Improving interoperability of e-learning systems by using a service-oriented approach

Abstract

E-learning systems are an important tool in computer science (CS) education, as courses given in CS typically have practical programming exercises and a large number of students. Computer aided or fully automated assessment makes it possible to give the students personalized and timely feedback, which promotes their learning.

Current e-learning systems are typically focused on a particular type of assignments or learning content. Thus utilizing several types of assignments may require using many different e-learning systems on a single course. Using multiple overlapping systems increases the work for students, course staff and system administrators. Distributing the learning content and results over several systems makes it also more difficult to monitor learning outcomes.

In this thesis we propose a design for a service oriented e-learning system, which utilizes external services for supporting a wide range of learning content. The design will separate different concerns, such as user authentication and exercise assessment, into separate services, which together form a complete e-learning environment. A key component of the design is identifying a general set of characteristics among existing exercise assessment systems, by which the assessment methods are grouped into three types: synchronous, asynchronous and static exercises. The three assignment types have different constraints and requirements, which are taken into account in the designs.

This thesis also has a constructive part, in which we implemented a new e-learning system called A+. A+ follows the presented design principles and supports the three assessment types. While the overall complexity of the e-learning systems became higher, a significant amount of overlapping features was able to be removed, thus making it easier to maintain and further develop the systems. Providing the content through a uniform interface made it transparent for the students that they were actually using different services, which increased the usability of systems on a single course.

Verkossa toimivat sähköiset oppimisjärjestelmät ovat tärkeä väline tietotekniikan opetuksessa, koska tietotekniikan kursseilla tyypillisesti tehdään käytännön ohjelmointiharjoituksia ja niihin osallistuu suuri joukko opiskelijoita. Tietokoneavusteisen tai täysin automatisoidun arvioinnin avulla on mahdollista antaa opiskelijoille henkilökohtaista ja oikea-aikaista palautetta, mikä edistää heidän oppimistaan.

Nykyiset sähköiset oppimisjärjestelmät ovat tyypillisesti keskittyneet tietynlaisiin tehtäviin tai oppisisältöihin. Useiden erilaisten harjoitusten käyttäminen yhdellä kurssilla saattaakin edellyttää useiden rinnakkaisten järjestelmien käyttöä. Rinnakkaisten järjestelmien käyttäminen lisää sekä opiskelijoiden, kurssihenkilökunnan että ylläpitäjien työmäärää. Lisäksi sisällön ja tulosten jakaminen eri järjestelmiin tekee oppimistulosten seuraamisesta haastavaa.

Tässä työssä suunnitellaan ja toteutetaan palveluorientoitunut sähköinen oppimisjärjestelmä, jossa hyödynnetään ulkoisia palveluita erilaisen harjoitustehtävätyyppien tukemiseksi. Suunnitelmassa eri osakokonaisuudet, kuten käyttäjienhallinta ja tehtävien arviointi, jaetaan toisistaan riippumattomiin palveluihin, jotka yhdessä muodostavat kokonaisen verkko-oppimisympäristön. Suunnittelun keskeinen haaste on kartoittaa olemassa olevien harjoitustehtävien tarkastusjärjestelmien vaatimukset ja rajoitteet palveluorientoituneessa toiminnassa. Suunnittelun tuloksena harjoitustehtävien tarkastuksessa käytettävät menetelmät jaettiin kolmeen kategoriaan: synkroninen, asynkroninen ja staattinen.

Työn konstruktiivisessa osassa toteutimme uuden sähköisen oppimisjärjestelmän nimeltä A+. A+ noudattaa esitettyjä suunnitteluperiaatteita ja tukee kolmea tunnistettua arviointimenetelmää. Uusi palveluorientoitunut toteutustapa monimutkaisti järjestelmiä kokonaisuutena, mutta sen avulla huomattava määrä päällekkäisiä ominaisuuksia voitiin poistaa, mikä helpottaa järjestelmien ylläpitoa ja jatkokehitystä. Kaiken oppimateriaalin tarjoaminen yhtenäisen käyttöliittymän kautta teki harjoitustehtävien tekemisestä helpompaa opiskelijoille, koska palveluiden välisistä rajoista tuli opiskelijoille näkymättömiä.