Abstract The use of mobile devices, including mobile phones and tablets, is a growing trend in education. The practice has been widely technology driven and often justified simply by the importance of using new technology in a classroom and by claiming such devices to be important in reaching something referred to, although not that well defined, as 21st century skills. This thesis is one answer to the challenge represented by this development. It brings together theoretical ideas of scaffolding learning with collaborative scripts and the use of mobile devices as cognitive tools in a real life educational settings. This thesis has constructivist grounds and aims at exploring how to support collaborative learning when students have ill-structured problems and their activities are supported with mobile technologies. The study consists of three case studies, which together form an example of how important it is to design, develop and deliver lightweight digital tools and activities for learners to construct knowledge. Overall, the results of three case studies in this thesis confirms that it is a dubious assumption that learners will automatically take appropriate and measured advantage of the affordances of mobile devices and other emergent technologies involved in cognitive activities: rather, these cognitive tools require deliberate attention and effort from learners to make use of the affordances of the tools. Furthermore, results from the case studies reveal that personal factors such as students’ prior knowledge and their metacognitive and collaborative skills, as well as contextual cues such as cultural compatibility and instructional methods, influence student engagement. / Tiivistelmä Mobiililaitteiden, kuten puhelinten ja tabletien, opetuskäyttö lisääntyy hyvää vauhtia. Aihepiiri on ollut teknologiavetoinen, opetuskäyttöä on perusteltu lähinnä tarkemmin määrittelemättömillä 2000-luvun kansalaistaidoilla (21th century skills) ja uuden teknologian hyödyntämisen tärkeydellä. Tämä väitöskirja on teoreettisesti ja metodologisesti perusteltu vastine tähän keskusteluun. Tutkimus yhdistää pedagogista vaiheistamista ja kognitiivisia työkaluja käsittelevän teoreettisen viitekehyksen kolmeen todellisissa oppimistilanteissa tehtyyn kokeiluun. Työ koostuu kolmesta tapaustutkimuksesta, jotka yhdessä muodostavat esimerkin kuinka mobiililaitteiden avulla tuettua opiskelua voidaan suunnitella ja toteuttaa erilaisissa konteksteissa. Ensimmäisessä tapaustutkimuksessa tutkittiin maantieteellisesti hajautuneen opetusta suunnittelevan yhteisön vuorovaikutusta. Toisessa tapaustutkimuksessa selvitettiin kuinka tukea luontopolkutyöskentelyä mobiilisovellusten avulla. Kolmannessa tapaustutkimuksessa tutkittiin yliopisto-opiskelijoiden opintojen tukemista mobiilin sosiaalisen median sovelluksia hyödyntäen. Kolme tapaustutkimusta osoittavat että oppilaiden ei voida olettaa automaattisesti osaavan hyödyntää uusinta teknologiaa ja pedagogisia menetelmiä opiskelunsa tukena. Päinvastoin, käyttäminen vaatii opiskelijoilta paljon päämäärätietoista ponnistelua. Henkilökohtaiset tekijät, kuten aiemmat kokemukset, opiskelutaidot, mutta myös tilannesidonnaiset tekijät kuten opetusmenetelmät vaikuttavat opiskelijoiden kykyyn hyödyntää uutta teknologiaa opiskelussa.

Em Aprendizagem Colaborativa com Suporte Computacional (ACSC), o planejamento instrucional consiste em obter uma sequência de interações instrucionais que definem o conteúdo instrucional como a representação do que deve ser ensinado e da forma em que os participantes devem interagir, denominada informação de planejamento instrucional. O desenvolvimento, adaptação e personalização de unidades concisas de estudo compostas por recursos instrucionais e informação de planejamento instrucional, denominadas unidades de aprendizagem, envolve um processo de planejamento instrucional complexo que consome muito tempo e apresenta um conjunto de tarefas repetitivas a serem efetuadas pelos projetistas instrucionais. Neste trabalho, o planejamento instrucional em ACSC é modelado como um problema de planejamento hierárquico para dar suporte ao desenvolvimento, adaptação e personalização das unidades de aprendizagem de forma automática. A modelagem consiste na representação do domínio a ser ensinado, das caraterísticas dos estudantes e das estratégias de planejamento instrucional na linguagem do sistema JSHOP2ip, um sistema de planejamento hierárquico desenvolvido para dar solução aos problemas específicos de planejamento instrucional. Para avaliar a modelagem proposta, efetuamos o desenvolvimento de um gerador de cursos colaborativos como um serviço Web usando a modelagem proposta e o sistema JSHOP2ip, no qual foram avaliados o desempenho, a modelagem das estratégias e a saída do planejador. Além disso, para demonstrar a viabilidade do modelo proposto em situações reais, efetuamos o desenvolvimento de uma ferramenta de autoria de unidades de aprendizagem que emprega o gerador de cursos colaborativos. / In Computer Supported Collaborative Learning (CSCL), the goal of instructional design is to obtain a instructional interaction sequence that define the instructional content as a representation of what should be taught and the way in which participants must interact, called instructional planning information. The development, adaptation and personalization of basic units of study comprised of the instructional resources and instructional planning information, called units of learning, that involves a complex instructional planning process, time consuming and repetitive. In this work, the instructional design in CSCL is modeled as hierarchical planning problem to support the development, adaptation and personalization for units of learning. The modeling is the representation of the domain to be taught, the characteristics of students and instructional strategies in JSHOP2ip, an independent hierarchical planning system designed to solve problems of instructional design. To evaluate the proposed model, we developed a collaborative course generator as a Web service using the proposed model and JSHOP2ip system, upon which we evaluated the performance, modeling strategies and the output scheduler. Furthermore, to demonstrate the feasibility of the proposed model in real situations, we developed an authoring tool for units of learning employing the collaborative course generator

Em Aprendizagem Colaborativa com Suporte Computacional (ACSC), o planejamento instrucional consiste em obter uma sequência de interações instrucionais que definem o conteúdo instrucional como a representação do que deve ser ensinado e da forma em que os participantes devem interagir, denominada informação de planejamento instrucional. O desenvolvimento, adaptação e personalização de unidades concisas de estudo compostas por recursos instrucionais e informação de planejamento instrucional, denominadas unidades de aprendizagem, envolve um processo de planejamento instrucional complexo que consome muito tempo e apresenta um conjunto de tarefas repetitivas a serem efetuadas pelos projetistas instrucionais. Neste trabalho, o planejamento instrucional em ACSC é modelado como um problema de planejamento hierárquico para dar suporte ao desenvolvimento, adaptação e personalização das unidades de aprendizagem de forma automática. A modelagem consiste na representação do domínio a ser ensinado, das caraterísticas dos estudantes e das estratégias de planejamento instrucional na linguagem do sistema JSHOP2ip, um sistema de planejamento hierárquico desenvolvido para dar solução aos problemas específicos de planejamento instrucional. Para avaliar a modelagem proposta, efetuamos o desenvolvimento de um gerador de cursos colaborativos como um serviço Web usando a modelagem proposta e o sistema JSHOP2ip, no qual foram avaliados o desempenho, a modelagem das estratégias e a saída do planejador. Além disso, para demonstrar a viabilidade do modelo proposto em situações reais, efetuamos o desenvolvimento de uma ferramenta de autoria de unidades de aprendizagem que emprega o gerador de cursos colaborativos. / In Computer Supported Collaborative Learning (CSCL), the goal of instructional design is to obtain a instructional interaction sequence that define the instructional content as a representation of what should be taught and the way in which participants must interact, called instructional planning information. The development, adaptation and personalization of basic units of study comprised of the instructional resources and instructional planning information, called units of learning, that involves a complex instructional planning process, time consuming and repetitive. In this work, the instructional design in CSCL is modeled as hierarchical planning problem to support the development, adaptation and personalization for units of learning. The modeling is the representation of the domain to be taught, the characteristics of students and instructional strategies in JSHOP2ip, an independent hierarchical planning system designed to solve problems of instructional design. To evaluate the proposed model, we developed a collaborative course generator as a Web service using the proposed model and JSHOP2ip system, upon which we evaluated the performance, modeling strategies and the output scheduler. Furthermore, to demonstrate the feasibility of the proposed model in real situations, we developed an authoring tool for units of learning employing the collaborative course generator