Estrutura Típica de um Sistema Tutor Inteligente

Neste capítulo é abordada a estrutura típica de um STI e algumas arquitecturas propostas por investigadores são referenciadas, sendo de seguida abordados os três módulos principais da arquitectura dita clássica: Modelo Tutor, Modelo Domínio e Modelo Aluno, bem como o Modelo de Interface. Alguns sistemas desenvolvidos são brevemente referidos.

2.1. Estrutura Típica de um Sistema Tutor

Inteligente

Nos Sistemas IAC todos os componentes necessários ao processo de instrução estavam combinados numa única estrutura, o que causava problemas quando era necessário proceder a alterações no sistema, a diferentes níveis. Surgiu a necessidade de separar o sistema em componentes que representem as diferentes formas de actuação do tutor e do aluno numa situação de ensino:

• O conhecimento a ser ensinado; • O módulo de instrução;

• Um mecanismo para modelar o aluno; • O método de comunicação.

Clancey e Soloway sugerem os seguintes modelos para uma arquitectura de um STI, [Clancey,Soloway, 90]:

• Um modelo explícito do domínio e um programa capaz de resolver problemas do domínio;

• Um modelo do aluno que caracterize, com um nível de detalhe adequado, o que o aluno sabe;

• Um modelo de ensino capaz de fornecer instrução para remediar erros e/ou apresentar novo material didáctico.

O processo de ensino - aprendizagem necessita de uma interacção entre os diferentes agentes envolvidos: o tutor, o aluno, o perito do domínio e o ambiente de ensino ou interface. Vários autores, tais como Sleeman e Brown e Burns e Capps, argumentam que um STI deve conter quatro módulos interligados, como apresentado na Figura 2, [Sleeman, Brown, 82], [Burns,Capps, 88]:

Figura 2 - Estrutura típica de um STI

Esta arquitectura é denominada de clássica, sendo também conhecida como funcional tripartida ou arquitectura tradicional de STI. O termo tripartida refere-se às funções associadas aos módulos tutor, do aluno e domínio. Esta proposta trouxe grandes avanços à modelação de ambientes educacionais, pois separou o domínio da sua forma de manipulação (no sentido de utilização). Permitindo, assim, que estratégias de ensino fossem associadas em função das informações oriundas da modelação do aluno. Ou seja, a arquitectura proposta deu início a uma nova forma de modelar os STI, onde o domínio estudado fica separado das estratégias, permitindo a troca das mesmas conforme a teoria cognitiva predominante no STI, ou em sistemas mais evoluídos, conforme a teoria cognitiva mais adaptada ao aluno.

2.2. Arquitecturas de Sistemas Tutores

Inteligentes

É difícil identificar claramente uma arquitectura geral para os STI, no entanto vários trabalhos apontam para a arquitectura clássica referida anteriormente como a arquitectura tradicional de um STI. Avanços nas ciências da computação têm levado ao aparecimento de novas arquitecturas, existindo sempre no entanto, uma certa relação com a arquitectura dita clássica, mesmo na abordagem deste problema através do uso de agentes.

Assim, originalmente os STI implementavam-se seguindo o paradigma procedimental. Padeciam, no entanto, de algumas limitações relativas às linguagens utilizadas e ao hardware disponível. A impossibilidade de representar domínios complexos e a falta de visão global acerca das concepções das aprendizagens, não permitiam a criação de um sistema que pudesse ter as características básicas dos STI propostos por Carbonell, e que fossem eficientes. Surgiram também implementações usando programação orientada a objectos, as implementações através de módulos integravam-se para formar um sistema expansível. Por último, surgiram as evoluções baseadas em sistemas multiagentes, e que presentemente se revelam como capazes de melhor atingir os objectivos propostos, [Carbonell, 70], [Russell, Norvig, 03].

A modelação de STI é pois uma tarefa complexa, obrigando a considerar os três módulos fundamentais da arquitectura tripartida, proposta por Carbonell e revista por Self, de forma integrada e com tarefas concomitantes, [Carbonell, 70], [Self, 99].

Ao modelar um STI devemos considerar as características do domínio (conteúdo), o comportamento observável e mensurável do aluno, nas suas mais variadas vertentes (modelo do aluno) e, o conjunto de estratégias pedagógicas a serem utilizadas pelo módulo tutor na busca de um ensino personalizado e efectivo, potenciadoras do processo ensino – aprendizagem.

A sistematização do conhecimento pedagógico a ser colocado no tutor constitui a tarefa mais complexa de toda a arquitectura, no que concerne à modelação e implementação. No entanto, desde o início da pesquisa em Inteligência Artificial e sua aplicação à educação, a necessidade de inserir mecanismos de apoio à aprendizagem, tais como estratégias e tácticas de ensino, baseadas naquelas utilizadas pelos professores nas salas de aula, é um dos grandes desafios na pesquisa desta área. As limitações de hardware e software são factores que contribuem para que esta tarefa não seja atingida ainda na sua plenitude, [Silva, 98].

Com o surgir de novas tecnologias, estas permitiram aos investigadores superar muitas questões em aberto na investigação de STI. A tecnologia de agentes tem-se mostrado muito promissora para modelação e implementação de STI, [Giraffa, Viccari, 99].

A arquitectura dos STI é normalmente composta de módulos responsáveis por representar com maior ou menor grau de detalhe as principais funcionalidades de um STI. Esses módulos são responsáveis pela representação do conhecimento a ser transmitido, pelas regras que determinam como esse conhecimento será transmitido, e pela representação do estado mental actual do aluno. Um exemplo é a arquitectura proposta na Figura 3, [Burns,Capps, 88]:

Figura 3 - Arquitectura de um STI, adaptado de [Burns,Capps, 88] A arquitectura observada na Figura 3 possui três componentes:

• Módulo Aluno • Módulo Tutor • Módulo Especialista.

Essa arquitectura tripartida deu início a uma nova forma de modelar um STI, onde o domínio em estudo fica separado das estratégias de ensino, permitindo a troca dessas estratégias, conforme a teoria cognitiva predominante no STI, ou consoante as necessidades, motivações e adaptabilidade do aluno.

Módulo Aluno: responsável pelo diagnóstico do estado de conhecimento do aluno e que

está armazenado no seu modelo. Esse modelo, consiste em informações persistentes sobre o estado mental actual do aluno, representando tanto o nível de conhecimento quanto informações referentes a preferências e objectivos individuais;

Módulo Tutor: selecciona as estratégias de ensino-aprendizagem que serão utilizadas

para colmatar as deficiências de conhecimento do aluno, conforme as informações obtidas a partir do seu modelo;

Módulo Especialista: contém o conhecimento do domínio, armazenando as

informações a respeito do assunto abordado pelo STI. Informações essas que são obtidas através de peritos e que serão utilizadas no processo de ensino - aprendizagem. O conjunto dessas informações compõe o modelo do domínio. Por outras palavras, contém o conhecimento a ser transmitido ao aluno.

A Figura 4 mostra como Mctaggart incorpora o interface como parte da arquitectura do sistema, totalizando quatro componentes, [Mctaggart, 01].

Módulo Especialista Módulo Tutor Módulo Aluno A m b ie n te In te rf a ce

Self associou à arquitectura clássica um modelo de interacção, Figura 5, onde o módulo de domínio não é apenas uma forma de tornar as informações inter - relacionadas, mas sim um modelo dos aspectos do conhecimento sobre o domínio que o aluno pode aceder durante as interacções com o STI, Modelo da Situação, [Self, 99].

O módulo do aluno não relaciona somente as informações sobre a análise das interacções do aluno com o domínio, mas procura também uma maior contextualização dessas interacções em função das acções do aluno, do contexto em que elas ocorrem e da estrutura cognitiva do aluno naquele momento, Modelo de Interacção.

Figura 4 - Arquitectura de um STI proposta por McTaggart, adaptado de [Mctaggart, 01]

O módulo tutor deixou de ser apenas o responsável pela selecção do conteúdo e das estratégias, para se tornar, de uma forma mais ampla, aquele que conduz o aluno de acordo com objectivos e desafios educacionais que o ambiente proporciona ao aluno, Modelo de Permissões.

Figura 5 – Arquitectura de um STI segundo Self, adaptado de [Self, 99]