Human-computer learning interaction in a laboratory environment

Τα πανεπιστήμια θετικών επιστημών αντιμετωπίζουν διαρκώς την πρόκληση της εκπαίδευσης των φοιτητών τους στη σωστή χρήση των εργαστηρίων τους καθώς και την αποφυγή ατυχημάτων και ζημιών στον εξοπλισμό. Το εν λόγω έργο είναι ακόμα δυσκολότερο για πανεπιστήμια που προσφέρουν εξ αποστάσεως εκπαίδευση, καθώς οι φοιτητές τους επισκέπτονται λιγότερο συχνά τις εργαστηριακές τους εγκαταστάσεις και ως εκ τούτου έχουν λιγότερη άνεση στο να εξοικειωθούν με τα αντίστοιχα όργανο και εξοπλισμό. Για το σκοπό αυτό, το Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο, το οποίο προσφέρει ένα πολυετές εξ αποστάσεως εκπαιδευτικό πρόγραμμα σπουδών στις θετικές επιστήμες, αναπτύσσει το Onlabs, ένα διαδραστικό τρισδιάστατο εικονικό εργαστήριο που προσομοιώνει το φυσικό του εργαστήριο, ώστε οι φοιτητές του να εκπαιδευτούν προτού εκτελέσουν πραγματικά πειράματα. Πρόσφατες εκδόσεις του Onlabs περιέχουν, εκτός άλλων, μια Λειτουργία Καθοδήγησης, στην οποία ο ανθρώπινος χρήστης καθοδηγείται από τον υπολογιστή στην εκτέλεση ενός συγκεκριμένου προσομοιωμένου πειράματος, και μια Λειτουργία Αξιολόγησης, στην οποία ο υπολογιστής αξιολογεί την επίδοση του ανθρώπινου χρήστη σε σχέση με την ολοκλήρωση ενός πειράματος καθώς και τη σειρά με την οποία έχουν γίνει οι απαιτούμενες δράσεις, συνεισφέροντας περαιτέρω σε μια αποτελεσματική μαθησιακή διαδικασία. Κατά συνέπεια, έχοντας ως στόχο η αξιολόγηση της επίδοσης να είναι όσο το δυνατόν πιο ακριβής, γίνεται χρήση τριών ξεχωριστών τεχνικών μηχανικής μάθησης, δηλαδή ενός Γενετικού Αλγόριθμου, ενός Τεχνητού Νευρωνικού Δικτύου και μιας παραλλαγής Ενισχυτικής Μάθησης. Με τις δύο πρώτες μεθόδους, διαμορφώνεται το κομμάτι εκείνο του μοντέλου αξιολόγησης που αφορά το ποσοστό ολοκλήρωσης ενός πειράματος, ενώ με την τελευταία μέθοδο συντελείται η διαμόρφωση του κομματιού του μοντέλου που σχετίζεται με τη σειρά των δράσεων. Αυτοματοποιώντας την διαδικασία ανάπτυξης του εικονικού εργαστηρίου από τη σχεδίαση των πειραμάτων μέχρι την αξιολόγηση των φοιτητών, παρουσιάζουμε ένα ολοκληρωμένο ενδεικτικό τρόπο για το πως η online εργαστηριακή πρακτική μπορεί να διευρυνθεί σε μεγάλη κλίμακα.