Η συστηματική καταγραφή, μελέτη και αξιολόγηση της πορείας οικοδόμησης της γνώσης είναι καθοριστικής σημασίας για την εκπαίδευση και την εκπαιδευτική έρευνα. Ιδιαίτερα όταν η μαθησιακή διαδικασία λαμβάνει χώρα σε συνεργατικό περιβάλλον, προκύπτει η ανάγκη για διαρκή αξιολόγηση της οικοδόμησης της γνώσης τόσο της ομάδας όσο και του ατόμου. Μια ομάδα αποτελείται από μέλη, που έχουν τη δυνατότητα μέσω της συνεργατικής μάθησης να μοιραστούν μαθησιακές εμπειρίες, να αλληλοσυμπληρωθούν και να οικοδομήσουν νέα γνώση. Σε ένα ιδανικό συνεργατικό περιβάλλον μάθησης το κάθε μέλος συμμετέχει ενεργά στην ομάδα και συμβάλει ισότιμα στην ολοκλήρωση των στόχων της. Στα πραγματικά μαθησιακά περιβάλλοντα, όμως θα πρέπει συστηματικά να καταγραφεί και να μελετηθεί η εξατομικευμένη και συνεργατική μάθηση και ο τρόπος που αυτές αλληλοεπηρεάζονται, καθ’ όλη τη διαδικασία οικοδόμησης της γνώσης. Στόχο της έρευνας αποτέλεσε η μελέτη της πορείας της ατομικής και συνεργατικής οικοδόμησης της γνώσης μαθητών, η καταγραφή των παραγόντων που τις επηρεάζουν και η διερεύνηση πιθανών αλληλεπιδράσεών τους. Στην προσπάθεια αναζήτησης πιο ευαίσθητων, σε σχέση με τα παραδοσιακά τεστ, καταγραφέων της μαθησιακής διαδικασίας και των αλλαγών που διαδραματίζονται καθώς αυτή συντελείται, επιλέχθηκαν οι εννοιολογικοί χάρτες. Οι εννοιολογικοί χάρτες θεωρούνται κατάλληλο εργαλείο για την παρακολούθηση και καταγραφή της μαθησιακής διαδικασίας τόσο της ομάδας όσο και των μελών που την αποτελούν. Η κατασκευή τους δε, με κατάλληλο λογισμικό εννοιολογικής χαρτογράφησης προσφέρει μεταξύ άλλων τα πλεονεκτήματα της εύκολης αναθεώρησης, αποθήκευσης και διευκόλυνσης της συνεργατικής μάθησης. Τέλος ιδιαίτερης σημασίας θεωρείται ο τρόπος αξιολόγησης των χαρτών. Για να είναι αποτελεσματικός απαιτείται ένα συστηματικό, ποιοτικά προσανατολισμένο και παράλληλα απλό και αξιόπιστο στην εφαρμογή πρωτόκολλο ανάλυσης των εννοιολογικών χαρτών. Στην εργασία που ακολουθεί παρουσιάζεται η ερευνητική διαδικασία, μελέτης περίπτωσης, που διεξήχθη με ενδεκάχρονους μαθητές της έκτης τάξης του δημοτικού σχολείου. Σε συνθήκες πραγματικής τάξης, και με τη χρήση λογισμικού εννοιολογικής χαρτογράφησης, οι μαθητές αναπαρέστησαν τις εννοιολογικές τους δομές και την πορεία που η οικοδόμηση της γνώσης τους ακολούθησε σε ατομικό και ομαδικό επίπεδο, κατασκευάζοντας εννοιολογικούς χάρτες εξατομικευμένα και συνεργατικά πριν, κατά τη διάρκεια και μετά τη διδασκαλία μιας διδακτικής παρέμβασης με θέμα: «Ενέργεια, Περιβάλλον και Ζωντανοί Οργανισμοί». Οι ακολουθίες ατομικά και συνεργατικά κατασκευασμένων εννοιολογικών χαρτών αναλύθηκαν με τη χρήση ενός πρότυπου πρωτόκολλου ανάλυσης εννοιολογικών χαρτών που αναπτύχθηκε στο πλαίσιο της παρούσας έρευνας και αναλυτικά θα παρατεθεί παρακάτω, ώστε να καλύψει τις ανάγκες μια πλήρους, ποσοτικής και ποιοτικής αποτίμησης των εννοιολογικών χαρτών. Η ερευνητική διαδικασία οδήγησε πρώτα απ’ όλα στο συμπέρασμα ότι οι ακολουθίες ατομικά και συνεργατικά κατασκευασμένων εννοιολογικών χαρτών, αξιολογημένων με ποιοτικά κατά κύριο λόγο κριτήρια μπορούν να παράσχουν μια λεπτομερή καταγραφή της οικοδόμησης της γνώσης μιας ομάδας, των μελών της αλλά και των αλληλεπιδράσεων αυτών. Επίσης αναδείχθηκε ο ρόλος των νοητικών αναπαραστάσεων, οι οποίες τόσο ατομικά όσο και συνεργατικά συχνά επηρέασαν την πορεία της οικοδόμησης της γνώσης, καθορίζοντας τον τρόπο διαχείρισης της νέας γνώσης. Τέλος καταγράφηκαν και άλλοι παράγοντες που επηρέασαν την οικοδόμησης της γνώσης, όπως το φύλο, η προσωπικότητα και οι σχέσεις των μελών μιας ομάδας. / The systematic recording and evaluation of knowledge construction is of critical importance in learning studies. In particular, when the learning process takes place in a collaborative environment, then a permanent evaluation of knowledge construction is needed both for group members and the group as a whole. Group members interact and share learning experiences aiming to construct new knowledge. In an ideal collaborative environment each member would participate actively and contribute equivalently to the fulfilling of the group aims. In real learning environments, however, this remains to be proven by the systematic recording both of the individual and group knowledge construction, as well as the evaluation of contribution of each member to the collaborative learning process and vice versa. The aim of the present research was to study the individual and collaborative knowledge construction of students, searching for the factors that influence the interaction of those during the learning process. Concept maps were selected as recorders of knowledge construction, as these are considered a suitable and sensitive tool for revealing the participants’ conceptual structures and for recording the learning process of both group and group members. Their construction, with suitable concept mapping software offers among others the advantages of easy revision, storage and facilitation of collaborative learning. In addition, we considered assessment methods of concept maps in order to develop a protocol of analysis that would allow an effective and systematic assessment, both qualitative and quantitative and at the same time simple and reliable in the application. In the thesis that follows a case study research is presented, which was carried out with the participation of eleven years old students of sixth class of Greek elementary school. In real class conditions and with the use of concept mapping software the students represented their cognitive structures in various phases of a course in individual and collaborative level, constructing concept maps individually and collaboratively, before, during and after teaching on the subject: “Energy and Environment”. Sequences of individually and collaboratively constructed concept maps were evaluated with the use of a model protocol of analysis of conceptual maps that was developed in the frame of present research in order to have a complete, quantitative and qualitative assessment of concept maps. The analysis of concept maps of group members and groups have led us to conclude that first of all individual and collaborative learning process and their interaction is revealead through the evaluation of concept map consequences, especially when a qualitatively oriented assessment protocol is used. Also, we led to the conclusion that the conceptual representations of a group and of its members often influences the process of collaborative and individual learning by defining the way which they manage new knowledge. In addition, other factors such as gender, personality and relation of group members also influence the knowledge structure process.

Στα ασύρματα αδόμητα δίκτυα, οι κόμβοι μπορούν να συνεργαστούν για τη μετάδοση δεδομένων σε απομακρυσμένουσ κόμβους. Συνήθως, η συνεργασία αυτή επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας βοηθητικούς ενδιάμεσους κόμβους για τη μετάδοση δεδομένων από ένα κόμβο πηγή σε ένα κόμβο προορισμό, μέσω point-to-point ή point-to-multipoint συνδέσμους. Πρόσφατα, μεγάλο ενδιαφέρον έχει αποκτήσει η τεχνική της συνεργατικής μετάδοσης, όπου περισσότεροι του ενός κόμβοι συμμετέχουν για τη μετάδοση του ίδιου σήματος σε έναν απομακρυσμένο κόμβο. Ο παραλήπτης ανακατασκευάζει το αρχικό σήμα συνδυάζωντας τα διαφορετικά σήματα που έφτασαν σε αυτόν. Εδώ, αναπτύσσεται και εκτιμάται ένας πολυ-κριτηριακός αλγόριθμος συνεργατικής δρομολόγησης που λαμβάνει υπόψην την εναπομένουσα ενέργεια και την απαιτούμενη ισχύ μετάδοσης των κόμβων. Ο αλγόριθμος για ένα ζευγάρι κόμβων πηγής – προορισμού ανακαλύπτει όλα τα δυνατά υποψήφια μονοπάτια λαμβάνοντας υπόψη και συνδέσμους με την δυνατότητα συνεργασίας των κόμβων για την αποστολή των δεδομένων. Τελικά επιλέγεται το μονοπάτι που βελτιστοποιεί μια συνάρτηση κόστους. Τα κριτήρια είναι η εναπομένουσα ενέργεια και η συνολική ισχύς μετάδοσης στους κόμβους του μονοπατιού. Εκτελούμε πειράματα προσομοίωσης σε δίκτυα με κόμβους που έχουν σταθερή ισχύ μετάδοσης και με κόμβους που μπορούν να προσαρμόσουν την ισχύ μετάδοσής τους. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο αλγόριθμός μας πετυχαίνει σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας και μεγαλύτερο αριθμό επιτυχημένων αποστολών πακέτων σε σχέση με την περίπτωση που δεν χρησιμοποιείται συνεργασία. / In wireless ad-hoc networks, nodes cooperate to make possible the communication between otherwise distant nodes. Usually, this cooperation is in the form of nodes acting as intermediate relays that forward data from a source to a destination node using point-to-point or point-to-multipoint links. A technique that has gained considerable recent attention is cooperative diversity, where nodes are organized for transmitting the same signal to a given, often otherwise unreachable, node. The receiver combines the multiple receptions to reconstruct the original signal. In this work, we present and evaluate a multi-criteria cooperative routing algorithm that uses as parameters the nodes’ residual energy and their transmission power. This algorithm selects for each source-destination pair a path, in the form of a sequence of groups of cooperative nodes, and the nodes’ transmission powers. We perform a number of simulation experiments, assuming nodes with variable or fixed transmission power, evaluating the benefits of the proposed multi-criteria cooperative routing algorithm. The results show that our algorithm achieves significant energy savings and larger number of successfully delivered packets than the case where cooperation is not applied.

Η διπλωματική εργασία συνίσταται στην κατασκευή και έλεγχο, μιας πειραματικής διάταξης, στην οποία δύο πνευματικοί κύλινδροι διπλής δράσης, προσπαθούν να λειτουργήσουν συνεργατικά, για να μετακινήσουν ένα αντικείμενο που βρίσκεται ανάμεσά τους, ασκώντας του κάθε χρονική στιγμή μια επιθυμητή σταθερή δύναμη. / The aim of this diploma thesis is the cooperation of two pneumatic cylinders, in order to exert a constant force in an object while moving it, in both directions.

Η διδακτορική διατριβή εντάσσεται στο πεδίο της Υπολογιστικά Υποστηριζόμενης Συνεργατικής Μάθησης, ΥΥΣΜ (Computer Supported Collaborative Learning, CSCL). ‘Eχει ως στόχο την ανάπτυξη και πρόταση μίας μεθόδου για την αυτοματοποιημένη ανάλυση, ταξινόμηση και αξιολόγηση της ποιότητας συνεργατικών εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων. Αφενός βασίζεται σε ευρήματα ποιοτικής έρευνας και αφ’ ετέρου συνδυάζει την χρήση τεχνικών μηχανικής μάθησης και ανώτερων μαθηματικών που χρησιμοποιούνται ευρέως σε πλήθος άλλων ερευνητικών πεδίων, μελετώντας τους τρόπους που μπορούν να υιοθετηθούν και να συνεισφέρουν στο πεδίο της Υπολογιστικά Υποστηριζόμενης Συνεργατικής μάθησης (χρονοσειρές). Βασικό μέλημα είναι η προτεινόμενη μέθοδος να επιτρέπει την εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων για την ποιότητα των συνεργατικών δραστηριοτήτων με τρόπο ποσοτικό και αυτόματο ώστε να είναι δυνατή η χρήση της σε μεγάλα σύνολα δεδομένων. Η παρούσα μελέτη έδειξε πως η ποιότητα της συνεργασίας αποτυπώνεται στον τρόπο που κατανέμεται η συνεργατική δραστηριότητα στον χρόνο και η χρήση χρονοσειρών αποτυπώνει τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της συνεργασίας με ικανοποιητικό τρόπο. Η μέθοδος αξιολογήθηκε ξεχωριστά αλλά και σε αντιπαράθεση με αντίστοιχα μοντέλα και μεθόδους. Η προτεινόμενη μέθοδος πλεονεκτεί ως προς την απλότητα κατασκευής και λειτουργίας ενώ διαπιστώθηκε με στατιστικά σημαντικό τρόπο η εγκυρότητα των αποτελεσμάτων της. H μέθοδος δεν απαιτεί την ολοκλήρωση της δραστηριότητας αλλά ενδείκνυται και για την αξιολόγησή της σε πραγματικό χρόνο. Οι χρονοσειρές δραστηριότητας περιγράφουν ικανοποιητικά βασικές συνεργατικές διαστάσεις που ορίζονται ως «χαμηλού επιπέδου» όπως η Επικοινωνία και η Κοινή Επεξεργασία Πληροφορίας και οι οποίες θεωρείται ότι αντικατοπτρίζονται ιδιαίτερα στην διαλογική δραστηριότητα που εκτυλίσσεται μεταξύ των συνεργατών. Από την άλλη, για διαστάσεις ανωτέρου επιπέδου που αντιπροσωπεύονται από πιο περίπλοκες δομές αλληλεπίδρασης, όπως για παράδειγμα ο Συντονισμός και η Διαπροσωπική Σχέση μεταξύ συνεργαζόμενων μερών, οι χρονοσειρές δραστηριότητας δεν καταφέρνουν να τις αποτυπώσουν ικανοποιητικά. Αποδείχθηκε στατιστικά πως για την συγκεκριμένη περίπτωση συνεργατικών μαθησιακών δραστηριοτήτων οι ουσιαστικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των χρηστών που υποδηλώνουν μεταφορά και οικοδόμηση κοινής γνώσης και κοινού τόπου επικοινωνίας αλλά και σχέσεις αιτιότητας, είναι δυνατόν να ανιχνευθούν μέσα σε χρονικά παράθυρα μικρού μεγέθους, της τάξης των τριάντα δευτερολέπτων. Σύνθετες δομές που αποτυπώνουν την δημιουργία στρατηγικής προσέγγισης ή διαμοιρασμού χώρου και χρόνου και απαιτούν μεγαλύτερους χρόνους εξέλιξης, δεν είναι δυνατόν να αποτυπωθούν επαρκώς με αυτή την προσέγγιση. Η έρευνα αυτή δεν αποσκοπεί κατά κανένα τρόπο στην αντικατάσταση της ανθρώπινης κρίσης ή γενικότερα του ανθρώπινου παράγοντα αλλά αντίθετα επιδιώκει να υποστηρίξει το έργο του. / The PhD thesis is part of ongoing research in the field of Computer-Supported Collaborative Learning (CSCL). The main contribution of this thesis is to design and propose a method for the automatic analysis, classification and evaluation of the quality of collaboration of learning activities. On one hand, the method is based and reflects the findings of qualitative research and on the other hand, it uses machine learning algorithms and statistical methods that allow the quantitative analysis of data. We used modeling techniques widely used in other scientific fields (time series) and studied how they can be used in CSCL to contribute new knowledge. The objective of the study is to implement a method for the representation, classification and evaluation of collaborative activities. It was shown that the quality of collaboration and its fundamental aspects is portrayed in the way the activity itself is distributed in time. It was shown through visualizations and statistical analysis that time series allow the effective representation of collaboration and its qualitative characteristics. The classification and evaluation method that was proposed is supported by a machine-learning model. The model was further evaluated as an automated rater of collaboration quality and compared to other similar models. The advantage of the proposed method over others is the simple structure and low-cost, as well as the potential to be used in real-time. The proposed approach attempts to describe and portray the interaction of users through their concurrent activity on different but common workspaces. For that reason we make use of common, basic activity metrics and time series. The time series of activity can describe successfully low level construct such as Communication and Information Processing. For more advanced and complicated constructs however, such as Coordination and Interpersonal Relationship, time series could not capture adequately the qualitative characteristics and underlying mechanisms. This finding comes in agreement with similar studies that point out the need of combined analysis methods that will use in combination content analysis techniques and natural language processing. It was also shown that in the particular context, the meaningful interactions that point to constructive collaboration, successful knowledge building and reciprocal activity can be mapped in small time frames, of about 30 seconds. More complicated structures that signify e.g. strategy planning and effective coordination, take more time to unfold and therefore cannot be traced in such small time frames. This study does not attempt in any way to substitute or overcome the human judgment and human factor, either in the analysis or teaching activity. On the contrary, we believe that the teacher cannot be replaced by automated tools and methods but should be supported and empowered.

Η συνεργασία με στόχο τη μάθηση αποτελεί μια ερευνητική περιοχή και ταυτόχρονα μια πρακτική με μακρά ιστορία. Μελέτες πάνω στη συνεργασία αναφέρονται από το 1924 (Webb & Palincsar, 1996; Alport, 1924). Με την εξέλιξη της τεχνολογίας η συνεργασία με στόχο τη μάθηση (όπως παράλληλα και στο χώρο της εργασίας) υποστηρίχθηκε από υπολογιστικά συστήματα. Αναπτύχθηκε η ερευνητική περιοχή της Συνεργατικής μάθησης που υποστηρίζεται ή διαμεσολαβείται από υπολογιστή, γνωστή ως CSCL (Computer Supported Collaborative Learning), αναπτύχθηκαν θεωρίες, υιοθετήθηκαν μέθοδοι έρευνας και δημιουργήθηκαν σχετικά εργαλεία (Stahl et al, 2006) με στόχο την μελέτη της συνεργασίας ομάδων και την επίδραση που η συνεργασία έχει στη μάθηση. Η εστίαση ήταν στην μελέτη της ομάδας, των αλληλεπιδράσεων, των εργαλείων που διαμεσολαβούν τη συνεργασία, και στην αποτελεσματικότητά τους. Αρχικά μελετήθηκαν συστηματικά οι μαθητές ώστε να συναχθούν συμπεράσματα σχετικά με την αποτελεσματικότητα των προσεγγίσεων και εργαλείων. Σε δεύτερη φάση, πιο πρόσφατα, διαπιστώθηκε η ανάγκη, ως συνέπεια της ωρίμανσης της περιοχής, η μελέτη να περιλάβει τους διδάσκοντες σε περιβάλλοντα συνεργατικής μάθησης, οι οποίοι αποτελούν προϋπόθεση για την ένταξη τέτοιων προσεγγίσεων σε αυθεντικές συνθήκες διδασκαλίας και μάθησης. Ο ρόλος του καθηγητή θα πρέπει να μελετηθεί στις συνθήκες αυτές, καθώς αυτός λαμβάνει τα χαρακτηριστικά του διαμεσολαβητή και υποστηρικτή της συνεργασίας, δεδομένου ότι οι μαθητές αναλαμβάνουν πιο ενεργό ρόλο από ότι σε πιο παραδοσιακές συνθήκες μάθησης (Dimitracopoulou, 2005). Τα ερωτήματα που αφορούν το νέο ρόλο του καθηγητή, καθώς και η υποστήριξή του από τεχνολογίες και εργαλεία, επισημάνθηκαν ως ένας από τους πέντε άξονες προτεραιότητας στην ερευνητική αυτή περιοχή (Dillenbourg, 2009). Η παρούσα διατριβή μελέτησε το ρόλο του καθηγητή που επιβλέπει ομαδοσυνεργατικές δραστηριότητες, που διαμεσολαβούνται από υπολογιστές, όταν οι δραστηριότητες αυτές λαμβάνουν χώρα σε περιβάλλον σχολικής τάξης,. Αφετηρία της έρευνας υπήρξε η μελέτη παρόμοιων συνεργατικών δραστηριοτήτων και υπολογιστικών συστημάτων, όπως αναφέρονται στη βιβλιογραφία, στα οποία εντοπίστηκαν κοινές απόψεις όσον αφορά το ρόλο και την υποστήριξη του καθηγητή με κατάλληλα εργαλεία. Η ανάγκη της παρακολούθησης των διαφορετικών κοινωνικών επιπέδων της τάξης, δηλαδή του μεμονωμένου εκπαιδευόμενου, της ομάδας και της τάξης (Dillenbourg & Jermann, 2010), αναδείχθηκε πρώτη. Εντοπίστηκαν επίσης τάσεις που περιλάμβαναν την υποστήριξη της επίβλεψης της ομαδοσυνεργατικής δραστηριότητας σε διάφορες φάσεις της και με διαφορετικό βαθμό εστίασης, την καταγραφή της δράσης των μαθητών και την εξαγωγή ποσοτικών και ποιοτικών δεικτών που αντιπροσωπεύουν την κατάσταση των ομάδων και της τάξης, τη χρήση συνοπτικών και συμβολικών αναπαραστάσεων για την αποτύπωση της κατάστασης αυτής, καθώς και την ανάπτυξη και πειραματική χρήση «ευφυών» υποστηρικτών των διδασκόντων. Με βάση την αρχική αυτή μελέτη διατυπώθηκαν ερευνητικά ερωτήματα, που αφορούσαν τον τρόπο με τον οποίο ο καθηγητής κατά την επίβλεψη ομαδοσυνεργατικών δραστηριοτήτων μέσα στην τάξη, δημιουργεί και συντηρεί την αντίληψή του για τα φαινόμενα που εξελίσσονται. Τα ερωτήματα εξετάσθηκαν σε μια σειρά από μελέτες μέσα σε τάξεις οι οποίες ενέπλεξαν μαθητές και διδάσκοντες. Στο σχεδιασμό των μελετών μας όπου υπεισέρχονταν νέες πρακτικές και τεχνουργήματα λάβαμε υπόψη ότι τα τεχνουργήματα μετατρέπονται σε εργαλεία από τους χρήστες βάση του αρχικού τους προσανατολισμού και σχεδιασμού αλλά και του νοήματος που αποκτούν κατά τη χρήση (Stahl et al.,2006). Για το λόγο αυτό οι τεχνολογίες στην περιοχή της συνεργατικής μάθησης θα πρέπει να συνδυάζονται με μελέτες, που να παρατηρούν και να αναδεικνύουν τους τρόπους που τελικά αξιοποιήθηκαν τα εργαλεία, οι οποίες είτε γίνονται με πειραματικές διαδικασίες (πχ μέσα σε ένα εργαστήριο) , είτε ακολουθούν την εθνομεθοδολογική παράδοση μέσα στην τάξη (Jeong & Hmelo-Silver, 2010). Η μεθοδολογία μας ήταν αυτή της έρευνας σχεδιασμού (Collins, 1992) και η συλλογή δεδομένων κατά τη διάρκεια των μελετών είχε εθνομεθοδολογικά χαρακτηριστικά (Stahl, 2006). Για τις μελέτες μας δημιουργήθηκε μια μέθοδος που αναπαριστούσε με διαγραμματικό τρόπο τη δραστηριότητα του καθηγητή σε τάξη όπου υφίστανται συγκεκριμένες τεχνολογίες για την υποστήριξη της συνεργασίας. Αυτό συνδυάστηκε με μια προσέγγιση , που βασιζόμενη στα δεδομένα που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια των μελετών αυτών, αναζήτησε και συνέκρινε πρότυπα της συμπεριφοράς των καθηγητών όταν χρησιμοποιούν εργαλεία τα οποία υποστηρίζουν τις ομάδες της τάξης. Στην πρώτη φάση των μελετών οι καθηγητές δεν χρησιμοποίησαν ειδικά εργαλεία επίβλεψης, ενώ στη δεύτερη φάση νέα εργαλεία αναπτύχθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν από τους καθηγητές. Η κύρια διαφορά ανάμεσα στις δύο φάσεις ήταν ότι στη δεύτερη οι καθηγητές είχαν επίγνωση της κατάστασης της κάθε ομάδας που παρεχόταν με ποικίλες αναπαραστάσεις. Αυτό επηρέασε την συμπεριφορά τους. Σε τρίτη φάση τα δεδομένα που παράχθηκαν στις πρώτες φάσεις αξιολογήθηκαν με τη βοήθεια των εργαλείων που αναπτύχθηκαν χωρίς τους χρονικούς περιορισμούς που εισάγει το περιβάλλον της τάξης. Για να μπορέσουν να αποτυπωθούν οι επιδράσεις των εργαλείων και των αναπαραστάσεων που χρησιμοποιήθηκαν σε κάθε φάση και να εντοπιστούν πρότυπα συμπεριφορών, ορίστηκε μια διαδικασία κωδικοποίησης των ενεργειών του καθηγητή κατά τη διάρκεια της παρακολούθησης της συνεργατικής δραστηριότητας, της αξιολόγησής της, με βάση τις αναπαραστάσεις που διατέθηκαν. Ορίστηκαν επίπεδα εστίασης και παρέμβασης του καθηγητή κατά την ομαδοσυνεργατική διδασκαλία και αυτά συσχετίστηκαν με αναπαραστάσεις των δεδομένων, καθώς και με τις ενέργειές του καθηγητή που μπορούν να υποστηριχθούν. Διαπιστώθηκε ότι ο καθηγητής στην τάξη, κινείται στο επίπεδο της ομάδας, εστιάζει στο άτομο, ενώ χρειάζεται διαρκώς να παρακολουθεί το σύνολο των ομάδων της τάξης. Κατά τη συνεργασία παράγεται μεγάλος όγκος πληροφορίας και ο καθηγητής πρέπει να τον αξιοποιήσει κατά τον βέλτιστο δυνατό τρόπο, καθώς αναζητά φαινόμενα που τον βοηθούν να αντιληφθεί την κατάσταση της τάξης. Η επίβλεψη της δραστηριότητας, με στόχο την αντίληψη της κατάστασης, απαιτεί συνεπώς από τον επιβλέποντα την μετακίνηση μεταξύ διαφορετικών επιπέδων εστίασης, καθώς και την πλοήγησή του στη διάσταση του χρόνου. Με τον τρόπο αυτό αξιοποιεί και συνδυάζει διαφορετικές αναπαραστάσεις, προσπαθώντας να συνθέσει τα κύρια σημεία της δραστηριότητας κάθε ομάδας, τη συλλογιστική της ώστε να εντοπίσει πιθανές αποκλίσεις από το μοντέλο που είχε διαμορφώσει ο ίδιος κατά το σχεδιασμό της δραστηριότητας. Η διαδικασία αυτή απαιτεί τον εντοπισμό και επισημείωση φαινομένων που απαιτούν μελέτη σε ύστερο χρόνο και μπορεί να αποτελέσουν παραδείγματα καλής πρακτικής ή υλικό για διάγνωση και ανατροφοδότηση. Η αξιολόγηση της ομαδοσυνεργατικής δραστηριότητας απαιτεί αφενός εξοικείωση με την τεχνολογία που χρησιμοποιείται, αφετέρου την εφαρμογή κατάλληλων μοντέλων αξιολόγησης, ώστε να λαμβάνεται υπόψη η πορεία των ομαδοσυνεργατικών δραστηριοτήτων, και όχι μόνο το τελικό αποτέλεσμά τους, και να παρέχεται ανατροφοδότηση στις επί μέρους ομάδες, στα μέλη τους, αν παραστεί ανάγκη, αλλά και στην τάξη ως σύνολο. Διαπιστώθηκε από τις μελέτες μας, ότι η έρευνα σε αυτήν την περιοχή, προϋποθέτει καθηγητές και σχολικά περιβάλλοντα με εμπειρίες σε ομαδοσυνεργατική μάθηση μέσω υπολογιστή, κάτι που είναι ιδιαίτερα δύσκολο ακόμη και σήμερα, όπως και κατά την εποχή διεξαγωγής των εμπειρικών μελετών πεδίου που έγιναν στο πλαίσιο της διατριβής. Παρά την εγγενή αυτή δυσκολία, οι διαπιστώσεις της διατριβής συμβάλουν στον καλύτερο προσδιορισμό του ρόλου του καθηγητή σε αυτό το πλαίσιο διδασκαλίας και μάθησης και των εργαλείων που υποστηρίζουν αυτό το ρόλο. Η γενικότερη κατεύθυνση της περιοχής της μάθησης με χρήση υπολογιστή μας κάνει να υποθέσουμε ότι οι πρακτικές που μελετώνται εδώ θα αποκτήσουν ευρεία διάδοση στο εγγύς μέλλον. Τούτο στηρίζεται αφενός στη γενικότερη διαπίστωση της εισαγωγής της τεχνολογίας στη ζωή των μαθητών (Dave, 2010), και μάλιστα αυτής που υποστηρίζει τη συνεργασία, όπως οι τεχνολογίες κοινωνικής δικτύωσης, των δυνατοτήτων αξιοποίησης της τεχνολογίας αυτής μέσα στην τάξη με τη μορφή νέων συσκευών, νέων μέσων συνεργασίας και αλληλεπίδρασης, πολλαπλών μέσων επικοινωνίας, νέων τρόπων πρόσβασης στα δεδομένα, κλπ. Συνεπώς αυτό το σύνθετο τεχνολογικό και κοινωνικό περιβάλλον που περιβάλει ήδη τις σχολικές εμπειρίες και τις επηρεάζει, απαιτεί επαναπροσδιορισμό του ρόλου του καθηγητή, ο οποίος παραμένει μεν ο καθοδηγητής της μαθησιακής διαδικασίας αλλά συνάμα και ενορχηστρωτής μιας σύνθετης δραστηριότητας (Dillenbourg, 2009; Dillenbourg et al. 2011) . / Collaborative learning is an area of research and practice with a long history. Studies on collaborative learning are referred back in 1924 (Webb & Palincsar, 1996; Alport, 1924). With advances in technology in recent years, collaborative learning (as with collaborative work) has been supported by computer systems. So a new research area was introduced, that of computer-supported collaborative learning (CSCL). In this new field theories were developed, research methods adopted and developed related tools (Stahl et al, 2006). The objective has been to study collaboration in groups and the impact of collaboration on learning. The focus was on the study of groups, on interactions, on the tools that mediate collaboration, and their effectiveness. Initially students were studied systematically in order to draw conclusions about the effectiveness of approaches and tools. Subsequently, more recently, there was a need, as a consequence of the advances of the field, the study to include teachers in collaborative learning environments, which are a condition for the integration of such approaches in authentic teaching and learning conditions. The role of the teacher should be studied in this set up as the teacher takes up new roles, that of the facilitator and supporter of collaboration, given that students take a more active role than in more traditional learning situations (Dimitracopoulou, 2005). The question concerning the new role of the teacher, and her support of technologies and tools, has been identified as one of the five research priorities in this area (Dillenbourg, 2009). This PhD Thesis studies the role of the teacher who is involved in supervising collaborative activities mediated by computers, where these activities take place in a typical classroom. The starting point of this research was the study of similar research efforts and collaborative computing systems, as reported in the literature, which identified common views on the role and on possible requirements for supporting the teacher by appropriate tools. The need for monitoring of different social class levels, i.e. the individual student, group and class (Dillenbourg & Jermann, 2010), first emerged. Also trends were identified that include support for monitoring activity of groupwork in different phases with different degree of focus, recording the activities of students and exporting of quantitative and qualitative indicators that represent the state of the groups and the class, the use of symbolic and synoptic representation to fix this situation, and the development and experimental use of "intelligent" assistants of the teachers. Based on this initial study, research questions were formed concerning the way in which the teacher in supervising group activities in the classroom, creates and maintains the perception of the phenomena that evolve. These research questions were examined in a series of studies in classes that involved students and teachers. In the design of our studies involving new practices and artifacts we considered that the artifacts used are transformed into tools by the users, based on their initial orientation and design and the meaning they acquire during use (Stahl et al., 2006). For this reason, the technologies in the area of collaborative learning should be combined with studies that point out and highlight the ways that ultimately utilized tools, which are either made with experimental procedures (eg in a laboratory), or follow the ethnomethodological tradition in classrooms (Jeong & Hmelo-Silver, 2010). Our methodology was that of Research Design (Collins, 1992) while evidence was collected from the study following an ethnomethodological approach (Stahl, 2006). For our studies we created a notation to represent the activity of the teacher in the class where there are certain technologies used to support collaborative student activities. This notation was used in an approach, that involved use of data collected during the studies, that allowed comparison of patterns of teacher behavior when using tools to support group class activities. In the first phase of studies, the teachers did not use specific tools of supervision, while during the second phase the teachers used new tools that were developed in order to support them. The main effect of these new tools was that they allowed the teachers to be aware of the state of each student group through a variety of representations. This affected teacher behavior. In the third phase, the data produced in the other two phases were evaluated off-line by teachers, using the tools developed without the time constraints of the real time classroom environment. In order to depict the effects of tools and representations used in each phase and identify patterns of behavior, a notation of the teacher's actions during the monitoring of collaborative activity was used, which involved the teacher objectives and the representations that were used. Focus levels were set and types of interventions teacher, associated with representations of data, and the teacher's actions that were supported. It was found that the teacher in the classroom moves from the level of the group on to the individual, while there is a need to constantly monitor all the groups in the class. During collaborative activities a large amount of information was produced, and the teacher had to use it in the best possible way, as she tries to identify occurrence of phenomena that help her improve understanding of the situation of the classroom. The supervision of the activity aimed at understanding the situation, thus requiring the supervisor to move between different levels of focus, and also navigate back and forth in the time dimension. In this way the teacher exploits and combines different representations, trying to synthesize the main points of each group activity, its reasoning to identify possible deviations from the model that was formed about expected problem solving behaviour, originally during the design of the activity. This process requires the identification and annotation of events that require longer term study and can serve as examples of good practice or material for diagnosis and feedback. The evaluation of groupwork activity requires both familiarity with the technology used, while on the other hand the application of appropriate assessment models to take account of the evolution of groupwork activities, and not just inspection of the final result, and provide feedback to individual groups, and group members if necessary, as well as to the whole class. It was found from our studies that research in this area, requires teachers and school environments with experience in computer supported collaborative learning, which is particularly difficult, even today, as it was in the time when the field studies were conducted. Despite this inherent difficulty, the findings of this study help to better define the role of the teacher in this context of teaching and learning and evaluation of the tools that support this role. The general direction of the field of technology enhanced learning makes us assume that the practices studied here will become widespread in the near future. This one is based on general observation of the introduction of technology in the lives of students (Dave, 2010), especially technologies that support social interaction and collaboration, such as social networking technologies, the potential use of this technology in the classroom in the form of new devices, new instruments of collaboration and interaction, multi-media, new ways to access data, etc. Therefore this complex technological and social environment that surrounds and influences the school experiences requires redefinition of the role of the teacher, who still remains as the leader of learning process yet takes up the role of orchestrator of more complex activities (Dillenbourg, 2009; Dillenbourg et al. 2011).

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής διατριβής είναι η μελέτη και ανάπτυξη ενός νέου αλγοριθμικού πλαισίου Συνεργατικής Διήθησης(CF) για την παραγωγή συστάσεων. Η μέθοδος που προτείνουμε, βασίζεται στην εκμετάλλευση της ιεραρχικής διάρθρωσης του χώρου αντικειμένων και πατά διαισθητικά στην ιδιότητα της ``Σχεδόν Πλήρης Αναλυσιμότητας'' (NCD) η οποία είναι συνυφασμένη με τη δομή της πλειοψηφίας των ιεραρχικών συστημάτων. Η Συνεργατική Διήθηση αποτελεί ίσως την πιο πετυχημένη οικογένεια τεχνικών για την παραγωγή συστάσεων. Η μεγάλη απήχησή της στο διαδίκτυο αλλά και η ευρεία εφαρμογή της σε σημαντικά εμπορικά περιβάλλοντα, έχουν οδηγήσει στη σημαντική ανάπτυξη της θεωρίας την τελευταία δεκαετία, όπου μια ευρεία ποικιλία αλγορίθμων και μεθόδων έχουν προταθεί. Ωστόσο, παρά την πρωτοφανή τους επιτυχία οι CF μέθοδοι παρουσιάζουν κάποιους σημαντικούς περιορισμούς συμπεριλαμβανομένης της επεκτασιμότητας και της αραιότητας των δεδομένων. Τα προβλήματα αυτά επιδρούν αρνητικά στην ποιότητα των παραγόμενων συστάσεων και διακυβεύουν την εφαρμοσιμότητα πολλών CF αλγορίθμων σε ρεαλιστικά σενάρια. Χτίζοντας πάνω στη διαίσθηση πίσω από τον αλγόριθμο NCDawareRank - μίας γενικής μεθόδου υπολογισμού διανυσμάτων κατάταξης ιεραρχικά δομημένων γράφων - και της σχετικής με αυτόν έννοιας της NCD εγγύτητας, προβαίνουμε σε μία μοντελοποίηση του συστήματος με τρόπο που φωτίζει τα ενδημικά του χαρακτηριστικά και προτείνουμε έναν νέο αλγοριθμικό πλαίσιο συστάσεων, τον Αλγόριθμο 1. Στο επίκεντρο της προσέγγισής μας είναι η προσπάθεια να συνδυάσουμε τις άμεσες με τις NCD, ``γειτονιές'' των αντικειμένων ώστε να πετύχουμε μεγαλύτερης ακρίβειας χαρακτηρισμό των πραγματικών συσχετισμών μεταξύ των στοιχείων του χώρου αντικειμένων, με σκοπό την βελτίωση της ποιότητας των συστάσεων αλλά και την αντιμετώπιση της εγγενούς αραιότητας και των προβλημάτων που αυτή συνεπάγεται. Για να αξιολογήσουμε την απόδοση της μεθόδου μας υλοποιούμε και εφαρμόζουμε τον Αλγόριθμο 1 στο κλασικό movie recommendation πρόβλημα και παραθέτουμε μια σειρά από πειράματα χρησιμοποιώντας τo MovieLens Dataset. Τα πειράματά μας δείχνουν πως ο Αλγόριθμος 1 με την εκμετάλλευση της ιδέας της NCD εγγύτητας καταφέρνει να πετύχει λίστες συστάσεων υψηλότερης ποιότητας σε σύγκριση με τις άλλες state-of-the-art μεθόδους που έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία, σε ευρέως χρησιμοποιούμενες μετρικές (micro- και macro-DOA), αποδεικνύοντας την ίδια στιγμή πως είναι λιγότερο επιρρεπής στα προβλήματα που σχετίζονται με την αραιότητα και έχοντας παράλληλα ανταγωνιστικό προφίλ πολυπλοκότητας και απαιτήσεις αποθήκευσης. / The purpose of this master's thesis is to study and develop a new algorithmic framework for collaborative filtering (CF) to generate recommendations. The method we propose is based on the exploitation of the hierarchical structure of the item space and intuitively ``stands'' on the property of Near Complete Decomposability (NCD) which is inherent in the structure of the majority of hierarchical systems. Collaborative Filtering is one of the most successful families of recommendations methods. The great impact of CF on Web applications, and its wide deployment in important commercial environments, have led to the significant development of the theory, with a wide variety of algorithms and methods being proposed. However, despite their unprecedented success, CF methods present some important limitations including scalability and data sparsity. These problems have a negative impact of the quality of the recommendations and jeopardize the applicability of many CF algorithms in realistic scenarios. Building on the intuition behind the NCDawareRank algorithm and its related concept of NCD proximity, we model our system in a way that illuminates its endemic characteristics and we propose a new algorithmic framework for recommendations, called Algorithm 1. We focus on combining the direct with the NCD `` neighborhoods'' of items to achieve better characterization of the inter-item relations, in order to improve the quality of recommendations and alleviate sparsity related problems. To evaluate the merits of our method, we implement and apply Algorithm 1 in the classic movie recommendation problem, running a number of experiments on the standard MovieLens dataset. Our experiments show that Algorithm 1 manages to create recommendation lists with higher quality compared with other state-of-the-art methods proposed in the literature, in widely used metrics (micro- and macro- DOA), demonstrating at the same time that it is less prone to low density related problems being at the same time very efficient in both complexity and storage requirements.

Η παρούσα διατριβή αναδεικνύει τα πλεονεκτήματα της διδακτικής στρατηγικής της Μάθησης Βασισμένης σε Προβλήματα (ΜΒΠ), αλλά και των περιορισμών που υπάρχουν στην εφαρμογή της στην εργαστηριακή εκπαίδευση. Τα Εικονικά Περιβάλλοντα Πολλών Χρηστών (Multi-User Virtual Environments - MUVEs) όπως το Second Life (SL) είναι τρισδιάστατα συνεργατικά εικονικά περιβάλλοντα τα οποία θα μπορούσαν να αποτελέσουν συμπληρωματικούς ή και εναλλακτικούς κόσμους για την υλοποίηση εργαστηριακών δραστηριοτήτων ΜΒΠ με χαμηλό κόστος, υψηλή διαθεσιμότητα και ασφάλεια. Ο στόχος της παρούσας διατριβής ήταν ο σχεδιασμός και η εμπειρική αξιολόγηση μιας απλής δραστηριότητας ΜΒΠ τόσο στον εικονικό όσο και στον πραγματικό κόσμο. Η εμπειρική αξιολόγηση περιλάμβανε μια περιγραφική (Ν=30) και μια ημι-πειραματική έρευνα (Ν=150) με φοιτητές Πανεπιστημίου. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι δεν υπάρχουν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των περιβαλλόντων στο μαθησιακό αποτέλεσμα, την ευχρηστία, την ικανοποίηση από τη συνεργασία και την ευχαρίστηση από την εμπειρία. Ωστόσο υπάρχουν ενδείξεις ότι το SL εκλαμβάνεται ως πιο ευχάριστο και άτυπο περιβάλλον μάθησης. Η ικανοποίηση συσχετίζεται θετικά με την αίσθηση παρουσίας. Η δραστηριότητα διαρκεί περισσότερο στο SL λόγω των διαδικασιών χειρισμού και της μειωμένης μη λεκτικής επικοινωνίας, παράγοντες που φαίνεται να «επιβάλλουν» ένα πιο κατακερματισμένο μοτίβο ομιλίας. / This dissertation identifies the advantages of the Problem-Based Learning (PBL) instructional strategy and acknowledges the limitations of classic laboratory education to support it. Multi-User Virtual Environments (MUVEs) like Second Life (SL) are 3D collaborative virtual environments that could act as complementary or alternative worlds for the implementation of PBL activities offering low cost, safe and always available environments. The aim of this dissertation was to design and empirically evaluate a simple PBL activity in both the real and virtual worlds, by carrying out a descriptive study (N=30) and a quasi-experimental study (N=150) with University students. The results showed that the MUVE provided similar learning outcomes, engagement, usability and satisfaction to the real world condition. SL is perceived as more pleasurable and informal learning environment than reality. Satisfaction is positively correlated with presence. The PBL activity tends to last longer in SL that in real world, mainly due to control procedures and reduced nonverbal communication, that also “impose” a more fragmented pattern of verbal communication.

Στην εργασία αυτή καταγράφονται οι εφαρμογές κοινωνικού λογισμικού με τις δυνατότητες και τα χαρακτηριστικά που έχει καθεμία από αυτές. Αυτό που μας ενδιαφέρει όμως είναι η παιδαγωγική τους αξιοποίηση και η ένταξη στην εκπαιδευτική διαδικασία. Στηριζόμενοι κυρίως στην ξένη, αλλά και εγχώρια βιβλιογραφία, σε πρόσφατα επιστημονικά άρθρα και δημοσιεύσεις, παρουσιάζονται λεπτομερώς για κάθε ένα εργαλείο κοινωνικού λογισμικού οι τρόποι που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην εκπαίδευση. Αξιολογούνται συγκεκριμένες μελέτες περίπτωσης (case studies), στις οποίες εργαλεία κοινωνικού λογισμικού έχουν ενταχθεί στο πλαίσιο μαθημάτων σε πανεπιστήμια του εξωτερικού και της χώρας μας. Εξετάζεται η επίδραση που υπάρχει στη μάθηση για το συμμετέχοντα στην εκπαιδευτική διαδικασία και η ενίσχυση που προκύπτει για τις ηλεκτρονικές κοινότητες μάθησης από την χρήση των εργαλείων κοινωνικού λογισμικού. Επιπλέον, διερευνείται πως το κοινωνικό λογισμικό σχετίζεται με τις προϋποθέσεις αποτελεσματικής μάθησης στους ενήλικες και είναι συμβατό με τις αρχές μάθησης των ενηλίκων. Τέλος, εξετάζεται η σημασία του κοινωνικού λογισμικού στην εξ αποστάσεως εκπαίδευση σε σχέση με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που διέπουν την από απόσταση εκπαίδευση και τους συμμετέχοντες σε αυτήν. Ελέγχεται κατά πόσο το κοινωνικό λογισμικό μπορεί αφενός να στηρίξει την αυτονομία και εξατομίκευση του εκπαιδευόμενου στην εξ αποστάσεως εκπαίδευση, και αφετέρου να βοηθήσει στην αλληλεπίδραση, επικοινωνία και συνεργασία μιας ομάδας εκπαιδευομένων. Η είσοδος των εργαλείων κοινωνικού λογισμικού ως νέο στοιχείο στο σχεδιασμό προγραμμάτων εξ αποστάσεως πανεπιστημιακής εκπαίδευσης είναι ιδιαίτερα σημαντική. / In the present project are recorded the social software applications with the capabilities and features of each of these. What interests us though is the pedagogical use and integration of social software into the educational process. Relying mainly on foreign, and domestic literature, in recent scientific articles and publications, are presented in detail for each one social software tool the ways in which they can be used in education. Are evaluated specific case studies, in which social software tools are introduced in courses in universities abroad and our country. It is evaluated the effect on learning for the participant in the educational process and the support for e-learning communities because of the use of social software tools. The project explores how social software is related to the conditions for efficient learning in adults and if it is compatible with the principles of adult learning. Finally, it is considered the importance of social software in distance education in relation to the particular characteristics of the distance education and its participants. It is checked whether social software can support both the autonomy and individuality of the learner in distance education, and to assist in the interaction, communication and collaboration of a group of learners. The entrance of social software tools as a new element in designing programs in distance university education is very important.