DESENVOLVIMENTO DE UM AMBIENTE DE elearning PARA ÁREA DE FISIOLOGIA

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1 DESENVOLVIMENTO DE UM AMBIENTE DE elearning PARA ÁREA DE FISIOLOGIA Fernando Mendes de Azevedo José Marino Neto Luciana Soares Fernandes Laboratório de Inteligência Aplicada- Curso de Ciência da Computação CTTMar Universidade do Vale do Itajaí, Itajaí Santa Catarina - Brasil Janice Inês Deters Anita Maria da Rocha Fernandes Laboratório de Inteligência Aplicada- Curso de Ciência da Computação CTTMar Universidade do Vale do Itajaí, Itajaí Santa Catarina - Brasil RESUMO Este artigo apresenta o desenvolvimento de um ambiente de e-learning para a área de fisiologia, que está sendo desenvolvido dentro do Portal Ciber Saúde (ambiente virtual de sistemas de ensino baseados na Internet para suporte à educação e treinamento na área da saúde). Este ambiente esta sendo desenvolvido em Java e utiliza o conceito de sistemas tutores inteligentes, agentes pedagógicos para auxiliar de uma forma mais eficiente o usuário em seu aprendizado. PALAVRAS-CHAVE Educação continuada; agentes pedagógicos; sistemas tutores inteligentes. 1. INTRODUÇÃO A sociedade moderna requer um volume sempre crescente de conhecimento não apenas para o trabalho profissional, mas também para necessidades do dia a dia. O conceito de ambientes de e-learning pretende fornecer às pessoas um treinamento de alto nível porém, evitando tarefas intelectuais tediosas e repetitivas, à respeito de um grande volume de informações finamente estruturado e altamente organizado (Norman & Spohrer, 1996). Para manter a qualificação da força de trabalho em um ambiente competitivo e em constante mudança, a educação continuada e à distância se torna essencial (Cristea & Tuduce, 2002). Na área da saúde não é diferente. O conhecimento em saúde aumenta exponencialmente e todos os dias um novo procedimento aparece. Então, é necessário o desenvolvimento de recursos eficientes e dinâmicos para treinar profissionais 601

2 ISBN: IADIS envolvidos nestes procedimentos, além dos engenheiros clínicos dedicados ao gerenciamento da tecnologia médico-hospitalar e certificação de instrumentos usados nos serviços de saúde. Considerando este contexto, este artigo apresenta o desenvolvimento de um ambiente de e-learning para a área de fisiologia, dentro do Portal Ciber Saúde Ambiente Virtual de Ensino Baseado na Internet para Suporte à Educação e Treinamento na Área da Saúde. Este ambiente esta sendo desenvolvido utilizando ferramentas open source e é totalmente voltado para a web. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Ambientes de aprendizagem baseados em web estão cada vez mais se proliferando em todos os níveis do ensino por várias razões. Uma delas é a crescente necessidade de educação continuada, em resposta as rápidas e constantes mudanças tecnológicas e sociais. Tais ambientes têm por característica unir muitas das técnicas e formatos de distribuição dos meios tradicionais de educação à distância com capacidades particulares de cálculo e tecnologias de comunicação, mais notadamente a Internet.(Chan, 1996). O ambiente de e-learning apresentado neste artigo refere-se a dois conteúdos de fisiologia: neurofisiologia e fisiologia cardiovascular, e baseia-se no conceito de sistemas multiagentes e agentes pedagógicos. 2.1 Sistemas Multiagentes Os sistemas tutores inteligentes constituem uma classe de sistemas de inteligência artificial (IA) que atuam como auxiliares no processo aprendizagem. Segundo Giraffa (1999), a utilização de técnicas IA, no projeto e desenvolvimento de ambientes de ensino-aprendizagem computadorizados, tem se tornado objeto de muita investigação por parte dos pesquisadores da área de Informática Aplicada à Educação, devido a suas potencialidades. São sistemas que, interagindo com o aluno, modificam suas bases de conhecimento, percebem as intervenções do aluno, possuem a capacidade de aprender e adaptar as estratégias de ensino de acordo com o desempenho do aluno. Caracteriza-se, principalmente, por construir um Modelo Cognitivo do Aluno, através da interação e da formulação e comprovação de hipóteses sobre o conhecimento do aluno e a situação atual (Vicari, 1990). Os Sistemas Tutores Inteligentes (STI) têm como principal objetivo realizar a tarefa de ensino de um dado conteúdo (domínio) na forma mais adaptada às necessidades individuais do aluno. De acordo com Vicari e Giraffa (2003), estes sistemas se baseiam em uma arquitetura composta basicamente por: Módulo do aluno: neste módulo são armazenadas/modeladas as características individuais do aluno; Módulo tutor: possui o conhecimento sobre as estratégias e táticas para seleciona-las em função das características do aluno; Módulo do domínio: detêm o conhecimento sobre a matéria no formato regras de produção, estereótipos, etc.; Interface: faz a intermediação da interação entre o tutor e o aluno. 2.2 Agentes Pedagógicos Segundo Giraffa (1999), agentes pedagógicos são aqueles utilizados em sistemas que utilizam o paradigma de agentes desenvolvidos para fins educacionais, tendo como objetivo auxiliar os estudantes no processo de ensino-aprendizagem, fornecendo uma melhor interação e dinamismo para os ambientes. Numa tentativa de construir um sistema que possa tomar decisões sobre o que ensinar ao aluno, tem-se utilizado Agentes pedagógicos animados, pois, para que um sistema seja pedagogicamente competente, deve ser capaz de negociar suas decisões com o aluno e não apenas impô-las (Nunes et al, 2001). Eles são considerados personagens vivos que coabitam o ambiente de ensino, ampliando a comunicação num tutorial, incrementando habilidades, prendendo a atenção e motivando o aluno. Essa interação cria um ambiente de feedback interativo e dinâmico (Fraga, 2001). A inserção de um agente pedagógico animado em um ambiente educacional é de fundamental importância. Primeiro, devido ao fato do agente ser responsável pelo feedback entre o ambiente e o aluno durante a interação. Segundo, por tornar a comunicação mais eficaz, acompanhar o desempenho e exercer uma função que lhe é peculiar, guiar o usuário. Finalmente, porque proporciona um diálogo mais agradável, divertido e estimulante, permitindo assim um ganho de qualidade sob o ponto pedagógico. 602

3 Eles podem ser divididos em duas categorias: agente dirigido a metas (tutor, mentor e assistente) e agente dirigido à utilidade. Os agentes guiados a utilidade são usados para propósitos pedagógicos tais como ajudar os alunos a encontrar materiais de aprendizagem; agendamento de reuniões; relembrar os prazos para submeter trabalhos, etc. À seguir são descritos vários exemplos de agentes pedagógicos implementados e encontrados na literatura. Herman-the-Bug: é um agente cujas ações verbais e naturais são controladas por uma máquina de seqüência de comportamento em tempo real em resposta as mudanças de contexto de resolução de problemas. Ele habita um ambiente de aprendizagem Designs A Plant, que se refere ao domínio de fisiologia vegetal (Stone e Lester, 1996). Cosmo: é um personagem em três dimensões que faz o papel de um conselheiro virtual, um ambiente de aprendizado para o domínio de roteamento de pacotes na Internet (Lester et al, 1997). Adele: é projetado para operar na Internet e implementa funções pedagógicas chave: apresentação, feedback e monitoramento do estudante, questões, dicas e explicações (Johnson, Shaw e Ganeshan, 1998). Steve: é um personagem tridimensional que co-habita com estudantes em ambientes virtuais imersivos e têm sido aplicados em tarefas de treinamento naval americano tais como operar as máquinas a bordo dos navios (Rickel e Johnson, 1998). SmartEgg: é desenvolvido sobre a mesma arquitetura que o Adele e habita um SQLT-Web, um tutor SQL inteligente na Web (Mitrovic e Suraweera, 2000). PPP Persona: é um agente pedagógico animado para apresentação interativa na Web. O agente guia os alunos através de materiais na Web exibindo, apontando, explicando e comentando verbalmente saídas textuais e gráficas numa interface baseada em janelas (Ahmed, 2005). Alex: o Alex está incorporado no VLab@SP que é um ambiente de laboratório virtual para experimentos elétricos (Chan et al, 2001). Guilly: o agente Guilly habita o ambiente AVIE (Ambiente Virtual Inteligente de Ensino) e promove o aprendizado adaptado através de estratégias de ensino baseadas no modelo do aluno e trabalha como um tutor no processo de ensino-aprendizagem (Nunes et al, 2002). Smiley: é um agente pedagógico emocional que oferece treinamento com os seis maiores estados emocionais: tristeza, surpresa, raiva, felicidade, satisfação e estado neutro (Okonkwo e Vassileva, 2001). Doris: o agente pedagógico Doris foi construído para atuar em um STI com domínio genérico. Doris é representado por um personagem com comportamento cognitivo e reativo, e trabalha com três estados emocionais: tristeza, felicidade e companheirismo (Santos et al, 2001). 3. O DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA Neste tutorial, cada tópico é apresentado em um conjunto estruturado de recursos hipermídia que contem animações, vídeos, áudio, simulações e hipertexto. Uma outra estrutura é disponibilizada para tornar atraente e amigável a comunicação entre os usuários (alunos) e entre professores e alunos. Esta estrutura é baseada em realidade virtual e utiliza chats, fóruns, vídeo conferência e outros recursos para estimular a conversação e troca de experiências entre todos os usuários. Para desenvolver o ambiente do tutorial, optou-se por utilizar ferramentas open sources, tais como o sistema operacional Linux, processador de imagens Gimp, Inkscape, Cycas para trabalhar com CAD e modelos 3D, Real Player para executar áudio e vídeo, Java, PHP e banco de dados MySQL. Quando um usuário entra no portal pela primeira vez, ele precisa preencher um formulário com algumas informações gerais (tais como nome, , endereço, idade, sexo, dentre outros). Em seguida, o usuário escolhe qual tutorial quer estudar. É importante dizer que o usuário pode escolher os dois tutoriais para estudar. O sistema fornece ao usuário um login e uma senha. O estudante tem então, acesso ao tutorial que escolheu, e dá início à navegação no ambiente. O tutorial armazena toda a performance do usuário, e um agente pedagógico auxilia o usuário durante o processo de aprendizagem. Agentes pedagógicos podem atuar como estudantes virtuais, tutores virtuais ou companheiros de aprendizagem. Neste ambiente, o personagem é um companheiro virtual. Este personagem é capaz de expressar emoções através de uma variedade de feições expressas com recursos multimídia. Para a 603

4 ISBN: IADIS modelagem e implementação da personagem que compõe o agente proposto, foram realizadas algumas entrevistas e pesquisas, das quais foram obtidas algumas informações de como o tutor deveria ser. Como resultado deste levantamento, concluiu-se que o agente deveria apresentar as seguintes características: ser o mais próximo da realidade, do sexo feminino ou masculino, de corpo inteiro e proporcional ao tamanho da interface; possuir expressões faciais dos mais variados sentimentos como alegria, admiração, tristeza, entre outros; expressando emoções de acordo com o momento, não interrompendo o usuário em seu aprendizado com intervenção escrita ou falada; interagir todo o tempo com o usuário, mudando de postura e face sutilmente, entrando em ação e mudando de posturas de acordo com o momento, sem chamar demais a atenção para si; falar e escrever, usando balões de texto e/ou recursos de som; gesticular, se mover pela tela, mexer os membros do corpo de diversas formas de acordo com o acontecimento. Deve ser um personagem interessante, que prenda a atenção do usuário, sendo como uma pessoa normal. Suas roupas devem ser descontraídas, de acordo com sua personalidade; ter reações diversas para não tornar a interação com usuário, monótona. Por exemplo, usar a comunicação escrita num primeiro contato, na segunda abordagem dar um sorriso, dicas, etc. Além das diretrizes apresentadas anteriormente, o personagem Luciana foi idealizado tendo como base os seguintes objetivos visuais: Passar a imagem de uma pesquisadora; Ter características físicas semelhantes a das brasileiras; Ser simpática e prender a atenção do usuário; Usar roupas alegres e jovens. Foram utilizados traços arredondados, semelhantes aos de cartoon, dando à agente uma fisionomia jovial. O contorno dos membros reafirma essa proposta, juntamente com o uso de cores vivas em suas vestimentas, que são trocadas de acordo com a situação. A pele morena, olhos verdes, lábios carnudos, cabelos negros e curvas acentuadas, dão ao personagem o biótipo brasileiro. O personagem é exposto a uma gama de contextos, onde deve se portar, gesticular e interagir de acordo com as exigências da situação. Esse comportamento se reflete principalmente através de mudanças de humor (expressões de desapontamento, felicidade, excitação, reprovação, etc), ações (andar, mexer os braços, rir, nadar, dormir), visual (roupas e calçados diferentes, troca de penteados, maquiagem, etc), entre outros. Cada escolha feita pelo usuário, bem como o seu desempenho nas atividades propostas pelo usuário são apresentados a um sistema especialista (inteligência do agente pedagógico) para que o agente possa decidir qual a próxima forma de interação. O sistema conta com uma base de trinta feições distintas referentes à alegria, tristeza, dúvida, seriedade, incentivo, repreensão. Tais feições serão utilizadas pelo agente durante a interação. A escolha de qual feição exibir é feita também pelo sistema especialista. Algumas vezes é necessário que os usuários troquem experiências uns com os outros sobre o conteúdo que estão estudando. Então, o ambiente de realidade virtual embutido no sistema oferece uma abordagem eficiente para isto. Este ambiente de realidade virtual é baseado no Media Plataform (MediaSoft, 2005). O Mediaplatform contitui-se em uma solução multiusuário que sincroniza movimentos e eventos de personagens dentro de ambientes virtuais tridimensionais, através da Internet. Ele oferece uma nova perspectiva na Internet, bem como uma introdução ao futuro das comunicações on-line, colaboração e do entretenimento interativo. No Mediaplatform, ao entrar no ambiente, o usuário é representado por personagens chamados de avatares. Há diferentes avatares a escolher e eles possuem funcionalidades, gestos e movimentação próprios. O usuário pode mudar seu avatar facilmente sem grandes conhecimentos computacionais. 4. CONCLUSÃO A contribuição básica desta pesquisa é o desenvolvimento de um ambiente de ensino/aprendizagem usando ferramentas open source e utilizando realidade virtual para tornar agradável a comunicação entre os estudantes e o professor. Para testar o sistema, atualmente está sendo desenvolvido o conteúdo instrucional sobre homeostase. A equipe de criação de conteúdo é composta por pessoas das áreas de ciência da computação design e saúde. O conteúdo está sendo preparado de maneira a contemplar o conceito de inteligências múltiplas. Quanto ao funcionamento do agente pedagógico, duas ferramentas estão sendo analisadas para a implementação do sistema especialista: JADE e JESS. A opção por uma destas duas será feita com base na disponibilidade das mesmas e na performance em relação à base de regras do sistema. Toda a interface do portal e do sistema tutor está sendo implementada com base no conceito de smart templates e no momento esta em face de testes de adequação às necessidades do sistema. 604

5 Quando o ambiente estiver com o conteúdo de homeostase totalmente concluído, serão feitos testes de com dois grupos distintos de alunos: um grupo referente aos acadêmicos do curso de medicina da Universidade Federal de Santa Catarina que possuem a disciplina de Fisiologia em seus currículos e um outro grupo com os alunos do Curso de Pós Graduação em Engenharia Biomédica que possuem a disciplina de Fisiologia como obrigatória. O teste buscará avaliar o sistema quanto ao aspecto ergonômico, bem como em relação à aceitação de uma ferramenta de ensino pelos alunos. Além disto, outro teste será feito com um grupo de alunos para analisar a melhoria do processo de ensino/aprendizagem com o uso do ambiente. REFERÊNCIAS Ahmed, K. S.(2005) Animated pedagogical agents in web-based intelligent learning environment. Cingapura: [s.n.]. Disponível em: < Acesso em: 15 maio Chan, T.W. Learning companion systems, social learning systems, and the global social learning club. Journal of AI in Education, 7, Number 2, New York. Chan, F., et al. (2001) VLab@SP: A Virtual Laboratory for Electronics and Electrical Circuit Experiments on the Internet. Proceedings of the IASTED International Conference: Computer and Advanced Technology in Education, Banff, Alberta, Canada. Cristea, P. D.; Tuduce, R. (2002) Intelligent elearning environments. In: 3-RD EUROPEAN CONFERENCE ON E- COMMERCE / E-ACTIVITIES / E-WORKING / E-BUSINESS, ON-LINE SERVICES, VIRTUAL INSTITUTES AND THEIR INFLUENCES ON AHE ECONOMIC AND SOCIAL ENVIRONMENT, 2002, Bucharest. Proceedings Bucharest: Fraga, L. M. et al. (2001)Guilly Um agente pedagógico animado para o AVEI. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE INFORMÁTICA NA EDUCAÇÃO, 12., 2001, Vitória. Anais do Simpósio Brasileiro de Informática na Educação, Vitória: UFES, Giraffa, L. M. M. (1999) Uma arquitetura de tutor utilizando estados mentais. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) Instituto de Informática, UFRGS, Porto Alegre. Johnson, W. L., Shaw, E. & Ganeshan, R. (1998) Pedagogical Agents on the Web. Proceedings of the Workshop on WWW-based Tutoring, ITS 98, San Antonio, Texas. Lester, J, et al. (1997) Cosmo: A Life-like Animated Pedagogical Agent with Deictic Believability. Working Notes of the IJCAI '97 Workshop on Animated Interface Agents: Making them Intelligent, pp , Japan, August. Mitrovic, A. & Suraweera, P. (2000) Evaluating an Animated Pedagogical Agent. In the Proceedings of the Fifth International Conference, ITS 2000, Montreal, Canada, June. Norman, D.A.; Sopher, J.D. (1996) Learner centered education. Communications of the ACMS, Vol. 39, No. 4, p Nunes, M. A. S. N., Dihl, L. L., Oliveira, L. C. de, Woszezenki, C. R., Fraga, L., Nogueira, C. R. D., Francisco, D. J., Machado, G. J. C., Notargiacomo, M. G. C. (2001) Reactive Agents in the Ivte Software Using Java 3D. IMSA INTERNET AND MULTIMEDIA SYSTEMS AND APPLICATIONS, 2001, Proceedings of Internet and Multimedia Systems ans Applications. Honolulu Hawaii. Nunes, M. A. S. N., et. al. (2002) Animated Pedagogical Agent in the Intelligent Virtual Teaching Environment. Interactive Educational Multimedia, No. 4, April. MediaSoft (2005) MediaPlataform. Disponível em << Acessado em 20 de maio de Okonkwo, C., Vassileva, J. (2001) Affective Pedagogical Agents and User Persuasion, in C. Stephanidis (ed.) Proc. Universal Access in Human Computer Interaction (UAHCI), held jointly with the 9th International Conference on Human-Computer Interaction, New Orleans, USA, Rickel, J. & Johnson, W. L. (1998) STEVE: A Pedagogical Agent for Virtual Reality.Appears in the Proceedings of the Second International Conference on Autonomous Agents, Minneapolis/St. Paul, ACM Press, May. Santos, C.T. et al. (2001) DORIS um agente pedagógico de acompanhamento pedagógico em sistemas tutores inteligentes. Anais do Simpósio Brasileiro de Informática na Educação, Vitória, Espírito Santo. Stone, B. A., Lester, J.C. (1996) Dynamically sequencing an animated pedagogical agent. In Proceedings of the Thirteenth National Conference on Artificial Intelligence, Vicari, R. M. (1990) Um Tutor Inteligente para a programação em Lógica: idealização, projeto e desenvolvimento. Tese (Doutorado em Ciência da Computação). Universidade de Coimbra, Coimbra. Vicari R. M.; Giraffa, L. M. M. (2003) Fundamentos dos Sistemas Tutores Inteligentes. In: BARONE, D. (org). Sociedades artificiais: a nova fronteira da inteligência das máquinas. Porto Alegre: Bookman, ISBN: