The 3A Interaction Model and Relation-Based Recommender System: Adopting Social Media Paradigms in Designing Personal Learning Environments

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1 The 3A Interaction Model and Relation-Based Recommender System: Adopting Social Media Paradigms in Designing Personal Learning Environments THÈSE N O 4829 (2010) PRÉSENTÉE LE 15 OCTOBRE 2010 À LA FACULTÉ SCIENCES ET TECHNIQUES DE L'INGÉNIEUR LABORATOIRE D'AUTOMATIQUE PROGRAMME DOCTORAL EN INFORMATIQUE, COMMUNICATIONS ET INFORMATION ÉCOLE POLYTECHNIQUE FÉDÉRALE DE LAUSANNE POUR L'OBTENTION DU GRADE DE DOCTEUR ÈS SCIENCES PAR Sandy EL HELOU acceptée sur proposition du jury: Prof. R. Longchamp, président du jury Dr D. Gillet, directeur de thèse Prof. P. Dillenbourg, rapporteur Dr N. Manouselis, rapporteur Dr A. Naeve, rapporteur Suisse 2010

2 Abstract We live in a rapidly changing digital world marked by technological advances, and fraught with online information constantly growing thanks to the Internet revolution and the online social applications in particular. Formal learning acquired in traditional academic and professional environments is not by itself sufficient to keep up with our information-based society. Instead, more and more focus is granted to lifelong, self-directed, and self-paced learning, acquired intentionally or spontaneously, in environments that are not purposely dedicated for learning. The concept of online Personal Learning Environments (PLEs) refers to the development of platforms that are able to sustain lifelong learning. PLEs require new design paradigms giving learners the opportunity to conduct autonomous activities depending on their interests, and allowing them to appropriate, repurpose and contribute to online content rather than merely consume pre-packaged learning resources. This thesis presents the 3A interaction model, a flexible design model targeting online personal and collaborative environments in general, and PLEs in particular. The model adopts bottom-up social media paradigms in combining social networking with flexible content and activity management features. The proposed model targets both formal and informal interactions where learning in not necessarily an explicit aim but may be a byproduct. It identifies 3 main constructs, namely actors, activities, and assets that can represent interaction and learning contexts in a flexible way. The applicability of the 3A interaction model to design actual PLEs and to deploy them in different learning modalities is demonstrated through usability studies and use-case scenarios. v

3 This thesis also addresses the challenge of dealing with information overload and helping end-users find relatively interesting information in open environments such as PLEs where content is not predefined, but is rather constantly added at run time, and differ in subject matter, quality, as well as intended audience. For that purpose, the 3A personalized, contextual, and relation-based recommender system is proposed, and evaluated on two real datasets. Keywords: 3A interaction model, social media, personal learning environments, knowledge management, social interactions, interaction context, user-centered design, information retrieval, recommender systems, personalized recommender systems, personalization, contextualization, lifelong learning, formal learning, informal learning, technology-enhanced learning, computer-supported collaborative work, computer-supported collaborative learning. vi

4 Résumé Nous vivons dans un monde digital, évoluant rapidement, marqué de progrès technologiques importants, et riche en information en ligne en continuelle croissance grâce à Internet en général, et aux outils sociaux en particulier. L'apprentissage formel acquis dans des environnements académiques et professionnels traditionnels n est en soi pas suffisant pour progresser dans notre société de l information. De plus en plus d importance est accordée à l apprentissage autorégulé, acquis volontairement ou spontanément, dans des environnements qui ne sont pas explicitement dédiés à l apprentissage. Le concept d environnement personnel d apprentissage en ligne (PLE) se réfère au développement de plateformes en mesure de soutenir la formation continue. Les PLEs requièrent de nouveaux paradigmes donnant aux apprenants l opportunité de mener des activités autonomes dépendantes de leurs propres intérêts, et leur permettant de s approprier et de contribuer à différentes sources d information en ligne, plutôt que de simplement consommer des ressources d apprentissage préétablies. Le modèle d'interaction 3A est présenté dans cette thèse. Il s agit d un modèle de conception flexible visant les environnements personnels et collaboratifs en ligne en général, et les PLEs en particulier. Le modèle proposé adopte l approche «bottom-up» des media sociaux pour combiner des services de réseaux sociaux avec des outils flexibles de gestion d activités et de contenus partagés en ligne. Le modèle vise les contextes d interaction formels aussi bien qu informels où l apprentissage ne constitue pas nécessairement un objectif explicite mais peut être un résultat indirect. Il identifie 3 principaux concepts, les acteurs, les activités, et les artefacts vii

5 (ou ressources) pouvant représenter les contextes d interaction et d apprentissage de manière flexible. L applicabilité et l utilité du modèle d interaction 3A pour la conception de PLEs et leur mise en œuvre dans différentes modalités d'apprentissage sont démontrées par des études d'utilisabilité ainsi que des scénarios d'utilisation. Cette thèse aborde aussi le défi de faire face à la surcharge d'informations et d'aider les utilisateurs de plateformes en ligne à découvrir des ressources relativement intéressantes dans des environnements ouverts, tels les PLEs, où le contenu n'est pas prédéfini, mais plutôt dynamiquement crée et modifié, et se distingue en termes de qualité, thème, et public cible. À cette fin, le service 3A de recommandation personnalisé, contextuel, et relationnel est proposé et évalué sur deux bases de données réelles. Mots-clés: modèle d interaction 3A, médias sociaux, environnement personnel d'apprentissage, gestion de connaissance, interactions sociales, contextes d interaction, contexte, modèles conceptuels centrés sur l utilisateur, extraction de données, système de recommandation en ligne, personnalisation, contextualisation, apprentissage continu, apprentissage formel, apprentissage informel, travail collaboratif assisté par ordinateur, apprentissage collaboratif assisté par ordinateur. viii

6 Table of Contents ix

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9 Bibliography 141 Curriculum Vitae 163 xii