Ανάλυση μαθησιακών δεδομένων στην εκπαίδευση

Abstract

The broader scope of this PhD thesis is to investigate the ethical utilization, learning impact, and adoption of Learning Analytics (LA) in Education. LA is an innovative interdisciplinary teaching technique that collects, analyzes, and visualizes big learning data to optimize the teaching and learning process. Subobjectives of the thesis are as follows: a) to review and critically analyze existing knowledge, b) to propose a new theoretical approach to the investigated knowledge field of LA, c) to conduct empirical research studies and d) to interpret the issue of the LA adoption. Several studies report that LA has positive effects on learners' performance. However, others argue that there is no evidence of skills development and learning improvement claiming that technology (LA) alone is not sufficient to change the way of teaching and lead to significant learning outcomes. They state that more research is needed to identify good practices and instructional design models that will support the learning process using LA. They also argue that despite its contribution, LA has not been able to meet the needs of teachers as it does not yet provide sufficient impactful findings focusing more on analytics rather than learning. Moreover, the degree of adoption in higher education, especially in K-12 education, remains limited. This thesis proposes that, with appropriate instructional techniques and instructional design, LA acts as an agent between instructors and students and supports the development of students' skills such as self-regulation learning. Initially, the thesis, by implementing literature reviews, introduces the main dimensions and needs of LA and a prototype model at the data management layer which sets the rules and conditions for the ethical use of LA in real educational settings. The proposed model is called PANDORA+, from Privacy, Algorithmic fairness, Non-probabilistic algorithms, Duty to act, Openness and transparency, Resolve the data ownership, and All stakeholders, while the "+" refers to the learning impact of LA with appropriate teacher guidance. Next, to contribute experimental-based evidence on the use of LA, the thesis presents research results of two case studies investigating guidance techniques by instructors and their impact on learner performance, participation, satisfaction, and self-regulation skills. In particular, it focuses on the role and impact of LA-based guidance (strong, minimal, or no guidance). Moreover, to contribute experimental-based evidence on the adoption of LA, the thesis, utilizing the UTAUT (Unified Theory of Acceptance and Use of Technology) model, presents research results of a case study and an ethnographic study, which explore with mixed methods the factors that enhance and/or hinder the adoption and implementation of LA by the educational community. The positive results of the studies support the view that LA in the context of the PANDORA model and with appropriate guidance techniques, becomes a dynamic teaching technique that supports the development of learners' skills and enhances learning outcomes. Finally, the research findings indicate that the factors that facilitate the adoption of LA are performance expectancy, social influence, human-centeredness, and positive feelings, while the factors that inhibit it are effort expectancy, lack of self-efficacy, facilitating conditions, ethical issues, and data culture.

Ευρύτερο αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτελεί η διερεύνηση της ηθικής αξιοποίησης, του μαθησιακού αντίκτυπου και της υιοθέτησης της Ανάλυσης Μαθησιακών Δεδομένων/Μαθησιακής Αναλυτικής (ΜΑ) στην Εκπαίδευση. Η ΜΑ είναι μία καινοτόμα διεπιστημονική διδακτική τεχνική, η οποία συλλέγει, αναλύει και οπτικοποιεί μεγάλα μαθησιακά δεδομένα με στόχο τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας διδασκαλίας και μάθησης. Επιμέρους στόχοι της διατριβής είναι οι εξής: α) η επισκόπηση και κριτική ανάλυση της υφιστάμενης γνώσης, β) η εισήγηση νέας θεωρητικής προσέγγισης στο υπό διερεύνηση γνωστικό πεδίο της ΜΑ, γ) η εκπόνηση εμπειρικών ερευνητικών μελετών και δ) η ερμηνεία του ζητήματος της υιοθέτησης της ΜΑ. Αρκετές έρευνες αναφέρουν ότι η ΜΑ έχει θετικά αποτελέσματα στην επίδοση των εκπαιδευόμενων. Ωστόσο, άλλες υποστηρίζουν ότι δεν είναι τεκμηριωμένη η ανάπτυξη δεξιοτήτων και η βελτίωση της μάθησης ενώ ισχυρίζονται ότι η τεχνολογία (ΜΑ) από μόνη της δεν αρκεί για να αλλάξει τον τρόπο διδασκαλίας και να οδηγήσει σε σημαντικά μαθησιακά αποτελέσματα. Αναφέρουν ότι απαιτείται περισσότερη έρευνα για να επισημανθούν καλές πρακτικές και μοντέλα εκπαιδευτικού σχεδιασμού τα οποία θα υποστηρίξουν τη διαδικασία μάθησης με αξιοποίηση της ΜΑ. Υποστηρίζουν επίσης ότι παρά τη συνεισφορά της, η ΜΑ δεν έχει καταφέρει να ικανοποιήσει τις ανάγκες των διδασκόντων καθώς δεν παρέχει ακόμα επαρκή ευρήματα με αντίκτυπο αφού εστιάζει περισσότερο στην αναλυτική παρά στη μάθηση. Άλλωστε, ο βαθμός υιοθέτησης στην τριτοβάθμια και κυρίως στην Κ-12 εκπαίδευση παραμένει περιορισμένος. Η πρόταση της διατριβής είναι ότι, με τις κατάλληλες τεχνικές καθοδήγησης και τον εκπαιδευτικό σχεδιασμό, η ΜΑ λειτουργεί ως διαμεσολαβητής ανάμεσα στους διδάσκοντες και τους εκπαιδευόμενους (φοιτητές και μαθητές) και υποστηρίζει την ανάπτυξη δεξιοτήτων των εκπαιδευόμενων, όπως αυτορρύθμιση της μάθησης. Αρχικά, η διατριβή, υλοποιώντας βιβλιογραφικές επισκοπήσεις, εισάγει τις κύριες διαστάσεις και ανάγκες της ΜΑ και ένα πρωτότυπο μοντέλο στο επίπεδο διαχείρισης δεδομένων το οποίο θέτει τους κανόνες και τις προϋποθέσεις για την ηθική εφαρμογή της ΜΑ σε πραγματικές εκπαιδευτικές συνθήκες. Το προτεινόμενο μοντέλο ονομάζεται PANDORA+, από Privacy, Algorithmic fairness, Non probabilistic algorithms, Duty to act, Openness and transparency, Resolve the data ownership, All stakeholders, ενώ το "+" αναφέρεται στον μαθησιακό αντίκτυπο της ΜΑ με κατάλληλη καθοδήγηση του εκπαιδευτικού. Στη συνέχεια, με στόχο να συνεισφέρει τεκμηριωμένα στοιχεία σχετικά με την αξιοποίηση της ΜΑ, η διατριβή παρουσιάζει ερευνητικά αποτελέσματα δύο μελετών περίπτωσης που διερευνούν τεχνικές καθοδήγησης των εκπαιδευόμενων από τους διδάσκοντες και τον αντίκτυπό τους στην επίδοση, συμμετοχή, ικανοποίηση και δεξιότητες αυτορρύθμισης της μάθησης. Συγκεκριμένα, εστιάζει στον ρόλο και αντίκτυπο της βασισμένης σε διεπαφή ΜΑ καθοδήγησης (ισχυρή, ελάχιστη, ή καθόλου). Επιπλέον, με στόχο να συνεισφέρει τεκμηριωμένα στοιχεία σχετικά με την υιοθέτηση της ΜΑ, η διατριβή αξιοποιώντας το μοντέλο UTAUT (Unified Theory of Acceptance and Use of Technology), παρουσιάζει ερευνητικά αποτελέσματα μίας μελέτης περίπτωσης και μίας εθνογραφικής μελέτης, που διερευνούν με μικτές μεθόδους τους παράγοντες που ενισχύουν ή/και εμποδίζουν την υιοθέτηση και υλοποίησή της ΜΑ από την εκπαιδευτική κοινότητα. Τα θετικά αποτελέσματα των ερευνών συνηγορούν υπέρ της άποψης ότι η ΜΑ στο πλαίσιο του μοντέλου PANDORA και με κατάλληλες τεχνικές καθοδήγησης, μετατρέπεται σε μία δυναμική διδακτική τεχνική, η οποία υποστηρίζει την ανάπτυξη δεξιοτήτων των εκπαιδευόμενων και την ενίσχυση των μαθησιακών αποτελεσμάτων. Τέλος, τα συμπεράσματά των ερευνών αναδεικνύουν ότι οι παράγοντες που διευκολύνουν την υιοθέτηση της ΜΑ είναι η προσδοκώμενη απόδοση, η κοινωνική επιρροή, η ανθρωποκεντρικότητα και τα θετικά συναισθήματα, ενώ οι παράγοντες που την αναστέλλουν είναι η αναμενόμενη προσπάθεια, η μη αυτοαποτελεσματικότητα, οι συνθήκες διευκόλυνσης, τα ζητήματα ηθικής και η αλλαγή κουλτούρας.