Proposta para Grupo de Trabalho. FEB Federação de Repositórios Educa Brasil

Proposta para Grupo de Trabalho FEB Federação de Repositórios Educa Brasil Rosa Maria Vicari 12.10.2008

1. Título FEB Federação de Repositórios Educa Brasil 2. Coordenador Rosa Maria Viccari UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul CINTED - Centro Interdisciplinar de Novas Tecnologias na Educação rosa@inf.ufrgs.br 3. Resumo A descoberta e acesso a conteúdo distribuído e heterogêneo na Web e em redes tem sido um desafio em várias áreas de pesquisa. O trabalho proposto vem ao encontro desse desafio. Pretende-se desenvolver e implementar uma federação de repositórios com a finalidade de auxiliar na descoberta e acesso a conteúdos de aprendizagem. Essa federação apresenta um único ponto de acesso e busca (um registro central), onde armazena-se os metadados dos repositórios integrantes da federação. O objetivo do projeto é criar uma infra-estrutura global para federação de repositórios de conteúdo. Como resultado, propõe-se um padrão de referência que descreve como construir repositórios interoperáveis através da criação de uma infra-estrutura de federações de repositórios e implementará o protótipo como prova de conceito. Essa necessidade está vinculada ao projeto OBAA/FINEP 1. 4. Parcerias A Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) é a executora principal do projeto, através do Centro Interdisciplinar de Novas Tecnologias na Educação (CINTED), do Programa de Pós-Graduação em Informática na Educação (PGIE) e do Departamento de Informática Teórica do Instituto de Informática. A Universidade do Vale do Rio dos Sinos (UNISINOS) participa como colaboradora neste projeto, através do Programa Interdisciplinar de Pós-Graduação em Computação Aplicada (PIPCA). 1 O objetivo geral deste trabalho é desenvolver um padrão para objetos de aprendizagem interativos que operem na Web, na plataforma de TV Digital e em dispositivos portáteis diversos (texto e multimídia), todos com suporte a requisitos de acessibilidade especiais. Um objetivo específico é utilizar os pontos de convergência entre as tecnologias de agentes, de objetos de aprendizagem e da computação pervasiva para possibilitar a construção e recuperação dos objetos de aprendizagem em tempo hábil e em contextos diversos. 2

5. Duração do projeto 12 meses. Ver cronograma no sumário executivo (item 6.5) 6. Sumário executivo 6.1. Contexto Com o aumento da produção de objetos de aprendizagem em inúmeras instituições no Brasil e no mundo, percebeu-se que esse conteúdo não seria de grande utilidade para a comunidade de usuários em geral (instituições, professores, alunos, etc), a menos que conteúdo pudesse ser descoberto, localizado e recuperado de forma eficiente e globalizada. Caso contrário, o repositório restringe-se ao contexto da instituição que o criou, abrindo mão de um conceito fundamental dos objetos de aprendizagem: o compartilhamento e a reusabilidade. De acordo com as instituições que compõem a iniciativa denominada Content Object Repository Discovery and Registration/Resolution Architecture 2 (CORDRA), não existe, atualmente, uma infraestrutura global de apoio à pesquisa e recuperação de conteúdos de aprendizagem (CORDRA, 2008). Esta lacuna abre também uma vertente de pesquisa e de contribuição para a área com relevância internacional. Buscado atender ao desejo ao desejo da comunidade de e-learning e visando os benefícios (economia resultante do compartilhamento e reutilização dos objetos educacionais) o projeto prevê uma infra-estrutura baseada no registro do conteúdo, de uma forma que facilite o reuso, em larga escala, dos objetos aprendizagem para além do contexto da instituição ou grupo que originalmente implementou o repositório, em perticular. Identifica-se também a necessidade de busca e reuso dos objetos de aprendizagem a partir de dispositivos ubíquos e da computação pervasiva. 6.2. Padrão Interoperável para Objetos de Aprendizagem Inicialmente, cabe ressaltar que considera-se interoperabilidade, no contexto da utilização de objetos de aprendizagem, em três meios de comunicação distintos: TV Digital, Web e dispositivos multimídia. Considerando-se que o tema interoperabilidade e repositórios já são trabalhados em várias áreas da Ciência da Computação, o presente trabalho propõe: Um modelo para federação de repositórios de objetos de aprendizagem; O planejamento e documentação do modelo; Uma infra-estrutura operacional (protótipo) que inclui múltiplas implementações de repositórios e a federação desses repositórios. A proposta, portanto, é definir um modelo para federação de repositórios que encaminhe uma solução eficiente para o reuso de objetos de aprendizagem a partir de 2 A iniciativa CORDRA é coordenada por Advanced Distributed Learning Initiative (ADL), pela Corporation for National Research Initiatives (CNRI) e pelo laboratório Learning Systems Architecture Lab (LSAL). 3

um único ponto de busca, contemplando as plataformas Web, TV Digital e dispositivos móveis. A Figura 1 ilustra a arquitetura em questão e a federação proposta. Figura 1: Arquitetura abstrata do padrão interoperável para federação de repositórios. Considerando a arquitetura da Figura 1, os objetos de aprendizagem (OA) podem ser provenientes de bases de dados já existentes, bem como de novos repositórios que por ventura venham a ser criados (em qualquer parte do globo). Grupos de repositórios formam federações, sendo que essas federações, em um nível mais elevado de registro, podem compor federações de federações. As federações podem variar em normas específicas de metadados, políticas acesso, princípios organizacionais, implementação, etc. Entretanto, para aplicações educacionais, estas variações técnicas devem ser imperceptíveis aos seus usuários finais. Portanto, este projeto pretende, ainda, definir um modelo e um conjunto de normas para congregar federações. O desenvolvimento deste modelo de federação de repositórios será definido através de um padrão de referência. Essa referência pode ser vista como uma coleção de especificações de interoperabilidade detalhando as características e comportamento da federação. A intenção é permitir que grupos de pesquisa e instituições implementem a sua federação, com a definição de suas tecnologias, políticas e regras, possam adaptar o modelo proposto, as suas necessidades, sem contudo perder elementos fundamentais, que permitam a interoperabilidade. A partir do histórico do grupo de pesquisa e dos requisitos do projeto, destacam-se cinco principais pressupostos subjacentes ao desenvolvimento de federações de repositórios: os padrões de interoperabilidade existem e são suficientes. Assume-se que as normas fundamentais existem, e que, embora possam ter de ser adaptadas e extendidas, não precisa-se definir um novo conjunto de normas fundamentais para se definir o modelo global que possibilite construir os sistemas de softwares necessários para operar sobre as federações. 4

Grande parte das tecnologias adotadas estão maduras e estáveis. Novamente, assume-se que a as bibliotecas digitais ou repositórios disponíveis, a infraestrutura de comunicação (redes) e as tecnologias educacionais estão suficientemente estáveis para o propósito do projeto. Existe demanda suficiente, ou seja, o problema está posto e o desenvolvimento de uma solução não é prematuro, e sim necessário. O grupo tem experiência para identificar e expressar os requisitos do projeto e políticas para e implementá-los no padrão final. O grupo tem trabalhado com várias plataformas educacionais, desenvolvido e testado vários repositórios de OA (CESTA 3 e SACCA 4, por exemplo), participação no RIVED/MEC 5, o repositório de objetos de aprendizagem para Engenharia Geotécnica - ENGEO 6 (FERREIRA FILHO, 2005 e 2008), tem trabalhado com extensões de OWL e com ontologias para a WEB semântica (SANTOS et al, 2008; 2007; 2006), e recentemente esta participando do desenvolvimento de um padrão nacional para AO (Projeto OBAA/FINEP). Partindo-se destes pressupostos, o modelo e o protótipo decorrente serão definidos em termos da diversidade de formas de implementação de repositórios e da interação dos usuários (busca e uso dos objetos de aprendizagem) com esses repositórios. Portanto, será necessário tratar de questões como a inserção de novos objetos no em um repositório, a remoção e atualização de links, a especificação de formatos e o estabelecimento de um mecanismo de gestão pedagógica focado na qualidade e na utilização de objetos. Para tanto, este projeto pretende integrar os repositórios acima citados em uma federação, visando a realização da testes de validação de conceitos. 6.3. Contexto contemporâneo para OA e repositórios O mundo, cada vez mais interconectado, proporciona à população o acesso a serviços digitais através de diversos mecanismos, como web, TV Digital e aparelhos móveis. Nos computadores através de conexões à Internet, na televisão através da TV digital e nos celulares através da tecnologia 3G. Dessa forma, independente de onde o usuário se encontre, adquire-se a possibilidade de acesso à tecnologia digital. Um resultado natural dessa tendência é a necessidade de padronização de metadados entre essas três grandes tecnologias, uma vez que o uso dessas ferramentas é indispensável para organizar a grande variedade de informações existentes. A implementação de uma federação de repositórios, com uma interface de busca que se adapte a todas as plataformas, vem ao encontro da tendência de padronização de metadados. A Tabela 1 (Teleco, 2008), (NIC, 2008) mostra o percentual aproximado de usuários de cada uma dessas classes no Brasil. Tabela 1: Percentual de usuários das tecnologias em questão no Brasil ao final de 2007 Celulares Televisão Internet em casa ~60% ~98% ~17% 3 CESTA - http://www.cinted.ufrgs.br/cesta/, 4 SACCA - http://www.cinted.ufrgs.br/sacca/ 5 RIVED - http://www.rived.mec.gov.br/ 6 ENGEO - http://iate.ufrgs.br:8080/engeo/repositorio/repositorio.jsp 5

A seguir apresentam-se alguns requisitos relevantes para a interoperabilidade entre os padrões: Adaptabilidade: possibilitar que a mesma descrição de um recurso seja utilizada de forma interoperável, adaptando-se às características de cada plataforma, ou seja, conforme o dispositivo, o sistema apresenta a interface de uma forma diferenciada. Por exemplo, na televisão, um programa é apresentado com fundo escuro e cores de texto claras. Na Web, o mesmo programa é apresentado como fundo claro e texto escuro. Se o usuário tem uma TV com relação de aspecto 4:3 e, outro usuário, uma TV com relação 16:9, o sistema se adapta automaticamente. No celular, a fonte é pequena e na televisão, é grande (no mínimo, fonte Tiresias tamanho 18), enquanto na Web é um meio termo; Compatibilidade com os padrões existentes: o padrão deve buscar manter a compatibilidade com o que existe no restante do mundo ou permitir uma adaptação automática, pois não se podem desprezar os milhares de serviços existentes atualmente e modelados através de padrões internacionais. Exigir que toda a informação, ou, numa instância mais voltada para educação, que todo objeto de aprendizagem, para funcionar no Brasil, necessite uma adaptação manual, é no mínimo impensável. As questões sobre interoperabilidade vem sendo tratadas pelo grupo de pesquisa envolvido na presente proposta a algum tempo. Algumas publicações do grupo tratam especificamente desse tema (SANTOS et al, 2008, 2007, 2006; BOFF et al, 2007a, 2007b; SILVEIRA e VICCARI, 2006; GOMES, SILVEIRA E VICCARI, 2006) 6.4. Metodologia A metodologia que será utilizada para o desenvolvimento deste projeto esta baseada no desenvolvimento e teste de tecnologias (linguagens de programação, padrões internacionais e nacionais para o desenvolvimentos de conteúdos educacionais e para a instalação de software e serviços, interconexão de computadores e interconexão de dispositivos de comunicação). Nossa proposta visa trabalhar com tecnologias abertas (software e hardware), sempre que possível. Para tanto, várias etapas de estudo, pesquisa, desenvolvimento e testes serão necessárias ate alcançarmos nosso objetivo final que é o de propor um padrão para a interoperabilidade entre federações de repositórios de objetos de aprendizagem. As principais etapas deste processo metodológico são: 1. Contratação de pessoal para as funções definidas no projeto; 2. Encaminhamentos para aquisição dos equipamentos; 3. Estudo dos padrões existentes atualmente (SCORM, Dublin Core, LOM) para o estabelecimento de repositórios de OA. 4. Estudo detalhado a respeito dos padrões, protocolos e tecnologias dos repositórios definidos nesse projeto; 6

5. Estudo de padrões, protocolos e tecnologia para implementação de federações de repositórios e interface de busca: a. Bancos de dados e estruturas de armazenamento de conteúdo; b. SQI - Simple Query Interface; c. CQL - Common Query Language d. SRW/SRU - Search/Retrieval Webservice - Search/Retrieval by URL e. OpenSearch f. Google Web Service API g. OAI-PMH - Open Archives Initiative Protocol for Metadata Harversting h. REST - Representational State Transfer i. protocolos de mensagens - SOAP, RPC, RMI; j. ML; k. OWL; l. HTTP; 6. Definição de softwares (se adotará software livre) para desenvolvimento do modelo de federação; 7. Testes com as várias propostas existentes; 8. Seleção da proposta mais adequada à demanda brasileira e definição do modelo de federação; 9. Implementação da federação agregando os repositórios; 10. Teste da federação implementada (cinco repositórios em quatro servidores dispersos, características de rede variadas e com configurações heterogêneas de hardware e software) e da interface de busca na Web, Dispositivos Móveis e TV Digital; 11. Análise dos resultados obtido e documentação. 6.5. Cronograma Obs.: não estão listadas atividades administrativas, gerenciais e documentação (que será realizada ao longo de todo o projeto). Atividade Estudo dos padrões existentes atualmente (SCORM, Dublin Core, LOM) para o estabelecimento de repositórios de AO Estudo detalhado a respeito dos padrões, protocolos e tecnologias dos repositórios definidos nesse projeto Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov 7

Estudo de padrões, protocolos e tecnologia para implementação de federações de repositórios Definição de softwares (se adotará software livre) para desenvolvimento do modelo de federação Testes com as várias propostas existentes Seleção da proposta mais adequada à demanda brasileira e definição do modelo de federação Implementação da federação Teste da federação implementada e da interface de busca 7. Ambiente para testes do protótipo O protótipo da federação será composto por cinco repositórios de objetos de aprendizagem (CESTA, SACCA, RIVED, ENGEO e OBAA). O repositório OBAA está em desenvolvimento e será hospedado no servidor que está sendo solicitado nesse projeto. Os outros quatro repositórios estão implementados e operacionais. Todos tem características de implementação diversos, tornado-se elementos fundamentais e adequados para a implementação da federação e teste dos padrões decorrentes desse projeto. Os desktops serão utilizados para o desenvolvimento do projeto. O ponto central do projeto é o desenvolvimento de uma única interface de busca que procure por objetos de aprendizagem em todos os repositórios registrados na federação, independente da forma de implementação de cada repositório. Essa interface de busca estará disponível na Web, nas plataformas para TV Digital (diferentes versões de Set-top Box) e para dispositivos móveis (os aparelhos celulares e o notebook solicitados servem ao propósito de testar a interface de busca em diferentes condições de acesso). Três dos repositórios são de projetos sob controle do grupo proponente. Pretende-se transferir um deles para o ambiente PlanetLab, afim de testar diferentes condições de rede. Também pretende-se implementar a interface de busca nesse ambiente. 8. Referências ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. ABNT NBR 15602-3. Televisão digital terrestre Codificação de vídeo, áudio e multiplexação. Parte 3: Sistemas de multiplexação de sinais. 2008a. Disponível em: http://www.abnt.org.br/tvdigital/tvdigital.html. Acesso em: 17/set/2008. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. ABNT NBR 15603-1. Televisão digital terrestre Multiplexação e serviços de informação (SI). Parte 1: SI do 8

sistema de radiodifusão. 2008b. Disponível em: http://www.abnt.org.br/tvdigital/tvdigital.html. Acesso em: 17/set/2008. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. ABNT NBR 15603-2. Televisão digital terrestre Multiplexação e serviços de informação (SI). Parte 2: Estrutura de dados e definições da informação básica de SI. 2008c. Disponível em: http://www.abnt.org.br/tvdigital/tvdigital.html. Acesso em: 17/set/2008. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. ABNT NBR 15603-3. Televisão digital terrestre Multiplexação e serviços de informação (SI). Parte 3: Sintaxes e definições de informação estendida do SI. 2008d. Disponível em: http://www.abnt.org.br/tvdigital/tvdigital.html. Acesso em: 17/set/2008. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. ABNT NBR 15604. Televisão digital terrestre Receptores. 2008e. Disponível em: <http://www.abnt.org.br/tvdigital/tvdigital.html>. Acesso em: 17/set/2008. ABNT NBR 2007. NORMA BRASILEIRA, Televisão digital terrestre Receptores. Primeira edição 30.11.2007 ADL. Advanced Distributed Learning Initiative. Sharable Content Object Reference Model (SCORM) Version 1.2: The SCORM Overview. Alexandria: ADLnet, 2001. Disponível em: <http://www.adlnet.org>. Acesso em: 10 Maio de 2008. ADL. Advanced Distributed Learning Web Site. Disponível em: <http://www.adlnet.org>. Acesso em: 05/jul/2006. BOFF, Elisa ; SANTOS, Elder Rizzon ; FAGUNDES, Moser Silva ; VICCARI, R. M.. Interoperable Bayesian Agents for Collaborative Learning Environments. In: Conference of the Spanish Association for Artificial Intelligence (CAEPIA), 2007, Salamanca. Springer Lecture Notes on Computer Science. Berlin / Heidelberg : Springer, 2007a. v. 4788. p. 31-39. BOFF, Elisa ; SANTOS, Elder Rizzon ; FAGUNDES, Moser Silva ; VICCARI, R. M.. Interoperable Bayesian Agents for Collaborative Learning. In: Seventh IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies (ICALT 2007), 2007, Niigata, Japan. Proceedings of the 7th IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies,ICALT 2007, 2007b. p. 530-532. CORDRA. Content Object Repository Discovery and Registration/Resolution Architecture. Disponível em http://cordra.net/. Acessada em 10.12.2008. CPqD. Projeto Brasileiro de Televisão Digital - Especificação Técnica de Referência. OS 40544. 2006. DCTYPE. DCMI Type Vocabulary. Disponível em: <http://dublincore.org/documents/dcmi-type-vocabulary/.> Acesso em: abr/2008. FERREIRA FILHO, R. C. M. Contribuições ao uso de novas tecnologias da informação e comunicação no ensino de engenharia, 2005. Dissertação (mestrado). Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Programa de Pósgraduação em Engenharia Civil. Porto Alegre RS, Brasil, 2005. FERREIRA FILHO, R. C. M. Estratégia de elaboração de projetos de Engenharia em Sistema Tutor Inteligente, 2008. Tese (doutorado). Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil. Porto Alegre RS, Brasil, 2008. GOMES, Eduardo Rodrigues ; SILVEIRA, Ricardo ; VICCARI, R. M.. Improving Interoperability Among Learning Objects Using FIPA Agent Communication Framework. In: IFIP World Computer Conference - WCC, 2006, Santiago. 9

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