Inteligência Artificial

Aula 9

Softwares Educacionais e ITS

• Anos 70 CAI - Computer Aided Instruction:– mero ´virador de página eletrônico`;– não há inovações quanto a técnicas de ensino

aprendizagem (parte pedagógica);– apresentação do material instrucional em meio

digital utilizando técnicas de multimídia (maior interatividade);

• ICAI - Intelligent Computer Aided Instruction: utilização da Ia para:– analisar padrões de erros;– analisar o estilo e a capacidade de

aprendizagem do aluno;– oferecer instrução especial sobre o conceito que

o aluno esta apresentando dificuldade;– utilização da linguagem natural;– ITS;

• Diferenças entre CAI x ICAI:Diferenças entre CAI x ICAI:– forma de concepção do projeto do software;

– Os CAI induzem o aluno a uma resposta correta mediante uma série de estímulos cuidadosamente planejados;

– os ICAI pretendem simular algumas das capacidades cognitivas do aluno e utilizar estes resultados como base das decisões pedagógicas a tomar;

• a fronteira entre os programas CAI e ITS vão ficando coada vez mais imperceptíveis, devido a melhora das ferramentas de produção de software (recursos);

• CAI não mantém um diálogo aberto com o aluno;

• O objetivo fundamental dos ITS é proporcionar uma instrução adaptada ao aluno, tanto em conteúdo como na forma,, superando os problemas dos CAI existentes hoje;

• os ITS tendem a se comparar a professores humanos;

• muitos CAIS e poucos ITS;

Aspecto CAI STIOrigem Educação Ciência da

ComputaçãoBases Teóricas Skinner(behavioris

ta)PsicologiaCognitivista

Estruturação eFunções

Uma únicaestruturaalgoritmicamentepré-definida, ondeo aluno não influina sequenciação.

Estruturasubdividida emmódulos cujasequenciação estaem função dasresposta do aluno.

EstruturaçãodoConhecimento

Algorítmica Heurística

Modelagem doAluno

Avaliam a últimaresposta.

Tentam avaliartodas as respostasdo aluno durante aexecução doprograma.

Modalidades Tutorial, exercícioe prática,simulação e jogoseducativos

Socrático ambienteinterativoe diálogobidirecional

ITS

• Intelligent Tutoring System

• ensino apoiado sobre uma grande base de conhecimento a respeito do tema a ser ensinado, construída por um especialista;

• o sistema interage com o aluno como um tutor computadorizado com o poder indutivo similar a um professor humano (modelagem cognitiva = constante e progressiva);

• Programas que ao interagir com o aluno modificam suas bases de conhecimento, percebem intervenções do aluno, possuem capacidade de aprender e adaptar as estratégias de ensino de acordo com o desenrolar do diálogo com o aluno;

• constrói um Modelo Cognitivo do Aluno através da interação com ele;

• formula estratégias de ensino-aprendizagem adequadas ao aluno e a situação atual do momento;

• Para ser inteligente, um ITS deve ser flexível , ou seja, ter capacidade para aprender com o meio ambiente e atualizar seu conhecimento;

• no ITS o aluno aprende fazendo;

• influencia a troca de paradigma:– tradicional: o modelo de ensino centrado no

professor;– novo: centrado no aluno e baseado no “aprender

a aprender” ( proposta por Minski - Matética Computacional), onde o aspecto da meta-cognição passa a ser muito relevante;

• A meta-cognição sobre o processo de aquisição do conhecimento muda a forma de como se encarar a aprendizagem:– transforma a visão de mera transferência

conteúdos do professor para o aluno, para fornecer-lhes condições e habilidades que lhes permitam explorar o seu meio, comparar e sintetizar conhecimento;

• a arquitetura de um ITS varia de aplicação para aplicação , sendo que os módulos básicos funcionais são 5:

a) Base de conhecimento do domínio:– O modelo de domínio é o componente especialista do tutor,

constituído pelo material instrucional, por uma sistemática geração de exemplos, pela formulação de diagnósticos e pelos processos de simulação.

– O material instrucional ;e organizado, geralmente, numa taxinomia que prevê níveis crescentes de complexidade. As tarefas(lições) 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.

b) Modelo do aluno:– este módulo representa o conhecimento e as

habilidades 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.

– estes dados dinâmicos podem ser dados de desempenho do aluno face a questões formuladas pelo tutor e confrontadas com as hipóteses elaboradas para aquele aluno.

– Estes dados dinâmicos vão permitir ao tutor "conhecer" o aluno e poder interagir formando um "par" com este.

• Muitas técnicas são utilizadas para construir o modelo do aluno como por exemplo: – 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 comum;

– colocar as preferências do aluno;

– seus objetivos particulares;

– coisas que lê sempre costuma esquecer quando interage com o tutor;

– indicação dos seus objetivos particulares.

c) Estratégias de ensino:– Este é o módulo responsável pela comunicação com o aluno,

definindo uma estratégia de ensino, selecionando o material a ser apresentado para o aluno através de explicações, exercícios, exemplos, diagnósticos, simulações, hipóteses e conhecimentos.

– Um método muito utilizado pelos tutores, de um modo geral, é o chamado método socrático, em que partindo de conhecimentos que o aluno já domina, o tutor ensina através de perguntas e diálogos, levando o aluno a tirar suas próprias conclusões. Sendo este seu grande ganho em relação aos CAI tradicionais onde as conclusões são apresentadas ao aluno e ele as receba de forma passiva, mesmo que as mesmas sejam apresentadas em sofisticados recursos Multimídia.

– Os STI adotam uma estratégia baseada na modelagem cognitiva do aluno e, podem dividir o problema em subproblemas, propondo-se a conduzir uma estratégia de ensino de modo a levar o aluno a um modelo cognitivo idealizado pelo tutor.

– Teríamos então o seguinte esquema:modelo real -----> modelo ideal

– O modelo real representa aquilo que o aluno sabe, o ideal aquilo que ele deveria saber.

– Ao estabelecermos os pontos de diferença entre os modelos encontramos aquilo que o aluno precisa aprender.

– A estratégia adotada leva em consideração os seguintes passos:

• 1. Apresentar o mesmo material instrucional em diferentes níveis de complexidade;

• 2. Apresentar o conteúdo de acordo com uma taxinomia;• 3. Propor problemas a serem resolvidos;• 4. Fornecer diagnósticos, mensagens, alertas, ajudas ao

aluno durante sua interação com o tutor.

– Para que o tutor consiga atingir estes pontos é utilizada a metodologia proposta por [VIC 89] onde o trabalho é dividido em sessões onde :

– Na primeira sessão são realizados:• 1. Diálogo inicial com o aluno;

• 2. Planejamento inicial da sessão;• 3. Formulação de exemplos;• 4. Avaliação do aluno;• 5. Atualização do modelo do aluno.

– Nas demais sessões de aprendizagem(do tutor):• 1. Carregamento, na memória, do modelo do aluno(através

de sua descrição);• 2. Atualização do planejamento;• 3. Apresentação do material instrucional;• 4. Atualização do modelo do aluno.

– O desempenho do aluno é obtido através da observação da sua atuação na resolução de problemas e o nível de complexidade envolvido nas tarefas.

d)Módulo de controle:– Este é o módulo responsável pela coordenação

geral do tutor, no que diz respeito às suas funções, interfaces de linguagem natural, troca de informações entre os módulos, comunicação com outros programas utilitários através do sistema operacional.

– A comunicação entre os módulos do tutor consiste em guardar ou ler arquivos, manter um arquivo histórico da sessão de aprendizagem e a ativação e desativação dos bancos de dados, que podem ser pensados como "mundos" criados a partir da interação entre o tutor e o aluno.

– Os ICAI's possuem uma capacidade de aprendizagem no que se refere às alterações feitas na regra do tutor, resultantes do processo de interação com o aluno.

– Viccari[VIC89] nos coloca que existem basicamente duas categorias de aprendizagem: as que são organizadas dentro dos conhecimentos já existentes e as que ficam classificadas em categorias fictícias, utilizadas somente com aquele aluno em particular.

– Em alguns tutores o núcleo inicial não fica alterado no final da sessão, reiniciando de forma igual para qualquer novo usuário, enquanto que em outros modelos, mais aperfeiçoados, a cada interação o banco de dados inicial fora alterado, de modo que o sistema evolui, aprendendo com cada usuário, aplicando estes novos conhecimentos a cada aluno.

e) Interface:– Este módulo é constituído pelas várias formas de

comunicação com o aluno.– As principais são :

• -menus;• - língua natural escrita;• - ícones;• - gráficos.

– Geralmente a comunicação és estabelecida através de menus, símbolos e frases em língua portuguesa, utilizando janelas e cores. Durante a sessão tanto o tutor como o aluno podem mudar a forma de diálogo(apresentação).

– A forma do aluno se comunicar com o tutor é feita através de restrições na linguagem a fim de viabilizar a comunicação.

– Sempre que possível se procura comunicação através de menus, gráficos ou ícones.

– A interface em linguagem natural utiliza um subsistema composto por um dicionário de palavras e um conjunto de regras gramaticais, podendo possuir a capacidade de aprender novas regras, novas construções sintáticas e categorias gramaticais, corrigir erros ortográficos através da geração e comprovação de hipóteses.