PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA TUTOR INTELIGENTE

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Process of development of an intelligent tutor system

SCHRAMMEL, Lucca Alexandre 1; CHICON, Patricia Mariotto Mozzaquatro2; QUARESMA, Cindia Rosa Toniazzo3; SCHUCH, Regis Rodolfo4;

ANTONIAZZI, Rodrigo Luiz5 RESUMO

A pesquisa aqui apresentada tem por objetivo descrever o processo de desenvolvimento de um sistema tutor inteligente que detecta o perfil dos estudantes por meio do estilo de aprendizagem e apresenta materiais digitais em diversos formatos. O estudo faz parte do Projeto de Pesquisa em desenvolvimento intitulada “Sistema tutor inteligente que detecta o perfil acadêmico por meio do estilo de Aprendizagem e Hábitos de estudo apresentando materiais digitais em diversificados formatos” do Curso de Ciência da Computação da Universidade de Cruz Alta. A metodologia baseia-se no método Design Science Rebaseia-search (DSR), a qual tem sido considerado como um método para a condução de pesquisas de cunho tecnológico. Como resultados aponta-se a conclusão da primeira etapa que envolveu a criação do sistema tutor, analisando e estudando os variados estilos de aprendizagem. A segunda etapa em andamento, trata da criação do software para geração dos documentos em formatos digitais, correspondentes ao estilo definido pelo sistema tutor. O sistema está preparado para a conversão de um arquivo PDF em áudio e para a criação de nuvens de palavra, gerando um esquema sucinto dos principais conceitos do conteúdo. Encontram-se em desenvolvimento os demais formatos de materiais. O sistema também possibilita novas formas de construção do conhecimento e metodologias de ensino e aprendizagem.

Palavras-chave: Sistema Tutor Inteligente. Processo de desenvolvimento. Linguagem de programação C#

ABSTRACT

The research presented here aims to describe the process of developing an intelligent tutor system that detects the student's profile through the learning style and presents digital materials in various formats. The study is part of the Development research project entitled "Intelligent Tutor system that detects the academic profile by means of learning style and study habits presenting digital materials in diversified formats" of the course of Computer science of the University of High Cross. The methodology is based on the Design Science Research (DSR) method, which has been considered as a method for conducting technological research. As a result, the conclusion of the first stage involved the creation of the tutor system, analyzing and studying the varied learning styles is pointed out. The second step in progress, is the creation of the software for the generation of documents in digital formats, corresponding to the style defined by the tutor system. The system is prepared for converting an audio PDF file and creating word clouds, generating a succinct outline of the main concepts of the content. The other material formats are in development. The system also enables new forms of knowledge construction and teaching and learning methodologies.

Keywords: Smart Tutoring System. Development process. Programming language C #

1_{Acadêmico do Curso de Ciência da Computação. Unicruz. Email: lucca.a.s@hotmail.com.}

2_{Professora do Curso de Ciência da Computação. Unicruz. E-mail: pmozzaquatro@unicruz.edu.br.}

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Professora do Curso de Ciência da Computação e Pedagogia. Unicruz. E-mail: cquaresma@unicruz.edu.br.

4_{Professor do Curso de Ciência da Computação. Unicruz. E-mail: regis.schuch@gmail.com.}

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Processo de desenvolvimento de um sistema tutor inteligente ISSN 2358-6036 – v. 6, 2018, p. 307-315

1 INTRODUÇÃO

Este estudo apresenta o processo de construção de um sistema tutor inteligente que detecta o perfil dos estudantes por meio do estilo de aprendizagem e apresenta materiais digitais em diversos formatos. Além do enfoque computacional destaca-se o potencial do sistema para favorecer a personalização e autonomia do aluno no processo de aprendizagem.

Aponta-se que as Tecnologias Digitais possibilitam a convergência de diversos recursos como textos, imagens, áudios, vídeos, animações em uma nova tecnologia que contempla materiais hipermidiáticos, sendo possível representar e processar qualquer tipo de informação. Segundo Kenski (2015, p. 33) os ambientes digitais podem agregar elementos da “computação (a informática e suas aplicações), as comunicações (transmissão e recepção de dados, imagens, sons, etc), e os mais diversos tipos, formas e suportes em que estão disponíveis os conteúdos (livros, filmes, fotos, músicas e textos)”. É possível articular dispositivos móveis, como celulares, smartphones e tablets, e computadores. Assume então características de mobilidade, um dos principais fenômenos em relação às tecnologias no contexto educacional.

Analisando tais aspectos e os trabalhos em desenvolvimento na área acredita-se que, com a criação do sistema tutor inteligente o professor poderá utilizar novas estratégias de ensino e aprendizagem integrando os estilos de aprendizagem de suas turmas, ou seja, será possível proporcionar aos alunos um aprendizado personalizado e interativo.

A pesquisa está estruturada nas seguintes seções descritas no trabalho: as etapas integrantes da engenharia de software necessárias para o desenvolvimento de um Sistema Tutor Inteligente; a modelagem UML utilizada para a construção do projeto; metodologia utilizada; processo de desenvolvimento. Os resultados são descritos na seção a seguir, juntamente com as considerações finais. Finalmente são apresentadas as referências.

2 PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE UM SOFTWARE

O processo de desenvolvimento de um software segue as fases: Extração de requisitos, análise, projeto, codificação, teste e manutenção.

A Figura 1 ilustra este processo. A fase de Requisitos de sistema refere-se à extração de informações necessárias para a resolução do problema computacional. Na análise define-se o projeto lógico, nesta etapa ocorre intensa coleta de requisitos, interpretação das necessidades do cliente, detalhamento dos requisitos. Na etapa do projeto ocorre a estrutura de

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dados do sistema, é construída a interface do sistema (layout, menu, botões). Pode-se construir o diagrama de fluxo de dados, diagrama de contexto e dicionário de dados. Na codificação acontece a interpretação das formalizações vistas na etapa do projeto para uma determinada linguagem de programação. A etapa de testes concentra-se nos aspectos lógicos internos do software, garantindo que todas as instruções tenham sido testadas, também integra os aspectos funcionais externos para descobrir erros e garantir que a entrada definida produza os resultados esperados. A manutenção refere-se a mudanças após a entrega do software ao cliente.

Figura 1 – Ciclo de vida de um software

Fonte: SOMMERVILLE (2003)

3 MODELAGEM UML

A modelagem do projeto foi desenvolvida na linguagem UML. De acordo com Lopes e Dias (2015), a UML (Linguagem Unificada de Modelagem) é uma linguagem gráfica de modelagem que, através de diagramas, é possível especificar, construir, documentar e visualizar projetos de sistemas computacionais. A UML é utilizada para documentar e compreender melhor o sistema que será desenvolvido, descrevendo as ações e comportamentos do sistema em si, e também, a interação do usuário com o ambiente computacional. (LOPES; DIAS, 2015).

Os diagramas são representações gráficas de um conjunto de elementos. Permitem visualizar o sistema sob diferentes perspectivas. São construídos os seguintes diagramas:

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diagrama de casos de uso, diagrama de sequência, diagrama de atividades, diagrama de estados, entre outros.

Diagrama de casos de uso é um documento narrativo que descreve a seqüência de eventos de um ator que usa um sistema para completar um processo. Representa a interação entre um usuário e o sistema (SOMMERVILLE, 2003).

Diagrama de sequencia: Na modelagem UML o diagrama de sequência é representado por um diagrama comportamental que preocupa-se com a ordem temporal em que as mensagens são trocadas entre os objetos envolvidos em um determinado processo (SOMMERVILLE, 2003). Em geral, baseia-se em um caso de uso definido pelo diagrama de mesmo nome e apoia-se no diagrama de classes para determinar os objetos das classes envolvidas em um processo. Um diagrama de sequência costuma identificar o evento gerador do processo modelado, bem como o ator responsável por esse evento, e determina como o processo deve se desenrolar e ser concluído por meio da chamada de métodos disparados por mensagens enviadas entre os objetos (BEZERRA, 2015) (SOMMERVILLE, 2003).

Já o diagrama de atividade era considerado um caso especial do antigo diagrama de gráfico de estados, hoje conhecido como diagrama de máquina de estados, conforme descrito na seção anterior (SOMMERVILLE, 2003). A partir da UML 2.0, foi considerado independente do diagrama de máquina de estados. O diagrama de atividade preocupa-se em descrever os passos a serem percorridos para a conclusão de uma atividade específica, podendo esta ser representada por um método com certo grau de complexidade, um algoritmo, ou mesmo por um processo completo (BEZERRA, 2015). O diagrama de atividade concentra-se na repreconcentra-sentação do fluxo de controle de uma atividade.

O diagrama de máquina de estados, na Modelagem UML, demonstra o comportamento de um elemento por meio de um conjunto finito de transições de estado, ou seja, uma máquina de estados (SOMMERVILLE, 2003). Além de poder ser utilizado para expressar o comportamento de uma parte do sistema, quando é chamado de máquina de estado comportamental, também pode ser usado para expressar o protocolo de uso de parte de um sistema, quando identifica uma máquina de estado de protocolo. Como o diagrama de sequência, o de máquina de estados pode basear-se em um caso de uso, mas também pode ser utilizado para acompanhar os estados de outros elementos, como, por exemplo, uma instância de uma classe (BEZERRA, 2015) (SOMMERVILLE, 2003).

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4 METODOLOGIA

A pesquisa aqui desenvolvida utilizou o método Design Science Research (DSR), a qual tem sido considerado como um método para a condução de pesquisas de cunho tecnológico, por exemplo tecnologias de gestão, constituindo-se em uma abordagem que, quando bem aplicada, produz rigor científico efetivo.

O autor Wieringa (2009) propõe o ciclo regulador, conforme pode ser visto na Figura 2 que consiste em uma estrutura lógica para a resolução de problemas.

Figura 2 - Ciclo Regulador

Fonte: (WIERINGA, 2009)

Foram realizadas as seguintes etapas:

Etapa 1 – Estudo teórico. Será realizado estudo sobre: sistema tutor inteligente, estilos de aprendizagem, processo de desenvolvimento de um software e linguagem para o desenvolvimento.

Etapa 2 – Modelagem da aplicação. Foram desenvolvidos os diagramas de casos de uso e sequencia, ambos na linguagem UML, utilizando o software STAR UML.

Etapa 3 – Desenvolvimento. Neste etapa, ocorre a tradução dos artefatos gerados no projeto para uma linguagem de programação.

Etapa 4 – Validação. Até o momento foram aplicados testes do tipo caixa branca.

5 RESULTADOS

O projeto em um todo é dividido em duas etapas, onde, uma delas trata da criação do sistema tutor, analisando e estudando os variados estilos de aprendizagem. Esta etapa já encontra-se encerrada e concluída.

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A segunda etapa, trata da criação do software para geração dos documentos em formatos digitais, correspondentes ao estilo definido pelo sistema tutor, desenvolvido na etapa 1. O software necessário para criação dos documentos em formatos digitais distintos está em processo de desenvolvimento e utiliza a linguagem de programação C#. A linguagem C# faz parte de um conjunto de ferramentas oferecidas na plataforma. NET e surge como linguagem simples, robusta, orientada a objetos, fortemente tipada e escalável, a fim de permitir que uma mesma aplicação possa ser executada em hardwares de diferentes capacidades de processamento de dados. Além do mais, esta linguagem permite que seja realizado o desenvolvimento de aplicações de diferentes tipos, como Web, Desktop, Palmtop, Android, etc (LIMA et al., 2002).

A utilização da linguagem C# para a criação da ferramenta de conversão de documentos, justifica-se conforme o exposto no parágrafo anterior, e por disponibilizar uma gama muito alta de recursos e um suporte eficiente da Microsoft.

A ferramenta criada, utiliza uma série de conceitos de lógica de computação, como, laços de repetição, estrutura de controle, listas, array’s. Além destes recursos, trabalha com uma série de conceitos específicos da linguagem de programação usada, como form’s, classes, orientação à objetos, textbox. A Figura 3 ilustra a tela inicial do sistema.

Figura 3- Tela Inicial

Fonte: elaborado pelo Autor.

Conforme a Figura 3, o sistema apresenta um cadastro simples, onde, é realizado um cadastro de um aluno, sendo este relacionado a uma turma. Neste momento, a aplicação integrará com o sistema tutor e consumirá a informação do estilo de aprendizagem de cada aluno da turma. O aluno responderá a um questionário, o sistema tutor fará a identificação do seu estilo de aprendizagem. Após isso, os materiais personalizados serão disponibilizados conforme seu perfil de aprendizagem.

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Para a conversão dos materiais em diferentes formatos, o sistema utiliza uma biblioteca padrão do C# que realiza a conversão de um arquivo PDF em uma String, que equivale-se a um documento de texto. A partir deste momento, o sistema solicita qual a turma que receberá a documentação, encontrará os alunos relacionados a turma em questão e criará um arquivo conforme as preferências do aluno (texto, áudio, esquemas).

Atualmente, o sistema está preparado para a conversão de um arquivo PDF em áudio, fazendo com que possa ser um material utilizado pelos estudantes que preferem este tipo de material, bem como por pessoas com limitações. Além da importação para áudio, apresenta-se em status de desenvolvimento a criação de nuvens de palavra, onde, o sistema identificará as palavras que mais se repetem no texto entregue pelo professor e agrupará em uma forma de esquema, fazendo com que o estudante consiga compreender o objetivo geral do documento, de uma forma ágil e sucinta.

A criação da nuvem de palavras utiliza um array, que representa um grupo consecutivo de posições da memória em que todas elas são de um mesmo tipo, no caso, do tipo palavra (DEITEL, 2006). Para a criação de um array, especifica-se o nome do array e seu tipo, e, se necessário, o número de posições. Com tais informações, este array pode ser “alimentado” com informações do texto importado pelo professor. O array criado é preenchido com palavras do texto importado, onde, cada posição do array guarda um objeto do tipo palavra, com a descrição da palavra e a quantidade de vezes que tal palavra é mencionada no texto. Com o array preenchido, existe um método que identifica o número de vezes que a palavra em questão é citada no texto, incrementado um valor em sua variável de contagem. Esta verificação é feita para cada posição do vetor. O procedimento identifica quais as palavras que são mencionadas no texto com maior frequência, a fim de realizar a criação de uma nuvem de palavras para melhor entendimento dos estudantes. A Figura 4 ilustra o diagrama de sequência abordando a interação entre o sistema e usuário.

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Figura 4 – Diagrama de sequência – Interação entre sistema e usuário

Fonte: elaborado pelo Autor

6 CONSIDERAÇÕES

Esta pesquisa é parte integrante de um projeto de pesquisa em execução. A contribuição emerge tanto para comunidade acadêmica da Universidade de Cruz Alta como para a própria Instituição. A primeira ganha em conhecimento, informação e tecnologia, a segunda ganha qualidade de sua prestação de serviço a educação. Por fim ressaltar-se que o projeto é de fundamental importância para todos os cursos da Unicruz, pois todo o docente irá planejar sua aula em apenas um formato.

O projeto proposto está sendo desenvolvido por acadêmicos do Curso de Ciência da Computação, que terão a oportunidade de aperfeiçoar os conhecimentos adquiridos em várias disciplinas no decorrer do curso e terão uma base mais concreta com relação à aplicação prática desses conhecimentos.

A experiência resultante do esforço coletivo dos pesquisadores que estarão envolvidos neste projeto deve contribuir com o avanço científico e tecnológico brasileiro no que tange ao estudo da programação. Uma das formas será por meio da publicação de diversos artigos

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científicos em Congressos, Simpósios e outros eventos científicos ligados a informática no Brasil. Outro aspecto importante desta pesquisa é o que tange a aplicabilidade, uma vez que acadêmicos poderão usufruir deste sistema educacional. Além disso, também possibilita novas formas de disseminação do conhecimento e a ampliação das possibilidades de ensino.

REFERÊNCIAS

BEZERRA, E. Princípios de Análise e Projeto de Sistemas com UML. 3. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2015.

DEITEL, H.M. C++ Como Programar, 5. ed. São Paulo, 2006.

KENSKI, Vani Moreira. Educação e Tecnologias: o novo ritmo da informação. Campinas, SP: Papirus 8. ed. 2015.

LIMA, Edwin. C# e. Net para desenvolvedores / Edwin Lima, Eugênio Reis. Rio de Janeiro: Campus, 2002.

SOMMERVILLE, Ian. Engenharia de Software. São Paulo:Pearson Addison Wesley, 2003.