Design, implementation and evaluation of a virtual laboratory for Computer Engineering Education

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1 S-vLab Design, implementation and evaluation of a virtual laboratory for Computer Engineering Education Progetto, realizzazione e valutazione di un laboratorio virtuale per l Alta Formazione in Ingegneria Informatica Dottorato di Ricerca in Ingegneria Elettronica Informatica e delle Telecomunicazioni, XXII ciclo Tutor Prof. Antonio Natali Co-tutor Prof. Roberto Laschi Ing. Anna Riccioni anna.riccioni@unibo.it Il contesto PSICOLOGIA COGNITIVA SCIENZE DELL EDUCAZIONE TECNOLOGIE DELL INFORMAZIONE Applicazioni e servizi INDIVIDUALIZZAZIONE PERSONALIZZAZIONE AMBIENTE DI APPRENDIMENTO DOCENTE DISCENTE CAI ITS Sistemi adattivi Laboratori Internet Forum Chat Spazi di lavoro condivisi

2 Computer-Aided Instruction CAI (anni 60) Accesso a materiali ed attività secondo sequenze e ramificazioni predefinite Drill & practice: ripetizione automatizzata di esercizi ICAI (anni 70) Generazione automatica dei problemi e delle soluzioni Intelligent Tutoring Systems Il tutor intelligente (anni 70) Il tutor cognitivo (anni 80-90) Problem solving Modello del dominio Modello studente Conoscenza e decisioni Modello pedagogico Interfaccia I sistemi adattivi (anni 90)

3 I laboratori Il laboratorio: uno strumento tradizionale di supporto alla formazione in Ingegneria modellazione Tipologie laboratori reali laboratori remoti laboratori virtuali realizzazione & test valutazione simulazione Ingegneria Informatica comprendere, saper utilizzare, progettare e realizzare sistemi software Motivazione didattica Laboratorio virtuale per l Ingegneria Informatica Blended-learning Caso di studio: Tecnologie per la Sicurezza Verificare principi di sicurezza Progettare, valutare ed implementare sistemi sicuri in Java LIVELLO DI ASTRAZIONE protocollo algoritmo teoria

4 Timeline REALIZZAZIONE E SPERIMENTAZIONE DI UN PROTOTIPO TEMI AFFRONTATI PERSONALIZZAZIONE CARATTERISTICHE SPERIMENTAZIONI INDIVIDUALIZZAZIONE TEMI ED ESERCIZI TRACCIABILITA ANNO 1 ANNO 2 ANNO 3 Requisiti figure virtuali di supporto MENTORE FEEDBACK REAL-TIME GIUDICE E SUGGERIMENTO DI DI UN UN PERCORSO FORMATIVO ESPERTO GRAPHICAL GRAPHICAL SORGENTI DI EDITOR DI INFORMAZIONE EDITOR ADDIZIONALI modellazione EDITOR GRAFICO UTENTE implementazione COLLEGAMENTO CON CON IDE IDE simulazione SIMULATORE valutazione del sistema DI DI ANALISI DEI DEI DATI DATI VISTA VISTA CODICE DIDATTICO

5 La realizzazione Modellazione La realizzazione Simulazione Mentore

6 La realizzazione Esperto La realizzazione Strumenti di analisi dei dati

7 La realizzazione Strumenti di analisi dei dati La realizzazione Strumenti di analisi dei dati Codice didattico Collegamento con IDE

8 La realizzazione Strumenti di analisi dei dati Codice didattico Collegamento con IDE Adattività e valutazione Valutazione Personalizzazione Individualizzazione

9 Adattività e valutazione Valutazione IEEE LTSA Reference Model Personalizzazione Individualizzazione Architettura distribuita Server dei modelli utente learning content Delivery Learning resources multimedia locator locator query Learner entity learning preferences catalog info Coach interaction context assessment behavior history learner info (new) Evaluation learner info (current) Learner records Valutazione della qualità Valutazione Corso di Tecnologie per la Sicurezza Risultati Partecipazione Gradimento Qualità degli elaborati Es.1 Es.1 Es.2 Es.2 Es.3 Es.3 Es.4 Es.4 Es.5 Es.5 Confronto Confronto all interno all interno del del FORUM FORUM settimana: LEGENDA: = prova iniziale = prova equivalente = consegna report DISCUSSIONE DISCUSSIONE ESAME ESAME = attività di gruppo = attività individuale INTERVISTA INTERVISTA

10 Apprendimento cooperativo Supporto al lavoro di gruppo Strumenti di comunicazione Condivisione di file Costruzione condivisa di report S-vLab client 1 S-vLab client 2 Server S-vLab client 3 Architettura ed implementazione Requisiti architetturali principali di S-vLab Estendibilità Sviluppo incrementale Apertura ai contributi degli utenti Personalizzazione del laboratorio Architettura Utenti non esperti installano soltanto le a plug-in funzionalità che desiderano Utenti esperti accedono ad una versione più articolata Piattaforma Eclipse Open source & basata su plug-in Arricchita da progetti e plug-in sviluppati da terzi Diffusa sia in ambito accademico che professionale

11 Architettura distribuita e a plug-in (1/2) SERVER USER INTERFACE LAYER STUDENT CLIENT LEARNER ENTITY VIEW VIEW / / ANALIZE STUDENTS PERFORMANCE VIEW VIEW / / MODIFY LEARNING STRATEGY DELIVERY ELABORATION LAYER COACH EVALUATION COACH / / LOCATOR LEARNER RECORDS / / LEARNING RESOURCES LEARNER RECORDS / / LEARNING RESOURCES PLATFORM PLATFORM BASIC SERVICES / COMMUNICATION LAYER Architettura distribuita e a plug-in (2/2) SERVER USER INTERFACE LAYER STUDENT CLIENT PALETTE LIBRARY VIEW VIEW / / ANALIZE STUDENTS PERFORMANCE VIEW VIEW / / MODIFY LEARNING STRATEGY TEST TEST VIEW VIEW DOCS DOCS VIEW VIEW CODE CODE VIEW VIEW MODELING AND AND SIMULATION DATA LOG DATA LOG EDITOR ANALYSIS SERVICE TOOL TOOL SIMULATION ENGINE ADAPTION STRATEGY ENGINE ELABORATION LAYER MONITORING MODULE USER USER MODEL ACTIVITY MODEL DATA DATA ANALYSIS TOOLS TRACKED DATA DATA ELABORATION MODULE ACTIVITY SELECTION ENGINE LEARNER RECORDS / / LEARNING RESOURCES LEARNER RECORDS / / LEARNING RESOURCES PLATFORM PLATFORM BASIC SERVICES / COMMUNICATION LAYER

12 Conclusioni Laboratorio virtuale di supporto all apprendimento Standard e modelli di riferimento modello architetturale: IEEE LTSA framework tecnico: piattaforma Eclipse Valutazione della qualità ambiente apprendimento Sviluppi futuri Valutazione del comportamento degli utenti Cooperazione tra più utenti Test in differenti domini formativi

13 Pubblicazioni (1/2) R.Laschi, A.Riccioni, P.Suzzi, Learning by doing: vlab, a virtual laboratory for Computer Engineering education, in Proc. 13th International Conference on Distributed Multimedia Systems (DMS 2007), San Francisco, September 6-8, 2007, Skokie: Knowledge Systems Institute Graduate School (USA). E.Denti, A.Riccioni, vlab: an Eclipse-based Virtual Laboratory, in Proc. 1st International Conference on Eclipse Technologies (Eclipse IT-2007), Napoli, October 4-5, 2007, Napoli: Cuzzolin Editore. R.Laschi, R.Montanari, A.Riccioni, Sicurezza dell'informazione - fondamenti, buone pratiche e laboratorio virtuale, Esculapio, Bologna, January E.Denti, R.Laschi, A.Riccioni, An experimental environment for teaching Java Security, in Proc. 6th International Symposium on Principles and Practice of Programming in Java (PPPJ 2008), Modena, Italy, September 9-11, 2008, ACM: New York. Pubblicazioni (2/2) R.Laschi, A.Riccioni, Design and implementation of a virtual lab for supporting students in modeling, evaluating and programming secure systems, in Proc. 13th International Conference on Interactive Computer-aided Learning (ICL 2008), Villach, Austria, September 24-26, 2008, Kassel University Press. R.Laschi, A.Riccioni, S-vLab: un progetto di ricerca sull'efficienza e sull'efficacia di un laboratorio virtuale nella formazione in Ingegneria Informatica, in Proc. V Congresso SIe-L, Trento, Italy, October 8-11, M.L.Giovannini, R.Laschi, A.Riccioni, Studio esplorativo sull'utilizzo di un laboratorio virtuale nella formazione in Ingegneria Informatica, in Atti del convegno Didamatica 2009, Trento (Italy) Aprile 2009, A cura di: Alfio Andronico, Luigi Colazzo; CD, ISBN: ). A.Riccioni, Laboratori virtuali adattivi, in SIe-L VI Congresso annuale della Società Italiana di e-learning: e-learning, creatività e innovazione. VI Congresso annuale della Società Italiana di e-learning. Salerno, Italy September (pp. 1-5).

14 Grazie Domande?