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.