Transcript Tecnicas de Diseño en Sistemas de Enseñanza IntelIgentes
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Encuentro Nacional de
Computación 2001
Aguascaleintes, México
15 – 19 septiembre 2001
UAM - Azcapotzalco/Mexico y UPM
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Tecnicas de Diseño en Sistemas
de Enseñanza Inteligentes
Ana Lilia Laureano Cruces
Universida Autónoma Metropolitana – Azcapotzalco
Fernando de Arriaga Gómez – Universidad
Politécnica de Madrid
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Temas
•
•
•
•
•
•
•
Historia
Módulo del Domino
Modelo de Estudiante
Módulo Tutorial
Interfaz
Agentes
Aplicaciones
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Figura 1 - Domino de los SEIs
Psicolgía
Cognitiva
SEI
Técnicas de
Aprendizaje y
Diagnóstico de
errores
Inteligencia
Artificial
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Historia
•
Se Fundamenta y Cristaliza la tecnología
de los SEI (1972 – 1982)
• Modulo del Dominio
1. Modelo de Estudiante
2. Modulo Tutorial
3. Interfaz
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Historia
• Innovaciones en los diferentes elementos
1.Sistemas de ayuda y consejo
2.Modelado de estrategias para enseñanza
específica en diferntes dominios
3.Aprendizaje Automático
4.Modelado del estudiante
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Módulo del Domino o Experto
•
Es el módulo que contiene el concimiento
específico y detallado que se pretende
enseñar.
1. Cómo codificar el conociemnto
2. Cómo representar la experticia
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Técnicas de Diseño
1.Caja Negra
2.Caja de Cristal
3.Modelos Cognitivos
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Experto Caja Negra
• El conocimiento se encuentra compilado
• Sistemas Expertos
• La respuesta del sistema se basa en entradas
y salidas
• SOPHIE
• Entronos de aprendizaje reactivos
• No se pueden detallar las explicaciones
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Experto Caja de Cristal
•
•
•
Ingeniero del conocimiento
Experto en el domino
Conocimiento articulado
•
Contrucción se divide en dos etapas
–
–
Adquisición del conocimiento
Automatizar ese conocimiento
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Experto Caja de Cristal
• Debido al conocimiento articulado la
enseñanza resulta más factible.
• Se llega a niveles de más detalle profundos
durante el proceso de enseñanza.
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Modelos Cognitivos
• El objetivo es desarrollar una efectiva
simulación de la solución de un problema.
• En esta técnica el conocimiento se divide en
componentes que guardan una realción
directa con la forma en que el humano los
clasifica y los utiliza.
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Modelos Cognitivos
• La taxonomía del módulo experto permite
una comunicación sistema-experto más
profunda.
• Los modelos llevan gran cantidad de tiempo
en el desarrollo.
• Las ciencias cognitivas: análisis cognitivo
de tareas, análisis de tareas, análisis de
razonamiento cualitativo.
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Modelos Cognitivos
• Consideraciones
– Qué componentes procedentes del análisis
cognitivo son importantes para el proceso
tutorial
– Con qué nivel deben ser presentados estos
componentes
– Cómo deben ser tartados los diferentes tipos de
conocimiento.
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Tipos de Conocimiento
• Para el módulo experto es importante
conocer el tipo de conocimiento:
– Procedimental: conocimiento que subyace a
una tarea.
– Declarativo: hechos que no guardan relación
con su uso.
– Cualitativo: habilidad del humano para simular
y razonar con respecto a procesos dinámicos de
forma mental.
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Representación del Conocimiento
• Es un formalismo que esta íntimamente
ligado:
– Con la técnica de detección de errores
– Intervención durante el proceso tutorial
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Representación del Conocimiento
• Formalismos para representar el
conocimiento:
–
–
–
–
–
Reglas de producción
Experto compilado
Redes semánticas
Marcos
Lógica de predicados
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El modelo de estudiante
• Contiene todos los datos del estudiante en
un instante dado. Esta información sirve
para:
– Diagnosticar los efectos del proceso tutorial
– Elegir el siguente tipo de tema de enseñanza
– Tipo de táctica a utilizar (enseñanza, o
remedial)
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El modelo de estudiante
• Consta de dos componentes:
– Base de datos: representa el comportameinto
del estudiante durante el proceso tutorial
– El proceso de diagnóstico que manipula a la
base de datos
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Dimensiones del espacio en el
modelo del estudiante
1. El ancho de banda
2. Tipo de conocimiento a ser enseñado
3. Diferencias entre el estudiante y el
experto
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El ancho de banda
• Se refiere a la entrada de diferentes tipos de
información.
• Se proponen tres diferentes niveles de
información autocontenidos en orden
decreciente
– Nivel 1 estados mentales
– Nivel 2 estados intermedios
– Nivel 3 estados finales
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Tipo de conocimiento a ser
enseñado
• Diferentes técnicas de tratamiento durante
el proceso tutorial de acuerdo al tipo de
conocimiento a ser enseñado:
– Procedimental
– Declarativo
– Cualitativo
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Diferencias entre el estudiante y
el experto
• Estan representadas por el modelo del
experto más:
– Una lista de los elementos que el estudiante no
tiene y el experto si (missing conception)
– Una lista de los elementos que el estudiante
tiene y el experto no (misconceptions)
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Diferencias entre el estudiante y
el experto
• Existen diferentes técnicas de
implementación:
– Overlay
– Archivos de errores
– Librería de errores hechas en partes
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Técnicas de diagnóstico
• Existen diferentes técnicas de diagnóstico de
acuerdo al tipo de conocimiento. VanLhen (1988)
propone 9 técnicas que se concentran en la tabla
siguiente, donde además se hace una
recomendación de uso de acuerdo:
– Al ancho de banda
– Tipo de conocimiento
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Tabla 1. Técnicas de diagnóstico propuestas por VanLehn (1988)
Tipo de
Conocimiento
Procedimental
no-ordenado
Procedimental
ordenado
Declarativo
Ancho de Banda
Estados Mentales
Seguimiento de
una Ruta (1)
Estados
Intermedios
Seguimiento
de Asuntos (5)
Reconocimiento
de un Plan (4)
Sistema Experto
(6)
Estados Finales
Encontrando
la Ruta (2)
Arbol de
Decisiones (7)
Generación y Prueba
(8)
Condición por
Inducción (3)
Generación y
Prueba (8)
Diagnóstico
Interactivo (9)
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Modulo tutorial
• Este módulo esta realcionado con:
– El diseño del curriculum
– Forma de enseñar ese curriculum
• Las intervenciones tutoriales
– Control sobre el curriculum y su secuencia
– Ser capaz de responder a preguntas hechas por
el usuario
– Darse cuenta de que el usuario necesita ayuda
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Aspectos centrales en el diseño
del módulo tutorial
•
•
•
•
Control sobre la selección y secuenciación
Estilo de aprendizaje
Estilo de la enseñanza
Tipo del dominiom de la TC
Estos aspectos estan intimamente ligados
durante el diseño del módulo
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Formas de control y
secuanciación en los SEIs
• Básicamente existen 3 tipos de control de
sistemas:
– Basados en reglas
– Basados en autómatas de estados pedagógicos
– Basados en planificación
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Sistemas basados en reglas
• Son aquellos que han sido construidos en
base a un sistema experto.
• Existen básicamente dos paquetes de reglas:
– Las que componen la base del conocimiento del
sistema experto
– Las encargadas del proceso tutorial
• Reglas para acumilar certeza (premisa)
• Reglas para seleccionar un procedimiento de
discurso (acción)
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Sistemas basados en autómatas
de estados pedagógicos
En este tipo de control el componente
encargado del proceso tutorial esta formado
por un conjunto de unidades de decisión
organizadas en tres niveles (pueden ser mas)
de planificación que refinan sucesivamente
las acciones del tutor.
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Niveles de decisión del componente
encargado del proceso tutorial
• En el nivel superior (Pedagógico)
– Se decide la frecuencia de interrupción al estudiante y
la frecuencia con que se verificará su conocimiento
• En el segundo nivel (Estratégico)
– Se refina la decisioón pedagógica en estratégia
especificando el método que se va a usar
• En el tercer Nivel (Táctico)
– Se selecciona una táctica para implementar la estrategia
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Componente encargado del proceso
tutorial
La implementación de este componente es
similar a una red de transición que se
atraviesa de estado a estado mediante una
rutina iterativa a través de un espacio de
caminos.
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Sistemas basados en
planificación
• Es un mecanismo de control para tutores de
cursos largos.
• Existen dos tipos de planificación:
– Estática
– Dinámica
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Sistemas basados en
planificación
El proceso de planificación consiste en decidir
el curso de una acción antes de que se
realice, y un plan es la representación del
curso de dicha acción
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Sistemas basados en
planificación
Un planificador es un programa que parte de
un estado inicial e intenta alcanzar el estado
final deseado mediante la aplicación de un
conjunto de operadores sobre los objetos
que componen el mundo en el que opera
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Sistemas basados en
planificación
• Un planificador incorpora una base de
conocimiento formada por:
– Operdores de cambio de estado
– Base de datos en la que se caracteriza el estado
final y los objetivos
– Un mecanismo de inferencia
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Sistemas basados en la
reactividad
• Estos sistemas implementan su
comportamiento en una arquitectura de
agentes (multagente)
• Los agentes tienen características reactivas
• Se distribuye el control entre los agentes
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Sistemas basados en la
reactividad
• Las caracteristicas de estos sistemas son:
– No existe un modelo exhaustivo del entorno
sobre el que el sistema pueda razonar
– El modelo sobre el que toma decisiones es el
mundo real
• El control de un sistema reactivo depende:
– De los objetivos de cada agente
– Interacción con el mundo real
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El estilo de aprendizaje
• Se refiere a la mejor forma de enseñar un
determinado dominio
• Existen cuatro estilos de aprendizaje que tienen
una correspondencia con las experiencias que se
tienen durante el proceso de aprendizaje:
– Activo vs. Vivir la experiencia
– Reflexivo vs. Reflexión
– Teórico vs. Generalización y elaboración de
hipótesis
– Pragmático vs. aplicación
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El estilo de enseñanza
• Representa la contraparte del aprendizaje y
debe ser diseñado de forma tal que saque
ventaja del estilo de aprendizaje.
• El proceso tutorial debe abordarse como un
proceso de comunicación más que como un
proceso de comunicación convencional
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El tipo del dominio
Se refiere a la diferencia que existe entre el
tipo de tutor: expositores y procedimentales
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El tipo del dominio
• Tutor expositor
El énfasis se encuentra en el conocimiento
factual y a partir de este conocimiento se
infieren las habilidades que pertenecen al
conocimiento declarativo
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El tipo del dominio
• Tutor procedimental
Se encargan de enseñar habilidades y
procedimientos, funcionan más como
entrenadores; mostrando el uso de habilidades a
través del desarrollo de problemas.
Dentro de su contenido se encuentran problemas
orientados a pruebas y practicas especiales.
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Curriculum
• El diseño del curriculum se aborda desde
dos perspectivas:
– Encontrar una adecuada representación para el
material a enseñar (relacionado con la
enseñanza y el módulo experto)
– Seleccionar y secuenciar ese material
(relacionado con el tipo de control)
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Curriculum
• Selección y secuenciación
– En los expositores el probelma es mantener la
coherencia en la presentación del material para
su posterior reflexión
– Los procedimentales además tienen el problema
de tener que ordenar las subhabilidades
integrantes de la habilidad objetivo y de
seleccionar correctamente los ejercicios y
ejemplos que reflejen ese orden
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El proceso tutorial (enseñanza)
Este preoceso cubre la presentación del
material, esto es, las formas de contestar
preguntas, y las condiciones y contenido de
la intervención del proceso tutorial.
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Métodos de presentación
• Estos métodos dependen:
– Tipo del dominio
– Objetivos que se desean alcanzar
• Los expositores: utilizan diferentes formas de
diálogo
• Los procedimentales: utilizan ejemplos y
ejercicios con entrenador
En la sigueinte tabla se concentra una propuesta de
estartégias de diálogo
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Tabla 2 - Estrategias de Diálogo de acuerdo a diferentes objetivos
instruccionales según Collins (Halff, 1988)
Objetivos Instruccionales
Estrategias
Enseñar hechos y conceptos
Separar hechos o conceptos
Explicar hechos o conceptos
Enseñar reglas y relaciones
Estrategias de selección
Trampear
Enseñar habilidades por
inducción
Ejercicios y ejemplos
orientados a mostrar las
subhabilidades
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Intervención Tutorial
• La intervención tutorial se necesita para mantener
el control de la situación durante el desarrollo del
proceso tutorial con el objeto de mantener al
usuario lejos:
– De un aprendizaje inapropiado o incorrecto
– De caminos fuera del objetivo de enseñanza
Automatizar este proceso implica diseñar reglas para
decidir la intervención o la no intervención, además
de formular el contenido de la intervención.
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Intervención Tutorial
• Existen básicamente dos formas para guiar
una intervención tutorial, comentadas como
técnicas de diagnóstico.
– Seguimiento de una ruta (Model-Tracing)
– Seguimiento de asuntos (Issue-Tracing)
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Intervención Tutorial
• Inervención con seguimiento de una ruta
– En este tipo de intervención se cuenta con los
caminos que podría elegir el usuario en la
solución de un problema
– Se revisa el comportamiento de ambos tratando
de emparejar el desarrollo del usuario con
alguno de los caminos posibles
– Cuando fracasa el emparejamiento interviene el
tutor
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Intervención Tutorial
• Intervención con seguimiento de asuntos
– Esta forma de intervención tutorial fue
desarrollada por Burton y Brown (1982) e
implementada en WEST.
– Las hbilidades o conocimientos a aprender se
les da el nombre de asuntos.
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Intervención Tutorial
• Cada asunto representa una teoría articulada.
Caracterizada por dos procedimientos
– El primer procedimiento: observador, evidencia. Se
le conoce como reconocedor de asuntos
– El segundo procedimiento: tiene a su cargo utilizar
la información recopilada en el modeo de estudiante.
Se le conoce como evaluador de asuntos
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Intervención Tutorial
• En el caso de WEST
– Se utilizó un tutor tipo entrenador
– Se ejecutaban todos los evaluadores
– A la ejecución de una mala jugada le subyace
una carencia de habilidad.
– La debilidad es comparada con las habilidades
necesarias para una buena jugada y encontrar el
error.
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Figura 2 - Modelo Tutorial con asuntos y ejemplos de Burton y Brown (1982)
Parte 1(a)
entorno del juego o entorno
de solución del problema
estudiante
experto del
sistema
desarrollo del experto en el
mismo entorno
desarrollo del
estudiante
reconocedores de
abstracciones de
asuntos
componente de
abstracciones del
estudiante
salida hacia el evaluador de
asuntos)
(
modelo diferencial
componente de
abstracciones
del experto
(salida hacia las reglas de selección
tutorial)
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Figura 2 - Modelo Tutorial con asuntos y ejemplos de Burton y Brown
(1982) Parte 1(b)
(entrada desde el modelo diferencia)
aspectos y ejemplos
elegidos de acuerdo a la
evaluador de
observación del tutor donde
asuntos
aspectos donde
el estudiante anda mal y
el estudiante
ejemplifican una mejor
esta mal
desarrollo en curso de
jugada o una buena solución
la solución o jugada
lista con asuntos que
del estudiante
ejemplifican mejores
reconocedor de
(entrada desde
jugadas o soluciones
asuntos
soluciones o jugadas
el modelo
del experto del
diferencial)
sistema
estrategias
reglas de selección
del tutor
tutorial
estructuras de datos o
procesos
desarrollo observado
consejos
entrada
salida
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explicación
de las
estrategias
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La interfaz
• Puente de comunicación entre el estudiante y el
sistema
• Unico medio físico para captar el desarrollo del
usuario
Actividades con enfoque de herramientas didácticas
• Medio para realizar las intervenciones
• Potencial de la de la interfaz con efectos de
multimedia.
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La ayuda
• Existen dos difernetes tipos de ayuda
– Ayuda del sistema: cuando el usuario la solicita
o se comenten errores
– Asistencia: mecanismos que permiten
desarrollar parte de la tarea o la totalidad de
esta; de forma tal que permite al estudainte
concentrarse en los aspectos que a el le
interesan.
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La ayuda
– Herramientas de poder: captura de decisiones y
acciones del usuario de que le permita reflexioanr
sobre ellas posteriormente
– Reactivo: son mecanismos que responden
inmediatamente a la acción del estudiante
– Modelado: el sistema desarrolla la tarea mientras el
usario observa
– Entrenador: se basa en la idea de un entrenador
deportivo; donde éste interrumpe al estudainte y le
sugiere o muestra el desarrollo correcto
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Multimedios y cognición
La Interfaz es tan importante que podríamos
pensar en ella en función de los sentidos
que captan el funcionamiento del sistema al
interactuar con él
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Los multimedios como
herramienta didáctica
• 25% de lo que escuchan
• 45% de lo que escuchan y lo que observan
• 70% de lo que escuchan, observan y
desarrollan
Argumentos fuertes para desarrollar interfaces
gráficas que incluyan multimedios como
medios didácticos
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El aprendizaje por asociación
(cognición)
• La memorización por asociación puede ser
mecanizada. (uso adecuado de multimediaprocedimental)
• El método de aprendizaje por asociación
depende del contexto de aprendizaje
– Modelar interfaces con fidelidad de display
(principiantes)
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El aprendizaje por asociación
(cognición)
Sin embargo, el hecho de que la asociación
juegue un papel importante en la forma de
ligar nuestros esquemas, no implica que sea
la mejor forma de impartir información y
conocimiento. Una evidencia indirecta
contra los metodos asocoaitivos es el éxito,
durante más de 500 años del libro
convencional y el desarrollo de la narrativa
por más de 1000 años.
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El aprendizaje por asociación
(cognición)
• Las desventajas a la reflexión anterior son:
– No existe respuesta inmediata al estudiante
– Los estudiantes son entes pasivos
– No se generan ejercicios de distintas
complejidades de acuerdo a la habilidad de los
estudiantes
Desventajas que se cnvierten en ventajas al
hablar de los SEIs
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La interfaz
– Pretende que la entrada de la información sea
robusta
– Permita flexibilidad en la entrada de
información sintetizada que se desprende de la
observación del desarrollo del usuario
– La información de salida debe ser rica =
deletreada al máximo
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Figure 3 - Software agents
classification
Topology
agents
Mobile
agents
Collaborative
agents
Interface
agents
Reactive
agents
Information
agents
Smart
agents
Hybirid
agents
Heterogeneous agent systems
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Agentes
• Existen diferentes tipos de agentes:
– Colaboradores : Negocian
– Interfaz : asistemte personal
– Móviles : recorren una red, interactuan con
– servidores externos, colectan información
– Reactivos : reaccionan al enttrono dinámico
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Agentes
– Información/internet : manejan, manipualan filtran
información que envían por red
– Inteligentes : tienen inmerso el aprendizaje y el
cambio de sus reglas durante el razonamiento
– Híbridos : construido por dos o más filosofías de
agentes
– Sistema heterogeneo : integrado por dos o más tipos
de agentes
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Aplicaciones recientes de
arquitecturas multiagente
• Girard, Gauthier y Levesque (1992). Todo en el
sistema es considerado como un agente incluido el
usuario. La actividad de enseñanza es modelada
como uan actividad cargada de oprtunism
• El Alami, de Arriaga y Ugena (1998). Donde se
propone un agente cognitivo dependiendo de la
complejidad de la acción. Elaborado en diferentes
niveles: reactivo, tactico y deliberativo
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Aplicaciones recientes de
arquitecturas multiagente
• Canout, Gouarderes y Sanchis (1999). Se
define un agente cognitivo como con base
en tres caracterisiticas:
– Mobilidad : capacidad de viajar por red
– Agencia : autonomía (grado de autonomía)
– Inteligencia : razonamiento, planificar y
aprendizaje (gardo)
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Aplicaciones recientes de
arquitecturas multiagente
• Cada agente cuanta con tres niveles de
comportamiento :
– Reactivo (feedback)
– Adaptatie (planning)
– Cognitive (decision)
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Aplicaciones recientes de agentes
pedagógicos
• Rickel y Johnson (1997)
– Desarrollaron un agente autónomo (llamado
Steve)
– Propósitos pedagógics
– Dentro de un entorno virtual de entrenamiento
– Para entrenamiento de procesos complejos o
sofisticados (funcionamiento de un motor)
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Aplicaciones recientes de agentes
pedagógicos
• Steve consta de dos componentes:
– El cognitivo : maneja el proceso cognitivo de
alto nivel
– El detector del funcionameinto del motor
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Aplicaciones recientes de agentes
pedagógicos
• El componente cognitivo interpreta el
estado del mundo virtual, lleva a cabo
planes y toma decisiones con respecto a las
acciones que observa
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Aplicaciones recientes de agentes
pedagógicos
• El componente referente a la detección del
motor esta representado por la interfaz de
Steve al mundo virtual, permitiendo al
componente cognitivo percibir el estado del
mundo virtual y ocasionar cambios. Steve
es visto como un ITS capaz de decidir
cuándo, cómo y qué decir.
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Aplicaciones recientes de agentes
pedagógicos
• Lester y Stone (1997) desarrollan un marco
para agentes representados por distintos
ocmportamientos de animación pedagógica,
de acuerdo a si son o no propicios en un
momento dado
• El derecho de hacerse presentes depende de
si son o no apropiados para una determinada
situación en curso con el usuario.
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Aplicaciones recientes de agentes
pedagógicos
• Los distintos comportamientos compiten por el
derecho a ser exhibidos. (parámetro de fuerza de
exhibición)
• Cuenta con un administrador de comportamientos
que incrementa o decrementa el parámetro de f-de
• En cada tic de reloj se le premia o penaliza de
acuerdo a si son o no propios para ese momento
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Aplicaciones recientes de agentes
pedagógicos
• El administrador analiza el puntaje entre
todos los elegibles.
• Evaluando parámetros
– historia de la solución del problema
desarrollada por el estudiante
– la historia del comportamiento del agente
• El más fuerte es exhibido
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Aplicaciones recientes de agentes
pedagógicos
• Posteriormente es marcado como exihibido
(f-d-e = 0) y continúa la competencia
• Los agentes estan implementados en un
entrno de psicología y biología
• Los comportamientos son representados por
un insecto que se llama Hernán
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Aplicaciones recientes de agentes
pedagógicos
• Los puntos importantes de esta implementación
son:
– Capacidad de generar distintos comportamientos
ad-hoc con motivos pedagógicos
– El mecanismo de administración de
comportamientos (premiarlos o penalizarlos) con
base en la comparación del desarrollo del problema
con los comportamientos ad-hoc para determinadas
situaciones
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Conclusiones
• En el desarrollo de cualquier sistema que
conlleve técnicas de inteligencia artificial se
presentan a nivel general dos problemas:
– No se toman en cuentan aspectos emocionales y
sociales
– Por lo tanto se trabaja con información
incompleta
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Conclusiones
• Evaluación
– Sólo se toman aspectos concretos
– Las técnicas que permiten la implmentación y
la evaluación provienen de campos como:
• La educación
• La psicología cognitiva
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Encuentro Nacional de
Computación 2001
Aguascaleintes, México
15 – 19 septiembre 2001
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Tecnicas de Diseño en Sistemas
de Enseñanza Inteligentes
Ana Lilia Laureano Cruces
Universida Autónoma Metropolitana – Azcapotzalco
Fernando de Arriaga Gómez – Universidad
Politécnica de Madrid
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Temas
•
•
•
•
•
•
•
Historia
Módulo del Domino
Modelo de Estudiante
Módulo Tutorial
Interfaz
Agentes
Aplicaciones
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Figura 1 - Domino de los SEIs
Psicolgía
Cognitiva
SEI
Técnicas de
Aprendizaje y
Diagnóstico de
errores
Inteligencia
Artificial
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Historia
•
Se Fundamenta y Cristaliza la tecnología
de los SEI (1972 – 1982)
• Modulo del Dominio
1. Modelo de Estudiante
2. Modulo Tutorial
3. Interfaz
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Historia
• Innovaciones en los diferentes elementos
1.Sistemas de ayuda y consejo
2.Modelado de estrategias para enseñanza
específica en diferntes dominios
3.Aprendizaje Automático
4.Modelado del estudiante
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Módulo del Domino o Experto
•
Es el módulo que contiene el concimiento
específico y detallado que se pretende
enseñar.
1. Cómo codificar el conociemnto
2. Cómo representar la experticia
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Técnicas de Diseño
1.Caja Negra
2.Caja de Cristal
3.Modelos Cognitivos
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Experto Caja Negra
• El conocimiento se encuentra compilado
• Sistemas Expertos
• La respuesta del sistema se basa en entradas
y salidas
• SOPHIE
• Entronos de aprendizaje reactivos
• No se pueden detallar las explicaciones
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Experto Caja de Cristal
•
•
•
Ingeniero del conocimiento
Experto en el domino
Conocimiento articulado
•
Contrucción se divide en dos etapas
–
–
Adquisición del conocimiento
Automatizar ese conocimiento
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Experto Caja de Cristal
• Debido al conocimiento articulado la
enseñanza resulta más factible.
• Se llega a niveles de más detalle profundos
durante el proceso de enseñanza.
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Modelos Cognitivos
• El objetivo es desarrollar una efectiva
simulación de la solución de un problema.
• En esta técnica el conocimiento se divide en
componentes que guardan una realción
directa con la forma en que el humano los
clasifica y los utiliza.
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Modelos Cognitivos
• La taxonomía del módulo experto permite
una comunicación sistema-experto más
profunda.
• Los modelos llevan gran cantidad de tiempo
en el desarrollo.
• Las ciencias cognitivas: análisis cognitivo
de tareas, análisis de tareas, análisis de
razonamiento cualitativo.
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Modelos Cognitivos
• Consideraciones
– Qué componentes procedentes del análisis
cognitivo son importantes para el proceso
tutorial
– Con qué nivel deben ser presentados estos
componentes
– Cómo deben ser tartados los diferentes tipos de
conocimiento.
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Tipos de Conocimiento
• Para el módulo experto es importante
conocer el tipo de conocimiento:
– Procedimental: conocimiento que subyace a
una tarea.
– Declarativo: hechos que no guardan relación
con su uso.
– Cualitativo: habilidad del humano para simular
y razonar con respecto a procesos dinámicos de
forma mental.
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Representación del Conocimiento
• Es un formalismo que esta íntimamente
ligado:
– Con la técnica de detección de errores
– Intervención durante el proceso tutorial
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Representación del Conocimiento
• Formalismos para representar el
conocimiento:
–
–
–
–
–
Reglas de producción
Experto compilado
Redes semánticas
Marcos
Lógica de predicados
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El modelo de estudiante
• Contiene todos los datos del estudiante en
un instante dado. Esta información sirve
para:
– Diagnosticar los efectos del proceso tutorial
– Elegir el siguente tipo de tema de enseñanza
– Tipo de táctica a utilizar (enseñanza, o
remedial)
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El modelo de estudiante
• Consta de dos componentes:
– Base de datos: representa el comportameinto
del estudiante durante el proceso tutorial
– El proceso de diagnóstico que manipula a la
base de datos
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Dimensiones del espacio en el
modelo del estudiante
1. El ancho de banda
2. Tipo de conocimiento a ser enseñado
3. Diferencias entre el estudiante y el
experto
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El ancho de banda
• Se refiere a la entrada de diferentes tipos de
información.
• Se proponen tres diferentes niveles de
información autocontenidos en orden
decreciente
– Nivel 1 estados mentales
– Nivel 2 estados intermedios
– Nivel 3 estados finales
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Tipo de conocimiento a ser
enseñado
• Diferentes técnicas de tratamiento durante
el proceso tutorial de acuerdo al tipo de
conocimiento a ser enseñado:
– Procedimental
– Declarativo
– Cualitativo
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Diferencias entre el estudiante y
el experto
• Estan representadas por el modelo del
experto más:
– Una lista de los elementos que el estudiante no
tiene y el experto si (missing conception)
– Una lista de los elementos que el estudiante
tiene y el experto no (misconceptions)
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Diferencias entre el estudiante y
el experto
• Existen diferentes técnicas de
implementación:
– Overlay
– Archivos de errores
– Librería de errores hechas en partes
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Técnicas de diagnóstico
• Existen diferentes técnicas de diagnóstico de
acuerdo al tipo de conocimiento. VanLhen (1988)
propone 9 técnicas que se concentran en la tabla
siguiente, donde además se hace una
recomendación de uso de acuerdo:
– Al ancho de banda
– Tipo de conocimiento
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Tabla 1. Técnicas de diagnóstico propuestas por VanLehn (1988)
Tipo de
Conocimiento
Procedimental
no-ordenado
Procedimental
ordenado
Declarativo
Ancho de Banda
Estados Mentales
Seguimiento de
una Ruta (1)
Estados
Intermedios
Seguimiento
de Asuntos (5)
Reconocimiento
de un Plan (4)
Sistema Experto
(6)
Estados Finales
Encontrando
la Ruta (2)
Arbol de
Decisiones (7)
Generación y Prueba
(8)
Condición por
Inducción (3)
Generación y
Prueba (8)
Diagnóstico
Interactivo (9)
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Modulo tutorial
• Este módulo esta realcionado con:
– El diseño del curriculum
– Forma de enseñar ese curriculum
• Las intervenciones tutoriales
– Control sobre el curriculum y su secuencia
– Ser capaz de responder a preguntas hechas por
el usuario
– Darse cuenta de que el usuario necesita ayuda
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Aspectos centrales en el diseño
del módulo tutorial
•
•
•
•
Control sobre la selección y secuenciación
Estilo de aprendizaje
Estilo de la enseñanza
Tipo del dominiom de la TC
Estos aspectos estan intimamente ligados
durante el diseño del módulo
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Formas de control y
secuanciación en los SEIs
• Básicamente existen 3 tipos de control de
sistemas:
– Basados en reglas
– Basados en autómatas de estados pedagógicos
– Basados en planificación
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Sistemas basados en reglas
• Son aquellos que han sido construidos en
base a un sistema experto.
• Existen básicamente dos paquetes de reglas:
– Las que componen la base del conocimiento del
sistema experto
– Las encargadas del proceso tutorial
• Reglas para acumilar certeza (premisa)
• Reglas para seleccionar un procedimiento de
discurso (acción)
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Sistemas basados en autómatas
de estados pedagógicos
En este tipo de control el componente
encargado del proceso tutorial esta formado
por un conjunto de unidades de decisión
organizadas en tres niveles (pueden ser mas)
de planificación que refinan sucesivamente
las acciones del tutor.
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Niveles de decisión del componente
encargado del proceso tutorial
• En el nivel superior (Pedagógico)
– Se decide la frecuencia de interrupción al estudiante y
la frecuencia con que se verificará su conocimiento
• En el segundo nivel (Estratégico)
– Se refina la decisioón pedagógica en estratégia
especificando el método que se va a usar
• En el tercer Nivel (Táctico)
– Se selecciona una táctica para implementar la estrategia
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Componente encargado del proceso
tutorial
La implementación de este componente es
similar a una red de transición que se
atraviesa de estado a estado mediante una
rutina iterativa a través de un espacio de
caminos.
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Sistemas basados en
planificación
• Es un mecanismo de control para tutores de
cursos largos.
• Existen dos tipos de planificación:
– Estática
– Dinámica
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Sistemas basados en
planificación
El proceso de planificación consiste en decidir
el curso de una acción antes de que se
realice, y un plan es la representación del
curso de dicha acción
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Sistemas basados en
planificación
Un planificador es un programa que parte de
un estado inicial e intenta alcanzar el estado
final deseado mediante la aplicación de un
conjunto de operadores sobre los objetos
que componen el mundo en el que opera
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Sistemas basados en
planificación
• Un planificador incorpora una base de
conocimiento formada por:
– Operdores de cambio de estado
– Base de datos en la que se caracteriza el estado
final y los objetivos
– Un mecanismo de inferencia
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Sistemas basados en la
reactividad
• Estos sistemas implementan su
comportamiento en una arquitectura de
agentes (multagente)
• Los agentes tienen características reactivas
• Se distribuye el control entre los agentes
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Sistemas basados en la
reactividad
• Las caracteristicas de estos sistemas son:
– No existe un modelo exhaustivo del entorno
sobre el que el sistema pueda razonar
– El modelo sobre el que toma decisiones es el
mundo real
• El control de un sistema reactivo depende:
– De los objetivos de cada agente
– Interacción con el mundo real
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El estilo de aprendizaje
• Se refiere a la mejor forma de enseñar un
determinado dominio
• Existen cuatro estilos de aprendizaje que tienen
una correspondencia con las experiencias que se
tienen durante el proceso de aprendizaje:
– Activo vs. Vivir la experiencia
– Reflexivo vs. Reflexión
– Teórico vs. Generalización y elaboración de
hipótesis
– Pragmático vs. aplicación
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El estilo de enseñanza
• Representa la contraparte del aprendizaje y
debe ser diseñado de forma tal que saque
ventaja del estilo de aprendizaje.
• El proceso tutorial debe abordarse como un
proceso de comunicación más que como un
proceso de comunicación convencional
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El tipo del dominio
Se refiere a la diferencia que existe entre el
tipo de tutor: expositores y procedimentales
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El tipo del dominio
• Tutor expositor
El énfasis se encuentra en el conocimiento
factual y a partir de este conocimiento se
infieren las habilidades que pertenecen al
conocimiento declarativo
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El tipo del dominio
• Tutor procedimental
Se encargan de enseñar habilidades y
procedimientos, funcionan más como
entrenadores; mostrando el uso de habilidades a
través del desarrollo de problemas.
Dentro de su contenido se encuentran problemas
orientados a pruebas y practicas especiales.
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Curriculum
• El diseño del curriculum se aborda desde
dos perspectivas:
– Encontrar una adecuada representación para el
material a enseñar (relacionado con la
enseñanza y el módulo experto)
– Seleccionar y secuenciar ese material
(relacionado con el tipo de control)
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Curriculum
• Selección y secuenciación
– En los expositores el probelma es mantener la
coherencia en la presentación del material para
su posterior reflexión
– Los procedimentales además tienen el problema
de tener que ordenar las subhabilidades
integrantes de la habilidad objetivo y de
seleccionar correctamente los ejercicios y
ejemplos que reflejen ese orden
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El proceso tutorial (enseñanza)
Este preoceso cubre la presentación del
material, esto es, las formas de contestar
preguntas, y las condiciones y contenido de
la intervención del proceso tutorial.
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Métodos de presentación
• Estos métodos dependen:
– Tipo del dominio
– Objetivos que se desean alcanzar
• Los expositores: utilizan diferentes formas de
diálogo
• Los procedimentales: utilizan ejemplos y
ejercicios con entrenador
En la sigueinte tabla se concentra una propuesta de
estartégias de diálogo
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Tabla 2 - Estrategias de Diálogo de acuerdo a diferentes objetivos
instruccionales según Collins (Halff, 1988)
Objetivos Instruccionales
Estrategias
Enseñar hechos y conceptos
Separar hechos o conceptos
Explicar hechos o conceptos
Enseñar reglas y relaciones
Estrategias de selección
Trampear
Enseñar habilidades por
inducción
Ejercicios y ejemplos
orientados a mostrar las
subhabilidades
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Intervención Tutorial
• La intervención tutorial se necesita para mantener
el control de la situación durante el desarrollo del
proceso tutorial con el objeto de mantener al
usuario lejos:
– De un aprendizaje inapropiado o incorrecto
– De caminos fuera del objetivo de enseñanza
Automatizar este proceso implica diseñar reglas para
decidir la intervención o la no intervención, además
de formular el contenido de la intervención.
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Intervención Tutorial
• Existen básicamente dos formas para guiar
una intervención tutorial, comentadas como
técnicas de diagnóstico.
– Seguimiento de una ruta (Model-Tracing)
– Seguimiento de asuntos (Issue-Tracing)
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Intervención Tutorial
• Inervención con seguimiento de una ruta
– En este tipo de intervención se cuenta con los
caminos que podría elegir el usuario en la
solución de un problema
– Se revisa el comportamiento de ambos tratando
de emparejar el desarrollo del usuario con
alguno de los caminos posibles
– Cuando fracasa el emparejamiento interviene el
tutor
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Intervención Tutorial
• Intervención con seguimiento de asuntos
– Esta forma de intervención tutorial fue
desarrollada por Burton y Brown (1982) e
implementada en WEST.
– Las hbilidades o conocimientos a aprender se
les da el nombre de asuntos.
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Intervención Tutorial
• Cada asunto representa una teoría articulada.
Caracterizada por dos procedimientos
– El primer procedimiento: observador, evidencia. Se
le conoce como reconocedor de asuntos
– El segundo procedimiento: tiene a su cargo utilizar
la información recopilada en el modeo de estudiante.
Se le conoce como evaluador de asuntos
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Intervención Tutorial
• En el caso de WEST
– Se utilizó un tutor tipo entrenador
– Se ejecutaban todos los evaluadores
– A la ejecución de una mala jugada le subyace
una carencia de habilidad.
– La debilidad es comparada con las habilidades
necesarias para una buena jugada y encontrar el
error.
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Figura 2 - Modelo Tutorial con asuntos y ejemplos de Burton y Brown (1982)
Parte 1(a)
entorno del juego o entorno
de solución del problema
estudiante
experto del
sistema
desarrollo del experto en el
mismo entorno
desarrollo del
estudiante
reconocedores de
abstracciones de
asuntos
componente de
abstracciones del
estudiante
salida hacia el evaluador de
asuntos)
(
modelo diferencial
componente de
abstracciones
del experto
(salida hacia las reglas de selección
tutorial)
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Figura 2 - Modelo Tutorial con asuntos y ejemplos de Burton y Brown
(1982) Parte 1(b)
(entrada desde el modelo diferencia)
aspectos y ejemplos
elegidos de acuerdo a la
evaluador de
observación del tutor donde
asuntos
aspectos donde
el estudiante anda mal y
el estudiante
ejemplifican una mejor
esta mal
desarrollo en curso de
jugada o una buena solución
la solución o jugada
lista con asuntos que
del estudiante
ejemplifican mejores
reconocedor de
(entrada desde
jugadas o soluciones
asuntos
soluciones o jugadas
el modelo
del experto del
diferencial)
sistema
estrategias
reglas de selección
del tutor
tutorial
estructuras de datos o
procesos
desarrollo observado
consejos
entrada
salida
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explicación
de las
estrategias
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La interfaz
• Puente de comunicación entre el estudiante y el
sistema
• Unico medio físico para captar el desarrollo del
usuario
Actividades con enfoque de herramientas didácticas
• Medio para realizar las intervenciones
• Potencial de la de la interfaz con efectos de
multimedia.
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La ayuda
• Existen dos difernetes tipos de ayuda
– Ayuda del sistema: cuando el usuario la solicita
o se comenten errores
– Asistencia: mecanismos que permiten
desarrollar parte de la tarea o la totalidad de
esta; de forma tal que permite al estudainte
concentrarse en los aspectos que a el le
interesan.
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La ayuda
– Herramientas de poder: captura de decisiones y
acciones del usuario de que le permita reflexioanr
sobre ellas posteriormente
– Reactivo: son mecanismos que responden
inmediatamente a la acción del estudiante
– Modelado: el sistema desarrolla la tarea mientras el
usario observa
– Entrenador: se basa en la idea de un entrenador
deportivo; donde éste interrumpe al estudainte y le
sugiere o muestra el desarrollo correcto
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Multimedios y cognición
La Interfaz es tan importante que podríamos
pensar en ella en función de los sentidos
que captan el funcionamiento del sistema al
interactuar con él
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Los multimedios como
herramienta didáctica
• 25% de lo que escuchan
• 45% de lo que escuchan y lo que observan
• 70% de lo que escuchan, observan y
desarrollan
Argumentos fuertes para desarrollar interfaces
gráficas que incluyan multimedios como
medios didácticos
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El aprendizaje por asociación
(cognición)
• La memorización por asociación puede ser
mecanizada. (uso adecuado de multimediaprocedimental)
• El método de aprendizaje por asociación
depende del contexto de aprendizaje
– Modelar interfaces con fidelidad de display
(principiantes)
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El aprendizaje por asociación
(cognición)
Sin embargo, el hecho de que la asociación
juegue un papel importante en la forma de
ligar nuestros esquemas, no implica que sea
la mejor forma de impartir información y
conocimiento. Una evidencia indirecta
contra los metodos asocoaitivos es el éxito,
durante más de 500 años del libro
convencional y el desarrollo de la narrativa
por más de 1000 años.
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El aprendizaje por asociación
(cognición)
• Las desventajas a la reflexión anterior son:
– No existe respuesta inmediata al estudiante
– Los estudiantes son entes pasivos
– No se generan ejercicios de distintas
complejidades de acuerdo a la habilidad de los
estudiantes
Desventajas que se cnvierten en ventajas al
hablar de los SEIs
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La interfaz
– Pretende que la entrada de la información sea
robusta
– Permita flexibilidad en la entrada de
información sintetizada que se desprende de la
observación del desarrollo del usuario
– La información de salida debe ser rica =
deletreada al máximo
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Figure 3 - Software agents
classification
Topology
agents
Mobile
agents
Collaborative
agents
Interface
agents
Reactive
agents
Information
agents
Smart
agents
Hybirid
agents
Heterogeneous agent systems
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Agentes
• Existen diferentes tipos de agentes:
– Colaboradores : Negocian
– Interfaz : asistemte personal
– Móviles : recorren una red, interactuan con
– servidores externos, colectan información
– Reactivos : reaccionan al enttrono dinámico
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Agentes
– Información/internet : manejan, manipualan filtran
información que envían por red
– Inteligentes : tienen inmerso el aprendizaje y el
cambio de sus reglas durante el razonamiento
– Híbridos : construido por dos o más filosofías de
agentes
– Sistema heterogeneo : integrado por dos o más tipos
de agentes
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Aplicaciones recientes de
arquitecturas multiagente
• Girard, Gauthier y Levesque (1992). Todo en el
sistema es considerado como un agente incluido el
usuario. La actividad de enseñanza es modelada
como uan actividad cargada de oprtunism
• El Alami, de Arriaga y Ugena (1998). Donde se
propone un agente cognitivo dependiendo de la
complejidad de la acción. Elaborado en diferentes
niveles: reactivo, tactico y deliberativo
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Aplicaciones recientes de
arquitecturas multiagente
• Canout, Gouarderes y Sanchis (1999). Se
define un agente cognitivo como con base
en tres caracterisiticas:
– Mobilidad : capacidad de viajar por red
– Agencia : autonomía (grado de autonomía)
– Inteligencia : razonamiento, planificar y
aprendizaje (gardo)
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Aplicaciones recientes de
arquitecturas multiagente
• Cada agente cuanta con tres niveles de
comportamiento :
– Reactivo (feedback)
– Adaptatie (planning)
– Cognitive (decision)
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Aplicaciones recientes de agentes
pedagógicos
• Rickel y Johnson (1997)
– Desarrollaron un agente autónomo (llamado
Steve)
– Propósitos pedagógics
– Dentro de un entorno virtual de entrenamiento
– Para entrenamiento de procesos complejos o
sofisticados (funcionamiento de un motor)
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Aplicaciones recientes de agentes
pedagógicos
• Steve consta de dos componentes:
– El cognitivo : maneja el proceso cognitivo de
alto nivel
– El detector del funcionameinto del motor
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Aplicaciones recientes de agentes
pedagógicos
• El componente cognitivo interpreta el
estado del mundo virtual, lleva a cabo
planes y toma decisiones con respecto a las
acciones que observa
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Aplicaciones recientes de agentes
pedagógicos
• El componente referente a la detección del
motor esta representado por la interfaz de
Steve al mundo virtual, permitiendo al
componente cognitivo percibir el estado del
mundo virtual y ocasionar cambios. Steve
es visto como un ITS capaz de decidir
cuándo, cómo y qué decir.
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Aplicaciones recientes de agentes
pedagógicos
• Lester y Stone (1997) desarrollan un marco
para agentes representados por distintos
ocmportamientos de animación pedagógica,
de acuerdo a si son o no propicios en un
momento dado
• El derecho de hacerse presentes depende de
si son o no apropiados para una determinada
situación en curso con el usuario.
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Aplicaciones recientes de agentes
pedagógicos
• Los distintos comportamientos compiten por el
derecho a ser exhibidos. (parámetro de fuerza de
exhibición)
• Cuenta con un administrador de comportamientos
que incrementa o decrementa el parámetro de f-de
• En cada tic de reloj se le premia o penaliza de
acuerdo a si son o no propios para ese momento
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Aplicaciones recientes de agentes
pedagógicos
• El administrador analiza el puntaje entre
todos los elegibles.
• Evaluando parámetros
– historia de la solución del problema
desarrollada por el estudiante
– la historia del comportamiento del agente
• El más fuerte es exhibido
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Aplicaciones recientes de agentes
pedagógicos
• Posteriormente es marcado como exihibido
(f-d-e = 0) y continúa la competencia
• Los agentes estan implementados en un
entrno de psicología y biología
• Los comportamientos son representados por
un insecto que se llama Hernán
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Aplicaciones recientes de agentes
pedagógicos
• Los puntos importantes de esta implementación
son:
– Capacidad de generar distintos comportamientos
ad-hoc con motivos pedagógicos
– El mecanismo de administración de
comportamientos (premiarlos o penalizarlos) con
base en la comparación del desarrollo del problema
con los comportamientos ad-hoc para determinadas
situaciones
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Conclusiones
• En el desarrollo de cualquier sistema que
conlleve técnicas de inteligencia artificial se
presentan a nivel general dos problemas:
– No se toman en cuentan aspectos emocionales y
sociales
– Por lo tanto se trabaja con información
incompleta
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Conclusiones
• Evaluación
– Sólo se toman aspectos concretos
– Las técnicas que permiten la implmentación y
la evaluación provienen de campos como:
• La educación
• La psicología cognitiva
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