Uma ontologia para modelagem de conteúdo para Ensino a Distância. An ontology for modeling distance learning contents

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1 SEMINÁRIO DE PESQUISA EM ONTOLOGIA NO BRASIL 11 E 12 de Agosto Universidade Federal Fluminense Departamento de Ciência da Informação Niterói Rio de Janeiro Brasil Esta comunicação está sendo submetida sob o Tema 3 Aplicações com enfoque em Ontologias Uma ontologia para modelagem de conteúdo para Ensino a Distância An ontology for modeling distance learning contents Simone das Graças Domingues (Departamento de Computação / FC / UNESP, simone@fc.unesp.br) Ivan Rizzo Guilherme (DEMAC/ IGCE / UNESP, ivan@rc.unesp.br) Resumo: Neste trabalho é apresentado as ontologias que descrevem as disciplinas e o material de aprendizagem para um sistema de Ensino a Distância (EAD). As ontologias definidas são manipuladas por agentes integrados ao Sistema de Ensino a distância, o Virtual Curso. Os agentes atuam visando permitir o reuso de materiais de aprendizagem e o reforço de aprendizagem através da observação de erros na avaliação. Palavras-chave: ontologia. Multiagentes, ensina a distância na web Abstract: This work is presented ontologies that describe the subjects and learning materials for Distance Learning Systems. Ontologies defined are handled by agents that are the integrated Virtual Course, an distance learning systems. The agents act to allow the reuse of materials for learning and reinforcement of learning through observation of errors in the assessment. Keywords: ontology, multiagents, web distance learning

2 1. Introdução Cursos oferecidos pela internet têm se tornado um instrumento de grande valor nesta era de globalização, onde a capacitação e a busca por informação são cada vez mais exigidas dos profissionais e estudantes. Com o intuito de facilitar a disponibilização de cursos, surgiram os ambientes de gerenciamento de cursos à distância, por exemplo: CoL (SILVEIRA et al, 2002), VirtualCurso (MORGADO, 2003) etc, que não exigem conhecimentos sobre programação dos professores e responsáveis pelos cursos. No entanto, gera um grande volume de material didático que nem sempre é reutilizado de forma eficiente. Para se fazer reutilização desse material pedagógico existem algumas propostas de modelamento (ADLNET, 2003, Araújo 2003). Outro problema que surge nos cursos à distância é que o professor tem sua carga de trabalho normalmente aumentada devido ao número de alunos e dos recursos de comunicação facilitados (Fórum, Chat, etc). Uma forma de amenizar seu trabalho é tornar algumas atividades automatizadas ou semi-automatizadas. Araújo (2003) propõe um modelamento ontológico sobre os materiais e objetos de aprendizagem para o ambiente CoL. O objetivo é implementar, para o ambiente VirtualCurso, mecanismos que permitam reuso de materiais de aprendizagem e proporcione suavização da carga de trabalho dos professores fornecendo uma ferramenta que disponibiliza reforço de conceitos de forma automatizada para os alunos através da observação de erros em avaliações. Na solução proposta, a descrição do conteúdo e do conhecimento será feito utilizando ontologia, que será manipulada por um grupo de agentes (sistema de software ou hardware que apresenta propriedades básicas de autonomia, reatividade e próatividade (WOOLDRIDGE e JENNINGS, 1994)) que estão integrados ao ambiente Virtual Curso. Neste artigo é dado ênfase a descrição da ontologia utilizada. 2. Metodologia de Desenvolvimento No desenvolvimento do trabalho as seguintes etapas inter-relacionadas foram executadas: a criação de duas ontologias de domínio: uma para a área de Estruturas de Dados (ED), incluindo os conceitos de listas, pilha, fila e árvores e outra, mais simplificada, para a área de Análise e Desenvolvimento de Algoritmos (ADA) que inclui os conceitos de comandos de entrada e saída, comando condicional, laços de repetição, estruturas de alocação contígua, modularidade, arquivos textos e arquivos de tipo definido; a adequação e implementação, em OWL, do modelamento ontológico de

3 materiais de aprendizado proposto por Araújo (2003) para o ambiente do VirtualCurso; a criação de materiais de estudo para cada tópico para testar a aplicação; a especificação e implementação de agentes de busca por conteúdos de reforço; e, a integração dessas ferramentas no ambiente VirtualCurso. A ontologia de materiais de aprendizagem utilizada foi a desenvolvida por Araújo(2003) com o objetivo de tratar a reusabilidade de materiais. Na modelagem original, existe a especificação de termos relacionados com pré-requisitos. Esses termos foram excluídos dessa ontologia e incluídos na ontologia de disciplinas, porque os termos sobre pré-requisitos contêm uma definição mais significativa com o conteúdo das disciplinas do que com a forma em que os materiais de aprendizagem são armazenados. A ontologia de domínio sobre as disciplinas de Estruturas de Dados I e de Análise e Desenvolvimento de Algoritmos I (ADA) contém todos os conceitos, relações e propriedades consistentes com os cursos oferecidos de forma presencial, nesse caso, nos cursos de Bacharelado em Ciência da Computação e Bacharelado em Sistemas de Informação. Os conceitos que foram definidos para Estruturas de Dados I estão relacionados à Lista, Pilha, Fila e Árvore. Dentro de cada conceito, aparecem outros que fazem uma especificação mais detalhada sobre cada assunto. Por exemplo, no conceito de Pilha têm-se os conceitos de Empilha, Desempilha, Pilha com Alocação Contígua e Dinâmica. Os conceitos definidos para Análise e Desenvolvimento de Algoritmos I foram comandos de entrada e saída, comandos condicionais, laços de repetição, alocação contígua, modularidade, alocação dinâmica e arquivos. Não foram definidas ramificações nesses conceitos porque serão utilizados apenas para fornecer uma base aos conceitos de Estruturas de Dados I e, deste modo, ilustrarem como conceitos ministrados em uma disciplina podem ser utilizados em outras. A construção das ontologias de domínio (sobre ED e ADA) seguiu as etapas da metodologia METHONTOLOGY (GÓMEZ-PÉREZ et al, 2005). A visualização gráfica da união das três ontologias está na figura 1. Na construção das ontologias foi usado o ambiente Protegé, sendo gerado no formato do OWL. Em decorrência das dependências entre os conceitos das disciplinas, foi construído um outro conceito chamado submódulo. Dessa forma, uma disciplina contém módulos. Um módulo é composto por submódulos. Um submódulo é composto recursivamente por um outro submódulo ou por materiais de aprendizagem. Um material de aprendizagem contém objetos de aprendizagem. As novas relações construídas para esse novo conceito foram as seguintes: mod_temsubmodulo onde um

4 módulo pode possuir um submódulo; submodulo_temsubmodulo onde um submódulo pode possuir um sub-módulo e submodulo_temmataprendizagem onde um submódulo pode possuir um material de aprendizagem. A ontologia dos materiais de aprendizagem do curso com as instâncias com os objetos de aprendizados (Figura 2). Figura 1. Visualização gráfica das três ontologias criadas no Protegé OWL 3. Sistema Multiagente As ontologias definidas são manipuladas por agentes que estão integrados ao ambiente Virtual Curso. O sistema visa permitir o reuso de materiais de aprendizagem e o reforço de aprendizagem através da observação de erros em avaliação por tres agentes: Ag-Curso, Ag-Disciplina e Ag-Instância. O agente Ag-Curso é a interface entre o Virtual Curso e os outros agentes, tendo as seguintes funções: recebe a mensagem de consulta do Virtual Curso; envia uma mensagem para o Ag-Disciplina solicitando os pré-requisito de um conceito; recebe a resposta do Ag-Disciplina; envia mensagem para o Ag-Instância solicitando os objetos de aprendizado relacionados ao conceito; recebe a resposta do Ag-Instância; retorna os objetos de aprendizagem para o Virtual Curso. O agente Ag-Disciplina têm a função buscar os pré-requisitos de um conceito na ontologia de Disciplina. Assim, o Ag-Disciplina recebe uma mensagem do Ag-Curso, busca na ontologia da Disciplina os pré-requisitos requeridos para o entendimento do conceito. Essa informação é retornada para o Ag-Curso encapsulada em uma mensagem. O Ag-

5 Instância têm a função recuperar da ontologia de Objetos de Aprendizagem relacionados aos pré-requisitos. Assim, o Ag-Instância recebe uma a mensagem do Ag- Curso, e busca na ontologia por objetos de aprendizagem e retorna a localização (a URL). Figure 2. Ontologia do material de aprendizagem. 4. Referências bibliográficas GÓMEZ-PÉREZ, Asunción; FERNÁNDEZ-LÓPEZ, Mariano; CORCHO, Oscar. Ontological Engineering: with examples from the areas of knowledge management, e-commerce and the semantic web. London: Springer-Verlag, p. R. M. SILVEIRA et al. COL Ferramenta de Apoio ao Ensino. LARC Laboratório de Arquitetura e Redes de Computadores. PCS Departamento de Engenharia de Computação e Sistemas Digitais. EPUSP Escola Politécnica da USP M. J. L. MORGADO. Formação de professores de matemática para o uso pedagógico de planilhas eletrônicas de cálculo: análise de um curso a distância via Internet. Tese (Doutorado) Universidade Federal de São Carlos. Centro de Educação e Ciências Humanas, p. ARAUJO, M. Educação à Distância e a Web Semântica: Modelagem ontológica de materiais e objetos de aprendizagem para a plataforma COL. São Paulo, Tese (Doutorado) - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. WOOLDRIDGE, M. & JENNINGS, N. R. Intelligent Agents: Theory and practice. Knowledge Engineering Review, October 1994