Progetto ELSE E-Learning Semantico per l’Educazione Continua nella Medicina Deliverable D.4.2 Prototipo software basato sulla metodologia SemSim Autori Alessia Barbagallo (IASI) Deadline per la consegna [email protected] 31/10/14 Data di consegna Livello di disseminazione PU: Pubblico RR: Riservato ai revisori e ai membri del gruppo di lavoro X RI: Ristretto ai membri del gruppo di lavoro Revisore URL del progetto Coordinatore scientifico del progetto Maurizio Proietti [email protected] http://www.ecm-semantico.iasi.cnr.it/ Giuseppe Orlandi [email protected] ELSE • D 4.1 • • Pagina 1 di 29 Sommario Sommario................................................................................................................ 2 Elenco delle figure .................................................................................................... 4 Elenco de lle tabelle .................................................................................................. 4 1. Generalità......................................................................................................... 5 Scopo ................................................................................................................... 5 Glossario dei termini .............................................................................................. 5 2. Introduzione ..................................................................................................... 7 Struttura del documento ......................................................................................... 7 3. Il metodo ELSE.................................................................................................. 8 Definizione dell’ontologia ........................................................................................ 8 Elaborazione del materiale formativo ........................................................................ 8 Costruzione del profilo pedagogico ........................................................................... 9 Selezione delle impostazioni e dei concetti .............................................................. 10 Ricerca semantica delle RLO .................................................................................. 10 Fruizione del corso ............................................................................................... 11 4. Implementazione del sistema ELSE .................................................................... 12 Implementazione dei requisiti................................................................................ 12 Architettura logica................................................................................................ 15 Descrizione dell’ambiente di sviluppo...................................................................... 17 Rest ................................................................................................................ 17 Serializzazione .................................................................................................. 17 Google Web Toolkit ........................................................................................... 18 Eclipse ............................................................................................................. 18 Descrizione dell’ambiente di Deployment ................................................................ 18 Apache Tomcat ................................................................................................. 18 Moodle............................................................................................................. 18 5. Utilizzo del sistema ELSE .................................................................................. 19 Restrizioni d'uso .................................................................................................. 19 Disclaimer........................................................................................................... 19 Accesso al sistema ............................................................................................... 19 Login .................................................................................................................. 19 Pagina di benvenuto ............................................................................................. 19 creazione del profilo di apprendimento.................................................................... 21 creazione del corso .............................................................................................. 23 Fruizione del corso ............................................................................................... 26 ELSE • D 4.1 • • Pagina 2 di 29 6. Conclusioni ..................................................................................................... 28 Bibliografia ............................................................................................................ 29 ELSE • D 4.1 • • Pagina 3 di 29 Elenco delle figure Figura 1: Architettura logica del sistema ELSE. ........................................................... 16 Figura 2: Autenticazione sulla piattaforma FaD del provider ECm SPES.......................... 20 Figura 3: Accesso alla pagina di benvenuto ................................................................ 20 Figura 4: Accesso al sistema ELSE ............................................................................ 21 Figura 5: Creazione del profilo d’apprendimento ......................................................... 22 Figura 6: Sottomissione del questionario ................................................................... 22 Figura 7: Creazione di un corso ................................................................................ 23 Figura 8: Selezione delle impostazioni del corso. ........................................................ 24 Figura 9: Navigazione dell’ontologia nel sistema ELSE ................................................. 25 Figura 10: Sottomissione dei concetti selezionati ........................................................ 25 Figura 11: Conferma della creazione del corso............................................................ 26 Figura 12: Link per la fruizione del corso. .................................................................. 27 Figura 13: Visualizzazione del corso. ......................................................................... 27 Elenco de lle tabelle Tabella 1: I requisiti utente del sistema ELSE e la loro realizzazione software ................. 15 ELSE • D 4.1 • • Pagina 4 di 29 1. Generalità Il progetto ELSE (E-Learning Semantico per l’Educazione continua nella medicina) si colloca nel quadro delle attività volte a migliorare l'accesso alla conoscenza codificata nei Learning Management Systems (LMSs) fornendo nuovi strumenti per la costruzione di corsi e-learning personalizzati sulle specifiche esigenze formative del personale sanitario soggetto al programma nazionale ECM (Educazione Continua nella Medicina). Il progetto prevede la realizzazione di un prototipo che nasce dall'integrazione di un ambiente d'apprendimento con tecnologie semantiche di modellazione e ricerca di risorse. Questo documento presenta il sistema prototipale denominato ELSE (E-Learning Semantico per l'ECM) per la costruzione su base semantica di corsi e-Learning ECM personalizzati. SCOPO L'obiettivo di questo lavoro è quello di documentare il sistema ELSE e descriverne l’implementazione. A tale scopo, questo documento illustra lo sviluppo del sistema, descrive gli aspetti del suo funzionamento e definisce le modalità per il suo utilizzo. GLOSSARIO DEI TERMINI Annotazione semantica 1 Metodo per associare una semantica chiara ad un oggetto informativo (es. un modulo formativo, un argomento trattato), attraverso i riferimenti a concetti dell’ontologia. Corsista Fruitore del corso FaD ECM Educazione Continua nella Medicina ECM-SPES Sito dedicato alla formazione a distanza (FaD) e residenziale organizzata dalla SPES S.c.p.A. e destinata ai professionisti e agli operatori medico-sanitari per l’aggiornamento professionale nell’ambito del Programma Nazionale di Educazione Continua in Medicina (ECM) del Ministero della Salute E-Learning Per e-learning (in italiano apprendimento on-line) s'intende "l'uso delle tecnologie multimediali e di Internet per migliorare la qualità dell’apprendimento facilitando l’accesso alle risorse e ai servizi, così come anche agli scambi in remoto e alla collaborazione (creazione) di comunità virtuali COM (2001)172 definizione del 28 marzo 2001. ELSE • D 4.1 • • Pagina 5 di 29 di apprendimento." ELSE 1 E-Learning Semantico continua nella medicina per l’Educazione Evento formativo Attività formativa programmata FaD Formazione a Distanza Formatore Persona che opera nell'ambito della FaD, progettando e realizzando eventi formativi che utilizzano i computer e le reti come strumento per insegnare e apprendere LMS Learning Management System, è la piattaforma applicativa che permette l'erogazione dei corsi in modalità e-learning Modulo formativo Un modulo formativo è una unità di formazione completa , una parte del percorso formativo anche articolata in unità didattiche, che ha una propria autonomia in quanto consente all’allievo di raggiungere determinate competenze. Gli elementi essenziali che caratterizzano un modulo sono la durata temporale e le finalità formative che si intendono raggiungere. Moodle Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment, ambiente per l'apprendimento modulare, dinamico, orientato ad oggetti) è un ambiente informatico Open Source per la gestione di corsi Ontologia Base di concetti interconnessi, caratterizzanti un dato dominio applicativo OO Object Oriented OPAL Metodo di categorizzazione dei concetti, in Object (infoObj), Process, Actor Piattaforma FaD Piattaforma tecnologia sul web per la formazione a distanza. Semantica La semantica è quella parte della linguistica che studia il significato delle parole Unità didattica Elemento formativo elementare, componente un modulo formativo ELSE • D 4.1 • • Pagina 6 di 29 2. Introduzione Per Educazione Continua in Medicina si intende il programma nazionale di attività formative per il mantenimento, lo sviluppo e l’incremento delle conoscenze e delle performance degli operatori della sanità (decreto legislativo 229/99) al fine di garantire efficacia, appropriatezza, sicurezza ed efficienza all'assistenza prestata dal servizio sanitario nazionale. La partecipazione ai programmi ECM si misura attraverso l'acquisizione di crediti. Il progetto ELSE si propone di fornire un supporto all'acquisizione di crediti ECM finalizzata all’aggiornamento professionale del personale sanitario sviluppando una piattaforma per la creazione di corsi e-Learning ECM. Il risultato del progetto consiste nella produzione di un prototipo software che, integrando tecnologie semantiche con una piattaforma eLearning nel settore della medicina, consente di realizzare corsi e supportare il personale medico sanitario per l'acquisizione di crediti ai fini della formazione professionale. Il sistema ELSE si colloca pertanto nel contesto dell’ECM FaD (Formazione a Distanza), ovvero nel campo delle attività formative ECM erogate/fruite a distanza sfruttando tecnologie e ambienti informatici. Gli elementi chiave della soluzione proposta sono: • la costruzione di un profilo del professionista sanitario in base a cui personalizzare i contenuti e l'approccio formativo del corso, • la creazione dell' evento formativo effettuata ad opera dei corsisti stessi supportati dal sistema, • la selezione dei contenuti del corso effettuata sfruttando tecnologie semantiche. STRUTTURA DEL DOCUMENTO Questo documento è organizzato come segue. Il capitolo 3Errore. L'origine riferimento non è stata trovata. è dedicato alla descrizione del metodo ELSE. Nel capitolo 4Errore. L'origine riferimento non è stata trovata. sono presentati gli aspetti relativi all’implementazione del sistema. Il capitolo 5 offre una guida all’uso del sistema. Nel capitolo 66 sono riportate le conclusioni. ELSE • D 4.1 • • Pagina 7 di 29 3. Il metodo ELSE DEFINIZIONE DELL’ONTOLOGIA Il metodo proposto nell’ambito del progetto ELSE parte dalla definizione di una ontologia, ovvero una struttura dati che rappresenta i concetti e le relazioni fra i concetti di un determinato dominio di riferimento (ad esempio il dominio dell’osteoporosi). Un’ontologia rappresenta il dominio di interesse come un albero i cui nodi sono i concetti del dominio e i cui archi sono le relazioni fra i concetti. Nel metodo ELSE una relazione fra due concetti A e B esprime il legame di specializzazione o generalizzazione, a seconda del verso in cui si legge la relazione fra i due concetti, da A verso B o da B verso A. Per esempio, prendendo come riferimento il dominio dell’osteoporosi, se A = osteoblasto e B = cellula ossea, allora A è una specializzazione di B e B è una generalizzazione di A. All’interno di un’ontologia ciascun concetto del dominio possiede un significato esplicito e ben preciso, distinguendosi dai concetti appartenenti ad altri domini e dagli altri concetti del dominio di interesse. Il processo di costruzione dell’ontologia è stato guidato da una metodologia ben definita: Document Based OPAL Ontology Building (DOOB). DOOB descrive un metodo per la costruzione di ontologie basate sul linguaggio OPAL [7], a partire da risorse documentali e con il coinvolgimento di esperti di dominio nella validazione e nell'arricchimento dell'ontologia. DOOB è caratterizzato da quattro aspetti principali: • estrazione automatica della conoscenza da documenti non strutturati. Un documento non strutturato è un tipo di documento per il quale, sia il tipo che la posizione delle informazioni in esso contenute sono sconosciuti; • validazione e l’arricchimento dell’ontologia da parte della comunità di esperti. • organizzazione secondo un approccio incrementale, che, per raggiungere l'obiettivo finale della costruzione dell'ontologia passa attraverso risultati intermedi (lessico, glossario, concetti, tassonomia). • rappresentazione della conoscenza di dominio in termini delle tre principali categorie concettuali del linguaggio OPAL: Actor, per le entità che svolgono un ruolo attivo in qualche processo (ad esempio medico, fisioterapista, ecc..), Process per rappresentare processi, trasformazioni, protocolli, procedure (per esempio il processo di turnover osseo), e Object, per la rappresentazione delle entità passive (femore, vertebra, ecc.). Per approfondimenti sull’attività di costruzione dell’ontologia svolta in questo progetto si veda il deliverable D2.1. ELABORAZIONE DEL MATERIALE FORMATIVO Il secondo passo del metodo ELSE consiste nell’elaborazione del materiale formativo che sarà utilizzato nella costruzione dei corsi di formazione. A tale scopo, esperti del dominio di riferimento selezionano il materiale didattico e identificano i moduli didattici nell’ambito delle risorse selezionate (ad esempio, prendendo come dominio di riferimento l’osteoporosi: cause della malattia, sintomi, farmaci per la cura dell’osteoporosi, ecc..). ELSE • D 4.1 • • Pagina 8 di 29 I moduli didattici così identificati sono predisposti al processamento automatico in due fasi: nella prima fase tecnici esperti nella progettazione didattica realizzano una rappresentazione digitale dei moduli didattici manipolabile da un sistema per la gestione dell’apprendimento a distanza: i Reusable Learning Objects (RLO). Nella seconda fase, ciascun RLO viene annotato semanticamente mediante i concetti contenuti nell’ontologia di riferimento. L’annotazione semantica di un RLO consiste essenzialmente nell’associare un insieme di concetti dell’ontologia di riferimento al suddetto RLO. Questa attività si compone di due passi: estrazione delle parole chiave contenute nell’ RLO e mappatura sui concetti dell’ontologia. L’estrazione delle parole chiave dalle RLO avviene utilizzando strumenti di processamento del linguaggio naturale. Considerando un RLO nel dominio dell’osteoporosi, alcuni esempi di parole chiave che possono essere estratte dall’RLO sono: osteoporosi primaria, turnover osseo, MOC, marcatore, bifosfonati, menopausa, frattura vertebrale, ecc.. La mappatura delle parole chiave espresse nell’ RLO sui concetti dell’ontologia consente di esprimere i contenuti del RLO in termini di concetti dell’ontologia di riferimento e permette la ricerca e il recupero delle RLO su base semantica. Partendo dal vocabolario di risorse previste dal modello POEM (Pedagogy Oriented Educational Metadata Model [12]) e dal modello Share.TEC (elaborato nell’ambito del progetto europeo EContent Plus Share.TEC, http://portal.share-tec.eu/), il metodo ELSE stabilisce quattro tipologie di RLO: elementi teorici, esercitazioni pratiche, casi ed esempi, approfondimenti. Per maggiori dettagli sulla selezione del materiale didattico e l’individuazione delle RLO si veda il deliverable D2.2. Per maggiori informazioni sull’annotazione semantica si veda il deliverable D3.1. COSTRUZIONE DEL PROFILO PEDAGOGICO Il terzo passo del metodo ELSE è rappresentato dalla costruzione di un profilo pedagogico dell’utente allo scopo di personalizzare il corso sulle sue specifiche esigenze d’apprendimento. Il riferimento utilizzato per la definizione delle preferenze riguardo lo stile di apprendimento è il modello Felder-Silverman [13], in particolare, gli approcci induttivo/deduttivo e sequenziale/globale. L’induzione è il processo mentale che procede dal particolare al generale, partendo da osservazioni, dati ed esperimenti per ricavarne principi e teorie. La deduzione va nella direzione opposta: si parte dai principi generali di cui si traggono le conseguenze per arrivare all’analisi dei casi specifici. Gli apprendenti sequenziali imparano passo dopo passo, via via che il materiale viene presentato, seguendo ragionamenti lineari e andando dal più facile al più difficile. Gli apprendenti globali invece hanno bisogno di vedere prima il quadro generale per poi ricostruirlo nei particolari, e di procedere in modo anche non lineare, saltando spesso a cose difficili per poi ritornare ad analizzare materiale più facile. Prendendo in considerazione le possibili combinazioni degli approcci sopra descritti, la profilazione di un corso FaD nel metodo ELSE consiste nell’organizzazione delle RLO in base a uno dei seguenti quattro diversi profili: 1) induttivo/sequenziale 2) induttivo/globale 3) deduttivo/sequenziale 4) deduttivo/globale ELSE • D 4.1 • • Pagina 9 di 29 Il metodo ELSE definisce le regole che associano ad un particolare stile di apprendimento, il relativo ordine di presentazione delle RLO sulla base della loro tipologia. Prendiamo come esempio un utente con stile d’apprendimento deduttivo/sequenziale (DS). L’utente con stile DS, predilige intraprendere un percorso di apprendimento partendo dallo studio della teoria, per poi analizzare casi concreti e cimentarsi con prove pratiche relative agli elementi teorici studiati. La componente sequenziale fa sì che l’utente prediliga affrontare un argomento alla volta, dalla teoria alla pratica. Successivamente l’utente potrà approfondire le tematiche da lui ritenute più interessanti. Per ciascun argomento questo tipo di utente inizierà il suo percorso formativo procedendo da uno o più RLO di tipo teorico, procedendo con RLO del tipo casi/esempi e di tipo esercizio/problema relativi al medesimo argomento. Successivamente potrà approfondire le tematiche di suo interesse accedendo a RLO del tipo approfondimenti navigabili senza un ordine predefinito. Per ulteriori informazioni sugli aspetti di profilazione pedagogica degli utenti e regole di sequenzializzazione delle RLO si veda il deliverable D1.2. Al fine di supportare il corsista nella definizione del suo profilo pedagogico il metodo ELSE propone un breve questionario composto da una serie di affermazioni che descrivono consuetudini e preferenze d’apprendimento. Per ciascuna affermazione l’utente può esprimere diversi gradi di accordo o disaccordo. Il questionario è stato prodotto sulla base dei test per l’identificazione dello stile di apprendimento integrati nel modello Felder-Silverman [13]. SELEZIONE DELLE IMPOSTAZIONI E DEI CONCETTI Il quarto passo del metodo ELSE consiste nell’attività selezione delle impostazioni del corso e dei concetti di interesse per il corsista. Le impostazioni del corso riguardano il tema, ovvero l’argomento principale del corso (per esempio l’osteoporosi) e le competenze sanitarie che si desidera approfondire o maturare nel corso (ad esempio prescrivere farmaci, effettuare una diagnosi, ecc.). Le competenze fanno riferimento ai risultati di apprendimento specificati nel progetto Tuning [2]. I risultati di apprendimento consistono in dichiarazioni di ciò che ci si aspetta che lo studente debba conoscere alla fine di un processo di apprendimento e sono espressi in termini di livelli di competenza che lo studente dovrebbe raggiungere. Per maggiori dettagli si veda il deliverable D4.1. La selezione dei concetti avviene ad opera del corsista stesso ed è supportata dal sistema prototipale ELSE. Il sistema fornisce: - un’interfaccia per la navigazione dell’ontologia di riferimento, - le funzionalità per la selezione dei concetti dell’ontologia. RICERCA SEMANTICA DELLE RLO Il quinto passo del metodo ELSE è rappresentato dall’attività di ricerca semantica delle RLO di interesse per l’utente. Il metodo SemSim ([6], [8]) di ricerca semantica utilizzato nel prototipo oggetto di questo lavoro ha l’obiettivo di valutare la somiglianza semantica tra la richiesta dell’utente e le RLO contenute nel repository della piattaforma FaD del provider ECM. La metodologia SemSim, alla base del motore di ricerca semantico del sistema ELSE, soddisfa dei requisiti di rilevanza dei risultati e di identificazione del contesto superando i risultati prodotti dalle tecniche tradizionali dell’information retrieval. ELSE • D 4.1 • • Pagina 10 di 29 Il metodo SemSim prevede il recupero di RLO che sono state precedentemente annotate semanticamente. Inoltre il metodo SemSim richiede che i concetti dell’ontologia siano pesati. Il peso rappresenta il contenuto informativo del concetto nel dominio di riferimento. Per il sistema di attribuzione dei pesi ai concetti si faccia riferimento al deliverable D2.1. La ricerca delle RLO si origina con la definizione di una query da parte dell’utente (request vector , un vettore di concetti di interesse per il corsista) e avviene mediante una procedura che si basa sulla computazione del grado di similarità tra il request vector della query, e le annotazioni semantiche delle RLO (Feature Vector Matchmaking). I pesi dell’ontologia vengono utilizzati per il calcolo della similarità tra i singoli concetti ed un algoritmo di ottimizzazione combinatoria trova l’ottimo globale nella similarità tra i vettori di concetti. I risultati che si ottengono con il metodo SemSim di ricerca semantica sono accuratamente selezionati rispetto al dominio di riferimento; contengono oltre alle RLO reperibili utilizzando parole chiave, altre RLO rilevanti, estratte sulla base delle affinità semantiche. La personalizzazione e sequenzializzazione dei risultati prodotti dal metodo SemSim avvengono sulla base delle preferenze d'apprendimento dell'utente e delle regole pedagogiche per l'apprendimento a distanza. Per approfondimenti sulla metodologia SemSim si veda il deliverable D3.2. FRUIZIONE DEL CORSO L’ultimo passo del metodo ELSE vede il corsista fruire il corso sulla piattaforma FaD del provider ECM. Il metodo else è stato implementato nell’ambito di questo progetto dall’omonimo sistema. Nel prossimo capitolo introduciamo gli aspetti relativi allo sviluppo del software ELSE e della relativa documentazione. ELSE • D 4.1 • • Pagina 11 di 29 4. Implementazione del sistema ELSE Nei primi decenni di vita degli elaboratori il costo dell’hardware era predominante su quello del software; a partire dagli anni ’70, con la nascita del microprocessore al silicio e del personal computer, si è invertito il rapporto tra il costo dell’hardware e del software e ciò ha permesso di mettere in opera una rivoluzione nelle tecniche di programmazione. Quella della programmazione è stata considerata in un primo momento un’attività strettamente individuale, legata alle capacità del singolo; a partire dagli anni ’70, in cui si assiste all’abbattimento dei costi dell’hardware grazie all’introduzione del microprocessore, è diventata una vera e propria disciplina, per la quale sono state via via precisate specifiche metodologie allo scopo di creare programmi confrontabili e di maggiore qualità. Attualmente il software viene considerato un vero proprio prodotto industriale, motivo di sinergia, ovvero un’unione di tante forze per crearne una maggiore. Il termine software engineering sta proprio ad indicare l’analogia tra l’ingegneria classica e quella del software che ha come obiettivi la qualità, l’affidabilità e la flessibilità. Attraverso questa disciplina l’attenzione si sposta dalla fase di programmazione vera e propria alla fase preliminare, in cui il prodotto che si vuole ottenere è analizzato sotto tutti i punti di vista, e successivamente è schematizzato in un primo progetto di massima che via via prende corpo fino ad arrivare al disegno finito. Solo a questo punto si avvierà la fase di codifica/programmazione, quando cioè si sarà sicuri della fattibilità del prodotto. Accanto alla fase di progettazione che ricopre più interesse, viene affiancata la documentazione di tutte le fasi. Una documentazione precisa consente di schematizzare le parti, di evidenziare le risorse disponibili, di precisare le tecniche che si sono adottate, di fungere da supporto completo per una comunicazione proficua con tutte le figure, utente, analista, programmatore ecc.., che concorrono alla realizzazione del software. In ogni fase della software engineering si deve quindi predisporre una documentazione adeguata all’utente a cui è destinata, dalla stesura di materiale riassuntivo sulla logica del progetto fino alla produzione di manuali operativi per gli utenti finali, e l’esperienza ha dimostrato che quanto più precisa sarà la documentazione di progetto tanto maggiore sarà la qualità di un prodotto e quindi la sua vendibilità. IMPLEMENTAZIONE DEI REQUISITI Durante la fase di analisi dei requisiti sono stati raccolti i requisiti funzionali del sistema ELSE (deliverable D4.1). A ciascun requisito, è stato associata una priorità in riferimento alla sua rilevanza rispetto agli obiettivi del progetto. I requisiti si suddividono in tre tipi: • E - requisiti essenziali, se mancano il software non è accettabile; • C -requisiti condizionali, migliorano il software; • O - requisiti opzionali, sono in più e possono essere aggiunti alle specifiche. Nella seguente i requisiti sono descritti in termini di esigenze degli utenti o di attività che il sistema deve svolgere. Per ogni requisito, viene indicato il supporto fornito dai servizi della piattaforma ELSE. ELSE • D 4.1 • • Pagina 12 di 29 ID Tipo Descrizione Realizzazione software REQ01 E Il sistema deve consentire agli utenti (corsisti) la costruzione di un corso FaD ECM. Attraverso il servizio front-end di costruzione di un corso FaD ECM. REQ02 E Il sistema deve consentire agli utenti la creazione di un profilo personale. Attraverso il servizio front-end di costruzione del profilo di apprendimento. REQ03 E Il sistema deve consentire l'accesso solo ad utenti registrati sulla piattaforma Fad del provider e all'amministratore. Attraverso la restrizione dell’accesso al sistema solo a utenti loggati sulla piattaforma FaD del provider. REQ04 E Il sistema deve associare a ciascuna utenza un solo profilo. Attraverso il servizio di gestione dei profili di apprendimento. REQ05 E Il sistema deve registrare nel profilo personale le informazioni specificate dall'utente sulle preferenze d'apprendimento. Attraverso il servizio di gestione dei profili di apprendimento e il database dei profili. REQ07 E Il sistema deve registrare nel profilo personale le informazioni sulle conoscenze pregresse. Attraverso il servizio di gestione dei profili di apprendimento e i database dei profili e delle RLO. REQ09 E Un profilo può essere modificato, visualizzato o cancellato solo ad opera dell'utente che lo ha creato e dell'amministratore. Attraverso il servizio di gestione dei profili di apprendimento. REQ10 E Il sistema deve costruire il corso sulla piattaforma FaD del provider (Moodle). Attraverso l’uso dei web services forniti dalla piattaforma FaD ECM. REQ11 E Il sistema deve tenere traccia del numero di crediti ECM associati a ciascun corso costruito dall'utente. Attraverso il servizio di costruzione di un corso FaD ECM e i database delle RLO e dei corsi. REQ12 E Il sistema deve tenere traccia del numero di ore necessarie per lo svolgimento di ciascun corso costruito dall'utente. Attraverso il servizio di costruzione di un corso FaD ECM e i database delle RLO e dei corsi. REQ13 E Il sistema deve del mantenere memorizzati i riferimenti al materiale didattico di cui è composto ciascun corso costruito dall'utente. Attraverso il servizio di costruzione di un corso FaD ECM e i database delle RLO e dei corsi. REQ014 E Il sistema deve mantenere memorizzati i concetti dell'ontologia di riferimento associati a ciascun corso costruito dall'utente. Attraverso il servizio di costruzione di un corso FaD ECM e i database delle RLO e dei corsi. REQ17 E Il sistema deve permettere all'utente di esprimere il suo bisogno informativo scegliendo i concetti Attraverso il servizio front-end interattivo di navigazione e selezione dei concetti dell’ontologia. ELSE • D 4.1 • • Pagina 13 di 29 desiderati dall'ontologia di riferimento REQ18 E Il sistema deve tenere traccia della corrispondenza tra ciascun tema e la relativa ontologia Attraverso il database delle ontologie. REQ19 E Il sistema deve selezionare e sequenziare il materiale formativo di un corso sulla base delle preferenze d'apprendimento e delle conoscenze pregresse registrate nel profilo, ma anche sulla base degli obiettivi formativi e dei concetti dell'ontologia richiesti. Attraverso i servizi di profilazione e costruzione del corso FaD ECM. REQ21 E Il sistema deve permettere la creazione di corsi sul tema dell'osteoporosi Attraverso l’istanziazione del tema dell’osteoporosi. REQ22 E Il sistema deve consentire all'utente la creazione di più corsi. Attraverso il servizio di costruzione di un corso FaD ECM. REQ23 E Il sistema deve tenere traccia dei corsi che l'utente ha creato Attraverso il servizio di costruzione di un corso FaD ECM e il database dei corsi. REQ24 E Il sistema deve tenere traccia dei corsi che l'utente ha superato Attraverso il superamento dei test di verifica sulla piattaforma FaD del provider e il servizio di gestione di un corso FaD. REQ25 E Il sistema deve permettere la fruizione di un corso solo da parte dell'utente che lo ha creato Attraverso l’autenticazione dell’utente sulla piattaforma FaD. REQ26 E Il sistema deve permettere la cancellazione di un corso solo da parte dell'utente che lo ha creato e del superutente Attraverso il servizio di gestione di un corso FaD. REQ27 E Il sistema deve escludere dai contenuti di un corso il materiale formativo che l'utente ha già acquisito nei corsi superati Attraverso il servizio di costruzione di un corso FaD ECM e i database dei corsi e delle RLO. REQ20 C Il sistema deve dare la possibilità all'utente di visualizzare e aggiornare il proprio profilo nel contesto dell'operazione di creazione di un corso prima che il corso venga generato sulla piattaforma FaD del provider Attraverso il servizio front-end di costruzione del profilo di apprendimento. REQ08 C Per la creazione del profilo personale, il sistema deve presentare all'utente una form da compilare. Attraverso l’interfaccia grafica del servizio front-end di costruzione del profilo di apprendimento. REQ16 C Il sistema deve permettere all'utente di scegliere uno o più obiettivi formativi (Tuning) del corso Attraverso il servizio front-end di costruzione di un corso FaD ECM. ELSE • D 4.1 • • Pagina 14 di 29 REQ06 O Il sistema deve registrare nel profilo personale le informazioni anagrafiche dell'utente. Attraverso il servizio di gestione e il database dei profili. REQ14 O Il sistema deve fornire all'utente più temi nell'ambito di cui costruire il corso Attraverso la caratteristica di estensibilità del sistema rispetto ai temi. REQ28 O Il sistema deve tenere traccia di chi siano il responsabile e il/i tutor per ciascun corso Requisito soddisfatto piattaforma FaD. REQ29 O Il sistema deve permettere la creazione di un corso fruibile da parte di un insieme definito di utenti Attraverso il servizio di costruzione di un corso FaD ECM. sulla Tabella 1: I requisiti utente del sistema ELSE e la loro realizzazione software ARCHITETTURA LOGICA Il sistema ELSE ha un’architettura tecnologica “full internet/web based” ovvero un’architettura omogenea, distribuita e scalabile su tre livelli elaborativi distinti secondo il modello “thin-client” e “web-based”: • livello “Presentazione” con interfaccia utente grafica evoluta GUI operante su piattaforma client che richiede la presenza del solo componente webbrowser; • livello “Applicazione” dove è operativa la logica applicativa del sistema, posizionato su una macchina logica denominata appunto “application server”; • livello “Dati” dove opera il gestore di database posizionato su un’altra macchina logica denominata in questo caso “database server”. Il protocollo di comunicazione tra i livelli, su rete geografica e locale, è il TCP/IP aderente agli standard “internet”. In Figura 1 è mostrata l’architettura logica del sistema nel dettaglio. L'architettura del sistema mostra i moduli che lo compongono e le interazioni con i client e la piattaforma FaD del provider. L'interfaccia web ha lo scopo di gestire l'interazione del sistema con gli utenti. Include le maschere per la visualizzazione e l'inserimento dei dati, inclusi i meccanismi per intercettare e trattare opportunamente gli eventi provocati delle azioni degli utenti. Lo User Profiler è l'applicazione che consente l'elaborazione del profilo personale. Si occupa di acquisire i dati inseriti dall'utente ed interagisce con l'LMS Adapter per l'acquisizione delle informazioni del profilo prelevate dal LMS del provider FaD. Gestisce l'aggiornamento delle conoscenze pregresse al superamento del corso: aggiorna il profilo dell’utente registrando il materiale formativo e i concetti associati al materiale formativo acquisiti dall’utente nel contesto del corso. La registrazione delle conoscenze pregresse consente al sistema di tenere traccia della base di conoscenza dell’utente. Il Semantic Content Searcher è il modulo preposto al recupero del materiale didattico per la costruzione del corso. Il metodo di ricerca delle risorse didattiche si basa sull'algoritmo SemSim. Il Semantic Content Searcher interagisce con il modulo per la progettazione del corso (Course Designer) per trasferire i risultati della ricerca semantica all’utente. ELSE • D 4.1 • • Pagina 15 di 29 Presentazione Client Web Pagine HTML Interfaccia Web Richiesta HTTP Applicazione Dati User Profiler Profili Semantic Content Searcher Ontologie Annotazioni semantiche Course Designer Regole pedagogiche LMS Adapter XML-REST Provider FaD Figura 1: Architettura logica del sistema ELSE. Il Course Designer è il sottosistema che si occupa di personalizzare e scegliere il sequenziamento dei risultati prodotti dal Semantic Content Searcher sulla base delle preferenze d'apprendimento dell'utente. Incrociando le caratteristiche dello stile d'apprendimento dell'utente con il materiale formativo recuperato dal Semantic Content Searcher, il sistema propone i contenuti e l’ordinamento dei contenuti del corso in modo personalizzato. Il Course Manager gestisce i corsi sulla piattaforma ELSE. Si occupa della registrazione e dell'associazione dei corsi alle utenze. Elabora la validazione dei contenuti del corso da parte degli utenti. Interagisce con lo User Profiler durante il task di aggiornamento delle conoscenze pregresse e richiede al LMS Adapter la generazione del corso sulla piattaforma FaD del provider. L'LMS Adapter è il modulo che implementa le interazioni con la piattaforma FaD. La comunicazione con il LMS esterno del provider FaD avviene utilizzando XML-REST per l'uso dei servizi. Il LMS Adapter è il client per i seguenti servizi del LMS del provider FaD: - autenticazione dell'utente, - esportazione di un corso, - acquisizione delle informazioni per la fruizione del corso, - acquisizione delle informazioni anagrafiche dell'utente. Il livello di persistenza del sistema ELSE registra le informazioni sui profili degli utenti e sui corsi, mantiene in memoria le annotazioni semantiche, le ontologie di riferimento (osteoporosi e Tuning) e le regole pedagogiche. I repository delle utenze e delle risorse didattiche si trovano memorizzate all’interno della piattaforma Fad del provider. Il Learning Management System ECM-SPES è basato su HTML, CSS, PHP 5 [3], MySQL [4] e Moodle 1.9.7 [5]. ELSE • D 4.1 • • Pagina 16 di 29 Il database di Moodle registra le risorse didattiche tramite puntatori al filesystem e per ciascuna risorsa registra quali sono i corsi che la utilizzano. La riutilizzazione di una risorsa pertanto, si traduce nell'aggiunta di una entry al database delle risorse di Moodle. DESCRIZIONE DELL’AMBIENTE DI SVILUPPO Rest La tecnologia Rest è stata utilizzata per l’uso dei servizi tra la piattaforma FaD del provider ed il sistema prototipale ELSE. REST sta per Representational State Transfer. E' definito come un Web Service leggero, una valida alternativa a Web Services come SOAP, WSDL, ecc. Le applicazioni basate su Rest, dette anche RESTFul usano richieste HTTP per inviare dati (creare e/o aggiornare), leggere dati (eseguire query), e cancellare dati. Tutto questo senza dover necessariamente scrivere file .xml che indichino il formato della richiesta (come SOAP), ma semplicemente digitando l'url della richiesta nel browser: l'url invia al server una richiesta GET e la risposta HTTP è il campo con i dati del risultato. Tale risposta è spesso in xml, ma non è obbligatorio l'xml. Ci sono anche altri formati, tra cui JSON (JavaScript Object Notation). In maniera molto simile ai Web Services, un servizio REST è : - Indipendente dalla piattaforma, - Indipendente dal linguaggio di programmazione, - Basato su un protocollo di comunicazione Standard (HTTP). Per la sicurezza, i token di username/password sono spesso usati. Per la crittografia, REST può basarsi su protocolli sicuri come HTTPS. Serializzazione La persistenza del sistema ELSE è stata realizzata sfruttando la serializzazione degli oggetti. Questa scelta d’implementazione è stata fatta valutando la stima del volume dei dati gestiti dal sistema. Nell'ambito del salvataggio e della trasmissione dei dati, la serializzazione è il processo mediante il quale è possibile convertire una struttura dati e/o un insieme di oggetti in una sequenza di bits/bytes affinché possano essere salvati in un file, in un buffer di memoria oppure possano essere trasmessi attraverso una connessione di rete per essere successivamente recuperati e ricostruiti nell'ambiente software di un qualsiasi computer. La rilettura della sequenza di bits/bytes risultante, secondo le specifiche della serializzazione, permette di creare un clone semanticamente identico all'oggetto originale. La serializzazione fornisce un metodo per garantire la persistenza degli oggetti che, per certi aspetti, è più conveniente di alcuni metodi tradizionali come, ad esempio, lo scrivere le proprietà degli oggetti in un file su disco per rileggerle e riassemblarle successivamente. La possibilità di serializzare i dati in un formato indipendente dall'architettura porta con se diversi vantaggi come l'assenza di problemi legati ad ordinamenti specifici dei bytes di dati, l'assenza di problemi legati alla configurazione della memoria e, cosa non meno importante, l'assenza di impedimenti derivanti da differenti modi di rappresentare le strutture dati in differenti linguaggi di programmazione. ELSE • D 4.1 • • Pagina 17 di 29 Google Web Toolkit Il sistema ELSE è stato sviluppato utilizzando il framework Google Web Toolkit (GWT). La tecnologia GWT sviluppato dalla Google, è una piattaforma open source e che permette di creare complesse applicazioni browser-based. La sua peculiarità è quella di permettere lo sviluppo di applicazioni web interattive Ajax-enabled scrivendo codice in linguaggio Java, che tramite l’SDK di GWT, viene compilato in codice Javascript, ottimizzato e compatibile con tutti i principali browser disponibili. La piattaforma GWT è stata sfruttata nell’implementazione del sistema come plug-in per l’ambiente di sviluppo Eclipse. Eclipse Eclipse è un ambiente di sviluppo integrato, multi-linguaggio, multipiattaforma e open source e può essere utilizzato per la produzione di software di vario genere. La piattaforma di sviluppo è incentrata sull'uso di plug-in. I plug-in sono delle componenti software ideate per uno specifico scopo, per esempio la generazione di diagrammi UML. In effetti tutta la piattaforma è un insieme di plug-in, versione base compresa, e chiunque può sviluppare e modificare i vari plugin. Nella versione base è possibile programmare in Java, usufruendo di comode funzioni di aiuto quali: completamento automatico ("Code completion"), suggerimento dei tipi di parametri dei metodi, possibilità di accesso diretto a CVS e riscrittura automatica del codice (funzionalità questa detta di Refactoring) in caso di cambiamenti nelle classi. Essendo scritto in Java, Eclipse è disponibile per le piattaforme Linux, HP-UX, AIX, Mac OS X e Windows. DESCRIZIONE DELL’AMBIENTE DI DEPLOYMENT Apache Tomcat L’application server utilizzato per il deployment del sistema ELSE è Apache Tomcat. Tomcat è un application server nella forma di contenitore servlet open source sviluppato dalla Apache Software Foundation. Implementa le specifiche JavaServer Pages (JSP) e Servlet, fornendo quindi una piattaforma software per l'esecuzione di applicazioni Web sviluppate in linguaggio Java. La sua distribuzione standard include anche le funzionalità di web server tradizionale, che corrispondono al prodotto Apache. Moodle La fruizione dei corsi creati usando il sistema ELSE avviene sulla piattaforma Moodle del provider ECM-SPES. Moodle (acronimo di Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment, ambiente per l'apprendimento modulare, dinamico, orientato ad oggetti) è una piattaforma di e-learning, ovvero uno strumento didattico, con accesso ed utilizzo interamente web, che supporta la tradizionale didattica d'aula. Il suo software è scritto in PHP e Javascript; è open source e modulare, permettendo quindi a qualunque gruppo di utenti di sviluppare funzionalità aggiuntive personalizzate. ELSE • D 4.1 • • Pagina 18 di 29 5. Utilizzo del sistema ELSE Questo capitolo è dedicato all’uso del sistema ELSE e ha lo scopo di illustrare l’utilizzo autonomo e interattivo del sistema da parte dell’utente. RESTRIZIONI D'USO ELSE è stato sviluppato e rilasciato come un risultato finale del progetto ELSE, E-Learning Semantico per l'ECM. Lo strumento ELSE viene rilasciato per l'utilizzo da parte dei membri del progetto autorizzati per scopi legati agli obiettivi del progetto stesso; qualsiasi altro utilizzo al di fuori di questo progetto deve essere autorizzata dalla direzione. DISCLAIMER ELSE è rilasciato come software prototipo all'interno di un programma di ricerca avanzata; IASI-CNR non può essere ritenuto responsabile per la perdita di dati o informazioni attraverso potenziali malfunzionamenti del software rilasciato, anche se grande cura è stata posta nello sviluppo e test di ELSE. IASI-CNR accoglie tutte le informazioni e suggerimenti che possono migliorare il sistema. I miglioramenti e le comunicazioni possono essere indirizzate a: [email protected]. ACCESSO AL SISTEMA Le funzionalità di ELSE si possono accedere, tramite il web browser, all'indirizzo http://www.ecm.formazione-spes.it/. Sul browser il blocco dei pop-up deve essere disabilitato. I potenziali utenti devono richiedere in anticipo i diritti di accesso al centro di amministrazione ELSE tramite e-mail. a: [email protected]. LOGIN Per accedere al sistema ELSE occorre essere loggati sulla piattaforma del provider FaD ECM-SPES. Inserire la username e la password ricevute dal provider nella form evidenziata in Figura 2 e poi cliccare sul tasto “Log in”. PAGINA DI BENVENUTO Dopo l'autenticazione sulla piattaforma ECM-SPES accedere alla pagina di benvenuto del progetto cliccando sul link indicato in Figura 3. Nella pagina di benvenuto per accede al sistema ELSE cliccare sul link evidenziato in Figura 4. ELSE • D 4.1 • • Pagina 19 di 29 Figura 2: Autenticazione sulla piattaforma FaD del provider ECm SPES. Figura 3: Accesso alla pagina di benvenuto ELSE • D 4.1 • • Pagina 20 di 29 Figura 4: Accesso al sistema ELSE CREAZIONE DEL PROFILO DI APPRENDIMENTO Accedendo al sistema ELSE l’utente è invitato a definire il proprio profilo d’apprendimento rispondendo alle domande di un questionario. Per visualizzare il questionario cliccare sul tasto “Compila il questionario” (Figura 5). Compilare il questionario attribuendo per ciascuna delle dieci affermazioni un valore di accordo/disaccordo sulla base della seguente scala ordinale: -2 = mai o raramente -1 = qualche volta 0 = non saprei 1 = di frequente 2 = sempre o quasi sempre Per esprimere il grado di accordo/disaccordo selezionare in corrispondenza a ciascuna affermazione il relativo valore numerico. Una volta terminato di compilare il questionario cliccare sul tasto “Fatto” (Figura 6). ELSE • D 4.1 • • Pagina 21 di 29 Figura 5: Creazione del profilo d’apprendimento Figura 6: Sottomissione del questionario ELSE • D 4.1 • • Pagina 22 di 29 Il sistema conferma il salvataggio del profilo pedagogico e invita a creare un corso. Per creare un corso cliccare sul tasto “Crea un corso” (Figura 7). Figura 7: Creazione di un corso CREAZIONE DEL CORSO Al fine di creare il corso il sistema richiede l’inserimento di alcune impostazioni. La Figura 8 illustra questo passo: 1) Scegliere dal menù a tendina il tema del corso fra quelli proposti dal sistema; 2) Selezionare uno o più competenze professionali nel campo sanitario che si desidera sviluppare o approfondire attraverso il corso; 3) Cliccare sul tasto “Avanti”. Successivamente il sistema mostra l’ontologia relativa al tema selezionato (Figura 9) e richiede di selezionare i concetti desiderati. Facendo riferimento alla Figura 9, per selezionare un concetto trascinarlo dal riquadro A al riquadro B (drag and drop), oppure, cliccare sul concetto nel riquadro A e poi cliccare sul tasto “freccia”. Per deselezionare un concetto, cliccare sul concetto nel riquadro B e poi cliccare sul tasto “X”. Al termine della selezione dei concetti cliccare sul tasto “Avanti” (Figura 10). ELSE • D 4.1 • • Pagina 23 di 29 Figura 8: Selezione delle impostazioni del corso. ELSE • D 4.1 • • Pagina 24 di 29 Figura 9: Navigazione dell’ontologia nel sistema ELSE Figura 10: Sottomissione dei concetti selezionati ELSE • D 4.1 • • Pagina 25 di 29 Il sistema: − conferma l’avvenuta creazione del corso, − informa l’utente sulla durata stimata del corso, − fornisce il collegamento per fruire il corso sulla piattaforma Fad del provider ECM SPES. Per fruire il corso cliccare sul link indicato in Figura 11. Figura 11: Conferma della creazione del corso. FRUIZIONE DEL CORSO Al temine del processo di creazione del corso l’utente viene indirizzato alla pagina di benvenuto del progetto ELSE. Per fruire il corso cliccare sul link indicato in Figura 12. La Figura 13 mostra un esempio di corso costruito con il sistema ELSE sulla piattaforma FaD del provider ECM SPES. ELSE • D 4.1 • • Pagina 26 di 29 Figura 12: Link per la fruizione del corso. Figura 13: Visualizzazione del corso. ELSE • D 4.1 • • Pagina 27 di 29 6. Conclusioni In questo lavoro è documento il sistema prototipale ELSE per la realizzazione di corsi FaD ECM. A tale scopo, questo documento illustra lo sviluppo del sistema, descrive gli aspetti del suo funzionamento e definisce le modalità per il suo utilizzo. Gli elementi chiave del prototipo sono: • la costruzione di un profilo del professionista sanitario in base a cui personalizzare i contenuti e l'approccio formativo del corso, • la creazione dell' evento formativo effettuata ad opera dei corsisti stessi supportati dal sistema, • la selezione dei contenuti del corso effettuata sfruttando tecnologie semantiche. Le attività di costruzione della struttura ontologica, selezione del materiale didattico, annotazione semantica delle RLO, definizione dei profili pedagogici e delle regole per la sequenzializzazione delle RLO sono preliminari per la costruzione di un corso FaD nel metodo ELSE e costituiscono la base di dati per il prototipo. I profili pedagogici e le regole per la sequenzializzazione delle RLO hanno un carattere generale e sono indipendenti dal tema oggetto del corso che si vuole creare. L’ontologia e il materiale didattico sono invece legati al dominio di riferimento del tema oggetto del corso, tuttavia le RLO hanno caratteristiche di riusabilità (Reusable Learning Objects) ed è possibile estendere l’ontologia o utilizzare parti di essa in altri domini di riferimento (fusione di ontologie, evoluzione di un’ontologia, ecc). Il metodo ELSE, è stato istanziato su un caso d’uso nel dominio dell’osteoporosi, ma risulta parametrizzabile rispetto al dominio di riferimento. L’uso della semantica inoltre, è innovativo nel campo dell’apprendimento a distanza. ELSE • D 4.1 • • Pagina 28 di 29 Bibliografia [1] Specifiche funzionali del tracciato contenente i crediti attribuiti ai partecipanti di attività formative ECM - Sistema di accreditamento dei provider in Educazione Continua in Medicina (ECM) - Age.na.s - Commissione Nazionale Formazione Continua [2] www.tuning-medicine.com [3] http://php.net [4] http://www.mysql.com [5] http://www.moodle.org [6] Anna Formica, Michele Missikoff, Elaheh Pourabbas, Francesco Taglino: Weighted Ontology for Semantic Search. OTM 2008, Int. Conference on Ontologies, Databases and Applications of Semantics (ODBASE), Monterrey, Mexico, November 9-14, 2008, Lecture Notes in Computer Science 5332, pp.1289-1303 (2008) [7] Fulvio D'Antonio, Michele Missikoff, Francesco Taglino: Formalizing the OPAL eBusiness ontology design patterns with OWL. Enterprise Interoperability II - New Challenges and Industrial Approaches, Proceedings of the 3th International Conference on Interoperability for Enterprise Software and Applications, IESA 2007, March 27-30, pp.345-356 (2007) [8] Anna Formica, Michele Missikoff, Semantic search for matching user Computers in Industry 64(3): 191-202 (2013) Elaheh Pourabbas, Francesco Taglino: requests with profiled enterprises. [9] http://www.w3.org/TR/soap12-part1/ [10] http://www.w3.org/TR/wsdl [11] http://www.omg.org/spec/UML/ [12] Alvino, S., Fini, A., Sarti, L. (2007). “Oltre i learning object: dal modellare i contenuti al modellare i processi didattici”, in Delogu, C. (Ed.) Tecnologia per il web learning: realtà e scenari, Milano, Guerini, pp.49-70. [13] Felder R.M, and Silverman L.K., (1988), "Learning and Teaching Styles in Engineering Education," Engr. Education, 78(7), 674-681. ELSE • D 4.1 • • Pagina 29 di 29
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