Exemplos de programas de ensino que utilizam os recursos da Inteligência Artificial

Podemos destacar alguns sistemas que são citados na literatura, tais como: o EXCHECK (1967)- área de Lógica e Teoria de Conjuntos; QUADRATIC (1978)- área de subtração aritmética; APLUSIX (1988)- área de manipulação algébrica; WEST (1979) – jogo educacional na área de matemática; INTEGRATION (1973) – na área de cálculo;

Os programas LOGO e Cabri apresentam uma linguagem de programação que favorece o aprendizado por exploração e descoberta.

De acordo com Pozzebon (2003), o MATHTUTOR, desenvolvido pelo grupo do MathNet, da Universidade Federal de Santa Catarina, pretende apresentar os conceitos de abstração de dados e de procedimentos aos alunos de fundamentos da Estrutura de Informação, aplicada no curso de Engenharia de Controle e Automação. O sistema utiliza tecnologia de agentes cognitivos, aumentando a qualidade sob o ponto de vista pedagógico.

Em nível superior, tem sido muito difundido o uso de software de computação algébrica como Maple, Derive, Matlab e Mathematica. Esses softwares não contemplam uma abordagem pedagógica, mas o professor, através de uma metodologia coerente, tem usado como uma ferramenta auxiliar nas disciplinas de cálculo e álgebra. A maioria desses softwares contempla uma visualização gráfica muito eficiente. Diversos professores já vêm usando estes recursos computacionais na Universidade Federal de Santa Catarina, podemos citar como exemplo, Eger (1998), Gonçalves e Paladini (1998), Paladini et al (1998), Moreira (1999), Taneja (1997) entre outros. Na Universidade Estadual de Santa Catarina a ferramenta Maple é bastante utilizada na disciplina de cálculo. Existe um número de trabalho bem expressivo nessa área de várias instituições de ensino, inclusive com apostilas e exemplos disponíveis online.

Pelo fato de trabalhar no grupo GEIAAM (Grupo de Estudos de Informática Aplicada a Matemática) da Universidade Federal de Santa Catarina, gostaria de mencionar o desenvolvimento de alguns protótipos de modelos computacionais em nível fundamental, médio e superior, tais como Paraworld, ApliDer, Séries 98, Ieder 98, Cálmax , Geovetor, Tales 1.0, Poly 1.0,Mr. Math 2000 (GEIAAM, 2005).

Na área específica de Cálculo, podemos destacar algumas referências encontradas na literatura: Shoenfeld (1985) propôs uma estratégia para ajudar a selecionar as técnicas apropriadas para resolver problemas do cálculo de primitiva; Beeson (1989) desenvolveu um sistema especialista que se propunha a ajudar os alunos a resolver problemas de simplificações de expressões, equações trigonométricas, limites, derivadas e integral. Nicaud (1990) construiu um tutorial em cálculo algébrico baseado em resoluções pedagógicas. Delozanne (1992) desenvolveu um sistema baseado em técnicas de IA que possibilitava aos estudantes uma aprendizagem de como saber fazer o cálculo de primitiva, por resolução de problemas e explicações.

Atualmente, ao desenvolver um sistema tutorial inteligente embasado em uma fundamentação teórica e didática, deve-se levar em consideração estratégias que promovam a integração dessas áreas.

Zorita et all (1994, apud COSTA e WERNECK, 2004) identificam um conjunto de estratégias envolvidas no processo de tutoria que foram diferenciadas como operativas (guiar o aluno) e didáticas (alcançar os objetivos).

As estratégias operativas são responsáveis por:

Contextualizar o aluno - manter o aluno informado sobre o ciclo de atividades que está sendo seguido;

Motivar e manter a atenção dos alunos - lançar estímulos e propostas que ajudem a manter o interesse do aluno durante a navegação;

Guiar a atuação dos alunos - conduzir a resolução de exercícios fornecendo dicas e ajudas de modo a evitar erros constantes que podem desestimular o usuário.

Nessa linha de pesquisas, experiências da aplicação de softwares têm sido desenvolvidas, principalmente, no que diz respeito a motivar e prender a atenção do usuário durante a navegação. Faz-se necessário que o aluno trabalhe no ambiente lápis–papel e interaja com o software, caso contrário o aluno navega rapidamente pelo sistema, linearmente e sem uma preocupação com a real aprendizagem do conteúdo em questão. Por isso, questões- chave, as quais despertam o interesse e façam com que ele trabalhe no ambiente são de suma importância no processo de aprendizagem(ZUCHI & CONCEIÇÃO, 2003; GOULART, 2002)

As estratégias didáticas têm o papel de:

Apresentar o conhecimento do domínio – proporcionar uma formação tanto a nível teórico como prático, explicando conceitos, mostrando operações e propondo exercícios.

Avaliar o conhecimento adquirido – comprovar o conhecimento adquirido através de testes e exercícios práticos.

Tratar erros – complementar o conhecimento considerado deficiente.

Tchétagni et al (2004), apresentam um tratamento para os erros através de um STI baseado em técnicas de reforços. Os sistemas que apresentam reforços podem ajudar o estudante a entender e resolver um determinado exercício, corretamente, após ele ter falhado na resolução. Eles definem dois tipos de reforços: revisão e articulação.

O modelo do estudante, freqüentemente, revela informações importantes para o processo de diagnóstico. Por exemplo, como interpretar o fato que o estudante não é capaz de resolver um exercício? Falta de atenção ou suposição são, algumas vezes, responsáveis por isso. Entretanto, melhor que empregar um reforço profundo, o sistema pode proceder com uma simples revisão. Enquanto a revisão pode ser vista como um reforço trivial, o aspecto repetitivo força o estudante a relembrar ou revisar um processo de aprendizagem já vivenciada. Quando o problema diagnosticado é um conceito, o sistema pode mostrar os atributos e a importância destes no contexto do problema atual, assegurando a transferência da teoria para a prática (..). A condução da revisão depende das estratégias utilizadas. Aqui nós explanamos duas. A primeira, o tutor revisa as habilidades diagnosticadas e, após o tutor estimula o estudante a responder a mesma questão. Estas estratégias estão integradas no modelo pedagógico do sistema (TCHÉTAGNI et al, 2004, p.960, tradução livre).

O reforço baseado em articulação permite acompanhar o estudante na resolução passo- a passo de um exercício, favorecendo, desta maneira, a construção do conhecimento. A articulação é uma maneira significativa de trabalhar com o erro do estudante. De fato, usando um diálogo, é possível explorar questões com o intuito de realizar um diagnóstico, no contexto do exercício correspondente. Por exemplo, se a identificação ou reconhecimento de um conceito é falho, o sistema pode solicitar ao estudante para enumerar os atributos desse conceito. Se alguns atributos são ausentes ou com valores inválidos, o sistema também pode questionar aos estudantes sobre esses atributos (TCHÉTAGNI et al, 2004, tradução livre).

Esse processo de revisão faz com que o aluno se aproprie do conhecimento específico de cada etapa, antes de passar para a próxima. O fato do aluno apresentar falhas em um tópico específico, pode ser contornado, se o STI conseguir diagnosticar essa falha. Assim, o STI poderá lançar estratégias que permitem ao estudante recordar ou se apropriar desses conhecimentos.

Estas características tornam-se importantes na concepção de um artefato tecnológico para o ensino do conceito de limite. Conseguir diagnosticar as falhas do aluno referentes ao conteúdo em questão e propor alternativas para superar tais dificuldades representam fatores motivadores para o desenvolvimento de uma seqüência de ensino em um ambiente informatizado.

O fato de possibilitar ao estudante uma seqüência do conteúdo de limite, sob os dois pontos de vista, o de aproximação e o cinemático, num tutorial inteligente, pode propiciar ao aluno uma ferramenta em potencial no processo de ensino-aprendizagem desse conteúdo. É importante, que o aluno compreenda o conceito nas duas óticas e consiga estabelecer a relação entre eles. Uma seqüência concebida em um ambiente informatizado poderá contar com recursos, os quais não dispomos numa aula realizada no ambiente lápis-papel, como por exemplo, os recursos de animações que podem ser implementados em um sistema, uma navegação de acordo com o ritmo de cada estudante e feedbacks interativos e individualizados. Além disso, o aluno poderá acessar esta ferramenta a qualquer momento, ou seja, independente do espaço limitado de sala de aula.

Na seqüência apresenta-se o desenvolvimento de uma seqüência didática desenvolvida num ambiente computacional utilizando-se as características de um sistema tutorial inteligente descritas anteriormente.

7. DESENVOLVIMENTO DA SEQÜÊNCIA DIDÁTICA NUM AMBIENTE