelyyn ja keräämiseen. Tällaisia työvälineitä ovat opintorekisteri, opintojen suunnittelun avustaja, sisällön käyttöympäristö, yhteinen työtila sekä testi- ja koetila. oppijoista kerättävää tietoa ovat hänen suorittamansa opinnot ja tutkinnot, koetulokset ja tiedot osallistumisesta kurssien oppimistehtäviin. Tietokoneavusteisen oppimisen järjestelmän eri osien välillä vaihdetaan tietoja, esimerkiksi oppimisaihioita tarvitaan sekä sisällöntuottamisen työkaluissa kuin käyttöympäristössäkin. Opiskelija tarvitsee kurssien tietoja suunnitellessaan omien opintojensa etenemistä eli opintopolkuaan ja järjestelmän hallinnoijat saattavat tarvita samoja tietoja kootessaan opintotarjotinta erilaisille kohderyhmille. Jotta tieto liikkuisi sujuvasti eri osien välillä, ja jotta myös eri järjestelmien osia voisi käyttää yhdessä, on tärkeää luoda sellaisia työvälineitä, jotka toimivat eri järjestelmissä. Standardit ja samanlaiset rajapinnat eri toiminnallisuuksien välillä sekä tiedon kokoaminen helposti liikuteltaviksi kokonaisuuksiksi mahdollistavat yhteentoimivuuden, ja olemassa olevan tiedon mahdollisimman hyvän uudelleenkäytettävyyden. Lähteet Aho02 Mas03 Ahonen, P., Virtuaaliyliopisto mahdollistaa verkko-opiskelun, IT-viikon sanastopakinat, , [ ] Making Sense of Learning Specifications & Standards: A Decision Maker's Guide to their Adoption, 2 nd edition, Masie center industry report, [ ]

13 11 Nic01 Nichani, M., LCMS = LMS + CMS [RLOs], 2001, [ ] Sun02 E-learning Application Infrastructure, Sun Microsystems inc. White Paper, 2002, [ ]