A disciplina de Estrutura de Dados é tomada como base para o desenvolvimento de diversos sistemas computacionais, e este cenário é o foco deste trabalho. Sua proposta é criar um Sistema Tutor Inteligente (STI) que possa auxiliar os alunos da disciplina Estrutura de Dados do curso de Ciência da Computação do CTTMar-UNIVALI a ampliar seus conhecimentos.
OBJETIVOS
Objetivo Geral
Isso evidencia a necessidade de desenvolver uma ferramenta que auxilie os alunos na absorção de conteúdos e conceitos durante o processo de ensino-aprendizagem, no caso deste trabalho, para a disciplina Estrutura de Dados. Também é possível destacar a disponibilidade do professor de estruturas de dados para auxiliar no processo de geração do conteúdo do sistema e nas provas finais (avaliação).
Objetivos Específicos
A execução deste projeto de pesquisa justifica-se em nível de Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) do curso de Ciência da Computação, pois desenvolve uma solução computacional que faz uso das diversas tecnologias aprendidas ao longo do curso, entre as quais pode ser citada. composto por estrutura de dados, inteligência artificial, programação e banco de dados. A razão da escolha da disciplina Estrutura de Dados é que ela é a base para o desenvolvimento de diversos sistemas informáticos e a taxa de aprovação geral da disciplina, na disciplina de informática do CTTMar-UNIVALI, ronda os 60%, o que acreditamos poder ser melhorado com outras formas de educação.
METODOLOGIA
ESTRUTURA DO TRABALHO
Inicialmente é apresentada uma descrição da Estrutura de Dados e em seguida são delineados os pontos relevantes utilizados neste trabalho. No quarto tópico, Inteligência Artificial, é apresentada uma descrição da inteligência que será apresentada no projeto.
ESTRUTURA DE DADOS
- Tipo Abstrato de Dados
- Pilha
- Fila
- Lista
- Árvore
Dados são a estrutura computacional necessária para armazenar o conteúdo da fila e operações são funções e/ou procedimentos que descrevem a finalidade do TAD. Para isso, é necessário definir o número máximo de n elementos na fila vetorial; A Figura 14 mostra a estrutura da fila.
INFORMÁTICA NA EDUCAÇÃO
Educação à Distância
O ambiente convencional de ensino-ensino sofreu mudanças significativas com o surgimento dos computadores nas salas de aula (SOBRAL; FERREIRA, 2000, p. 1). No entanto, a Internet deve ser sempre vista como uma ferramenta de apoio à aprendizagem que tem permitido a expansão dos softwares educativos, assumindo dimensões globais e permitindo a ligação de estudantes de todas as partes do mundo, minimizando o problema das distâncias geográficas. O objetivo principal seria a busca de um melhor aproveitamento visando a possibilidade de uma maior integração e flexibilidade no processo de ensino-aprendizagem, conforme descrito por Sobral e Ferreira (2000, p. 1), o de “promover a motivação dos alunos, além de educá-los, resultando na remodelação de técnicas e metodologias de ensino".
É importante que o professor saiba desempenhar o seu papel de forma organizada e pedagógica, e que o aluno consiga trabalhar o conhecimento no seu tempo, sendo gestor do seu próprio conhecimento, "já que o maior risco é confundir esse psicopata. -processo pedagógico de atmosfera online com mera formação técnica operacional” (LÈVY, 1998 apud GREGIO, 2003, p. 3). A educação a distância surge como uma modalidade para superar as limitações da educação presencial, que apresenta vantagens na medida em que rompe com restrições espaciais e geográficas, reduz o custo por aluno, atende uma população diversificada, pessoas de diferentes localidades e com diferentes profissões, defende o respeito pelo ritmo pessoal de aprendizagem e desenvolve a autodisciplina de estudo.
Software Educacional
Muitas dessas classificações não levam em consideração um aspecto fundamental, que é o tipo de aprendizagem proporcionado pelo ambiente. Tutorial: segue o modelo tradicional de ensino presencial, onde o conteúdo é pré-organizado pelo professor e o aluno escolhe o conteúdo que deseja estudar dentre as diversas opções disponíveis; Jogos educativos e simulações: o processo de aprendizagem é feito através de jogos, onde existe um processo competitivo e a simulação é a execução de um modelo previamente definido.
Nestes ambientes existe um modelo de simulação onde o tipo de ação realizada pelo aluno fará diferença no resultado do jogo.
SISTEMAS TUTORES INTELIGENTES
Arquitetura de Sistemas Tutores Inteligentes
É composto por material didático, que pode incluir: aulas, animações, filmes, exercícios, exemplos, desafios, dicas (VICARI; GIRAFFA, 2003, p.171). Portanto, tal módulo deve ser capaz de acompanhar todo esse processo de aprendizagem (CONCEAÇÃO, 2003, p. 64). Jesus (2003, p. 6) concorda com essa ideia, dizendo que a partir das informações do modelo de aluno e do modelo de domínio, o tema a ser apresentado é selecionado e sequenciado e enviado para a interface gráfica.
Jesus (2003, p. 6) continua seu pensamento e afirma que “o uso de apresentações gráficas, especialmente animações, pode ajudar a melhorar o processo de ensino e aprendizagem dos alunos”. Vicari e Giraffa (2003, p. 178) dizem que “uma boa interface é essencial para o sucesso de qualquer sistema interativo” e afirmam que na interação o STI desempenha duas de suas funções mais importantes: a apresentação de material instrucional e o monitoramento de progresso dos alunos, recebendo as respostas dos alunos.
Exemplos de Sistemas Tutores Inteligentes
SOPHIE (WOOLF, 1988 apud COSTA, 2002): o sistema tem como objetivo ajudar o aluno a encontrar erros em um circuito eletrônico. WÖHLER (LUZZI et al, 1997): é um ambiente inteligente que visa apoiar o ensino na área de Química Orgânica. Estrutura de Dados de Ensino para Surdos (FRANÇA, 2005): sistema voltado ao ensino de conteúdos de EaD para surdos.
West Expressões aritméticas Regras Ambiente reativo com treinamento Buggy Subtraction Network Processual Ambiente reativo com orientação. Rede Semântica Pascal Ambiente reativo com orientação Modelo funcional de propulsão a vapor Steamer Ambiente reativo com orientação Treinamento de regras e estruturas de engenharia de Macavity.
INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL
Sistema Especialista
Em muitos casos, o conhecimento adquirido com estas experiências não é sólido, mas está definitivamente na forma de regras tecidas que são armazenadas em algum lugar, para serem usadas quando forem relevantes para uma nova situação. Essas regras práticas são chamadas de heurísticas no jargão da IA e representam a principal base do conhecimento que tentamos preservar para o uso de sistemas de linguagem natural, sistemas especialistas (ES) e bots. Kandel (1992 apud NASCIMENTO, 2003, p. 11) caracteriza os SE como “sistemas que reproduzem o conhecimento de um especialista adquirido durante anos de trabalho”.
Portanto, é necessário que este sistema seja construído com o auxílio de um especialista humano, que fornecerá a base de informações com seu conhecimento e experiência. No SE você pode recuperar e usar novos fatos e regras sem alterar a estratégia de busca.
Ambiente de Desenvolvimento de Sistemas Especialista
Um SE baseado em regras escrito em CLIPS é um programa orientado a dados onde fatos e objetos, se desejado, são os dados que estimulam a execução pelo mecanismo de inferência. Uma função no CLIPS é normalmente um pedaço de código executável identificado por um nome específico, que retorna um valor ou executa um efeito colateral útil (como impressão). A última parte de uma regra é a lista de zero ou mais ações que serão executadas quando a regra for acionada.
Inicia com a definição de uma regra (linha 1), definição de um fato (linha 2), na linha 3 mostra a ativação do fato e um gatilho de ação pela agenda (linha 9). O gatilho executa a ação definida pela regra (lado direito da linha 1) e um novo fato é inserido na lista de fatos.
CONSIDERAÇÕES
O padrão definido pela regra (lado esquerdo da regra 1) corresponde ao fato (regra 2), é ativado no esquema e é ativado. Porque no tema EaD percebeu-se que esta é uma fronteira que não conhece fronteiras e assim surge a necessidade de melhorar e desenvolver sistemas e profissionais para este segmento de mercado, seja na área da formação ou da educação. É por isso que há necessidade de sistemas que tornem o aprendizado interessante e que não tornem o aluno apenas um virador de páginas ou um navegador.
Neste ponto foi importante a seção sobre CTI, onde foi possível desenvolver através de pesquisas a tecnologia existente voltada para desenvolver sistemas de tutoria agradáveis aos alunos e monitorá-los em segundo plano. A seguir, é descrita a modelagem do sistema, utilizando UML (Unified Modeling Language), que descreve os casos de uso.
ANÁLISE DE REQUISITOS
Requisitos Funcionais
Requisitos Não-Funcionais
DIAGRAMAS DE CASOS DE USO
Cenário do Professor
Cenário do Aluno
O diagrama que apresenta os casos de uso relacionados às ações do professor é mostrado na Figura 26. O diagrama que apresenta os casos de uso relacionados às ações do aluno é mostrado na Figura 27.
Cenário do Administrador
Um diagrama representando os casos de uso associados às ações do professor é mostrado na Figura 28.
ARQUITETURA DO SISTEMA
O sistema também fornece informações que podem orientar o aluno sobre possíveis ações a serem tomadas para obter melhores resultados no aprendizado da disciplina durante o semestre. A árvore que modela toda a situação de tirar dúvidas, definir o perfil e propor possíveis ações para o aluno é mostrada na Figura 29. O módulo Domínio contém o conhecimento do especialista que pode ser incluído, excluído ou modificado para melhorar o material didático oferecido. é fornecido ao aluno através do Módulo Tutor.
A tarefa de identificar a ação a ser tomada é realizada por um sistema especialista integrado neste módulo, desenvolvido através do CLIPS. A criação do sistema especialista será descrita com mais detalhes posteriormente neste capítulo.
BASE DE DOMÍNIO
O Módulo Base do Aluno corresponde à persistência de informações relevantes ao aluno, identificadas nos requisitos funcionais, conteúdo já obtido pelo aluno, desempenho, visualização de dados, seu perfil, bem como o histórico dos exercícios que ele resolveu. O Domínio Módulo Base refere-se às informações sobre os recursos disponíveis cadastrados pelo professor, como as disciplinas a serem cursadas e os exercícios a serem realizados.
IMPLEMENTAÇÃO
- Estrutura do Sistema
- Ambiente do Administrador
- Ambiente do Professor
- Ambiente do Aluno
- Ambiente do Sistema Especialista
Na opção de revisão de conteúdo, mostrada na Figura 40, são apresentados os tópicos da unidade que o aluno já estudou (no caso, a unidade da pilha). O processo utilizado para conectar o STI desenvolvido em PHP e o SE desenvolvido em CLIPS é mostrado na Figura 41. As respostas do aluno servirão para fornecer a seção de fatos do STI, mostrada na Figura 42 – linhas 10 a 16.
Para a comunicação (entrada e saída de dados) entre a aplicação e o SE, foram implementados templates (deftemplate) no conjunto de regras conforme mostrado na Figura 43. Para uma boa comunicação (entrada e saída de dados) entre a aplicação e o IF, foram implementados templates (deftemplate). implementado no conjunto de regras conforme mostrado na Figura 45.
VALIDAÇÃO DO SISTEMA
Neste trabalho foram apresentados diversos conceitos que forneceram a base necessária para o desenvolvimento de um STI para ensino de estrutura de dados. Neste ponto, surgiu cada vez mais entusiasmo pelo desenvolvimento do projeto, pois surgiu a ideia de desenvolver um sistema que pudesse interagir e auxiliar no aprendizado dos alunos, recebendo e fornecendo informações a eles, como se, para assim falar, uma vida em si, é algo que fascina todo pesquisador. Para que o sistema tivesse esse tipo de liberdade, foi fundamental a ajuda de um especialista no seu desenvolvimento, principalmente na implementação da árvore de decisão utilizada para modelar o Módulo Tutor, no qual são tomadas as principais decisões do sistema. e quem é responsável pela comunicação direta com o aluno.
Clicar em “OK” para continuar o procedimento fez aparecer a tela informando que o sistema não encontrou a biblioteca que valida as funções dos snippets implementadas no script. Esta situação é mostrada na Figura 48. A solução encontrada para este problema foi abandonar a plataforma Windows e realizar testes na plataforma Linux. Por fim, o Clips é instalado em um servidor instalado em ambiente Linux, com a versão RedHat 9.
RECOMENDAÇÕES
Dissertação de Mestrado – Departamento de Informática, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2005. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Manufatura) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Manufatura, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2003 disponível em:<: / /www.nce.ufrj.br/ginape/publicacoes/trabalhos/MacarioMaterial/index.htm>.
Tecnologia da informação na educação: representações sociais e o grande desafio do professor diante do novo paradigma educacional. Ferramenta de autoria de sistema tutor inteligente - construção do modelo de domínio de conhecimento com redes semânticas.
TAD PONTO
TAD PILHA ALOCAÇÃO DINÂMICA
TAD FILA ALOCAÇÃO ESTÁTICA
TAD FILA ALOCAÇÃO DINÂMICA
TAD LISTA ENCADEADA SIMPLES
TAD LISTA DUPLAMENTE ENCADEADA CIRCULAR
PERFIL CARACTERISTICO DO ALUNO
REGRAS QUE MODELAM O PERFIL DO ALUNO
REGRAS QUE MODELAM O MÓDULO TUTOR
