Apoyo a profesores en la generación de situaciones de aprendizaje ubicuo en diferentes dominios y espacios usando Datos Abiertos Enlazados

Abstract

The TEL (Technology-Enhanced Learning) research community aims to improve learning and its practical implementation by leveraging technological advances. Among other goals, this community seeks to support a specific type of learning known as ubiquitous learning (u-learning). Supported by technology, this type of learning can happen anytime and anywhere across different spaces. It is associated with a range of benefits for students, such as fostering autonomy and developing critical thinking skills. Consequently, multiple applications aim to support teachers in designing learning situations that they later enact with their students. However, in these applications, teachers often must author all the resources they will use in their scenarios, which can be tedious and complex. This is because these applications rarely promote resource reuse among teachers or, when they do, they operate as isolated data silos with respect to other applications. To overcome these limitations, technologies related to the Semantic Web can be used. These technologies enable the sharing of learning resources authored by teachers and the reuse of other open data that were not originally educational in nature. For example, Linked Open Data (LOD) from organisations such as Wikidata, whose volume of information has grown significantly in recent years, can be utilised. Nevertheless, the number of applications designed to support teachers in the design and enactment of u-learning situations is low; they tend to focus on a single educational domain and rarely facilitate the authoring of new learning resources. As a result, teachers must create these resources using semantic technologies. This represents a major limitation, as it is uncommon for teachers to be familiar with these technologies, which they often find complex. The main objective of this doctoral thesis is to address these limitations by supporting teachers in the authoring and reuse of u-learning situations across different domains that incorporate LOD. The use of LOD-transparently for both teachers and students-facilitates the design of u-learning situations and promotes information reuse within the educational community. To achieve this objective, the thesis proposes an ontology and a software architecture. The ontology encompasses the key concepts related to u-learning situations, while the architecture enables the management and authoring of LOD learning resources retrieved from different datasets, as well as the administration of other features closely related to u-learning. Both proposals must be tailored to each educational domain. For instance, the ontology needs to be extended to include domain-specific characteristics, such as types of learning resources. Similarly, the architecture can be expanded to address new functionalities required within the domain. To facilitate the design and development of applications based on the ontology and architecture, this thesis proposes a co-design process that structures who should participate, what information should be gathered from each actor, and which tasks each participant must complete.

The proposals of this thesis have been evaluated through various workshops and pilot experiences involving teachers and students. For this purpose, the Design Science Research Methodology (DSRM), consisting of six iterative phases that structure how to identify potential problems and evaluate possible solutions, has been followed. Specifically, three iterative cycles have been carried out according to the phases of this methodology, allowing the definition and refinement of each contribution proposed in the thesis. Furthermore, two u-learning applications have been developed, enabling teachers and students to author and use LOD resources transparently. These applications have been published so that both teachers and students can use them via a web browser or as apps that can be installed on Android and iOS devices.

La comunidad de investigadores TEL (Technology-Enhanced Learning) busca mejorar el aprendizaje y su puesta en práctica haciendo uso de los avances tecnológicos. Entre otros, en esta comunidad se busca apoyar un tipo específico de aprendizaje denominado aprendizaje ubicuo. Siendo apoyado por la tecnología, este tipo de aprendizaje puede darse en todo lugar y momento a través de diferentes espacios. Tiene asociado una serie de beneficios para los estudiantes como el fomento de su autonomía y el desarrollo de su pensamiento crítico. Por ello, múltiples aplicaciones buscan apoyar a los profesores a diseñar situaciones de aprendizaje que después ponen en marcha con sus estudiantes. Sin embargo, en estas aplicaciones los profesores suelen tener que realizar la autoría de todos los recursos que van a utilizar en sus situaciones, algo que les puede resultar tedioso y complejo. Esto es debido a que en estas aplicaciones no se suele fomentar la reutilización de recursos entre profesores. Para superar las limitaciones anteriores se puede hacer uso de tecnologías relacionadas con la Web Semántica. Con ellas se pueden compartir los recursos de aprendizaje creados por los profesores. Además, se pueden reutilizar otros datos abiertos que originalmente no tuvieran un carácter educativo. Por ejemplo, se pueden utilizar LOD (Linked Open Data) de organizaciones como Wikidata cuyo volumen de información se ha incrementado notablemente en los últimos años. No obstante, el número de aplicaciones diseñadas para apoyar a los profesores en el diseño y puesta en marcha de situaciones de aprendizaje ubicuo es bajo, suelen estar centradas en un único dominio educativo y no suelen facilitar la autoría de nuevos recursos de aprendizaje. Por ello, los profesores deben realizar esta autoría de recursos usando tecnologías semánticas. Esto es una limitación importante puesto que no es común que los profesores estén familiarizados con estas tecnologías y les resultan complejas.

Esta tesis doctoral tiene como objetivo principal solventar las limitaciones anteriores para apoyar a los profesores en la autoría y reutilización de situaciones de aprendizaje ubicuo en diferentes dominios en las que se utilicen LOD. El uso de LOD -de forma transparente tanto para los docentes como para los estudiantes- facilita el diseño de las experiencias ubicuas y fomenta la reutilización de información entre la comunidad educativa. Para alcanzar este objetivo, en la tesis se propone una ontología y una arquitectura software. La ontología da cabida a los principales conceptos relacionados con las situaciones de aprendizaje ubicuo. Por su parte, la arquitectura permite la gestión y autoría de recursos de aprendizaje LOD que sean recuperados de diferentes conjuntos de datos. Las dos propuestas anteriores deben ser particularizadas para cada dominio educativo. Para facilitar el diseño y desarrollo de las aplicaciones basadas en la ontología y en la arquitectura, en esta tesis doctoral se propone un proceso de codiseño que estructura quién tiene que participar en él, qué información se debe recuperar de cada actor del proceso y qué tareas tiene que completar cada uno de ellos. Las propuestas de la tesis se han evaluado a través de diferentes talleres y experiencias piloto donde han participado profesores y estudiantes. Se han llevado a cabo tres ciclos iterativos siguiendo las fases de DSRM (Design Science Research Methodology) que han permitido definir y refinar cada una de las contribuciones propuestas en la tesis. Además, se han materializado dos aplicaciones de aprendizaje ubicuo que habilitan a profesores y estudiantes a realizar la autoría y utilizar recursos LOD de forma transparente. Estas aplicaciones se encuentran publicadas para que tanto profesores como estudiantes puedan utilizarlas a través de un navegador web o como aplicaciones que se pueden instalar en dispositivos Android e iOS.