Giuliano Vivanet

CADDIE and IWT: two different ontology-based approaches to Anytime, Anywhere and Anybody Learning

The Semantic Web seems to offer great opportunities for educational systems aiming to accomplish the AAAL: Anytime, Anywhere, Anybody Learning. In this scenario, two different research projects are here introduced: CADDIE (Content Automated Design & Development Integrated Editor), developed at the DIST of the University of Genoa, and IWT (Intelligent Web Teacher), developed at the DIIMA of the University of Salerno, each of them characterized by the use of ontologies and semantic technologies in order to support instructional design and personalized learning processes. The former aims to develop a learning resources and instructional paths authoring tool based on a logical and abstract annotation model, created with the goal of guaranteeing the fexibility and personalization of instructional design, the reusability of teaching materials and of the related whole knowledge structures. The latter represents an innovative e-learning solution able to support teachers and instructional designers to model educational domains knowledge, users’ competences and preferences by a semantic approach in order to create personalized and contextualized learning activities and to allow users to communicate, to cooperate, to dynamically create new content to deliver and information to share as well as enabling platform for e-learning 2.0.

Topic Maps e XTM per l’e-learning

Topic Maps are a methodology whose aim is describing knowledge structures and associating them with information resources. XML Topic Maps (XTM) is an XML-based encoding scheme to represent topic maps and similar knowledge structures (e.g. semantic networks, associative networks, concept maps, mind maps, etc.). In this paper Topic Maps and XTM are proposed as a knowledge representation system to be exploited in e-learning environments for a suited integration with semantic web technologies. They may be a useful tool to facilitate the design of learning contents and their delivery in diverse contexts. After a short survey of the Topic Maps standardization process, in this paper key elements and characteristics of TM and XTM paradigm are described. Then it is briefly discussed about Topic Maps applications in e-learning context and also a short survey of related works is presented.

Semantic Wiki: a collaborative tool for instructional content design

The rapid evolving of web technologies has brought to the increasingly diffusion of applications making the Web an interactive social network environment. The World Wide Web Consortium and several research centers are working on the integration of such technologies into the project of a Semantic Web. Consequently, e-learning systems and tools supporting instructional content design could take advantage of these advancements. In this scenario, according to a social-constructivist approach, the authors discuss the adoption of Semantic Wiki as a collaborative environment to design educational contents. The paper will outline the application perspectives and the strategies to adopt, in order to facilitate meaningful learning processes, and the potential advantages that Semantic Wikis would bring from the point of view of knowledge management, as well as for the re-use of learning resources.

Digital Libraries and Educational Resources: the AquaRing Semantic Approach

Large amounts of scientific digital contents are nowadays held by scientific institutions which collect, pro- duce and store information valuable for dissemination, work, study and research. In this context, the development of the web and of learning technologies has brought new opportunities for teachers and learners to retrieve and share pedagogical objects. This paper introduces the use of a se- mantic approach developed within the EC funded AquaR- ing project with the aim of improving access to the vast amount of digital content concerning the aquatic environ- ment and its resources, as well as supporting enhanced edu- cation and informal learning in this specific domain. In or- der to achieve these goals, a semantic framework and an educational ontology were developed and implemented. Both were used to support the indexing of learning re- sources and to provide several educational services to end- users (especially children, students, parents and teachers). Index Terms—Digital Libraries, Learning Objects, Ontolo- gies, Semantic Web.

Semantic wiki for learning and teaching computer science

This paper discusses the use of a collaborative learning environment, specifically designed for computer science education. In particular, we investigate how students (may) meaningfully learn computer science and how web technologies (may) support them in this process. For a comprehensive view of the problem, different instructional theories are considered, as well as specific requirements for computer science education, driving the research to the adoption of semantic technologies and to the definition of a specific semantic-wiki-based framework. In this scenario, the authors present an on- going research project, named Semantic-WikiSUN, which aims to investigate innovative strategies for learning and teaching computer science in the context of higher education. It is based on the use of semantic-wiki to support the sharing and acquiring of knowledge in this specific knowledge domain, enabling the application of basic pedagogical principles.

A formal instructional model based on Concept Maps

The aim of this paper is to show a new model (under development by the E-Learning & Knowledge Management Laboratory at the University of Genoa) for designing and developing units of learning. The idea behind this model comes from the analysis of the difficulties and problems that teachers have in their work during the instructional design of courses and training aids, and from a study on the latest semantic web technologies in order to support the sharing and the retrieval of web learning resources. The authors will also present the draft version of CADDIE (Content Automated Design & Development Integrated Editor), a software tool under development at the E-Learning & Knowledge Management Laboratory of the University of Genoa, whose core is based on the model described here and whose aim is to provide an innovative solution to the learning content of the instructional design process, based on an ontological structure.

The effectiveness of digital technologies in school: a critical review of the empirical evidence

In recent years, we have witnessed the gradual introduction of educational technology in schools. At the same time, education has grown more responsive to results from empirical research, especially in the English-speaking world, as shown by the emergence of evidence-based educational innovation. This paper provides an overview and critical analysis of evidence on the effectiveness of educational technology in schools. The aim is to contribute to the ongoing debate on technology-based innovation in an effort to foster further dialogue and knowledge exchange between educational research on the one hand and teaching practice and policy making on the other. KEY-WORDS Educational technology, Evidence based education, Educational effectiveness, School, Empirical evidence. INTRODUZIONE Il sistema scolastico italiano è stato oggetto negli ultimi vent’anni di numerosi interventi di riforma e iniziative che, con l’obiettivo di migliorarne la qualità, hanno portato a una progressiva introduzione delle tecnologie dell’informazione e della comunicazione (TIC) nelle nostre aule. Il tempo delle discussioni a priori tra fautori e detrattori dell’uso delle TIC negli ambienti di apprendimento è ormai superato (cfr. Ranieri, 2011). L’acquisizione di una matura consapevolezza critica sul tema è oggi necessaria tanto all’insegnante quanto al decisore politico. Date queste premesse, la domanda da cui si vuole qui partire è: che cosa sappiamo sulla efficacia didattica delle tecnologie in ambito scolastico? Una grande mole di studi sul tema è stata prodotta in seno all’evidence based education (EBE), una prospettiva di ricerca impegnata nella produzione, raccolta e diffusione di conoscenze affidabili circa l’efficacia di differenti opzioni didattiche (Vivanet, 2014). Essa matura, dapprima, in ambito anglosassone e si presenta oggi come un orientamento in grado di offrire un contributo allo sviluppo di una professionalità didattica maggiormente informata, allontanandosi da interpretazioni neo-positivistiche ormai insostenibili (Calvani, 2013).1 A tal fine, essa si avvale di metodi di indagine, quali revisioni sistematiche e metaanalisi, per la comparazione e la sintesi dei risultati di singoli studi sull’efficacia di un intervento.2 Quest’ultima è espressa tramite un indice (effect size ES) che esprime la dimensione di un effetto sulla base delle differenze ottenute in una ricerca tra gruppo sperimentale e gruppo di controllo. In altre parole, esso ci dice quanto una strategia didattica, ad esempio, è stata efficace. Generalmente, si assume come soglia significativa un valore di 0.40 (Hattie, 2009); più alto è tale valore, maggiore sarebbe l’efficacia didattica. In questo contributo, si presenterà una sintesi e un’analisi critica dei dati emergenti da alcune tra le più rilevanti (per l’ampiezza della base empirica) ricerche condotte sull’efficacia delle tecnologie in ambito scolastico. ANALISI DELLE EVIDENZE EMPIRICHE La meta-analisi di Hattie Uno dei lavori più citati della letteratura EBE è quello condotto da Hattie (2009) che ha sviluppato una meta-analisi di oltre 800 altre meta-analisi per individuare i fattori che influenzano, in positivo o in negativo, i risultati di apprendimento degli studenti in età scolastica. La sua analisi si è concentrata sull’efficacia di fattori relativi a sei aree di influenza: lo studente; l’ambiente domestico; l’ambiente scolastico; l’insegnante; il curriculum; e l’insegnamento. Tra i fattori indagati, la tabella seguente sintetizza i principali dati relativi a quelli direttamente riconducibili all’uso delle tecnologie. Considerando la soglia prima citata dello 0.40, si nota subito come tutti i fattori considerati, con l’eccezione degli interactive video methods, si collochino al di sotto di tale valore (programmed instruction, audio-visual methods, web-based learning e distance education mostrano un ES vicino allo zero, in altre parole sarebbero pressoché ininfluenti sui risultati di apprendimento degli studenti). Tali dati, tuttavia, presi da soli sono scarsamente significativi; una loro analisi critica, pur riportata di seguito in estrema sintesi, fa emergere elementi di maggiore interesse per la loro interpretazione. Con riferimento agli interactive video methods (0.52), essi sono definiti come una combinazione di computer-assisted instruction e tecnologie video per l’insegnamento. Le meta-analisi considerate presentano risultati di efficacia abbastanza omogenei, con ES compreso tra 0.41 e 0.65, e sono state pubblicate tra il 1980 e il 1999. Esse sintetizzano gli esiti di esperienze didattiche assai differenti le une dalle altre, riguardando alcune direttamente l’uso dei video, altre videogiochi, materiale illustrato, soluzioni ipermediali, e così via. Inoltre, negli G. Vivanet 96 1 Sulla impostazione epistemologica e metodologica dell’EBE non mancano elementi critici oggetto di dibattito in letteratura. Si discute, ad esempio, sui possibili fraintendimenti intorno al ruolo predittivo e prescrittivo delle evidenze empiriche (Calvani, 2013); oltre che sulla trasferibilità delle indicazioni di ricerca in contesti didattici reali e sull’accettabilità degli esiti di ricerche interpretative quali prove di evidenza (Vivanet, 2014). 2 Si tratta di procedure di indagine secondarie standardizzate il cui obiettivo è identificare, selezionare, valutare e riassumere i risultati di un insieme di studi primari (tipicamente ricerche sperimentali e/o quasi-sperimentali) attraverso le seguenti fasi: definizione del protocollo di indagine; identificazione degli studi primari pertinenti col problema di ricerca; selezione di essi sulla base dei criteri definiti nel protocollo; analisi dei risultati dei singoli studi primari; comparazione e sintesi dei risultati tratti dall’insieme di studi considerati. Posizione Fattore Numero di Numero Numero di ES (x su 138) meta-analisi di studi soggetti 44° Interactive video methods 6 441 4.800 0.52 71° Computer assisted instruction 81 4.875 3.990.028 0.37 82° Simulations 9 361 n.a. 0.33 95° Programmed instruction 7 464 n.a 0.24 104° Audio-visual methods 6 359 2.760 0.22 112° Web-based learning 3 45 22.554 0.18 126° Distance education 13 839 4.024.638 0.09 Tabella 1. Efficacia dei fattori riconducibili alle tecnologie didattiche secondo Hattie (2009). studi considerati, come riportato dallo stesso Hattie (2009), si ammette che un grande spettro di variabili (quali, ad esempio, il tipo di contenuto, fattori di contesto, la strategia di insegnamento, il feedback fornito dal docente) possa avere influenzato i risultati prodotti. Con computer assisted instruction (0.37), ci si riferisce qui a una molteplicità di significati e implementazioni di mainframe, desktop e portatili utilizzati per tutoraggi, simulazioni, problem solving, e altre applicazioni. Le meta-analisi considerate presentano risultati di efficacia assai disomogenei, con ES compreso tra 0.08 e 1.05, e sono state pubblicate tra il 1977 e il 2007 (di cui quasi il 50% condotta addirittura in epoca pre-web, antecedente al 1993, e quasi l’80% prima che fosse coniata l’espressione web 2.0 nel 2004). Al riguardo, Hattie (2009) sottolinea, tuttavia, che i risultati non appaiono correlati all’anno degli studi presi in considerazione. Inoltre, in base alla sua analisi, non si registrano differenze particolarmente significative in riferimento né al grado di istruzione, né al dominio, né alla durata del programma di istruzione (Tabella 2). In conformità ai dati, si otterrebbe, invece, una maggiore efficacia quando: (i) il docente impiega una varietà di strategie d’insegnamento e offre molteplici occasioni di apprendimento; (ii) il docente è formato all’uso didattico del computer; (iii) il docente favorisce processi di apprendimento tra pari; (iv) si ottimizza lo scambio di feedback insegnante-allievi; e (v) lo studente ha la possibilità di avere un controllo del processo di apprendimento. L’analisi dei dati relativi alle simulations (0.33) prende in considerazione metodi di istruzione basati su modelli o rappresentazioni della realtà in cui gli studenti sono in competizione nel raggiungimento di un qualche obiettivo in conformità a un insieme prestabilito di regole (sono compresi i giochi, quali giochi di ruolo e decision making). Le meta-analisi considerate presentano risultati di efficacia abbastanza omogenei, con ES compreso tra 0.20 e 0.43, e sono state pubblicate tra il 1981 e il 2002. Da segnalare che in diverse meta-analisi citate non vi è alcun impego di tecnologie e che gli studi considerati comprendono esperienze didattiche assai differenti per tipo di simulazione considerata, grado di istruzione, natura dei compiti e obiettivi didattici. Con riferimento alla programmed instruction (0.24), ci si riferisce qui a strategie di insegnamento basate sulla presentazione controllata di contenuti scomposti in unità semplici di granularità elevata. Le meta-analisi considerate presentano risultati di efficacia abbastanza disomogenei, con ES compreso tra 0.08 e 0.43, e sono state pubblicate tra il 1977 e il 2000 (una sola meta-analisi è stata pubblicata nel 2000, le altre tutte tra il 1977 e il 1986 dunque l’analisi riguarda modelli e tecnologie per l’istruzione programmata in uso nell’epoca preweb). In ragione del fatto che quasi tutti gli studi relativi a questo fattore sono antecedenti al 1986, non sembrano emergere elementi di particolare interesse rispetto agli obiettivi di questo lavoro. In relazione agli audio-visual methods (0.22), è qui compreso l’uso di media e risorse quali la televisione, le diapositive, i film, e le audiocassette. Le meta-analisi considerate presentano risultati di efficacia con ES compreso tra 0.02 e 0.71 (più in dettaglio, tutte le meta-analisi restituiscono un ES tra 0.02 e 0.20 e una sola con ES 0.71) e sono state pubblicate tra il 1979 e il 2000. Anche in questo caso, stavolta in ragione del tipo di studi considerati, non appaiono emergere elementi di specifico interesse per l’analisi che si staNegli ultimi anni, si e assistito a una progressiva introduzione delle tecnologie didattiche nella scuola e, allo stesso tempo, all’emergere, specialmente nell’area anglosassone, di una cultura pedagogica piu sensibile ai risultati della ricerca empirica, espressa dalla prospettiva dell’evidence based education. In questo contributo, si offre un quadro sintetico e un’analisi critica delle evidenze emergenti nella letteratura di settore riguardante l’efficacia delle tecnologie didattiche in ambito scolastico. L’obiettivo e apportare un contributo al dibattito sul tema, nella convinzione che sia sempre piu importante offrire occasioni di confronto e scambio di conoscenze tra la ricerca educativa da una parte e la pratica didattica e la decisione politica dall’altra.

Use of Semantic Wikis to support collaborative learning

Semantic Wiki consentono, tramite un linguaggio comprensibile agli elaboratori e formalmente definito, l’annotazione semantica dei contenuti delle pagine Wiki e la rappresentazione esplicita delle relazioni di significato tra essi presenti. Essi offrono la possibilita di sfruttare sia i vantaggi delle tecnologie basate su ontologie sia i meccanismi collaborativi propri dei Wiki. L’articolo descrive un progetto, denominato Semantic WikiSUN, avviato per indagare le prospettive didattiche di tali sistemi. Esso e basato su un quadro teorico complesso che integra evidenze neurocognitive, teorie dell’apprendimento e modelli costruttivisti-sociali della conoscenza. Obiettivo del contributo e, sulla base della esperienza intrapresa, discutere potenzialita e criticita didattiche dei Semantic Wiki, estendendo talvolta la riflessione a considerazioni piu generali sui processi di apprendimento mediati da tecnologie semantiche.

The ontological identity of learning objects: an analysis proposal

In the recent years, several semantic-based educational projects have been carried out, focusing on improving content retrieval within digital object repositories. Usually these projects are founded on the use of ontologies and semantic markup to represent the knowledge domain, as well as technical and pedagogical content features. However, from a literature analysis, learning objects (LOs) ontologies appear frequently to be designed more on the basis of the pragmatic convenience of the specific application frame and the developers’ personal intuition than on a rigorous ontological analysis. This approach has as main disadvantage the development of incongruous models which cannot support logical reasoning processes and cannot be easily reused in a different context from that in which they have been designed. Therefore a preliminary analysis on the ontological identity of learning objects is here proposed in order to support the formulation of a well-founded LO definition, which should be provided before any LO ontology engineering process.

Topic Maps for Learning Design

Topic Maps (TM) are an ISO standard whose aim is describing knowledge structures and associating them with information resources. XML Topic Maps (XTM) is an XML-based encoding scheme to represent topic maps and similar knowledge structures. In this poster, TM and XTM are proposed as a knowledge representation system to be exploited in e-learning environments for a suited integration with semantic web technologies. They may be a useful tool to facilitate the design of learning contents and their delivery in different contexts.