Harmonia web: um sistema interativo de aprendizagem em harmonia musical baseado em ensino a distância via web

UNIVERSIDADE CATÓLICA DE BRASÍLIA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO STRICTO SENSU EM GESTÃO DO CONHECIMENTO E DA TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO

H

ARMON

IA W

EB

U

M

S

ISTEMA

I

NTERATIVO

DE

A

PRENDIZAGEM EM

H

ARMONIA

M

USICAL

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D

ISTÂNCIA VIA

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Dory Gonzaga Rodrigues

D

G

R

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ARMON

IA W

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I

NTERATIVO

DE

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PRENDIZAGEM EM

H

ARMONIA

M

USICAL

B

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E

NSINO A

D

ISTÂNCIA VIA

W

EB

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação Strictu-Sensu em Gestão do Co-nhecimento e da Tecnologia da Informação da Universidade Católica de Brasília, como requi-sito parcial para obtenção do Título de Mestre em Informática.

Orientador: Prof. Dr. Edílson Ferneda

D

EDICATÓRIA

Primeiramente a Deus, pelas bênçãos que tenho recebido desde o início da minha vida.

Aos meus pais e família, pelo apoio e incentivo constante.

R

ESUMO

É de conhecimento geral que a informática tornou-se uma ferramenta essencial no dia-a-dia das pessoas em todas as áreas do conhecimento. Instituições de ensino e centros de treinamento, em particular, estão utilizando a Internet como uma importante ferramenta dentro do processo educacional. Atualmente diversas ferramentas estão sendo desenvolvidas e em especial a Música tem se mostrado um campo privilegiado para a experimentação tanto de geração de material instrucional como para se testar a efetividade dos recursos técnico-pedagógicos utilizados. As ferramentas desenvolvidas, em particular via Internet, possibilitam a avaliação do uso de metodologias e tecnologias multi-mídia para a representação e transmissão de conhecimento. Sendo assim, este trabalho teve como objetivos a concepção e o desenvolvimento de uma ferramenta de suporte tecnológico ao ensino-aprendizagem no domínio da Harmonia Musical através da Teoria das Árvores Harmônicas. O sistema denominado de HarmonIA Web é baseado numa arquitetura de múltiplos agentes (Mathema).

A

BSTRACT

The Information Technology is widely known to have become an essential tool in people s daily lives in all fields of knowledge. Teaching and training centers, in particular, are using the Internet as an important tool in the educational proc-ess. Nowadays several tools are in current development and specially the mu-sic field has shown to be a privileged one for experiments in both generating instructional material and testing the effectiveness of the technical-pedagogical resources utilized. The developed tools, in particular via Internet, allow the as-sessment of methodologies and multimedia technologies use for knowledge representation and transmission. This work is aimed at conceiving and develop-ing a technological support tool for the teachdevelop-ing-learndevelop-ing process in the Musical Harmony field through the Theory of Harmonic Trees. The system, called Har-monIA Web, is based upon a multi-agent architecture (Mathema).

S

UMÁRIO

Introdução ... 14

1.1 Contextualização e Relevância do Trabalho... 14

1.2 Objetivos... 15

1.2.1 Objetivo Geral... 15

1.2.2 Objetivos Específicos ... 16

1.3 Metodologia ... 16

1.4 Desafios ... 16

1.5 Pontos Críticos... 17

1.6 Estrutura do Trabalho ... 17

Educação a Distância Mediada por Computador... 19

2.1 Introdução ... 19

2.2 Educação a Distância ... 19

2.3 Histórico da Educação a Distância ... 21

2.4 Educação a Distância Mediada por Computador... 24

2.4.1 Sistemas de Instrução Assistida por Computador... 25

2.4.2 Micromundos ... 26

2.4.3 Sistemas Tutores ... 27

2.4.4 Sistemas Simuladores ... 27

2.4.5 Jogos Educacionais ... 28

2.4.6 Sistemas Tutores Inteligentes ... 28

2.4.7 Sistemas Interativos de Aprendizagem... 28

2.4.8 Ambientes de Ensino-Aprendizagem a Distância via Web ... 29

2.5 Gestão de Conhecimento na Educação a Distância ... 30

2.5.1 Conceito de Conhecimento ... 30

2.5.2 Gestão do Conhecimento ... 32

2.5.3 Etapas do uso da Gestão de Conhecimento na EaD ... 32

2.5.4 Educação a Distância e Gestão do Conhecimento... 33

2.6 Conclusões ... 34

Sistemas Tutores Inteligentes ... 36

3.1 Introdução ... 36

3.3 Modelagem de Sistemas Tutores ... 38

3.3.1 Modelagem Clássica ... 38

3.3.2 Modelagem com Agentes ... 41

3.4 Arquitetura Básica de STI... 42

3.4.1 Base de conhecimento do domínio ... 43

3.4.2 Modelo do Aluno ... 44

3.4.3 Estratégias de Ensino ... 46

3.4.4 Módulo de Controle ... 47

3.4.5 Interface ... 48

3.5 Conclusão... 49

Agentes ... 51

4.1 Introdução ... 51

4.2 Inteligência Artificial Distribuída ... 51

4.2.1 Sistemas Multi-agentes ... 52

4.2.2 Agentes ... 53

4.2.3 Ambiente... 56

4.3 Tipologia de Agentes ... 56

4.3.1 Agentes Colaborativos... 58

4.3.2 Agentes de Interface ... 58

4.3.3 Agentes Móveis ... 58

4.3.4 Agentes de informação ... 59

4.3.5 Agentes Reativos ... 59

4.4 Arquitetura de Sistema Multi-agentes ... 59

4.5 Arquitetura de Agentes ... 60

4.6 Conclusão... 62

O ambiente MATHEMA ... 63

5.1 Introdução ... 63

5.2 A Modelagem do Conhecimento no Mathema ... 63

5.2.1 Visão Externa... 64

5.2.2 Visão Interna... 65

5.3 Arquitetura do Ambiente Mathema ... 66

5.4 Arquitetura do Agente Tutor no Mathema ... 67

5.6 As Interações na Mathema... 69

5.7 Sistemas em Música com a Arquitetura Mathema ... 70

5.7.1 Mhits - Musical Harmony Intelligent Tutoring System... 70

5.7.2 Shart-Web ... 71

5.8 Conclusão... 72

Sistemas HarmonIA Web ... 73

6.1 Introdução ... 73

6.2 A Teoria das Árvores Harmônicas... 74

6.3 O Domínio no Sistema HarmonIA Web... 77

6.3.1 Visão Externa do Domínio ... 78

6.3.2 Visão interna do Domínio... 79

6.4 O modelo organizacional do Sistema HarmonIA Web... 80

6.4.1 Aprendiz... 81

6.4.2 Documento Hipermídia... 81

6.4.3 SATA ... 82

6.4.3.1 Definição da Sociedade ... 82

6.4.3.2 Descrição dos agentes ... 82

6.4.3.3 Cenário de interação ... 83

6.4.4 Banco de Dados de Apoio ... 84

6.4.5 Bases de Conhecimento ... 84

6.4.6 Banco de dados do perfil do aprendiz... 85

6.4.7 Biblioteca Digital... 85

6.5 A Modelagem do Sistema HarmonIA Web... 85

6.5.1 Modelagem Estrutural... 86

6.5.1.1 Diagrama de Pacotes... 86

6.5.2 Modelagem Comportamental ... 87

6.5.2.1 Casos de Uso... 87

6.5.2.2 Diagrama de Seqüência ... 89

6.5.2.3 Diagrama de Colaboração... 91

6.5.3 Modelagem da Arquitetura ... 91

6.5.4 Interface do Sistema... 92

6.6 Conclusão... 94

7.1 Introdução ... 95

7.2 Estrutura de Cursos Virtuais ... 96

7.3 Individualização do Aprendizado x Aprendizagem Colaborativa ... 100

7.4 O Texto e o Conteúdo Gráfico... 103

7.5 O uso de Sistemas Inteligentes ... 105

7.6 Conclusão... 108

Considerações Finais e Sugestões para Trabalhos Futuros ... 109

8.1 Considerações Finais ... 109

L

ISTA DE

F

IGURAS

Figura 2.1: Modelo de Colaboração previsto para e-learning ... 29

Figura 2.2: Abrangência da tutoria nos cursos on-line ... 30

Figura 2.3: Espiral de Geração de Conhecimento. ... 31

Figura 3.1: Arquitetura Básica de um STI... 43

Figura 4.1: Tipologia de Agentes. ... 58

Figura 5.1: Visão externa do domínio. ... 65

Figura 5.2: Visão interna de um agente. ... 66

Figura 5.3: Arquitetura do ambiente Mathema... 66

Figura 5.4: Arquitetura de um Agente Tutor - Visão Externa. ... 67

Figura 5.5: Módulo de Perguntas MHITS. ... 71

Figura 5.6: Tela inicial do sistema (navegação guiada) no SHART Web. ... 72

Figura 5.7: Tela de Identificação do perfil do aluno no SHART Web. ... 72

Figure 6.1: A árvore harmônica básica (maior)... 75

Figure 6.2: A árvore harmônica básica (menor) ... 76

Figure 6.3: A Extensão das árvores harmônicas (maior e menor)... 77

Figure 6.4: Compassos de Um a Zero por Pixinguinha e Benedito Lacerda ... 77

Figura 6.5: Modelagem do Domínio de Harmonia Contextos 1, 2, 3... 78

Figura 6.6: Profundidades e lateralidades do Contexto 1 ... 78

Figura 6.7: Profundidades e lateralidades do Contexto 2 ... 79

Figura 6.8: Profundidades e lateralidades do Contexto 3 ... 79

Figura 6.9: Arquitetura do sistema HarmonIA Web... 81

Figura 6.10: Validação de resposta (Opções) ... 83

Figura 6.12: Diagrama de Pacotes ... 86

Figura 6.14: Diagrama de Casos de Uso (Especialista)... 88

Figura 6.15: Diagrama de Casos de Uso (Cadastro e Login) ... 88

Figura 6.16: Diagrama de Casos de Uso (Sessão Ensino-Aprendizagem) ... 88

Figura 6.17: Diagrama de Seqüência (Cadastro) ... 89

Figura 6.18: Diagrama de Seqüência (Login)... 90

Figura 6.19: Diagrama de Seqüência (Sessão Ensino-Aprendizagem). ... 90

Figura 6.20: Diagrama de colaboração (Mostra Problema)... 91

Figura 6.21: Diagrama de implantação do Sistema HarmonIA Web. ... 92

Figura 6.23: Tela de definição do currículo (Perfil). ... 93

Figura 6.24: Tela de definição e exemplo sobre intervalo (não-guiada). ... 93

Figura 6.25: Tela de exercício árvore básica. ... 94

L

ISTA DE

T

ABELAS

Tabela 2.1: As gerações de EaD ... 24

Tabela 3.1: CAI x STI... 37

Tabela 4.1: Características de um agente... 55

Tabela 6.1: Projeto pedagógico do Sistema HarmonIA Web... 74

Tabela 6.2: Currículo ... 80

Tabela 6.3: Unidades Pedagógicas árvore básica em tonalidade maior ... 80

Tabela 6.4: Unidades de Conhecimento encadeamento de acordes ... 80

Tabela 6.5: Unidades de Conhecimento início de música ... 80

Tabela 6.6: Unidades de Conhecimento árvore básica em tom maior... 80

L

ISTA DE

A

BREVIATURAS E

S

IGLAS

CAI Computer Assisted Instruction (Sistemas de Instrução Assistida por Computador)

CSCL Computer Supported Cooperative Learning (Ambientes de Aprendiza-gem Cooperativa por Computador)

DPS Resolução Distribuída de Problemas EAD Educação a Distância

EADMC Educação a Distância Mediada por Computador GC Gestão de Conhecimento

HTML Hypertext Mark-up Language (Linguagem de marcação utilizada para criar documentos na Internet)

HTTP Hyper Text Transfer Protocol (Protocolo de transmissão das páginas na internet)

IA Inteligência Artificial

IAD Inteligência Artificial Distribuída

ICAI Intelligent Computer Assisted Instruction (Sistemas Inteligentes de Ins-trução Assistida por Computador)

ILE Interactive Learning Environments (Ambientes de Aprendizagem Intera-tivos)

PC Personal Computer (Computador Pessoal)

POO Programação Orientada a Objetos SATA Sociedade de Agentes Tutores Artificiais SEH Sociedade de Especialistas Humanos SMA Sistemas com Múltiplos Agentes STI Sistemas Tutores Inteligentes TI Tecnologia de Informação UCB Universidade Católica de Brasília

UML Unified Modeling Language (Linguagem Unificada de Modelagem)

WAN Wide Area Network

C

APÍTULO

1

Introdução

1.1

C

R

T

É de conhecimento geral que a Informática tornou-se uma ferramenta essencial no dia-a-dia das pessoas em todas as áreas do conhecimento. Instituições de ensino e centros de trei-namento, em particular, estão utilizando a Internet como uma importante ferramenta dentro do processo educacional.

A utilização de sistemas computacionais de educação possui uma série de vantagens. Sistemas de Educação a Distância, por exemplo: (i) ampliam o acesso à educação, ao ensino, ao treinamento, à pesquisa e à extensão, reiterando o compromisso histórico, político e cultu-ral das instituições de ensino com a sociedade; (ii) permitem às pessoas que não residam em grandes centros urbanos terem acesso a um ensino de qualidade; (iii) possibilitam a otimiza-ção do tempo; (iv) dão acesso a recursos baseados em multimídia e (v) promovem o desen-volvimento pessoal.

Em tal contexto, a Música tem se mostrado um campo privilegiado para a experimen-tação tanto de geração de material instrucional como para se testar a efetividade dos recursos técnico-pedagógicos neles empregados. No campo musical, apesar da existência de alguns softwares, a transmissão do conhecimento de qualidade está baseada na direta transferência da informação do professor para o aluno. O desenvolvimento de ferramentas de ensino de música a distância, particularmente via Internet, possibilitará a avaliação de metodologias, ferramen-tas e tecnologias multimídia para a representação e transmissão de conhecimento.

Teoria das Árvores Harmônicas, ela consiste basicamente no entendimento da estrutura meló-dico-harmônica como um jogo de possibilidades probabilísticas de rotinas perceptivas codifi-cadas a priori. Alencar, por meio de sua abordagem, demonstra que essas rotinas se repetem, com variações estilísticas regionais, em uma ampla matriz de tradições musicais nacionais [SOARES 2003].

Este trabalho faz parte do projeto MPBiblio, desenvolvido na Universidade Católica de Brasília. O projeto pretende, num primeiro momento, construir um sistema interativo de aprendizagem no campo da Música, mais especificamente, no domínio da Harmonia Musical.

Posteriormente será desenvolvido um sistema de negociação entre o sistema tutor e o aluno em potencial, o conteúdo e a organização do curso a ser oferecido, individualizando, assim, o currículo oferecido pelo sistema. Para dar suporte ao projeto MPBiblio, está em de-senvolvendo pela equipe da UCB um sistema de biblioteca digital para a indexação, armaze-namento e recuperação através de busca semântica de material musical.

Assim, este trabalho propõe a construção de um sistema interativo de aprendizagem em Harmonia Musical, tendo a biblioteca digital como fonte de exemplos e exercícios para análise harmônica.

1.2

O

A partir da motivação anteriormente descrita, e do levantamento teórico realizado, fo-ram determinados os objetivos que serão discutidos a seguir, para o desenvolvimento deste trabalho.

1.2.1

Objetivo Geral

1.2.2

Objetivos Específicos

Realizar a modelagem do domínio segundo o modelo dimensional do ambiente MA-THEMA [COSTA 1997; COSTA 1998].

Integrar ao Sistema Tutor, um componente Hipermídia que contenha o material didáti-co que irá apoiar as atividades pedagógicas.

Implementar Interfaces que permitam a comunicação dos Aprendizes com o Sistema.

Para alcançar esses objetivos, algumas considerações foram feitas e serão discutidas a seguir.

1.3

M

A construção deste sistema será baseada em um modelo computacional para Ambien-tes Interativos de Ensino Cooperativo de Ontologias [NÓBREGA 2002], com base em múlti-plos agentes artificiais e humanos de acordo com a arquitetura MATHEMA [COSTA 1997; COSTA 1998], dispostos na Internet. O conhecimento musical estará dimensionado por in-termédio das Árvores Harmônicas de José de Alencar Soares [SOARES 2003].

1.4

D

O ensino de Música, comparado a outras áreas da educação, está inserido num contex-to particularmente diferenciado, uma vez que trabalha com alguns tipos de mídias específicas dentre as quais: os sons, os instrumentos musicais e as partituras.

pelo domínio da escrita musical, da análise de sistemas e da Engenharia de Software, entre outras.

1.5

P

C

O estudo de Música envolve um conjunto de informações, bastante diferente em sua natureza, dificultando a representação e transmissão do conhecimento, através das ferramen-tas computacionais.

O desenvolvimento de software para educação musical é uma atividade complexa de caráter interdisciplinar, uma vez que envolve diversas áreas do conhecimento como educação musical, psicologia, interface homem-computador, análise e projeto de software além da pro-gramação.

Os projetos de desenvolvimento de ambientes de ensino dificilmente são encontrados fora dos ambientes de laboratório, devido ao fato de que várias tecnologias têm sido desen-volvidas sem, no entanto, serem agregadas em um projeto único que aproveite o melhor do estado da arte de cada uma delas e que possa evoluir à medida que cada uma delas evolui.

Diante destas considerações fica aqui evidenciado que tais fatores irão influenciar o desempenho e resultado deste trabalho.

1.6

E

T

Além desta introdução o trabalho está estruturado em capítulos que apresentam a fun-damentação teórica para o tema e tratam, especificamente, dos assuntos a seguir relacionados.

No capítulo 3, são apresentados os conceitos de Sistemas Tutores Inteligentes STI como uma modalidade viável de ferramenta de apoio ao ensino. A seguir, apresentam-se os tipos de modelagens dos STI e uma visão da arquitetura básica para este tipo de sistema.

No capítulo 4, faz-se um estudo do estado da arte da inteligência artificial IA como solução de problemas cooperativos através de agentes.

No capítulo 5, é apresentada a arquitetura MATHEMA, uma arquitetura multi-agentes para Ambientes Interativos de Ensino-Aprendizagem Cooperativo e alguns sistemas em músi-ca que utilizam a arquitetura MATHEMA.

No capítulo 6, apresenta-se a Teoria das Árvores Harmônicas e o sistema interativo de aprendizagem no domínio da Harmonia Musical, como ferramenta de apoio ao Ensino da Mú-sica denominado de HarmonIA Web.

No capítulo 7, faz-se uma discussão mostrando a importância na forma de gerar conte-údo para a Educação a Distância.

2

C

APÍTULO

2

Educação a Distância Mediada por Computador

2.1

I

Neste capítulo pretende-se fazer uma abordagem sucinta sobre o uso do computador na educação a distância, apresentando algumas definições, um breve histórico, as principais características de alguns ambientes de ensino-aprendizagem e a Gestão de Conhecimento na EaD. Por fim mostrar a importância dos sistemas tutores na EaD.

2.2

E

D

Perry & Rumble [apud NUNES 2003] afirmam que "a característica básica da Educa-ção a distância é o estabelecimento de uma comunicaEduca-ção de dupla via, na medida em que pro-fessor e aluno não se encontram juntos na mesma sala".

A conceituação da educação a distância, conforme figura no estudo de Keegan [apud

NUNES 2003] mostra o que os pesquisadores da área consideram essencial para a conceitua-ção da EaD.

Segundo Dohmem [apud NUNES 2003] a "Educação a Distância é uma forma siste-maticamente organizada de auto-estudo onde o aluno se instrui a partir do material de estudo que lhe é apresentado, e onde o acompanhamento e a supervisão do sucesso são levados a cabo por um grupo de professores".

Holmberg [apud NUNES 2003] diz que "o termo Educação a Distância esconde-se sob várias formas de estudo, nos vários níveis que não estão sob a contínua e imediata supervisão de tutores presentes com seus alunos nas salas de leitura ou no mesmo local".

Na definição de Landim [LANDIM 1997], Educação a Distância pressupõe a combi-nação de tecnologias convencionais e modernas que possibilitam o estudo individual ou em grupo, nos locais de trabalho ou fora, por meio de métodos de orientação e tutoria a distância, contando com atividades presenciais específicas, como reuniões do grupo para estudo e avali-ação .

Percebemos a partir das definições citadas, que as características básicas de EaD são: o estabelecimento de uma comunicação de dupla via entre professores e alunos que não estão situados em um mesmo ambiente físico necessitando, portanto, de meios que possibilitem a comunicação entre eles. A comunicação pode ocorrer de várias formas: correspondência pos-tal, telefone, rádio, televisão. A mais recente tecnologia utilizada em EaD é a Internet.

Keegan [apud NUNES 2003] resumem os elementos que consideram centrais e que estão presentes nas definições de Educação a Distância:

Separação física entre professor e aluno, característica fundamental e que a distingue do ensino presencial;

Influência de uma organização educacional, especialmente no planejamento e prepara-ção dos materiais de aprendizado;

Utilização dos meios técnicos de comunicação: correspondência postal, telefone, rá-dio, televisão, Internet;

Previsão, providências e utilização de uma comunicação em duas vias, onde possa o-correr a comunicação professor/aluno, aluno/professor e aluno/aluno;

Possibilidade de encontros ocasionais com propósitos didáticos e de socialização e

2.3

H

E

D

A EaD teve sua origem, segundo alguns autores, a partir do surgimento da escrita e das primeiras cartas de Platão e das epístolas de São Paulo. Para outros estudiosos, os primei-ros indícios de educação a distância surgiram no final do século XVIII, através das primeiras ofertas de tutoria por correspondência. A partir de então, pouco a pouco, percebe-se uma si-lenciosa proliferação dessa modalidade de educação, que tomou considerável impulso, por todo o mundo. [apud NUNES 2003]

Ao contrário do que muitas pessoas imaginam, a EaD não tem o começo da sua histó-ria marcado pelo surgimento das novas tecnologias. Landim sugere que as mensagens troca-das pelos cristãos, por intermédio da escrita, para difundir a palavra de Deus são a origem da comunicação educativa. A escrita tornou possível a assincronia, possibilidade de se estabele-cer comunicação independente da contigüidade e da simultaneidade.[LANDIM 1997]

A invenção, por Gutenberg, da máquina de impressão (printing press), foi o primeiro avanço tecnológico que marcou a EaD. Com esse advento, a palavra escrita poderia ser repro-duzida em larga escala. O professor de taquigrafia Cauleb Phillips, em 20 de março de 1728, anuncia na Gazeta de Boston que pode enviar lições de taquigrafia para o aprendizado em casa. Este anúncio é considerado por Landim como a primeira experiência de Educação a Dis-tância. [LANDIM 1997]

Já Alves [ALVES 1994] considera um curso de contabilidade criado na Suécia, em 1833, como a primeira experiência em EaD mas compartilha a opinião de Landim, ao defen-der a tese de que a EaD iniciou com a invenção da imprensa, porque antes de Gutenberg "os livros, copiados manualmente, eram caríssimos e portanto inacessíveis à plebe, razão pela qual os mestres eram tratados como integrantes da Corte. Detinham o conhecimento, ou me-lhor, os documentos escritos, que eram desde o século V a.C. feitos pelos escribas."

A Suécia (1883) com um curso de Contabilidade por correspondência inaugura a EaD, seguida da Inglaterra (1840), Rússia (1850). Na Alemanha (1856) Charles Tous-sait e Gustav Langenscheidt fundam a primeira escola de línguas por correspondência, oferecendo cursos de francês. Em 1873 Anna Eliot Ticknor funda a Society to Encoura-ge Study at Home em Boston e os EUA (1874) dão seus primeiros passos em EaD com o surgimento da Illinoios Wesleyan University, considerada como a primeira Universidade Aberta no mundo. [ALVES 1994]

Um marco importante, e que merece destaque, foi o reconhecimento formal dos cursos por correspondência quando o estado de Nova York, em 1883, autorizou o Chatauqua Institu-te a conferir diplomas através desInstitu-te método.[MOORE e KEARSLEY 1996]

Com o avanço tecnológico, a partir da segunda metade do século XX, a EaD passou a ser influenciada pelos novos meios de comunicação de massa como, por exemplo, o rádio e televisão. Muitos projetos foram realizados com a utilização do rádio, principalmente no meio rural, o que propiciou que programas e materiais fossem disponibilizados, reduzindo em mui-to a barreira da distância. [ALVES 1994]

Mesmo que possa haver divergências quanto à primeira instituição e ao primeiro curso a distância, a bibliografia é unânime quanto à importância da Open University da Inglaterra, criada em 1969 como um marco e um modelo de sucesso, que tem atuação destacada até hoje [ALVES 1994; LANDIM 1997]. O sucesso atribuído a esta universidade está ligado a uma série de fatores, dentre eles:

Uso integrado de material impresso, rádio e televisão;

Contato pessoal, através de centros de atendimento espalhados no país;

O fato dos alunos não necessitarem apresentar certificado de formação escolar anterior (ter 21 anos é suficiente para ingressar na universidade) e

Alto nível dos cursos.

sileira, foi o do Movimento de Educação de Base MEB, onde o principal objetivo era forne-cer alfabetização para jovens e adultos. A instrução era oferecida através de programas de rádio, e o programa foi disponibilizado principalmente nas regiões norte e nordeste do Brasil. [Nunes 1997]

Atualmente, destaca-se a Universidade Virtual Pública do Brasil UNIREDE. A U-NIREDE consiste em um consórcio de 70 instituições públicas de ensino superior que tem por objetivo democratizar o acesso à educação de qualidade por meio da oferta de cursos a distân-cia, em nível de graduação, pós-graduação, extensão e educação continuada. A UNIREDE possibilitou a cooperação entre universidades e escolas técnicas, evitando o isolamento e du-plicidade entre suas iniciativas. Entre outros avanços, desobrigou o pagamento de direitos autorais pela disseminação de metodologias, tecnologias e conteúdos elaborados nas institui-ções.

Merecem destaque também alguns programas do Ministério da Educação, como o TV Escola , dirigido à capacitação, atualização e aperfeiçoamento de professores de Ensino Fun-damental e Médio da rede pública; o Programa de Formação de Professores em Exercício PROFORMAÇÃO; e o Programa Nacional de Informática na Educação PROINFO que visa à introdução das tecnologias de informação e comunicação na escola pública como fer-ramenta de apoio ao processo de ensino-aprendizagem.

Segundo Aretío, os principais fatores que propiciaram o surgimento e o posterior de-senvolvimento da EaD foram [ARETIO 1994]:

a necessidade de adaptação às constantes modificações no mundo em todos os setores;

a crescente demanda por educação/ensino;

o grande percentual da população sem condições de atendimento pelo sistema formal;

os elevados custos da educação formal;

a necessidade de flexibilizar a rigidez do sistema convencional;

A evolução da EaD pode ser dividida em 3 gerações [MOORE e KEARSLEY 1996], conforme as enumeradas e caracterizadas na Tabela 2.1.

Tabela 2.1: As gerações de EaD

Geração Período Características

1ª Até 1970 Estudo por correspondência, no qual o principal meio de comunicação era material impresso, geralmente um guia de estudo, com tarefas ou outros exercícios enviados pelo correio.

2ª De 1970

até 1990 Surgem as primeiras Universidades Abertas, com designe e implemen-tação sistematizadas de cursos a distância, utilizando, além do material impresso, transmissões por televisão aberta, rádio e fitas de áudio e vídeo, com interação por telefone, satélite e TV a cabo.

3ª A partir de 1990

Esta geração é baseada em redes de comunicação e estações de trabalho multimídia.

Sendo que não há necessariamente a substituição de uma alternativa pela outra, o que acontece é que as novas alternativas vão incorporando e ajustando as anteriores e criando um novo modelo.

A terceira geração de cursos a distância está diretamente ligada ao uso do computador pessoal, denominada EaD mediada por Computador - EADMC e da Internet, que dispõem de mecanismos que permitem a comunicação de forma síncrona (salas de chat, vídeo conferên-cia) e assíncrona (grupos de discussão, fóruns e sistemas de tutoria) que viabiliza o tipo de interação social entre alunos e professores que supera a "distância social" bem como a "dis-tância geográfica".

2.4

E

D

M

C

Com o advento da Internet, a Educação a distância teve seu universo ampliado para o ambiente virtual, aprimorando consideravelmente a sua qualidade, principalmente pela utili-zação das novas tecnologias de comunicação e dos recursos computacionais.

Atualmente, instituições de ensino e empresas têm investido bastante na disponibiliza-ção de cursos pela Internet, oferecendo novas oportunidades educacionais.

Taylor [TAYLOR 1980], classifica os ambientes de aprendizagem em: tutor, tutelado e ferramenta, conforme a sua forma de utilização. Outra taxionomia é a proposta por Costa [COSTA 1997] de uma abordagem histórico-taxonômica dos ambientes de ensino-aprendizagem por computador, procurando enquadrá-los em três momentos cronologicamente distintos: 1º momento (que abrange os ambientes surgidos até meados da década de 70); 2º momento (abrange os ambientes surgidos aproximadamente a partir da segunda metade da década de 70 até o final da década de 80) e um 3º momento (abrange os ambientes iniciados na década de 90) e por Giraffa [GIRAFFA 1999] queclassifica ainda os ambientes conforme o tipo de aprendizagem proporcionado por eles, dividindo-os em dois grandes grupos: ambi-entes onde a aprendizagem do aluno está centrada na aquisição de habilidades específicas, como sistema do tipo CAI (Computer Assisted Instruction) e ICAI (Intelligent Computer As-sisted Instruction); e ambientes que visam a aprendizagem de habilidades cognitivas amplas, como os Micromundos e Sistemas de autoria, entre outros.

O uso de sistemas de computador como ferramenta de apoio ao Ensino pode ser divi-dida em dois momentos: um primeiro momento envolvendo os CAI, os Micromundos, Simu-ladores e Jogos educacionais e, um segundo momento envolvendo a IA e a Psicologia Cogni-tiva, permitindo uma expansão das categorias anteriores. [COSTA 1997]

2.4.1

Sistemas de Instrução Assistida por Computador

Os Sistemas do tipo CAI representam o conhecimento de um professor especialista em um certo domínio e possuem um conjunto de estratégias pedagógicas fixas para aplicar ao aluno, ou seja, todas as decisões de como o sistema irá funcionar são tomadas antecipadamen-te, durante o projeto do sistema, não havendo possibilidades de que o sistema se adapte ao aluno em tempo de execução.

Os sistemas deste tipo funcionam da seguinte maneira: o sistema apresenta uma de-terminada unidade de ensino ao aluno, levando-o a um determinado comportamento. Este comportamento é avaliado mediante a proposições de questões, sobre a unidade de ensino estudada. O aluno então responde de alguma forma, por tentativa e erro ou baseado em co-nhecimento prévio e o sistema informa se a resposta está correta ou não. Alguns sistemas que utilizam esta modalidade de ensino-aprendizagem são conhecidos como: Software do tipo

exercício e prática e tutoriais . [GIRAFFA 1999]

Uma das mais significativas limitações atribuídas aos sistemas CAIs é que eles não consideram as características cognitivas individuais dos alunos. Independente do grau de co-nhecimento, estilo e capacidade de aprendizagem, todos recebem a mesma unidade de ensino, na mesma forma e seqüência.

2.4.2

Micromundos

Os Micromundos [PAPERT 1987] surgiram na década de 60 e foram propostos inici-almente por Seymour Papert e seu grupo de pesquisa no Massachusets Institute of Technology

MIT, buscando uma abordagem centrada no aprendizado por ação, apoiada na teoria cons-trutivista onde o aluno, que está inserido em um micro-mundo gráfico, através de comandos pré-definidos, irá interagir com o sistema de maneira ativa buscando solucionar os problemas.

O objetivo dos Micromundos é auxiliar a aprendizagem através da descoberta e explo-ração. Para isso possui um conjunto de ferramentas de exploração, com as quais o aluno pode manipular o ambiente e assim construir o seu conhecimento.

Um exemplo bem sucedido foi o ambiente LOGO desenvolvido por Papert [PAPERT 1985]. Neste ambiente, encontra-se disponível, dentre outros recursos, um micro-mundo grá-fico. Neste ambiente há um objeto representado por uma tartaruga, que é controlado pelo usu-ário através de comandos básicos. É com este objeto (tartaruga) que o estudante interage de forma ativa para resolver problemas.

2.4.3

Sistemas Tutores

Já os Sistemas Tutores, caracterizam-se por transmitir informações pedagogicamente organizadas, como se fossem um livro animado, um vídeo interativo ou um professor eletrô-nico. A informação é apresentada ao aprendiz seguindo uma seqüência, e o aprendiz pode escolher a informação que desejar. A informação que está disponível para o aluno é definida e organizada previamente, assim o computador assume o papel de uma máquina de ensinar. A interação entre o aprendiz e o computador consiste na leitura do texto contido na tela ou em ouvir a informação. O mouse é utilizado para informar ao sistema que o próximo conteúdo deve ser apresentado.

Este tipo de sistema tem como característica básica a representação de conhecimento relacionados às questões: o que ensinar, a quem ensinar e como ensinar.

2.4.4

Sistemas Simuladores

Os softwares classificados como simuladores buscam construir situações que se asse-melham com a realidade e enfatizam a exploração autodirigida, ao invés da instrução explícita e direta própria de um Sistema Tutorial e de outras modalidades.

A simulação envolve a criação de modelos dinâmicos e simplificados do mundo real (micro-mundo), dentro do contexto abordado, oferecendo ainda a possibilidade do aluno de-senvolver hipóteses, testá-las, analisar resultados e refinar conceitos (dependendo do nível de intervenção oferecido pelo sistema aproxima-se de um CAI).

2.4.5

Jogos Educacionais

Os jogos educacionais assim como os simuladores apóiam-se na construção de situa-ções que se assemelham com a realidade, sendo que os jogos apresentam ainda um compo-nente lúdico e de entretenimento, permitindo que os alunos desenvolvam atividades percepti-vas, sensório-motoras, verbais, entre outras [GIRAFFA 1999].

2.4.6

Sistemas Tutores Inteligentes

Reconhecendo as limitações dos sistemas CAI, os pesquisadores passaram a recorrer a técnicas de representação do conhecimento, métodos de inferência e estratégias de controle e de recursos da Inteligência Artificial, visando buscar soluções para a questão da adaptação dos sistemas tutores aos estudantes, individualmente. Surgiu então a área denominada ICAI

(Intelligent CAI).

2.4.7

Sistemas Interativos de Aprendizagem

Os Sistemas Interativos de Aprendizagem (ILE Interactive Learning Environment) ou ainda Sistemas Tutores Cooperativos ou Sistemas de Aprendizagem Social [COSTA 1996], surgiram da evolução dos sistemas tutores inteligentes tradicionais.

Os STIs tradicionais possuem uma arquitetura modular (base de conhecimento, inter-face, modelo do aluno, módulo de controle, módulo das estratégias de ensino, resolvedor de problemas), permitindo uma implementação convencional, já os Sistemas Tutores Cooperati-vos utilizam-se de uma arquitetura baseada em agentes, onde a arquitetura modular é substitu-ída por uma sociedade de agentes que trabalham de forma cooperativa. Um ILE pode ser en-tendido como uma combinação de aspectos das categorias STI e Micromundos, onde a apren-dizagem ocorre através da construção do conhecimento (descoberta).

O MATHEMA [COSTA 1997] é um exemplo de ambiente interativo de aprendiza-gem, sendo concebido para possibilitar um ensino adaptativo e seus desdobramentos no pro-cesso de aprendizagem. Este ambiente é a linha dorsal do sistema discutido neste trabalho que iremos apresentar e será detalhado no capítulo 6. Portanto, não entraremos em mais detalhes nesta seção.

2.4.8

Ambientes de Ensino-Aprendizagem a Distância via Web

A utilização da Internet como meio de comunicação é uma realidade, mas como a EaD está sendo utilizada neste meio? Uma pesquisa realizada pelo portal e-Learning Brasil [E-LEARNING 2003] realizou um estudo sobre a colaboração e a tutoria nos projetos de e-Learning1 junto à sua base de membros. As informações abaixo são os resultados desta pes-quisa realizada durante os meses de janeiro e fevereiro de 2003.

A pesquisa apontou que em 76% dos casos pretende-se adotar um modelo que con-temple tanto colaboração síncrona como assíncrona. O modelo que inclui tão somente a cola-boração assíncrona está planejado em 12% dos casos, a mesma taxa obtida para o modelo que contempla somente a colaboração síncrona.

Figura 2.1: Modelo de Colaboração previsto para e-learning

Com o objetivo de identificar o nível de utilização da tutoria como parte integrante de um curso on-line, a pesquisa inclui uma pergunta sobre a abrangência da tutoria nos cursos e obteve os resultados descritos no gráfico abaixo. É possível notar que a maioria dos cursos não inclui a tutoria on-line como a única ferramenta, mas 68% utilizam a tutoria nos seus cur-sos on-line com alguma intensidade (pouco, muito ou todos).

1 _{Neste texto, o termo e-Learning, é tratado como sistemas de computador utilizados na EaD que utilizam a}

Figura 2.2: Abrangência da tutoria nos cursos on-line

A pesquisa apontou que praticamente todos os participantes consideraram esta inicia-tiva realmente importante. Para 42% a tutoria é muito importante, para 56% a tutoria é impor-tante e somente 1% afirmou que considera pouco imporimpor-tante.

2.5

G

C

E

D

A capacidade de gerenciar, distribuir e criar conhecimento é fundamental na educação à distância. O surgimento da era do conhecimento vem gerando mudanças na sociedade e, conseqüentemente, é natural que o mesmo se dê na Educação.

A EaD pode se beneficiar do uso da gestão de conhecimento, pois as atividades que a compõem têm um caráter essencialmente criativo e, portanto, dependem fundamentalmente dos conhecimentos e habilidades das pessoas que as realizam, incluindo aí tanto os conheci-mentos relativos à EaD, uma vez que a produtividade e a qualidade do ensino podem ser a-primoradas pelo uso intensivo de técnicas e métodos, os quais têm a experiência como um fator decisivo, como os conhecimentos relativos ao domínio a ser transmitido.

2.5.1

Conceito de Conhecimento

Como conseqüência, o "conhecimento" seria a "informação" apreendida através de re-flexão, síntese e contexto, de maneira a poder ser utilizada. O conhecimento envolve a assimi-lação da informação e sua conexão com experiências já existentes na mente do receptor, ge-rando novos conceitos, interpretações e a capacidade de agir.

Para Nonaka & Takeuchi [NONAKA & TAKEUCHI 1997], o conhecimento é dividi-do em duas categorias: tácito e explícito.

O conhecimento tácito é aquele que se encontra na mente das pessoas, sendo difícil de ser formalizado por meios concretos. Já o conhecimento explícito é aquele apresentado de maneira formal [BEPPLER 2003; LESSI 2002], podendo ser armazenado e transmitido facil-mente.

Nonaka & Takeuchi afirmam que esses dois tipos de conhecimento estão em constante interação, percorrendo uma espiral composta por quatro formas de compartilhamento, de a-cordo como o mostrado na Figura 2.3.

Figura 2.3: Espiral de Geração de Conhecimento.

Na socialização, há o compartilhamento de experiências entre indivíduos de um grupo, onde conhecimentos tácitos são transformados em outros conhecimentos tácitos por meio da observação, imitação e prática. Para os autores, esta seria uma forma de criação de conheci-mento limitada, já que o conheciconheci-mento permaneceria não formalizado.

A combinação é o processo de sistematização de conceitos em um sistema de conhe-cimento. Esse modo de conversão do conhecimento envolve a combinação de conjuntos dife-rentes de conhecimento explícito, por exemplo, a classificação, sumarização, pesquisa e cate-gorização das informações, pode levar à criação de novos conhecimentos;

Através da internalização, o conhecimento explícito gerado é assimilado pelos indiví-duos e recombinado internamente com experiências anteriores, podendo dar origem a novos conhecimentos tácitos, que irão realimentar a espiral.

Miranda [apud VALENTIM 2002] ainda acrescenta uma terceira forma de conheci-mento, denominado "estratégico", que seria a combinação dos conhecimentos tácitos e explí-citos, agregando-se a eles o conhecimento de especialistas. Esse tipo de conhecimento pode ser considerado, então, como o produto gerado a partir da espiral de Geração de Conhecimen-to defendida por Nonaka & Takeuchi (Figura 2.3).

2.5.2

Gestão do Conhecimento

A Gestão de Conhecimento GC é ampla e pode estar ligada a diversas abordagens de acordo com sua utilização, como um processo sistemático de identificação, criação, renovação e aplicação dos conhecimentos em alguma área de interesse.

A compreensão do conceito de GC é facilitada a partir do estudo de seus principais ob-jetivos. Serafim Filho [SERAFIM 1999] apresenta um resumo desses objetivos e um dos pon-tos é a criação do conhecimento que seria a transformação dos conhecimenpon-tos individuais em conhecimentos coletivos. Ou seja, esse conhecimento seria formado pela união de esforços dos componentes de um grupo para refletir, analisar e utilizar as experiências pessoais na cri-ação de novas técnicas e modelos conceituais para a solução de problemas.

2.5.3

Etapas do uso da Gestão de Conhecimento na EaD

Extração do conhecimento: Essa fase consiste, basicamente, em transformar o co-nhecimento tácito do especialista em coco-nhecimento explícito. Ou seja, aquele conhe-cimento existente na forma tácita passa a ser disponibilizado e apresentado de maneira formal.

Retenção do conhecimento: Nesta etapa o conhecimento deve ser sistematizado e armazenado de maneira que possa ser compartilhado e disponibilizado.

Disponibilização do conhecimento: Neste momento, através do uso de uma ferra-menta de Tecnologia de Informação TI ligada a EaD, o conhecimento do especialista deverá estar acessível.

Medição da transmissão do conhecimento: Na última etapa, deverá ser utilizado um sistema cognitivo para avaliar a internalização do conhecimento por parte do aprendiz.

2.5.4

Educação a Distância e Gestão do Conhecimento

As características consideradas para o projeto e a implementação de cursos de EaD se-guem algumas das diretrizes da GC, mesmo quando não são voltadas especificamente para a educação profissionalizante, apesar de ser esta hoje uma de suas principais aplicações.

Alguns desses aspectos evidenciam-se quando se faz uma comparação dos fatores de sucesso para ambas as iniciativas. Como exemplo pode-se citar o estímulo ao compartilha-mento de informações e conhecicompartilha-mentos, considerando que o conhecicompartilha-mento coletivo é maior do que a soma dos conhecimentos individuais. Tanto na GC quanto na EaD, a interação entre os participantes é fator crítico para a obtenção de resultados positivos.

Tanto para a GC quanto para a EaD, a figura de um "líder humano" é fundamental na coordenação e acompanhamento do processo de aprendizagem. Na educação a distância, esse papel é desempenhado pelo próprio professor e sua participação é considerada indispensável para o ensino-aprendizagem.

Para Wickert [WICKERT 1999], na EaD, os professores: "usarão seus conhecimentos, suas estratégias cognitivas e, principalmente, sua criatividade e imaginação, para gerar outras formas de aproveitamento de todo arsenal tecnológico que tiver à sua disposição, buscando facilitar a aprendizagem e o envolvimento do aluno de forma integral, considerando seus inte-resses, sentimentos, atitudes e emoções."

A tecnologia empregada é considerada como fundamental, mas seu uso é apenas como ferramenta e não como fim do processo. Na GC, a tecnologia é utilizada como apoio à tomada de decisões, armazenamento de informações, mapeamento de competências e comunicação entre as pessoas. Para a EaD, a tecnologia tem a mesma função, servindo de interface entre a equipe de criação/manutenção e os alunos. Tanto a GC quanto a EaD buscam a otimização do uso de recursos tecnológicos para facilitar a ob-tenção de resultados.

Para Lima [LIMA 2003], a GC está baseada em três pilares: pessoas, tecnologia e pro-cessos. Também a EaD está baseada nesses pontos:

Pessoas: os professores, administradores, psico-pedagogos, designers, tutores, dentre outros e alunos;

Tecnologia: os equipamentos, telecomunicações e recursos multimídia e

Processos: a produção de conteúdo, design, software educacional, ferramentas de co-municação inter e intragrupal.

2.6

C

A EaD não deverá ser pensada como algo à parte da organização de ensino, mas como uma modalidade de educação que, em função de suas peculiaridades espaço/tempo, dos tipos de mídias e recursos tecnológicos utilizados e de suas características contextuais, oferece as pessoas, condições necessárias para que as mesmas busquem adquirir conhecimento.

Deve-se fazer uso destas tecnologias, mas o que se espera, principalmente, da informá-tica na EaD é a utilização destas como apoio ao ensino de forma a não apenas "automatizar" o processo, mas sim enriquecê-lo através de softwares que estimulem e propiciem a aprendiza-gem de maneira rápida, eficiente, que permita a cada um adquirir o conhecimento, da maneira mais apropriada e dentro do seu próprio ritmo.

3

C

APÍTULO

3

Sistemas Tutores Inteligentes

3.1

I

Neste capítulo, pretende-se abordar de maneira sucinta os Sistemas Tutores Inteligen-tes buscando mostrar as principais características e os avanços de tais sistemas, fazendo uma breve comparação entre os ICAI e os STI por serem utilizados em aplicações similares em educação, os tipos de modelagem dos STI e uma visão da arquitetura básica para este tipo de sistema.

3.2

D

C

P

As pesquisas na construção de Ambientes Inteligentes para a Aprendizagem Assistida por Computador, também conhecidos como STI s, tiveram início aproximadamente nos anos 70. Alguns autores como Carbonell e Sleeman [apud GIRAFFA 1999],começaram a observar que os programas de CAI possuíam estrutura de transmissão de conhecimento de caráter se-qüencial, previamente determinada e, por conseqüência, com incapacidade de adaptação real às necessidades e estilo individual dos alunos. Estes autores propuseram um sistema que in-corporava técnicas de IA a fim de tentar criar um ambiente que levasse em consideração os diversos estilos cognitivos de cada aluno que utilizasse o programa. A este tipo de software denominaram de Tutores Inteligentes ou Sistemas Tutores Inteligentes [WOOF 1988].

Tabela 3.1: CAI x STI

Aspecto CAI STI

Origem Educação. Ciência da Computação.

Bases Teóricas Skinner (behaviorista). Psicologia Cognitivista.

Estruturação e

Funções Uma única estrutura algoritmi-camente pré-definida, onde o aluno não influi na seqüenciação.

Estrutura subdividida em módu-los, cuja seqüenciação se dá em função da resposta do aluno.

Estruturação do

Conhecimento Algorítmica. Heurística. Modelagem do

Aluno Avaliam a última resposta. Tentam avaliar todas as respos-tas do aluno durante a interação.

Modalidades Tutorial com exercício, prática, simulação e jogos educativos.

Socrático, ambiente interativo diálogo bidirecional e guia.

No segundo estágio dos STI, na segunda metade da década de 80, as pesquisas se con-centraram em verificar as questões envolvendo o aspecto pedagógico, ou seja, o seu valor instrucional. Nesta etapa, a equipe de trabalho começou a contar com a colaboração de espe-cialistas em Educação, especificamente em instrução via-computador. Os PC já estavam co-meçando a se disseminar e as linguagens sofreram evolução para se adaptarem aos novos am-bientes de hardware. Com a explosão dos microcomputadores PC, começa uma nova concep-ção no nível de pesquisa de ferramentas (software) e utilizaconcep-ção de linguagens para a imple-mentação dos STI. Neste período, os STI apresentaram um grande avanço no que diz respeito à eficácia instrucional.

O terceiro estágio compreende a década dos anos 90, onde os pesquisadores estão ex-plorando ambientes e variáveis instrucionais específicas, utilizando equipes interdisciplinares para realizar atividades multidisciplinares. Isto se faz necessário devido ao avanço das ciên-cias afins tais como: IA, Psicologia Cognitiva, Neurofisiologia, Neuro-psicopedagogia e a própria Ciência da Computação que disponibilizou as tecnologias de hipermídia e poderosas linguagens nos paradigmas de Programação Orientada a Objetos POO e agentes.

aprendizagem e na capacidade de formular uma estratégia de ensino-aprendizagem adequada ao aluno e à situação do momento.

Para ser inteligente, um tutor deve ser flexível, isto é, ter capacidade para aprender com o meio ambiente e atualizar seu conhecimento [VICCARI 1992].

Os estudos na área de EaD, mais especificamente os STI, estão abordando a interdisci-plinaridade, integrando os domínios da Educação e a Computação, mais especificamente, a Pedagogia e a Psicologia da Aprendizagem, e a Inteligência Artificial, a fim de obter sistemas mais sofisticados. A contribuição nesta etapa de desenvolvimento está baseada em teorias e metodologias de ensino-aprendizagem, mais precisamente na sua geração e seleção automáti-ca, adequando-se às necessidades de cada aprendiz.

Segundo Corredor [CORREDOR 1993], através de experiências em desenvolvimento de STI, percebe-se que as possibilidades pedagógicas e didáticas de produtos de software com as características dos STI são extensas, e identifica-se a importância das características indivi-duais de cada aluno, reconhecendo que a instrução deve ser individualizada, de forma a facili-tar ao aluno a criação de estruturas conceituais e metodológicas adequadas a sua capacidade e interesse. Esta percepção aponta para a necessidade de uma profunda reflexão sobre as formas de ensino e estilos de aprendizagem, as quais são operacionalizadas em conjunção dos módu-los do aluno e do tutor [COSTA 1997].

3.3

M

S

T

Na literatura encontramos os STI modelados em duas abordagens: a clássica (funcio-nal, em módulos) e utilizando agentes (os módulos tradicionais são substituídos por uma soci-edade de agentes).

3.3.1

Modelagem Clássica

O tutor utiliza o modelo do aluno e do modelo de domínio para tomada das decisões didáticas e pedagógicas. A nível global, estas decisões afetam a seqüência de apresentação do conteúdo, intervenções e questionamentos a serem feitos ao aluno. Através da forma com que os assuntos estão relacionados, o módulo tutor adapta sua apresentação dos tópicos às neces-sidades do aluno. A nível local, no sistema (módulo tutor), o tutor decide quando uma inter-venção é desejável, se o aluno deve ser interrompido em sua atividade ou não e, o que deve ser apresentado em função das informações avaliadas em um dado momento.

A ordem e a maneira com que cada assunto é trabalhado pode produzir diferentes re-sultados na aprendizagem.

Nos tutores clássicos o controle varia conforme algum critério de otimização, e costu-ma ser ucostu-ma decisão de projeto, ou seja, não existe mudança na forcostu-ma com que é controlada a interação. Alguns sistemas podem monitorar as atividades dos alunos de perto, adaptando suas ações as respostas dos alunos, mas nunca cedendo o controle da interação.

Em diálogos com iniciativas mistas, o controle é compartilhado pelo estudante e o sis-tema, assim como ocorre a troca de perguntas e respostas. Neste caso, o sistema deve então ser capaz de responder as perguntas do estudante. Em atividades orientadas ou guided-discovery learning, o estudante possui o controle total da atividade, e a única maneira do sis-tema conduzir o aluno é realizando mudanças no ambiente. Esta forma de controle torna difí-cil a análise do processo, que poderia ser realizada posteriormente pelo professor. Porém a possibilidade do aluno agir de forma independente impede que o sistema interfira inadequa-damente em caso de dúvida.

O tutor analisa as respostas e perguntas do aluno, assim como outras interações (como por exemplo a forma como o aluno desenvolve a solução das tarefas), com o intuito de atuali-zar o modelo de aluno do sistema. Esta análise busca adaptar os objetivos do tutor em função do aluno e do conteúdo que deve ser apresentado.

Wenger [WENGER 1987] ressalta que no clássico SCHOLAR as estratégias eram res-tritas e consistiam principalmente na seleção de tópicos locais. Estes tópicos locais estavam localizados nos nodos das redes semânticas2, que continham uma representação estruturada do conteúdo. O aluno podia fazer perguntas ao sistema e este deveria identificar as informações relevantes contidas na pergunta de acordo com o domínio. Isto era feito em função da distân-cia entre o nodo em que o dado relevante da pergunta está localizado, e o nodo atual (tópico atual). A cada nodo foram adicionados pesos (na forma de etiquetas numéricas) que permiti-am o tutor identificar se o próximo nodo era ou não mais relevante para então gerar perguntas quando a iniciativa era a sua. No entanto, se estas etiquetas não serviam para a tomada de de-cisão, eram então realizadas escolhas aleatórias.

A partir dos resultados obtidos com o SCHOLAR, foi apresentado o projeto WHY [a-pud WENGER 1987]onde seu principal objetivo era fazer um tutor, fruto de sua análise da aplicação do método socrático em tutores e da pesquisa realizada por Carbonell.

Um tutor socrático ensina através de uma abordagem de exposição indireta, que con-siste na oferta, ao aluno, de questões sucessivas que visam formular princípios gerais basea-dos em casos particulares para ele poder analisar e avaliar hipóteses, descobrir contradições e finalmente fazer inferências corretas. [GIRAFFA 1997]

Já na metade da década de 80, era crescente o interesse em modelos didáticos compu-tacionais diversificados. No entanto, isso permaneceu como uma limitação aos tutores, já que novas estratégias eram abordagens baseadas no conhecimento do tutor humano, cuja habilida-de é complexa e, até aquele momento, difícil habilida-de ser tratada computacionalmente.

Alguns trabalhos tentaram buscar alternativas na tentativa de tornar um tutor flexível na condução das interações com o aluno, alterando suas estratégias. O tutor QUADRATIC [apud WENGER 1987], podia modificar suas próprias estratégias, mas estas modificações eram basicamente ajustes de parâmetros e não uma mudança efetiva de estratégia.

Observa-se que os STI clássicos, de uma forma geral, se caracterizam por utilizar uma única estratégia para o ensino do aluno. Ou seja, estes sistemas possuem pouca versatilidade

2 _{Uma Rede Semântica é uma estrutura para a representação do conhecimento definida como padrão de nodos}

em seu comportamento pedagógico, sem proporcionar uma adaptação dinâmica (em nível de estratégias) às características de aprendizagem de cada aluno.

3.3.2

Modelagem com Agentes

Em função do desenvolvimento da IA distribuída, e a crescente pesquisa em Sistemas Multi-agentes (SMA), a tecnologia de agentes passou a ser adotada como uma metodologia alternativa para projetar STI.

Segundo Giraffa [GIRAFFA 1999], a razão fundamental para modelar STI com uma arquitetura multi-agentes são suas capacidades de comunicação e interação. Agentes podem se adaptar e aprender durante uma sessão. Silveira [SILVEIRA 2000] considera que a utiliza-ção de sociedades baseadas em agentes está se consolidando como uma alternativa apropriada para o projeto de STI.

Existem na literatura diferentes abordagens da utilização de agentes em STI. Segundo [GIRAFFA 1998], os agentes desenvolvidos para ambientes de ensino recebem o nome de agentes pedagógicos. Seus objetivos podem ser descritos em função do seu comportamento (estratégia).

Os comportamentos possíveis para um tutor, segundo [GIRAFFA 1998] são:

Guia: o agente é diretivo em suas intervenções e monitora o aluno todo tempo, condu-zindo o aluno na resolução do problema por todo processo de interação;

Assistente: o agente é menos diretivo e monitora o aluno todo o tempo, intervindo ba-seado em heurísticas sobre a resolução do problema naquele domínio;

Facilitador: o agente monitora o aluno todo o tempo, porém não é diretivo, ele apenas dá dicas sobre a resolução do problema e só intervém quando solicitado.

Os agentes pedagógicos podem atuar como tutores virtuais, alunos virtuais ou colegas virtuais que auxiliam no processo de aprendizagem. Estas diferentes formas de atuação podem compor grupos de agentes que distribuem entres si as tarefas. Estas tarefas podem ser de mai-or abrangência (modelagem do aluno ou seleção da estratégia e táticas) ou de menmai-or abran-gência (cada agente é responsável por uma estratégia).

A distribuição de tarefas permite um melhor desempenho sistema, subdivido a com-plexidade da tutoria em tarefas menores, a tarefa de tutoria passa a ser executada em um nível mais alto de abstração. Desta forma, Gouarderes [GOUARDERES 1999] sugere uma caracte-rização do processo de aprendizagem desenvolvido em sistemas multi-agentes em três níveis de abstração:

Aprendizagem por replicação: os agentes disponibilizam o conteúdo, a representa-ção da estratégia pedagógica selecionada, e dentro desta arquitetura um dos agentes representa as ações do professor, estando o processo de aprendizagem representado de forma reativa pelos agentes;

Aprendizagem por tautologia: a apresentação do conteúdo é desenvolvida de forma a guiar o aluno através de agentes especializados que auxiliam o aluno, sendo nesta arquitetura o processo de aprendizagem caracterizado pela capacidade de adaptação dos agentes na condução do aluno ao longo das interações;

Aprendizagem por interações dinâmicas e compartilhadas: o computador é mais ativo e a informação não é fornecida somente pelo sistema, mas pode ser modificada e/ou gerada pelo aluno, sendo desta forma o processo de aprendizagem caracterizado por um modelo cognitivo.

3.4

A

B

STI

um modelo explícito de domínio e um programa especialista capaz de resolver pro-blemas nesse domínio;

um modelo de identificação com algum detalhe sobre o conhecimento do estudante a respeito do domínio;

um modelo de ensino capaz de prover instrução, apresentando material instrucional, e capaz de detectar e auxiliar na resolução das concepções erradas dos estudantes [apud OLIVEIRA 1996].

A estrutura de um sistema com as características anteriores, exige o desenvolvimento de programa tutorial composto pelos módulos mostrados na Figura 3.1.

Figura 3.1: Arquitetura Básica de um STI.

3.4.1

Base de conhecimento do domínio

O material instrucional é organizado, geralmente, numa taxionomia que prevê níveis crescentes de complexidade. As tarefas são organizadas utilizando uma estrutura de árvore e formadas dinamicamente, de acordo com a interação e o trabalho do aluno.

A estratégia de ensino a ser utilizada vai depender do modelo do aluno definido, como veremos mais adiante.

A base de conhecimentos do domínio é um componente chave do sistema tutor inteli-gente; ali está representado o material instrucional - ou seja, o conteúdo que o tutor deverá ministrar. O fato deste conteúdo ser armazenado em uma base de conhecimento - e não em uma base de dados convencional - é um dos fatores que determinam a diferença entre um STI e um CAI convencional. A base de conhecimentos deve facultar ao sistema a possibilidade de raciocinar sobre a estrutura do conteúdo a ser ministrado, permitindo-lhe então ser mais do que um simples "virador de página eletrônico".

3.4.2

Modelo do Aluno

O modelo do aluno contém as informações relevantes, do ponto de vista do tutor, a respeito do aluno. É a presença deste modelo que permite ao sistema tutor adaptar-se a cada estudante, individualizando a instrução. Este módulo representa o conhecimento e as habili-dades cognitivas do aluno em um dado momento. É constituído por dados estáticos e dados dinâmicos que serão de fundamental importância para o tutor poder comprovar hipóteses a respeito do aluno. O modelo do aluno contém uma representação do estado do conhecimento do aluno no momento em que este interage com o STI. A partir desse modelo e do conteúdo a ser ensinado, o sistema deve ser capaz de inferir a melhor estratégia de ensino a ser utilizada em seguida. Um modelo realista do aluno implica numa atualização dinâmica à medida que o sistema avalia o desempenho do estudante. [GIRAFFA 1997]

Os dados dinâmicos referem-se ao desempenho do aluno diante de questões formula-das pelo tutor e confrontaformula-das com as hipóteses elaboraformula-das pelo aluno, face ao uso que o aluno faz do sistema e face aos novos conhecimentos que o aluno pode vir a ensinar ao tutor.

incluir um reconhecimento de padrões aplicados à história das respostas fornecidas por ele;

comparar a conduta do aluno com a de um especialista e verificar os pontos em co-mum;

colocar as preferências do aluno;

seus objetivos particulares;

coisas que ele costuma esquecer quando interage com o tutor e

indicação dos seus objetivos particulares.

O modelo do aluno, segundo [COSTA 1996], pode ser representado apoiando-se em alguns modelos de descrição, sendo eles:

Modelo diferencial: onde a resposta do aluno é comparada com a base de conheci-mento. Nesta modelagem, se compara a performance do especialista com a do estu-dante e não o conhecimento deles. A modelagem por diferenciação divide o conheci-mento em duas classes: a do conheciconheci-mento que se espera que o estudante tenha e a ou-tra que não se espera que ele possua. Nesta modelagem o conhecimento o aluno é so-mente um subconjunto do conhecimento do especialista;

Modelo de Overlay ou superposição: o conhecimento do aluno é representado como um subconjunto da base de conhecimento do sistema tutor. Obviamente, isso implica em que a representação de conhecimento utilizada no modelo do aluno e na base do domínio seja a mesma;

Modelo de Perturbação: também relaciona o modelo do aluno com a base de conhe-cimento do domínio. O modelo de perturbação assume que os erros do aluno são de-correntes da concepção errônea de algum conceito ou ausência dele;

Modelo de Crenças: consiste em um conjunto de crenças refletindo o grau de com-preensão do estudante sobre um conceito em particular. Segundo Giraffa, seria mais correto falar em bases de crenças no lugar de bases de conhecimento, já que o compor-tamento lógico das concepções do aluno assemelha-se muito mais a uma lógica de crenças do que a uma lógica de conhecimento [GIRAFFA 1997];

Modelo de Agentes: ao tratar o modelo do aluno como um sistema de crenças, Vicca-ri [apud GIRAFFA 1997] utilizou implicitamente uma noção importante: a interação entre aluno e sistema tutor é uma interação entre dois agentes inteligentes (ou, pelo menos, dotados de algum comportamento cognitivo). Considerar o aluno como um a-gente implica considerar o modelo do aluno como um modelo de aa-gente, o que terá conseqüências para a estrutura do modelo.

3.4.3

Estratégias de Ensino

O módulo de Estratégias de Ensino, também chamado de módulo tutor, módulo instru-tor, módulo pedagógico ou ainda módulo de estratégias didáticas, deve ser capaz de tomar as decisões sobre as estratégias de ensino a serem utilizadas e determinar as informações que serão apresentadas a um aluno, de forma semelhante a um professor. Pode-se dizer que o comportamento de um STI é determinado diretamente por este módulo.

Uma estratégia é um plano, ou seja, uma estrutura de ação visando atingir determina-dos objetivos. As estratégias de ensino podem ser vistas como esquemas de planos que defi-nem formas de apresentar o material instrucional ao aluno.

Existem diversos métodos de estratégias que podem ser utilizados em STI´s. Alguns deles são os seguintes [GIRAFFA 1997]:

Método Socrático: esse método permite que o STI ensine através de perguntas e diá-logos, levando o aluno a tirar suas próprias conclusões;

Método Colaborativo (Assistente): esse método faz com que o STI comporte-se co-mo um colaborador na interação com o aluno, ajudando-o a esclarecer suas idéias e

Método Coaching (Treinamento): esse método faz com que o STI observe o desem-penho do aluno, a fim de aconselhá-lo nas realizações de suas atividades.

Em outro nível, as táticas que podem ser utilizadas em estratégias de ensino são as se-guintes [GIRAFFA 1997]: mostrar um exemplo usando uma situação similar; mostrar uma mensagem com a melhor opção; mostrar exemplos relacionados sem nenhuma explicação; mostrar os temas que são importantes; mostrar o conteúdo de cada tópico; mostrar uma men-sagem explicando as conseqüências de suas ações; mostrar ao aluno sucessivas questões para que ele possa analisar hipóteses, descobrir contradições e realizar inferências corretas.

O método utilizado no STI é que determina as táticas que devem ser utilizadas em uma estratégia didática. Entretanto, caso o projetista do STI não esteja adotando nenhum método específico, ele deverá escolher o conjunto de táticas para compor uma estratégia que melhor satisfazem os objetivos do STI.

É importante ressaltar que muitos dos STI´s citados na literatura têm mais de uma es-tratégia didática e isto ocorre porque os sistemas geralmente têm princípios diferentes de ins-truir, tal qual um professor humano tem diferentes maneiras de apresentar o mesmo assunto a um aluno.

3.4.4

Módulo de Controle