Web-Based intelligent tutoring for Prolog following the learning theory of constructivism.

Abstract

Intelligent tutoring systems (ITS) incorporate techniques for transferring knowledge and skills to students. These systems are based on a combination of computer-aided instructions and artificial intelligence techniques. This thesis studies and develops a web-based intelligent tutoring system for Prolog following the learning theory of constructivism. Our thesis studies among others the kind of programming knowledge, which is required in the learning process by learners (programming techniques, program schemata, etc.), how this knowledge is represented, and how this knowledge can be applied in an effective way. The constructivism theory is encapsulated into our system in order to have high quality learning outcomes. This theory is based on the fundamental principles of interaction, construction, assimilation and knowledge consolidation. These four principles have been taken into account in the development of our system. As such, the learning is performed through interaction of the students/learners with the system. The learning process is guided by iteratively constructing solutions on assigned problems. Our system instructs learners by giving guidelines on how they can construct a solution to their problem. In addition, each learner can try a set of exercises and the system checks the correctness of the provided answers. In case of erroneous ones, the system gives appropriate instructions to the student in order to reconstruct a correct answer. Many learning decisions are taken by the learner rather than by the system due to the constructivism theory. The practice and the assessment modules support the principles of assimilation and knowledge consolidation. In the practice module, the learner has to practice the theory he learnt on a set of exercises by choosing a practice method from the available ones. In the assessment module, the learner has to answer a set of exercises on what he has already learnt. The main novelty of our system is its flexibility to adapt to individual student choices and profile, offering a wide range of alternatives and trying to continuously retain the interest of learners. Finally, a preliminary evaluation of our system confirms its usability and its benefits of using it for learning Prolog.

Τα ευφυή συστήματα διδασκαλίας (ITS) ενσωματώνουν τεχνικές για τη μεταφορά γνώσεων και δεξιοτήτων στους σπουδαστές. Αυτά τα συστήματα βασίζονται σε ένα συνδυασμό οδηγιών με τη βοήθεια του υπολογιστή και της τεχνητής νοημοσύνης. Αυτή η διπλωματική εργασία μελετά και αναπτύσσει ένα ευφυές διαδικτυακό σύστημα διδασκαλίας βασισμένο και με σκοπό να διδάξει την γλώσσα προγραμματισμού Prolog, ακολουθώντας τη θεωρία μάθησης του κονστρουκτιβισμού. Η παρούσα διπλωματική εργασία μελετά, ποιό είναι το είδος της προγραμματιστικής γνώσης που απαιτείται από τη μαθησιακή διαδικασία από τους εκπαιδευόμενους (τεχνικές προγραμματισμού, προγράμματα, κλπ.), πώς αντιπροσωπεύεται αυτή η γνώση και πώς μπορεί να εφαρμοστεί αυτή η γνώση με αποτελεσματικό τρόπο. Η θεωρία του κονστρουκτιβισμού είναι ενσωματωμένη στο σύστημά μας, προκειμένου να υπάρξουν μαθησιακά αποτελέσματα υψηλής ποιότητας. Αυτή η θεωρία βασίζεται στις θεμελιώδεις αρχές της αλληλεπίδρασης, της κατασκευής, της αφομοίωσης και της εδραίωση της γνώσης. Αυτές οι τέσσερις αρχές έχουν ληφθεί υπόψη στην ανάπτυξη του συστήματός μας. Ως εκ τούτου, η εκμάθηση πραγματοποιείται μέσω της αλληλεπίδρασης των μαθητών / εκπαιδευόμενων με το σύστημα. Η διαδικασία εκμάθησης καθοδηγείται από την επαναληπτική κατασκευή λύσεων σε συγκεκριμένα προβλήματα. Το σύστημά μας καθοδηγεί τους εκπαιδευόμενους δίνοντας κατευθυντήριες γραμμές για το πώς μπορούν να δημιουργήσουν μια λύση στο πρόβλημά τους. Επιπλέον, κάθε εκπαιδευόμενος μπορεί να δοκιμάσει ένα σύνολο ασκήσεων και το σύστημα ελέγχει την ορθότητα των παρεχόμενων απαντήσεων. Σε περίπτωση λανθασμένων απαντήσεων, το σύστημα δίνει τις κατάλληλες οδηγίες στον σπουδαστή προκειμένου να ανακατασκευάσει μια σωστή απάντηση. Οι κύριες αποφάσεις για την πρόοδο της μάθησης λαμβάνονται από τον μαθητή και όχι από το σύστημα λόγω της θεωρίας του κονστρουκτιβισμού. Οι πρακτικές και οι ενότητες αξιολόγησης υποστηρίζουν τις αρχές της αφομοίωσης και της ενοποίησης της γνώσης. Στο μάθημα πρακτικής, ο εκπαιδευόμενος πρέπει να ασκηθεί πάνω στη θεωρία που έμαθε σε ένα σύνολο ασκήσεων επιλέγοντας μια πρακτική μέθοδο από τις διαθέσιμες. Στη μονάδα αξιολόγησης, ο εκπαιδευόμενος πρέπει να απαντήσει σε ένα σύνολο ασκήσεων σχετικά με όσα έχει ήδη μάθει. Η κύρια καινοτομία του συστήματός μας είναι η ευελιξία του να προσαρμόζεται στις επιμέρους επιλογές των σπουδαστών, προσφέροντας ένα ευρύ φάσμα εναλλακτικών λύσεων και προσπαθώντας να διατηρήσει συνεχώς το ενδιαφέρον των μαθητών αμείωτο. Τέλος, μια προκαταρκτική αξιολόγηση του συστήματός μας επιβεβαιώνει τη χρηστικότητα και τα οφέλη της χρήσης του για την εκμάθηση του Prolog.