A Model-driven Approach to Developing a Web-based Environment to Support Problem-based Learning

Wang, Disi GND

Drawing on the pedagogy of Problem-based Learning (PBL), Learning Design technology, the methodology of Model-Driven Development (MDD), state of art tools for PBL applications and systems as well as some general purpose Information and Communication Technologies (ICT), this thesis presents a tool set for empowering PBL researchers and practitioners to design, represent, understand, communicate, customize, reuse, transform, and execute online or blended problem-based learning processes in an systematic, effective, efficient and flexible manner. The explicit name of this tool set is “Web-based Integrated Design and Execution Environment for PBL”, or shortly referred to as IDEE4P.

As compared to other existing solutions, IDEE4P provides a higher availability and an intuitive user interface for PBL researchers and PBL educators in practice by utilizing state of art Web technologies. It enables PBL pedagogy researchers to refine, reconstruct, and redefine PBL scripting languages flexibly in order to achieve an important objective—supporting a general and expressive representation for problem-based Learning Design—and, consequently, to facilitate the design and implementation of different forms of PBL for different PBL learning situations. To achieve this, IDEE4P provides PBL researchers first with a PBL scripting language and editing tools that easily engages them in the language development; second, it provides PBL designers with a PBL process authoring tool that enables them to easily generate computer interpretable problem-based Learning Designs; third, it provides PBL tutors with an online runtime environment that allows them to carry out learning activities for students based on the designed PBL process models.

The foundation of designing and developing IDEE4P is to apply a model-driven approach. In this approach, a design-evaluation-improvement cycle is introduced in order to adapt the complexity and instability of the PBL research and practice. The core of this approach is to abstract a metamodel from PBL pedagogy. This metamodel controls the system to help people construct models of PBL processes appropriately and controls the transformation process to enable models executable by computers. The metamodel abstraction is derived based on the modeling theory after analyzing the characteristics of existing mainstream PBL patterns and frameworks.

This thesis will present two pilot studies with the implemented system. From the results of the pilot studies, we conclude that the online PBL environment developed through a model-driven approach appears to provide a promising effective, efficient and flexible support for PBL research and practice in in terms of Learning Design and the practical implementation of learning scenarios. Open questions and issues related to further validation as well as modifications and extensions of the system functionality will be discussed in an outlook.

Unter Bezugnahme auf die Pädagogik des Problem-basierten Lernens (PBL), Technologien des „Learning Design“, die Methodik des „Model-Driven Development“ (MDD), aktueller Werkzeuge und Systeme zur Unterstützung von PBL, sowie weiterer allgemeiner Informations- und Kommunikationstechnologien (ICT) stellt diese Dissertation eine Reihe von Werkzeugen bereit, die PBL-Forschern und -Praktikern dabei helfen sollen, problembasierte Online-Lernprozesse systematisch, effektiv, effizient und flexibel zu planen, zu gestalten, zu verstehen, zu kommunizieren, anzupassen, wiederzuverwenden, zu transformieren und durchzuführen. Die Werkzeugumgebung wird als „webbasierte integrierte Design- und Ausführungsumgebung für PBL“ oder kurz IDEE4P bezeichnet.

Im Vergleich zu anderen existierenden Lösungen bietet IDEE4P bietet PBL-Forschern und Praktikern von PBL-Szenarien eine höhere Verfügbarkeit und eine intuitive Benutzerschnittstelle durch die Nutzung neuester Webtechnologien. Es ermöglicht Pädagogen und PBL-Forschern, PBL-Skriptsprache flexibel zu verfeinern, zu rekonstruieren und neu zu definieren, um ein wichtiges Ziel zu erreichen - die Unterstützung einer allgemeinen aussagekräftigen Repräsentation für problembasiertes Lerndesign – und somit das Design und die Implementierung von verschiedenen Formen von PBL für verschiedene PBL-Situationen zu erleichtern. Für diesen Zweck stellt IDEE4P den PBL-Pädagogik-Forschern zunächst eine PBL-Skriptsprache und ein Editierwerkzeug zur Verfügung, durch die die Entwicklung eigener Sprachen erleichtert wird. Zweitens bietet IDEE4P PBL-Entwicklern ein Autorierungswerkzeug für PBL-Prozesse, mit dem sie auf einfache Art und Weise computerinterpretierbare problembasierte Lerndesign erzeugen können. Drittens bietet es PBL-Tutoren ein Online-Laufzeitumgebung, mit der sie basierend auf den vorher entworfenen PBL-Prozessmodellen Lernaktivitäten für Studenten durchführen können.

Die Grundlage für die Entwicklung von IDEE4P ist die Anwendung eines modellgesteuerten Ansatzes. In diesem Ansatz wird ein Design-Evaluation-Verbesserungs-Zyklus eingeführt, um der Komplexität und Instabilität der PBL-Forschung und -Praxis gerecht zuwerden. Der Kern dieses Ansatzes besteht darin, ein Metamodell aus der PBL-Pädagogik zu abstrahieren. Dieses Metamodell steuert das System, um Anwendern zu helfen, Modelle von PBL-Prozessen geeignet zu konstruieren, und steuert den Transformationsprozess, um die Ausführung dieser Modelle in Computerumgebungen zu ermöglichen. Die Metamodellabstraktion wird basierend auf der Modellierungstheorie nach der Analyse der Eigenschaften von bestehenden PBL-Mustern und -Frameworks abgeleitet.

Diese Arbeit berichtet auch über zwei Pilotevaluationen des entwickelten Systems. Die Ergebnisse der Studien unterstützen die These, dass die auf Basis eines modellgetriebenen Ansatzes entwickelte PBL-Umgebung eine wirksame, effiziente und flexible Art der Unterstützung für die Forschung und Praxis von PBL bereitstellt, speziell im Hinblick auf das Lerndesign und die praktische Instrumentierung von Lernszenarien. Offene Fragen hinsichtlich der weiteren Validierung sowie der Modifikation und Erweiterung von Systemfunktionen werden in einem Ausblick diskutiert.

Preview

Cite

Citation style:
Wang, D., 2019. A Model-driven Approach to Developing a Web-based Environment to Support Problem-based Learning. https://doi.org/10.17185/duepublico/47830
Could not load citation form.

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved

Export