Soluzioni software basate su tecnologia grid per gestire il ciclo di

Applications
Soluzioni software basate
su tecnologia grid per
gestire il ciclo di vita di
ambienti collaborativi di
e-learning
Angelo Gaeta1, Matteo Gaeta2, Claudia Grieco1, Stefano Paolozzi3
Centro di Ricerca in Matematica Pura ed Applicata
(CRMPA), [email protected], [email protected]
1
Università degli Studi di Salerno - Dipartimento di
Ingegneria dell’Informazione e Matematica Applicata
(DIIMA), [email protected]
2
Dipartimento di Informatica e Automazione, Università
Roma Tre, [email protected]
3
Parole chiave: Virtual Learning Community, Collaborative Learning
Environment, Technology Enhanced Learning.
Abstract
In questo articolo gli autori presentano due soluzioni software, sviluppate
nel contesto del progetto Business Experiment in Grid, e discutono sulla loro
applicabilità per la creazione e la gestione di comunità di apprendimento
virtuali. In particolare le soluzioni presentate si ritengono tali da completare
gli strumenti attuali per la creazione e gestione dei suddetti ambienti
collaborativi di apprendimento indirizzando questioni aperte quali la gestione
delle relazioni di trust all’interno di una comunità e la gestione della qualità
del servizio.
Le soluzioni software sono stati validate nel contesto di un caso di studio
relativo alla creazione di un ambiente collaborativo per l’esecuzione di
massive multiplayer online games.
Journal of e-Learning
and Knowledge Society — Vol. 5, n. 3, settembre 2009 (pp. 117 - 125)
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Vol. 5, n. 3, settembre 2009
Come caso di studio sarà fornita una descrizione dell’applicazione delle soluzioni presentate per la
creazione di ambienti collaborativi di apprendimento, quali la Virtual Learning Community definita nel
contesto del progetto European Learning Grid Infrastructure.
1 Introduzione
Business Experiment in Grid (BEin Grid1) è il maggiore progetto dell’Unione Europea tra quelli co-finanziati dalla Information Society Technologies (IST)
nel sesto programma quadro (FP6). La sua missione è generare conoscenza,
miglioramenti tecnologici, esempi applicati al business e casi di studio di riferimento per supportare l’adozione di tecnologie service oriented come Grid e
il cloud computing, e lo sviluppo di modelli di business innovativi che usino
queste tecnologie. Per arrivare a questo risultato BEin Grid ha portato avanti
una serie di 25 casi di studio2, progettati per implementare soluzioni software in
diversi settori di business quali, ad esempio, intrattenimento e media, finanza,
logistica, manifatturiero, vendita al dettaglio e tessile.
Gli autori sono stati coinvolti nell’esecuzione di uno di questi casi di studio,
quello relativo al settore intrattenimento e media, il cui scopo era progettare e
sviluppare un ambiente collaborativo per l’esecuzione di applicazioni massive
multiplayer online games. Questo caso di studio è stato sviluppato definendo
un set di design pattern e componenti software per risolvere problemi comuni
negli ambienti collaborativi, soprattutto relativi alla gestione sicura di Virtual
Organisation (VO) che sono una particolare istanza di collaborative network.
Chi fosse interessato ad approfondire l’argomento può fare riferimento a
(Gaeta et al, 2008) per maggiori informazioni sul caso di studio, la sperimentazione e le valutazioni effettuate.
Nel seguito, a valle di una panoramica sui lavori di ricerca relativi all’utilizzo dei paradigmi collaborativi e delle tecnologie Grid (Foster et al, 2001)
per l’e-learning, sono introdotte e brevemente descritte le soluzioni software
sviluppate per supportare il controllo e la gestione del ciclo di vita di una collaborazione, evitando dettagli che sono invece riportati in (Ibidem). In seguito,
è spiegato come queste soluzioni possono supportare alcuni requisiti e trend
comuni delle comunità virtuali di apprendimento, motivando perché gli autori
pensano di poter applicare i risultati raggiunti anche in questo dominio per
implementare al meglio il concetto di Virtual Learning Community (VLC),
analizzato e definito nel progetto European Learning Grid Infrastructure (ELeGI) (Gaeta et al, 2005). Infine, sono presentate le conclusioni e gli sviluppi
futuri.
http://www.bein Grid.eu
http://www.bein Grid.eu/casestudies.html
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Angelo Gaeta, Matteo Gaeta, Claudia Grieco, Stefano Paolozzi - Soluzioni software basate su tecnologia Grid per gestire il
ciclo di vita di ambienti collaborativi di e-learning.
2 Related Work
L’uso di collaborative networks (Camarinha-Matos et al, 2005) nel dominio dell’e-learning non è un nuovo: Bates (1997), anche prima della grande diffusione di tecnologie web, aveva previsto che la presenza di internet e
l’aumentare della larghezza di banda avrebbe incoraggiato la convergenza fra
università fisiche e centri per l’apprendimento a distanza. Questo campo di
ricerca è stato investigato da altri ricercatori come Koper (Koper et al., 2003),
che afferma che «A Learning Network for Lifelong Learning (LN) is a network
of distributed persons and organisations who create, share, support and study
learning resources (‘units of learning’) in a specific knowledge domain. These
networks support the seamless, ubiquitous access to learning facilities at work,
at home and in schools and universities.» Da allora le collaborative network
nel dominio dell’e-learning hanno beneficiato di nuove tecnologie come la
comunicazione wireless, che ha reso possibile l’accesso alle risorse da qualsiasi
posto, e gli strumenti Web 2.0, che hanno incoraggiato la collaborazione e la
condivisione delle risorse.
In anni recenti, comunque, uno degli argomenti di ricerca più analizzati è
stato l’integrazione dei meccanismi e processi tipici dell’e-learning con la tecnologia del Grid computing. Nella maggior parte degli esperimenti effettuati la
tecnologia Grid è tipicamente sfruttata per ottenere la potenza computazionale
necessaria per complesse applicazioni multimediali e/o per connettere tra loro
risorse geograficamente distribuite ed eterogenee.
Nel progetto ULabGrid (Ardaiz et al, 2003), Infrastructure to Develop Distant Laboratories for Undergrad Students over a Grid, è descritta un’infrastruttura per la realizzazione di laboratori collaborativi remoti per studenti
universitari utilizzando un’infrastruttura Grid e il globus toolkit3. È stato uno
dei primi esperimenti pratici in cui le funzionalità di Grid sono state utilizzate
per la condivisione delle risorse e per incentivare il lavoro collaborativo in
ambienti educativi. Il progetto consisteva nel fornire agli studenti l’accesso a
risorse computazionali gestite tramite Grid, permettendogli di eseguire i propri
esercizi di laboratorio sia all’università che a casa.
KGTutor, Knowledge Grid Based Intelligent Tutoring System (Zhuge,
2004), è una knowledge network per e-learning adattivo basata su Knowledge
Grid, un ambiente applicativo web che permette la condivisione e gestione
di risorse formative e fornisce servizi on-demand per supportare il lavoro di
gruppo e il problem solving. KGTutor analizza il profilo e gli obiettivi formativi
di ogni studente e li utilizza per generare corsi personalizzati. Fornisce inoltre
consigli e valutazioni a seconda della performance dell’utente. Il progetto è
molto focalizzato sull’apprendimento user centered ma potrebbe essere ulte3
http://www.globus.org/
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riormente migliorato descrivendo le risorse formative in maniera semantica.
Quest’ultima idea è stata analizzata in (Samaras et al., 2004), dove gli autori
cercano di estendere le tecnologie Grid in modo da supportare la descrizione
semantica delle risorse, creando così delle Semantic Grid (De Roure et al.,
2003). Per verificare se questa idea portasse o meno a dei miglioramenti è stata
creata Se-Le-Ne (Self e-Learning Network), un’applicazione di test in cui i
materiali educativi sono descritti utilizzando metadata semantici e i servizi sono
implementati tramite tecnologie e standard dei web services. L’esperimento ha
dimostrato che l’uso di catalogazioni semantiche migliora le prestazioni e che
l’idea può essere applicata a diversi modelli architetturali.
Il progetto edutain@ Grid (Ferris et al., 2008) è nato per sviluppare servizi
infrastrutturali per applicazioni ROIA (Real-Time, Online, Interactive Applications) che sono usate soprattutto nell’edutainment e nei massive multiplayer
online games. Il suo scopo principale è aprire l’utilizzo di tecnologie Grid al
grande pubblico, al di fuori degli ambienti accademici, attraverso lo sviluppo di
un middleware che dia ad altre applicazioni l’accesso a queste funzionalità senza il bisogno di dover gestire un’infrastruttura Grid. L’infrastruttura consente a
tutti gli attori coinvolti nella produzione, rilascio e distribuzione di software e
servizi ROIA di organizzarsi in catene di valore in cui i link sono costituiti da
business agreement come SLA (Service Level Agreements).
3 La soluzione software per la gestione di Virtual Organisation
Nel progetto BEinGRID sono stati implementati numerosi componenti per
il controllo e la gestione del ciclo di vita di una VO. Una VO può essere considerata una particolare istanza di Collaborative Network (Camarinha-Matos et
al., 2005). La sua caratteristica principale è che può essere creata on-demand
per rispondere in modo dinamico ad un’opportunità collaborativa (scientifica,
didattica) e può essere di natura transitoria, cioè avere una durata breve e definita. Per assicurarsi il raggiungimento degli obiettivi della VO è richiesto un
adeguato livello di controllo e gestione.
In questo documento sono descritti solo due dei componenti sviluppati in
BEinGRID: VO Set Up e Application Virtualisation.
VO Set Up è un web service che fornisce supporto alle fasi di identificazione
e formazione della VO, ossia quando si devono identificare i membri della VO
e fra loro c’è necessità di creare un cerchio di fiducia, ossia delle relazioni di
trust.
Application Virtualisation è un web service che permette la gestione delle
fasi di distribuzione e configurazione di strumenti e risorse richieste per offrire le applicazioni. Un aspetto distintivo di tale componente è che permette in un’unica soluzione la gestione degli aspetti di sicurezza, Service Level
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Angelo Gaeta, Matteo Gaeta, Claudia Grieco, Stefano Paolozzi - Soluzioni software basate su tecnologia Grid per gestire il
ciclo di vita di ambienti collaborativi di e-learning.
Agreement e monitoraggio delle risorse distribuite sulle quali è dispiegata
un’applicazione.
Nella sezione 4.1 si descriverà come tali componenti possono essere utilmente sfruttati per realizzare un particolare tipo di comunità virtuale di apprendimento.
4 Requisiti e trend delle comunità virtuali di apprendimento affrontabili
con le soluzioni software
Le soluzioni tecnologiche presentate nella sezione precedente sono tali da
permettere il superamento di alcune barriere attuali relative alla creazione e
gestione del ciclo di vita delle comunità di apprendimento virtuali.
In ambienti di e-learning le attività di collaborazione e la gestione del ciclo
di vita di una comunità virtuale di apprendimento avvengono utilizzando tipicamente tool Web 2.0: l’identificazione dei membri può avvenire ad esempio
sfruttando i social network mentre blog e wiki sono ampiamente usati durante
la fase operazionale di una collaborazione al fine di permettere ai membri di
interagire tra loro.
E’ inteso, comunque, che la creazione e la gestione delle comunità virtuali
di apprendimento richiede di indirizzare anche altre problematiche.
In (Gannon-Leary & Fontainha, 2007) sono identificate numerose barriere
e fattori critici di successo per l’implementazione e la gestione di comunità
virtuali di apprendimento. Tra questi evidenziamo il trust, la gestione delle
identità e la qualità percepita della collaborazione.
Nel contesto dell’e-learning creare fiducia (trust) è essenziale: solo se i
partecipanti si fidano sia del sistema di e-learning sia delle persone coinvolte
in esso sono incoraggiati a contribuire alla discussione, senza paura di esporsi
ad estranei. Le istituzioni si preoccupano dei problemi legali, come la protezione dei dati e il rispetto della proprietà intellettuale. Gli studenti devono poter
contare sull’accuratezza dei contenuti formativi e sulla competenza dei docenti
con cui entrano in contatto e, in generale, tendono a dare maggiore fiducia ad
ambienti di studio personalizzati rispetto a semplici cataloghi di informazioni
da consultare. È difficile creare fiducia in ambienti virtuali perché non c’è
opportunità di interagire faccia a faccia e socializzare ed è per questo motivo
che le comunità virtuali di apprendimento impiegano molto tempo per crearsi
e consolidarsi.
Un’altra esigenza da tenere in considerazione è la Quality of Service (QoS),
che diventa fondamentale se docenti e studenti partecipano in complessi esperimenti di gruppo e il sistema deve garantire disponibilità continuativa e sostenere intensi carichi di lavoro.
Inoltre bisogna adattarsi velocemente alle richieste, creando dinamicamente
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una comunità di apprendimento ogni volta che nasce un nuovo bisogno formativo e offrendo tutte le risorse richieste. Allo stato attuale, invece, ogni risorsa
deve essere pre-configurata e installata in uno spazio fisico ben definito e ogni
bisogno deve essere previsto.
In una ricerca dettagliata in (Albano et al., 2006; Capuano et al., 2008;
Gaeta et al., op. cit.) sono stati analizzati molti scenari di e-learning e sono
emerse alcune tendenze, come l’uso intensivo della collaborazione e cooperazione tra pari, il supporto di differenti pedagogie, un ruolo attivo e centrale
dello studente nel processo di apprendimento che porti alla costruzione della
conoscenza invece che semplice memorizzazione dell’informazione.
Queste esigenze richiedono la creazione e gestione di ambienti tecnologici
abilitanti che siano in grado di risolvere problemi come:
• coordinare studenti e tutor distribuiti geograficamente e appartenenti ad
istituzioni diverse;
• interfacciarsi con amministrazioni di organizzazioni differenti con politiche didattiche specifiche;
• consentire l’accesso da qualsiasi computer con qualsiasi software;
• supportare un carico crescente di risorse formative, servizi ed utenti;
• fornire un accesso trasparente a software risorse e servizi in ambienti
dinamici;
• garantire flessibilità, riutilizzando servizi e parti di risorse formative di
diversa granularità secondo i bisogni specifici;
• supportare la creazione autonoma e dinamica delle comunità.
Parte di questi requisiti può essere gestita tramite i componenti VO Set Up
e Application Virtualisation. Ad esempio i problemi della distribuzione geografica, dell’interfaccia con differenti amministrazioni e della creazione dinamica
di comunità e delle relazioni di fiducia tra membri sono competenza del VO Set
Up mentre la gestione di grandi carichi, la flessibilità e l’accesso trasparente
alle risorse possono essere guidati dall’Application Virtualisation.
Per comprendere meglio come il VO Set Up e l’Application Virtualisation
possono essere adottati per creare e gestire un ambiente di apprendimento in
comunità, nella sezione seguente è presentato uno scenario basato sul concetto
di Virtual Learning Community analizzato nel progetto ELeGI.
4.1 Implementare una Virtual Learning Community
Nel progetto ELeGI, con Virtual Learning Community (VLC) ci si riferisce
ad un insieme di persone ed istituzioni che collaborano per il raggiungimento
di uno scopo comune condividendo astrazioni didattiche di alto livello (es. modelli, ontologie, linguaggi educativi), processi, servizi e risorse infrastrutturali.
L’implementazione di una VLC richiede di identificare funzionalità e risorse
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Angelo Gaeta, Matteo Gaeta, Claudia Grieco, Stefano Paolozzi - Soluzioni software basate su tecnologia Grid per gestire il
ciclo di vita di ambienti collaborativi di e-learning.
fornite dai diversi Learning Content and Service Provider e un meccanismo per
federarli ed esporli in maniera sicura all’utilizzatore finale, in modo da permettere una gestione trasparente della sottostante infrastruttura tecnologica.
Consideriamo lo scenario seguente legato alla formazione in ambiente medico. Una comunità di medici professionisti deve apprendere nuove tecniche
mediche basate su ricerche innovative. La comunità deve essere composta dai
medici professionisti, da un ristretto numero di professori che cercano nuove
informazioni da sottoporre ai medici e, infine, una simulazione interattiva sviluppata da un centro di ricerca specializzato, da rendere disponibile ai medici
in modo che possano simulare le nuove tecniche.
Per realizzare tale scenario si possono sfruttare le soluzioni software presentate in sezione 3 per creare una VLC.
Il componente VO Set Up può essere usato per identificare membri potenziali della comunità in base alle funzionalità e risorse che possono offrire
e la QoS che possono assicurare. Il componente di Set Up invita i membri
potenziali identificati ad unirsi alla VLC e inizia il processo federativo, in
modo da permettere single sign-on sulle risorse della comunità distribuite nella
VLC. I medici devono applicare le nuove conoscenze utilizzando il servizio
di simulazione.
È opportuno menzionare che una delle caratteristiche che distinguono il VO
Set Up offre un’implementazione dello standard Security Assertion Markup
Language4, presente anche nel software più utilizzato per il web single sign-on
e la federazione: Shibolleth5. Il VO Set Up pertanto può essere facilmente integrato con soluzioni che già utilizzano Shibolleth per supportare attività come
l’accesso ai contenuti digitali delle biblioteche al di fuori dei campus, l’accesso
a un sito di ricerca di un’altra università o la gestione di risorse condivise6.
Quindi dopo che la VLC si è formata, bisogna selezionare e creare le risorse e le strutture richieste per eseguire la simulazione interattiva e, allo stesso
tempo, bisogna configurare i servizi infrastrutturali in modo da permettere
un’interazione sicura tra utenti e simulazione. Per questo si può utilizzare l’Application Virtualisation.
5 Conclusione e sviluppi futuri
I componenti VO Set Up e Application Virtualisation sono stati validati
nel contesto di uno scenario di business relativo alla creazione di una VO per
l’esecuzione e fornitura di applicazioni di massive multiplayer online gaming.
Questo scenario presenta requisiti molto simili a quelli degli scenari di colhttp://www.oasis-open.org/committees/security/
http://shibboleth.internet2.edu/about.html
6
http://shibboleth.internet2.edu/uses.html
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laborative learning identificati nel progetto ELeGI richiedenti la creazione e
gestione di una VLC.
Il contributo che le soluzioni software presentate in questo articolo possono
fornire per la realizzazione delle comunità di apprendimento virtuali è relativo
principalmente alla possibilità di creare e gestire relazioni di trust tra i membri
di una comunità, la gestione della qualità del servizio in attività esperienziali
che richiedono l’esecuzione di simulazioni distribuite e/o l’utilizzo di giochi
educativi, nonché un’elevata interazione di gruppi di utenti con le stesse.
Al momento gli autori sono concentrati su un’analisi approfondita dei vantaggi e svantaggi dell’adozione dei componenti, prima di sviluppare un concreto caso di studio per la loro valutazione e validazione nel dominio dell’elearning.
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