Quanto mais relevante for o conhecimento adquirido para a vida do aluno, mais competências poderão ser efetivamente desenvolvidas no processo de aprendizagem. Neste contexto, este trabalho visa colaborar com o processo de ensino/aprendizagem de Farmacologia, através do desenvolvimento de uma ferramenta computacional baseada nos conceitos de Inteligência Artificial, Ontologia e Simulação.
PROBLEMA DE PESQUISA
Solução Proposta
Portanto, este trabalho apresenta uma ferramenta computacional inteligente baseada em ontologias e sistemas especialistas para ensino e experimentação em Farmacologia, visando representar as reações bioquímicas causadas por determinado medicamento no organismo através do uso de simulação. Assim, temos a seguinte hipótese para o trabalho: A utilização de uma ferramenta computacional baseada em ontologia, sistemas especialistas e simulação para ensino e experimentos em Farmacologia é capaz de aumentar a compreensão das reações bioquímicas que ocorrem no organismo quando um medicamento é manipulado. , reduzindo assim a abstração desses conceitos.
Delimitação de Escopo
Este trabalho utiliza técnicas de representação de conhecimento como ontologias e sistemas especialistas juntamente com técnicas de simulação para desenvolver um simulador computacional que representa os efeitos de um determinado medicamento no corpo de um paciente. Este trabalho tem como foco a farmacodinâmica, pois existe uma preocupação em compreender as reações de determinados medicamentos no organismo.
Justificativa
Como a inflamação pode afetar qualquer tecido do corpo, este trabalho limita-se ao tratamento da asma. Este trabalho pretende contribuir para a análise do potencial desta abordagem, considerando os conceitos de farmacodinâmica de alguns medicamentos envolvidos no tratamento da asma como estudo de caso.
OBJETIVOS
Objetivo Geral
Objetivos Específicos
METODOLOGIA
Método de Pesquisa
Como este trabalho teve como objetivo utilizar um sistema computacional de simulação baseado em ontologias para auxiliar no ensino de Farmacologia, o estilo de pesquisa de. Portanto, o método de pesquisa seguido foi o método empírico, pois foi feita uma comparação entre o método de ensino utilizado atualmente com a ferramenta de simulação proposta neste trabalho.
Procedimentos Metodológicos
Por ser possível e viável a realização de testes em algumas turmas e cursos que possuem a disciplina de farmacologia, esta pesquisa pode ser caracterizada pela utilização do método indutivo, uma vez que parte de questões específicas para chegar a uma conclusão generalizada, evidenciada ou não. a eficácia do sistema proposto (WAZLAWICK, 2008). Modelagem e requisitos do próprio sistema: Modelagem da arquitetura do sistema, como as mensagens serão trocadas entre os módulos e o fluxo de trabalho do sistema;
ESTRUTURA DO TRABALHO
Para apresentar os conceitos necessários à pesquisa, este capítulo está estruturado para apresentar primeiro como a tecnologia da informação é usada na educação (seção 2.1), depois, para ambientes de aprendizagem inteligentes e tutores inteligentes para a educação (seção 2.2). Além disso, são apresentados os conceitos e métodos de ensino da farmacologia, também pontos que precisam ser fundamentados, apresentados na seção 2.6 e na seção 2.7.
INFORMÁTICA NA EDUCAÇÃO
Evolução da informática na educação brasileira
A simulação permite a utilização de diferentes técnicas para sua modelagem, visto que este trabalho visa utilizar ontologias (Seção 2.4) e sistemas especialistas (Seção 2.5), as seções correspondentes apresentam um breve histórico sobre cada um desses tópicos. Com os trabalhos dos autores citados, pode-se observar que nos últimos anos muitas pesquisas têm sido feitas na área de tecnologia da informação na educação.
AMBIENTES INTELIGENTES DE APRENDIZAGEM E SISTEMAS
- Ambientes interativos de aprendizado
- Sistemas de Modelagem e Simulação
- Ambientes de Programação
- Sistemas de autoria
- Jogos
O módulo Modelo do Aluno (SME) contém uma representação do estado atual do conhecimento e desempenho do aluno no que está sendo ensinado. Controlo do aluno em vez de controlo do sistema: o aluno tem um controlo significativo da interacção de aprendizagem;
MODELAGEM E SIMULAÇÃO
- Definição
- Elementos de modelagem
- Estrutura de modelagem
- Tipos de modelagem
- Tipos de simulação
- Vantagens e desvantagens no uso de simulação
Eventos endógenos podem ser considerados como eventos de simulação e interações que alteram o estado do sistema. Isto não é possível no mundo real devido ao fato de não ser possível controlar todas as variáveis do sistema.
ONTOLOGIA
- Componentes e tipos de ontologia
- Abordagens de desenvolvimento
- Metodologias de desenvolvimento
- Ferramentas de desenvolvimento
- Linguagens
Abordagem sintética: visa desenvolver uma ontologia unificada gerada por um conjunto base de ontologias, onde nenhuma pode substituir a outra. Devido a esses problemas destacados, há necessidade de adoção de uma metodologia para o desenvolvimento de uma ontologia.
SISTEMAS ESPECIALISTAS
Componentes de um sistema especialista
A base de conhecimento é onde estão localizados os fatos e regras que representam a base de conhecimento do especialista. Um motor de inferência toma decisões e julgamentos com base em dados simbólicos contidos na base de conhecimento (SCHNEIDER et al., 1996).
FARMACOLOGIA
Farmacocinética
As moléculas do fármaco são transportadas na sua forma livre ou ligadas às proteínas plasmáticas ou teciduais. A extensão da distribuição de um medicamento no corpo pode ser expressa como o volume aparente de distribuição do medicamento.
Farmacodinâmica
Outros efeitos indiretos ou retardados são alterações no funcionamento de um sistema orgânico e possíveis alterações no funcionamento de todo o organismo. A adição de um grupo fosfato pode alterar significativamente a estrutura tridimensional da proteína alvo, agindo assim como um ligante molecular.
Asma
A terapia para a asma é por vezes dividida em duas categorias: agentes para alívio a curto prazo e agentes para alívio a longo prazo. O controle em longo prazo geralmente é obtido pela manipulação de anti-inflamatórios, como corticoides inalatórios, glicocorticóides e anticorpos monoclonais anti-IgE (KATZUNG, 2006).
O ENSINO DE FARMACOLOGIA
Compreender as cascatas de sinalização é fundamental para compreender os efeitos bioquímicos de uma droga no corpo. Segundo a ANVISA (2013), foram concedidos 1.275 registros de medicamentos em 2012, sendo que a grande maioria são medicamentos com múltiplos princípios ativos, ou seja, contêm mais de um medicamento em sua composição.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Pensando nisso, conhecer todas as variáveis que afetam a eficácia de um medicamento no organismo e todas as regras de todos os medicamentos é uma tarefa muito complicada, principalmente para os estudantes, que geralmente desconhecem os principais medicamentos em circulação. Este capítulo tem como objetivo demonstrar os resultados obtidos através de uma revisão sistemática de alguns trabalhos acadêmicos básicos.
PROTOCOLOS DE PESQUISA
- Questões de pesquisa
- Estratégias de busca
- Procedimento e critérios de inclusão dos estudos
- Procedimento para avaliação da qualidade e pontuação dos estudos
- Estratégias para extração dos dados
Existem diversas fontes de pesquisa acadêmica, para se ter uma revisão sistemática consistente é necessário buscar referências teóricas em algumas das bases de trabalhos acadêmicos mais referenciadas. Avaliação: Avaliar se o trabalho apresenta qual ontologia foi utilizada e aplicar os critérios de qualidade apresentados no protocolo de revisão sistemática.
APLICAÇÃO DOS PROTOCOLOS DA REVISÃO SISTEMÁTICA
Para cada uma das buscas sistemáticas foi criada uma tabela mostrando a pontuação de cada uma das obras selecionadas. A Tabela 10 apresenta os 6 trabalhos aprovados e suas pontuações nas ferramentas utilizadas para o ensino de farmacologia.
EXTRAÇÃO DE DADOS DOS TRABALHOS SOBRE ONTOLOGIAS
- Improving the Data Quality of Drug Databases using Conditional
- Achieving Semantic Interoperability between Physiology Models and
- Chemical Entity Semantic Specification: Knowledge representation for
- Considerações
Em seu trabalho os autores apresentam uma correlação entre modelos fisiológicos cardiovasculares (dados existentes na ontologia) e dados clínicos (dados fornecidos pelo próprio especialista em saúde) relacionados à apuração semântica da relação anatômica entre variáveis do modelo circulatório de Guyton e dados anotados. em termos de doenças vasculares SNOMED-CT e Classificação Internacional de Doenças (CID-10). Os autores desenvolveram a Especificação Semântica de Entidades Químicas (CHESS) usando identificadores canônicos e consistentes para cada aspecto das entidades químicas.
EXTRAÇÃO DE DADOS DOS TRABALHOS SOBRE FERRAMENTAS
- Interactive E-learning module in pharmacology: a pilot project at a rural
- Using Audience Response Technology to provide formative feedback on
- Crossword puzzles: self-learning tool in pharmacology
- Considerações
Mas nenhuma dessas metodologias se concentra no desenvolvimento de sistemas baseados em conhecimento voltados para o ensino. Em seu trabalho, Knublauch (2002) argumenta que o processo de desenvolvimento de sistemas baseados em conhecimento deve levar em conta três fatores essenciais: feedback, colaboração e evolução.
METODOLOGIAS RELACIONADAS
- CommonKADS
- MAS-CommonKADS
- OTK
- SPEDE
Aquisição prévia de conhecimento (CA): descreve as necessidades de conhecimento para a fase de projeto e análise; Cada etapa do projeto é seguida por uma etapa de análise e cada passo atrás é precedido por uma etapa de aquisição de conhecimento (CA).
COMPARATIVO ENTRE AS METODOLOGIAS
- Definição preliminar dos requisitos
- Aquisição preliminar do conhecimento
- Refinamento e análise do conhecimento
- Modelagem e requisitos do sistema
- Modelagem e requisitos do sistema inteligente
- Implementação e evolução
Após conhecer a viabilidade de um sistema baseado em conhecimento, é necessário adquirir os conhecimentos necessários ao desenvolvimento do SBC. Dentro do módulo Regras de Negócio está um módulo exclusivo do Sistema Inteligente que conterá as técnicas de inteligência artificial do sistema.
CONSIDERAÇÕES
Dado que o trabalho aqui proposto não se baseia em agentes inteligentes, mas centra-se num sistema especialista e na utilização de ontologias na educação, não será necessário desenvolver agentes. Como a maioria das metodologias de desenvolvimento e uso de ontologias, elas visam reutilizar uma ontologia já desenvolvida.
ANÁLISE COMPARATIVA DAS ONTOLOGIAS PESQUISADAS
Anatomic Therapeutic Chemical
Mais detalhes sobre o sistema de classificação ATC serão apresentados a seguir, apresentando a estrutura desse sistema e como os termos e medicamentos são nomenclaturados. No sistema de classificação ATC os medicamentos são divididos em grupos de acordo com o órgão ou sistema sobre o qual atuam e suas propriedades químicas, farmacológicas e terapêuticas.
Considerações
Os nomes utilizados no sistema ATC são normalmente baseados em diversas agências responsáveis pela nomenclatura exclusiva. Portanto, para este trabalho foi determinado que o método de classificação ATC possui uma melhor descrição que pode ser utilizada neste trabalho, pois é o que melhor se aproxima da definição da ontologia a ser utilizada (documento ORSD - APÊNDICE A.3).
BASES DE DADOS RELACIONADOS
Esta seção apresentará os critérios de seleção das ferramentas e uma análise comparativa entre ferramentas similares em alguns dos critérios utilizados nesta proposta. A Tabela 19 apresenta uma análise comparativa entre ferramentas semelhantes e a proposta deste trabalho, em alguns pontos considerados importantes para o projeto proposto, como a disponibilidade da versão online, a possibilidade de expansão da ferramenta, a interface ergonômica, o armazenamento de resultados de simulação, conte com o auxílio do tutorial, da área de atuação sobre os efeitos das drogas no corpo humano e apresentando os resultados por meio de animações.
CONHECENDO AS DIFICULDADES DO PÚBLICO ALVO
Considerações
Ao aplicar o questionário, pôde-se observar que a maioria dos alunos demonstra a necessidade de softwares computacionais para auxiliar no ensino/aprendizagem devido à utilização de conceitos abstratos e difíceis de visualizar e imaginar no mundo real. A justificativa para a utilização de um simulador é a necessidade dos alunos quando afirmam necessitar de softwares, ferramentas tridimensionais, vídeos, gráficos e animações, além de aulas mais interativas.
VISÃO GERAL DO SISTEMA
Análise de Requisitos
Os requisitos aqui apresentados são os mesmos levantados com os especialistas na etapa de Análise Preliminar de Requisitos da metodologia. Como não houve alterações nos requisitos preliminares e finais, eles são oferecidos apenas uma vez.
MODELAGEM DO SISTEMA
Arquitetura do sistema
A Figura 15 mostra um exemplo de funcionamento desse tipo de arquitetura, que é dividida em Web Server, servidor onde estão hospedadas as camadas de lógica de negócio e a camada de persistência; e Estação de Trabalho, onde o usuário pode acessar o sistema, a camada de apresentação. Além disso, a Figura 15 também mostra o fluxo básico de troca de mensagens entre os módulos do sistema, onde os terminais se conectam ao servidor e trocam informações HTTP, a camada lógica de negócio recebe as informações enviadas pelo usuário, processa e retorna as informações.
Módulos do sistema
Este módulo pode ser considerado o mais importante do sistema, pois contém a maior parte da inteligência do sistema. É responsável por gerar a simulação com base nos dados do Módulo de Armazenamento e do Módulo de Interface.
MODELAGEM DO SISTEMA ESPECIALISTA
Modelagem do conhecimento
O fluxo de informações para cada medicamento foi criado a partir das instruções de uso dos medicamentos e das descrições de sua farmacodinâmica nas ontologias aplicadas e nos trabalhos de Rang e Dale (2011) e Katzung (2010). Avalia e define as variáveis de entrada do fluxo de informações sobre medicamentos e conscientização sobre asma.
Escolha da Shell
Idioma, documentação oferecida, licença, disponibilidade para download e data da última versão foram utilizados como critérios para escolha de um shell. Shell Language Documentation Licença Data de download Versão mais recente Intellec Não notificado Não disponível Não disponível Não disponível Fev/2005.
SIMULAÇÃO
Apresentação do caso clínico
Considerando o caso clínico apresentado na Figura 19, a Figura 20 apresenta o esboço de uma tela mostrando as informações a serem inseridas sobre o paciente e o medicamento a ser administrado. É possível perceber que algumas informações já estão preenchidas, essas informações são coletadas do próprio caso clínico.
Apresentação da simulação
RESULTADOS
Nesta parte, os usuários foram questionados sobre a navegabilidade e usabilidade do site (Figura 27), se precisavam utilizar o manual do sistema (Figura 28), se o site esclareceu alguns conceitos abstratos (Figura 29) e também solicitaram uma avaliação em relação à satisfação no site (Figura 30). Quanto à navegabilidade e usabilidade do site do sistema, 91% dos entrevistados (59) afirmaram que o site oferece uma navegação dinâmica e simples, enquanto 9% (6) afirmaram que o site não.
CONTRIBUIÇÕES DA DISSERTAÇÃO
Como a ferramenta utiliza informações que estão presentes na ontologia, o sistema não necessitará de uma mudança muito brusca caso essa informação mude. Em relação à redução de inconsistências de modelo, como toda a base de conhecimento foi construída na ontologia, caso a ontologia apresente inconsistências, isso será comunicado ao sistema.
TRABALHOS FUTUROS
Programa de Pós-Doutorado em Ensino de Ciências Naturais e Matemática pelo Centro de Ciências Exatas e da Terra da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, UFRN, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2010. Programa de Pós-Doutorado em Ciência da Computação da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, PUC-Rio, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2002.
