EDDIE: AGENTE PEDAGÓGICO ANIMADO INTEGRADO EM UM OBJETO VIRTUAL DE APRENDIZAGEM

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1 EDDIE: AGENTE PEDAGÓGICO ANIMADO INTEGRADO EM UM OBJETO VIRTUAL DE APRENDIZAGEM KUSCHEL, Christian Felipe 1 ; OLIVEIRA, Myke Morais 2 ; QUARESMA, Cíndia Rosa Toniazzo 3 ; CHICON, Patricia Mariotto Mozzaquatro 4 RESUMO Este estudo descreve a construção de um Agente Pedagógico Animado APA, chamado Eddie, com base na Computação Afetiva, que foi implementado em um Objeto Virtual de Aprendizagem. Trata-se de uma pesquisa em andamento que faz parte do trabalho de conclusão de curso de Ciência da Computação da Universidade de Cruz Alta, cujo objetivo é encontrar uma forma alternativa para a utilização de ambientes e objetos virtuais de aprendizagem, utilizando-se de métodos amigáveis para interagir com o aluno. Palavras-Chave: Agente Pedagógico Animado. Computação Afetiva. Objeto Virtual de Aprendizagem. ABSTRACT This study describes the construction of an Animated Pedagogical Agent - APA, called Eddie, based on Affective Computing, which was implemented in a Virtual Learning Object. This is an ongoing research that is part of the conclusion course of Computer Science at the University of Cruz Alta, whose objective is to find an alternative way to use virtual learning environments and objects, using friendly methods to interact with the student. Keywords: Animated Pedagogical Agent. Affective Computing. Virtual Learning Object. INTRODUÇÃO O avanço e a inovação em tecnologias digitais têm ampliado os espaços e tempos em que se pode ensinar e aprender. A partir deste cenário emergem os ambientes virtuais de aprendizagem em diferentes contextos, os quais requerem uma configuração de modo a 1 Discente do Curso de Ciência da Computação Universidade de Cruz Alta. christiankuschel@hotmail.com 2 Discente do Curso de Ciência da Computação Universidade de Cruz Alta. myke.oliveira09@gmail.com 3 Professora do Curso de Pedagogia e Ciência da Computação Universidade de Cruz Alta. cquaresma@unicruz.edu.br 4 Professora do Curso de Ciência da Computação da Universidade de Cruz Alta. pmozzaquatro@unicruz.edu.br ISSN v.5, n.1, 2017, p

2 atender os aspectos pedagógicos favorecendo a aprendizagem do aluno. Desta forma, desenvolvedores, designer, conteudistas e professores buscam inovar constantemente seu trabalho com o intuito de potencializar a interação e a comunicação nesses ambientes, viabilizando as situações de aprendizagem, independente se o tipo da modalidade de ensino: presencial, semipresencial ou a distância (KENSKI, 2015). Configurar ambientes de forma amigável que potencialize as interações e favoreça o processo de aprender, tem sido tema de várias pesquisas, pois sabe-se que, aprender e ensinar não são ações isoladas, mas envolvem vários aspectos, dentre eles a afetividade, um elemento que pode ser determinante para o desempenho do aluno. Uma das áreas que tem desenvolvido propostas neste sentido é a Computação Afetiva por meio dos Agentes Pedagógicos Animados. A Computação Afetiva é a área da informática que se dedica a estudar a afetividade e sua representação em sistemas computacionais, ou seja, estuda-se como os computadores podem reconhecer, modelar e responder às Emoções humanas (dentre outros aspectos) e, dessa forma, como podem expressá-las através de uma interface computacional (NUNES, et al. 2010, p.309). Busca reconhecer e representar a emoção na iteração homem-máquina (LONGHI, et al. 2007a, p. 6). As pesquisas na área apontam a construção de Agentes Pedagógicos, representados por personagens animados antropomórficos (LONGHI, 2007a), como recursos em ambientes inteligentes de aprendizagem. Agentes inteligentes têm sido amplamente utilizados em ambientes de aprendizagem como recursos interativos entre usuário e sistema. Assumem caráter pedagógico à medida que influenciam o processo de aprendizagens dos usuários de determinado sistema ou ambiente. Jaques e Jaques (2008, p. 2) caracterizam os Agentes Pedagógicos Animados como agentes de softwares inteligentes que visam facilitar e aperfeiçoar o processo de aprendizagem do aluno. São personagens animados capazes de interagir com o usuário através de falas, gestos e expressões faciais, auxiliam os alunos durante o processo, engajando-os e motivando-os. Dessa forma, através dos estudos sobre computação afetiva e agentes inteligentes, se torna possível a construção de um agente pedagógico animado que será chamado de Eddie, cujo papel na aprendizagem dos alunos será detalhado no decorrer deste trabalho. Aspectos afetivos na aprendizagem e a computação afetiva ISSN v.5, n.1, 2017, p

3 A afetividade é um fator de grande relevância no processo de ensino e aprendizagem, pois aprender é inerente ao processo de desenvolvimento humano. Sendo assim, pode ser considerada a grande desencadeadora, pois acredita-se que ela tenha e exerça um papel fundamental na construção do ser e na formação das estruturas mentais do indivíduo (BISCARRA, 2012, p.4). Os aspectos afetivos estão relacionados a diversos termos como emoção, estados de humor, motivação, atenção, personalidade, temperamento, dentre outros, considerados como elementos essenciais do processo de ensinar a aprender (NOGUEIRA E LEAL, 2015). No conjunto afetivo, encontram-se as funções responsáveis pela emoção, que consistem em sistemas de atitudes que respondem a uma determinada situação. Destaca-se a importância de ambientes virtuais de aprendizagem contemplarem aspectos relacionados às dimensões afetivas, como as emoções, no processo de aprendizado mediados por recursos tecnológicos/computacionais. De acordo com Longhi et al. (2007b, p.3), embora os processos cognitivos e afetivos sejam indissociáveis, são poucos os sistemas informatizados que propõem tratar as dimensões afetivas. As possibilidades mais utilizadas estão relacionadas às pesquisas em computação afetiva com o desenvolvimento e integração em ambientes virtuais de aprendizagem dos sistemas tutores inteligentes como o de Moita, Rodrigues e Silva (2009), seguindo a linha dos agentes, como o de Campana et al (2008) e agentes pedagógicos animados como os de Jaques e Jaques (2008), Silva e Bernardi (2009), Frozza et al. (2011). A computação afetiva é uma subárea da Inteligência Artificial que foca nas emoções e na personalidade dos seres humanos e como reproduzir isso através de uma interface computacional. Bercht (2006, p.108), define a computação afetiva da seguinte forma: Conjunto de técnicas adaptadas da IA e da Engenharia de Software, agregadas e coordenadas conjuntamente ao estudo, modelamento e simulação da experiência afetiva humana, como característica entremeada e constituidora dos processos cognitivos, orientado a aplicações em domínios bastante variados. A Computação Afetiva pode ser classificada como a computação que está associada com influir emoções nos seres humanos, com o objetivo de auxiliá-los e dessa forma oferecendo a capacidade para tomar decisões. A relevância que as emoções possuem nos campos da percepção e da cognição é o que possibilita essa influência no modo como as pessoas agem (PEREIRA, 2012). ISSN v.5, n.1, 2017, p

4 Agentes pedagógicos animados integrados em objetos virtuais de aprendizagem Agentes são utilizados em várias áreas do conhecimento, como na Psicologia e Biologia, apesar da Ciência da Computação ser o campo onde é mais utilizado, dentro da subárea da Inteligência Artificial, e, conforme as evoluções tecnológicas recentes seu uso tem sido cada vez mais comum. Apesar de não haver uma definição exata para esse termo, é conhecido como agente qualquer componente que seja independente e possa se adaptar a um sistema em questão. Segundo Amund (2000, apud CAMARGO, 2002, p.28) agente é uma entidade computacional autônoma, inteligente, colaborativa e adaptável. Uma derivação dos agentes inteligentes é o agente pedagógico animado, que geralmente são implementados em ambientes virtuais de aprendizagem com o objetivo de motivar o aluno e com isso melhorar seu desempenho nos estudos. Jaques e Jaques (2008, p.2) definem o agente pedagógico como agentes desenvolvidos para ambientes virtuais de ensino-aprendizagem, auxiliando os alunos durante esse processo, engajando-os e motivandoos. Os agentes animados interagem com o estudante através de expressões emocionais, ações e, ocasionalmente, inclusive a fala, consequentemente ganhando com isso a atenção do aluno, podendo despertar uma maior vontade de estudar e como resultado um desempenho melhor em suas atividades educacionais. O uso de agentes pedagógicos, animados ou não, ocorre mais frequentemente em ambientes virtuais de aprendizagem. Segundo Silva e Bernardi (2009), os agentes não precisam necessariamente possuir recursos de multimídia e animação para serem implementados em ambientes de aprendizagem, mas quando eles possuem estes recursos, eles então passam a serem chamados de agentes pedagógicos animados. Os agentes pedagógicos podem ser classificados como: tutores, mentores ou assistentes, web (agentes que trabalham com aplicações na Internet), agentes que aprendem e agentes mistos (ensinam e aprendem) (GIRAFA e VICARI, 1998 apud SILVA e BERNARDI, 2009, p. 62). Os Objetos Virtuais de Aprendizagem assumem características de ambientes de aprendizagem à medida que possibilitam o armazenamento, o compartilhamento e a disponibilização de conteúdo, a realização de atividades e tarefas no ambiente virtual, bem com a comunicação, a interação e a interatividade tanto com o próprio recurso quanto com o ISSN v.5, n.1, 2017, p

5 grupo. Desta forma, também são ambientes em que os agentes pedagógicos podem ser utilizados a fim de apoiar o percurso de aprendizagem do aluno. Os agentes precisam ter um tamanho apropriado e serem colocados em um lugar da tela onde os alunos possam notá-lo, mas que não os distraiam, além de que eles podem demonstrar as reações não apenas com o rosto, mas com o corpo inteiro, ou pelo menos da cintura para cima. Apesar de todas as reações apresentarem uma emoção apropriada, também é possível que em algumas reações sejam exibidas caixas de texto com alguma mensagem ou sugestão do que deve ser feito a seguir, ou ainda então em sistemas mais avançados, mensagens de voz. Como a aparência é um fator importante para a construção do agente, como relatam Silva, Couto e Odakura (2012), é essencial que o agente seja semelhante ao usuário, para que assim possa para melhorar o aspecto motivacional, sendo de muita relevância principalmente os aspectos de gênero, etnia e idade. METODOLOGIA Este estudo integra uma pesquisa aplicada de abordagem qualitativa e caráter descritivo, uma vez que visa o aprofundamento da compreensão sobre uma determinada situação ou fenômeno, produzindo informações relevantes e ilustrativas. Assim, busca uma maior familiaridade com o problema, tornando-o explícito. Os resultados também poderão gerar dados quantitativos, os quais serão analisados através da estatística descritiva a fim de descrevê-los e relacioná-los com os aspectos qualitativos. Para a realização da pesquisa foi desenvolvido um Agente Pedagógico Animado - APA que foi integrado no Objeto Virtual de Aprendizagem OVA 3 H, voltado para a disciplina de algoritmos do curso de Ciência da Computação. A seguir destacam-se a divisão das etapas da pesquisa (Quadro 1): Quadro 1 Etapas da Pesquisa Etapa 1 Projeto: seu planejamento e estudos dos conceitos teóricos. Etapa 2 Desenvolvimento: técnicas de programação e softwares necessários para o desenvolvimento e construção do agente e os estados emocionais. Etapa 3 Implementação: Integração no Objeto Virtual de Aprendizagem OVA 3 H. ISSN v.5, n.1, 2017, p

6 Etapa 4 Validação: o APA será avaliado em duas etapas. Será realizada a validação das emoções a validação final do APA integrado ao OVA na disciplina de Algoritmo do Curso de Ciência da Computação. O Objeto Virtual de Aprendizagem utilizado para a implementação e validação é o OVA 3 H 5, um objeto de aprendizagem para o ensino de algoritmos que se adapta ao estilo de aprendizagem e ao nível de conhecimento. O objeto integra materiais didáticos e atividades de estudos visando o processo ensino-aprendizagem de algoritmos mediado por um recurso digital. Neste contexto o agente foi integrado com vistas à apoiar e orientar os aprendizados dos alunos. Desenvolvimento do agente As etapas do desenvolvimento do agente Eddie consistem na criação do protótipo e a modelagem das emoções, sendo ambas feitas através do software Makehuman. 6 O software Makehuman é um software livre e gratuito que pode ser utilizado por qualquer pessoa. Após a modelagem das emoções no Makehuman, foi utilizado o site ezgif.com 7, para a criação das animações, através de gifs, onde foi utilizado a imagem de cada emoção contrastando com a imagem do agente de olhos fechados, para criar a animação do agente piscando os olhos. No entanto, para a animação de alívio, foi utilizada uma imagem do agente com os olhos abertos para contrastar com a emoção, já que na imagem de alívio o agente permanece de olhos fechados. As quatro emoções escolhidas foram: alegria, admiração, tristeza e alívio. Na Figura 1 pode ser visto o agente em sua versão final demonstrando as emoções. 5 OVA 3 H Objeto Virtual de Aprendizagem voltado para a disciplina de algoritmos para o Curso de Ciência da Computação. Desenvolvido por Myke Morais de Oliveira, orientado pela professora Patricia Mariotto Mozzaquatro Chicon como Trabalho de Conclusão de Curso de Ciência da Computação da Universidade de Cruz Alta - Unicruz 6 Disponível no endereço: < 7 Disponível no endereço: < ISSN v.5, n.1, 2017, p

7 Figura 1 Agente Eddie demonstrando as 4 emoções: alegria, admiração, tristeza e alívio e as respectivas características previstas na construção do agente Alegria Admiração Sobrancelhas relaxadas; boca aberta e os cantos da boca voltados para cima; olhos brilhantes. Tristeza Olhos bem abertos, sobrancelhas elevadas e boca entreaberta. Alívio Parte inferior das sobrancelha elevada; olhos ligeiramente fechados; a boca relaxada, com cantos voltados para baixo. Olhos fechados, boca entreaberta. Fonte: elaborada pelo autor Para a validação das emoções, foi aplicado um questionário aos alunos do curso de Ciência da Computação da Unicruz. Neste questionário, foi mostrado a animação de cada emoção e solicitado que os alunos respondessem a qual emoção aquela animação correspondia. Como pode ser visto na Tabela 1, todas as emoções foram selecionadas corretamente pela maioria, sendo que aquelas que tiveram um percentual de acerto mais baixo foram alegria e admiração, mas considerando que as duas emoções são semelhantes e representam aspectos positivos, é compreensível a dúvida na hora de escolher, e esta não deverá comprometer a validação final do agente. ISSN v.5, n.1, 2017, p

8 Tabela 1 - Validação das emoções Resposta Admiração Alegria Alívio Tristeza Emoção Admiração 66,7% 33,3% Alegria 16,7% 66,7% 16,7% Alívio 16,7% 83,3% Tristeza 100% Fonte: elaborada pelo autor Na Figura 2, pode ser vista a arquitetura proposta para a o agente dentro do Objeto Virtual de Aprendizagem. Figura 2 - Arquitetura proposta para o APA Fonte: elaborada pelo autor Em relação ao acesso, quando o usuário acessar o objeto, o agente irá reagir com alegria. Em relação ao desempenho, se o aluno tirar uma boa pontuação, o agente demonstrará admiração, e se tirar uma má pontuação, frustração. Em relação às interações, quando o aluno acessar os materiais da disciplina, o agente exibirá alívio. RESULTADOS ISSN v.5, n.1, 2017, p

9 A validação do agente Eddie foi realizada em duas etapas, a primeira envolveu a identificação das emoções e a segunda do agente integrado no OVA. Assim, através de um questionário repassado aos alunos do curso de Ciência da Computação, foi possível verificar que as animações criadas para o agente Eddie foram percebidas pelos alunos. Os participantes interpretaram de forma adequada os gifs de cada emoção, tristeza foi identificada por 100% dos avaliadores, o alívio por 83,3%, e admiração e alegria por 66,7%. A duas emoções que causaram uma maior dúvida foram alegria e admiração, mas como ambas representam aspectos positivos entende-se que a segunda etapa de validação do agente no contexto do OVA não terá prejuízos. O agente desenvolvido foi integrado a um Objeto Virtual de Aprendizagem para o ensino de Algoritmos, sendo sempre exibido acompanhado de uma mensagem de texto (Figura 3). Optou-se por uma imagem exibida da cintura para cima, a fim de priorizar a visualização da expressão de seu rosto, uma vez que a expressão é o principal elemento de comunicação do agente com o usuário. Na figura 3 pode ser visto um exemplo do uso do agente, quando um usuário possui um desempenho muito ruim em um exercício do ambiente de ensino aprendizagem. Figura 3 - Mensagem de desempenho ruim Fonte: elaborada pelo autor Algumas das frases exibidas pelo APA Eddie são: Bem-vindo, Para ter acesso ao material, faça login ou cadastre-se, Parabéns!!!, Muito bem, mas você pode chegar a 100%, Você pode melhorar, tente novamente, Não vá adiante! Leia o conteúdo e refaça o exercício. ISSN v.5, n.1, 2017, p

10 O agente foi validado com os alunos do curso de Ciência da Computação da disciplina de Algoritmo com um total de 18 alunos participantes. Para a validação foi proposto um projeto na modalidade EAD, em que os alunos participantes receberam certificação de 8 horas. Os alunos utilizaram o objeto OVA 3 H voltado para o estudo de algoritmos, que considera o contexto do usuário. Através de sua interação com os testes de estilo de aprendizagem, exercícios e materiais o agente, integrado ao objeto, esteve presente em todas as etapas com a intenção de orientar e auxiliar o percurso dos estudos e aprendizagem dos alunos. A presença do agente e o seu papel foram validados com a aplicação de um questionário disponibilizado aos alunos ao finalizar a utilização do objeto. O questionário de validação foi elaborado e analisado com base nas seguintes categorias: presença do agente no objeto, nas ações a serem realizadas e no auxílio e orientação ao usuário; incentivo para melhorar o desempenho, permanecer no objeto e ler os conteúdos apoio e orientação das mensagens de texto; aparência do agente. Um dos questionamentos relevantes foi em relação ao auxílio e a orientação que a presença do agente fornece ao usuário ao utilizar o objeto, os quais representam uma das principais funções de um APA, e como pode ser visto na Tabela 2, a presença do agente foi considerada bastante positiva por 50%, moderada por 16,7% e baixa por 33,4%. Tabela 2 - A presença do agente auxilia e orienta a utilização do objeto? Muito verdadeiro 22,2% Em grande parte verdadeiro 27,8% Moderadamente verdadeiro 16,7% Ligeiramente verdadeiro 16,7% Não é verdadeiro 16,7% Fonte: elaborada pelo autor Os aspectos relacionados ao incentivo do agente, tanto pela sua aparência quanto pelas mensagens de texto, resultaram em uma avaliação positiva, uma vez que 50% indicaram ter ficado atento ao agente e às mensagens ao navegar pelo objeto, este percentual refere-se aos níveis de maior relevância, a relevância média ficou em 27,8% e 22,2% relevância baixa; na ISSN v.5, n.1, 2017, p

11 avaliação do agente como um apoio amigável no objeto durante a navegação no objeto, 54,5% indicaram está função de forma relevante. O agente também foi considerado de aparência agradável, com tamanho e cores adequadas ao contexto do objeto e com expressões faciais apropriadas às etapas de navegação, sendo que em todas as questões analisadas o percentual de maior relevância ultrapassou 50%, e a relevância média ficou entre 25 e 30%, e a relevância baixa situou-se em torno de 20%. `Assim, a presença significativa do agente é condição fundamental para que este possa promover a interatividade do usuário com o objeto de aprendizagem e com o próprio agente. É a partir desta interatividade que que o agente poderá desempenhar o seu papel no ambiente, de modo a atender as funções de orientar e auxiliar na navegação e aproveitamento do potencial de ensino e aprendizagem proposto pelo recurso ou ambiente de aprendizagem. CONSIDERAÇÕES FINAIS Agentes pedagógicos animados têm como funções principais guiar o aluno no uso do ambiente virtual de aprendizagem e motivá-lo a permanecer nele para que tenha um aprendizado melhor. Com o desenvolvimento deste estudo foi possível verificar algumas contribuições dos Agentes Pedagógicos Animados para o processo de ensino e aprendizagem em ambientes e objetos virtuais de aprendizagem com base nos elementos da Computação Afetiva, uma vez que o processo de aprendizagem é permeado pelos aspectos afetivos, cognitivos e sociais, não sendo um processo estanque e fragmentado. Os ambientes na maioria não contemplam recursos afetivos, são frios e mecânicos, assim recursos que privilegiem emoções se fazem necessários para envolver o aluno e motivá-lo no percurso dos seus estudos. Desse modo, através do Makehuman, do site ezgif.com e do Dreamweaver com a linguagem PHP é possível apresentar uma nova forma de desenvolver e utilizar ambientes de aprendizagem, que possam interagir com o usuário, criando uma aproximação maior entre o conteúdo e o aluno, podendo assim gerar um maior envolvimento daqueles que o utilizam. Considera-se que a presença do agente com sua expressão facial em conjunto com o estímulo de texto das mensagens influenciou na motivação, bem como auxiliou e orientou os alunos de forma adequada, favorecendo o processo de ensino e aprendizagem, deste modo ISSN v.5, n.1, 2017, p

12 atingiu os objetivos do APA como elemento de apoio amigável no contexto dos ambientes virtuais. Constatou-se com a validação, que a maioria dos alunos ao manusear o objeto e interagir com a presença do agente, concorda que este é útil no contexto de ambientes e objetos virtuais de aprendizagem, fornecendo auxílio e orientação para quem os utiliza e assim justificando sua utilização. REFERÊNCIAS BERCHT, M. Computação afetiva; vínculos a Psicologia e aplicações na educação. Psicologia e informática: produções do III Psicoinfo e II jornada do NPPI. São Paulo: Conselho Regional de Psicologia 6ª região, p , BISCARRA, Bibiana Ozorio. Afetividade na Educação. Porto Alegre: UFRGS, CAMARGO, Clarice Knihs de A. Explorando a abordagem orientada a agentes no desenvolvimento de sistemas f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis JAQUES, Karin Samantha Fontes; JAQUES, Patrícia Augustin. Avaliando o impacto de tecnologias educacionais da Inteligência Artificial que consideram a afetividade do estudante na aprendizagem de jovens. Renote, Porto Alegre, s.n, jul KENSKI, Vani Moreira. Organizadora. Designe instrucional para cursos on-line. São Paulo. Editora Senac São Paulo, 2015, p LONGHI, Magali Teresinha; REATEGUI, Eliseo; BERCHT, Magda; BEHAR, Patricia Alejandra. Um estudo sobre os fenômenos afetivos e cognitivos em interfaces para softwares educativos. Renote, Porto Alegre, v. 5, n. 1, p.1-9, jul. 2007a. Semestral. LONGHI, Magali Teresinha. BERCHT, Magda, BEHAR, Patricia Alejandra. Reconhecimento de Estados Afetivos em Ambientes Virtuais de Aprendizagem. CINTED/ UFRGS. Renote. Vol. 5 nº 2, Porto Alegre. 2007b. MOITA, Filomena M. G. da Silva C.; RODRIGUES, Rodrigo Lins; SILVA, Allisson da. sistema tutor inteligente em um ambiente virtual de aprendizagem para o ensino de ISSN v.5, n.1, 2017, p

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