Transcript Inteligência Artificial

Inteligência Artificial
Aula 9
Softwares Educacionais e ITS
• Anos 70 CAI - Computer Aided Instruction:
– mero ´virador de página eletrônico`;
– não há inovações quanto a técnicas de ensino
aprendizagem (parte pedagógica);
– apresentação do material instrucional em meio
digital utilizando técnicas de multimídia (maior
interatividade);
• ICAI - Intelligent Computer Aided
Instruction: utilização da Ia para:
– analisar padrões de erros;
– analisar o estilo e a capacidade de
aprendizagem do aluno;
– oferecer instrução especial sobre o conceito que
o aluno esta apresentando dificuldade;
– utilização da linguagem natural;
– ITS;
• Diferenças entre CAI x ICAI:
– forma de concepção do projeto do software;
– Os CAI induzem o aluno a uma resposta correta
mediante uma série de estímulos
cuidadosamente planejados;
– os ICAI pretendem simular algumas das
capacidades cognitivas do aluno e utilizar estes
resultados como base das decisões pedagógicas
a tomar;
• a fronteira entre os programas CAI e ITS
vão ficando coada vez mais imperceptíveis,
devido a melhora das ferramentas de
produção de software (recursos);
• CAI não mantém um diálogo aberto com o
aluno;
• O objetivo fundamental dos ITS é
proporcionar uma instrução adaptada ao
aluno, tanto em conteúdo como na forma,,
superando os problemas dos CAI existentes
hoje;
• os ITS tendem a se comparar a professores
humanos;
• muitos CAIS e poucos ITS;
Aspecto
CAI
Educação
STI
Ciência da
Origem
Computação
Bases Teóricas Skinner(behavioris Psicologia
ta)
Cognitivista
Estrutura
Estruturação e Uma única
estrutura
subdividida em
Funções
algoritmicamente
módulos cuja
pré-definida, onde sequenciação esta
o aluno não influi
em função das
na sequenciação. resposta do aluno.
Algorítmica
Heurística
Estruturação
do
Conhecimento
Tentam avaliar
Modelagem do Avaliam a última
resposta.
todas as respostas
Aluno
do aluno durante a
execução do
programa.
Tutorial, exercício Socrático ambiente
Modalidades
e prática,
interativoe diálogo
simulação e jogos bidirecional
educativos
ITS
• Intelligent Tutoring System
• ensino apoiado sobre uma grande base de
conhecimento a respeito do tema a ser
ensinado, construída por um especialista;
• o sistema interage com o aluno como um
tutor computadorizado com o poder
indutivo similar a um professor humano
(modelagem cognitiva = constante e
progressiva);
• Programas que ao interagir com o aluno
modificam suas bases de conhecimento,
percebem intervenções do aluno, possuem
capacidade de aprender e adaptar as
estratégias de ensino de acordo com o
desenrolar do diálogo com o aluno;
• constrói um Modelo Cognitivo do Aluno
através da interação com ele;
• formula estratégias de ensino-aprendizagem
adequadas ao aluno e a situação atual do
momento;
• Para ser inteligente, um ITS deve ser
flexível , ou seja, ter capacidade para
aprender com o meio ambiente e atualizar
seu conhecimento;
• no ITS o aluno aprende fazendo;
• influencia a troca de paradigma:
– tradicional: o modelo de ensino centrado no
professor;
– novo: centrado no aluno e baseado no
“aprender a aprender” ( proposta por Minski Matética Computacional), onde o aspecto da
meta-cognição passa a ser muito relevante;
• A meta-cognição sobre o processo de
aquisição do conhecimento muda a forma
de como se encarar a aprendizagem:
– transforma a visão de mera transferência
conteúdos do professor para o aluno, para
fornecer-lhes condições e habilidades que lhes
permitam explorar o seu meio, comparar e
sintetizar conhecimento;
• a arquitetura de um ITS varia de aplicação
para aplicação , sendo que os módulos
básicos funcionais são 5:
a) Base de conhecimento do domínio:
– O modelo de domínio é o componente especialista do
tutor, constituído pelo material instrucional, por uma
sistemática geração de exemplos, pela formulação de
diagnósticos e pelos processos de simulação.
– O material instrucional ;e organizado, geralmente,
numa taxinomia que prevê níveis crescentes de
complexidade. As tarefas(lições) são organizadas
utilizando uma estrutura de árvore e formadas
dinamicamente, de acordo com a interação e o trabalho
do aluno.
– A estratégia de ensino a ser utilizada vai depender do
modelo do aluno definido, como veremos mais
adiante.
b) Modelo do aluno:
– este módulo representa o conhecimento e as
habilidades cognitivas do aluno em um dado
momento. É constituído por dados estáticos e
dados dinâmicos que serão de fundamental
importância para o tutor poder comprovar
hipóteses a respeito do aluno.
– estes dados dinâmicos podem ser dados de
desempenho do aluno face a questões
formuladas pelo tutor e confrontadas com as
hipóteses elaboradas para aquele aluno.
– Estes dados dinâmicos vão permitir ao tutor
"conhecer" o aluno e poder interagir formando
um "par" com este.
• Muitas técnicas são utilizadas para construir
o modelo do aluno como por exemplo:
– incluir um reconhecimento de padrões
aplicados à história das respostas fornecidas por
ele;
– comparar a conduta do aluno com a de um
especialista e verificar os pontos em comum;
– colocar as preferências do aluno;
– seus objetivos particulares;
– coisas que lê sempre costuma esquecer quando
interage com o tutor;
– indicação dos seus objetivos particulares.
c) Estratégias de ensino:
– Este é o módulo responsável pela comunicação com o
aluno, definindo uma estratégia de ensino,
selecionando o material a ser apresentado para o aluno
através de explicações, exercícios, exemplos,
diagnósticos, simulações, hipóteses e conhecimentos.
– Um método muito utilizado pelos tutores, de um modo
geral, é o chamado método socrático, em que partindo
de conhecimentos que o aluno já domina, o tutor
ensina através de perguntas e diálogos, levando o
aluno a tirar suas próprias conclusões. Sendo este seu
grande ganho em relação aos CAI tradicionais onde as
conclusões são apresentadas ao aluno e ele as receba
de forma passiva, mesmo que as mesmas sejam
apresentadas em sofisticados recursos Multimídia.
– Os STI adotam uma estratégia baseada na
modelagem cognitiva do aluno e, podem dividir
o problema em subproblemas, propondo-se a
conduzir uma estratégia de ensino de modo a
levar o aluno a um modelo cognitivo idealizado
pelo tutor.
– Teríamos então o seguinte esquema:
modelo real -----> modelo ideal
– O modelo real representa aquilo que o aluno
sabe, o ideal aquilo que ele deveria saber.
– Ao estabelecermos os pontos de diferença entre
os modelos encontramos aquilo que o aluno
precisa aprender.
– A estratégia adotada leva em consideração os
seguintes passos:
• 1. Apresentar o mesmo material instrucional em
diferentes níveis de complexidade;
• 2. Apresentar o conteúdo de acordo com uma
taxinomia;
• 3. Propor problemas a serem resolvidos;
• 4. Fornecer diagnósticos, mensagens, alertas, ajudas
ao aluno durante sua interação com o tutor.
– Para que o tutor consiga atingir estes pontos é
utilizada a metodologia proposta por [VIC 89]
onde o trabalho é dividido em sessões onde :
– Na primeira sessão são realizados:
• 1. Diálogo inicial com o aluno;
•
•
•
•
2. Planejamento inicial da sessão;
3. Formulação de exemplos;
4. Avaliação do aluno;
5. Atualização do modelo do aluno.
– Nas demais sessões de aprendizagem(do tutor):
• 1. Carregamento, na memória, do modelo do
aluno(através de sua descrição);
• 2. Atualização do planejamento;
• 3. Apresentação do material instrucional;
• 4. Atualização do modelo do aluno.
– O desempenho do aluno é obtido através da
observação da sua atuação na resolução de
problemas e o nível de complexidade envolvido
nas tarefas.
d)Módulo de controle:
– Este é o módulo responsável pela coordenação
geral do tutor, no que diz respeito às suas
funções, interfaces de linguagem natural, troca
de informações entre os módulos, comunicação
com outros programas utilitários através do
sistema operacional.
– A comunicação entre os módulos do tutor
consiste em guardar ou ler arquivos, manter um
arquivo histórico da sessão de aprendizagem e a
ativação e desativação dos bancos de dados,
que podem ser pensados como "mundos"
criados a partir da interação entre o tutor e o
aluno.
– Os ICAI's possuem uma capacidade de
aprendizagem no que se refere às alterações
feitas na regra do tutor, resultantes do processo
de interação com o aluno.
– Viccari[VIC89] nos coloca que existem
basicamente duas categorias de aprendizagem:
as que são organizadas dentro dos
conhecimentos já existentes e as que ficam
classificadas em categorias fictícias, utilizadas
somente com aquele aluno em particular.
– Em alguns tutores o núcleo inicial não fica
alterado no final da sessão, reiniciando de
forma igual para qualquer novo usuário,
enquanto que em outros modelos, mais
aperfeiçoados, a cada interação o banco de
dados inicial fora alterado, de modo que o
sistema evolui, aprendendo com cada usuário,
aplicando estes novos conhecimentos a cada
aluno.
e) Interface:
– Este módulo é constituído pelas várias formas
de comunicação com o aluno.
– As principais são :
•
•
•
•
-menus;
- língua natural escrita;
- ícones;
- gráficos.
– Geralmente a comunicação és estabelecida
através de menus, símbolos e frases em língua
portuguesa, utilizando janelas e cores. Durante
a sessão tanto o tutor como o aluno podem
mudar a forma de diálogo(apresentação).
– A forma do aluno se comunicar com o tutor é
feita através de restrições na linguagem a fim
de viabilizar a comunicação.
– Sempre que possível se procura comunicação
através de menus, gráficos ou ícones.
– A interface em linguagem natural utiliza um
subsistema composto por um dicionário de
palavras e um conjunto de regras gramaticais,
podendo possuir a capacidade de aprender
novas regras, novas construções sintáticas e
categorias gramaticais, corrigir erros
ortográficos através da geração e comprovação
de hipóteses.