USO DE AGENTES COMPUTACIONAIS NO DESENVOLVIMENTO DE FERRAMENTAS PARA GERENCIAMENTO DE CURSOS EM EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA RESUMO SUMMARY

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1 USO DE AGENTES COMPUTACIONAIS NO DESENVOLVIMENTO DE FERRAMENTAS PARA GERENCIAMENTO DE CURSOS EM EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 131 ELAINE QUINTINO DA SILVA (*) JOÃO BENEDITO DOS SANTOS JUNIOR (**) HARRISSON FERREIRA GOMES (***) JÉSLER SANTOS (***) RICHARD GEHARDT DA SILVA (***) CLÁUDIO LOPES (***) HUDSON DE PÁDUA MELO (***) JAMERSON JARDEL NERE (***) LEANDRO ALVARENGA ANDRADE (***) RAMON BORGES LOPES (***) RESUMO Este trabalho apresenta a descrição do projeto de um conjunto de ferramentas que se aplica às tarefas de gerenciamento de materiais didáticos apresentados no ambiente WWW. A proposta deste trabalho está centrada no desenvolvimento de mecanismos para a interação entre as entidades aluno e professor com o curso disponibilizado através do ambiente WWW, utilizando-se da tecnologia de agentes de software. O uso do conceito de agentes de software neste trabalho é justificado pela necessidade de isolamento dos professores e alunos das tarefas computacionais do gerenciamento. Em adição, é importante ressaltar que o desenvolvimento das ferramentas envolve a utilização da linguagem JAVA, o que reforça a facilidade de intercâmbio de informações com outras aplicações, por exemplo com ferramentas de autoria de materiais didáticos em ambientes multiplataforma. DESCRITORES: Educação a distância, agentes de software, gerenciamento de cursos, WWW, JAVA, HTML, XML, XSL, XQL. SUMMARY USE OF SOFTWARE AGENTS IN THE DEVELOPMENT OF TOOLS FOR MANAGEMENT OF COURSES IN DISTANCE EDUCATION This paper presents the project description of a set of tools to management teaching materials presented in the WWW environment. The objective of this work is the development of mechanisms to interaction between the entities student and teacher with a course on the WWW environment, trought the use of the software agents technology. The use of software agents concept is justified by need of transparency in complex computational tasks for both teachers and students. Furthermore, is important to observe which the development of the tools involve the use of the JAVA programming language, what improve the information interchange with another application, such as didactic materials authoring tools in multiplatform. KEY WORDS: Education at a distance, software agents, course management, WWW, JAVA, HTML, XML, XSL, XQL. 1. INTRODUÇÃO A proliferação dos computadores pessoais e popularização da Internet aumentaram o nível de comunicação entre os usuários, criando uma variedade de serviços oferecidos através desta rede heterogênea de ambientes, sistemas e plataformas. Neste contexto, merece destaque a aplicação das tecnologias da informação à educação que levaram a um crescimento no interesse por pesquisas ligadas à implementação de ferramentas e aplicações voltadas para o ambiente de ensino (Keegan, 1996). De modo especial, a Internet apresenta-se como um fator a ser explorado no contexto do ensino através do ambiente WWW (World Wide Web) (Lucena, 1998). A publicação de materiais didáticos neste ambiente surge como um novo canal a ser explorado na criação de Programas de Ensino à Distância, programas esses que constituem uma forma de ensino planejada e que envolve uma distância (física ou de tempo) entre o professor e o aluno, bem como a necessidade de utilização de mecanismos para a comunicação e técnicas especiais de projeto e gerenciamento de cursos. Genericamente, o processo de realização de um curso no ambiente WWW pode ser dividido em três etapas: autoria, disponibilização e gerenciamento. Atualmente, as etapas de autoria e disponibilização têm sido apoiadas através de ferramentas e ambientes próprios para o desenvolvimento de materiais * Mestranda em Ciência da Computação (ICMC-USP) ** Professor do Curso de Bacharelado em Ciência da Computação (UNIFENAS) C.P. 23, CEP Alfenas-MG joaobene@unfenas.br ***Acadêmicos do Curso de Bacharelado em Ciência Computação (UNIFENAS), bolsistas de iniciação científica.

2 132 E. Q. da SILVA et al. didáticos. Por outro lado, a etapa de gerenciamento, que deve fornecer mecanismos de interação entre alunos e professores, ainda constitui uma tarefa pouco explorada em virtude da carência de ferramentas e aplicações apropriadas. gerenciamento que permite o acompanhamento das atividades do aluno de um curso específico Contexto 2. DESENVOLVIMENTO O ambiente WWW permite a publicação de hiperdocumentos construídos de acordo com a linguagem HTML (HTML, 1992). Esses hiperdocumentos podem ser incrementados através da inserção de applets JAVA e Scripts, além de ser permitido o acesso a bases de dados relacionais, utilizando-se para isto recursos como JDBC (Java DataBase Connectivity) (Sun,1996). Os autores do ambiente WWW têm hoje à sua disposição diversas ferramentas de autoria e publicação que, apesar de exigirem algum conhecimento especializado em informática (especialmente em JAVA e tecnologias afins), são muito poderosas e versáteis. Como exemplos comerciais, tem-se o FrontPage da Microsoft (Microsoft, 1999), o Composer da Netscape (Netscape, 1998), dentre outras. No mundo acadêmico, várias ferramentas têm sido desenvolvidas com o objetivo de apoiar a elaboração de material didático, observando-se principalmente a autoria pelo professor e a navegação do estudante no material didático apresentado. Como exemplos, pode-se citar o ambiente WebCT (WebCT, 1999), o ambiente AulaNet (AulaNet, 1998), TopClass (TopClass, 1999), e as ferramentas do ambiente Virtu@ula (Santos Jr, 1998), e WebCourse (Scapin & Garcia Neto, 1997). O ambiente WebCT, desenvolvido na University of British Columbia, Canadá, em 1996, é baseado em documentos HTML, tanto para o aluno quanto para o autor, e é apresentado através de um documento principal com links para conteúdo dos cursos, características e ferramentas. Este ambiente é destinado a facilitar a criação de ambientes educacionais sofisticados no ambiente WWW. Ao professor são apresentadas ferramentas para a autoria e disponibilização do material didático e para o gerenciamento do curso, tais como a verificação do progresso do aluno, elaboração e correção automática de testes, controle de estudantes, dentre outras. Ao aluno são apresentadas ferramentas para a interação com o curso, tais como cadastro do aluno, quadro de notas, entrega de trabalhos, calendários e outras. A Figura 1 apresenta uma interface com uma tarefa de Figura 1. Ferramenta de gerenciamento do ambiente WebCT que visa o acompanhamento das atividades do aluno em um curso específico Devido a estas características, o ambiente WebCT tem sido considerado, atualmente, como um dos mais completos pacotes para desenvolvimento de cursos no ambiente WWW, fornecendo a maioria dos recursos necessários para a realização de um curso à distância via Internet. Além do ambiente WebCT, o ambiente AulaNet é outro bom exemplo para autoria e disponibilização de material didático para o ambiente WWW. Desenvolvido no Laboratório de Informática da PUC-RIO, é um ambiente para criação de cursos direcionados ao público leigo (AulaNet, 1998). O objetivo do ambiente é adotar a Web como ambiente educacional, criando uma transição da sala de aula convencional para a sala de aula virtual e oferecendo a oportunidade de se reusar o material educacional existente. Figura 2 Interface de um curso no ambiente AulaNet, mostrando uma barra de ferramentas de interação do aluno que estão disponíveis para o curso.

3 USO DE AGENTES COMPUTACIONAIS NO DESENVOLVIMENTO DE FERRAMENTAS O ambiente AulaNet oferece vários serviços necessários para a realização de um curso via ambiente WWW, incluindo também, ferramentas para o gerenciamento do curso, tais como cadastro do aluno, chat, agenda, notícias do curso, grupos de discussão, provas, questionários, exercício, mas visa, de modo especial, a autoria e apresentação do material. A Figura 2 apresenta a interface de um curso do ambiente AulaNet com as ferramentas que o professor selecionou para a interação do aluno. No contexto de documentos didáticos estruturados, pode-se citar como exemplos as ferramentas do ambiente Virtu@ula (Santos Jr, 1998). A ferramenta Jobus se destina ao desenvolvimento de exercícios a serem inseridos no material didático, oferecendo a possibilidade de utilização de recursos multimídia como textos e imagens. A ferramenta Prov@Net é utilizada para a criação de questionários com questões de vários tipos, tais como falso/verdadeiro, múltipla escolha e dissertativas. Finalmente, a ferramenta S@piens concentra todo o projeto, sendo destinada à criação e disponibilização do material didático. Nesta ferramenta, o professor pode criar um documento HTML com o material do curso e inserir questionários e exercícios criados com a utilização das ferramentas Jobus e Prov@Net. No contexto do uso da informática na educação, pode-se observar a existência de diferentes ferramentas, onde a preocupação maior está relacionada à modelagem, autoria e disponibilização do material didático, salvo algumas exceções como os ambientes WebCT, AulaNet e Virut@ula. O projeto de desenvolvimento de ferramentas de gerenciamento torna-se relevante no sentido de que essas ferramentas devem apresentar características abertas e estruturadas que permitam a sua utilização em cursos criados através de outras ferramentas de autoria. De modo especial, essas ferramentas devem complementar as capacidades de criação e disponibilização de materiais didáticos, sem, contudo, o conjunto formar uma aplicação monolítica e indivisível Tecnologias aplicáveis em ambientes de ensino à distância O uso da Internet em ambientes educacionais contribui para um novo paradigma de ensino à distância que tem usufruído do desenvolvimento tecnológico da grande rede mundial. Muitas tecnologias têm sido propostas e estudadas, no sentido de aprimorar as técnicas existentes e permitir o desenvolvimento de aplicações cada vez mais complexas e poderosas (Moreira & Walczowski, 1997). Dentre estas tecnologias, destacam-se os agentes computacionais, que pelos dicionários comuns são definidos como sendo alguém que realiza alguma tarefa. No contexto da computação, a definição do termo é bem mais ampla e não existe um único conceito que seja aplicável a todas as situações, sendo que cada autor fornece a definição que melhor se adapta ao seu contexto. No entanto, deve-se conservar a característica principal do agente, que é a sua capacidade de cooperação com outras aplicações para a solução de problemas complexos. Dessa variedade de definições pode-se extrair algumas propriedades que diferem agentes computacionais de programas e que permitem a classificação dos agentes. Estas propriedades são relativas ao ambiente em que os agentes estão inseridos, sendo que este ambiente constitui o meio do qual o agente obtém informação e sobre o qual o agente pode atuar. Algumas propriedades são (Franklin, & Graesser, 1996): reatividade: capacidade do agente de reagir ao ambiente através de um comportamento baseado em estímulo/resposta; adaptação: capacidade dos agentes se adaptarem às mudanças que ocorrem no ambiente; pró-atividade: capacidade de tomar iniciativa e não ser conduzido somente pelos eventos; autonomia: capacidade dos agentes agirem sem intervenção humana direta ou qualquer outra intervenção, tendo controle sobre o seu estado; mobilidade: capacidade dos agentes de se moverem no ambiente, inclusive de uma máquina para outra; capacidade social: capacidade de comunicar com outros agentes utilizando uma linguagem de comunicação de agentes. Através destas propriedades e da função exercida pelos agentes, é possível classificá-los em: agentes de informação: são agentes capazes de obter informação requerida por um agente humano; agentes de entretenimento: são agentes que simulam e animam personalidades artificiais, normalmente em mundos virtuais destinados ao entretenimento; agentes de aconselhamento: são agentes que ajudam as pessoas na execução de certas tarefas dando conselhos e sugerindo caminhos de resolução; agentes assistentes: são os que executam tarefas para o agente humano;

4 134 E. Q. da SILVA et al. agentes de interface: são os agentes destinados a interagir com os agentes humanos. No contexto do trabalho aqui reportado, os agentes assistentes constituem o tipo de agente que melhor se adapta às aplicações propostas, uma vez que devem fornecer apoio ao aluno e ao professor na realização das tarefas de um curso. O agente é responsável pela realização das tarefas de baixo nível do gerenciamento, enquanto alunos e professores utilizam-se de interfaces gráficas para dar entrada às informações solicitadas pelo agente. Além disso, é importante ressaltar que os agentes envolvidos neste trabalho não possuem inteligência, mas cooperam entre si, cada um com a sua funcionalidade, para a realização de uma tarefa específica e complexa. Além dos agentes de software, outra tecnologia importante para o contexto do ensino, principalmente pela utilização do ambiente WWW, é o uso de hiperdocumentos estruturados. Esses hiperdocumentos são formatados com o uso de uma linguagem de markups, como HTML (Hypertext Markup Language) e visualizados através de um browser. Nos hiperdocumentos podem ser apresentados textos formatados, imagens estáticas e em movimento (vídeos), áudio, além de tabelas de dados e características de layout, o que reforça a sua aplicação em ambientes de ensino. <GERÊ NCIA_CURSO> <CURSO> <NOM E_CURSO> Sistemas Operacionais </NOM E_CURSO> <PROFESSOR> Dilvan de Abreu Moreira</PROFESSOR> <ALUNOS> <ALUNO> <IDENTIFICAÇÃO_CURSO> 003 </IDENTIFICAÇÃO_CURSO> <N O M E> José da Silva </N O M E> <MATRICULA> </M ATRÍCULA> <EM A IL> jose@ icm c.sc.usp.br </EM A IL> < H O M EPA G E> w w.icm c.sc.usp.br/~josé < /H O M EPA G E> <NOTAS> <NOTA> 5.0 </NOTA> <NOTA> 4.0 </NOTA> <NOTA_FINAL> 4.5</NOTA_FINAL> </NOTAS> </ALUNO> </ALUNOS> </CURSO> </GERÊNCIA_CURSO> Figura 3. Trecho de documento XML para o domínio Gerência de Curso De um modo geral, a linguagem HTML, derivada da meta-linguagem SGML (Standart Generalized Markup Language), é mais utilizada para a formatação de hiperdocumentos devido à sua simplicidade e à capacidade de visualização nos browsers existentes. Por outro lado, a linguagem XML (Extensible Markup Language), também derivada de SGML, surgiu como uma importante linguagem de formatação de hiperdocumentos, principalmente devido à característica marcante de separação entre conteúdo e forma de apresentação. Outro fator positivo que impulsiona o uso de XML é a liberdade de adequação às aplicações, uma vez que os elementos (constituídos por <></>) podem ser definidos de acordo com a necessidade do usuário. A estrutura de um documento XML pode ser definida através de um DTD (Document Type Definition) que especifica o nome, os atributos e os tipos dos elementos do documento. A Figura 4a apresenta a Formatação de um DTD. Esta especificação de documento pode, então, ser utilizada para verificar a sintaxe do documento XML. <! Este D TD descreve as inform ações necessárias para a gerência de um curso disponível no ambiente W W W --!> <!ELEM ENT GERÊNCIA_CURSO> <!ELEMENT CURSO (NOME_CURSO, PROFESSOR, ALUNOS)> <!ELEM ENT NOM E_CURSO (#PCDATA)> <!ELEMENT PROFESSOR (#PCDATA)> <!ELEMENT ALUNOS (ALUNO+)> <!ELEMENT ALUNO (IDENTIFICACAO_CURSO, NOME, ?, HOMEPAGE?, NOTAS) <!ELEMENT IDENTIFICAÇÃO_CURSO (#PCDATA)> <!ELEM ENT NOM E (#PCDATA)> <!ELEM ENT (#PCDATA)> <!ELEM ENT HOMEPAGE (#PCDATA)> <!ELEMENT NOTAS (NOTA+, NOTA_FINAL)> <!ELEMENT NOTA (#PCDATA)> <!ELEM ENT NOTA_FINAL (#PCDATA)> <xsl:tem plate m atch= "Page"> <DT> Homepage: </DT> <DD> <BR> < A > < xsl:attribute nam e="href"> <xsl:valu e-o f select= "."/> < /xsl:attribute> < xsl:attribute nam e="target"> "_new " < /xsl:attribute> < xsl:value-o f select= "."/> < /A > </DD> < /xsl:tem plate> Figura 4 (a). DTD para o documento XML da Figura 3 (b). trecho de documento XSL para formatar o elemento homepage como um link para o seu conteúdo Devido à capacidade de definição de elementos, XML pode ser utilizada para a definição de bases de dados simplificadas. Como complemento à linguagem XML, apresenta-se a tecnologia XSL (Extended Style Language) que é utilizada tanto para definir as formas de apresentação do documento XML quanto para realizar buscas simplificadas no conteúdo do documento (Connoly, 1997; Johnson, 1999; Santos Jr., 1998). A Figura 4b apresenta um trecho de documento XSL utilizado para formatar o elemento homepage (do documento XML da Figura 3) como links para o conteúdo destes elementos. Assim, para o browser, o que estiver dentro da tag homepage será apresentado como um link. Complementando, assim como XML pode ser utilizada para armazenamento de dados (funcionando como base de dados), a tecnologia XQL (XML Query Language) pode ser utilizada para a realização de buscas no documento. XQL é baseada em queries, semelhantes à linguagem SQL (Structured Query Language) (ISO, 1986), que podem ser realizadas sobre um documento XML (Robie et. al., 1998). O uso destas e outras tecnologias está sendo investigado visando definir os melhores métodos

5 USO DE AGENTES COMPUTACIONAIS NO DESENVOLVIMENTO DE FERRAMENTAS para o desenvolvimento do conjunto de ferramentas para as tarefas de gerenciamento de cursos a distância, contexto no qual este trabalho está inserido Ferramentas de Gerenciamento Um ambiente educacional convencional, caracterizado pela sala de aula, lousa e giz, envolve uma grande variedade de ações e tarefas devido à proximidade entre alunos e professores. Em um ambiente virtual, as ações e tarefas envolvidas na realização do curso à distância precisam ser muito bem planejadas e selecionadas, de modo que aluno e professor possam estar o mais próximo possível de sua realidade. Conforme citado, o ambiente WebCT é considerado um dos mais completos ambientes para autoria, apresentação e gerenciamento de material didático, oferecendo um vasto conjunto de ferramentas que permite realizar as mais variadas tarefas envolvidas no oferecimento de um curso. Por outro lado, por ser totalmente baseado em hiperdocumentos do ambiente WWW, a estrutura dos cursos é bastante proprietária, o que dificulta o intercâmbio de informações com outras aplicações. Desta forma, é válido ressaltar que o uso de JAVA para a implementação das ferramentas estende o escopo de utilização das mesmas, em virtude da facilidade de integração com outras aplicações, o que permite a utilização das ferramentas de gerenciamento em conjunto com materiais didáticos criados por qualquer ferramenta de autoria já existente. As ferramentas que compõe este projeto visam estabelecer meios de interação entre alunos, professores e o curso. A Figura 5 apresenta a arquitetura do projeto. As ferramentas foram selecionadas considerando o lado do aluno e o lado do professor. Como ferramentas que servem ao aluno, tem-se: Join / Info: através destas ferramentas, o estudante é capaz de se cadastrar no curso fornecendo as informações necessárias à sua participação. Quando o estudante se cadastrar, a ferramenta deve obter as informações e gerar o ambiente do aluno. FTP / MailFTP Manager: estas ferramentas devem ser utilizadas para que o aluno possa transferir arquivos para o ambiente do curso, podendo criar homepages, receber arquivos do professor (quando específicos para o aluno) ou enviar arquivos para o professor, como no caso de entrega de trabalhos. Group Manager: esta ferramenta visa a manutenção de grupos de alunos, para o caso em que o professor definir o desenvolvimento de alguma atividade que deva ser realizada por mais de uma pessoa. Com esta ferramenta, o aluno pode criar e remover grupos, editar os grupos para alteração de integrantes e associar o grupo ao trabalho a ser desenvolvido. Autor (Professor) Produz Hiperdocumento no padrão HTM L Autoria e D isponibilização Gerenciamento Autor (professor) Enviar hiperdocumento Usuário (estudantes) Browser Ferramenta para interação do aluno Figura 5. Arquitetura básica para os componentes do conjunto de agentes de gerenciamento.

6 136 E. Q. da SILVA et al. Como ferramentas que servem ao professor, tem se: New Course Manager: a tarefa mais difícil no gerenciamento de um curso é criar o ambiente, configurando as propriedades do curso, as áreas de alunos, de trabalhos, definir datas e outras atividades. Estas tarefas poderão ser facilmente realizadas através da utilização deste agente que tem por objetivo extrair informações do professor para o ambiente de gerenciamento através de componentes gráficos e preparar este ambiente de acordo com as definições do professor. Basicamente, todas as características e atividades do curso devem ser especificadas nesta ferramenta. Por esta razão, esta ferramenta deve apresentar uma interface gráfica adequada, de forma que possa ser utilizada por professores com pouca habilidade computacional. Replication Manager: esta ferramenta é útil para que o professor crie novas edições de ambientes de gerenciamento para novos cursos a partir de um ambiente existente. Assim, caso o professor ofereça dois cursos diferentes (por exemplo, duas disciplinas ministradas pelo mesmo professor), ele pode utilizar as mesmas características para o ambiente de gerenciamento nos dois cursos, sendo que as informações específicas (tais como alunos, diretórios de alunos, dentre outras) do curso de origem não são consideradas na criação do novo curso. Course Properties Manager: após a criação do curso, e mesmo durante a sua realização, o professor pode desejar alterar propriedades definidas na criação do curso. Assim, todas as informações do curso são centralizadas nesta ferramenta, de modo que o professor possa entrar e alterá-las. Students Control: esta ferramenta permite ao professor controlar os alunos do curso, inclusive as operações de exclusão e bloqueio de alunos. Neste caso, o agente deve procurar por todas as informações sobre o aluno e removê-las. Nesta ferramenta, o professor ainda pode entrar com as notas das provas e trabalhos do aluno. Mirroring Manager: esta ferramenta deve permitir que o professor faça espelhos de um curso. Assim, se o servidor que hospeda o curso estiver fora do ar por algum motivo, o aluno tem a opção de acessar o curso em outros servidores. 3. CONCLUSÕES O conjunto de agentes de gerenciamento de cursos à distância apresentados neste trabalho concentra-se nas atividades mais comuns realizadas em um curso convencional. Através destas ferramentas, o professor cria o ambiente do curso, considerando que o material didático do curso (hiperdocumentos e outros materiais necessários) já existe, estabelecendo as suas propriedades e metodologias, podendo alterálas posteriormente.o aluno, por sua vez, tem acesso ao material e pode interagir com o curso e com o professor. Este projeto abrange um problema importante no contexto do ensino à distância via Internet, uma vez que este tipo de atividade torna-se complexo devido à falta dos elementos convencionais como as salas de aulas, a lousa e o giz. 4.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AULANET. Ajudando Professores a Fazer seu Dever de Casa. WWW: Disponível on-line, aulanet.les.inf.puc-rio.br/aulanet. Visitado em 20 de Junho de CONNOLOY, D. XML Principles, Tools and Techniques. World Wide Web Journal. O Reilly. v.2, Issue 4, FRANKLIN S. & GRAESSER A. Is it na Agent or just a Program?: A Taxonomy for Autonomos Agents. Third Workshop on Agent Theories, Architectures and Languages, WWW: Disponível on-line: ~franklin/agentprog.html. HTML Specification. WWW: Disponível on-line, Visitado em 10 de novembro de ISO/IEC IS Information Processing Text and Office Systems Standards Generalized Markup Language (SGML), JAVA Tutorial. WWW: Disponível on-line, em 10 de novembro de JONHSON, M.. XML for the Absolute Beginners. WWW: Disponível on-line, abril KEEGAN, D. The Foundations of the Distance Education. London, ed. Croom Helm, LUCENA, C.J.P. de. Curso sobre Sociedade da Informação. WWW: Disponível on-line, Visitado em 10 de novembro de 1998.

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