Σύστημα διδασκαλίας με παιχνιδοποίηση για τις τεχνικές προβλέψεων

Abstract

The objective of this doctoral thesis is the design and development of the web educational system F-LauReLxp, which integrates three gamified applications in order to improve the learning outcomes in the forecasting techniques course. This study focuses on the design, implementation and effects of gamification on the education of forecasting. Based on recent literature reviews, the use of gamification in education has rapidly increased in a variety of educational subjects. Most of the studies mention positive results of gamification in education, however, all of them agree about the need for more controlled experimental research and the investigation of the effective design of gamification. In the meantime, the data explosion that we experience in combination with the increasing capacity for data saving and processing make the statistical and forecasting skills fundamental in order to understand our world and support the decision-making process. Despite the importance of forecasting skills, few universities provide forecasting courses and even so, students are not willing to participate due to the complexity of these courses. This doctoral thesis contributes to the gamified education and pedagogy by investigating the effects of gamification in the education of forecasting and improvement of forecasting education methods, by intrinsically motivating students through gamified applications. In this regard, we designed and implemented the F-LauReLxp, which is a web-based platform that hosts gamified applications linked with forecasting categories. The gamified applications are: “Horses for Courses” which aims to teach statistical forecasting; “JudgeIt” which focuses on judgmental biases; and “Metrics to Escape” which teaches important forecasting accuracy metrics. F-LauReLxp includes a system with electronic material with more information per forecasting category, in order to introduce users in this context and direct them respectively to other relative sources. Finally, the superforecasters’ project is the last component of the F-LauReLxp, which aims to motivate users to participate in forecasting judgmental methods and improve their forecasting accuracy by using the gamified application. A series of experiments were conducted in the School of Electrical and Computers Engineering (NTUA, Greece) and the Business Administration Department (University of Thessaly, Greece) with undergraduate and MBA students (N=855). The findings opt for the use of gamification in the education of forecasting by noting in average 20.3% improvement, with the highest improvement regarding statistical forecasting. Important variables such as the type of gamification, the content of the gamified application, the gender, and the educational major of the participants should be considered when a gamified application is designed. Finally, more gamified applications, with additional motivational affordances and in a variety of topics and audiences are suggested for both enhancing the F-LauReLxp and examining participants’ performance along with their forecasting accuracy in the superforecasters’ project.

Αντικείμενο της διατριβής είναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη του συστήματος εκπαίδευσης με όνομα: F-LauReLxp, το οποίο ενσωματώνει παιχνιδοποιημένες εφαρμογές, ένα σύστημα ηλεκτρονικού υποστηρικτικού υλικού και το πλαίσιο των superforecasters’ project για την βελτίωση της εκπαιδευτικής διαδικασίας στο πεδίο των τεχνικών προβλέψεων. Η μελέτη εστιάζει τόσο στο σχεδιασμό όσο και την μελέτη των αποτελεσμάτων εφαρμογής του. Βάσει της βιβλιογραφικής επισκόπησης που εκπονήθηκε, η χρήση της παιχνιδοποίησης στην εκπαίδευση έχει αυξηθεί σε πληθώρα εκπαιδευτικών αντικειμένων. Οι περισσότερες μελέτες αναφέρουν θετικά αποτελέσματα σχετικά με τη χρήση της παιχνιδοποίησης στην εκπαίδευση, ωστόσο είναι επιτακτική η ανάγκη για βαθύτερη γνώση σχετικά με την αποτελεσματική χρήση της βάση εμπειρικών αποτελεσμάτων. Εν τω μεταξύ, βιώνουμε έκρηξη παραγωγής και αποθήκευσης δεδομένων που καθιστούν την απόκτηση γνώσεων στατιστικής και τεχνικών προβλέψεων αναγκαία έτσι ώστε να μπορούμε να κατανοήσουμε τον κόσμο γύρω μας και να κάνουμε εκτίμηση για μελλοντικά γεγονότα ή τιμές μεγεθών. Ωστόσο η εκπαίδευση σχετικά με τις τεχνικές προβλέψεων χρήζει ανανέωσης, καθώς συχνά δεν παρέχονται αντίστοιχα μαθήματα ή οι εκπαιδευόμενοι δεν είναι πρόθυμοι να συμμετέχουν κυρίως λόγω της πολυπλοκότητας τους. Συνεπώς, η συμβολή της διατριβής είναι να εισάγει την παιχνιδοποίηση στην εκπαίδευση των τεχνικών προβλέψεων, υλοποιώντας παιχνιδοποιημένες εφαρμογές, συνεισφέροντας στο πεδίο της παιχνιδοποιημένης εκπαίδευσης, τόσο σχετικά με τις επιπτώσεις, όσο και τον αποτελεσματικό σχεδιασμό, παρέχοντας εμπειρικά δεδομένα. Επίσης συμβάλει και στη βελτίωση των μαθησιακών αποτελεσμάτων, παρακινώντας τους χρήστες μέσω διαδικτυακών εφαρμογών και του πλαισίου superforecasters’ project, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν και στην τηλεκπαίδευση σχετικά με το αντικείμενο των τεχνικών προβλέψεων. Συνεπώς, αναπτύχθηκε το F-LauReLxp, το οποίο είναι μία διαδικτυακή πλατφόρμα, που φιλοξενεί παιχνιδοποιημένες εφαρμογές με στόχο να διδάξουν βασικές κατηγορίες προβλέψεων. Οι παιχνιδοποιημένες εφαρμογές είναι οι εξής: το «Horses for Courses», με αντικείμενο τις στατιστικές προβλέψεις, το «JudgeIt» στοχεύοντας στη διδασκαλία των κριτικών προβλέψεων και τέλος το «Metrics to Escape», εστιάζοντας στη σημασία της αξιολόγησης της ακρίβειας των προβλέψεων. Το F-LauReLxp, περιλαμβάνει επίσης το σύστημα ηλεκτρονικού υποστηρικτικού υλικού «PubIt», το οποίο αποτελείται από συλλογή πληροφοριών, με σκοπό να κατευθύνει κατάλληλα τον εκπαιδευόμενο για περαιτέρω μελέτη. Το τελευταίο στοιχείο του F-LauReLxp, είναι το superforecasters’ project, το οποίο ενσωματώνει επιπλέον κριτικές μεθόδους πρόβλεψης, έτσι ώστε να ενθαρρύνει τη συμμετοχή των εκπαιδευόμενων, να βελτιώσει τα εκπαιδευτικά αποτελέσματα και την ακρίβεια των προβλέψεών τους. Πειραματική αξιολόγηση των εφαρμογών έγινε με τη βοήθεια μεταπτυχιακών και προπτυχιακών φοιτητών της σχολής των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών (ΕΜΠ), όπως επίσης και με συμμετοχή φοιτητών της σχολής Διοίκησης και Οργάνωσης (Παν. Θεσσαλίας) (N=855). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η εισαγωγή της παιχνιδοποίησης στην εκπαίδευση των τεχνικών προβλέψεων επιφέρει σημαντική βελτίωση στα μαθησιακά αποτελέσματα έως και 20.3%, ιδιαίτερα σχετικά με τις στατιστικές προβλέψεις. Ωστόσο παράμετροι όπως το είδος της παιχνιδοποίησης, το αντικείμενο, το φύλο και το εκπαιδευτικό υπόβαθρο των εκπαιδευόμενων προτείνεται να λαμβάνονται υπόψη κατά το σχεδιασμό. Τέλος, προτείνονται επιπλέον εφαρμογές για το εκπαιδευτικό σύστημα F-LauReLxp, κατευθύνσεις για την ανάπτυξή του, καθώς και η συσχέτισή του με την ακρίβεια πρόβλεψης βάση του superforecasters’ project.