UM AMBIENTE ADAPTATIVO MULTIAGENTE COM BASE EM UMA ABORDAGEM SÓCIO-CONSTRUTIVISTA UTILIZANDO OBJETOS DE APRENDIZAGEM Elaborado em 01/04 Rejane Pinheiro Mestra em Informática Aplicada pela Universidade de Fortaleza (UNIFOR). Elizabeth Furtado Mestra em Informática Aplicada pela Universidade de Fortaleza (UNIFOR). Docteur Université d Aix Marseille III (França) Robson Loureiro Graduação pela Universidade Federal do Ceará (UFC). Mestre em Informática Aplicada pela Universidade de Fortaleza (UNIFOR). 1. Resumo Nos ambientes CSCL (Computer Supported Collaborative Learning) a aprendizagem pode ser feita de forma colaborativa onde grupos de alunos têm como objetivo comum à resolução de um certo problema. Neste trabalho foram estudados alguns ambientes de aprendizagem colaborativa e foi observado que os critérios relacionados com a adaptação em relação à apresentação do material didático para os
alunos e a possibilidade dos aprendizes agirem como autores na construção destes materiais didáticos são características que não foram encontradas nestes ambientes educacionais analisados. Visando trabalhar com base nestes dois critérios para o desenvolvimento deste ambiente nesta pesquisa foi decidido utilizar a tecnologia multiagente devido à possibilidade de ter agentes artificiais que terão processos de decisão internos auxiliando os alunos na construção de seus projetos e disponibilizando objetos de aprendizagem de acordo com as características cognitivas dos alunos e do grupo. Neste sistema multiagente pode ocorrer trocas de mensagens entres os agentes para que estes possam realizar suas tarefas da melhor maneira possível. Este ambiente educacional é constituído de duas vertentes: a pedagógica e a tecnológica. A vertente pedagógica consiste na utilização de duas teorias de aprendizagem, que são: a Epistemologia Genética de Jean Piaget que será utilizada para construir o modelo (perfil) dos alunos para possibilitar na adaptação da interface. Será utilizada também a teoria sócio-cultural de Vigotski para a construção do modelo ( perfil ) do grupo e quanto ao relacionamento dos alunos para a construção do seu material didático. A vertente tecnológica, como já foi explicitado acima constitui da tecnologia de multiagente. Este trabalho tem como objetivo propor um ambiente multiagente educacional onde o usuário poderá construir o seu próprio material didático através de objetos de aprendizagem que estarão disponíveis no sistema. Este ambiente educacional utiliza a abordagem sócioconstrutivista analisada por [Dillenbourg 1994] onde enfoca o indivíduo
em um contexto de interação social e tem como base as duas teorias de aprendizagem acima citadas. Foi definido que o trabalho será feito através de projetos educacionais devido o ambiente ser formado tanto por grupos de alunos que trabalham na modalidade presencial como à distância. Segundo [Wiley 2000], objetos de aprendizagem são definidos como qualquer entidade, digital ou não-digital, que pode ser usado, reusado ou referenciado durante a aprendizagem suportada pela tecnologia. Este ambiente educacional tem como metáfora a brinquedoteca que consiste em um espaço lúdico onde as crianças constroem os seus conhecimentos e descobrem as soluções para os seus questionamentos com a construção de brinquedos e a utilização de jogos. Neste espaço os aprendizes têm o auxílio dos facilitadores ou professores que ao invés de impor as informações irão auxilia-los para que os próprios aprendizes descubram como resolver as tarefas que surgirão no decorrer do processo de aprendizagem. No ambiente proposto os aprendizes utilizarão os objetos de aprendizagem para construir as suas etapas e atingir os objetivos a serem alcançados e terão o auxílio do facilitador e de agentes artificiais. Desta forma os objetos de aprendizagem agirem como brinquedos ou jogos que estimulam o imaginário dos aprendizes e estão relacionados com o seu nível de desenvolvimento cognitivo. Estes objetos serão desenvolvidos pelos alunos em grupos ou sozinhos. Este ambiente possui três agentes virtuais pedagógicos: Agente Companheiro, Agente Perfil do Aluno e Agente Perfil do Grupo.
Estes agentes virtuais são baseados em probabilidades e utilidades e o seu processo de decisão é feito através do uso de Redes Bayesianas que Jensen [1999] define como um conjunto de variáveis e linhas dirigidas entre as variáveis. Cada variável tem um conjunto de estados finitos e possui um valor probabilístico cujo resultado depende das variáveis pais, esta dependência é chamada de probabilidade condicional. A base de conhecimento destes agentes baseados em incerteza que será utilizada nesta pesquisa utiliza as Redes Bayesianas para calcular as probabilidades das variáveis relevantes a uma determinada situação e as Redes de Decisão para calcular a utilidade destas variáveis. O agente Perfil do Aluno é responsável pelas características cognitivas dos alunos que terão como base à teoria piagetiana dos estágios de desenvolvimento dos aprendizes e estes podem estar nos seguintes níveis: novato, intermediário ou experiente. A base de conhecimento deste agente virtual armazenará as variáveis que correspondam às características cognitivas dos alunos e quando este agente for solicitado a informar qual o melhor perfil que o aluno está inserido, ele terá que percorrer a Rede Bayesiana para buscar este resultado. O agente Perfil do Grupo é responsável pela interação dos aprendizes de um grupo e pela interação dos grupos entre si. A base de conhecimento deste agente possuirá variáveis que serão definidas tendo como base à teoria de Vigotski, onde as seguintes características serão utilizadas: mediação entre os indivíduos e zona de desenvolvimento proximal.
O agente Companheiro tem a função de auxiliar os aprendizes no decorrer do processo de aprendizagem que ocorrerá no desenvolvimento dos projetos educacionais. A base de conhecimento deste agente conterá os objetos de aprendizagem já construídos por outros aprendizes ou grupo de aprendizes. A arquitetura deste ambiente educacional pode ser visto na figura abaixo, tem-se também as interações que ocorrem entre os agentes humanos e virtuais neste sistema que estão numeradas na figura e correspondem as seguintes ações: [1] O aluno solicita a ajuda do agente companheiro e este responde ao aluno. [2] O agente companheiro solicita um objeto de aprendizagem na base de dados. [3] O agente companheiro indica os objetos de aprendizagem que estarão disponíveis na interface do ambiente. [4.1] e [4.2] O facilitador tem acesso as bases de dados dos OA 1 s para possíveis atualizações que precisem ser feitas. [5] Interações entre alunos ou grupos de alunos e o facilitador. [6.1] e [6.2] O agente companheiro e o facilitador solicitam resultados relativos às características cognitivas dos alunos ao agente perfil do aluno e este retorna a resposta a eles. [7.1] e [7.2] O agente companheiro e o facilitador solicitam resultados relativos às interações dos alunos ao agente perfil do grupo e este retorna a resposta a eles. 1 OA Objeto de Aprendizagem
[8] Os alunos ou grupos de alunos gravam o material didático (mídia que foi desenvolvida por eles) na base de dados que possui os objetos de aprendizagem construídos ou alterados pelos alunos. [ 4.1 ] Base de OA [ 6.2 ] [ 3 ] [ 6.1 ] [ 1 ] Agente Perfil do aluno Aluno ou Grupo de Alunos Agente Companheiro [ 7.1 ] [ 7.2 ] [ 8 ] [ 2 ] Agente Perfil do Grupo [ 4.2 ] Base de OA construídos ou alterados pelos alunos Facilitador [ 5 ] Fig. 1. Arquitetura do ambiente educacional
Um projeto tem início quando o facilitador escolhe o assunto que será trabalhado com os aprendizes. Antes de informar aos alunos o assunto escolhido, o professor verifica se o agente Companheiro tem informações sobre este assunto na sua base de conhecimento, caso não tenha o professor deve decidir se continua o projeto sem o auxílio deste agente. O professor seleciona um arquivo de simulação mais adequado ao tema que será trabalhado no projeto e envia uma mensagem informando a sua escolha aos alunos. Serão apresentadas situações de desafio ao aluno e ele terá que construir objetos de aprendizagem para desenvolver a tarefa que o simulador está solicitando. Quando os estudantes estiverem construindo os objetos de aprendizagem, eles podem pedir ajuda ao agente companheiro ou este agente pode perceber que os estudantes estão precisando de ajuda. Este agente artificial fornecerá uma ajuda adaptativa para que o usuário possa alterar o objeto de aprendizagem e com isto prosseguir na construção do material didático. O agente companheiro decide como ajudar aos usuários através do uso das Redes Bayesianas que serão construídas no início do projeto e quando o perfil do aluno ou do grupo for alterado. Este ambiente possui dois tipos de adaptação que são: quanto ao auxílio dado aos aprendizes e quanto à apresentação dos objetos de aprendizagem na interface do sistema. A forma de realizar a ajuda adaptativa aos aprendizes já foi especificada acima. A apresentação dos objetos de aprendizagem está relacionada a quais mídias serão disponibilizadas para serem utilizadas pelos grupos de aprendizes e esta
decisão será feita pelo agente Perfil do Aluno analisando as características cognitivas destes alunos. Quando os alunos terminarem os seus projetos que correspondem aos objetos de aprendizagem que foram construídos, os alunos do grupo irão discutir sobre os projetos gerados e tentar unificar para se ter apenas um objeto de aprendizagem oriundo dos anteriores. Nos parágrafos acima foi descrito o desenvolvimento de um projeto genérico no ambiente proposto e agora é apresentado o desenvolvimento de um projeto específico que corresponde ao aprendizado de Algoritmos. Para estudar algoritmos, os aprendizes devem ter conhecimentos dos seguintes tópicos: variáveis, constantes, expressões aritméticas e lógicas, estruturas de controle (seqüencial seleção e repetição). Logo, o agente companheiro deve solicitar informações ao agente perfil do aluno a respeito do nível de conhecimento do aluno sobre este assunto. De acordo com o nível de conhecimento do aluno, o agente companheiro realizará uma busca na Rede Bayesiana e indicará o material didático (objeto de aprendizagem) mais indicado a ser utilizado pelo aluno. Na figura abaixo é mostrada uma Rede Bayesiana que é formada por estes tópicos de conhecimento que contém objetos de aprendizagem associados a eles e representam materiais didáticos que estão armazenados em uma base de dados. Variáveis Constantes
Fig.2. Rede Bayesiana relacionada com o tópico de Algoritmos 2. Conclusão Neste trabalho foi apresentado um ambiente de aprendizagem cooperativa que tem como principais características à adaptação na apresentação dos objetos de aprendizagem e a possibilidade dos alunos construírem estes objetos de aprendizagem com o auxílio do professor e do agente virtual Companheiro. Este agente artificial auxiliará os alunos
no seu processo de aprendizagem tendo como base para este auxílio os modelos (perfis) dos alunos. A base de conhecimento dos agentes artificiais que compõem a arquitetura deste ambiente é constituída por Redes Bayesianas que possuem variáveis inter-relacionadas para possibilitar os agentes virtuais de tomarem as melhores decisões referentes à adaptação em dispôr os objetos de aprendizagem na interface e auxiliar os alunos no ambiente. 3. Referências Bibliográficas Andrade, A. F.; Jaques, P. A.; Jung, J.; Bordini, R.; Vicari, R. M.; (2001) A Computacional Model of Distance Learning Based on Vygotsky s Socio - Cultural Approach. Available in: http://www.inf.ufrgs.br/~pjaques/projeto_rosa/publicacoes.htm Baruque, Lúcia B.; Melo, Rubens N. (2003) Learning Theory and Instructional Design using Learning Object. Available in: http://www.cs.kuleuven.ac.be/~erikd/pres/2003/lo2003
Dillenbourg, P.; Baker, M.; Blaye, A. and O Malley, C. (1994) The Evolution of Research on Collaborative Learning. Available in: http://tecfa.unige.ch/staf/staf-f/deiaco/doii4/resume_article.doc Fagundes, Lea et al. (1999) Learners of the Future: the Innovations had Started. Available in: http://www.proinfo.mec.gov.br/biblioteca/publicacoes/livro03.pdf Jensen, Finn V.; Lauritzen, steffen L. (1999) Probabilistic Networks. Available in: http://citeseer.nj.nec.com/jensen97probabilistic.html Santos, Santa Marli Pires dos. Brinquedoteca: O Lúdico em diferentes contextos. Petrópolis, RJ: Vozes, 1997 Schank, Roger; Cleary, Chip. Engines for Education. USA: Paperback, 1995 Wiley, David A. (2000) Connecting Learning Objects to Instructional Design Theory: A Definition, a Metaphor, and a Taxonomy. Available in: http://www.reusability.org/read/chapters/wiley.doc
Wooldridge, M.; Jennings, N. (1997) Intelligent Agents: Theory and Practice. Available in: http://www.doc.mmu.ac.uk/staff/mike/ker95/ker95-html.html