Post on 22-May-2020
PROJETOS
2017
coordenador do projeto
área de conhecimento
projeto
Vandor Roberto Vilardi Rissoli
Ciências Exatas e da Terra
Edital DEG/DAC/CEAD n 001/2017
Metodologias etecnologias "Inteligentes"no apoio à Educação
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Metodologias e tecnologias "inteligentes" no apoio à Educação
1. JUSTIFICATIVA
O avanço contínuo da tecnologia vem oferecendo recursos interessantes
ao processo de ensino que almeja a aprendizagem, correspondendo,
atualmente, a um dos fatores de contribuição relevante à formação estudantil
nas várias áreas do conhecimento humano. Novos recursos tecnológicos têm
surgido, enquanto os já existentes têm progredido no atendimento das
necessidades provenientes das diversas metodologias, técnicas e modalidades
de ensino utilizadas nessas diferentes áreas de conhecimento.
A adequada sintonia entre as exigências destas metodologias e as
tecnologias que lhes são associadas pode prover um processo educacional
personalizado às características de cada aprendiz, conferindo aos seus
docentes um volume de dados significativo ao acompanhamento da
aprendizagem individual dos estudantes, sem, contudo, aumentar a carga de
trabalho docente.
Diante destas possibilidades, as tecnologias denominadas “inteligentes”,
provenientes da Inteligência Artificial, têm-se destacado e contribuído,
significativamente, com a qualidade do processo educacional, fornecendo
assistência condizente com as responsabilidades dos colaboradores diretos
(professores, monitores, diretores) no sucesso do processo de formação dos
futuros profissionais em suas respectivas áreas de conhecimento. Em tempo
real, essas tecnologias fornecem dados relevantes para as possíveis tomadas
de decisões estratégicas, no âmbito educacional, almejando o êxito no ensino e
na aprendizagem que transforma o processo educacional mais ativo para os
envolvidos, respeitando ainda as características particulares de cada aprendiz
para prover um ensino de qualidade.
Dessa forma, este projeto deseja combinar um conjunto de metodologias
educacionais com a tecnologia dos Sistemas Tutores Inteligentes (STI),
procurando adequar o atendimento das necessidades da aprendizagem de
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cada estudante as estratégias educacionais que lhe sejam mais condizentes ao
momento de sua aprendizagem. Essa tecnologia (STI) fornece assistência às
atividades discentes, docentes e aos coordenadores pedagógicos ou diretores
de curso, por meio da análise do comportamento de cada estudante. Com isso,
torna-se possível e ágil um melhor acompanhamento da situação de
aprendizagem de cada estudante, além da realização de inferências sobre o
estado cognitivo atual de cada aprendiz pelo STI, que é compartilhado com
todos os envolvidos.
Essas características potencializam a capacidade de modificação da
realidade da educação nacional, aliando os aspectos de maior eficiência
humana e tecnológica para promover uma educação de qualidade,
personalizada às necessidades de cada aprendiz, respeitando e
complementando a postura didático-pedagógica dos docentes engajados na
evolução dos processos educacionais brasileiros, em qualquer das
modalidades de ensino conhecidas (presencial, semipresencial e a distância).
2. Objetivos
2.1. Objetivo geral
O objetivo principal desta proposta é a evolução do Sistema de Apoio
Educacional (SAE) para a integração de várias metodologias educacionais com
recursos tecnológicos “inteligentes” que possam fornecer apoio estratégico e
adequado ao acompanhamento personalizado do estado cognitivo de cada
estudante durante todo seu processo de aprendizagem em diferentes
modalidades de ensino e sobre a área de conhecimento escolhida pelo
aprendiz para sua formação.
2.2. Objetivos específicos
Pesquisar bibliografia correlata aos assuntos principais da proposta,
a fim de conhecer o possível estado da arte na combinação de
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metodologias e tecnologias que propiciem a personalização do
ensino e da aprendizagem assistida por tecnologias “inteligentes”;
Conhecer os recursos oferecidos pelos softwares educacionais
denominados Sistemas Tutores Inteligentes e, em particular, do
Sistema de Apoio Educacional (SAE, 2017);
Analisar as possibilidades de integração de novas metodologias de
aprendizagem aos recursos tecnológicos do SAE que propiciarão o
conforto do docente em manter sua(s) postura(s) pedagógica(s)
integrada a este Sistema Tutor Inteligente;
Projetar um Assistente Virtual de Ensino Inteligente (AVEI) que seja
capaz de acompanhar o processo de aprendizagem de cada
estudante e fornecer orientação pedagógica coerente com as
principais diretrizes da metodologia adotada por uma disciplina, além
de subsidiar os responsáveis por esse processo (docentes e
diretores);
Desenvolver a evolução do AVEI que será capaz de auxiliar os
principais envolvidos no processo educacional (alunos, monitores,
professores, diretores);
Personalizar o processo de ensino e aprendizagem em cursos de
extensão, graduação e pós-graduação nas áreas de conhecimento
que desejam combinar metodologias de aprendizagem com
tecnologias coerentes aos objetivos do conteúdo letivo;
Realizar experimentos para validar esta proposta integrativa entre
uma variedade de metodologias e os recursos tecnológicos
“inteligentes”;
Documentar a evolução dos recursos tecnológicos para posterior
avanço na representação do conhecimento no acompanhamento e
orientação fornecida pelo SAE;
Compartilhar os resultados alcançados e o próprio SAE evoluído, por
meio do Portal do Software Público Brasileiro como contribuição de
apoio aos processos educacionais;
Colaborar com a pesquisa brasileira em Informática na Educação.
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3. DESCRIÇÃO DO PROJETO
Uma variedade de recursos tecnológicos tem sido desenvolvida com o
objetivo de oferecer suporte aos processos educacionais, onde sofisticados
sistemas são disponibilizados para as diferentes áreas de conhecimento, sendo
relevante à qualidade destes recursos na área da Educação.
Diante desta realidade, os STI têm-se consolidado como tecnologia
adequada ao apoio de diversas metodologias educacionais, pois sua
arquitetura possui capacidade de “ensinar e aprender”, procurando adequar
estratégias de ensino às necessidades de aprendizagem de cada estudante
(RISSOLI, 2011).
Esse tipo de software educacional confere ao computador características
de simulação comuns à inteligência humana, incorporando técnicas
provenientes da Inteligência Artificial, a fim de tentar criar um ambiente que
leve em consideração os diversos estilos cognitivos de seus estudantes. Sua
arquitetura interna é modular e o domínio de sua aplicação é organizado com
base no conhecimento envolvido e relevante para assimilação de seus
aprendizes (PSOTKA et al, 1988).
O projeto SAE emprega características modernas na atuação dos STI
que fornecem apoio ao processo de ensino e aprendizagem, se mantendo em
um caminho evolutivo que agrega à sua arquitetura recursos tecnológicos que
sejam capazes de promover atividades de apoio educacional em várias áreas
de conhecimento. Todos esses recursos no SAE são condizentes com os
principais pressupostos da Teoria da Aprendizagem Significativa (TAS),
proposta por Ausubel (1980), que consiste na abordagem pedagógica que
fundamenta a concepção inicial deste software educacional, assim como a sua
postura didática-pedagógica baseada em Metodologias Ativas, principalmente,
nos aspectos relativos a aprendizagem por descoberta (RISSOLI, 2007b).
Dentre os fatores envolvidos no processo de ensino e aprendizagem,
apoiado por tecnologias, a escolha de uma metodologia educacional adequada
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corresponde ao mais importante, pois direciona as atividades humanas e
tecnológicas envolvidas de forma condizente com a necessidade da
aprendizagem individual de seus estudantes. Os aspectos relacionados com a
interface desse sistema também são relevantes e se constituem em outro
módulo importante na arquitetura do STI. Seu planejamento deve estar
sintonizado com a realidade das habilidades e conhecimentos existentes em
seus usuários, evitando assim um esforço cognitivo acentuado para a operação
do sistema (RISSOLI et al, 2007a).
Dessa forma, esta combinação entre metodologias educacionais e
recursos tecnológicos tem buscado incentivar a autonomia de cada aprendiz,
personalizando seu atendimento e oferecendo alternativas de estudo que
sejam mais eficientes a uma aprendizagem qualificada. A elaboração desta
proposta propõe uma integração ao projeto SAE que possibilitará o
fornecimento destas orientações abrangendo uma gama maior de
metodologias educacionais, tornando-o mais adequado ao acompanhamento
de conteúdos que se baseiam em outras abordagens pedagógicas junto aos
estudantes de diferentes áreas de conhecimento.
A moderna implementação do SAE vai além dos recursos mais
tradicionais oferecidos pelos STI, que direcionam, e até orientam, somente os
aprendizes em seu processo de estudo sobre determinado conteúdo letivo. No
SAE outros agentes humanos são assistidos pelo sistema e colaboram na
obtenção de dados e informações que enriquecem a modelagem individual de
cada estudante. Estes outros agentes humanos participam direta (docentes e
monitores) ou indiretamente (diretores) do processo de ensino e aprendizagem,
recebendo como contrapartida do sistema informações dinâmicas e resultados
de análises e inferências realizadas pelo SAE com o objetivo de melhor
subsidiar a ação de cada um no processo que almeja, como principal resultado,
a aprendizagem de cada estudante.
A participação de outros perfis humanos, como usuários do STI,
promove certo avanço em sua arquitetura e no fornecimento de novas
funcionalidades ao sucesso do processo educacional, classificando estas
implementações como Intelligent Teaching Assistant (YACEF, 2002).
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Este tipo de implementação, realizada no projeto SAE está representada
na Figura 1 e será chamada de AVEI (Assistente Virtual de Ensino Inteligente)
nesta proposta, que consiste em um STI que realiza tarefas mais simples,
trabalhando sobre modelos não tão complexos em sua arquitetura. No entanto,
sua tecnologia fornece orientação individual aos estudantes, bem como
assistência aos docentes participantes desse processo educacional, devendo
ambos, os agentes humanos e o assistente virtual, serem dirigidos pela
metodologia escolhida pelo docente.
Figura 1 – Representação da arquitetura modular do AVEI
A arquitetura modular do AVEI indica a preocupação de seus
pesquisadores com a elaboração de softwares que apoiem o processo de
ensino e aprendizagem, coerentemente, atendendo as necessidades dos
aprendizes e seus professores nas atividades letivas.
Essa consciência tem incluído o docente como participante na criação
do AVEI, além de torná-lo usuário que colabora com a modelagem do
estudante e recebe assistência complementar a sua conduta como mediador
no processo de aprendizagem (YACEF, 2005).
No âmbito educacional, a TAS é voltada à aprendizagem que respeita o
conhecimento já estabelecido na estrutura cognitiva do estudante e trabalha
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sua evolução de forma personalizada e significativa ao momento em que se
encontra cada aprendiz (AUSUBEL, 2000).
Essa combinação entre TAS e AVEI no SAE procura promover o ensino
e a aprendizagem utilizando conhecimento proveniente de outras áreas, tais
como a Inteligência Artificial e a Psicologia Educacional. Isso tudo, na
expectativa de detectar o que, como e quando ensinar seus aprendizes de
maneira adequada para uma aprendizagem mais eficiente e personalizada.
Para isso, o acompanhamento realizado pelo SAE acontece sobre
atividades efetuadas pelos aprendizes nos ambientes virtuais assistidos pelo
módulo de controle do SAE. As visitas presenciais ou à distância na monitoria,
assim como a participação em fóruns e chats promovidos para aprendizagem
de um conteúdo disciplinar, também interferem na inferência que este
assistente realiza sobre o estado cognitivo de um estudante em cada conceito
que compõe um conteúdo a ser assimilado (o SAE analisa a situação de
aprendizagem em cada item ou tópico do conteúdo disciplinar de maneira
individualizada).
Empregando a Lógica Fuzzy (NICOLLETI, 2004), nesse processo de
inferência, o SAE analisa duas variáveis linguísticas no mínimo (esforço e
desempenho) para identificar se a aprendizagem sobre cada conceito, que
constitui um conteúdo disciplinar, está satisfatória, fornecendo orientação
pedagógica que promova o aprendiz ao estudo do próximo conceito da
disciplina em questão. Caso contrário, a situação estará insatisfatória à
expectativa de assimilação compartilhada pelos professores da disciplina, e
conforme a apuração de suas variáveis linguísticas este AVEI fornecerá
orientações fundamentadas na TAS para superação das possíveis dificuldades
que o estudante esteja tendo em sua aprendizagem. Nesta nova proposta a
metodologia educacional que guiará a orientação do SAE fornecida aos
estudantes poderá ser diferente as concepções da TAS, conforme seja definido
pelo docente responsável pela disciplina (orientação condizente com a
metodologia escolhida pelo docente).
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Apesar do reconhecimento da metodologia educacional proveniente da
TAS, sua aplicação pode não ser coerente a alguns conteúdos e objetivos
pedagógicos de determinadas disciplinas. Por exemplo: conteúdos que
almejam somente a memorização de seus aprendizes poderão empregar
outras metodologias mais específicas a esta necessidade. Sendo assim, estes
aprendizes não obteriam orientações adequadas do SAE, pois este AVEI não
conseguiria trabalhar com realidades metodológicas diferentes entre conteúdos
que necessitam de posturas pedagógicas diversificadas as concepções
fundamentais da TAS.
Uma dificuldade tradicional na adoção mais ampla deste tipo de software
educacional por docentes é a sua implementação possuir somente uma
estratégia pedagógica. Quando esta estratégia não é a mesma adotada pelo
docente, geralmente, este abdica de seu uso (VICARRI, 2003).
Diante dessa situação, a equipe do SAE está submetendo esta proposta
que almeja trabalhar na arquitetura desse AVEI para que ele possa atender aos
anseios pedagógicos de cada conteúdo disciplinar. Isso possibilitará que o
acompanhamento do estado cognitivo de cada aprendiz produza uma
inferência coerente a sua realidade e forneça a orientação mais condizente
com os objetivos pedagógicos de uma disciplina, sintonizando a conduta do
assistente SAE, com a do docente e demais colaboradores (monitores e
diretores) que possam contribuir para que essa aprendizagem se torne
satisfatória.
Esta nova possibilidade no projeto SAE ampliará seus aspectos de
assistência ao processo de ensino e da aprendizagem e romperá com limites
tradicionais no desenvolvimento deste tipo de software educacional.
Geralmente, os STI/AVEI são elaborados para atender as necessidades de
domínios específicos, contendo somente uma abordagem metodológica em
sua implementação. Essa nova situação ainda colaborará na disseminação
desta tecnologia no meio educacional, pois tornará possível aos docentes o
uso de um volume maior de metodologias que poderão ser assistidas pelo
SAE, e, provavelmente, aumentará a extensão das posturas coincidentes entre
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as metodologias já adotadas pelos docentes em uma disciplina e as suportadas
pelo SAE.
Essa realidade propiciará maior confiança ao docente na combinação da
metodologia educacional com a tecnologia do SAE, que fornecerá novos dados
complementares aos apurados regularmente pelo professor, além do uso de
novos recursos interativos e da facilidade para o acompanhamento
personalizado da situação cognitiva dos aprendizes. Esta inovação no SAE
será decorrente de uma nova modelagem em sua base de conhecimento,
permitindo a maior aderência entre os recursos interativos acompanhados por
este AVEI e os metadados relacionados às definições dos conteúdos que
permitem o “raciocínio” mais apurado deste assistente virtual em relação às
possíveis metodologias que direcionarão as orientações pedagógicas
fornecidas aos seus estudantes.
4. METODOLOGIA DE DESENVOLVIMENTO DO PROJETO
A metodologia que será adotada por este projeto envolverá o modelo de
desenvolvimento Iterativo e Incremental, sendo sua proposta sintetizada a
seguir. Este modelo consiste em realizações parciais, onde o primeiro
incremento satisfaz os requisitos básicos. Após isso, outros incrementos com
novas implementações vão sendo realizadas, de acordo com a necessidade,
até que sejam atendidos todos os requisitos, alcançando um resultado
satisfatório ao longo do período de vigência do projeto que está sendo proposto
neste edital (PRESSMAN, 2011).
As principais fases que contemplam este modelo são Requisitos, Análise
de Requisitos, Projeto, Implementação e Testes, além da Implantação, que
neste projeto também terá a característica de disponibilização pública pelo
Portal do Software Público Brasileiro (PSPB). As principais iterações a serem
realizadas durante este projeto são:
Primeira iteração: realizar estudos e pesquisas coerentes com o
entendimento das necessidades de evolução no Sistema Tutor
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Inteligente SAE para assimilar novas metodologias educacionais,
elicitação dos requisitos, entendimento do processo de negócio atual
e a inovação proposta pela combinação do SAE com novas
metodologias educacionais;
Segunda iteração: análise de tudo que foi levantado como requisito,
com aprofundamento no estudo da implementação existente no SAE
e das concepções e aplicações da Teoria da Aprendizagem
Significativa aliada a Lógica Fuzzy, além da tecnologia utilizada na
implementação desse Sistema Tutor Inteligente (SAE) e geração da
documentação pertinente ao seu desenvolvimento evolutivo durante
este projeto vinculado ao edital 001/2017 do CEAD, na UnB;
Terceira iteração: elaboração do plano de ação das evoluções e
adaptações necessárias no SAE e a definição de suas novas regras
de negócio e de interface que serão implementadas para
incorporação de novas metodologias educacionais a serem
assistidas por este Sistema Tutor Inteligente (SAE);
Quarta iteração: desenvolvimento dos requisitos analisados que
serão testados até que se alcance o objetivo do projeto com
segurança e respeitando o período de vigência do referido edital do
CEAD da UnB;
Quinta iteração: implantação da nova solução no ambiente
educacional de produção para o uso contínuo das instituições de
ensino e docentes interessados no processo de aprendizagem
personalizado e assistido por tecnologias de assistência inteligentes,
além de sua disponibilização pública no PSPB, gerido pelo Ministério
do Planejamento, Desenvolvimento e Gestão (MP).
De acordo com as exigências do edital 001/2017 do CEAD na UnB, uma
nova atividade, que poderia ser considerada a sexta iteração, corresponderia à
elaboração da documentação final do projeto (relatórios parcial e final, além de
possíveis publicações científicas que poderiam vir a acontecer durante a
vigência do projeto).
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A realização deste projeto acontecerá de acordo com o modelo Iterativo
e Incremental, sendo pesquisados e analisados os trabalhos correlatos ao seu
contexto de pesquisa e relacionados com o direcionamento necessário as
características pertinentes a cada uma das áreas de conhecimento e níveis de
ensino nacionais envolvidos.
Este projeto prevê a realização de experimentos com a aplicação do
novo SAE em ambiente real de ensino, empregando a metodologia de
pesquisa de Estudo de Caso sobre os experimentos realizados em níveis de
ensino diferentes (extensão e superior). Este método permite uma análise
abrangente sobre um número pequeno de elementos, pois consiste em "um
estudo empírico que investiga um fenômeno atual dentro do seu contexto de
realidade" (YIN, 2004, p.32).
A realização de pesquisas sobre os resultados obtidos nos experimentos
deve empregar mais que um instrumento de coleta de dados, a fim de
consolidar a veracidade dos resultados alcançados nesses experimentos. No
Estudo de Caso este princípio básico corresponde a uma característica
fundamental em sua utilização, sendo previsto neste projeto a aplicação das
técnicas de i) Entrevistas ou Depoimentos pessoais; ii) Questionários; iii)
Artefatos físicos ou de infraestrutura; iv) Observações espontâneas ou
participativas.
Este projeto possibilitará o uso investigativo dessas técnicas, além da
utilização de outros instrumentos e recursos que sejam coerentes com a
aprendizagem de determinados conteúdos em suas respectivas áreas de
conhecimento.
O desenvolvimento desta proposta priorizará o uso de tecnologias livres
(free), respeitando as concepções iniciais do projeto SAE, a fim de minimizar
seus custos de produção e possibilitar sua posterior disponibilização no PSPB.
5. PRODUTOS A SEREM DESENVOLVIDOS
A principal meta almejada por este projeto consiste na elaboração de
uma nova proposta que combine recursos humanos e tecnológicos (virtual)
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para atender às novas características da educação mais autônoma e interativa,
envolvendo recursos tecnológicos “inteligentes” capazes de acompanhar cada
estudante individualmente, lhes fornecendo orientação pedagógica adequada
em tempo real, conforme apuração efetuada pelo assistente de ensino virtual
(SAE) sobre o estado cognitivo de cada aprendiz, aliado as apurações e
indicações docentes armazenadas no SAE, além de fornecer um conjunto de
informações seguras ao suporte necessário às possíveis tomadas de decisões
dos responsáveis pelo processo educacional (docentes e diretores) de
instituições de ensino que busquem a aprendizagem de seus estudantes como
principal indicador de sucesso.
Assim, o Sistema de Apoio Educacional (SAE) passará a fornecer apoio
tecnológico a uma variedade ainda maior de metodologias educacionais que
sejam propicias aos docentes das diversas áreas de conhecimento, atendendo
as suas características inerentes de cada área e fornecendo apoio estratégico
ao acompanhamento personalizado do estado cognitivo de cada estudante
durante todo seu processo de aprendizagem na área escolhida para sua
formação.
Além do próprio software educacional SAE, com suas inovações
implementadas por este projeto, a melhor formação dos bolsistas discentes que
participarem deste projeto também podem ser considerados resultados do
projeto, assim como as publicações científicas que sejam provenientes dos
experimentos realizados durante a vigência do projeto em parceria com o
CEAD.
6. RESULTADOS ESPERADOS
O estudo e a pesquisa sobre a tecnologia dos Sistemas Tutores
Inteligentes e suas propostas mais modernas, que são classificadas como
Assistentes Virtuais de Ensino Inteligente, promoverão a evolução do Sistema
de Apoio Educacional (SAE) que passará a fornecer apoio tecnológico a mais
metodologias educacionais além daquelas que fazem parte da concepção do
projeto SAE. Dessa forma, vários docentes serão melhor atendidos com a
tecnologia se mantendo sincronizada a metodologia adotada pelo professor,
fornecendo maior segurança e conforto a sua prática docente. O aumento da
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interação e a personalização do processo educacional junto ao discente
fornecerá um ambiente de estudo e orientação pedagógica condizente com o
seu ritmo e a sua disponibilidade de tempo para os estudos, melhorando assim
a qualidade desse processo em qualquer modalidade de ensino que envolva a
rede mundial de computadores em suas atividades.
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AUSUBEL, D. P. The acquisition and retention of knowledge: A cognitive view. Dordrecht: Kluwer Academic, 2000. AUSUBEL, D. P.; NOVAK, J. D.; HANESIAN, H.Psicologia Educacional. Rio de Janeiro: Interamericana, 1980. NICOLLETI, M. C.; CAMARGO, H. A. Fundamentos da Teoria de Conjuntos Fuzzy. São Carlos: EdUFSCar, 2004. PRESSMAN, R. S. Engenharia de Software: Uma abordagem profissional. 7a ed. Rio de Janeiro: McGraw-Hill, 2011. PSOTKA, J.; MASSEY, L. D.; MUTTER, S. Intelligent tutoring systems: lessons learned. Hillsdale, NJ: Erlbaum, 1988. RISSOLI, V. R. V.; SANTOS, G. A. Um Assistente Inteligente Fuzzy no Acompanhamento da Aprendizagem Significativa. In: Encontro Nacional de Inteligência Artificial, CSBC, Natal: SBC, 2011. v. 31. RISSOLI, V. R. V.; GIRAFFA, L. M. M.; BARONE, D. A. C. Uma Proposta de Aplicação de Lógica Fuzzy para Modelagem do Processo de Raciocínio de um Assistente Virtual. In: Simpósio Brasileiro de Informática na Educação, São Paulo: SBC, 2007a.p. 48-57. RISSOLI, V. R. V. Uma proposta metodológica de acompanhamento personalizado para aprendizagem significativa apoiada por um assistente virtual de ensino inteligente. 2007b. Tese (Informática na Educação) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. VICCARI, R. M.; GIRAFFA, L. M. M. Fundamentos dos Sistemas Tutores Inteligentes. In: Barone, D. (Org.). Sociedades Artificiais. Porto Alegre: Bookman. p. 155-208. 2003. SAE - Sistema de Apoio Educacional. Disponível em <https://cae.ucb.br/ajudasae/conhecasae/conteudos/projeto.html> Acesso em: 12 jun. 2017. YACEF, K. The Logic-ITA in the classroom: a medium scale experiment. International Journal on Artificial Intelligence in Education v.15, p. 41-62. 2005. YACEF, K. Intelligent Teaching Assistant Systems. In: International Conference on Computers in Education, New Zeland: IEEE, 2002. v. 1, p. 136-140. YIN, R. K. Estudo de caso: planejamento e métodos. 3a ed. Porto Alegre: Bookman, 2004.