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Ipermedia adattivi per l’istruzione a distanza

28 giugno 2004 | Elio Toppano

 

Introduzione
Gli ipermedia adattativi sono nati agli inizi degli anni 90 dalla confluenza della ricerca nel campo degli ipermedia con la ricerca sulla modellizzazione d’utente (User Modelling). Attualmente rappresentano un settore tecnologico maturo con applicazioni in vari campi tra i quali quello della istruzione e della educazione a distanza è sicuramente uno dei più interessanti e promettenti [2][3][4].
Nel contesto educativo, l’ipermedia può rappresentare una unità di apprendimento: un intero corso o una lezione che tratta un argomento specifico del dominio di insegnamento. Si tratta di un uso trasmissivo della rete che viene usata principalmente per erogare materiali didattici di supporto ad un tipo di apprendimento autodiretto. L’ipermedia può essere più o meno orientato alle conoscenze (fatti, concetti, nozioni da apprendere) o al processo (capacità, abilità, da acquisire) a seconda che richieda principalmente da parte dello studente una attività di navigazione, ricerca e studio nello spazio informativo (es. hyperbooks, enciclopedie elettroniche) oppure includa sezioni di supporto ad attività pratiche specifiche (es. risoluzione di problemi, simulazioni del dominio, ecc.). Alternativamente, si può considerare l’ipermedia come una risorsa informativa, un materiale di supporto alle attività di tipo collaborativo (ad esempio la realizzazione di un progetto) che lo studente svolge assieme ad altri in un ambiente istruzionale che include anche strumenti di comunicazione e di co-costruzione di conoscenze. In entrambi i casi, l’obiettivo degli ipermedia adattativi è quello di aumentare l’usabilità del sistema istruzionale e quindi indirettamente la sua efficacia. Il problema fondamentale è che studenti diversi possono essere guidati da scopi, bisogni o interessi differenti, possedere conoscenze di background diverse sull’argomento di studio, possono imparare con ritmi diversi, preferire determinate organizzazioni del materiale di istruzione piuttosto che altre, oppure preferire certi medium comunicativi ad altri. Un ipermedia tradizionale mette a disposizione di tutti gli utenti il medesimo spazio informativo. Questo fa si che una stessa pagina possa risultare difficile o incomprensibile per una certa categoria di studenti ad esempio per i principianti, oppure risultare troppo semplice, banale e persino noiosa per gli studenti che possiedono già delle conoscenze avanzate del dominio di insegnamento. Gli studenti principianti possono trovare difficoltà a muoversi nello spazio informativo in maniera efficace a causa del disorientamento, del sovraccarico cognitivo, o di un flusso concettuale o narrativo dell’informazione inadeguati rispetto alle loro caratteristiche. L’idea che sta alla base degli ipermedia adattativi è quindi quella di personalizzare lo spazio informativo tenendo conto delle caratteristiche individuali dei possibili utenti. In generale si suole distinguere gli ipermedia adattativi dagli ipermedia adattabili [4]. Nei sistemi adattabili è l’utente stesso che, prima di utilizzare l’ipermedia, fornisce il proprio profilo attraverso una sessione di dialogo col sistema, per esempio compilando un apposito questionario o scegliendo tra un insieme di profili predefiniti (stereotipi). Il sistema, utilizza il profilo fornito dall’utente per personalizzare l’ipermedia. Nei sistemi adattativi è invece il sistema stesso che, sfruttando le informazioni direttamente inferite dal comportamento dell’utente, adatta la presentazione in maniera automatica. In alcuni casi anziché adattare, modificandola, una presentazione preesistente, questa viene generata a partire da componenti elementari (ipermedia dinamici).

Il processo di adattamento
Il processo di adattamento può essere decomposto in due fasi principali: valutazione della interazione dello studente con il sistema istruzionale e decisione sul tipo di adattamento da applicare. Vediamo le due fasi in dettaglio
Valutazione. Lo scopo di questa fase è quella di ottenere informazioni significative su diversi aspetti della interazione studente-ipermedia, per esempio, sapere quali pagine sono state visitate dallo studente, quali concetti ha appreso, quali attività ha svolto, quali sono le caratteristiche HW e SW della piattaforma usata. La valutazione si basa, generalmente, sulla analisi e sulla interpretazione di dati di “basso livello” che vengono prodotti attraverso un meccanismo di monitoraggio della interazione. I dati possono riguardare, per esempio, la sequenza dei tasti digitati dall’utente, il tempo consumato per la consultazione di una specifica pagina oppure, ad un livello più aggregato, le risposte date ai test, la modalità di completamento (iniziata, completata, abortita) delle attività istruzionali proposte. La interpretazione viene fatta sulla base di un insieme di regole di interpretazione. In molti sistemi l’interpretazione si focalizza soprattutto sulle caratteristiche dell’utente e i risultati ottenuti vengono integrati e memorizzati in una struttura chiamata modello dell’utente.
Decisione. Lo scopo di questa fase è quello di scegliere il tipo di adattamento da applicare al sistema e la modalità, ossia il metodo più appropriato per implementarlo, rispetto agli obiettivi e alle caratteristiche desiderate del sistema istruzionale. La decisione si basa su un insieme di regole di adattamento.
Valutazione e decisione sono strettamente interconnesse: la scelta di come adattare il sistema istruzionale viene presa sulla base dei risultati della interpretazione dell’interazione dell’utente. D’altra parte le due fasi sono anche indipendenti ed ortogonali in quanto le conclusioni della fase di interpretazione posso dare luogo a diverse decisioni di adattamento a seconda delle regole di adattamento usate. Il modello illustrato suggerisce un metodo per la valutazione dei sistemi adattativi [6] che è quello di valutare separatamente l’attività di interpretazione (Le conclusioni inferite dal sistema relative alle caratteristiche della interazione dell’utente col sistema sono valide?) dalla valutazione della attività di decisione (Le decisioni di adattamento prese dal sistema sono valide e significative, rispetto ai risultati della interpretazione specificati?).

Adattare: Che cosa? A che cosa?
Al fine di analizzare in maggiore dettaglio il processo di adattamento, cominciamo col chiederci quali sono le proprietà di un ipermedia suscettibili di poter essere adattate. Per rispondere a questa domanda è necessario far riferimento a un qualche modello di ipermedia. A livello generale, un ipermedia è costituito da una rete di nodi (le pagine) e di collegamenti (i link) tra pagine o parti interne alle pagine. A differenza degli ipertesti in cui i nodi/pagina sono strutture spaziali bidimensionali contenenti solo medium statici (testi o immagini), negli ipermedia le pagine sono strutture tridimensionali per l’aggiunta ulteriore della dimensione del tempo dovuta all’uso di medium sia statici sia dinamici (audio, video). Dal punto di vista di chi progetta l’ipermedia le decisioni da prendere per costruire l’ipermedia possono essere raggruppate in tre macro-aree, riguardanti rispettivamente:
- il contenuto: tutto ciò – conoscenze del dominio di insegnamento, attività istruzionali – che il progettista ha inteso comunicare o supportare con l’ipermedia;
- l’architettura informativa: organizzazione logica e fisica del contenuto. L’architettura logica dell’ipermedia riguarda: i) il modo con cui il contenuto è strutturato logicamente per costituire uno spazio informativo e di lavoro (scelta delle categorie di classificazione della informazione, dei modelli di decomposizione delle attività, ecc.); ii) come tale spazio viene denotato (scelta delle etichette) e iii) quali meccanismi sono stati predisposti per aiutare l’utente a muoversi e ad orientarsi. L’architettura fisica riguarda, invece, il modo in cui la organizzazione logica viene “mappata” nelle pagine fisiche e nei collegamenti tra pagine (e all’interno delle pagine) per realizzare la struttura ipermediale visibile dall’utente.
- la presentazione: il modo con cui contenuti ed architettura fisica vengono esternalizzati attraverso la scelta di specifici segni linguistici (testuali, visivi, auditivi, ecc.) e come tali segni sono strutturati nelle pagine (aspetto grafico della pagina, struttura visuale, temporale, ecc.).
Ciascuna di queste decisioni è suscettibile di adattamento. E’ possibile adattare il contenuto informativo dell’ipermedia selezionando, per esempio, i concetti e le relazioni del dominio di istruzione da rappresentare nell’ipermedia (la copertura del dominio) oppure la decomposizione e l’ordinamento delle attività istruzionali da supportare; il livello di generalità, astrazione, accuratezza, e precisione con cui rappresentare il contenuto; il modo con cui aggregare i concetti (o le attività) in frammenti di informazione e il modo di associare tali frammenti alla/e pagine dell’ipermedia; il tipo di medium semantico da usare per rappresentare ciascun frammento di informazione, le caratteristiche percettive di ciascun medium (es. forma, dimensioni, colore, posizione, orientamento dei caratteri di testo; luminosità, contrasto delle immagini; volume, altezza e ritmo dell’audio; durata delle transizioni nei video).
Tradizionalmente gli ipertesti adattativi si sono focalizzati soprattutto sul contenuto e sulla architettura fisica e di conseguenza sulla struttura della navigazione. Più recentemente sono stati proposti diversi sistemi che adattano anche la presentazione. Va sottolineato il fatto che contenuto, architettura (logica e fisica) e presentazione sono aspetti non indipendenti, ma strettamente correlati: la scelta di uno di essi influenza e retroagisce sulle scelte degli altri aspetti.
La seconda questione da affrontare è a cosa possono essere adattati contenuto, architettura e presentazione dell’ipermedia. Vediamo alcune possibilità:
- l’utente;
- il corso della interazione tra utente e sistema;
- l’ambiente d’uso.
Il primo caso – adattamento all’utente – è quello seguito dalla gran parte dei sistemi tradizionali. Le caratteristiche dell’utente prese in considerazione sono molteplici: gli scopi e gli obiettivi dell’utente nell’usare l’ipermedia; l’attività svolta dall’utente utilizzando l’ipermedia, le conoscenze acquisite dall’utente, i suoi interessi, le sue preferenze, lo stile di apprendimento, per esempio, più orientato alla pratica piuttosto che alla teoria, più analitico che sintetico, ecc. Alcune di queste caratteristiche – lo stile di apprendimento, le preferenze – sono relativamente stabili altre – gli obiettivi, le conoscenze acquisite, o le attività svolte – variano continuamente durante l’uso dell’ipermedia. Nel caso dell’adattamento alle conoscenze, il sistema deve, pertanto, essere in grado di identificare i cambiamenti che avvengono nello stato di conoscenza dell’utente e aggiornare di conseguenza il relativo modello d’utente. Le conoscenze dell’utente sono tipicamente rappresentate mediante ricoprimento di un modello del dominio di insegnamento. Più precisamente, il modello del dominio di insegnamento è rappresentato da una rete semantica costituita da concetti e relazioni tra concetti. L’idea di base del modello a ricoprimento è quella di rappresentare la conoscenza dell’utente in termini di una sottorete del modello di dominio. Per ogni concetto rappresentato nel modello di dominio, il modello a ricoprimento registra un valore che rappresenta una stima del grado di conoscenza del concetto da parte dell’utente, stima dedotta dal sistema istruzionale a partire dal comportamento dell’utente stesso (pagine visitate, tempi di permanenza su una pagina, risultati dei test, ecc.). La realizzazione di questo tipo di adattamento presuppone che le pagine dell’ipermedia siano annotate con metadati che specificano l’insieme dei concetti descritti da ciascuna pagina.
L’adattamento alle caratteristiche dell’utente pone diversi problemi complessi. In generale, è difficile costruire un modello d’utente valido e affidabile a partire dalla interazione dell’utente con l’ipermedia. E’ difficile, per esempio, stabilire se un concetto visitato in una pagina sia o meno stato effettivamente compreso o acquisito dall’utente dal solo fatto che l’utente ha visitato uno o più volte la pagina o vi è rimasto per un determinato intervallo di tempo. Va notato che la comprensione di un concetto è il risultato di un processo complesso di interpretazione che coinvolge le conoscenze di background dell’utente e la storia delle navigazioni precedenti. L’intero approccio, inoltre, si basa su una assunzione di base di tipo “trasmissivo” ossia che esista qualche cosa di oggettivo che noi chiamiamo “conoscenza” che sia localizzabile negli artefatti (per esempio nell’ipermedia) e nella “mente” dell’uomo e che possa essere trasferita dall’uno agli altri e viceversa attraverso specifici processi di interazione e cognizione.
Recentemente, è stato proposto un approccio diverso che anziché tentare di modellizzare l’utente si focalizza sulle caratteristiche del corso della interazione tra utente e sistema istruzionale. L’idea che sta alla base dell’approccio è che non tutte le situazioni e interazioni sono efficaci dal punto di vista dell’apprendimento, ma solo quelle che soddisfano determinati vincoli ossia che mostrano una determinata regolarità o struttura interna invariante. Si tratta di un cambiamento importante di prospettiva: anziché considerare gli aspetti cognitivi dell’apprendimento e quindi tentare di costruire un modello d’utente, ci si focalizza sugli aspetti contestuali (la situazione) che possono favorire l’apprendimento e sulla storia della interazione tra utente e ambiente (corso di interazione). Questo punto di vista è in linea con l’ approccio costruttivista. Una formalizzazione completa di questa proposta è stata fatta da Self [1] il quale ha caratterizzato le interazioni che favoriscono l’apprendimento in termini di quattro proprietà misurabili: cumulativeness, contrustiveness, self-regulatedness, e reflectiveness. E’ chiaro che queste proprietà possono essere usate, ad esempio, per guidare l’utente nella esplorazione di uno spazio ipermediale complesso suggerendogli le pagine che, di volta in volta, meglio realizzano le regolarità citate. Un altro filone di ricerca che può esser fatto rientrare in questa categoria di approcci orientati alla struttura della interazione è quello che si focalizza sulla struttura retorica di un testo. In [5] , per esempio, l’adattamento della architettura e della presentazione dell’ipermedia viene fatto in modo da preservare un certo tipo di struttura e di coerenza sottostante, descritta mediante la RST (Rethoric Structure Theory) [7].
L’ultimo tipo di caratteristiche che prenderemo in considerazione, per adattare l’ipermedia, è rappresentato dalle caratteristiche dell’ambiente operativo e fisico dell’utente. Per ambiente operativo intendiamo le caratteristiche sia HW (dimensioni del monitor, larghezza di banda disponibile per la trasmissione, ecc.) sia SW (tipo di browser, sistema operativo,ecc.) del tipo di piattaforma (PC, PIM) usata dall’ utente. L’ambiente operativo influisce soprattutto sulle caratteristiche della interfaccia e quindi sugli aspetti di architettura fisica e di presentazione dell’ipermedia. L’adattamento dell’ipermedia all’ambiente fisico dell’utente rappresenta un filone recente della ricerca legato allo sviluppo della comunicazione mobile. Adattare un ipermedia al contesto fisico in cui si trova l’utente – si pensi ad esempio allo spazio di un museo o a quello di una città – significa tener conto del luogo e della posizione dell’utente in tale spazio, per esempio tramite un GPS, per fornire informazioni pertinenti rispetto a ciò che lo circonda o per guidarlo verso punti e luoghi di suo interesse.

Gli obiettivi, i metodi e le tecniche di adattamento
L’adattamento del contenuto, della architettura e della presentazione di un ipermedia perseguono scopi e obiettivi differenti [2][3]. L’ obiettivo dell’adattamento del contenuto è tipicamente quello di fornire all’utente le informazioni strettamente necessarie per soddisfare il bisogno informativo, lo scopo (per esempio completare una determinata attività) o gli interessi dell’utente al livello di generalità, astrazione e accuratezza appropriati. Esistono diversi metodi di adattamento del contenuto. Alcuni di questi si basano sulla rimozione della informazione non pertinente oppure, simmetricamente, sulla aggiunta di informazioni che possono fornire ulteriori elaborazioni o spiegazioni del contenuto presentato dall’ipermedia. L’aggiunta di informazioni, oltre a tener conto delle conoscenze dell’utente, può tener conto delle relazioni di precedenza (prerequisiti, co-requisiti, ecc.) esistenti tra i concetti del dominio di istruzione. Per esempio, prima di introdurre un nuovo concetto, si introducono i concetti prerequisiti. Oppure si cerca di sfruttare similitudini ed analogie tra concetti inserendo, accanto al nuovo concetto, concetti simili già illustrati o appresi precedentemente, in modo da chiarire il significato della nuova informazione presentata e favorirne la comprensione. Un altro metodo è quello di usare varianti del contenuto che possono riguardare sia l’informazione presente in una intera pagina dell’ipermedia sia singoli frammenti che possono quindi essere assemblati dinamicamente in maniera flessibile per adattarsi all’utente. Una tecnica efficace di adattamento del contenuto usata in molti sistemi è l’inserimento condizionato dell’informazione. La tecnica prevede che l’intero contenuto dell’ipermedia venga suddiviso in frammenti e che ciascun frammento venga associato ad una condizione che fa riferimento ad una o più caratteristiche dell’utente così come sono rappresentate nel modello d’utente. I frammenti vengono selezionati e presentati solo se le relative condizioni sono vere nello stato attuale della interazione.
Per quanto riguarda l’adattamento della architettura, un obiettivo è quello di fornire all’utente una guida per muoversi in maniera efficace ed efficiente nello spazio informativo dell’ipermedia soprattutto se tale spazio è vasto e complesso. Un altro obiettivo è quello di aiutare l’utente ad orientarsi localmente ossia a comprendere la natura della informazione che lo circonda in modo da capire dove si trova. Alcuni metodi proposti per l’adattamento della navigazione sono:
- guida diretta: il sistema informa l’utente su quale link della pagina corrente sia meglio seguire oppure suggerisce la pagina successiva migliore da visitare mediante un apposito link (es. NEXT);
- ordinamento dei link: i link – si pensi in particolare agli indici o alle tabelle di contenuto di una pagina – vengono ordinati a seconda della loro pertinenza rispetto al contenuto corrente del modello dell’utente;
- rimozione dei link: i link che portano a pagine non pertinenti rispetto al modello d’utente corrente vengono rimossi o occultati restringendo in questo modo lo spazio informativo navigabile dallo studente;
- annotazione dei link: i link vengono arricchiti con annotazioni testuali o grafiche – è tipico l’uso del colore – in modo da indicare il livello di pertinenza della pagina destinazione rispetto al modello corrente dell’utente;
- disattivazione dei link: anziché rimuovere i link non pertinenti questi vengono disattivati pur rimanendo visibili nella pagina;
- adattamento delle mappe: si ristruttura la mappa di navigazione dell’ipermedia a seconda del contenuto del modello dell’utente.
La scelta di un metodo piuttosto che un altro va fatta tenendo conto sia degli obiettivi dell’adattamento sia del tipo di link (contestuale, non contestuale, link di un indice, di una tabella dei contenuti, link in una mappa) presente nella pagina.
L’obiettivo dell’ adattamento della presentazione, infine, è quello di scegliere le caratteristiche percettive dei segni del linguaggio usato per comunicare e il modo con cui tali segni sono in relazione tra di loro sia dal punto di vista spaziale sia temporale in accordo con le esigenze e le caratteristiche correnti dell’utente. I problemi fondamentali dell’adattamento della presentazione riguardano, da un lato, la selezione del linguaggio – inteso come medium semiotico – più appropriato per esprimere una data informazione, dall’altro la integrazione di diversi linguaggi nella stessa pagina e gli effetti che tale integrazione ha sull’utente. Sebbene esistano numerose proposte che affrontano questi problemi – si veda, per esempio, il metodo UCD-MA (User Centred Design for Multimedia Applications Method) e le raccomandazioni fornite dallo standard ISO 14915 – l’adattamento della presentazione rimane un settore di ricerca tuttora in parte inesplorato. Alcuni sistemi utilizzano le attuali tecnologie web di ingegneria dei documenti per realizzare l’adattamento: l’XML per rappresentare il contenuto, l’XSLT per trasformare la struttura del contenuto e i fogli di stile CSS per definire l’aspetto visuale della presentazione. L’aspetto importante di questo approccio è quello di separare il contenuto dallo stile di presentazione e quindi, poter riutilizzare lo stesso contenuto o un contenuto eventualmente trasformato nella struttura, con stili diversi. Purtroppo però, come già sottolineato precedentemente, contenuto, struttura del contenuto e stile non sono aspetti indipendenti di una presentazione. Di conseguenza un processo lineare di adattamento che non tenga conto degli effetti di influenza reciproca tra questi aspetti rischia di essere inadeguato. Inoltre, l’uso di medium dinamici e quindi l’introduzione della dimensione temporale complica di molto le cose: l’esperienza dell’utente è determinata non solo dalla disposizione spaziale dei medium nella pagina e dalla struttura ipertestuale esistente tra le pagine, ma anche, e soprattutto, dalla struttura temporale dell’ipermedia: una modifica della struttura spazio-temporale dell’ipermedia può avere notevoli conseguenze sulla integrità semantica della presentazione.
Metadati, ontologie e sistemi aperti
L’elemento chiave per poter adattare un ipermedia è la disponibilità di metadati ossia di informazioni descrittive sull’ipermedia stesso. Attualmente la gran parte dei sistemi adattativi sono sistemi chiusi nel senso che operano su un insieme limitato di materiali che sono descritti da metadati proprietari costruiti specificatamente dai progettisti dell’ipermedia per il tipo di applicazione sviluppata. La tendenza per il futuro è quella di realizzare sistemi aperti cioè sistemi che siano in grado di eseguire l’adattamento prelevando materiali dalla intera rete e quindi in maniera indipendente dalla loro origine. La realizzazione di questi sistemi impone di sviluppare i contenuti in maniera modulare e di arrivare ad una standardizzazione – non solo terminologica, ma anche semantica – dei metadati usati per descrivere i contenuti per le applicazioni istruzionali, in modo da rendere possibile l’interoperabilità dei sistemi realizzati. Notevoli passi in questa direzione sono stati fatti, sia per quanto riguarda la definizione di possibili strutturazioni modulari del materiale istruzionale in termini di unità riusabili (learning objects), sia nella formulazione di proposte concettuali, esplicite e condivise (ontologie) da utilizzare come metadati, si pensi come esempio alle proposte dei progetti internazionali SCORM, LOM e IMS.

Riferimenti bibliografici
[1] F. N. Akhras, J.A. Self (200). System Intelligence in Constructivistic Learning. International Journal of Artificial Intelligence in Education, 11.
[2] Peter Brusilovsky (1996). Methods and techniques of adaptive hypermedia. User Modeling and User Adapted Interaction, v 6, n. 2-3, pp. 87-129.
[3] Peter Brusilovsky (2001). Adaptive Hypermedia. User Modeling and Used Adapted Interaction, v 11, pp. 87-110.
[4] P. De Bra (1999). Design Issues in Adaptive Web-Site Development. In Proceedings of the 2nd Workshop on Adaptive Systems and User Modeling on the WWW. http://wwwis.win.tue.nl/asum99/debra/debra.html
[5] J.Geurts, S. Bocconi, J.van Ossembruggen, L. Hardman (2003). Towards Ontology-driven Discourse: From Semantic Graphs to Multimedia Presentations. In Second International Semantic Web Conference (ISWC), in corso di stampa.
[6] C. Karagiannidis, D. Sampson, P. Brusilovsky (2001). Layered Evaluation of Adaptive and Personalized Educational Applications and Services. AIED 2001, Workshop Papers: Assessment Methods in Web-Based Learning Environments & Adaptive Hypermedia, pp.21-29.
[7] B. Mann. An Introduction to Rhetorical Structure Theory (1999). http://www.sil.org/~mannb/rst/rintro99.htm


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