Context-aware recommendation-based educational tool for enhancing the high level software modelling process with design patterns

Abstract

Η παρούσα Διατριβή ασχολείται με την διερεύνηση της χρήσης Αλγορίθμων Υπολογισμού Συστάσεων, και συγκεκριμένα τη χρήση των συστημάτων δημιουργίας και προβολής συστάσεων που λαμβάνουν υπόψιν τις παραμέτρους περιεχομένου. Η διερεύνηση των συστημάτων αυτών διευρίνεται στην εξέταση της χρήσης Συστημάτων Υπολογισμού Συστάσεων σε Εργαλεία Δημιουργικής Ανάπτυξης και στο κατα πόσο επηρεάζουν την Δημιουργική διαδικασία. Μέσα από την εξέταση των πιο πρόσφατων ερευνητικών αποτελεσμάτων στις ερευνητικές περιοχές της Αναγνώρησης Περιεχομένου, Εργαλείων Δημιουργικής Ανάπτυξης και των Συστημάτων Υπολογισμού Συστάσεων, το πρώτο μέρος της Διατριβής, προσδοκεί να εντοπίσει και να περιγράψει την σχέση των πιο πάνω συστημάτων και μεθόδων με διαδικασίες που εφαρμόζονται στην Τεχνολογία Λογισμικού και συγκεκριμένα τον σχεδιασμό Υψηλού Επιπέδου Μοντέλων Λογισμικού. Με την εφαρμογή των ευρημάτων αυτών στη διδασκαλία της Τεχνολογιας Λογισμικού, θα διαφανεί η σημαντικότητα στη χρήση των Συστημάτων Συστάσεων και θα αποτελέσει σημαντικό εργαλείο για νέους Μηχανικούς Λογισμικού. Το δεύτερο μέρος της Διατριβής επικεντρώνεται στο σχεδιασμό, την ανάπτυξη και την αξιολόγηση του πρωτότυπου λογισμικού που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της Διατριβής αυτής και ονομάζεται ArcReco. Ένα εκπαιδευτικό εργαλείο που χρησιμοποιεί Συστάσεις παραγόμενες από παραμέτρους Περιεχομένου και συστήνει Σχεδιαστικά Πρότυπα για την υποστήριξη των χρηστών (φοιτητές ή επαγγελματίες Μηχανικούς) που θέλουν να βελτιώσουν τις σχεδιαστικές τους ικανότητες, και βοηθά να μάθουν τα υπάρχοντα Σχεδιαστικά Πρότυπα που εφαρμόζονται στην Τεχνολογία Λογισμικού. Το πρωτότυπο λογισμικό χρησιμοποιεί τεχνολογίες Σημασιολογικής ανάλυσης και αναπαράστασης καθώς και ανάλυση με βάση το περιεχόμενο για την παροχή «μη εξατομικευμένων» συστάσεων Σχεδιαστικών Προτύπων. Το λογισμικό προσβλέπει στην εύκολη πρόσβαση, και συνεπώς στην εκμάθηση των Σχεδιαστικών Προτύπων συνδυάζοντας την θεωρητική και πρακτική εφαρμογή των προτύπων σε διαγράμματα σχεδίασης. Παράλληλα, θέτει τις βάσεις για περαιτέρω ανάλυση και εφαρμογή πρόσθετων τύπων συστάσεων όπως οι συστάσεις για σύνθεση ομάδας ή οργάνωση εργασιών στον τομέα της Τεχνολογίας Λογισμικού. Η Διατριβή κλείνει με την αξιολόγηση του πρωτότυπου λογισμικού και την ανάλυση των αποτελεσμάτων, υπό το πρίσμα των ερευνητικών ερωτημάτων που έχουν τεθεί. Παρουσιάζει τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την έρευνα αυτή, καθώς και τις προοπτικές της σε σχέση με άλλες ερευνητικές περιοχές.

The research described in this dissertation deals with the investigation of Recommendation Algorithms and Context Aware Recommender Systems, in Creativity Support Tools and their influence on the creativity process. Through the analysis of the state of the art in Context Awareness, Creativity-Support Tools and Recommendation Systems, the first part of the dissertation aims to identify and describe the close connection to these with Software Engineering processes and more specifically the design of High Level Software Models. Applying the findings in the area of Software Engineering Education through the usage of Context-Aware Recommendations to support an Educational and Training tool for learning Design Patterns in High Level Software Models, proves the importance of such Recommendations in processes like these and potentially constitutes added value to modelling tools that target new Software Engineers.

The second part of the dissertation focuses on the design, development and evaluation of a software Prototype, named ArchReco, an educational tool that employs Context-aware Recommendations of Design Patterns, to support users (CS students or professionals) who want to improve their design skills when it comes to training on High Level Software models. The tool's underlying algorithms take advantage of Semantic Web technologies, and the usage of content-based analysis for the computation of non-personalized recommendations for Design Patterns. The recommendations' objective is to support users in functions such as find the most suitable Design Pattern to use according to the working context, as well as learn the objectives and usage of each Design Pattern. Moreover, it sets the basis for further analysis and implementation of additional types of Context Aware Recommendations, related to other fields of research, such as group composition or task scheduling in Software Engineering. The dissertation concludes with the ArchReco prototype evaluation, and the results' analysis with respect to the defined research objectives. Moreover, it elaborates the conclusions of this research work and discusses the future research challenges.