Resumo
Este trabalho apresenta alguns resultados da pesquisa sobre os conceitos e as aplicações dos Sistemas Tutoriais Inteligentes (STI) no ambiente educativo. Tais ferramentas possibilitaram o desenvolvimento dos diferentes sistemas automatizados e tiveram importante papel tanto no Ensino Fundamental quanto no Ensino Superior. Também serão assinaladas as possíveis aplicações e organizações encontradas no processo de ensino-aprendizagem com a utilização dos STIs. A metodologia empregada é a da pesquisa bibliográfica. Esse estudo permitiu identificar a importância de estudar esses sistemas em particular, seu papel enquanto ferramenta eficaz para a resolução de problemas, tais como o armazenamento e a recuperação de dados, que são fundamentais em todas as ciências. A pesquisa ainda assinala a importância desse estudo no Ensino Médio e Superior para capacitar os estudantes a atuarem e se manterem no mercado de trabalho.
Palavras-chave: Sistema tutorial inteligente. Zona de desenvolvimento proximal. Ensino e aprendizagem.
Abstract
Educational software and the educational background
This article presents some results of a research about the concepts and applications of Intelligent Tutoring Systems (ITS) in the educational area. These tools enabled the development of different automated systems and had an important role in teaching. Possible applications and organizations encountered in the process of teaching and learning with the use of STIs will be presented as well. The methodology used is based on the literature of the area. This study identified the importance of studying these systems, in particular, their important role as a tool for solving problems, such as the storage and the retrieval of data, that are fundamental in all scientific areas. The research also shows the importance of this study in High Schools and universities in order to empower students and maintain them in the job market.
Keywords: Intelligent tutorial system. Proximal development zone. Teaching and learning.
Introdução
O processo de globalização tem impulsionado o mundo dos negócios e todos os setores e, com isso, a escola também busca melhores alternativas na articulação dos sistemas de ensino, tanto para a capacitação do aluno, possibilitando seu ingresso no mercado de trabalho, quanto para atualizar a sua infraestrutura tecnológica para atender a essa demanda.
Segundo Valente (2000), o uso do computador na educação tem provocado uma grande revolução na concepção de ensino e de aprendizagem, segundo a qual, em primeira análise, os computadores podem ser usados para ensinar. Neste contexto, a quantidade de programas educacionais e as
diferentes modalidades de uso do computador apontam que essa tecnologia pode ser muito útil no processo de ensino-aprendizado. Em segunda análise, eles podem ser caracterizados como uma versão computadorizada dos atuais métodos de ensino.
Fica, então, a cargo dos professores a tarefa de desenvolver o potencial criativo dos alunos, estimulando-os a pensar, imaginar, inovar e, sobretudo, a gostar de aprender para que desenvolvam autonomia e independência, para acompanharem esse grande desenvolvimento tecnológico e consequentemente social e se adaptarem a ele, e isso é uma característica essencial nesse momento de tecnológico. (GOMES e WANDERLEY, 2003)
A utilização da informática na educação vem crescendo a cada dia, e o computador tem demonstrado ser um grande aliado no processo de ensino-aprendizagem por meio dos Softwares Educativos (SE), assim como os Softwares Comerciais auxiliam no desenvolvimento dos processos e projetos dos diversos setores sociais, seja financeiro, industrial e de serviços. Esses sistemas utilizam interfaces adequadas, técnicas de projeto de aplicações e domínio sobre o modelo caracterizado, assim tendo uma plataforma de desenvolvimento estabelecida e otimizada, tanto que é possível desenvolver softwares para todas as áreas, com exceção daquelas que a presença humana não possa ser substituída por um processo automatizado. Portanto, o que muda nesses softwares são os domínios, o assunto, assim como as regras de negócio1 de cada atividade, que
podem ser denominadas de parte inteligente da ferramenta em questão.
Um software educativo é aquele que tem o objetivo de auxiliar o professor no processo de ensino-aprendizagem, fazendo com que este profissional tenha a seu dispor recursos para ajudá-lo com seus alunos, seja para introduzir um novo conceito ou para desenvolver uma atividade que, com lápis e papel, precisaria de muito tempo, o que a tornaria inviável. Todo software pode ser considerado um Software Educativo desde que utilize uma metodologia que o contextualize no processo de ensino de forma criativa. (NUNES e GATO, 2003)
Como isso, se intensifica a necessidade de se implementar um ambiente em que se possa proporcionar aos educadores não só contato, mas também experiências com as novas tecnologias. É um momento tanto de mudança quanto de adaptação à realidade sociotecnológica atual, na qual a velocidade das mudanças da ciência e da tecnologia se apresenta em todas as áreas e, claro, na educação, com novos paradigmas de aprendizagem e de interação no processo educativo, com utilização dos recursos da Informática e da Telemática. (SANTOS, 2006)
Temos a descoberta de novas formas de ensinar e aprender por meio da utilização de ferramentas da informática e seus recursos, mas existe aqui um grande desafio, apesar de motivador, que implica desenvolver trabalhos de investigação voltados para a produção de meios e materiais, e para a teorização sobre a sua aplicação em relações educativas mediadas por esta tecnologia. Na escola, o uso pedagógico do computador é visto como um recurso que pode efetivamente contribuir para um avanço significativo do processo ensino-aprendizagem, pois tanto as agências governamentais quanto a iniciativa privada têm investido na adoção de programas de informatização do ensino e na produção de softwares educativos.
No entanto, apesar desses esforços, a área da educação apresenta carências no que diz respeito à exploração do computador como um recurso didático, o que não acontece com os outros setores, pois estes investem nessa área por isso representar “estar no mercado” ou “fora dele”. (ARBIX e NEGRI, 2005)
Essa carência pode estar associada ao fato de que as ferramentas tecnológicas utilizadas em um curso devem integrar o cotidiano dos alunos quando se deseja que elas produzam realmente efeitos no processo de ensino-aprendizagem. Esse é um dos maiores desafios quando se utiliza um determinado software no ensino, pois é necessário que os alunos disponham desse recurso nos momentos em que desejam estudar e fazer ou mesmo refazer suas tarefas escolares seja em casa ou na escola.
Além disso, é importante observar que não basta utilizar uma nova ferramenta, mas é preciso que ela ofereça ao professor recursos para avaliar como está se desenvolvendo a aprendizagem e que exista uma coerência entre a forma como se desenvolve esse processo no aluno e as avaliações internas e externas, pois estas, em particular, ainda não estão adaptadas para a utilização de novas tecnologias no ensino. Um exemplo simples é o da utilização de calculadoras. Em geral, os professores até incentivam seu uso, mas, nas avaliações externas, elas não podem ser utilizadas. Sistemas Tutoriais Inteligentes - STI
Um sistema de informação, de modo geral, tem por objetivo receber informações, input de dados, e processá-las por meio de uma interface, podendo ser gráfica ou não. Após esse processamento, que se pode chamar de “regras de negócio” ou “inteligência do sistema”, devolve, a partir das informações iniciais, um resultado, a que chamamos de output.
Conforme Valente (2000), os programas tutoriais apresentam uma versão computacional da instrução programada, sendo a sua vantagem a apresentação pelo computador do material com outras características que não eram possíveis no papel como, por exemplo: animação, som e manutenção do controle de performance do aluno. Isso facilita o processo de administração das atividades das lições, além de poder ser utilizado nas escolas sem provocar muitas mudanças, ou seja, é a versão computadorizada do que já acontece em sala de aula.
Na pesquisa feita por Silva (2006), um dos propósitos fundamentais de um Sistema Tutorial Inteligente (STI) é a comunicação do conhecimento e/ou habilidades para que o aluno possa resolver problemas dentro de um determinado domínio, sendo fundamental uma boa definição e abrangência dos tópicos que serão abordados no STI e de suas regras de processamento.
Pode-se contextualizar isso usando como exemplo o cálculo de juros sobre um empréstimo que uma pessoa possa fazer em um banco. Antes de fazer o empréstimo, é necessário que o sistema de informações do banco avalie toda a ficha cadastral do requerente, isto é, se ele é correntista daquele banco, entre tantos outros aspectos e, no final de tudo isso, o sistema irá liberar o empréstimo ou não com as devidas taxas de juros. Neste contexto, existem bancos com programa de incentivos para seus clientes, fazendo com que a taxa de juros seja menor; ou então se o requerente for aposentado, pode também solicitar uma taxa de juros diferenciada. Portanto, somente depois do processamento dessas informações em conjunto é será possível se saber o resultado final.
Isso ocorre em todos os sistemas de informação. Assim, a tomada de decisão não é diferente para os sistemas utilizados na educação, por exemplo, no caso do software do tipo tutorial, por meio do qual é apresentada ao aluno uma série de informações e é esperado que ele construa esse conhecimento, sendo mediado pelo computador.
Aqui em se tratando de um software educativo, é preciso considerar os conhecimentos prévios dos alunos e seu grau de desenvolvimento para que o mediador, seja ele o professor ou o computador, possa propor um ambiente de aprendizagem personalizado para cada um deles e, com isso, atender as suas dificuldades e disponibilizar outros recursos para incentivá-los em seu desenvolvimento. Entre alguns aspectos pesquisados, que correspondem a essas possibilidades de mediação, pode-se citar:
A massificação da educação transformara o mestre em professor e os discípulos em alunos, perdendo as vantagens da relação inicial. A personalização não é mais possível, fazendo com que se percam muitas variáveis do processo de ensino aprendizagem, por exemplo, motivações, capacidade pessoais, estilos cognitivos, etc. O processo perde também significado, devido a que os aprendizes são confrontados a conhecimentos pré-organizados e rígidos. A instituição decide o que ensinar, como e quando fazê-lo. (CURILEM E BARBOSA, 2002)
Dessa forma, é importante propor alternativas de apoio à educação, nas quais os softwares utilizados no ambiente de aprendizagem possam tanto guardar e recuperar informações sobre o desenvolvimento do aluno quanto a identificar o seu nível de conhecimento sobre o conteúdo associado ao domínio que lhe será proposto e, com isso, proporcionar processos personalizados. Esses recursos tecnológicos proporcionam tarefas e atividades aos alunos que lhes possibilitam maior compreensão e retenção do conhecimento, visando ao aumento da eficiência na seleção de tópicos necessários para preencher as lacunas de aprendizado que o aluno apresentar e à utilização de formas de desenvolvimento adaptadas às suas necessidades e com base nas estratégias pedagógicas.
Nesse cenário, encontramos os Sistemas Tutores Inteligentes – STI:
Esses sistemas utilizam técnicas de Inteligência Artificial (IA) para adaptar as atividades aos diversos tipos de aprendizes. Em primeiro lugar, a Inteligência Artificial – (IA) foi utilizada para modelar os conteúdos, e dessa forma resolver problemas utilizando os procedimentos que um humano utilizaria, de forma a que o aprendiz tenha acesso ao comportamento de um especialista. Em segundo lugar, a IA foi utilizada para modelar as decisões pedagógicas de um tutor e para modelar o aluno. Esses dois modelos permitiram melhorar a capacidade de adaptação ao aluno. O computador não é mais usado para substituir, mas para aumentar capacidades. Nesse sentido, ele se transforma numa ferramenta para ampliar os canais de comunicação entre o usuário e o especialista, ou seja, neste caso, entre o aprendiz e o tutor. (CURILEM E BARBOSA, 2002)
Um Sistema Tutorial Inteligente (STI) é definido por um conjunto de módulos que correspondem aos conhecimentos que o professor deve ter para tomar decisões pedagógicas, sendo o levantamento de dados a fase de maior importância. Isso se aplica a qualquer sistema de informação (PRESSMAN, 1995), pois, a partir dessa fase, será possível ter condições para saber quais informações deverão ser armazenadas e como será feito esse processo, além de identificar como será o processamento destes dados, além de recuperá-los para posteriores tomadas de decisão do sistema, visto que estarão utilizando conceitos de IA. (SUMERVILLE, 2003)
Deste conjunto de módulos, encontramos quatro que correspondem aos tipos de conhecimentos que o docente deve ter para tomar decisões pedagógicas no ambiente de aprendizado adotado. É imprescindível projetar cada um deles de forma a permitir uma flexibilidade adequada da interface, cuja construção é adaptável de acordo com características cognitivas de seus usuários, nesse caso os alunos. (CURILEM e AZEVEDO, 2002)
O ambiente de aprendizado baseado é organizado de acordo com esses módulos e definições sugeridos por Dazzi (2007) e apresentados na figura 1. Nele, pode-se perceber que a troca de informações acontece entre os Modelos de Domínio, Interface e Aluno, por meio da coordenação do modelo Tutor que administra tanto os assuntos, quanto a interface a ser apresentada.
Figura 1 – Componentes de um Sistema Tutorial Inteligente – (STI) genérico
Fonte: Macarthur et al., 1993 (adaptado)
E ainda os STIs são desenvolvidos levando em consideração algumas exigências específicas, tais como assinalam Curilem e Barbosa, 2002:
• Concepção de modelos de domínios de conhecimentos e de raciocínio com finalidade de comunicação, resolução de problemas pedagógicos e aquisição de conhecimento;
• Compreensão e geração de linguagem natural em ligação com a modelagem de um domínio (principalmente em relação aos enunciados de exercícios e às explicações);
• Comunicação homem-máquina, principalmente em relação à concepção de sistemas interativos que têm por objetivo tarefas de aprendizagem com aspectos fortemente cognitivos;
• Formação de agentes humanos (professores/alunos) levando em conta o estado de conhecimento, as informações incompletas, incorretas e incertezas, bem como as noções sobre aprendizagem; • Criação de sistemas adaptativos e evolutivos, uma vez que deve se adaptar a seu usuário, levando em conta sua evolução;
• Avaliação da arquitetura de sistemas que levem em conta a integração e a concepção eficaz dos diversos módulos.
Referente às características desses STIs, temos os módulos: Especialista, Aluno e Tutor. Cada um destes tem características e funções que, em conjunto, propõem um ambiente de aprendizagem adaptável a cada aluno e nivelam o conhecimento do grupo de discentes. Assim, em grupos heterogêneos, os alunos têm a possibilidade de trabalhar os novos conceitos associados às suas Zona de Desenvolvimento Proximais (ZDPs) e, após um determinado momento, o grupo todo encontra-se em um mesmo nível de desenvolvimento e pode evoluir ainda mais.
Observa-se, ainda, que, uma vez atingido o nivelamento do grupo, é possível obter resultados mais significativos com ele, pois todos possuem o conhecimento necessário para a compreensão de determinado conceito. Além disso, a troca de experiências e discussão sobre novos conhecimentos proporcionam maior intercâmbio entre os alunos, favorecendo a integração do grupo e a deste com o professor e vice-versa.
Na sequência, faz-se uma breve discussão sobre o que representam os módulos: Especialista, Aluno e Tutor e a sua importância na construção de ambientes de aprendizagem.
Módulo Especialista
Nesse módulo, o tutor armazena os conteúdos que serão apresentados ao aluno e podem ser mídias, atividades, cenários e links diferentes. O objetivo é de armazenar as informações, que posteriormente serão utilizadas pelos alunos, de acordo com o seu curso e disciplina. Os atributos da interface devem estruturar o conteúdo, de forma a não deixar de considerar nenhuma das variáveis do processo.
Módulo Estudante
Esse módulo, além de receber as informações cadastrais dos alunos, tais como nome, curso, e-mail entre outros que o processo considerar necessários, mantém atualizado os acessos a ele. Para cada acesso, são registradas, na base de dados, as atividades realizadas, os exercícios propostos e suas respectivas para criar sua base individual de conhecimento e assim gerar recursos para IA do STI. Neste processo de registro, a cada etapa de aprendizado desenvolvida pelo aluno, o STI tem condições de buscar informações na base de novos conhecimentos previamente definida pelo professor nos módulos tutor e especialista.
A identificação do aluno é realizada em dois momentos do processo de ensino-aprendizagem e tem dois objetivos diferentes.
No primeiro momento, o objetivo da identificação é que o sistema determine o modelo inicial do aluno e prepare uma atividade pedagógica compatível com seu curso, disciplina e principalmente com o seu nível de conhecimento sobre o conteúdo a ser desenvolvido. Esse nível inicial pode ser analisado tanto por meio de uma atividade, um exercício, ou por intermédio de questões informadas no próprio STI. O aluno, em seu primeiro acesso, fará as atividades definidas pelo tutor, o que é possível porque o sistema guarda os registros de acessos e, com isso, tem condições de verificar as tarefas executadas nestes momentos.
Na segunda etapa, a identificação do aluno tem por objetivo a atualização do modelo do discente, armazenando as atividades e exercícios já realizados por ele. A partir das respostas propostas a essas tarefas, o STI tem condições de compor dados estatísticos para o próprio aluno fazendo uma checagem do seu desenvolvimento no processo de ensino-aprendizagem proposto, além de dar condições ao tutor de encontrar recursos para a tomada de decisão quanto às questões pedagógicas e à interface, podendo assim agregar, à base de conhecimento, ao módulo especialista, outros materiais que considerar pertinentes, tais como: artigos, textos, imagens e links.
Essa atualização é feita durante a interação do aluno com as atividades pedagógicas em seus acessos ao STI. A qualquer momento no processo, a análise dessas interações é possível e permite monitorar as mudanças que vão ocorrendo no trabalho desenvolvido pelo aluno à medida que ele vai percorrendo as atividades.
Dependendo do ambiente tecnológico adotado, as ferramentas de e-mails e fóruns de conservação podem ser utilizadas. Além da possibilidade de o professor receber, via e-mail, os acessos e as propostas de respostas dos seus alunos, ele também se mantém atualizado sobre os avanços das ferramentas.
Módulo Tutor
Esse módulo também recebe os dados cadastrais dos tutores (os professores) para fazer a ligação dos alunos ao seu tutor correspondente.
Além de armazenar os conhecimentos que permitem tomar decisões pedagógicas que afetam todos os módulos do STI, esse módulo define a configuração da interface, atualizando o modelo do aluno com base na inteligência adquirida em resposta aos acessos deste e de suas respostas às atividades propostas pelo tutor.
Para disponibilizar as próximas atividades, esse módulo processa as entradas dos alunos e avalia se elas estão de acordo com as regras de validação pré-definidas. Em caso positivo, outro ciclo se inicia com base no novo conhecimento adquirido, o que corresponde, conforme Vygotsky (1988), a concluir todas as etapas definidas. Como o tutor define as atividades pedagógicas que serão oferecidas aos alunos, é por meio das respostas destes, sejam elas via e-mail ou por meio de relatórios de pesquisa, que atuará. Neste contexto, o tutor pode modificar o modelo do aluno, ou seja, mudar o estado do sistema, para permitir que as apresentações futuras sejam coerentes com o nível de aprendizado do discente.
Na sequência, apresenta-se uma breve discussão sobre a utilização que vem sendo feita com os STI em ambientes de aprendizagem.
Sistemas Tutoriais Inteligentes – STI em Ambiente de Aprendizagem
Existem vários estudos sobre uso de STIs em ambiente de aprendizagem que tiveram resultados positivos. Os STIs já existentes podem ser aperfeiçoados e utilizados em diversas atividades. Os aspectos relacionados com os STIs estão em constante processo de aperfeiçoamento devido ao grande desenvolvimento tecnológico atual, sendo necessário então aliar os aspectos técnicos com metodologias e linguagens.
Dentre as propostas da utilização de STIs, podemos citar algumas que obtiveram resultados positivos que incentivaram esta pesquisa, tais como:
• os relacionados ao trabalho com tutores que, segundo Gambôa (2001), têm um futuro promissor na educação por servirem como ferramentas de apoio à aprendizagem. Segundo o autor, ”os sistemas tutores inteligentes são programas informáticos de apoio à aprendizagem que apresentam um futuro muito promissor em aplicações na área da educação”. (GAMBÔA, 2001)
• os programas associados à programação que exigem domínio de algoritmos e lógica de programação, estimulando assim o desenvolvimento das atividades de planejamento, execução, justificativa e controle tão importante nas ciências, como é assinalado por Souza (2000):
Pode-se afirmar que a programação de computadores não é o único domínio de aplicação dos algoritmos, mas apenas um dos muitos, percebendo-se nele, intensa aplicação da lógica de programação. Conclui-se então que a utilização de ferramenta visual de formalização do algoritmo é recomendável, pois estimula o aprendizado e facilita a compreensão do fluxo de controle dos procedimentos. (SOUZA, 2000)
Além disso, Viccari e Giraffa (1999) colocam em evidência a necessidade de associar o software a uma determinada tecnologia, pois, para eles, “A utilização da tecnologia de agente aparece como promissora para a melhoria do projeto e implementação de STI.”
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