7 APLICAÇÃO DO MODELO ESTUDO DE CASO
7.2 AdaptWeb ® Sensível à Situação
A proposta deste estudo de caso é aplicar os conceitos estudados e o modelo de contexto para gerência de situação desenvolvido em um ambiente real, para verificar a viabilidade de sua aplicação prática. Implícito a esta proposta, existe o intuito de adicionar novas funcionalidades ao ambiente usado para testes, no caso, AdaptWeb®, mantendo suas funcionalidades atuais.
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Para isso, seguiu-se uma metodologia de desenvolvimento que parte da análise interna do ambiente; análise das mudanças a serem realizadas em sua estrutura interna, dando origem a uma nova arquitetura de desenvolvimento; modificação do ambiente, para verificar a possibilidade real de obtenção dos dados de contexto físico e tecnológico; e realização de simulações com os dados existentes e as regras descritas no Capítulo 6.
7.2.1 Metodologia de Desenvolvimento
Para possibilitar o desenvolvimento do sistema AdaptWeb® sensível à situação, primeiramente foi feito um estudo a respeito do ambiente, sua arquitetura, funcionalidades e operação interna. Isso foi necessário para se compreender como seria possível seu alinhamento com o modelo desenvolvido. Neste ponto, percebeu-se que o ideal seria viabilizar o desenvolvimento prático do modelo externamente ao ambiente educacional, como um módulo a parte, pois sendo o modelo projetado independentemente de um ambiente específico, faria maior sentido verificar sua aplicabilidade sendo desenvolvido em módulo separado.
Essa primeira verificação deu origem a uma arquitetura estendida do ambiente AdaptWeb®, a qual será apresentada em detalhes na próxima subseção, projetando seu funcionamento conjunto ao módulo sensível à situação desenvolvido.
Após especificação da arquitetura, foram gerados os diagramas de estados que descrevem a extensão proposta. A estruturação do desenvolvimento do módulo por meio dos diagramas de estados facilita o desenvolvimento por exigir detalhamento do ambiente a ser estendido e compreensão do funcionamento conjunto entre ambiente e módulo externo.
Além dos diagramas de estados (apresentados nas páginas 125 e 127), diagramas de atividades (apresentados nas páginas 129 e 130) foram desenvolvidos buscando modelar a implementação do modelo em um módulo externo e a ligação entre ele e o ambiente AdaptWeb®. Os diagramas de atividades foram úteis para detalhamento da troca de dados entre o módulo e o ambiente educacional e para determinação dos valores de variáveis necessários ao desenvolvimento.
Com a arquitetura e desenvolvimento estruturados, dispondo-se da rede de ontologias desenvolvida, em linguagem OWL-DL, e suas regras previamente testadas e funcionais (em linguagem SWRL), passou-se para definição dos pontos de comunicação entre o sistema educacional e o módulo desenvolvido. Neste momento, foi realizado estudo a respeito dos dados de contexto já oferecidos pelo Banco de Dados Administrativo do ambiente educacional e análise do tratamento necessário a esses dados para que fossem utilizados como instâncias do modelo de contexto desenvolvido. Neste ponto, foi feito também um levantamento a respeito dos dados não oferecidos pelo AdaptWeb®, e como seria possível obtê-los.
Os eventos responsáveis pela determinação da situação de aprendizagem foram definidos nos Capítulos 4 deste trabalho. Foi preciso, portanto, analisar no ambiente educacional em quais momentos o aluno realiza as ações relativas a estes eventos e como monitorá-las.
O passo seguinte consistiu da definição das situações de aprendizagem a serem analisadas nas simulações. Neste ponto, foram utilizadas as 8 situações identificadas no Capítulo 6 para teste da inferência das situações de aprendizagem. Os testes foram
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realizados utilizando-se dados reais, das disciplinas e cursos existentes na base de dados do ambiente AdaptWeb®.
7.2.2 Arquitetura Estendida
Nesta subseção é apresentada a arquitetura para desenvolvimento do módulo, denominado CONIC (Context Ontology Network for sItuation deteCtion), em conjunto à plataforma educacional AdaptWeb®. A arquitetura desenvolvida pré-entende a existência da plataforma educacional, adicionando a ela módulos internos para sensoriamento de elementos de contexto, não fornecidos atualmente pelo ambiente, e para monitoramento de eventos.
Na Figura 7.3 as letras minúsculas de “a” a “f” mostram o ordenamento do fluxo de dados atualmente válido e funcional na plataforma educacional, desde o processo de autoria da disciplina, por parte do autor (professor), até o acesso para navegação em uma disciplina, realizado pelo aluno.
O módulo de sensoramento de contexto, adicionado ao ambiente educacional, e o CONIC são apresentados na Figura 7.3 em cor roxa. A lógica de funcionamento do CONIC e dos demais módulos e submódulos implementados segue a indexação das letras maiúsculas de “A” a “J”, iniciando pela ligação do CONIC ao módulo de Armazenamento XML do AdaptWeb®.
Figura 7.3. Arquitetura do ambiente estendido
O módulo CONIC consiste principalmente da rede de ontologias apresentada no Capítulo 6 deste trabalho, a qual busca representar o conhecimento referente: ao domínio do aluno, suas preferências e perfil comportamental; ao domínio do ambiente educacional, que inclui a taxonomia de termos educacionais, os OAs e seus metadados e o projeto instrucional; e ao domínio tecnológico, o qual entende os dispositivos computacionais usados para conexão com o ambiente e a localização física atual do
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aluno. Além da rede de ontologias, o CONIC contém um banco de regras, definido em SWRL e SQWRL (Semantic Query-Enhanced Web Rule Language), para inferência sobre os dados dos domínios citados. As regras relativas a cada situação detectada foram apresentadas no Capítulo 6. Caso sejam definidas novas situações e, em decorrência disto, novas regras, estas são criadas diretamente no banco de regras, não sendo necessário efetuar alterações em outras partes do módulo CONIC.
Internamente ao módulo CONIC, dois submódulos são responsáveis pela comunicação dos dados do BD Administrativo e a rede de ontologias. Estes submódulos são: Gerência do Domínio Educacional, que tem como objetivo buscar o conteúdo instrucional e identificação dos OAs, armazenados em arquivos XML, e instanciá-los à ontologia; e Gerência do Domínio Tecnológico e do Aluno, responsável por transformar os elementos do contexto atual do aluno e do ambiente em instâncias da ontologia. A Gerência do Domínio Tecnológico e do Aluno também é responsável pela execução das regras de inferência e armazenamento da situação do aluno no BD Administrativo do ambiente educacional.
Para funcionamento do CONIC é necessário, primeiramente, a obtenção dos dados relacionados ao domínio educacional. Para isto, em “A”, a cada inclusão/alteração de disciplina o submódulo Gerência do Domínio Educacional irá acessar o arquivo XML referente a esta disciplina (armazenado na hierarquia definida pelo AdaptWeb® e nomeado como “estrutura_topico.xml”) e buscar os dados relativos a: identificação do objeto de aprendizagem; nome do objeto; nível de agregação da hierarquia de conteúdo; tipo (conceito, exercício, exemplo ou material complementar); palavras-chave; nível de complexidade. Esses dados são armazenados na ontologia, em “B”, pois serão usados para relacionar os elementos de contexto instanciados do aluno aos OAs sendo acessados por ele a cada intervalo de tempo. Esta informação persiste na ontologia, pois será válida para vários alunos independentemente de seus contextos tecnológicos e pessoais.
Na sequência, em “C”, a cada acesso do aluno ao ambiente educacional, dados referentes ao dispositivo computacional usado pelo aluno e sua localização são sensorados e armazenados no BD Administrativo, em “D”, pelo módulo Sensor de Contexto. Dados a respeito do dispositivo consistem de: resolução de tela (altura x largura); sistema operacional utilizado e browser usado para navegação. A partir destes dados, é possível saber se o usuário está em um dispositivo móvel, como smartphone ou tablet, ou computador pessoal. Ainda a respeito do dispositivo computacional, detecta- se se a conexão com a Internet ocorre com velocidade de conexão alta ou baixa. A localização do usuário é obtida com base em seu endereço de IP, o qual permite determinar: país, região, cidade, latitude e longitude.
Além de detectar dados sobre o dispositivo computacional usado no acesso e localização, o módulo Sensor de Contexto analisa a interação do usuário, registrando eventos importantes resultantes da ação do usuário com o sistema educacional. Os eventos relevantes são: entrada no sistema (login), continuidade (continuidade no acesso aos OAs de uma disciplina), mudança de disciplina sendo acessada e saída do sistema (logout). A cada evento ocorrido, o módulo Sensor de Contexto armazena essa ocorrência, juntamente com o tempo de ocorrência, no Banco de Dados Administrativo (em “D”) e é responsável por chamar o procedimento responsável pela análise de situação (“E”) no módulo CONIC.
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Neste momento, os dados de contexto referentes ao aluno devem ser analisados. A seta em “F” representa a busca dos dados de contexto do aluno para processamento da situação. Na Rede de Ontologias, as regras em SWRL (para armazenamento na ontologia) e em SQWRL (para retorno ao sistema e armazenamento no BD Administrativo) são executadas. A regra detecta a situação do aluno naquele momento, que será armazenada no banco de dados em “H”. A cada evento ocorrido, este procedimento se repete. Na ocorrência de nova situação, o tempo final da situação anterior é armazenado no BD e a nova situação, com tempo inicial válido, passa a ser a situação válida para adaptação.
Após detecção e armazenamento da situação no BD Administrativo, o módulo de Interface Adaptativa existente na plataforma educacional é informado (em “I”), devendo este módulo se responsabilizar pelo processo de filtragem dos OAs a serem apresentados aos usuários, em “J”.
Apesar da plataforma educacional AdaptWeb® ser desenvolvida em linguagem de programação PHP (Hypertext Preprocessor), optou-se por desenvolver o CONIC em linguagem Java, pois esta linguagem permite a manipulação mais rica e flexível da rede de ontologias e das regras SWRL e SQWRL.