Webapplicatie op basis van het Triangulaire Model

Projecttitel: Ontwikkeling van een webapplicatie op basis van het Triangulaire Model (TM) ter ondersteuning van het verkrijgen van een temporeel referentiekader binnen cursussen met veel temporele informatie
Vakgroep/Dienst: Vakgroep Geografie (WE12)
Promotor: Prof. Nico Van de Weghe, Prof. Philippe De Maeyer, Dr. Kristien Ooms
Projectmedewerkers: Geo-ICTer, nog te bepalen.

Korte beschrijving van het onderwijsinnovatieproject

SITUERING

Tijd vormt een rode draad doorheen het leven. Van jong tot oud en van ’s morgens tot ’s avonds wordt iedereen ermee geconfronteerd. Niet alleen in hun vrije tijd, maar ook in lessen en bij het instuderen van tal van cursussen, komen studenten veelvuldig in aanraking met temporele informatie.

Het voorstellen van temporele informatie gebeurt meestal door middel van het Lineaire Model (LM) waar intervallen eendimensionaal voorgesteld worden door lijnstukken. Niettegenstaande deze voorstelling sterke eigenschappen heeft, kent ze essentiële problemen bij het voorstellen van complexe configuraties van temporele intervallen. Dit leidt immers vaak tot een onoverzichtelijk totaalbeeld, wat een belangrijk probleem binnen het onderwijs vormt aangezien visuele voorstellingen net het efficiënt verwerken van informatie moeten bevorderen. Het Triangulaire Model (TM) vermijdt deze problemen door intervallen in een tweedimensionale ruimte voor te stellen als punten, en biedt dus een interessant alternatief. Details over beide modellen en de onderlinge verschillen volgen verder.

Het TM is, net als het LM, van oorsprong een statische voorstelling. Steeds meer tools, zoals bv. Gapminder , werken echter rond interactieve voorstellingen van (temporele en andere) data. Door middel van dergelijke webapplicaties kan informatie gemakkelijker voorgesteld en geanalyseerd worden, maar de specifieke problemen van het LM voor temporele informatie blijven aanwezig. Het spreekt echter voor zich dat een optimaal gebruik van het TM eveneens interactief moet zijn.
In dit project zal een interactieve online tool (webapplicatie) worden ontwikkeld op basis van het Triangulaire Model (TM), zodanig dat:

  • docenten/assistenten de temporele informatie van een cursus op een gebruiksvriendelijke manier kunnen importeren;
  • studenten de webapplicatie (met de geïmporteerde temporele informatie) kunnen gebruiken bij het verwerken van de cursus, door op een interactieve manier de visualisatie op basis van het TM te raadplegen.
    Het ultieme doel is om deze webapplicatie aan te bieden ter ondersteuning van alle cursussen van de Faculteit Wetenschappen.

LINEAIRE MODEL (LM): CONSTRUCTIE EN PROBLEMEN

De traditionele manier om tijdsintervallen voor te stellen is via het Lineaire Model (LM), waarin intervallen op eendimensionale wijze worden uitgezet ten opzichte van een tijdsas. Figuur 1 geeft een voorbeeld van een LM, waarin tijdsintervallen zonder specifieke ordening in de tweede dimensie worden voorgesteld. Deze voorstelling is tot op heden nog steeds de meest gebruikte methode om temporele informatie weer te geven en visueel te interpreteren. De interpretatie ervan wordt echter beperkt door enkele typische problemen eigen aan het LM:

  • Er is geen absolute visualisatie die een kapstok biedt: de tweede dimensie wordt enkel gebruikt om een ordening te geven aan de intervallen en kan niet als een volwaardige dimensie worden beschouwd. Enerzijds geeft Qiang (2012) aan dat intervallen langs de y-as gerangschikt kunnen worden op basis van het tijdstip van begin of einde, of op basis van de duur. Anderzijds benadrukt hij dat deze tweede dimensie, in tegenstelling tot bij het TM (zie verder), louter gebruikt wordt voor visualisatie, en dus geen specifieke betekenis heeft.
  • Automatisch importeren van tijdsintervallen is problematisch omdat er geen absolute locatie is voor de eendimensionale lijnstukken.
  • In- en uitzoomen is minder interessant omdat de verticale afstand tussen intervallen geen objectieve temporele waarde heeft.
  • De visualisatie is snel overladen aangezien er moet gewerkt worden met lijnstukken. Voor kleine hoeveelheden informatie is het LM zeer goed, maar wanneer er grotere hoeveelheden tijdsintervallen moeten worden gevisualiseerd, ontstaat er een onoverzichtelijk beeld en vervagen patronen.
  • Selecteren van intervallen/klassen veroorzaakt ‘gaten’ of een nieuwe schikking.

 

triangulairmodel1

Figuur 1: Voorstelling van tijdsintervallen in het Lineaire Model (LM)

 

TRIANGULAIRE MODEL (TM): CONSTRUCTIE EN MOGELIJKHEDEN

Het idee om tijdsintervallen te visualiseren door middel van een tweedimensionale voorstelling werd reeds aangehaald door Kulpa (1997) en Ligozat et al. (2004). Het idee werd verder verfijnd door Van de Weghe et al. (2007) en kreeg de naam Triangulaire Model (TM), gebaseerd op de driehoekige constructie.
Stel dat er een interval I moet worden voorgesteld met begin I- = 20 en I+ = 75, dan zal dit in een lineaire eendimensionale ruimte worden afgebeeld als een horizontaal lijnstuk tussen dit begin- en eindpunt. In een triangulaire tweedimensionale ruimte worden twee rechten getrokken door I- = 20 en I+ = 75, beiden onder een vaste hoek ten opzichte van de tijdsas, waardoor het interval op een eenduidige manier wordt bepaald door een zogenaamd intervalpunt (I). Hoe hoger dit punt boven de horizontale as ligt, hoe langer het interval duurt. De exacte duur kan gemakkelijk worden afgelezen op de y-as: Duur(I). Tot slot wordt het midden aangeduid als Mid(I); waardoor vroegere intervallen meer naar links gepositioneerd zijn. De constructie van het besproken interval wordt verduidelijkt in Figuur 2.

 

triangulairmodel2

Figuur 2: Constructie van een tijdsinterval in het Triangulaire Model (TM)

 

Figuur 3 stelt de vijf intervallen voor die eerder aan bod kwamen in triangulaire vorm.Van de Weghe et al. (2007) stelden vast dat relaties tussen tijdsintervallen (interval I1 is vóór I2; interval I2 is tijdens I3, ...) gemakkelijker kunnen worden geïnterpreteerd wanneer deze voorgesteld worden in een triangulaire vorm. Een belangrijke studie werd uitgevoerd door Qiang (2012). Hij stelde een test op waarin tijdsintervallen zowel in het LM als het TM werden voorgesteld en onderzocht de efficiëntie bij het interpreteren van beide modellen. In dit onderzoek stelde hij vast dat het TM perfect kan worden begrepen door niet-experten en dat het een efficiënt model is om temporele informatie voor te stellen en te analyseren.

 

triangulairmodel3

Figuur 3: Voorstelling van tijdsintervallen in het Triangulaire Model (TM)

 

Dankzij deze alternatieve constructiemethode kent het TM tal van interessante eigenschappen:

  • Er is een absolute visualisatie die een temporele kapstok biedt: beide dimensies worden benut.
  • Automatisch importeren van tijdsintervallen is eenvoudig omdat er een absolute locatie is voor de intervalpunten.
  • In- en uitzoomen is interessant omdat ook de verticale afstand tussen intervallen een objectieve temporele waarde heeft. Het is nuttig om intervallen die in elkaars buurt liggen (ongeveer even lang en tijdens de zelfde periode; clusters) te detecteren. Via in- en uitzoomen kunnen gemakkelijk verschillende tijdsschalen worden voorgesteld.
  • De visualisatie kan grote hoeveelheden temporele intervallen voorstellen zonder overladen te worden.
  • Selecteren van intervallen/klassen veroorzaakt geen nieuwe schikking; de structuur blijft behouden.
    Naast deze voor de hand liggende voordelen zijn er verschillende meer diepgaande/subtiele voordelen die het TM zijn intrinsieke sterkte geven:
  • Onzekere intervallen (begin en/of einde van het interval is onzeker) kunnen gemakkelijk worden voorgesteld via lijnen/polygonen.
  • Temporele relaties (vóór, achter, tijdens, ...) komen zeer goed tot uiting wat belangrijk is in een historisch referentiekader (ruim zo belangrijk als absolute jaartallen).
  • Via eye-tracking onderzoek (Laseure, 2014) kwam duidelijk naar voor dat je in het TM gericht kan zoeken naar bepaalde intervallen en dat dit in het LM niet zo is.
  • Tevens kwam zowel in het onderzoek van Laseure (2014) als van Qiang (2012) naar voor dat het TM geen hoge leercurve heeft. Na een theoretische introductie en enkele introducerende oefeningen van in totaal 10 minuten, gaven de studenten sterk de voorkeur aan het TM.

Er zijn reeds twee studies geweest (Qiang, 2012 en Laseure, 2014) waar werd onderzocht of het meer abstracte TM begrepen kan worden door niet-experten en hoe deze op zoek gaan naar informatie in beide modellen om zo te besluiten of het TM al dan niet een meerwaarde kan bieden voor het onderwijs. Dit gaf veelbelovende resultaten. Het blijkt dat typische vragen naar “langste interval”, “intervallen met dezelfde lengte”, … juister, sneller en gerichter worden beantwoord via het TM. Er kan gesteld worden dat het TM gemakkelijk kan worden aangeleerd door een groep van niet-experten. De uitgevoerde kwalitatieve analyses in Laseure (2014) wijzen ook uit dat leken en experten in het TM geen significant verschil in zoekgedrag en resultaten vertonen. Tevens gaven alle deelnemers aan de experimenten aan liever in het TM te zoeken naar bepaalde intervallen dan in het LM. De respondenten vinden dat intervallen gemakkelijker te vergelijken en sneller te interpreteren zijn in het TM, eens je het onder de knie hebt. Het model heeft minder beperkingen dan het drukke LM, waarvoor een sterke concentratie vereist is. Complexere vragen zijn eveneens gemakkelijker op te lossen in het TM.

REFERENTIES

Kulpa, Z. (1997). “Diagrammatic representation of interval space in proving theorems about interval relations”. Reliable Computing. 3 (3), 209-217.

Laseure, P. (2014) “Toepassingsmogelijkheden van het triangulair model in combinatie met eye-tracking binnen het onderwijs”. Masterproef, Universiteit Gent, België. (Promotor: Van de Weghe, N., Co-promotor: Ooms, K.)

Ligozat, G., Mitra, D., Condotta, J.F. (2004). “Spatial and temporal reasoning: Beyond Allen's calculus”. AI Communications. 17 (4), 223-233.

Qiang, Y. (2012). “Modelling temporal information in a two-dimensional space: A visualization perspective”. Doctoraatsthesis, Universiteit Gent, België. (Promotoren: Van de Weghe, N., De Maeyer, P.).

Van de Weghe, N., Docter, R., De Maeyer, P., Bechtold, B., Ryckbosch, K. (2007). “The triangular model as an instrument for visualising and analysing residuality”. Journal of Archaeological Science. 34 (4), 649-655.