Workflow Genético para Planejamento e Gerenciamento de Currículo em EAD

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1 Workflow Genético para Planejamento e Gerenciamento de Currículo em EAD Autor: Robson da Silva Lopes 1, Orientadora: Prof a. Dr a. Márcia Aparecida Fernandes 1 1 Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação Universidade Federal do Uberlândia (UFU) Uberlândia MG Brasil robsonsilvalopes@hotmail.com, marcia@ufu.br Nível: Mestrado Ano de ingresso no programa: 2007 Época esperada de conclusão: Março/ 2008 Etapa concluída: parte dos créditos Resumo. Neste artigo apresenta-se uma proposta de integração de técnicas de Planejamento em Inteligência Artificial e tecnologia de Workflow a um ambiente de Ensino à Distância. Planejamento propiciará o seqüenciamento automático de conteúdo, conhecido como seqüenciamento de currículo, desta maneira, permitirá que o ambiente seja adaptativo desde que cada estudante terá um currículo específico adequado ao seu perfil. Essa adaptação tem como finalidade facilitar o desenvovimento do estudante pois o seu progresso se dará de acordo com a sua capacidade e preferências. Entretanto, à medida que o curso e o estudante evoluem alterações na seqüência de conteúdo podem ocorre, sendo assim, faz-se necessário o gerenciamento da evolução do estudante, que ocorrerá através do uso da tencologia de Workflow. Sendo assim, o que se propõe é uma ferramenta a ser integrada aos ambientes de Ensino à Distância que permita o acompanhamento efetivo dos estudantes de acordo com suas próprias particularidades. Palavras-Chave. Sistemas de Tutores Inteligentes, Workflow, Educação à Distância, Planejamento em IA.

2 1. Introdução O ensino a distância (EAD) é uma das mais importantes ferramentas de difusão do conhecimento e de democratização presentes na atual sociedade, sendo esta caracterizada não só pela separação entre o professor e aluno, como também pela comunicação mediada por alguma forma de tecnologia. São características essenciais do ensino a distância, segundo [SIZILIO 1999]: a) atendimento a uma população estudantil dispersa geograficamente; b) Utilização de mecanismos de comunicação múltipla; c) Elaboração dos materiais didáticos sempre e entregue aos melhores especialistas de cada área; d) Desenvolvimento no aluno de habilidade para o trabalho independente e para um esforço auto-responsável; e) Formalização de vias de comunicação bidirecionais e freqüentes; f) Garantia de permanência do aluno em seu meio cultural e natural; g) Combinação da centralização da produção com a descentralização do processo de aprendizagem; Dentre os mais diversificados instrumentos que possibilitam a educação à distância sejam eles escritos e audiovisuais, verifica-se que World Wide Web (WWW) tem um potencial enorme em fornecer materiais ricos em conhecimento, pois este recurso tecnológico permite a integração de texto, imagem, som e vídeo em documentos que podem ser disponibilizados em qualquer lugar, a qualquer hora e com atualização automática. Isto traz novas possibilidades à tecnologia da educação, principalmente no que se refere à criação de materiais didáticos mais eficientes e à individualização do ensino [BICA 2000]. Um aspecto importante da WWW é a capacidade de promover a bilateralidade nesta forma de ensino e aprendizagem. Ou seja, além de colocar materiais instrucionais à disposição dos alunos localizados em espaços físicos diversos, possibilita que este tenha um acompanhamento e orientação pedagógicos de um especialista através de uma comunicação síncrona ou assíncrona. A partir do momento que percebeu-se na WEB uma plataforma perfeita para democratização do conhecimento, o número de pesquisas e o desenvolvimento em EAD aumentou substancialmente, surgindo sistemas para educação à distância apoiada em Web e/ou mediado por computador reforçado pelo questionamento da eficiência pedagógica do sistema educacional convencional. As atividades proporcionadas pelo uso de comunicação mediado pelo computador permitem ao estudante uma compreensão mais imediata e profunda do mundo em que vive, enriquecendo a formação de conhecimento em várias áreas de estudo [LUCENA 1997]. No entanto, diante disto, percebe-se a necessidade do tutor, seja este computacional ou humano, monitorar os dados e direcionar as atividades de cada estudante. Assim, a partir da avaliação de desempenho de cada estudante, devem ser selecionados os diferentes conteúdos que a ele deverão ser apresentados. Portanto, visando auxiliar o desempenho do aluno no curso e, conseqüentemente, o melhor aprendizado, deve-se definir estratégias mais adequadas de desenvolvimento de atividades. Frente a esta realidade, o foco deste trabalho está nos seqüuenciamento e gerenciamento de conteúdos personalizados e tamabém no suporte à solução interativa de problemas em ambientes de EAD, sendo que estas tarefas podem ser adequadamente modeladas e executadas utilizando-se técnicas de Planejamento em IA e a tecnologia de workflow. Nesta perspectiva é proposto um sistema de gerenciamento do processo de aprendizagem baseado em Workflow, capaz de atuar como um gerente automático para auxiliar nos planejamento e execução dos conteúdos e no monitoramento do progresso do estudante no ambiente de ensino à distância.

3 2. Trabalhos Relacionados O crescimento do interesse em EAD tem permitido o avanço das pesquisas nesta área. A maioria dos sistemas que utilizam técnicas de IA baseia-se em Sistemas Tutores Inteligentes, que fornece um modelo para todo o processo de ensino/aprendizagem. Algumas destas propostas introduziram o uso de agentes na tentativa de tratar a dinamismo destes ambientes. Entretanto, um grande problema é o seqüenciamento de conteúdo, para o qual trabalhos como PEPE [VASSILEVA and WASSON 1996], Tobie [VASSILEVA and WASSON 1996] e ABITS [CAPUANO et al. 2000] podem ser citadas como exemplos de propostas de solução. O planejador de conteúdo PEPE utiliza metas de conteúdo, que são expressas em termos de conceitos que o estudante deve aprender, e várias habilidades cognitivas que ele deve alcançar no aprendizado destes conceitos. A especificação de uma habilidade cognitiva que se espera que o estudante alcance indica o tipo de situação de aprendizado que será apresentada ao estudante. PEPE inclui várias bases de conhecimento e 51 regras de planejamento utilizadas na geração da seqüência de conteúdo (plano) e na monitoração da execução do mesma. O plano gerado é composto de operadores, limitadores e conceitos. Um operador sugere como será tratado o conceito no plano. Um limitador mostra a habilidade cognitiva que o estudante deve alcançar ao trabalhar com um conceito. Um conceito corresponde ao tema que será proposto ao estudante. O PEPE está dividido em três etapas: geração da meta, construção do plano e o monitoramento da sua execução. Para isto, há um conjunto de regras para cada uma destas etapas, além de um conjunto de regras para gerenciar todo o processo [VASSILEVA and WASSON 1996]. Tobie é um sistema de EAD para o ensino de Cálculo, composto de alguns dos módulos propostos em um sistema tutor inteligente: Pedagógico, Modelo do Estudante e Base de Conhecimento. O componente pedagógico contém dois sub-componentes, um planejador que dinamicamente gera plano e um executor que controla a execução do plano, reinvocando o planejador ou reagindo localmente quando necessário. Esta capacidade de reação é interessante quando situações inesperadas ocorrem durante a execução do plano. Neste caso, o sistema deve reagir de forma e em tempo adequados. Os quatros principais tipos de reação são: ignorar a situação, escolher uma reação oportunista sem modificar o plano, fazer reparos no plano ou replanejar. O Modelo do Estudante contém as informações que caracterizam o perfil e as preferências do estudante. A base de conhecimento pode ser vista como um grafo AND/OR direcionado que fornece uma linguagem de representação na qual conceitos e metas podem ser representados. ABITS é uma proposta de arquitetura de ensino inteligente, reutilizável e apropriada para diversos domínios de conhecimento. Este é um sistema tutor inteligente desenvolvido como um sistema multi-agente que contém os agentes de avaliação, pedagógico e afetivo. A representação do conhecimento é feita através de objetos de aprendizagem, que podem ser definidos como entidades com capacidade de utilização e reutilização durante o processo de ensino/aprendizagem. O modelo do estudante utiliza a teoria dos conjuntos Fuzzy para representar o estado cognitivo e as preferências do estudante. O processo de geração de currículos para os diferentes perfis de estudante em ABITS é realizado pelo agente pedagógico utilizando informações dos demais agentes. Assim, a partir de uma lista de metas de aprendizado é gerada a lista de todos os conceitos que um estudante deve aprender para alcançar estas metas da seguinte maneira: Se o estudante tem conhecimento sobre algum conceito, este é descartado, caso contrário, este é adicionado à lista e também todos os requisitos deste conceito. Este processo é repetido até que lista de metas esteja vazia. A lista de conceitos é transformada em uma lista de objetos de aprendizado, na seqüência que melhor se adapte às preferências do estudante. A lista de objetos de aprendizado é transformada em um

4 currículo, com a introdução de materiais de teste e os marcos. Materiais de teste são objetos de aprendizado de teste e os marcos são chamadas ao sistema ABITS. Estes marcos são colocados após cada bloco de teste e são responsáveis por chamar o sistema para atualizar o modelo do estudante e o currículo, caso seja necessário. Conforme pode ser visto pelos exemplos acima, há necessidade do gerenciamento constante da evolução do estudante para que o currículo seja adequado. Por isso, a tecnologia de workflow tem sido utilizada como ferramenta no apoio à gestão de processos em ambiente EAD. Entretanto, esta é uma proposta recente e, por isso, poucos são os trabalhos nesta área. No trabalho desenvolvido por [SIZILIO 1999][SIZILIO and EDELWEISS 2001], além de uma estrutura de curso de EAD utilizando técnicas de Workflow, desenvolveu-se a modelagem completa do processo de autoria e execução de cursos destinados ao ensino à distância. Neste contexto, o Workflow de autoria tem por objetivo apoiar o tutor na criação de curso de EAD, englobando todas as tarefas relacionadas à criação de um curso: concepção, planejamento, definição e implementação, que detalhadamente podem ser descritas como cadastrar curso, definir ementa, definir critérios de análise de desempenho do estudante, definir forma de apresentação da trilha de progresso do estudante, implementar ferramentas a serem disponibilizadas, definir bibliografia, definir aspectos temporais relacionados ao módulo, etc. O Workflow de execução engloba as tarefas operacionais inerentes ao curso, ou seja, tarefas relacionadas à aplicação do curso, tais como matricular estudante, submeter estudante à avaliação do módulo, determinar as atividades que devem ser executadas pelo estudante, submeter atividades de estudo, analisar a trilha de progresso do estudante, verificar a sugestão do próximo módulo a ser executado. Baseado em sistemas como os acima relacionados, o trabalho proposto utilizará a tecnologia de Workflow, assim como na proposta de [SIZILIO 1999]. No entanto, fará uso de técnicas de Planejamento em IA para evitar a rigidez imposta por seqüências de conteúdos previamente definidas. Através do uso de planejamento é possível tornar dinâmico o processo de geração de seqüências de conteúdo e também alterações podem ser efetuadas durante o desenvolvimento do curso. Devido à utilização de Workflow, será possível uma visão ampla para gerenciar as atividades do estudante e, desta maneira, obter um planejamento global e, conforme PEPE, fazer uso de um conjunto de reações em situações que o aluno apresentar mais dificuldades. Assim, além de gerar conteúdo de acordo com o perfil do estudande, será possível modelar, monitorar e coordenar as atividades do estudante em cursos á distância. 3. Metodologia Para o desenvolvimento do trabalho será seguindo as seguintes etapas: Levantamento bibliográfico referente à: 1. Sistemas de EAD que utilizam IA 2. Aplicações de Planejamento em IA e Planejamento Instrucional em Sistemas Educacionais 3. Ambientes educacionais que utilizam Workflow Desenvolvimento do planejador de conteúdos utilizando Workflow baseado em Algoritmos Genéticos Desenvolvimento do gerenciamento da evolução dos estudantes em seu plano de conteúdo Integração do planejador e gerenciador de planos de conteúdos Estudo do SIMEDUC, ambiente de EAD onde a proposta será integrada Estudo de caso Defesa

5 4. Cronograma Atividade Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Jan Fev Mar X X X X X X X X X X X X 2 X X X X X 3 X X X 4 X X 5 X X 6 X Atividades a serem desenvolvidas: Tabela 1. Cronograma de Atividades 1. Levantamento bibliográfico e estudo de conceitos relevantes; 2. Implementação do Planejador de conteúdo 3. Integração do Planejador e gerenciador de planos; 4. Integração ao SIMEDUC 5. Estudo de caso 6. Defesa Referências BICA, F. (2000). Eletrotutor iii: Uma abordagem multiagente para o ensino à distância. In Dissertação de Mestrado, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, Brasil. Universidade Federal do Rio Grande do Sul,Programa de Pós-Graduação em Computação. CAPUANO, N., MARSELLA, M., and SALERNO, S. (2000). Abits: An agent based intelligent tutoring system for distance learning. In s.n., pages 1 8, Montreal, Canadá. International Workshop on Adaptive and Intelligent Web-based Educational Systems. LUCENA, M. (1997). Um modelo de escola aberta na internet: Kidlink no brasil. Rio de Janeiro,RJ. Brasport. SIZILIO, G. R. M. A. (1999). Técnicas de modelagem de workflow aplicadas à autoria e execução de cursos de ensino à distância. In Dissertação de mestrado, pages 1 5, Porto Alegre, Brasil. UFRGS. SIZILIO, G. R. M. A. and EDELWEISS, N. (2001). Modelo de autoria de cursos de ensino a distância. In Revista Brasileira de Informática na Educação, pages UFRGS. VASSILEVA, J. and WASSON, B. (1996). Instructional planning approaches: from tutoring towards free learning. pages 1 8, Lisboa, Portugal. EuroAIED 96.