Proactive ontology based content provision in the context of e-learning [Elektronische Ressource] / von: Steffen Mencke

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• Informatik

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• Publié par: otto-von-guericke-universitat_magdeburg
• Publié le: 01 janvier 2008
• Nombre de lectures: 23
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 4 Mo

Extrait

ProactiveOntology BasedContentProvision
intheContextofe Learning
Dissertation
zurErlangungdesakademischenGrades
Doktoringenieur(Dr. Ing.)
angenommendurchdieFakultätfürInformatik
derOtto von Guericke UniversitätMagdeburg
von: Dipl. Inform. SteffenMencke
geb. am12.08.1978inBrandenburg(Havel)
Gutachter:
Prof. Dr. ReinerDumke
Prof. Dr. DietmarRösner
Prof. Dr. StanimirStoyanov
Promotionskolloquium: Magdeburg,Germany,16.12.2008Mencke,Steffen
ProactiveOntology BasedContentProvision
intheContextofe Learning
Dissertation,
Otto von Guericke University of Magdeburg,
2008.Contents i
Contents
1 Introduction 5
1.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 Outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 ProactiveContentLifecycle 9
2.1 Preamble . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 PlacementoftheProactiveContentProvision . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 SelectedContentRepresentations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3.1 ClassificationofContent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3.1.1 FormatofContent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.1.2 StructureofContent . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3.2 SemanticSupport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.2.1 Metadata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.2.2 SemanticWeb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.2.3 Ontologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.3 UseCase: Contentine LearningSystems . . . . . . . . . . . . 27
2.3.3.1 Whye Learning? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3.3.2 Generale LearningArchitecture . . . . . . . . . . . 28
2.3.3.3 PrimaryConceptsandDefinitions . . . . . . . . . . . 29
2.3.3.4 E LearningContentMediation . . . . . . . . . . . . 31
2.3.3.5 LearningObjects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.3.6 ContentProvisionine LearningSystems . . . . . . . 36
2.4 Semantics BasedAssembly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.4.1 Semantics SupportedOrchestrationofWebServices . . . . . . 37
2.4.2AssemblyontheGrid . . . . . . . . . . . 38
2.4.3 E LearningContentApproaches . . . . . . . . . . . 38
2.4.3.1 IMSLearningDesign . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Steffen Mencke Otto von GuerickeUniversityofMagdeburgii Contents
2.4.3.2 SCORMContentAggregationModel . . . . . . . . . 39
2.4.3.3 EducationalModelingLanguage . . . . . . . . . . . 40
2.4.3.4 LearningObjectMarkup . . . . . . . . . . 41
2.4.3.5MaterialMarkupLanguage . . . . . . . . . 41
2.4.3.6 PALO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.4.3.7 TutorialMarkupLanguage . . . . . . . . . . . . . . 41
2.4.3.8 InstructionalMaterialDescriptionLanguage . . . . . 41
2.4.3.9 EssenLearningModel . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.4.3.10 OntologicalSupport . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.5 Proactivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.5.1 Adaptability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.5.1.1 AdaptiveNavigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.5.1.2 AdaptivePresentation . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.5.1.3 AdaptiveContentProvision . . . . . . . . . . . . . . 46
2.5.2 UserModels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.5.2.1 IEEEPersonalandPrivateInformationProject . . . . 49
2.5.2.2 IMSLearnerInformationPackage . . . . . . . . . . 50
2.5.3 UseCase: ProactiveAgentTechnology . . . . . . . . . . . . . 50
2.5.3.1 WhyAgents? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.5.3.2 AgentDefinitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.5.3.3 AgentProperties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.5.3.4 BasicAgentArchitectures . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.5.3.5 Multi AgentSystems . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.6 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3 CurrentSituationinAgent SupportedProactivee Learning 63
3.1 AFrameworkforAgent Supportede Learning . . . . . . . . . . . . . 63
3.2 E LearningPlatformPresentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.3 KnowledgeAcquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.3.1 Agent MediatedOnlineLearning . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.3.2 KnowledgeAssessmentwithJADE . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.3.3 File StoreManipulationIntelligentLearningEnvironment . . . 69
3.3.4 ExtendedLMS“Samurai” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.3.5 Web Based e Learning Environment Integrating Agents and
ComputationalIntelligence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.3.6 IntelligentLearningMaterialsDeliveryAgents . . . . . . . . . 71
Otto von GuerickeUniversityofMagdeburg Steffen MenckeContents iii
3.4 Authoringine Learning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.4.1 ALFanet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.4.2 MASforUndergraduateComputerScienceEducation . . . . . 74
3.4.3 KnowledgeIntelligentConversationalAgents . . . . . . . . . . 75
3.5 Interactionine Learning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.5.1 Intelligent Multiagent Infrastructure for Distributed Systems in
Education . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.5.2 VirtualRealityGameforEnglish . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.6 E LearningSystemAdministration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.7InfrastructureandCommonServicesLayers . . . . . . . . 82
3.7.1 KnowledgeOnDemand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.7.2 CoachingFRED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.7.3 Distributede LearningCenter . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.8 Specializede LearningServices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.8.1 DoubleAgentArchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.8.2 User CenteredandAdaptiveInteractionMulti AgentArchitecture 88
3.8.3 FadedInformationFieldArchitecture . . . . . . . . . . . . . . 89
3.8.4 Agent BasedPersonalizedDistanceLearningSystem . . . . . . 90
3.9 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
24 Quality DrivenContentProvision–QuaD ,AHolisticFramework 95
4.1 TheFocusonQuality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
24.2 QuaD Framework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.2.1 InitializationPhase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.2.2 FeasibilityCheckPhase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.2.3 SelectionPhase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.2.4 OperationandEvaluationPhase . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.2.5 StructureofInvolvedData . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.3 Quality BasedEntitySelectionCoreProcess . . . . . . . . . . . . . . . 109
4.4 EntityRepositoryManagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.4.1 EntityInsertionSubprocess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.4.2 EntityRepositoryQuerySubprocess . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.5 QualityAssurance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
4.5.1 QualityAttributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.5.2 QualityDetermination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.5.3 ProcessStepEvaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Steffen Mencke Otto von GuerickeUniversityofMagdeburgiv Contents
4.5.4 EvaluationinEntityEvaluationProcess . . . . . . . . . . . . . 121
4.6 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5 AppropriateProcessModelsforContentProvision 123
5.1 AHierarchyofOntologiesforAggregation . . . . . . . . . . . 124
5.1.1 E LearningProcesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
5.1.1.1 Chosene LearningProcesses . . . . . . . . . . . . . 124
5.1.1.2 GeneralProcessDescriptions . . . . . . . . . . . . . 125
5.1.1.3 ProcessDescriptionsfore LearningProcesses . . . . 125
5.1.2 OntologiesforContentAggregation . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.1.2.1 HierarchyofOntologies . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5.1.2.2 ProcessModelRepositoryforDidacticalOntologies . 137
5.1.3 QualityCriteriaforLearningObjectSelection . . . . . . . . . . 139
5.2 IntegratingUserInformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
5.2.1 TheNeedforLifelongInformationCollection . . . . . . . . . . 142
5.2.2 LifelongUserModels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.2.3 AutonomousandProactiveUserModelManagement . . . . . . 146
5.2.3.1 Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.2.3.2 PrimaryInteractionSchemes . . . . . . . . . . . . . 147
5.2.3.3 ImplementationAspects . . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.2.3.4 Advantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.3 ProactiveEntityRetrieval . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.3.1 Architecture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.3.1.1 ExternalEntityProvider . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.3.1.2 ProactiveFunctionalityProvider . . . . . . . . . . . 155
5.3.1.3 Agent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
5.3.2 ApplicationScenarios . . . . . . . . . . . . .