PhD

ΤΟΜΕΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

∆ Ι ∆ Α Κ Τ Ο Ρ Ι Κ Η ∆ Ι Α Τ Ρ Ι Β Η

Μ Ι Α Α Ρ Χ Ι Τ Ε Κ Τ Ο Ν Ι Κ Η

Α Ν Α Φ Ο Ρ Α Σ Γ Ι Α Α Ν Ο Ι Κ Τ Α

Σ Υ Σ Τ Η Μ Α Τ Α ∆ Ι Α Χ Ε Ι Ρ Ι Σ Η Σ

Τ ^{Η Σ} Μ Α Θ Η Σ Η Σ Π α ρ α σ κ ε υ ά ς Χ . Α υ γ ε ρ ί ο υ

Ε π ί β λ ε ψ η : Ε µ µ . Σ κ ο ρ δ α λ ά κ η ς , Κ α θ η γ η τ ή ς Ε . Μ . Π .

Α θ ή ν α , Ι α ν ο υ ά ρ ι ο ς 2 0 0 3

Αφιερώνεται στους γονείς µου, Χρήστο και ∆έσποινα!

Π ρ ό λ ο γ ο ς

Η διατριβή αυτή είναι το απαύγασµα µιας ερευνητικής πορείας που ξεκίνησε στο τέλος του 1999 στο Εργαστήριο Τεχνολογίας Λογισµικού του ΕΜΠ. Φτάνοντας σε µια ακόµα Ιθάκη της ζωής µου, αναλογίζοµαι το µακρύ δρόµο, γεµάτο περιπέτειες, γεµάτο γνώσεις.

Χαµογελάω µε τα πλούτη που απέκτησα στο δρόµο. Μέσα από δυσκολίες, εµπόδια, χαρές, απογοητεύσεις και θριάµβους, έρχοµαι να παραδώσω τούτη εδώ τη διατριβή, το δικό µου λιθαράκι στην επιστήµη της Τεχνολογίας Λογισµικού.

Ο Θεός µε αξίωσε να φέρω εις πέρας το πόνηµα αυτό, ενώ φρόντισε έτσι ώστε να µην πορευθώ µόνος στο ταξίδι µου. Αισθάνοµαι τυχερός γιατί συνοδεύτηκα από πολλούς και αξιόλογους ανθρώπους, στους οποίους οφείλω την αγάπη µου και πολλά άλλα.

Αρχίζοντας από την οικογένεια µου, ευχαριστώ περισσότερο από όλους, τους γονείς µου Χρήστο και ∆έσποινα στους οποίους αφιερώνω αυτή τη διατριβή για την απέραντη αγάπη και υποµονή τους τα τελευταία... 26 χρόνια. Επίσης είµαι για πάντα ευγνώµων στην αδελφή µου Σίσσυ και στο γαµπρό µου Βαγγέλη που αποτελούν και τους επίσηµους... «χορηγούς οικιακής ψυχαγωγίας» της διατριβής αυτής και προσωπικούς µου διδάσκαλους γευσιγνωσίας.

Εξίσου ευχαριστώ τον αδελφό µου Λουκά που µου έδινε δύναµη µε το απίστευτο χιούµορ του, τη φιλοξενία του κατά τις εξορµήσεις µου στην Πάτρα αλλά και τις... επιδόσεις του στην κιθάρα.

Επόµενοι στις ευχαριστίες µου είναι οι επιβλέποντες καθηγητές µου. Ευχαριστώ τον κ.

Μανόλη Σκορδαλάκη που µου έκανε την τιµή να επιβλέψει τη διατριβή µου και στάθηκε πλάι µου ακούραστος και πρόθυµος να µε στηρίξει σε όλη την πορεία µου. Η κριτική του θεώρηση, η οξύτατη διαίσθηση του και η αυστηρότητα του δικού του τρόπου εργασίας, επέδρασαν καταλυτικά στην ερευνητική µου δραστηριότητα καθ’ όλη την εκπόνηση της διατριβής αυτής. Τον ευχαριστώ ιδιαίτερα γιατί µε συµβούλεψε εξ’ αρχής να ασχοληθώ µε αυτό το ερευνητικό πεδίο αλλά και γιατί το σύστηµα «Αθηνά» είναι δικό του πνευµατικό παιδί. Οι συχνές και πολύωρες συζητήσεις µας, µου έδιναν πάντα γόνιµη τροφή για προβληµατισµό και ερευνητικό προσανατολισµό. Έµαθα πολλά κοντά του, τα οποία ελπίζω να διαφανούν στη µελλοντική µου πορεία.

Έπειτα ο κ. Σίµος Ρετάλης, µε τον οποίο έχω την τιµή και την τύχη να συνεργάζοµαι για αρκετά χρόνια. Του οφείλω πολλά ευχαριστώ γιατί καταρχήν µου έµαθε τεχνηέντως «τα µυστικά του επαγγέλµατος» αλλά και µε καθοδήγησε µε διακριτική επιτήρηση στην

«ενηλικίωση» µου ως επιστήµονα και ερευνητή. Μου έδωσε τη δυνατότητα να ασχοληθώ µε πολλά θέµατα που αργότερα αποτέλεσαν κοµµάτια του παζλ, κατά τη συγγραφή της

-2-

διατριβής. Μου µετέδωσε αρκετά στοιχεία από την υπερ-δραστήρια και παραγωγική φύση του και µου κληροδότησε µια ευρεία οπτική αντίληψη στο ερευνητικό µου πεδίο.

Πολύ σηµαντική είναι και η βοήθεια του αξιότιµου καθηγητή κ. Γεώργιου Παπακωνσταντίνου, που ως µέλος της τριµελής µου επιτροπής συνέβαλλε µε τα εποικοδοµητικά του σχόλια και τη γόνιµη κριτική του θεώρηση. Έδειξε µεγάλο ενδιαφέρον για το θέµα της διατριβής µου και µε υποστήριξε θερµά στα διάφορα στάδια της ερευνητικής µου πορείας.

Το εργαστήριο Τεχνολογίας Λογισµικού που εργάστηκα τα τελευταία χρόνια µου έδωσε την ευκαιρία να συνεργαστώ αλλά, και ακόµα πιο σηµαντικό, να κάνω παρέα µε αρκετούς ακόµα ανθρώπους. Υπέρ-ευχαριστώ τον κ. Νίκο Παπασπύρου, που αποτέλεσε προσωπικό µου σύµβουλο σε διάφορα θέµατα και ιδιαίτερα σε κάποιες δηµοσιεύσεις αλλά και στη διατριβή µου. Ένα µεγάλο ευχαριστώ και στον κ. Ανδρέα Παπασαλούρο που αποτέλεσε πολύτιµος συνεργάτης και συνερευνητής, καλός φίλος και συνταξιδιώτης. Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω θερµά τους «παλιούς» του εργαστηρίου, τους αγαπητούς, κατά σειρά αρχαιότητας, Γιάννη Ψαροµήλιγκο, Βασίλη Βεσκούκη, Τάσο Κουτουµάνο, Κλειώ Σγουροπούλου και Κώστα Ταβερναράκη. Ήταν πάντα πρόθυµοι να συζητήσουν µαζί µου και να µοιραστούµε προβληµατισµούς για διάφορα θέµατα είτε σε ακαδηµαϊκό περιβάλλον είτε µε τη συντροφιά µιας κούπας καφέ ή ενός ποτηριού κρασιού. Επί την ευκαιρία να ευχηθώ καλή τύχη και στους «νέους» του εργαστηρίου, τον Πέτρο, τον Άγγελο, το ∆ηµήτρη και το Βασίλη. ∆εν πρέπει επίσης να ξεχάσω τους (κυριολεκτικά) δεκάδες φοιτητές της Τεχνολογίας Λογισµικού που δούλεψαν κατά οµάδες πάνω στα διάφορα υποσυστήµατα της

«Αθηνάς» και παρήγαγαν ένα µεγάλο και αξιόλογο κοµµάτι της. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω τους καθηγητές David Garlan, Clements Szyperski, Harald Haugen, Bodil Ask, Arvid Staupe για τις κατά καιρούς συζητήσεις που είχα µαζί τους και µε βοήθησαν άµεσα ή έµµεσα.

Όσον αφορά την κοινωνική µου ζωή, το µεγαλύτερο ευχαριστώ το αξίζει η Σοφία µου, η οποία ανήκει στη... γνωστή κατηγορία των «αφανών ηρώων ενός διδακτορικού». Πολλά ευχαριστώ επίσης στα φιλαράκια µου (κατά σειρά εµφανίσεως!) Πάκη, Ανδρέα, Μαρία Π., Μιχάλη, Μαρία Γ., Ερµόλαο, Στρατή, ∆ιονύση που φρόντιζαν ώστε η ακαδηµαϊκή µου ζωή να µετατρέπεται σε προσωρινή λήθη. Ακόµη, να εκφράσω τις ευχαριστίες µου, στη διεθνή παρέα “Lipari gang” που δηµιουργήθηκε το περασµένο καλοκαίρι στα Αιολικά νησιά της Σικελίας.

Τέλος, θέλω να αναγνωρίσω ότι η διατριβή αυτή πραγµατοποιήθηκε εν µέρει χάρη στη χρηµατοδότηση από ευρωπαϊκά και εθνικά ερευνητικά έργα. Αυτά τα έργα είναι: «MENU:

A Model for a European Networked University» του προγράµµατος e-Learning της Ε.Ε.,

«E-LEN: A network of e-learning centers» του προγράµµατος SOCRATES της Ε.Ε., και

«FL-ArchDesign: Τυπικές Γλώσσες Περιγραφής της Αρχιτεκτονικής Σχεδίασης Συστηµάτων Λογισµικού», του προγράµµατος ενίσχυσης της βασικής έρευνας ΘΑΛΗΣ του ΕΜΠ.

Πάρης Αθήνα, Ιανουάριος 2003

-4-

Π ί ν α κ α ς Π ε ρ ι ε χ ο µ έ ν ω ν

1

1.1 Νέα τεχνολογικά συστήµατα στην εκπαίδευση ...13

1.2 Αντικείµενο της διατριβής ...16

1.3 Ερευνητική µεθοδολογία ...22

1.4 Στίγµα της διατριβής...24

1.5 Συµβολή της διατριβής...24

1.6 ∆ιάρθρωση της διατριβής ...27

2

2.1 Αρχιτεκτονική Συστηµάτων ...29

2.1.1 Εισαγωγή ...29

2.1.2 Ορισµοί ...30

2.1.3 Αρχιτεκτονική: τέχνη και επιστήµη ...32

2.1.4 Η αρχιτεκτονική στα πλαίσια του αναπτυξιακού κύκλου ζωής...34

2.2 Λογισµική Αρχιτεκτονική...34

2.2.1 Ιστορία ...35

2.2.2 Ορισµός της Λογισµικής Αρχιτεκτονικής ...35

2.2.3 Επαναχρησιµοποίηση σε επίπεδο αρχιτεκτονικής ...36

2.2.4 Ανάπτυξη λογισµικού που βασίζεται στην αρχιτεκτονική ...39

2.2.5 Προσεγγίσεις αρχιτεκτονικής σχεδίασης ...40

2.2.6 Γλώσσες Περιγραφής της Αρχιτεκτονικής ...41

2.2.7 Τα πλεονεκτήµατα της αρχιτεκτονικής σχεδίασης. ...44

2.2.8 Η αρχιτεκτονική ως µοχλός διασφάλισης της ποιότητας...46

2.3 Τι έπεται...48

3

3.1 Επιχειρησιακά συστήµατα και Σ∆Μ...49

3.2 Συστήµατα Μαθησιακής Τεχνολογίας ...50

3.3 ∆ιαδικτυακά Συστήµατα Μάθησης...54

3.3.1 Το ανθρώπινο υποσύστηµα...57

3.3.2 Το υποσύστηµα των µαθησιακών πόρων...58

3.3.3 Το υποσύστηµα τεχνολογικής υποδοµής ...58

3.4 Συστήµατα ∆ιαχείρισης της Μάθησης ...59

3.4.1 Μια εισαγωγή στα Συστήµατα ∆ιαχείρισης της Μάθησης ...59

3.4.2 Σενάρια χρήσης και κατηγορίες των Σ∆Μ...59

3.4.3 Λειτουργικά στοιχεία των Σ∆Μ ...62

3.5 Προτυποποίηση και Σ∆Μ...65

3.5.1 Πρότυπα µαθησιακής τεχνολογίας... 65

3.5.2 Οργανισµοί και οµάδες προτυποποίησης ... 66

3.5.3 Θεµατικές περιοχές προτυποποίησης της Μαθησιακής Τεχνολογίας ... 70

3.5.4 Η παρούσα κατάσταση των προτύπων ... 77

3.6 Τι έπεται ... 78

4

4.1 Μοντελοποίηση των ΣΜΤ ως επιχειρησιακά συστήµατα ... 79

4.2 Μεθοδολογία επιχειρησιακής µοντελοποίησης... 82

4.3 Το επιχειρησιακό µοντέλο ενός Συστήµατος Μαθησιακής Τεχνολογίας ... 84

4.3.1 Το επιχειρησιακό µοντέλο περιπτώσεων χρήσης ... 85

4.3.2 Το µοντέλο επιχειρησιακών αντικειµένων ... 86

4.4 Το επιχειρησιακό µοντέλο ενός ∆ΣΜ ... 91

4.4.1 Το ανθρώπινο υποσύστηµα ... 92

4.4.2 Το υποσύστηµα των µαθησιακών πόρων ... 92

4.4.3 Το υποσύστηµα της τεχνολογικής υποδοµής ... 93

4.4.4 Οι περιπτώσεις χρήσης για το ∆ΣΜ ... 94

4.5 Τι έπεται ... 98

5

5.1 Εισαγωγή... 99

5.2 Μορφήµατα για Σ∆Μ... 102

5.3 Ο Κατάλογος των µορφηµάτων ... 107

5.3.1 Προσωποποίηση (Personalization) ... 107

5.3.2 Ανακοινώσεις µαθήµατος (Course announcements) ... 108

5.3.3 ∆ιάχυτες αναφορές (Pervasive references) ... 109

5.3.4 Εργαλειοσύνολο µελέτης (Study toolkit)... 110

5.3.5 Αναζήτηση (Searching)... 111

5.3.6 ∆ηµιουργία και προσαρµογή µαθηµάτων (Course creation and customization) ... 112

5.3.7 Παρακολούθηση των µαθητών (Student tracking) ... 113

5.3.8 Αρχικοποίηση µαθήµατος (Course initialization) ... 114

5.3.9 Αντίγραφα ασφαλείας των µαθηµάτων (Course backup) ... 115

5.3.10 Ηλεκτρονικό βιβλίο (e-book) ... 116

5.3.11 Γλωσσάρι (Glossary)... 116

5.3.12 Σύνταξη ιστοσελίδων (Web page editing) ... 117

5.3.13 Εγγραφή, πιστοποίηση και έλεγχος πρόσβασης (registration, authentication and access control)... 118

5.3.14 ∆ιαγωνίσµατα αξιολόγησης (Assessment tests) ... 118

5.3.15 Οµάδες µαθητών (Student groups) ... 119

5.3.16 Ανατιθέµενες εργασίες (Assignments)... 120

5.3.17 Ασύγχρονη συνεργατική µάθηση (Asynchronous collaborative learning) ... 121

5.3.18 Σύγχρονη συνεργατική µάθηση (Synchronous collaborative learning) ... 122

5.3.19 Υποστήριξη χρηστών (User support) ... 123

5.3.20 Ηµερολόγιο (Calendar) ... 123

5.4 Τι έπεται ... 125

-6-

6

6.1 Αρχιτεκτονική σχεδίαση ...127

6.1.1 Χρήση ενός επιχειρησιακού µοντέλου ...127

6.1.2 Συµµόρφωση µε το πρότυπο IEEE 1471-2000 ...128

6.1.3 Εφαρµογή της Rational Unified Process ...128

6.1.4 Χρήση της Unified Modeling Language ...129

6.2 Από το επιχειρησιακό µοντέλο στο µοντέλο περιπτώσεων χρήσης ...129

6.3 Προσδιορισµός ενδιαφεροµένων και ενδιαφερόντων...137

6.4 Οι αρχιτεκτονικές σκοπιές ...138

6.4.1 Η σκοπιά των Περιπτώσεων Χρήσης...138

6.4.2 Η Λογική σκοπιά...139

6.4.3 Η Παραταξιακή σκοπιά ...140

6.4.4 Η σκοπιά Υλοποίησης ...140

6.4.5 Η ∆εδοµενική σκοπιά ...141

6.5 Αρχιτεκτονικές όψεις...142

6.5.1 Η όψη Περιπτώσεων Χρήσης ...142

6.5.2 Η Λογική όψη ...148

6.5.3 Η Παραταξιακή όψη ...156

6.5.4 Η όψη Υλοποίησης και η όψη ∆εδοµένων...157

6.6 Αρχιτεκτονικά µορφήµατα ...157

6.7 Υποστήριξη προτύπων στην αρχιτεκτονική...158

6.8 Ποιοτικά χαρακτηριστικά...160

6.9 Μετάβαση από την αρχιτεκτονική αναφοράς σε µια συγκεκριµένη λογισµική αρχιτεκτονική ...160

6.9.1 Ενδιαφερόµενοι και θέµατα αποστολής, καταλληλότητας και εφικτότητας ...161

6.9.2 Αποφάσεις υλοποίησης ...162

6.9.3 Η Λογική όψη ...164

6.9.4 Η όψη Υλοποίησης ...166

6.9.5 Η Παραταξιακή όψη ...169

6.9.6 Υλοποίηση προτύπων στο πρωτότυπο ...170

6.10 Τι έπεται...171

7

7.1 Από την αρχιτεκτονική στο πρωτότυπο ...173

7.2 Ενδεικτικά υποσυστήµατα του αρχιτεκτονικού πρωτοτύπου ...176

7.2.1 Υποσύστηµα ταυτοποίησης χρήστη ...177

7.2.2 Υποσύστηµα αυτό-αξιολόγησης...177

7.2.3 Υποσύστηµα παρουσίασης στατιστικών στοιχείων ...179

7.2.4 Υποσύστηµα διαχείρισης µεταδεδοµένων ...180

7.2.5 Υποσύστηµα σύγχρονης κειµενικής συνδιάσκεψης...182

7.2.6 Υποσύστηµα πελάτη βάσης δεδοµένων ...183

7.2.7 Υποσύστηµα συγγραφής ιστοσελίδων ...184

7.2.8 Υποσύστηµα υποβολής εκφωνήσεων και παραδοτέων ...185

7.2.9 Υποσύστηµα ηµερολογίου ...186

7.2.10 Υποσύστηµα ανακοινώσεων ... 187

7.2.11 Υποσύστηµα γραφείου υποστήριξης χρηστών ... 188

7.3 Τι έπεται ... 189

8

8.1 Η αρχιτεκτονική διασφαλίζει την ποιότητα των Σ∆Μ ... 191

8.2 Πλαίσιο αξιολόγησης... 193

8.3 Η αξιολόγηση των ποιοτικών χαρακτηριστικών... 196

8.3.1 Ποιοτικά χαρακτηριστικά του συστήµατος αισθητά κατά το χρόνο εκτέλεσης... 197

8.3.2 Ποιοτικά χαρακτηριστικά του συστήµατος µη αισθητά κατά το χρόνο εκτέλεσης ... 199

8.4 Τι έπεται ... 202

9

9.1 Εισαγωγή... 203

9.2 Σχετικές ερευνητικές προσπάθειες... 204

9.2.1 H Αρχιτεκτονική Συστηµάτων Μαθησιακής Τεχνολογίας ... 204

9.2.2 Η βιοµηχανική προσέγγιση ... 205

9.2.3 H αρχιτεκτονική του OKI ... 207

9.2.4 Το πρότυπο Schools Interoperability Framework... 209

9.2.5 Άλλες προσεγγίσεις ... 210

9.3 Αξιολόγηση των Μαθησιακών Αρχιτεκτονικών ... 211

9.4 Τι έπεται ... 216

10

10.1 Συµπεράσµατα ... 217

10.1.1 Συµπεράσµατα για τα επιχειρησιακά µοντέλα ... 217

10.1.2 Συµπεράσµατα για την αρχιτεκτονική ... 219

10.1.3 Συµπεράσµατα για την αξιολόγηση ... 221

10.1.4 Συµπεράσµατα για την αντιστοίχηση µε τα πρότυπα... 222

10.2 Θέµατα προς περαιτέρω έρευνα ... 224

11

-8-

Π ί ν α κ α ς Σ χ η µ ά τ ω ν

Σχήµα 2.1: Οι σχέσεις µεταξύ των αρχιτεκτονικών στυλ, των µοντέλων αναφοράς, των

αρχιτεκτονικών αναφοράς και των υλοποιηµένων αρχιτεκτονικών λογισµικού...38

Σχήµα 3.1: Τα στρώµατα αφαίρεσης-υλοποίησης της LTSA...51

Σχήµα 3.2: Οι ψηφίδες της LTSA...53

Σχήµα 3.3: Η αποσύνθεση των ∆ΣΜ και η σχέση τους µε τα ΣΜΤ ...56

Σχήµα 3.4: Ένα στιγµιότυπο ενός ∆ΣΜ για το µάθηµα «Μηχανική του Παγκόσµιου Ιστού»...57

Σχήµα 4.1: Τα κύρια σύµβολα επιχειρησιακών µοντέλων µε τη UML...84

Σχήµα 4.2: Το µοντέλο επιχειρησιακών περιπτώσεων χρήσης ...86

Σχήµα 4.3: Η υλοποίηση της επιχειρησιακής περίπτωσης χρήσης «απαιτούν αισθητήριες εισόδους και/ή φυσική αλληλεπίδραση» ...87

Σχήµα 4.4: Η υλοποίηση της επιχειρησιακής περίπτωσης χρήσης «µαθαίνουν αναξιόπιστα» ...88

Σχήµα 4.5: Η υλοποίηση της επιχειρησιακής περίπτωσης χρήσης «µαθαίνουν νοµαδικά» ...89

Σχήµα 4.6: Η υλοποίηση της επιχειρησιακής περίπτωσης χρήσης «µαθαίνουν διαφορετικά, απρόβλεπτα και µεταβλητά κατά την πάροδο του χρόνου» ...90

Σχήµα 4.7: Η υλοποίηση της επιχειρησιακής περίπτωσης χρήσης «έχουν αυτογνωσία και επίγνωση των δικών τους βέλτιστων µαθησιακών στρατηγικών» ...91

Σχήµα 4.8: Το ανθρώπινο υποσύστηµα σχετιζόµενο µε τις ψηφίδες του επιχειρησιακού µοντέλου της LTSA ...92

Σχήµα 4.9: Το υποσύστηµα µαθησιακών πόρων σχετιζόµενο µε τις ψηφίδες του επιχειρησιακού µοντέλου της LTSA ...93

Σχήµα 4.10: Το υποσύστηµα τεχνολογικής υποδοµής σχετιζόµενο µε τις ψηφίδες του επιχειρησιακού µοντέλου της LTSA ...94

Σχήµα 4.11: Η υλοποίηση της επιχειρησιακής περίπτωσης χρήσης «απαιτούν αισθητήριες εισόδους και/ή φυσική αλληλεπίδραση» στο ∆ΣΜ ...95

Σχήµα 4.12: Η υλοποίηση της επιχειρησιακής περίπτωσης χρήσης «µαθαίνουν αναξιόπιστα» στο ∆ΣΜ...95

Σχήµα 4.13: Η υλοποίηση της επιχειρησιακής περίπτωσης χρήσης «µαθαίνουν νοµαδικά» στο ∆ΣΜ...96

Σχήµα 4.14: Η υλοποίηση της επιχειρησιακής περίπτωσης χρήσης «µαθαίνουν διαφορετικά, απρόβλεπτα και µεταβλητά κατά την πάροδο του χρόνου» στο ∆ΣΜ ...97

Σχήµα 4.15: Η υλοποίηση της επιχειρησιακής περίπτωσης χρήσης «έχουν αυτογνωσία και επίγνωση των δικών τους βέλτιστων µαθησιακών στρατηγικών» στο ∆ΣΜ...98

Σχήµα 6.1: Γενικές περιπτώσεις χρήσης ... 143

Σχήµα 6.2: Περιπτώσεις χρήσης µαθητή ... 144

Σχήµα 6.3: Περιπτώσεις χρήσης καθηγητή ... 145

Σχήµα 6.4: Περιπτώσεις χρήσης συγγραφέα... 146

Σχήµα 6.5: Περιπτώσεις χρήσης διαχειριστή ... 147

Σχήµα 6.6: Περιπτώσεις χρήσης διευθυντή ... 147

Σχήµα 6.7: Η αποσύνθεση πρώτου επιπέδου ... 152

Σχήµα 6.8: Η αποσύνθεση του υποσυστήµατος «Πρόσβαση σε αποθηκευµένα δεδοµένα»... 154

Σχήµα 6.9: Η διαπροσωπεία του υποσυστήµατος «Database access» ... 155

Σχήµα 6.10: Το παραταξιακό διάγραµµα ... 156

Σχήµα 6.11: Η αντιστοίχηση προτύπων σε ψηφίδες... 159

Σχήµα 6.12: ∆ιαδικασία υλοποίησης των ψηφίδων ... 163

Σχήµα 6.13: Η αποσύνθεση σε πρώτο επίπεδο για τη λογισµική αρχιτεκτονική του συστήµατος «Αθηνά» ... 165

Σχήµα 6.14: Οι ψηφίδες του πρώτου επιπέδου στην όψη υλοποίησης ... 167

Σχήµα 6.15: Αποσύνθεση δευτέρου επιπέδου των applets ... 168

Σχήµα 6.16: Αποσύνθεση δευτέρου επιπέδου των servlets... 168

Σχήµα 6.17: Η παραταξιακή όψη της λογισµικής αρχιτεκτονικής για το Σ∆Μ «Αθηνά» ... 169

Σχήµα 7.1: Αρχική οθόνη εισόδου στο σύστηµα ... 177

Σχήµα 7.2: ∆ηµιουργία ερωτήσεων αυτο-αξιολόγησης από το δάσκαλο... 178

Σχήµα 7.3: Εκτέλεση ενός τεστ αυτο-αξιολόγησης από το µαθητή... 179

Σχήµα 7.4: Παρουσίαση στατιστικών στοιχείων ... 180

Σχήµα 7.5: Σύστηµα διερεύνησης µεταδεδοµένων... 181

Σχήµα 7.6: Σύστηµα αναζήτησης µεταδεδοµένων... 182

Σχήµα 7.7: Παράδειγµα σύγχρονης κειµενικής συνδιάσκεψης (chat) ... 183

Σχήµα 7.8: Πελάτης Βάσης ∆εδοµένων... 184

Σχήµα 7.9: Σύστηµα συγγραφής ιστοσελίδων... 185

Σχήµα 7.10: ∆ηµιουργία και υποβολή εκφώνησης παραδοτέου ... 186

Σχήµα 7.11: Ηµερολόγιο... 187

Σχήµα 7.12: Συγγραφή και επεξεργασία ανακοινώσεων... 188

Σχήµα 9.1: Οι ψηφίδες της LTSA ... 205

Σχήµα 9.2: Η αρχιτεκτονική αναφοράς της Sun... 207

Σχήµα 9.3: Η αρχιτεκτονική του OKI... 208

-10-

Π ί ν α κ α ς Π ι ν ά κ ω ν

Πίνακας 1: Οι ρόλοι των ανθρώπινων πόρων ...57 Πίνακας 2: Αντιστοίχηση µεταξύ των κατηγοριών Σ∆Μ και των κατηγοριών χαρακτηριστικών

που υποστηρίζουν ...64 Πίνακας 3: Οι οργανισµοί προτυποποίησης και τα πρότυπα στα οποία εµπλέκεται ο καθένας ....71 Πίνακας 4: Αντιστοίχηση ανάµεσα στις περιπτώσεις χρήσης, τα µορφήµατα και τα

υποσυστήµατα σχεδίασης. ...103 Πίνακας 5: Τα Σ∆Μ όπου αναζητήθηκαν τα µορφήµατα ...106 Πίνακας 6: Αντιστοίχηση µεταξύ των επιχειρησιακών εργατών και χειριστών και των χειριστών

του λογισµικού συστήµατος...130 Πίνακας 7: Αντιστοίχηση µεταξύ των επιχειρησιακών περιπτώσεων χρήσης και των περιπτώσεων

χρήσης ενός Σ∆Μ για τον επιχειρησιακό χειριστή «Σπουδαστή». ...131 Πίνακας 8: Αντιστοίχηση µεταξύ των επιχειρησιακών περιπτώσεων χρήσης και των περιπτώσεων

χρήσης ενός Σ∆Μ για τον επιχειρησιακό εργάτη «Καθηγητή». ...132 Πίνακας 9: Αντιστοίχηση µεταξύ των επιχειρησιακών περιπτώσεων χρήσης και των περιπτώσεων

χρήσης ενός Σ∆Μ για τον επιχειρησιακό εργάτη «Συγγραφέα Μαθησιακού υλικού».133 Πίνακας 10: Αντιστοίχηση µεταξύ των επιχειρησιακών περιπτώσεων χρήσης και των περιπτώσεων

χρήσης ενός Σ∆Μ για τον επιχειρησιακό εργάτη «∆ιαχειριστή»...134 Πίνακας 11: Αντιστοίχηση µεταξύ των επιχειρησιακών περιπτώσεων χρήσης και των περιπτώσεων

χρήσης ενός Σ∆Μ για τον επιχειρησιακό εργάτη «∆ιευθυντή»...135 Πίνακας 12: Αντιστοίχηση µεταξύ των επιχειρησιακών περιπτώσεων χρήσης και των γενικών

περιπτώσεων χρήσης ενός Σ∆Μ που ισχύουν για όλους τους επιχειρησιακούς εργάτες και χειριστές. ...135 Πίνακας 13: Σχέδιο για την συνολική υιοθέτηση των προτύπων ...158 Πίνακας 14: Οι διαφορές ανάµεσα στην αρχιτεκτονική αναφοράς και στην αρχιτεκτονική του

Σ∆Μ «Αθηνά»...161 Πίνακας 15: Τα χαρακτηριστικά των διαφόρων προσεγγίσεων...213

-12-

1 ^{Εισαγωγή}

“Leave the beaten track occasionaly and dive into the woods. You will be certain to find something that you have never seen before”

Alexander Graham Bell.

Στο εισαγωγικό αυτό κεφάλαιο περιγράφουµε συνοπτικά το ερευνητικό πρόβληµα που επιχειρείται να λυθεί σ' αυτή τη διδακτορική διατριβή, τις υπάρχουσες προσεγγίσεις επίλυσής του καθώς και τους λόγους που αυτές κρίνονται ανεπαρκείς, την προτεινόµενη λύση και το στίγµα της διατριβής. Στη συνέχεια παρουσιάζουµε τα πρωτότυπα στοιχεία της διατριβής και, τέλος, κλείνουµε µε την επισκόπηση της δοµής του κειµένου της διατριβής.

1.1 Νέα τεχνολογικά συστήµατα στην εκπαίδευση

Έχουµε εισέλθει στην εποχή της κοινωνίας της πληροφορίας, στην οποία οι άνθρωποι πρέπει να έχουν περισσότερες γνώσεις και δεξιότητες από οποιαδήποτε άλλη εποχή του παρελθόντος. Η κατάσταση αυτή έχει δηµιουργήσει µια τεράστια ανάγκη για µάθηση για όλους τους ανθρώπους κάθε ηλικίας [EU Commission 2000]. Οι άνθρωποι σήµερα δεν έχουν άλλη επιλογή από το να γίνουν δια βίου µαθητές προκειµένου να ακολουθήσουν µια επιτυχηµένη επαγγελµατική καριέρα και να προσαρµοστούν στις νέες κοινωνικο-οικονοµικές συνθήκες [Ρετάλης και Αυγερίου 2001]. Το µεγάλο πρόβληµα της υπερ-αυξηµένης ανάγκης για µάθηση απαιτεί κάποιο µετασχηµατισµό στους µηχανισµούς της παραδοσιακής εκπαίδευσης, ώστε να µπορέσουν να αντεπεξέλθουν οι σύγχρονες κοινωνίες στην ανάγκη αυτή. Η τεχνολογία ήταν αυτή που δηµιούργησε, σε µεγάλο βαθµό, το πρόβληµα της ανάγκης για µάθηση, είναι αναµενόµενο ότι µεταξύ άλλων η τεχνολογία θα αποτελέσει µοχλό στην επίλυση του προβλήµατος. Πράγµατι ολοένα και περισσότερο σήµερα, η τεχνολογία ενσωµατώνεται σε συστήµατα µάθησης, δηµιουργώντας τα λεγόµενα Συστήµατα Μαθησιακής Τεχνολογίας (ΣΜΤ), τα οποία υιοθετούνται σε όλα τα πεδία της νέας παγκοσµιοποιηµένης οικονοµίας. Τα Συστήµατα Μαθησιακής Τεχνολογίας (Learning Technology Systems) είναι συστήµατα εκπαίδευσης και κατάρτισης τα οποία

υποστηρίζονται από τις τεχνολογίες της Πληροφορικής και των Επικοινωνιών [IEEE LTSC 2001c]. Παραδείγµατα τέτοιων συστηµάτων είναι τα Συστήµατα Κατάρτισης µέσω Η/Υ (computer-based training systems), τα Έξυπνα ∆ιδακτικά Συστήµατα (intelligent tutoring systems), τα ∆ιαδικτυακά Συστήµατα Μάθησης (Web-based Learning Systems) κ.λπ.

Τα ∆ιαδικτυακά Συστήµατα Μάθησης (∆ΣΜ) είναι Συστήµατα Μαθησιακής Τεχνολογίας που βασίζονται στις προηγµένες τεχνολογίες του ∆ιαδικτύου και του Παγκοσµίου Ιστού µε σκοπό την παροχή εκπαίδευσης και κατάρτισης υιοθετώντας τεχνικές της Ανοικτής και εξ’

Αποστάσεως Εκπαίδευσης. Τα ∆ΣΜ αποτελούνται από [Retalis and Avgeriou 2002]:

Το ανθρώπινο υποσύστηµα, που περιγράφει τους ρόλους που παίζει κάθε ανθρώπινος πόρος στην µαθησιακή διαδικασία.

Το υποσύστηµα των µαθησιακών πόρων, οι οποίοι είναι το ηλεκτρονικό βιβλίο, σηµειώσεις, βίντεο διαλέξεων, ασκήσεις αξιολόγησης κ.λπ.

Η τεχνολογική υποδοµή, η οποία διακρίνεται σε κοινή (π.χ. εργαστήρια, δικτυακές εγκαταστάσεις) και εξειδικευµένη. Ένα µεγάλο τµήµα της εξειδικευµένης υποδοµής των ∆ΣΜ είναι τα Συστήµατα ∆ιαχείρισης της Μάθησης - Σ∆Μ (Learning Management Systems), τα οποία είναι λογισµικά συστήµατα που συνθέτουν λειτουργίες επικοινωνιών, διαχείρισης και παράδοσης µαθησιακού υλικού, διοίκησης τάξης, συνεργατικής µάθησης κ.λπ. [Moore and Kearsley 1998, Oleg and Liber 1999, Collier 2002, Αυγερίου 2002b, Driscoll 1998].

Τα Συστήµατα Μαθησιακής Τεχνολογίας αλλά και τα ∆ιαδικτυακά Συστήµατα Μάθησης εξυπηρετούν τις ανάγκες µιας νέας µορφής µάθησης, της λεγόµενης ηλεκτρονικής µάθησης (e-learning). Η ηλεκτρονική µάθηση είναι η συστηµατική χρήση των τεχνολογιών των δικτυωµένων πολυµεσικών Η/Υ, για την ενδυνάµωση των µαθητών, τη βελτίωση της µάθησης, τη σύνδεση των µαθητών µε ανθρώπους και πόρους που υποστηρίζουν τις ανάγκες τους και την ολοκλήρωση των στόχων αφενός της µάθησης και της απόδοσης, αφετέρου των ατόµων και των οργανώσεων (e-Learning is the systematic use of networked multimedia computer technologies to empower learners, improve learning, connect learners to people and resources supportive of their needs, and to integrate learning with performance and individual with organisational goals) [Goodyear 2000]. Η ηλεκτρονική µάθηση είναι δυνατό να επιτελείται είτε σε συνδυασµό µε τη συµβατική µάθηση, είτε αυτοτελώς.

Παρόλη την υπερβολή που ακολουθεί πάντα τη χρήση των νέων τεχνολογιών που βασίζεται στην «τεχνολατρεία», είναι κοινός τόπος στους ερευνητικούς και επιστηµονικούς κύκλους ότι η υποστηριζόµενη από την τεχνολογία, µάθηση, αντιµετωπίζει ακόµα πολλά προβλήµατα και πρέπει να διανυθεί πολύς δρόµος µέχρι να ισχυριστούµε ότι η τεχνολογία θα βελτιώσει

-14-

το επίπεδο της παρεχόµενης εκπαίδευσης [Spector 2000, Ecoutin 2002]. Η εφαρµογή των ΣΜΤ δεν αποτελεί πανάκεια στο πρόβληµα της βασισµένης στη γνώση κοινωνίας και της µετάβασης από το δάσκαλο-κεντρικό στο µαθητο-κεντρικό µοντέλο [Hodgins 2000, Sun 1999]. Παρότι τα ΣΜΤ είναι αρκετά υποσχόµενα µέσα προς την πραγµατοποίηση αυτών των στόχων, αναµφισβήτητα θα απαιτηθεί αρκετή ερευνητική προσπάθεια µέχρις ότου να περάσουµε από την υπόσχεση στην πραγµατοποίηση [WBEC 2000]. Οι µαθησιακά αποτελεσµατικές χρήσεις των τεχνολογιών πρέπει να διερευνηθούν, να δοκιµαστούν και να ενσωµατωθούν στα εκπαιδευτικά περιβάλλοντα [Belanger and Jordan 2001].

Πολλά ερευνητικά και βιοµηχανικά κέντρα εµπλέκονται σήµερα σε διαδικασίες δηµιουργίας προτύπων στο χώρο της ηλεκτρονικής µάθησης, τα οποία θα επιτρέψουν τη διαλειτουργησιµότητα των Συστηµάτων ∆ιαχείρισης της Μάθησης, δηλαδή την ανταλλαγή και επαναχρησιµοποίηση των δεδοµένων τους [Hodgins 2000]. Ένα µεγάλο µέρος της προσπάθειας αυτής επικεντρώνεται στη σχεδίαση και προτυποποίηση αρχιτεκτονικών για συστήµατα, είτε αυτά είναι τα ΣΜΤ, π.χ. στην [IEEE LTSC 2001c], είτε είναι συγκεκριµένα υπό-συστήµατα των ΣΜΤ, και ιδιαίτερα τα Σ∆Μ [OKI 2002]. Οι αρχιτεκτονικές αυτές θα παρέχουν µια πιο συστηµατική αναπτυξιακή διαδικασία για τα συστήµατα αυτά, επιτυγχάνοντας το στόχο της διαλειτουργησιµότητας µεταξύ τους [Tennyson and Breuer 1997, Wilson 2001].

Στη διατριβή αυτή περιγράφεται µια παρόµοια προσέγγιση ορισµού µιας στρωµατικής (layered), βασισµένης στις ψηφίδες (component-based) αρχιτεκτονικής αναφοράς για ανοικτά Σ∆Μ. Μια Αρχιτεκτονική Αναφοράς (Reference Architecture) ουσιαστικά ορίζει την αποσύνθεση του συστήµατος σε υποσυστήµατα, την αλληλεπίδραση αυτών και την κατανοµή λειτουργιών σε αυτά. Ο σκοπός µιας αρχιτεκτονικής αναφοράς είναι να οδηγήσει στη σχεδίαση µιας συγκεκριµένης αρχιτεκτονικής ενός λογισµικού συστήµατος, δηλαδή µιας Λογισµικής Αρχιτεκτονικής (Software Architecture).

Η αρχιτεκτονική αναφοράς που αποτελεί τον πυρήνα της διατριβής αυτής πλαισιώνεται και από δύο άλλα θέµατα, που επίσης συµβάλλουν σε µια πιο συστηµατική αναπτυξιακή διαδικασία των Σ∆Μ. Το πρώτο είναι ένα Επιχειρησιακό Μοντέλο (Business Model) για Συστήµατα Μαθησιακής Τεχνολογίας και ∆ιαδικτυακά Συστήµατα Μάθησης, που έχει σκοπό να ορίσει πλήρως το επιχειρησιακό σύστηµα, δηλαδή το περιβάλλον στο οποίο λειτουργούν τα Σ∆Μ. Το δεύτερο είναι ένα σύνολο από Μορφήµατα Σχεδίασης (Design Patterns) που καταγράφουν τη σχεδιαστική εµπειρία του παρελθόντος στα Σ∆Μ και προωθούν την επαναχρησιµοποίηση λύσεων σε σχεδιαστικά προβλήµατα κατά την ανάπτυξη νέων Σ∆Μ. Τόσο το επιχειρησιακό µοντέλο όσο και τα µορφήµατα σχεδίασης συνδέονται µε την αρχιτεκτονική αναφοράς καθώς το επιχειρησιακό µοντέλο οδηγεί στον προσδιορισµό των απαιτήσεων από τα Σ∆Μ, που είναι κοµµάτι της αρχιτεκτονικής αναφοράς, ενώ τα

µορφήµατα σχεδίασης δίνουν λύσεις σε προβλήµατα ανάπτυξης ορισµένων από τα υποσυστήµατα της αρχιτεκτονικής αναφοράς.

Ο απώτερος στόχος είναι να χτιστούν Ανοικτά Συστήµατα ∆ιαχείρισης της Μάθησης, σύµφωνα µε τον ορισµό περί Ανοικτών Συστηµάτων που δίνεται στο πρότυπο «Μοντέλο Αναφοράς για Ανοικτή Κατανεµηµένη Επεξεργασία» (Reference Model of Open Distributed Processing, ή RM-ODP) των οργανισµών ISO και IEC [ISO/IEC 1996a, ISO/IEC 1996b, ISO/IEC 1996c, Putman 2001]. Σύµφωνα µε το πρότυπο αυτό, ανοικτά είναι τα συστήµατα που σχεδιάζονται για να καταστήσουν δυνατή τη µεταφερσιµότητα (portability) του λογισµικού, και να επιτρέψουν άλλες λογισµικές οντότητες να διαλειτουργήσουν µε αυτό, είτε οι λογισµικές οντότητες βρίσκονται στον ίδιο Η/Υ είτε σε διαφορετικούς. Όπως είναι φανερό, δύο ποιοτικά χαρακτηριστικά πρέπει να ισχύουν σε ένα λογισµικό σύστηµα για να θεωρηθεί ανοικτό: να είναι διαλειτουργήσιµο και να είναι µεταφέρσιµο. Στα δύο αυτά χαρακτηριστικά δίνεται έµφαση στη σχεδίαση της αρχιτεκτονικής αναφοράς που προτείνεται στη διατριβή αυτή. Σηµειώνεται ότι δεν είναι απαραίτητο να είναι όλα τα υποσυστήµατα ενός συστήµατος ανοικτά για να θεωρηθεί και το ίδιο ανοικτό. Αρκεί να είναι ανοικτά εκείνα τα υποσυστήµατα που αλληλεπιδρούν µε εξωτερικά λογισµικά συστήµατα [Putman 2001].

1.2 Αντικείµενο της διατριβής

Το πρόβληµα που επιχειρεί να λύσει αυτή η διατριβή είναι το εξής: ∆εν υπάρχουν σήµερα συστηµατικοί, µεθοδικοί ή αυτοµατοποιηµένοι τρόποι µε τους οποίους µπορεί ένας οργανισµός να κατασκευάσει ένα Σ∆Μ, ώστε τόσο το ίδιο, όσο και η διαδικασία κατασκευής του, να ικανοποιούν ορισµένες ποιοτικές προδιαγραφές ή πρότυπα. Με τη λέξη

«τρόποι» αναφερόµαστε σε οποιαδήποτε θεωρητική, αναλυτική ή εµπειρική προσέγγιση που λύνει το πρόβληµα της κατασκευής ενός Σ∆Μ, και µπορεί να είναι π.χ. µια µεθοδολογία, ένα µοντέλο, ένα πρότυπο, µια αρχιτεκτονική κ.λπ. Με άλλα λόγια αυτό που ζητείται σήµερα, είναι να γίνει συστηµατική ή ακόµα και να αυτοµατοποιηθεί η διαδικασία ανάπτυξης των Σ∆Μ, να γίνεται δηλαδή µε γρήγορο, εύκολο, φτηνό και αξιόπιστο τρόπο [Sun 1999, Fowler 2001].

Η λύση του παραπάνω προβλήµατος σχετίζεται µε επιµέρους υπο-προβλήµατα για τα οποία δεν έχει βρεθεί ακόµα ικανοποιητική λύση. Συγκεκριµένα τα υπό-προβλήµατα που εντοπίζονται στην ανάπτυξη ενός Σ∆Μ µε συστηµατικό και µεθοδικό τρόπο είναι:

1. Έλλειψη ενός µοντέλου αναφοράς ή αρχιτεκτονικής αναφοράς τέτοιων συστηµάτων [Sun 1999].

∆εν υπάρχει σήµερα ένα µοντέλο αναφοράς ή µια αρχιτεκτονική αναφοράς που να

-16-

οδηγεί στην ανάπτυξη βήµα-προς-βήµα, από την αρχή ως το τέλος, ενός Σ∆Μ εξασφαλίζοντας παράλληλα την ικανοποίηση κάποιων λειτουργικών και ποιοτικών προδιαγραφών. Στην παρούσα κατάσταση γνωρίζουµε σε γενικές γραµµές ποια είναι η λειτουργικότητα τους, αλλά διερευνάται πώς αυτή η λειτουργικότητα κατανέµεται σε ψηφίδες και το πώς αυτές πρέπει να συνδυάζονται και να αλληλεπιδρούν µεταξύ τους και µε το περιβάλλον τους [Wilson 2001, Collier and Robson 2002]. ∆υστυχώς, δε µπορούµε να µελετήσουµε την αρχιτεκτονική των υπαρχόντων εµπορικών Σ∆Μ, καθώς η σχεδίαση και τεκµηρίωση τους θεωρούνται εταιρικά περιουσιακά στοιχεία και δε δηµοσιεύονται. Κατά συνέπεια κάθε Σ∆Μ αναπτύσσεται από το µηδέν, και η αναπτυξιακή του οµάδα ανακαλύπτει ξανά τον τροχό, σπαταλώντας έτσι πολύτιµους πόρους σε χρόνο, χρήµα και ανθρωπο-προσπάθεια, χωρίς καν να διασφαλίζεται η ποιότητα του τελικού προϊόντος. Ιδιαίτερα το ποιοτικό χαρακτηριστικό της διαλειτουργησιµότητας, που είναι το πλέον σηµαντικό στα Σ∆Μ υποστηρίζεται ελάχιστα.

2. Έλλειψη ορισµού του επιχειρησιακού συστήµατος (business system), στο οποίο εντάσσονται και λειτουργούν τα Σ∆Μ. Τα Σ∆Μ λειτουργούν στα πλαίσια συγκεκριµένων επιχειρησιακών συστηµάτων, όπως π.χ. τα επιχειρησιακά συστήµατα των πανεπιστήµιων, των σχολείων και των οργανισµών επαγγελµατικής κατάρτισης και πρέπει να καθορίζουν σαφώς αυτό το περιβάλλον µέσα στο οποίο λειτουργούν [Ford et al. 1996, Cisco 2002]. ∆εν υπάρχει µια µεθοδολογία ανάπτυξης τέτοιων λογισµικών συστηµάτων, η οποία να λαµβάνει υπόψη το επιχειρησιακό σύστηµα στο οποίο εντάσσονται τα υπό κατασκευή λογισµικά συστήµατα. Άµεση συνέπεια είναι να παραγνωρίζεται η σηµασία µερικών θεµάτων, όπως ποιες είναι οι οντότητες που αλληλεπιδρούν µε τα ∆ιαδικτυακά Συστήµατα Μάθησης, ποιες διαδικασίες καλούνται τα Σ∆Μ να αυτοµατοποιήσουν, µε ποια άλλα λογισµικά συστήµατα πρέπει να αλληλεπιδράσουν τα Σ∆Μ κ.λπ. Κατ’ επέκταση αυτή η άγνοια συνεπάγεται τον καθορισµό ασαφών, ελλιπών και λανθασµένων απαιτήσεων κατά την αναπτυξιακή διαδικασία των Σ∆Μ [Sun 1999].

3. Έλλειψη µορφηµάτων σχεδίασης (design patterns) για το πεδίο των Σ∆Μ [Avgeriou et al.

2003]. Εκτός από την έλλειψη µιας γενικής αρχιτεκτονικής αναφοράς για τα Σ∆Μ, υπάρχει έλλειψη ενός τρόπου για το πώς να σχεδιαστούν και τα µεµονωµένα υποσυστήµατα των Σ∆Μ. Συγκεκριµένα, η σχεδίαση των διαφόρων υποσυστηµάτων των Σ∆Μ, απαιτεί από τους σχεδιαστές να δώσουν λύσεις σε προβλήµατα που ανακύπτουν επαναληπτικά κατά την ανάπτυξη κάθε νέου Σ∆Μ. Στις περιπτώσεις επαναληπτικών προβληµάτων, η λύση µπορεί να επαναχρησιµοποιηθεί άπειρες φορές, αποφέροντας έτσι σηµαντικά πλεονεκτήµατα στους κατασκευαστές των συστηµάτων [Rossi et al. 1997, Ericsson and Penker 2000]. Ωστόσο οι σχεδιαστές των Σ∆Μ δεν εκµεταλλεύονται τη σχεδιαστική εµπειρία του παρελθόντος αλλά ανακαλύπτουν ξανά τον τροχό δίνοντας λύσεις εκ του µηδενός. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι λύσεις στα προβλήµατα αυτά

δεν είναι καταγεγραµµένες µε τη µορφή των µορφηµάτων σχεδίασης, όπως συµβαίνει σε άλλα γνωστικά πεδία [Lyardet et al. 1998]. Κατά συνέπεια η επαναχρησιµοποίηση του σχεδίου των διαφόρων υποσυστηµάτων των Σ∆Μ είναι µηδενική.

4. Έλλειψη ικανοποίησης των ποιοτικών / µη λειτουργικών προδιαγραφών. Τα Σ∆Μ πρέπει να υποστηρίζουν ορισµένα ποιοτικά χαρακτηριστικά όπως είναι η διαλειτουργησιµότητα, η διαθεσιµότητα, η επεκτασιµότητα κ.λπ. [Thorne et al. 2002, Collier 2002]. Η σχεδίαση και ανάπτυξη των Σ∆Μ εστιάζεται κατά το µεγαλύτερο µέρος στην ικανοποίηση των λειτουργικών προδιαγραφών όπως είναι η δηµιουργία και παράδοση του µαθησιακού υλικού, η επικοινωνία και συνεργασία µεταξύ των διαφόρων ανθρώπινων παραγόντων, η διαχείριση των πληροφοριακών συστηµάτων κ.λπ. [Avgeriou et al. 2001a] Σε αντίθεση οι µη-λειτουργικές ή ποιοτικές προδιαγραφές συνήθως αγνοούνται και υποβαθµίζονται.

Ως αποτέλεσµα, τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των Σ∆Μ, όπως η συντηρησιµότητα, η διαλειτουργησιµότητα, η απόδοση και το κόστος, είναι χαµηλού επιπέδου, µε συνέπεια να παρουσιάζονται πολλά προβλήµατα στη χρήση τους [Avgeriou et al. 2002b].

Ιδιαίτερα δε τα Σ∆Μ που κατασκευάζονται σήµερα είναι κλειστά και όχι ανοικτά καθώς δεν είναι διαλειτουργήσιµα µεταξύ τους.

5. Έλλειψη υποστήριξης προτύπων µαθησιακής τεχνολογίας. Τα πρότυπα µαθησιακής τεχνολογίας θεωρούνται σήµερα µονόδροµος για την επίτευξη της επαναχρησιµοποίησης του µαθησιακού υλικού και της διαλειτουργησιµότητας µεταξύ των Συστηµάτων Μαθησιακής Τεχνολογίας [Sun 1999, Fowler 2001, Thorne et al.

2002, Cisco 2002, Collier and Robson 2002, Ecoutin and Ravet 2002]. Ωστόσο ο χώρος της προτυποποίησης µαθησιακής τεχνολογίας είναι σχετικά ανώριµος, τα περισσότερα πρότυπα είναι ακόµα σε προσχέδια µορφή και οι οργανισµοί προτυποποίησης συχνά επικαλύπτονται και περιπλέκουν τις δραστηριότητες τους. Έτσι επικρατεί γενικά σύγχυση σχετικά µε τη φύση και το σκοπό των διαφόρων προτύπων, µε αποτέλεσµα η βιοµηχανία να κρατάει στάση αναµονής στην υιοθέτηση τους [Collier 2002, Collier and Robson 2002]. Αυτό συνεπάγεται αφενός την περιορισµένη επαναχρησιµοποίηση των µαθησιακών πόρων, αφετέρου τη σχεδόν ανύπαρκτη διαλειτουργησιµότητα των Σ∆Μ [Thorne et al. 2002, Wilson 2001].

Μέσω της ερευνητικής αυτή προσπάθειας προτείνονται λύσεις για τα παραπάνω υπο- προβλήµατα της ανάπτυξης Σ∆Μ. Πιο συγκεκριµένα:

1. Για το πρώτο πρόβληµα (έλλειψη µοντέλου αναφοράς ή αρχιτεκτονικής αναφοράς) προτείνεται ως λύση µια αρχιτεκτονική αναφοράς ενός Σ∆Μ, η οποία έχει σχεδιαστεί µε βάση τις πλέον προηγµένες πρακτικές από την Τεχνολογία Λογισµικού. Η αρχιτεκτονική αυτή αναφοράς αποσκοπεί στην κατανόηση της λειτουργίας και της δοµής των συστηµάτων αυτών, και στη συστηµατοποίηση της διαδικασίας ανάπτυξης τους,

-18-

επιτρέποντας παράλληλα την επικοινωνία µεταξύ των διαφόρων παραγόντων µέσω µιας

«κοινής γλώσσας». Επιπλέον, και εξίσου σηµαντικό, είναι το γεγονός ότι η αρχιτεκτονική αυτή σχεδιάζεται για ανοικτά Σ∆Μ, οπότε θα µπορούν να διαλειτουργούν τα συστήµατα που την υλοποιούν µε άλλα συστήµατα. Το στοιχείο αυτό είναι ιδιαίτερα σηµαντικό από παιδαγωγικής άποψης, καθώς τα Σ∆Μ θα έχουν τη δυνατότητα να διαλειτουργήσουν µε συστήµατα που εφαρµόζουν παιδαγωγικές θεωρίες. Η πρόταση της διατριβής διαφοροποιείται σε σχέση µε τις άλλες προσεγγίσεις, καθώς πρόκειται για αρχιτεκτονική αναφοράς ειδικά για Σ∆Μ, που ακολουθεί µια µεθοδολογία της Τεχνολογίας Λογισµικού, χρησιµοποιεί µια κοινώς αποδεκτή γλώσσα µοντελοποίησης και ένα διεθνές πρότυπο για την περιγραφή της αρχιτεκτονικής.

2. Για το δεύτερο (έλλειψη ορισµού του επιχειρησιακού περιβάλλοντος) προτείνεται ως λύση ένα επιχειρησιακό µοντέλο, το οποίο βασίζεται σε ένα υπάρχον διεθνές πρότυπο Αρχιτεκτονικής Συστηµάτων Μαθησιακής Τεχνολογίας καθώς και σε ένα εφαρµοσµένο εµπειρικό µοντέλο ενός ∆ιαδικτυακού Συστήµατος Μάθησης. Ο σκοπός του επιχειρησιακού µοντέλου είναι αφενός η κατανόηση των πεδίων των ΣΜΤ και ∆ΣΜ που αποτελούν τα πεδία εφαρµογής των Σ∆Μ, αφετέρου η δηµιουργία µιας φορµαλιστικής και καλά τεκµηριωµένης βάσης για την ανάπτυξη των λογισµικών συστηµάτων Σ∆Μ που υποστηρίζουν τα ∆ΣΜ. Οι άλλες προσεγγίσεις ορισµού αρχιτεκτονικών για Συστήµατα

∆ιαχείρισης της Μάθησης δεν ορίζουν το επιχειρησιακό µοντέλο, στο οποίο θα ενταχθούν τα συστήµατα που περιγράφουν.

3. Στο τρίτο πρόβληµα (έλλειψη µορφηµάτων σχεδίασης) επιχειρείται η υιοθέτηση της έννοιας των σχεδιαστικών µορφηµάτων στο πεδίο των Σ∆Μ, προτείνοντας ένα αρχικό σύνολο µορφηµάτων για Συστήµατα ∆ιαχείρισης της Μάθησης. Τα µορφήµατα αυτά αφορούν µεµονωµένα υποσυστήµατα των Σ∆Μ και είναι δυνατό να συνεργάζονται µεταξύ τους και συνεπώς να αποτελέσουν τµήµα µιας γλώσσας µορφηµάτων για τα Συστήµατα

∆ιαχείρισης της Μάθησης. Η ανακάλυψη των µορφηµάτων επιτελέσθηκε µέσω µιας εκτεταµένης έρευνας στα πιο διαδεδοµένα Σ∆Μ που βρίσκονται σήµερα σε χρήση, για να διασφαλιστεί η ευρεία χρήση των µορφηµάτων αυτών. Ο σκοπός της προτεινόµενης γλώσσας µορφηµάτων είναι η τεκµηρίωση της σχεδιαστικής εµπειρίας στα διάφορα υποσυστήµατα των Σ∆Μ και η παρουσίαση της σε µια µορφή κατανοητή και εύχρηστη.

Με τον τρόπο αυτό, οι σχεδιαστές νέων ή υπαρχόντων Σ∆Μ, ειδικά οι άπειροι και αρχάριοι, µπορούν να εκµεταλλευτούν αυτή τη σχεδιαστική εµπειρία και να γλιτώσουν έτσι πολύτιµο χρόνο και ανθρωποπροσπάθεια.

4. Στο τέταρτο πρόβληµα (έλλειψη ικανοποίησης ποιοτικών προδιαγραφών) προτείνεται ένα πλαίσιο αξιολόγησης της αρχιτεκτονικής αναφοράς, µε γνώµονα ορισµένα ποιοτικά χαρακτηριστικά των Σ∆Μ. Για τους σκοπούς της αξιολόγησης, η αρχιτεκτονική αναφοράς χρησιµοποιήθηκε για τη σχεδίαση µιας συγκεκριµένης λογισµικής