Computer-Assisted Learning Based on Cumulative Vocabularies, Conceptual Networks and Wikipedia Linkage

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2015-04-10
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2015
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
407 + app. 119
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 48/2015
Abstract
In this doctoral dissertation we propose new methods and frameworks for computer-assisted learning based on self-designed and self-implemented software prototypes supplied with user testing. Motivated by previous research identifying possibly similar scale-free small-world properties in Wikipedia online encyclopedia, social networks and human brain networks, we suggest that collaboratively generated knowledge structures of Wikipedia can be used to support learning. After reviewing background of computer-assisted and collaborative network-based learning we introduce using lists of concepts and conceptual relationships generated by students and comparison through rankings. We propose supporting collaborator roles in a collaborative learning environment relying on text-based discussion chains illustrated cumulatively as concept maps. Next, we propose guided generation of concept maps from the hyperlink network of Wikipedia. Then, we propose generating personalized learning paths from Wikipedia by following hyperlinks between articles based on various rankings of the statistics of the articles. We extend this to manage parallel ranking lists, branching structures and different temporal versions of Wikipedia articles. Next, we propose a wiki environment representing pedagogic knowledge with a collaboratively edited collection of concept maps enabling to analyze maturing of knowledge and to define pedagogically motivated learning paths and educational games. Then, we propose three kinds of learning concept networks, representing the learner's knowledge, the learning context and the learning objective, and letting the learner to explore them with ranking-based routings based on the shortest hyperlink chains between corresponding Wikipedia articles. We extend this by proposing pedagogic conceptual networks generated based on the shortest connecting paths in the hyperlink network of Wikipedia and traversing hyperlinks with a tailored variation and repetition based on theory of spaced learning supplied with visualizations. Then, we propose cumulative conceptual networks based on the hyperlink network of Wikipedia connecting concepts of the vocabulary about the current learning topic and alternating the distribution of traversable hyperlinks letting the learner to explore the shortest paths between the concepts of the vocabulary. We measured learning effects for recall of selected and shown hyperlinked concepts and recall for shown hyperlinked concepts forming the shortest paths. We also estimated conceptual networks for alternative language ability levels and contrasted them with a review about measures of human learning process and representation of knowledge.

Tässä väitöskirjassa esitellään uusia menetelmiä ja viitekehyksiä tietokoneavusteiseen oppimiseen pohjautuen itse suunniteltuihin ja toteutettuihin ohjelmistoprototyyppeihin tuettuina käyttökokeilla. Aiemmassa tutkimuksessa havaitut mahdollisesti samanlaiset skaalautumattomat pienen maailman ominaisuudet Wikipedia-verkkosanakirjassa, sosiaalisissa verkostoissa ja ihmisaivojen verkostoissa motivoivat esittämään, että yhteistyössä luotuja Wikipedian tietorakenteita voidaan käyttää oppimisen tukemiseen. Tietokoneavusteisen ja yhteisöllisen verkostopohjaisen oppimisen taustaa koskevan katsauksen jälkeen esitellään opiskelijoiden luomien käsite- ja käsitesuhdeluetteloiden käyttöä ja järjestyssijavertailua. Esitellään yhteistyöroolien tukemista yhteisöllisessä oppimisympäristössä perustuen tekstipohjaisiin keskusteluketjuihin havainnollistettuina karttuvilla käsitekartoilla. Seuraavaksi esitellään ohjattua käsitekarttojen luontia Wikipedian hyperlinkkiverkostosta. Sitten esitellään henkilökohtaistettujen oppimispolkujen luontia Wikipediasta seuraamalla artikkelien välisiä hyperlinkkejä perustuen erilaisiin järjestyssijoihin artikkelien tilastopiirteistä. Tarkastelua laajennetaan rinnakkaisiin järjestyssijaluetteloihin, haaroittuviin rakenteisiin ja erilaisiin ajallisiin versioihin Wikipedian artikkeleista. Seuraavaksi esitellään wikiympäristö edustamaan opittavaa tietoa yhteisöllisesti muokatulla käsitekarttakokoelmalla mahdollistaen tiedon kypsymisen tarkastelun ja opetuksellisten oppimispolkujen ja -pelien määrittelyn. Sitten esitellään kolmenlaisia oppimiskäsiteverkostoja, edustaen oppijan tietoa, oppimisen asiayhteyttä ja oppimistavoitetta, antaen oppijan samota niissä järjestyssijapohjaisia reittejä perustuen lyhyimpiin hyperlinkkiketjuihin vastaavien Wikipedian artikkelien välillä. Tarkastelua laajennetaan esittelemällä opetuksellisia käsiteverkostoja luotuina lyhyimmistä yhdistävistä poluista Wikipedian hyperlinkkiverkostossa ja hyperlinkkien läpäisemisestä mukautetulla vaihtelulla ja toistolla perustuen jaksotetun oppimisen teoriaan tuettuna kuvituksella. Sitten esitellään karttuvia käsiteverkostoja pohjautuen Wikipedian hyperlinkkiverkostoon yhdistäen nykyisen oppiaiheen sanaston käsitteitä ja vaihtelemalla läpäistävissä olevien hyperlinkkien jakaumaa antaen oppijan samota lyhyimpiä polkuja sanaston käsitteiden välillä. Oppimisvaikutusta mitattiin muistista palauttamisessa koskien valittuja ja näytettyja hyperlinkitettyjä käsitteitä ja lyhyimpiä polkuja muodostavia näytettyjä hyperlinkitettyjä käsitteitä. Lisäksi arvioitiin vaihtoehtoisten kielitaitotasojen käsiteverkostoja peilaten niitä katsaukseen mittaustuloksista ihmisen oppimisprosessista ja tiedon esittämisestä.
Description
Supervising professor
Tarhio, Jorma, Prof., Aalto University, Department of Computer Science and Engineering, Finland
Keywords
intelligent tutoring, adaptive hypermedia, Wikipedia, learning environment, language acquisition, associative network, concept map, wiki, spaced learning, älykäs opastus, mukautuva hypermedia, oppimisympäristö, kielen omaksuminen, mielleyhtymäverkosto, käsitekartta, wiki, jaksotettu oppiminen
Other note
Parts
  • [Publication 1]: Lahti, Lauri (2009a). Assistive tool for collaborative learning of conceptual structures. Proc. 13th Human Computer Interaction International 2009, Part III (Universal Access in Human- Computer Interaction – Applications and Services), 19–24 July 2009, San Diego, CA, USA (ed. Stephanidis, C.). LNCS 5616, Springer, 53–62. Print ISBN 978-3-642-02712-3 and Online ISBN 978-3-642-02713-0. Fulltext in Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201503182038.
    DOI: 10.1007/978-3-642-02713-0_6 View at publisher
  • [Publication 2]: Lahti, Lauri (2009b). Guided generation of pedagogical concept maps from the Wikipedia. Proc. World Conference on E-Learning in Corporate, Government, Healthcare and Higher Education 2009 (E-Learn 2009). 26–30 October 2009, Vancouver, B.C., Canada (eds. Bastiaens, T. et al.). Association for the Advancement of Computing in Education (AACE), Chesapeake, Virginia, USA, 1741–1750. ISBN 1-880094-76-2. Fulltext in Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201503182039.
  • [Publication 3]: Lahti, Lauri (2010a). Personalized learning paths based on Wikipedia article statistics. Proc. 2nd International Conference on Computer Supported Education (CSEDU 2010), 7–10 April 2010, Valencia, Spain (eds. Cordeiro, J. et al.), Vol. 1, 110–120. SciTePress, Institute for Systems and Technologies of Information, Control and Communication (INSTICC). ISBN 978-989-674-023-8. Fulltext in Aaltodoc: http://urn.fi/URN:ISBN:978-989-674-023-8.
  • [Publication 4]: Lahti, Lauri (2010b). Educational tool based on topology and evolution of hyperlinks in the Wikipedia. Proc. 10th IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies (ICALT 2010), 5–7 July 2010, Sousse, Tunisia (eds. Jemni, M. et al.), 233–235. ISBN 978-0-7695-4055-9 and ISBN 978-1-4244-7144-7. Fulltext in Aaltodoc: http://urn.fi/URN:ISBN:978-0-7695-4055-9.
    DOI: 10.1109/ICALT.2010.224 View at publisher
  • [Publication 5]: Lahti, Lauri (2011a). ConceptMapWiki – a collaborative framework for agglomerating pedagogical knowledge. Proc. 11th IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies (ICALT 2011), 6–8 July 2011, Athens, Georgia, USA (eds. Aedo, I. et al.), 163–165. Online ISBN 978-0-7695-4346-8 and Print ISBN 978-1-61284-209-7. Fulltext in Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201503182040.
    DOI: 10.1109/ICALT.2011.54 View at publisher
  • [Publication 6]: Lahti, Lauri (2011b). Educational concept mapping method based on high-frequency words and Wikipedia linkage. Proc. 4th International Conference on Internet Technologies and Applications (ITA11), 6–9 September 2011, Wrexham, North Wales, UK (eds. Grout, V. et al.). Glyndwr University, Wrexham, Wales, UK. ISBN 978-0-946881-68-0. Fulltext in Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201503182041.
  • [Publication 7]: Lahti, Lauri (2012). Educational framework for adoption of vocabulary based on Wikipedia linkage and spaced learning. Proc. Global Learn 2012: Global Conference on Learning and Technology, online conference on 6 November 2012 (eds. Bastiaens, T., and Marks, G.), 8–13. Association for the Advancement of Computing in Education (AACE), Chesapeake, VA, USA. ISBN 1-880094-99-1. Fulltext in Aaltodoc: http://urn.fi/URN:ISBN:1-880094-99-1.
  • [Publication 8]: Lahti, Lauri (2013). Educational framework based on cumulative vocabularies, conceptual networks and Wikipedia linkage. Proc. London International Conference on Education 2013 (LICE 2013). 4–6 November 2013, London, UK (eds. Shoniregun, C., & Akmayeva, G.), 470–478. ISBN 978-1-908320-16-2. Fulltext in Aaltodoc: http://urn.fi/URN:ISBN:978-1-908320-16-2.
  • [Publication 9]: Lahti, Lauri (2014a). Educational exploration based on conceptual networks generated by students and Wikipedia linkage. Proc. World Conference on Educational Multimedia, Hypermedia and Telecommunications 2014 (EdMedia 2014). 23–27 June 2014, Tampere, Finland (eds. Herrington, J. et al.), 964–974. ISBN 978-1-939797-08-7. Association for the Advancement of Computing in Education (AACE), Chesapeake, VA, USA. Fulltext in Aaltodoc: http://urn.fi/URN:ISBN:978-1-939797-08-7.
  • [Publication 10]: Lahti, Lauri (2014b). Computational method for supporting learning with cumulative vocabularies, conceptual networks and Wikipedia linkage. International Journal for Cross-Disciplinary Subjects in Education (IJCDSE), 5(2), June 2014 (eds. Shoniregun, C., and Cooper, R.), 1632–1644. Infonomics Society, UK. ISSN 2042-6364. Fulltext in Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201503182042.
  • [Publication 11]: Lahti, Lauri (2014c). Experimental evaluation of learning performance for exploring the shortest paths in hyperlink network of Wikipedia. Proc. World Conference on E-Learning in Corporate, Government, Healthcare and Higher Education 2014 (E-Learn 2014), 27-30 October 2014, New Orleans, Louisiana, USA (eds. Bastiaens, T., and Marks, G.), 1069–1074. Association for the Advancement of Computing in Education (AACE), Chesapeake, VA, USA. ISBN 978-1-939797-12-4. Fulltext in Aaltodoc: http://urn.fi/URN:ISBN:978-1-939797-12-4.
Citation