ONTOLOGIA PARA O DOMÍNIO DA EDUCAÇÃO MEDIADA PELA WEB

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1 ONTOLOGIA PARA O DOMÍNIO DA EDUCAÇÃO MEDIADA PELA WEB Neide Santos Departamento de Informática e Ciência da Computação Universidade do Estado do Rio de Janeiro Brasil Fernanda C. A. Campos Departamento de Ciência da Computação Núcleo de Pesquisa em Qualidade de Software Universidade Federal de Juiz de Fora Brasil Regina M. M. Braga Villela Colégio Técnico Universitário Núcleo de Pesquisa em Qualidade de Software Universidade Federal de Juiz de Fora Brasil ABSTRACT Nowadays, software reuse is an important issue. We are developing software components in the domain of Web-supported education in the context of OdysseyShare project. To reuse and to share software components implies in appropriate software documentation. A current way of documenting the development process adopts the notion of ontology. Ontology is generally considered to provide definitions for the vocabulary used to represent knowledge in specific areas. To describe our domain, we have built an ontology that is the core of the reusing and sharing process of the software components. In this paper, we present the main features of the ontology and briefly explain how it helps the process of component development. Palavras-chave: Educação mediada pela Web. Ontologia de domínio. Ontologia e aprendizagem à distância. Modelo de features.

2 INTRODUÇÃO Par apoiar a reutilização de artefatos de software (modelos, diagramas, código fonte, programas ou qualquer outro tipo de artefato utilizado ou produzido nas diferentes etapas do processo de desenvolvimento), um ambiente cooperativo para o desenvolvimento de componentes, denominado OdysseyShare, vem sendo construído no Programa de Engenharia de Sistemas e Computação da Universidade Federal do Rio de Janeiro (COPPE/Sistemas/UFRJ). O desenvolvimento de componentes, no contexto do OdysseyShare, envolve uma parceria de trabalho entre a COPPE/Sistemas/UFRJ e o Núcleo de Pesquisa em Qualidade de Software da Universidade Federal de Juiz de Fora (NPQS/UFJF). Para desenvolver componentes de software no domínio específico da educação mediada pela Web, a estas duas equipes, juntou-se um professor/pesquisador do Departamento de Informática e Ciência da Computação da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. A importância da documentação do processo de desenvolvimento de software cresce face à necessidade de reutilização de software. Uma das formas atuais de documentação emprega as ontologias, como meio de descrever uma área do conhecimento, definindo os conceitos básicos, os relacionamentos entre conceitos e fornecendo exemplos que clarifiquem o domínio descrito. Em trabalhos anteriores (Campos, Santos e Braga, 2002; Santos e Campos, 2001; Coelho, Braga e Campos, 2000), usamos o conceito de ontologia de domínio de Guarino (1998), ampliado por Braga, Werner e Mattoso (1999), para a construção de uma ontologia nos domínios da educação mediada pela Web e da agropecuária. O objetivo deste trabalho é detalhar a ontologia que estruturamos e mostrar como ela oferece decisões de projeto para o desenvolvimento de componentes. ONTOLOGIAS DE DOMÍNIO Uma ontologia pode ser definida como um documento que define formalmente as relações entre os termos. Com as ontologias, podemos descrever relacionamentos entre objetos, contendo informação semântica dos mesmos para automatizar o processamento pelas máquinas. Para Berners-Lee, Hendler e Lassila (2000), uma ontologia típica para a Web é composta de uma taxonomia e um conjunto de regras de inferência. Uma taxonomia define as classes de objetos e as relações entre eles e quando corretamente definida preserva o significado específico dos termos e expressões de um domínio do conhecimento. Para se criar uma taxonomia em uma área do conhecimento é preciso definir os conceitos mais usados na área, os relacionando e representando em árvores hierárquicas. Algumas vezes, a tarefa não é trivial e este é o caso da área de informática na educação. Além de ser relativamente nova e com poucos conceitos consolidados, a área surgiu da união de outras áreas do conhecimento, entre elas, a ciência da computação, a didática e a psicologia. Certamente é mais difícil compor uma taxonomia para uma área interdisciplinar, pois os termos e seus relacionamentos podem não estar estruturados em classes claras e universalmente aceitas. Alguns autores contribuíram na tarefa de descrever a área de Informática na Educação, ou pelo menos, parte da área (Taylor, 1980; Valente, 1991; Santos, 1999; Santoro, Borges e Santos, 1999; Santoro, Borges e Santos, 2001, Valente, 2003). O primeiro talvez tenha sido Taylor (1980), que categorizou as formas de uso dos computadores na educação em três grandes grupos: (a) o computador como tutor da aprendizagem; (b) o computador como ferramenta de apoio ao estudante no desenvolvimento de atividades escolares; e, (c) o computador tutelado pelo aluno, que ensina à máquina como resolver problemas utilizando para tanto uma linguagem de programação. Outros autores deram prosseguimento ao trabalho, entre eles Valente (1991), que ampliou os trabalhos existentes e clarificou os as bases teóricas de aprendizagem que dão suporte às principais modalidades de uso do computador na educação. Os anos 90 viram a consolidação das aplicações educacionais de hipermídia e a explosão da Internet, tornando incompletas as classificações até então disponíveis. Usando design patterns, Campos (1999) construiu um sistema de padrões, documentando os problemas relacionados à gestão da informática na educação, o contexto em que surgem tais problemas, as forças envolvidas e as soluções propostas. Santos (1999) reuniu as principais formas de uso educacional da Internet em seis modalidades:

3 aplicações hipermídia para fornecer instrução distribuída, sites educacionais, sistemas de autoria, salas de aulas virtuais, frameworks para aprendizagem cooperativa e ambientes de aprendizagem cooperativa. Santoro, Borges e Santos (1999) propuseram um framework, reunindo as teorias de aprendizagem que sustentam os ambientes de aprendizagem cooperativa apoiada por computador, os domínios da aprendizagem cooperativa, os tipos de tarefa desenvolvidos nos ambientes, as funcionalidades e requisitos que eles atendem e as tecnologias que dão suporte à sua construção. Santoro, Borges e Santos (2001) estenderam o trabalho e apresentaram um sistema de process patterns sobre a aprendizagem cooperativa apoiada por computador. Percebe-se, no entanto, que estes trabalhos ou enfocam somente uma das vertentes da educação mediada pelas redes de computadores ou não sofreram atualizações e se tornaram incompletos. Estamos trabalhando em uma proposta mais abrangente, criando uma ontologia para o domínio da educação e Web, buscando definir os termos acerca de uma das suas principais vertentes: a infraestrutura oferecida pela Web para criar suporte educacional para formas on-line de educação. Elegemos uma das principais vertentes da educação mediada pela Internet - a infra-estrutura oferecida pela Internet para criar suporte educacional - para descrever o domínio. Nesta visão, a Internet permite a criação de ambientes de educação baseada na Web e de aprendizagem cooperativa. Estudando a literatura da área, observa-se que estes tipos de ambientes são tratados como partes separadas, que se contrapõem, mas as abordagens podem ser complementares e muitas vezes interdependentes. A educação baseada na Web Esta parte da educação mediada pela Internet refere-se basicamente ao uso das ferramentas de comunicação da Internet e da plataforma Web para a entrega de material didático e para o suporte aos estudantes. A expressão é usada quase sempre como sinônimo de educação a distância e boa parte dos conceitos envolvidos são oriundos da literatura sobre o tema. Preferimos, entretanto, o termo educação baseada na Web por ser mais preciso e significar claramente os tipos de mídia utilizada. A educação baseada na Web pode ser definida como um processo educacional que ocorre em um ambiente diferente do ambiente tradicional da escola e onde professores e estudantes encontram-se separados geograficamente e/ou temporalmente, e trocam informações à distância através das mídias disponíveis na Internet. Os vários modelos de educação baseada na Web são construídos em torno dos componentes centrais do processo educacional: (1) a apresentação de conteúdos; (2) a interação estudante-professor, estudante-estudante e estudantes-recursos didáticos; (3) as aplicações práticas; e (4) as avaliações do desempenho. Esta modalidade de educação visa atender a pessoas isoladas pela distância geográfica; alcançar populações não tradicionais de estudantes; trazer especialistas para as salas de aula; e ligar salas de aula remotas de forma que os estudantes aprendam colaborativamente. Para dar suporte a educação baseada na Web há uma série de sistemas e ferramentas desenvolvidos para este fim. Mas, observa-se, na literatura consultada, que não há padronização de termos. Com base nos termos mais empregados em trabalhos disponíveis, classificamos o suporte existente em: (a) sistemas integrados e distribuídos, (b) sistemas de gerenciamento de cursos, (c) sistemas de autoria de cursos, (d) salas de aula virtuais, (e) cursos virtuais, (f) sites de estudo, (g) portais educacionais, (h) bibliotecas virtuais e (i) universidades virtuais. Os suportes listados de (a) a (e) referem-se de um modo geral a um mesmo conjunto de funcionalidades, visando atender a uma mesma modalidade de ensino, cuja metáfora mais comum é a sala de aula presencial. Os sites de estudo, os portais educacionais e as bilbiotecas virtuais têm características semelhantes, reunindo um conjunto de funcionalidades, tais como biblioteca de software, espaços para comunicação (listas de discussão e fóruns), software para download, links para outras páginas Web, jornais e newletters. A metáfora adotada seria a metáfora de uma enciclopédia dinâmica. As universidades virtuais, apesar de bastante citadas na literatura, ainda carecem de uma definição. Estas universidades têm somente existência virtual e todas as etapas do processo educacional ocorrem à distância. A metáfora utilizada logicamente é a da universidade presencial.

4 A aprendizagem cooperativa É uma técnica com a qual os estudantes se ajudam no processo de aprendizagem, atuando como parceiros entre si e com o professor, para adquirir conhecimento sobre um dado objeto. O suporte dado por computadores à aprendizagem cooperativa visa o processo, através de sistemas que implementam um ambiente de cooperação, e possuem papel ativo na análise e controle desta. Os ambientes cooperativos habilitam os indivíduos a se engajarem na atividade de produção de conhecimento compartilhado ou de novas práticas comunitárias. Várias questões de ordem educacional e tecnológica estão envolvidas na construção e implementação destes ambientes. Estas questões são relacionadas entre si para, por exemplo, determinar o tipo de tecnologia de comunicação a ser empregada em um ambiente dependerá dos objetivos educacionais apontados pela teoria de aprendizagem adotada no ambiente. Os aspectos mais importantes que a serem observados em ambientes de aprendizagem cooperativa são as teorias de aprendizagem, os tipos de tarefas, as atividades e os domínios da aprendizagem, as tecnologias que dão suporte à atividade cooperativa e designação de papéis (Santoro, Borges e Santos, 1999). Existe uma série de sistemas e ferramentas desenvolvidos com o propósito de dar suporte à aprendizagem cooperativa. Mas, observa-se também, na literatura consultada, que não há padronização de termos. O suporte oferecido depende da forma de cooperação utilizada (síncrona ou assíncrona), na ferramenta empregada (fóruns, e editores cooperativos), ou ainda no tipo de tarefa cooperativa (resolução de problemas, desenvolvimento de projeto, discussão de textos, aprendizagem de conceitos). Nesta vertente de educação mediada pela Internet, encontram-se também as comunidades virtuais de aprendizagem, abrangendo as comunidades apoiadas por chats e por mundos virtuais. O suporte acomoda uma visão construtiva e/ou sócio-interacionista do processo de aprendizagem e utiliza as funcionalidades presentes em sistemas de groupware. ONTOLOGIA PARA A EDUCAÇÃO MEDIADA PELA WEB Diversos autores têm se dedicado ao estudo e uso de ontologias para soluções computacionais que envolvem o software educacional em diversas áreas como pesquisa de informações na Web (Rigo, Vieira, 2002, Melcop, 2002), construção de ontologias (Araújo, et al. 2002) e uso de editores (Goñi et al., 2002). Para representar os termos ontológicos capturados em nosso domínio, especificamos um modelo para o setor. Este modelo de domínio, que engloba termos e funcionalidades comumente usados pela comunidade permite a reutilização e o compartilhamento de um vocabulário comum entre desenvolvedores e usuários de softwares das mais diversas origens, permitindo assim uma classificação mais precisa dos mais diversos tipos de software relacionados ao domínio e conseqüentemente de componentes de software a serem reutilizados em novas aplicações. O modelo que especifica os termos do domínio, formando uma rede semântica de termos, é denominado, no contexto do OdysseyShare (Werner et al, 2002) em particular e na área de reutilização em geral, de modelo de features. Um modelo de features (Cohen, 1994) é um modelo que captura as características (features) gerais das aplicações desenvolvidas em um domínio. Assim, as similaridades e diferenças entre as aplicações são explicitadas através das features, classificadas de forma hierárquica no modelo. O modelo de features foi criado de maneira que novos termos possam ser adicionados de acordo com o surgimento de componentes de software em áreas não cobertas no plano original. Ao relacionar os componentes de software com os termos do domínio, os desenvolvedores de software (reutilizadores de componentes), poderão selecionar os componentes a serem reutilizados em suas aplicações de maneira mais facilitada, uma vez que esta seleção parte de termos comumente utilizados no domínio. No contexto do projeto OdysseyShare, o modelo de features é subdividido em dois modelos: conceitos e funcionalidades. Na área de educação mediada pela Web, o modelo de conceitos é denominado de modelo de categorias, uma vez que este termo é mais condizente com as características do domínio. Desta forma podemos definir os dois sub-modelos utilizados: Categorias, onde se encontram os principais conceitos relacionados ao domínio e Funcionalidades, onde estão as funcionalidades gerais do domínio. Os conceitos mais específicos encontram-se em uma ordem decrescente, em Setores e Sub- Setores, e as Funcionalidades, em Sub-Funcionalidade e em Funcionalidade Específica. O domínio

5 estudado abrange dois grandes subdomínios: Educação Baseada na Web e Aprendizagem Cooperativa Apoiada por Computador. O quadro 1 mostra os setores e subsetores das categorias. Quadro 1. Subdomínios do domínio Educação Mediada pela Web SUB-DOMÍNIOS Educação Baseada na Web Processo educacional que ocorre em ambiente diferente do ambiente tradicional da escola e onde professores e estudantes encontram-se separados geografica e/ou temporalmente, e trocam informações a distância através de tecnologias disponíveis na Web. Componentes centrais: apresentação de conteúdos, interação com professores, com outros estudantes e com os recursos didáticos, aplicações práticas e avaliação. SETORES E SUBSETORES Sistemas integrados e distribuídos Sistemas de gerenciamento de cursos Sistemas de autoria Salas de aula virtuais E-learning Cursos virtuais Educação online Cursos a distância Material online Sites de estudo Portais educacionais Bibliotecas virtuais Universidades virtuais Modelos de educação a distância Aprendizagem Cooperativa Apoiada por Computadores. Sub-área de CSCW, que estuda como a tecnologia pode apoiar os processos de aprendizagem promovidos pelos esforços colaborativos de estudantes trabalhando juntos. Aprendizagem cooperativa é uma técnica na qual estudantes se ajudam no processo de aprendizagem, atuando como parceiros entre si e com o professor, com o objetivo de adquirir conhecimento sobre um dado objeto Ambientes de aprendizagem cooperativa Ambientes baseados em fóruns Ambientes MOO Ambientes para resolução de problemas Ambientes de desenvolvimento de projeto Ambientes para discussão de textos Ambientes para edição compartilhada Ambientes de aprendizagem de conceitos Ferramentas de aprendizagem cooperativa Ferramentas síncronas Ferramentas assíncronas Comunidades virtuais de aprendizagem Comunidades apoiadas por chats Mundos virtuais O próximo passo é descrever os termos do domínio. Para efeito de exemplo, neste artigo descrevemos, somente, o setor Sistemas integrados e distribuídos e alguns dos seus subsetores, funcionalidades, subfuncionalidades e funcionalidades específicas (Quadro 2). Por questões de espaço, e visibilidade, apresentaremos os termos na forma de tabelas e apenas aqueles relacionados aos componentes já especificados. No entanto, todos os termos foram modelados e detalhados utilizando a infra-estrutura Odyssey, como primeiro passo para a especificação de componentes do domínio. Setores da Categoria Educação Baseada na Web a) Sistemas integrados e distribuídos Aplicações cliente/servidor que usam o protocolo padrão Internet e são designados para aplicações educacionais. É um ambiente multi-usuário, e o uso de ferramentas permite a oferta de condições síncronas e assíncronas de aprendizagem, que podem ser combinadas com ferramentas do sistema presencial, permitindo combinação de grande flexibilidade e eficiência na aprendizagem final. O setor é composto dos seguintes subsetores: Sistemas de gerenciamento de cursos, Sistemas de autoria, Salas de aula virtuais, E-learning, Educação on-line, Cursos a distância e Material on-line. b) Sites de estudo Aplicações cliente/servisor que reúnem um conjunto de funcionalidades, tais como biblioteca de software educacional, espaços para comunicação, máquina de busca, recursos de bookmarks, software para download, links para outras páginas Web e newsletters.

6 c) Portais educacionais Conjunto de sites que reúnem em um mesmo espaço virtual informações selecionadas sobre um determinado assunto ou campo do conhecimento, oferecendo formas de comunicação entre seus usuários e podendo dispor serviços de busca, de FAQ (Frenquently Asked Questions) e de bookmarks. d) Bibliotecas virtuais Conjuntos de sites com informações/software sobre uma gama muito variada de tópicos curriculares e de interesse geral. É dotada de uma interface amigável. Os mecanismos de orientação dos usuários, tais como marcos de navegação, mapas, pathfinders, entre outros, evitam a desorientação do usuário e tornam as consultas seguras. A biblioteca virtual deve ter interface e conteúdos customizados para os diferentes tipos de usuários. Estas bibliotecas podem ter banco de dados próprio ou ser uma coleção de links para sites armazenados em outros domínios. e) Universidades virtuais Ambiente de ensino e de auto-aprendizado a distância, desenvolvido a partir da investigação e uso das tecnologias da informação, educação, computação e telecomunicações. Reúne recursos didáticos como disciplinas online, meios de comunicação entre alunos, professores e administradores, bancos de imagens, bancos de teses, bases de dados, bibliotecas, dicionários, enciclopédias, jornais e revistas. As universidades virtuais, apesar de bastante citadas na literatura, ainda carecem de uma definição. Algumas universidades têm somente existência virtual e todas as etapas do processo educacional ocorrem à distância. A metáfora utilizada logicamente é a da universidade presencial. f) Cursos virtuais Aplicações hipermídia distribuídas para a entrega de cursos a distância. Encontram-se basicamente duas modalidades de cursos: (1) cursos multimídia com objetivos educacionais definidos, tarefas a serem realizadas pelos alunos, formas de avaliação e suporte para comunicação com pares e com o professor; e (2) cursos no formato hipertexto, compostos de páginas Web, seguindo o modelo de livro texto, normalmente sem tutoria. A imensa maioria dos cursos existentes na Internet pertence ao segundo enfoque. g) Modelos de educação a distância Os vários modelos de educação à distância são construídos em torno dos componentes centrais do processo educacional: apresentação de conteúdos, interação com professores, com outros alunos e com os recursos didáticos, aplicações práticas e avaliação do desempenho. Cada modelo de educação à distância usa as tecnologias de várias formas para apoiar cada um destes componentes. Estes modelos diferem entre si não só pelo tipo de tecnologia empregada mas também pelo nível de controle exercido sobre o processo educacional. Em alguns casos, o professor e a instituição educacional têm o controle principal, como no caso dos ambientes de sala de aula tradicionais. Em outros casos, o controle cabe ao estudante. Sistemas Integrados e Distribuídos: Subsetores Como exemplo, detalhamos os subsetores do setor Sistemas Integrados e Distribuídos. a) Sistemas de gerenciamento de cursos Aplicações cliente/servidor que usam protocolos da Internet voltadas para aplicações educacionais. É um ambiente mulit-usuário que fornece recursos que auxiliam no gerenciamento dos cursos. Os sistemas de gerenciamento dispõem de ferramentas que permitem: a definição de estrutura organizacional da instituição virtual, por exemplo: campus, departamentos ou secretarias, cursos, classes; a definição de níveis gerenciais: diretor, chefe de departamento, coordenador de curso, professor etc.; o controle de usuários: inscrição e senhas de acesso; a geração de estatísticas e relatórios de controle sobre o acesso, os hábitos de navegação dos usuários (por exemplo, tempo de acesso); a disponibilização e informações sobre os cursos, com download de arquivos, catálogo dos cursos, quadro de avisos, perfis de alunos e professores etc. b) Sistemas de autoria Aplicações cliente/servidor que usam protocolos da Internet voltadas para aplicações educacionais. É um ambiente mulit-usuário que fornece recursos que auxiliam na criação ou desenvolvimento dos

7 cursos. Os principais recursos embutidos nos sistemas de autoria possibilitam a execução das seguintes tarefas: elaboração do layout das páginas, com a possibilidade de manipulação do background, ícones, fontes, cores, janelas, barras de rolagem, textos, imagens, sons etc.; instrumentos para edição de texto, hipertexto, glossário, bibliografia, índice, avaliação; importação de arquivos elaborados em outros programas, como por exemplo, arquivos elaborados no Word, PowerPoint, Excel; comunicação, interatividade e pesquisa, através de correio eletrônico, chat, lista de discussão, quadro de avisos, FAQ, videoconferência, ferramentas de busca, pesquisa de opinião, banco de dados multimídia. c) Salas de aula virtuais Aplicações cliente/servidor que usam protocolos da Internet voltadas para aplicações educacionais. Estas aplicações oferecem um espaço para o armazenamento e distribuição de cursos à distância. Os principais recursos dos sistemas de salas de aula virtuais permitem o gerenciamento de cursos, a elaboração e entrega de material didático, a avaliação de alunos, bem como a oferta de ferramentas de comunicação ( , fórum de discussão e chat, entre outros). d) E-learning Conjunto de ferramentas para prover, de forma rápida, treinamento a profissionais. É a forma de entregar conteúdo via todo tipo de mídia eletrônica, incluindo Internet, intranets, extranets, salas virtuais, fitas de áudio/vídeo, TV interativa, chat, , fóruns, bibliotecas eletrônicas e CD-ROM, visando o treinamento baseado em computador e na Web. E-learning é caracterizado pela velocidade, transformação tecnológica e suporte às interações humanas. e) Educação on-line Conjunto de ferramentas e sistemas cliente/servidor que inclui material didático com textos e gráficos, exercícios, e testes. Um programa de educação online sofisticado inclui animações, simulações, seqüências de áudio e vídeo, grupo de discussão, tutor online, links para materiais na web ou intranet. Educação online é, às vezes, referenciado como sinônimo de aprendizado baseado na web (Webbased Learning). f) Cursos a distância Coleções de material didático. Material didático multimídia ou não com objetivos educacionais definidos, tarefas a serem realizadas pelos alunos, formas de avaliação e suporte para comunicação com pares e com o professor. g) Material on-line Site Web contendo material didático no formato textual ou em outro formato, normalmente usado como apoio a aulas presenciais. Com exemplo de detalhamento da ontologia do domínio estudado, identificamos e descrevemos as funcionalidades do Setor Sistemas integrados e distribuídos, com suas Funcionalidades, Subfuncionalidades e Funcionalidades Específicas (Quadro 2). Quadro 2 - Educação Baseada na Web - Setores e Subsetores Setor: Sistemas integrados e distribuídos Aplicações cliente/servidor que usam o protocolo padrão Internet e são designados para aplicações educacionais. Ambiente multi-usuário, e o uso de ferramentas permite a oferta de condições síncronas e assíncronas de aprendizagem, que podem ser combinadas com ferramentas do sistema presencial, permitindo combinação de grande flexibilidade e eficiência na aprendizagem final. Subsetor: Sistemas de gerenciamento de cursos Aplicações cliente/servidor que usam protocolos da Internet voltadas para aplicações educacionais. Ambiente multi-usuário que fornece recursos que auxiliam no gerenciamento dos cursos. Dispõem de ferramentas que permitem: a definição de estrutura organizacional da instituição, como: campus, secretarias, cursos, classes; a definição de níveis gerenciais: diretor, chefe de departamento, coordenador de curso, professor etc.; o controle de usuários: inscrição e senhas de acesso; a geração de estatísticas e relatórios de controle sobre o acesso, os

8 hábitos de navegação dos usuários (por exemplo, tempo de acesso); a disponibilização e informações sobre os cursos, com download de arquivos, catálogo dos cursos, quadro de avisos, perfis de alunos e professores etc. Funcionalidades Sub-funcionalidades Funcionalidades Específicas Ferramentas do administrador- Conjunto de funcionalidades que permite que este ator do sistema gerencia o sistema como um todo e suas ferramentas. Suporte à administração do sistema Suporte à administração de cursos Política de acesso Níveis de segurança Segurança de login Suporte para instalação sistema Suporte para recuperação de falhas Ferramentas de gerenciamento dos cursos Subsetor: Sistemas de autoria Aplicações cliente/servidor que usam protocolos da Internet voltadas para aplicações educacionais. É um ambiente mulit-usuário que fornece recursos que auxiliam na criação ou desenvolvimento dos cursos. Os principais recursos embutidos nos sistemas de autoria possibilitam a execução das seguintes tarefas: elaboração do layout das páginas, com a possibilidade de manipulação do background, ícones, fontes, cores, janelas, barras de rolagem, textos, imagens, sons etc.; instrumentos para edição de texto, hipertexto, glossário, bibliografia, índice, avaliação; importação de arquivos elaborados em outros programas, como por exemplo, arquivos elaborados no Word, PowerPoint, Excel; comunicação, interatividade e pesquisa, através de correio eletrônico, chat, lista de discussão, quadro de avisos, FAQ, videoconferência, ferramentas de busca, pesquisa de opinião, banco de dados multimídia. Funcionalidades Sub-funcionalidades Funcionalidades Específicas erramentas do professor Suporte planejamento de Modalidade de cursos Conjunto de cursos Aula expositiva funcionalidades que Aula prática permite que um dos atores Tópicos de ensino do sistema planeje, Seminário; confeccione e aplique Laboratório cursos a distância. Capacidade multimídia Suporte confecção do curso Ferramenta geração de glossário Ferramenta geração de índice Capacidades importação /Exportação Customização pelo instrutor Links HTML Suporte aplicação do curso Suporte administração de cursos Suporte atualização de curso Suporte para personalizar curso para estudante ou grupos de estudantes Ferramentas monitoramento Ferramenta busca de material Formas de tutoria Mecanismos de monitoramento do estudante, Armazenamento das interações dos estudantes, Ferramenta de dados acesso e progresso dos estudantes Suporte para Avaliação Ferramentas acompanhamento atividades cooperativas

9 Formas de avaliação Formativa, somativa, dos pares. Formas de comunicação auto-avaliação. Instrumentos de avaliação: Monografias, Provas, Portfolios, Relatórios, Testes objetivos. Comunicação assíncrona. Fóruns de discussão Listas de discussão QUADROS DE AVISOS WHITEBOARDS. Comunicação síncrona Salas de chat Videoconferência Comunicação mista Fóruns de discussão Listas de discussão QUADROS DE AVISOS WHITEBOARDS. Salas de chat Videoconferência Subsetor: Salas de aula virtuais Aplicações cliente/servidor que usam protocolos da Internet voltadas para aplicações educacionais. Estas aplicações oferecem um espaço para o armazenamento e distribuição de cursos à distância. Os principais recursos dos sistemas de salas de aula virtuais permitem o gerenciamento de cursos, a elaboração e entrega de material didático, a avaliação de alunos, bem como a oferta de ferramentas de comunicação ( , fórum de discussão e cha, entre outros). Funcionalidades Sub-funcionalidades Funcionalidades Específicas Ferramentas do administrador- Conjunto de funcionalidades que permite que este ator do sistema gerencia o sistema como um todo e suas ferramentas Suporte à administração do sistema Suporte à administração de cursos Política de acesso. Níveis de segurança Mecanismo de autenticação com login e senha Suporte para instalação sistema Suporte para recuperação de falhas Ferramentas do professor Conjunto de funcionalidades que permite que um dos atores do sistema planeje, confeccione e aplique cursos a distância. Suporte planejamento de cursos Suporte confecção do curso Suporte aplicação do curso Modalidade de cursos Aula expositiva Aula prática Tópicos de ensino Seminário; Laboratório Editor HTML Links HTML Capacidade multimídia Ferramenta geração de glossário Ferramenta geração de índice Capacidades importação /Exportação Customização pelo instrutor Suporte administração de cursos Suporte atualização de curso

10 Ferramentas do estudante Conjunto de funcionalidades que permite que um dos atores do sistema assista cursos a distância. Formas de comunicação Suporte para Avaliação Formas de comunicação Ferramentas comunicação Ferramentas de cooperação Ferramentas gerais Comunicação assíncrona Comunicação síncrona Comunicação mista Suporte para personalizar curso para estudante ou grupos de estudantes Ferramentas monitoramento Ferramenta busca de material Formas de tutoria Mecanismos de monitoramento do estudante, Armazenamento das interações dos estudantes, Ferramenta de dados acesso e progresso dos estudantes Ferramentas acompanhamento atividades cooperativas Formas de avaliação Formativa, somativa, dos pares. auto-avaliação. Instrumentos de avaliação: Monografias, Provas, Portfolios, Relatórios, Testes objetivos. Comunicação assíncrona. Fóruns de discussão Listas de discussão e Quadros de avisos Whiteboards. Comunicação síncrona Salas de chat Videoconferência Comunicação mista Fóruns de discussão Listas de discussão e Quadros de avisos Whiteboards. Salas de chat Videoconferência Fóruns de discussão Listas de discussão e Salas de chat Quadros de avisos Whiteboards. Suporte para anotação Fóruns de discussão Listas de discussão Salas de chat Quadros de avisos Whiteboards. Suporte para anotação Download e Upload de arquivo Avaliação on-line Ajuda on-lin Marcação de progresso Auto-avaliação

11 Formas de cooperação Ferramentas comunicação Ferramentas de cooperação Ferramentas de coordenação de Comunicação assíncrona Comunicação síncrona Comunicação mista Fóruns Listas de discussão. . Chat. Quadros de avisos. Whiteboards Fóruns Listas de discussão. . Chat. Quadros de avisos. Whiteboards Monitoramento online. Agentes. Quadros de avisos. Analisando nosso modelo, verificamos que o sub-setor Salas de aula virtuais é um caso típico da categoria estudada. A grande maioria dos sistemas computacionais do setor Sistemas integrados e distribuídos e de alguns de seus sub-setores é desenvolvida em torno de três usuários: o administrador do sistema, o professor e o aluno. Julgamos, então, que seria importante desenvolver alguns componentes de software relacionados a estes usuários para reutilização por futuros desenvolvedores deste tipo de sistema..como exemplo, apresentamos as funcionalidades, sub-funcionalidades e funcionalidades específicas do Setor Sistemas integrados e distribuídos, Subsetor Salas de aula virtuais. O setor, em todas as fontes consultadas, engloba o maior conjunto de setores e funcionalidades. Desta forma, sua apresentação como exemplo parece interessante. Ferramentas do administrador Conjunto de funcionalidades que permite que este ator do sistema gerenciar o sistema como um todo e suas ferramentas. Estas funcionalidades subdividem-se nas sub-funcionalidades: Suporte à administração do sistema, composta de funcionalidades específicas como mecanismos de software para política de acesso, níveis de segurança (com ferramentas de segurança usadas para prevenir o acesso desautorizado e/ou modificação de dados), instalação do sistema (com ferramentas de instalação de software e instalações de serviços fornecidos pelo vendedor), recuperação de falhas (facilidades para recuperar a partir de comunicações ou servidor as falhas de hardware ocorridas sem perda de dados). Estas são ferramentas adicionadas a aquelas oferecidas pelo sistema operacional. Suporte à administração de cursos composta de sub-funcionalidades que prescrevem acessos e outros privilégios para usuários específicos ou grupos de usuários, como por exemplo, mecanismos de software para autenticação com login e senha. Ferramentas do professor Conjunto de funcionalidades que permite que um dos atores do sistema planeje, confeccione e aplique cursos a distância, composto das sub-funcionalidades: Suporte para planejamento de curso - suporte para planejar diferentes modalidades de cursos. As funcionalidades específicas dos sistemas de salas de aula virtuais devem conter facilidades que permitam ao professor planejar e trabalhar seu conteúdo curricular segundo um dos seguintes modelos: aula expositiva, aula prática, tópicos de ensino, seminários e aula de laboratório. Suporte para confecção de curso - facilidades que capacitam os professores/instrutores a apresentar material didático, incluindo suporte para formatação, entrega e exibição do material do curso. Pode haver ferramentas que dêem suporte ao projeto instrucional dos cursos, com facilidades para ajudar os instrutores a criar seqüências de aprendizado ou lições. O suporte para a construção de lições

12 deve incluir facilidades que auxiliam o desenvolvimento e emprego de seqüências instrucionais menores do que um curso completo, tais como tarefas, módulos, tópicos, etc. Pode também incluir facilidades para a reestruturação do curso, com suporte para mudar a estrutura do curso e suas tarefas, exames, etc. Inclui também facilidades para links, apresentação multimídia, ferramenta de geração de glossário, ferramenta de geração de índice, capacidades de importação e/ou exportação de arquivos e capacidade de customização de cursos pelo instrutor (facilidade para mudar a estrutura do curso e suas tarefas, exames) Suporte para aplicação do curso - facilidades para o monitoramento do curso, com recursos que proporcionam informação sobre o uso dos recursos do curso pelos estudantes e grupos de estudantes. Inclui suporte para atualização de curso, suporte para personalizar curso para estudante ou grupos de estudantes, ferramentas de monitoramento, ferramenta de busca de material, suporte para diferentes formas de tutoria (incluindo mecanismos de monitoramento do estudante, armazenamento das interações dos estudantes, ferramenta para acessar o progresso dos estudantes, ferramentas de acompanhamento atividades cooperativas). Suporte para Avaliação - facilidades para que o professor elabore testes objetivos, provas discursivas, e formas de auto-avaliação, com problemas práticos e outras ferramentas de avaliação de estilo inspeção que podem ou não ser contabilizados on-line. Inclui suporte para diferentes formas de avaliação do aluno, como avaliação formativa formativa, somativa e diagnóstica. Pode prover suporte para avaliação pelos pares. auto-avaliação e suporte para confecção e envio de diferentes instrumentos de avaliação, tais como monografias, provas, portfolios, relatórios e testes objetivos. Formas de comunicação - facilidades para que o professor defina as formas e ferramentas de comunicação. A comunicação fornecida pelo suporte de software pode ser síncrona (troca de informação em tempo real) ou assíncrona (refere-se à troca de dados e arquivos nos quais os correspondentes não estão on-line). As ferramentas para suporte à comunicação síncrona são os fóruns de discussão, as listas de discussão e (correio eletrônico usando protocolos Internet), e quadros de avisos. As ferramentas para suporte à comunicação assíncrona são os whiteboards (facilidade que inclui uma janela de texto compartilhado, podendo também dar suporte para gráficos e desenhos compartilhados), as salas de chat (facilidades tais como Internet Relay Chat IRC e trocas de texto similares) e as videoconferências (difusão de vídeo para aqueles sem um dispositivo de entrada de vídeo). A comunicação entre alunos e entre alunos e professor pode mista, incluindo formas síncronas e formas assíncronas. Como a funcionalidade Formas de Comunicação faz parte de uma infra-estrutura básica para educação mediada pela Web, consideramos que os componentes ligados a esta funcionalidade sejam os mais adequados para serem desenvolvidos inicialmente. Desta forma, os primeiros componentes desenvolvidos foram o chat, fórum de discussão e quadro de aviso e webmail, os quais serão detalhados na próxima seção. Ferramentas do estudante Conjunto de ferramentas e facilidades usadas pelo estudante em sua locação, do lado do cliente da educação mediada pela Web. Inclui aplicações que suprem as necessidades especiais dos alunos. Subdividem-se nas sub-funcionalidades: Suporte para acesso aos materiais do curso - facilidades, normalmente multimídia, para acesso ao material didático e aos demais recursos oferecidos. Ferramentas de comunicação facilidades para troca de mensagens, para realização de tarefas comuns e para trabalho cooperativo, tais como fóruns de discussão, listas de discussão e webmail, salas de chat, quadros de avisos, whiteboards. É interessante observar que conjunto de componentes são ligados a mais de uma funcionalidade. O que garante a adequabilidade de cada componente a uma dada funcionalidade são suas interfaces providas e requeridas, como veremos na próxima seção. Ferramentas gerais facilidades para anotações individuais, download e upload de arquivo, autoavaliação, avaliação on-line, ajuda on-line, marcação de progresso (suporte para o estudante checar

13 marcas em tarefas e testes), e ferramentas de busca (facilidades para localizar partes dos materiais do curso em bases de palavras). Especificação dos componentes para Educação mediada pela Web Nosso trabalho é fundamentalmente um trabalho de pesquisa cooperativa voltado para o desenvolvimento de alguns componentes reutilizáveis de software, visando seu compartilhamento. Assim, uma das finalidades da construção da ontologia é apontar as funcionalidades típicas dos sistemas para educação mediada pela Web para serem detalhadas, modeladas e desenvolvidas como componentes de software para o OdysseyShare. Os primeiros componentes especificados segundo esta abordagem foram os relacionados à funcionalidade de ferramentas de comunicação e cooperação: chat, fórum de discussão, quadro de aviso e webmail. Para o detalhamento dos componentes, utilizamos o processo de desenvolvimento com reutilização Odyssey-DE (Braga et al. 1999). Este processo é voltado para a especificação de modelos de domínio em diferentes níveis de abstração, sendo composto de quatro etapas: estudo de viabilidade do domínio, análise do domínio, projeto do domínio e implementação do domínio. O processo conta com o suporte da infraestrutura Odyssey (Werner et al, 2000) para o suporte automatizado à construção de seus modelos. A partir da experiência de utilização do Odyssey-DE e infraestrutura Odyssey em alguns projetos pioneiros (Werner et al., 1999), outros atualmente em fase final de desenvolvimento (Procaci et al, 2002). No desenvolvimento de componentes do domínio de educação mediada pela Web, verificamos que o suporte provido pelo Odyssey-DE e Odyssey era maior nas etapas iniciais do processo de ED e ainda um pouco limitado nas etapas de especificação de componentes. Desta forma, adotamos como estratégia a utilização do Odyssey-DE nas etapas iniciais de definição dos modelos de domínio, através da especificação do modelo de features do domínio, casos de uso do domínio e classes relacionadas e nas etapas posteriores utilizamos algumas fases da metodologia UML Components (Chessman e Daniels, 2001). No entanto, a infra-estrutura Odyssey já conta com suporte automatizado para a especificação de componentes (Teixeira, 2003) e a integração de novas etapas ao processo Odyssey-DE é um trabalho que será brevemente desenvolvido. CONCLUSÕES Este artigo apresentou uma ontologia para o domínio da educação mediada pela Web. A ontologia é a primeira etapa para o desenvolvimento de componentes de software para o projeto OdyseeyShare. O trabalho também delineou as principais etapas da documentação e desenvolvimento dos componentes consolidando a proposta de nosso projeto de pesquisa que é testar idéias, modelos e ferramentas disponíveis na plataforma de desenvolvimento de software Odyssey. Para representar a ontologia, foi adotado o modelo de features e para o desenvolvimento de componentes festamos utilizando as metodologias Odyssey-DE e UML Components. Uma das dificuldades encontradas para a construção da ontologia foi a pouca estruturação do domínio estudado. Mas, ao longo de todo o processo, contamos com as parcerias do grupo de reutilização da COPPE/UFRJ e especialistas do domínio. O repositório de componentes está em constante evolução. Juntamente com a ajuda de nossos parceiros estamos definindo novas linhas de atuação, através da escolha de novos componentes a serem desenvolvidos ou evoluídos.

14 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Araújo, M. et alli. Em direção a uma metodologia para construção de ontologias. Workshop de Ontologias. Simpósio Brasileiro de Informática na Educação. Unissinos Berners-Lee, T.; Hendler, J. & Lassila, O. (2001). The Semantic Web. Scientific American. Maio. Braga, R.; Werner, C. & Mattoso, M. (1999). Odyssey: A Reuse Environment based on Domain Models. Proceedings of IEEE Symposium on Application-Specific Systems and Software Engineering Technology (ASSET'99), Richardson, Texas, Março.Campos, F. C. A. (1999). Tese de Doutorado. COPPE/Sistemas/UFRJ. Abril. Campos, F., Santos, N., Braga, R.. Ontologias para Domínio da Educação Mediada pela Web. Workshop de Ontologias. Simpósio Brasileiro de Informática na Educação. Unissinos Cheesman, J., Daniels, J., (2001), UML Components A simple Process for Especifying Component- Based Software. Addison Wesley Longman. Coelho, F.M.; Campos, F.; Braga, R.. metodologia de avaliação de software agropecuário - proposta de uma ontologia para o setor. In: INFOAGRO 2000, 2000, Anais do Infoagro v. 1. Goñi, J. L. et alli. Geração de Ontologias usando Protege-2000 para reuso de conteúdos Educacionais numa arquitetura Multiagente.. Workshop de Ontologias. Simpósio Brasileiro de Informática na Educação. Unissinos Guarino, N. (1998). Formal Ontology in Information Systems. Proceedings of FOIS 98, Trento, Italy, June. Amsterdam, IOS Press, pp Melcop, T. Et alli. Uma ferramenta para recuperação e categorização de paginas Web para domínios específicos.. Workshop de Ontologias. Simpósio Brasileiro de Informática na Educação. Unissinos Procaci, A.; Alves, J.W.; Braga, R.M.M.; Campos, F. C., SBS-Agro: Sistema de Busca Utilizando Ontologias e Retorno do Usuário, XXVIII Conferência Latino Americana, Uruguai, novembro Rigo, S., Vieira, R. Busca de Informações auxiliada por ontologia. Workshop de Ontologias. Simpósio Brasileiro de Informática na Educação. Unissinos Santoro, F.; Borges, M. e Santos, N. (2001). Cooperação para Aprendizagem Baseada em Projetos: Um Sistema de Padrões. Relatório de Pesquisa de Tese de Doutorado, COPPE/Sistemas/UFRJ, Maio. 42 pp. Santoro, F.M., Borges, M.R.S. & Santos, N. (1999). A Framework for Study of Computer-Supported Cooperative Learning Environments. Proc. of ED-MEDIA 99. Seattle, June. Santos, N. & Campos, F. (2001). Uma Taxonomia para o Domínio da Educação Mediada pela Internet. Anais do XI SBIE. Vitória. Novembro. Santos, N. (1999). Estado da Arte em Espaços Virtuais de Ensino e Aprendizagem. Revista Brasileira de Informática na Educação. Florianópolis, n o 4, Abril. Taylor, R. (1980). The computer in the school: tutor, tool, tutee. (ed). New York: Teachers College Press. Texeira, H., Geração de componentes de negócio a partir de modelos de análise. Dissertação de Mestrado - Engenharia de Sistemas e Computação - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Valente, J.A. (1991). Usos do Computador na Educação. Liberando a Mente. Campinas: Graf. Central da UNICAMP,pp Valente, R. (2003) Educação a Distância no Ensino Superior Paradigmas e Conceitos; disponível em Acessado em junho Werner, C. M. L.; Braga, R. M M.; Matttoso, M. L. Q.; Murta. Infra-estrutura Odyssey: Estágio atual. SBES Caderno de Ferramentas, pp , João Pessoa, Werner, C., et alli. OdysseyShare: um ambiente para o desenvolvimento cooperativo de componentes In: XVI Simpósio Brasileiro de Engenharia de Software, 2002,Gramado/RS., Caderno de Ferramentas do XVISBES. SBC, p

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