Composição de Cursos Colaborativos no Groupware Workbench utilizando Planejamento Hierárquico. Geiser Chalco Challco

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Composi¸ c˜ ao de Cursos Colaborativos no Groupware Workbench utilizando Planejamento Hier´ arquico

Geiser Chalco Challco geiser@ime.usp.br

Resumo de Qualificac ¸˜ ao apresentada ao Instituto de Matem´ atica e Estat´ıstica

da

Universidade de S˜ ao Paulo para

Mestrado em Ciˆ encia da Computa¸c˜ ao

Programa: Ciˆ encia da Computa¸c˜ ao Orientador: Prof. Dr. Marco Aur´ elio Gerosa

O aluno recebe apoio financeiro da CNPq S˜ao Paulo, 4 de dezembro de 2009

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Resumo

O desenvolvimento de cursos colaborativos apropriados envolve tarefas complexas efetuadas pe- los projetistas instrucionais que exigem um amplo conjunto de competências dif´ıceis de ser adquiri- das, consumem muito tempo e geralmente são repetitivas. Recentes trabalhos no desenvolvimento de scripts e padrões de intera¸cão efetuada em Aprendizagem Colaborativa Assistida por Computa- dor (Computer Supporter Collaborative Learning, CSCL) fornecem as diretrizes necessárias para dar apoio ao projetista instrucional. O objetivo desta disserta¸cão de mestrado é efetuar o desenvolvimento de uma ferramenta para compor automaticamente cursos colaborativos baseado na sele¸cão e aplica¸cão de um padrão de intera¸cão utilizando o planejador JSHOP2 e as ferramentas e recursos fornecidas pelo Groupware-Workbench.

Palavras-chave: CSCL, Planejamento Automatizado, Planejamento Instrucional, Scripts Cola- borativos, Padr˜oes de Intera¸c˜ao, JSHOP2, Groupware.

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Sum´ ario

1 Introdu¸c˜ao 1

1.1 Motiva¸c˜ao . . . 1

1.2 Objetivos . . . 1

2 Fundamentos 3 2.1 Aprendizagem Colaborativa . . . 3

2.2 Scripts e Padr˜oes de Intera¸c˜ao. . . 3

2.3 Desenvolvimento de Cen´ario Colaborativos . . . 4

2.4 Planejamento Instrucional . . . 5

2.4.1 Planejamento Hier´arquico . . . 5

2.4.2 PAIGOS. . . 7

2.5 Groupware-Workbench . . . 8

3 Proposta 11 3.1 Integrando Conte´udos Did´aticos. . . 12

3.2 Exporta¸c˜ao do Curso . . . 12

Referˆencias Bibliogr´aficas 13

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iv SUM ´ARIO

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Cap´ıtulo 1

Introdu¸ c˜ ao

1.1 Motiva¸c˜ao

Atualmente é poss´ıvel notar que cada vez mais empresas e institui¸cões educacionais oferecem cursos na Internet com o propósito de fornecer educa¸cão a distancia ou complementar aulas presen- ciais devido ao uso de m´ıdias interativas, intercâmbio e reúso de conteúdos didáticos. No entanto o desenvolvimento de cursos colaborativos a serem disponibilizados via computador é uma tarefa dif´ıcil para o docente e inclusive para o projetista instrucional devido ao grande número de estudantes com diferentes motiva¸cões, objetivos, conhecimento prévio e preferências que requerem uma instru¸cão individualizada e flex´ıvel onde possa direcionar seu aprendizado.

O desenvolvimento automatizado de cursos também conhecido como gera¸cão de programas didáticos ou simplesmente gera¸cão automática de cursos tem desenvolvido um amplo conjunto de ferramentas que apresentam numerosas propostas de apoio ao projetista instrucional. Apesar da existência de propostas baseadas em técnicas de planejamento automatizado em Inteligência Artificial revisadas na literatura que apresentam apoio e suporte ao desenvolvimento de cursos individualizados, nenhuma apresenta conhecimento instrucional para a aprendizagem colaborativa.

Trabalhos efetuados nos últimos anos apresentam a formaliza¸cão do conhecimento instrucional em cenários colaborativos, possibilitando novas abordagens para o uso de técnicas de planejamento automatizado em Inteligencia Artificial que podem ser aplicados à Aprendizagem Colaborativa Assistida por Computador.

1.2 Objetivos

• Desenvolver uma ferramenta que possibilite a composi¸cão automatizada de cursos colaborativos baseado na sele¸cão e aplica¸cão de um padrão de intera¸cão, utilizando a técnica de planejamento hierárquico.

• Desenvolver uma plataforma prot´otipo que possibilite executar os cursos colaborativos definidos pela ferramenta anterior.

• Integrar a ferramenta de composi¸cão de cursos com as especifica¸cões eLearning (IMS-LD,IMS- CP,IMS-LIP, IMS-MD), de modo a possibilitar a exporta¸cão do curso para outros ambientes de aprendizagem.

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2 CAPÍTULO 1. INTRODUÇ ÃO

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Cap´ıtulo 2

Fundamentos

Este cap´ıtulo contém a descri¸cão dos fundamentos nos quais está baseado o trabalho de mestrado.

2.1 Aprendizagem Colaborativa

Aprendizagem Colaborativa Assistida por Computador (Computer Supported Collaborative Le- arning, CSCL) é um ramo emergente das ciências de aprendizagem que estuda como as pessoas aprendem com ajuda de computadores mediante a troca de mensagens e atividades efetuadas em grupo a fim de resolver dilemas para coordenar a realiza¸cão de seus objetivos compartilhados [Stahl et al., 2006].

Para haver efetividade, eficiência e atratividade na aprendizagem colaborativa com benef´ıcios didáticos desejados é importante definir cenários bem estruturados com a forma¸cão de grupos apropriados, sele¸cão de recursos, sele¸cão de ferramentas e defini¸cão de como os participantes devem interagir a fim de atingir os objetivos individuais e coletivos [Dillenbourg and Jermann, 2007;

Dillenbourg, 2002].

Desenvolver cenários colaborativos bem estruturados requer um amplo conhecimento pedagógico, além de consumir muito tempo e ser um processo repetitivo levando a um esfor¸co da comunidade de CSCL no desenvolvimento de scripts e padrões de intera¸cão.

2.2 Scripts e Padr˜oes de Intera¸c˜ao

...um padrão descreve a solu¸cão de um problema que ocorre muito frequentemente, de forma que a solu¸cão apresentada possa ser utilizada e adaptada milhares de vezes em diferentes situa¸cões por pessoas não especialistas [Alexander et al., 1977].

Um script ou padrão de intera¸cão é uma receita que descreve a forma de projetar a forma¸cão de grupos e as intera¸cões entre os participantes de um cenário colaborativo que melhore a eficiência e efetividade da aprendizagem. Como é apontado por Hernandez-Leo et al. [2005] a diferen¸ca entre padrões de intera¸cão e scripts é a linguagem através da qual são expressos. Os scripts são descritos utilizando a linguagem textual e os padrões de intera¸cão utilizando uma linguagem estruturada (IMS-LD, EML, CL Ontology).

Com o propósito de desenvolver ferramentas de autoria uma quantidade ampla de scripts e padrões de intera¸cão foram desenvolvidos pelo Grupo Europeu Kaleidoscope¹, o Grupo de Pesquisa em Sistemas Inteligentes e Colaborativos² da Universidade de Vallodolid na Espanha e O Grupo de Pesquisas em Sistemas Baseados em Conhecimento da Universidade Osaka de Japon³. Sendo classificados de acordo com [Dillenbourg and Jermann, 2007] em micro-script e macro-script, os

1http://www.noe-kaleidoscope.org

2http://gsic.uva.es/

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4 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS quais definem o processo de desenvolvimento de cenários colaborativos adotado no presente trabalho e explicado na próxima subse¸cão.

2.3 Desenvolvimento de Cen´ario Colaborativos

O desenvolvimento de cenários utilizando scripts e padrões de intera¸cão é um processo top- down onde os macro-scripts estruturam a forma¸cão dos grupos, a atribui¸cão de papéis e atividades de grupos formando sessões colaborativas. Os micro-scripts definem o processo de comunica¸cão e intera¸cão entre os participantes de cada sessão estabelecendo intera¸cões bidirecionais denominadas na presente proposta como atividades de ensino-aprendizagem. A Figura 2.1apresenta a proposta top-down adotada no presente trabalho.

Figura 2.1: Desenvolvimento de Cen´arios Colaborativos ([Hayashi et al., 2009])

Os macro-scripts colaborativos definem a forma¸c˜ao de grupos e dividem as atividades em um conjunto de fases onde cada fase atribui atividades de alto n´ıvel para cada grupo (atividade de grupo) formando assim sess˜oes colaborativas.

Uma sessão colaborativa é um grupo de indiv´ıduos associado a uma atividade identificada em um padrão de intera¸cão, macro-script. Onde a atividade de grupo representa uma atividade abstrata cujo modelo de comunica¸cão entre os participantes não é estabelecido. Na Figura2.2é apresentada as três fases e as sessões colaborativas identificadas no macro-script JIGSAW [Hernandez-Leo et al., 2005] para um tópico dividido em dois subtópicos e quatro pessoas.

Os micro-scripts são utilizados para estabelecer o modelo de comunica¸cão entre os participantes do grupo em uma sessão colaborativa. Para modelar a sessão colaborativa padrões identificados nas teorias de aprendizagem representam a comunica¸cão como um fluxo de intera¸cões necessárias e complementares. Onde o conjunto de intera¸cões estabelecidas no modelo de comunica¸cão da sessão

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2.4. PLANEJAMENTO INSTRUCIONAL 5

Figura 2.2: Exemplo de Jigsaw ([Villasclaras-Fern´andez et al., 2009])

colaborativa ´e modelado como um conjunto de eventos do tipo ensino-aprendizagem [Isotani, 2009].

O evento do tipo ensino-aprendizagem é o modelo de comunica¸cão estabelecido através de uma estratégia pedagógica onde uma atividade de ensino e uma de aprendizagem fortemente associadas são definidas. Assim, na Figura 2.3 é apresentado o padrão de intera¸cão (micro-script) da teoria Peer-Tutoring que divide a sessão colaborativa de dois participantes em um conjunto de intera¸cões formadas por eventos do tipo ensino-aprendizagem.

As atividades de ensino e atividades de aprendizagem são associadas com ferramentas e objetos de aprendizagem definindo o cenário colaborativo como uma unidade de aprendizagem individualizada que apresenta um plano de atividades de ensino-aprendizagem com conteúdos didáticos e ferramentas apropriadas.

2.4 Planejamento Instrucional

Planejamento instrucional é a tarefa de planejamento efetuada para obter planos de a¸cões utilizando conhecimento instrucional. Conhecimento instrucional é definido de acordo as teorias de proje¸cão instrucional de Reigeluth [1993] como prescri¸cões para facilitar a ocorrência de processos de aprendizagem efetivos, eficientes e atrativos.

Ao longo das ultimas duas décadas a gera¸cão automática de programas didáticos é amplamente estudada como planejamento instrucional com o propósito de gerar cursos ou programas didáticos individualizados a cada estudante.

Para simplificar a tarefa de gera¸cão de cursos a um problema de determinar a relevância de rela¸cões de conteúdos didáticos e determinar como e quando prover conteúdos trabalhos como de [Marcke, 1998] e [Ullrich, 2008] definem a tarefa instrucional associada a métodos instrucionais.

A tarefa instrucional é uma atividade abstrata que define o que é atingido durante o processo de ensino-aprendizagem. O método instrucional é a receita que define como atingir a tarefa reduzindo o n´ıvel de abstra¸cão.

2.4.1 Planejamento Hier´arquico

O planejamento hierárquico ou planejamento baseado em redes hierárquicas de tarefas (Hi- erarquical Task Network, HTN) é uma abordagem onde o plano de a¸cões é obtido efetuando a decomposi¸cão de tarefas até obter uma rede formada apenas por a¸cões primitivas que definem a

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6 CAP´ITULO 2. FUNDAMENTOS

Figura 2.3: Padr˜ao de Intera¸c˜ao Peer-Tutoring ([Isotani, 2009])

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2.5. GROUPWARE-WORKBENCH 7 um problema de planejamento HTN para JSHOP2 (Java Simple Hierarquical Ordered Planner 2, JSHOP2) que é um planejador hierárquico independente de dom´ınio, desenvolvido pela Univer- sidade de Maryland que utiliza nota¸cão baseada em LISP para representar o conhecimento do planejador [Nau et al., 2003].

2.4.2 PAIGOS

PAIGOS é um Gerador de Curso orientado a servi¸cos desenvolvido pelo grupo leActiveMath⁴, onde o conhecimento instrucional do componente pedagógico é modelado como redes hierárquicas de tarefas que definem cenários de aprendizagem individuais.

Os cenário de aprendizagem individual são definidos como um resultado de aprendizagem de- sejado para cada usuário com respeito a tópicos fundamentais representado mediante a defini¸cão da tarefa t = (p, L), onde p é o identificador do objetivo pedagógico, e L = (l₁, l₂, l₃...l_n) é uma sequência de tópicos fundamentais. Por exemplo, o cenário de aprendizagem definido para entender fun¸cões e diferenciais é solicitado por um estudante mediante uma requisi¸cão associada com a tarefa t=(discover,(def-function, def-differential)), onde o objetivo do cenário é entender fun¸cões e diferenciais.

O cenário discover é modelado como o métododiscoverque define as subtarefas que constroem se¸cões de introdu¸cão (introduceWithPrereqSection), desenvolvimento (developFundamental), prova (proveSection), prática (practiceSection), apresentar rela¸cão (showConnectionsSection) com outros tópicos fundamentais deste instituto.

1 ( : method ( d i s c o v e r ? c )

2 ( )

3 ( ( ! s t a r t S e c t i o n T i t l e ( ? c ) ( l e a r n F u n d a m e n t a l D i s c o v e r ( ? c ) ) ) 4 ( i n t r o d u c e W i t h P r e r e q S e c t i o n ? c )

5 ( develo pFundam ental ? c ) 6 ( p r o v e S e c t i o n ? c )

7 ( p r a c t i c e S e c t i o n ? c )

8 ( s h o w C o n n e c t i o n s S e c t i o n ? c ) 9 ( ! e n d S e c t i o n ) ) )

2.5 Groupware-Workbench

Groupware-Workbench⁵é uma infra-estrutura de execu¸cão e um kit de componentes de software concebido em fun¸cão do modelo 3C de colabora¸cão desenvolvido no IME/USP e hospedado no Centro de Competências de Software Livre.

O modelo de colabora¸cão 3C apresentado na Figura 2.4define um cenário de colabora¸cão onde a comunica¸cão envolve a troca de mensagens para a negocia¸cão de compromissos gerenciados pela coordena¸cão. Na coordena¸cão, as pessoas, as atividades e os recursos são gerenciados para lidar com conflitos e evitar a perda de esfor¸cos durante a coopera¸cão mediante a organiza¸cão de tarefas a serem efetuadas. A coopera¸cão é a produ¸cão conjunta dos membros do grupo realizando tarefas definidas na coordena¸cão utilizando o espa¸co compartilhado, gerando e manipulando objetos de coopera¸cão.

Na coopera¸cão surgem dilemas e situa¸cões inesperadas que demandam nova comunica¸cão tornado as atividades do modelo cont´ınuas e iterativas durante o trabalho do grupo [Fuks et al., 2008;

Gerosa et al., 2006].

4http://www.leactivemath.org/

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8 CAP´ITULO 2. FUNDAMENTOS

Figura 2.4: Modelo 3C de Colabora¸c˜ao

No Groupware-Workbench os componentes são organizados em dois n´ıveis: ferramentas colaborativas (CollabLets), que compõe a aplica¸cão; e elementos de colabora¸cão (CollabLetElements), que possibilitam compor, recompor e customizar as ferramentas refletindo as altera¸cões no processo de colabora¸cão. A componentiza¸cão é ilustrada na Figura2.5onde as aplica¸cões compartilham ferramentas e componentes de colabora¸cão.

Figura 2.5: Sistemas colaborativos montados utilizando o Groupware-workbench

O Groupware-Workbench facilita o desenvolvimento e prototipa¸cão de aplica¸cões colaborativas fornecendo instala¸cão, atualiza¸cão e remo¸cão de componentes a partir da manipula¸cão de arquivos de configura¸cão na linguagem XML, que pode ser utilizada para a composi¸cão automática de novas ferramentas colaborativas. Assim, torna-se a ferramenta prop´ıcia para desenvolver a composi¸cão automática e execu¸cão de cursos colaborativos proposta nesta disserta¸cão.

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Cap´ıtulo 3

Proposta

A Figura 3.1 apresenta uma visão geral da proposta para a composi¸cão de cursos colaborativos no Groupware-workbench que utiliza planejamento Hierárquico, especificamente o algoritmo JSHOP2. O docente (ou projetista instrucional) faz uma requisi¸cão ao compositor de curso (1) especificando a tarefa inicial t=cenário(conteúdo), onde cenário é o objetivo de aprendizagem ex- pressado como padrão de intera¸cão (macro-script) econteúdo é o parâmetro que define o conceito fundamental a ser ensinado.

Figura 3.1: Vis˜ao global da proposta

O compositor de curso utiliza os métodos codificados no planejador JSHOP2 para decompor a tarefa inicial em um conjunto de sub-tarefas que são decompostas até tarefas primitivas (2).

Durante o processo de decomposi¸cão JSHOP2 efetua consultas aos modelos de estudantes (3) para a escolha dos métodos apropriados. As tarefas primitivas correspondem à manipula¸cão de arquivos XML para compor e configurar o ambiente de execu¸cão no Groupware-workbench (4).

As tarefas primitivas correspondem à composi¸cão e configura¸cão de ferramentas colaborativas

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10 CAPÍTULO 3. PROPOSTA didáticos localizados em repositórios de objetos de aprendizagem (4c). Para a versão final da disserta¸cão pretende-se investigar e propor um método para tratar o monitoramento do curso e efetuar replanejamento.

3.1 Integrando Conte´udos Did´aticos

Desenvolver materiais, recursos e conteúdos didáticos é custoso, motivo pelo qual a ferramenta que compõe cursos reutiliza conteúdo dispon´ıvel em repositórios externos. Assim, durante a decomposi¸cão de tarefas os metadados da especifica¸cão IMS-MD/IEEE-LOM que devem ser utilizados para a sele¸cão apropriada através de chamada a fun¸cões externas que fornece o planejador JSHOP2.

3.2 Exporta¸c˜ao do Curso

A complexidade de cursos colaborativos exige um formato de exporta¸cão que possibilite representar o processo de intera¸cão entre os participantes de grupo além da integra¸cão de conteúdos didáticos e a inclusão de ferramentas colaborativas compostas de forma automática no Groupware- Workbench.

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Referˆ encias Bibliogr´ aficas

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