dissertação de mestrado

Sistema de Inferncias Nebuloso

ROSETA: INFRA-ESTRUTURA COMPUTACIONAL PARA CONSTRUO DE AMBIENTES DE AVALIAO COGNITIVA ATRAVS DE JOGOS PSICOPEDAGGICOS

Aluno: Andr Luiz Antunes de [email protected]

Orientadores: Prof. Claudia Lage R. Motta, D. Sc Prof. Lilian Markenzon, D. ScDissertao de MestradoAgendaContextualizaoProblemaPropostaSoluoValidao e Estudos de CasoConsideraes Finais e Trabalhos Futuros

Seminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes22

IntroduoSeminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes3Tudo loucura ou sonho no comeo. Nada do que o homem fez no mundo teve incio de outra maneira mas j tantos sonhos se realizaram que no temos o direito de duvidar de nenhum.Monteiro LobatoDescrever o panorama geral da linha de pesquisa para os jogos psicopedaggicos.3

ContextualizaoCrianas com dficit cognitivo So excludas e marginalizadas socialmente... ...portanto dever da cincia criar solues que auxiliem na sua reabilitao

Jogos educativosEstimulam o aprendizado ......e so importantes ferramentas de trabalho para os profissionais que tentam reabilit-las...Seminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes4Citar diversas iniciativas de pesquisa, como as de reabilitao cognitiva da prof. Rosa Costa e do prof. Luis Alfredo

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ContextualizaoO uso de jogos psicopedaggicos e de metodologias adequadas auxiliam no desenvolvimento cognitivo Tcnicas de estmulo ao aprendizado so incorporadas a esses jogosMetacognio (Elaborao Dirigida, Seminrio) Mediao em fases pr-estabelecidas (Fio Condutor, Marques)Seminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes5Este trabalho ir se concentrar na linha de pesquisa do iNCE, que se fundamenta nos pressupostos teoricos de seminerio e carla.Elab. Dirigida: interveno psicopedaggica sobre a cognio na infncia Fio Condutor: objetiva fornecer um caminho para conduzir a criana no sentido da reflexo sobre seus pensamentos, suas aes e as informaes com que lida diariamente, levando-a a pensar de maneira diferente e a construir seu modo prprio de compreenso dos mecanismos que a cercam. Uma metodologia prtica para aplicao da tcnica de ElaboraoVirtualizao dos jogos, para democratizar o acesso e utilizar recursos computacionais5

Modelo de Reabilitao CognitivaSeminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes6Jogos Psicopedaggicos

Metodologia e Tcnicas de Aprendizagem Elaborao DirigidaFio Condutor

Especialistas e Avaliadores

Reabilitao CognitivaNa matemtica clssica, pertence ou no a um conjunto, verdadeiro ou falso.Em fuzzy, infinitas possibilidades, representadas por graus de pertinencia6ContextualizaoO desafio levar esses jogos fsicos e esse tratamentos para ambientes computacionais com o objetivo de...Democratizar o tratamentoMelhorar os resultados da avaliao cognitiva atravs do uso da computao

Portanto, facilitar a construo desses ambientes, torna-se imperativo para a concluso desse desafio

Seminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes7ContextualizaoCriar um ambiente computacional de avaliao cognitiva para um determinado jogo uma tarefa...multidisciplinarcomplexaextensa... portanto, precisa ser subdividida e especializadaProjeto de InterfaceProjeto PsicopedaggicoProjeto ComputacionalSeminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes8

Ambiente de Avaliao CognitivaSeminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes9

Na matemtica clssica, pertence ou no a um conjunto, verdadeiro ou falso.Em fuzzy, infinitas possibilidades, representadas por graus de pertinencia9ContextualizaoO Projeto de Interface tem responsabilidade de..planejar e construir interface aderente a um design metacognitivodefinir requisitos virtuais adequados e prximos do jogo fsicovalidar se os objetivos originais do jogo so atendidosvalidar se os feedbacks esto adequados para as aes do usurioSeminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes10ContextualizaoO Projeto Psicopedaggico tem responsabilidade de...identificar competncias cognitivas trabalhadas pelo jogo definir eventos e estratgias a serem capturadas durante uma sessoelaborar questionrios para aplicao durante e aps uma sessodefinir critrios de quantificao da competncia cognitiva em funo das informaes coletadasSeminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes11

Projeto PsicopedaggicoSeminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes12

Na matemtica clssica, pertence ou no a um conjunto, verdadeiro ou falso.Em fuzzy, infinitas possibilidades, representadas por graus de pertinencia12ContextualizaoO Projeto Computacional tem a responsabilidade de...Virtualizar a interface do jogoColetar e registrar informaes durante uma sessoModelar computacionalmente os critrios de avaliao cognitiva e execut-losApresentar os resultados processados

Seminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes13Abordagens utilizadas para o amadurecimento do entendimento sobre o problemaExiste um vasto campo de possibilidades para atuacao de uma pesquisa academica nesta rea: eu resolvi escolher um problema especfico, e uma rea de atuaao para concentrar minha pesquisa13

SoluoSeminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes14Tudo loucura ou sonho no comeo. Nada do que o homem fez no mundo teve incio de outra maneira mas j tantos sonhos se realizaram que no temos o direito de duvidar de nenhum.Monteiro LobatoDescrever o panorama geral da linha de pesquisa para os jogos psicopedaggicos.14MotivaoMinimizar a complexidade de construo desses ambientes computacionais considerando...o uso de ferramentas integradas para as diferentes tarefas computacionaiso uso das metodologias da Elaborao Dirigida e do Fio Condutormultidisciplinaridade das tarefas

Apresentao amigvel dos resultados gerados pela execuo dos critrios de avaliao cognitiva

Seminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes1515ProblemaDificuldade de construo desses ambientes devido a ausncia de ferramentas que...agilizem e padronizem o trabalho;integrem as tarefas multidisciplinares;sejam aplicadas a diferentes jogos psicopedaggicos;modelem computacionalmente os dados a serem coletados, os critrios de avaliao cognitiva construdos por especialistas;executem e apresentem os resultados desses modelos durante uma sesso de jogo;

Seminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes16inmeras vantagens, como: permite a repetio de exerccios, o nvel de dificuldade dar imediato feedback, individualizado para cada tipo de respostaExplicar como o psiclogo interpreta as informaes, e introduzir o conceito sobre os crivos de avaliao.

16ObjetivosFornecer uma infraestrutura computacional atravs de ferramentas que...facilitem a construo dos ambientes de avaliao cognitiva para diferentes jogos psicopedaggicos integrem as tarefas dos diferentes profissionais envolvidos nesse trabalhoutilizem direta ou indiretamente a metodologia da Elaborao Dirigida e do Fio Condutorapresentem os resultados processados em um formato que auxilie o trabalho de avaliao e reabilitao cognitivaSeminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes17Temos ento dois objetivos principais...17Questes de PesquisaQP1: possvel facilitar a construo desses ambientes de avaliao atravs de uma infra-estrutura que siga padres rgidos de qualidade e ferramentas especficas para os diferentes profissionais envolvidos?

QP2: possvel utilizar essa infraestrutura, parcialmente ou integralmente, em diferentes jogos psicopedaggicos?

Seminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes18A hiptese, sendo redundante e resumindo a tela anterior, se fundamenta na premissa de que esta proposta possvel e vivel de ser construida e utilizada18Questes de PesquisaQP3: possvel auxiliar o trabalho de avaliao e reabilitao cognitiva atravs de um formato de apresentao de resultados padronizado?

QP4: possvel validar atravs da ferramenta de apresentao de resultados a eficcia da utilizao de metodologias de aprendizado entre uma sesso e outra?

Seminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes19A hiptese, sendo redundante e resumindo a tela anterior, se fundamenta na premissa de que esta proposta possvel e vivel de ser construida e utilizada19

Proposta de SoluoNo se imagina como tudo vago, at que se tente faz-lo de maneira precisa. Bertrant RusselUma vez contextualizadas as premissas do projeto de pesquisa, apresentaremos a proposta de soluao...20Proposta de SoluoRoseta: Infraestrutura computacional integrada que...Define um modelo nico de informaes coletadas atravs de jogos psicopedaggicosPermite coletar e registrar essas informaesPermite modelar computacionalmente os critrios de avaliao cognitiva do jogoExecuta e apresenta amigavelmente os resultados gerados pelos critrios de avaliao


Arquitetura do Sistema RosetaSeminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes22

So tres modulos principais de interface com o usuario e com os jogos, e um componente central responsavel pelos calculos matematicos e processamento das inferencias22Proposta de SoluoO Mdulo de Coleta fornece uma API que permite coletar e registrar informaes usando jogos psicopedaggico. Dividi-se em...API de Domnio permite modelar informaes capturveis durante um jogo e utilizados na avaliao cognitivaAPI de Comunicao permite registrar informaes coletadas independente da tecnologia de desenvolvimento do jogo

Seminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes23Proposta de SoluoA API de Domnio possibilita modelar...Dados preliminares de uma sesso de jogoSesso, Paciente, Avaliador, Jogo, Elemento (Personagem, Cenrio, Boto)Eventos de interao homem-mquina (mouse e teclado)EventoTeclado, EventoMouse (Clique, Duplo Clique, Arrastar, Mover)Informaes previstas pela Elaborao Dirigida e Fio CondutorEstrategia e Questionario


Como exemplo...Cenrio 1: O Paciente Joo durante a Sesso 1 do Jogo dos Bonecos deu um clique no Elemento cabea e o arrastou at a Moldura corpo. Isso representa um Evento de Erro.

Cenrio 2: O Paciente Joo durante a Sesso 1 do Jogo dos Bonecos deu um clique no Elemento corpo e o arrastou at a Moldura corpo. Isso representa um Evento de Acerto e a adoo de uma Estratgia de melhor pea selecionada.

Proposta de SoluoA API de Comunicao possibilita registrar as informaes capturadas durante uma sesso e armazen-las em um repositrio centralizadoIndependncia de linguagem (Web Service REST)Desacoplamento no tratamento das informaesOperaesGerar e Finalizar SessoInserir EventoInserir EstratgiaInserir Resposta de uma Questo


Colocar uma imagem arquiteturalProposta de SoluoO Mdulo de Construo de Critrios fornece uma API que permite modelar os critrios de avaliao cognitiva construdos por especialistas Esses critrios so sentenas lgicas baseadas em uma relao de causa e consequnciaA causa representada pela manipulao lgica das informaes coletadas atravs da API de ColetaA consequncia representa a ativao da causa e quantifica positiva ou negativamente a competncia cognitiva trabalhada pelo jogo


Podem ser criado critrios como...Causa: Durante o Jogo dos Bonecos, SE houver um registro do Evento de Erro ao arrastar uma pea ENTOConsequncia: Reduzir quantificao Competncia AtenoCausa: Durante o Jogo dos Bonecos, SE o jogador Acertar as duas primeiras jogadas e seus Elementos forem cabea e tronco.Consequncia: Registrar Estrategia MELHOR_ORDEMCausa: Durante o Jogo dos Bonecos, SE ocorrer a Estrategia MELHOR_ORDEMConsequncia: Aumentar quantificao Competncia AtenoProposta de SoluoO Mdulo de Construo de Critrios fornece duas API que facilitam a criao desses sentenas lgicas e sua reutilizao entre diferentes jogosAPI de DomnioCompetncia e ForaAPI de Critrios ComumAgregadoresVariveis de Desempenho

Seminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes27Proposta de SoluoO Mdulo de Construo de Critrios fornece duas API que facilitam a criao desses sentenas lgicas e sua reutilizao entre diferentes jogosAPI de DomnioCompetncia e ForaAPI de Critrios ComumAgregadoresVariveis de Desempenho

Seminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes28Seminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes29

Foram realizados tres estudos de caso:Validao da ferramenta em situao real de usoImplementao do simulador de estacionamentoValidao da preciso numrica do ncleo de infernciasComparao com modelo equivalente no MatlabEstudo prtico com grupo de especialistas

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xLELCCERCRIRBPSPMPMPBPBRUNSOSPMPBPBRVNMNSOSPMPBVENMNMZEPMPMLVNBNMNSOSPMLUNBNBNMNSOSLBNBNBNMNMNS

O primeiro estudo consiste em experimentar o uso completo da ferramenta, explorando todas as suas potencialidades, em um cenario real de uso.Foi escolhido o jogo do estacionamento, solicitando um desempenho satisfatorio para a execucao do jogo em tempo real.Explicar as regras e condicoes do jogo.Eu implementei o jogo especialmente para realizar este estudo, utilizando a plataforma phidias, que nos desenvolvemos.Objetivou-se validar se seria de fato possivel a integracao do algoritmo modelado no sistema nebula om o jogo, assim como explorara suas potencialidadesTodo o algoritmo foi modelado na ferramenta e verificado no jogo em execucao. Aps alterar o algoritmo na inteface do nebula, o comportamento do caminhao foi imediatamente alterado, sem precisar modificar o jogo, ou nem mesmo reinicia-lo.No foi criada nenhuma equacao matematica para descrever o funcionamento do algoritmo.30Seminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes31

O segundo estudo de caso teve o objetivo de avaliar a precisao matematica do nucleo de inferencias, comparando-o com os resultados obtidos para o mesmo problema, modelado no matlab31Seminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes32

Fizemos alguns estudos matemticos para verificar a preciso dos resultados fornecidos pelo nucleo de processamento de inferencias (nucleo matematico), comparativamente ao matlab, executando o mesmo algoritmo, modelado com parametros de configuracao equivalentes, utilizando o toolbox Fuzzy.Gerada tabela inicial com 635 amostras, para visualizar a superficie de cobertura das regras (25 variacoes, distribuidas linearmente).32Preciso e Confiabilidade140 amostras (pareadas)EMPA: 0,4398%Testes T-Student Pareadosp=0,517216, evidenciando a inexistncia de variaes significativasTestes Estratificadosnvel de significncia de 99% (=0,01): sem evidncias para rejeitar a hiptese de igualdade dos valores obtidos


Os critrios matemticos utilizados foram o erro medio percentual absolutoE os testes T-Student pareados33Seminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes34

Validao da ferramenta em situao real de usoImplementao do simulador de estacionamentoValidao da preciso numrica do ncleo de infernciasComparao com modelo equivalente no MatlabEMPA=0,4398%Experimento prtico com grupo de especialistas

34Estudo de Caso ExploratrioModelagem de um algoritmo por usurios da linha de pesquisa (Jogo de Ateno)Diferentes perfis: Pedagogia, Letras, InformticaAvaliao do critrio de usabilidade (ISO-9241)EficciaEficinciaSatisfaoQuestionrio de avaliao e observao prticaResultados evidenciaram aceitaoSeminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes35Os especialistas conseguiram modelar o algoritmo proposto, e observar os resultados no jogo em execucao35Seminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes361

Metodologia para o estudo: foi escolhido um jogo de atenao (Monta Boneco) para utilizar no experimento, com um crivo de avaliacao simplificado, e solicitado ao especialista modelar este algoritmo no nebula e observa-lo durante o jogo em execucao.Este crivo basicamente relaciona o desempenho do jogador em funcao diretamente proporcional de sua rapidez pela precisao (quanto maior, melhor).No jogo, foi disponibilizada uma console com os dados basicos coletados e processados em tempo de execucao, assim como o resultado da inferencia, um grafico estilizado das particoes de saida, e listadas as regras ativadas em cada situacao.O objetivo no que o especialista possa sozinho desenvolver o algoritmo, mas sim que o conhecimento de grupo da equipe multidisciplinar seja suficiente para complementar as especialidades e carencias de cada rea de atuacao, resultado em um trabalho em conjunto significativamente produtivo, permitindo que psicologos, pedagogos e linguistas atuem conjuntamente com cientistas da compucacao.36

DemonstraoSeminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes37Durante os estudos de caso, uma das participantes exclamou que so mesmo vendo o jogo em execucao pde compreender melhor seu funcionamento e sua propsota.Antes de apresentar os outros 2 estudos, fazer uma demonstracao da ferramenta em execucao, para melhor ilustrar seu uso e seus recursos, durante a integracao com um jogo.37

RelevnciaSeminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes38

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Consideraes FinaisSeminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes39Palavra puxa palavra, uma idia traz outra, e assim se faz um livro, um governo, ou uma revoluo; alguns dizem que assim que a natureza comps as suas espcies. Machado de AssisPode-se delinear uma visao geral do projeto de pesquisa e traar algumas consideracoes finais e vislumbrar a continuidade de trabalhos futuros.39Consideraes FinaisResultados observados evidenciaram a viabilidade de uso da ferramentaAceitao pelo pblico-alvo no estudo exploratrioSimplificao do processo de modelagemDesacoplamento do algoritmo de inferncia do cdigoBom desempenho do processamento (tempo real)

A ferramenta pode ter seu uso estendido para outros cenrios alm de jogos psicopedaggicosSeminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes40Consideraes FinaisLimitaesNo pretende substituir o papel do especialistaNo objetiva que os mecanismos de inferncias, por si s, sejam suficientes para representar a anlise cognitiva em sua totalidade, mas sim servir como apoio ao especialistaObjetiva atender aos problemas passveis de representao por sistemas de inferncia fuzzyPotencial efeito de exploso de regras, medida que novas variveis so adicionadasSeminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes41Existe um amplo campo de atuacao nesta area de inteligencia computacional em jogos psicopedagogicos. Portanto, este projeto pretende atuar em uma area especificamente.O potencial efeito de explosao de regras pode ser tratado em trabalhos futuros, que se dediquem otimizacao dos algoritmos.Trabalhos FuturosOtimizao das inferncias geradasMtodos de auto-aprendizado para automatizar os parmetros (regras, funes de pertinncia)Mdulo supervisor, para auxiliar na especificao dos parmetros de configurao, como:Destacar regies no cobertas ou inconsistncias nas regrasSugerir otimizaes nos intervalos para os conjuntos fuzzyAnlises e ps-processamentos nas informaes obtidas pelas infernciasEstudos por outras reas de inteligncia computacional

Seminrio de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes42Este trabalho se concentrou na elaboracao de algoritmos de inferencia, porem novas iniciativas podem atuar buscando a otimizacao automatica ou semi-automatica dos parametros destes algoritmos.Ps-processamento, com tcnicas de heursticas, analises bayesianas, redes neurais ou neuro-fuzzy, trabalhando auxiliando os prprios pesquisadores a melhor compreenderem os mecanismos que atuam no processo de avaliao cognitivaObrigado

[email protected] de DissertaoAndr Luiz Antunes de Moraes43A cincia ser sempre uma busca, jamais uma descoberta. uma viagem, nunca uma chegada. Karl Popper

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