Guilly - Um Agente Pedagógico Animado para o AVEI
Luciane M. Fraga1,
Maria Augusta S. N. Nunes2 3, Leandro L. Dihl, Cristiane R.
Woszezenki, Lisiane Oliveira, Deise J. Francisco3,
Glaucio J. C. Machado3, Carmem
R. D. Nogueira3,
Maria da Glória Notargiacomo3
GPEAD -
Grupo de Pesquisa e Desenvolvimento da Educação à Distância
Departamento de Engenharias e Ciência da Computação
Universidade Regional Integrada – URI
Fone/Fax: 00-55-55-33137900
Resumo
A Inteligência Artificial (IA) constitui-se de uma das
áreas de maior interesse para a Informática na Educação, principalmente no
desenvolvimento de softwares educacionais. Nessa categoria inclui-se o AVEI,
caracterizado por um ambiente multiagente que objetiva orientar crianças com
relação à coleta seletiva do lixo. Utilizando a tecnologia de agentes,
propõe-se a modelagem e formalização de um agente pedagógico animado para
o AVEI, responsável por monitorar o aluno através de estratégias de ensino e
modelos de aluno.
Palavras-Chaves:
Agentes Pedagógicos,
Sistemas Tutores Inteligentes, Sistemas Multiagentes, Modelo de Aluno,
Estratégias de Ensino
1
INTRODUÇÃO
A Ciência da Computação vem sofrendo modificações
nas duas últimas décadas. Da mesma forma, a Inteligência Artificial na Educação
(AIED) vem seguindo a mesma linha.
Considerando este aspecto, a AIED [1] modificou seu
contexto individual para um contexto social colaborativo de resolução de
conflitos, identificando uma forte tendência em processos colaborativos entre
as partes envolvidas de um software. Ao trabalharmos com softwares educacionais
inteligentes as partes envolvidas são o tutor e o aluno, e a colaboração é
realizada entre tutor/aluno, aluno/aluno, tutor virtual/aluno.
Para que um software educacional seja considerado
eficiente, segundo John Self [2] ele deve modelar as capacidades cognitivas do
aluno e dessa forma fornecer instruções individualizadas e adaptáveis a ele. Um
software educacional nesse contexto é considerado um Sistema Tutor Inteligente
(STI) [3]. Assim, um STI deve incorporar um banco de modelagens específicas de
aluno e de estratégias de ensino vinculadas a estas modelagens. Segundo Paiva
[4], modelagem do aluno em um sistema pode ser considerada como uma
representação explícita de algumas características do aluno em particular, o
que capacita ao software educacional personalizar o ensino, transformando-o em
STI. O conhecimento trocado entre o aluno e o sistema depende do que há na
modelagem de aluno e nas estratégias de ensino. Um STI será mais eficiente à
medida que tiver uma base de modelo de aluno mais completa e estratégias de
ensino mais adequadas a determinada situação disposta no software. Conforme
Hietala [5], para que um STI forneça um aprendizado efetivo, além de modelar o
aluno corretamente e propiciar as estratégias adequadas, o STI tem de estar
incluso em um contexto social, trabalhando com agentes autônomos [6] em
cooperação com os alunos. Segundo Dimitrova [7], além de um sistema apresentar
modelos de aluno para comprovar suas características de adaptabilidade,
cooperação, apropriado feedback e ajuste do material instrucional, ele será
caracterizado por modelos de grupo e não mais de alunos, considerando
características de Sistemas Multiagentes.
Levando em consideração a categoria de Sistemas
Multiagente (SMA) em STI, de acordo com Hietala [5] os agentes são
representados por agentes de ensino (tutores) ou co-aprendizes, sendo divididos
em agentes reativos e agentes cognitivos. A principal característica destes
agentes é a capacidade de comunicação, iniciativa e autonomia. Estes agentes em
um grupo heterogêneo agentes/alunos aumentam a motivação do aluno frente ao
STI.
Atualmente, de acordo com Boulay [9], percebe-se um
grande problema nos softwares educacionais, devendo-se de alguma forma medir
como os humanos aprendem e então transpor isto aos STI construídos. Para isso
torna-se indispensável a construção de um tutor, ou seja, uma figura ou um
personagem que monitora a ação dos alunos durante a interação com o ambiente,
auxiliando e estimulando o processo de construção do conhecimento.
Em SMA, recentemente, surgiu uma nova linha de
agentes, os Agentes Pedagógicos Animados, que conforme especificações de
Johnson [8] fornecem características inovadoras, considerando-se como o mais
novo paradigma utilizado em ambientes educacionais (STIs).
A possibilidade de construir um software educacional
que realmente se preocupe com as deficiências particulares, contribua para
explorar as potencialidades e aumente a cognição de cada aluno é o que se
objetiva o projeto AVEI. Uma das formas encontradas para atribuir todas essas
características almejadas pelo AVEI é a utilização de um Agente Pedagógico
Animado.
Segundo Demazeau [10] a tendência é utilizar SMA e
Realidade Virtual (RV) de forma conjunta. Neste contexto, adaptamos à
construção de nosso Ambiente Virtual de Ensino Inteligente – AVEI [11, 12, 13,
14], tecnologias de STI, SMA, RV e Agentes Pedagógicos Animados.
O trabalho apresentado se justifica pelo caráter
tecnológico e científico que propõe enfatizando a incessante busca de novas
tecnologias ensino-aprendizagem para aplicação em STIs, onde destaca-se a
utilização de Agentes Pedagógicos Animados, beneficiando assim o nível do
ensino.
Este trabalho está organizado
da seguinte forma: a seção 2 descreve os Agentes Pedagógicos Animados; a seção
3 apresenta o ambiente AVEI; na seção 4 apresenta-se o Agente Pedagógico
Animado Guilly e seu comportamento no ambiente, sendo tratadas também as
considerações para estabelecer o perfil de aluno, referente a classificação em
relação ao tipo de lixo obtido no ambiente e sua seleção em uma das lixeiras e
as estratégias de ensino que serão utilizadas pelo Agente Pedagógico Animado no
AVEI, na seção 5 apresentam-se as conclusões e trabalhos futuros e na seção 6
citam-se as referências bibliográficas utilizadas.
2
AGENTES PEDAGÓGICOS ANIMADOS
O termo Agente Pedagógico Animado é recente e surgiu
devido ao grande número de implementações de sistemas direcionados a área
educativa que se utilizam do paradigma multiagentes, fornecendo uma melhor
interação e dinamismo para os ambientes.
Numa tentativa de construir um sistema que possa
tomar decisões sobre o que ensinar ou treinar ao aluno, dependendo do contexto
da interação e do estado do modelo de aluno, têm-se utilizado Agentes
Pedagógicos Animados, pois, para que um sistema seja pedagogicamente
competente, deve ser capaz de negociar suas decisões com o aluno e não apenas
impô-las [6].
Os Agentes Pedagógicos Animados são considerados personagens vivos que coabitam o ambiente de ensino
criando uma rica interação na aprendizagem face-a-face com o aluno. Essa
interação explora a comunicação, criando um ambiente de feedback interativo e
dinâmico.
O tutor de um STI deve fornecer feedback às ações
dos alunos. O Agente Pedagógico Animado pode fornecer feedback não verbal ou
feedback verbal para influenciar o aluno. O feedback não verbal ocorre através
de expressões faciais, gestos (linguagem corporal), enquanto que o feedback
verbal se dá através de mensagens. Também pode ocorrer uma combinação de ambas,
para influenciar/motivar o aluno. A habilidade de utilizar o feedback não
verbal ao invés de comentários verbais permite ao Agente Pedagógico Animado
fornecer alto grau de feedback ao aluno,
proporcionando um menor grau de distração. O feedback através de
expressões faciais pode ser preferível porque é mais sutil que um comentário
verbal.
A inserção de um Agente
Pedagógico Animado em um ambiente educacional é de fundamental importância.
Primeiro, devido ao fato do agente ser responsável pelo feedback entre o
ambiente e o aluno durante a interação. Segundo, por tornar a comunicação mais
eficaz, acompanhar o desempenho e exercer uma função que lhe é peculiar, guiar
o usuário. Finalmente, porque proporciona um diálogo mais agradável, divertido
e estimulante, permitindo assim um ganho de qualidade sob o ponto pedagógico.
Um fato relevante atualmente é
que ao trabalharmos com Agentes Pedagógicos é intrínseca a necessidade de
inovarmos quanto à interface implementada no software. O Agente Pedagógico
Animado como um agente autônomo deve ser capaz de afetar implicitamente o
ambiente em que está inserido, como também deve
ter conhecimento dele (percepção). Conforme Person [15], a tendência é que os
STIs incorporem Agentes Pedagógicos.
3 AVEI
– AMBIENTE VIRTUAL DE ENSINO INTELIGENTE
O AVEI é um software educacional desenvolvido para
crianças de 8 a 10 anos e pretende auxiliar na conscientização e construção do
caráter ecológico, no que diz respeito à Coleta Seletiva do Lixo.
O ambiente simula um bairro de uma cidade real, que
constitui-se de vários trajetos a serem seguidos pelas crianças entre a Escola
e sua residência. Em todos os trajetos, a criança poderá interagir e ter
contato constante com diferentes tipos de lixos, tendo assim um conjunto de
soluções cabíveis, a serem aplicadas na correta seleção do lixo.
Figura
1 – Ambiente AVEI
O ambiente trabalha em um contexto de
Realidade Virtual não imersiva, onde a criança tem a nítida sensação de
mergulho em um ambiente virtual. A ação do aluno no ambiente é proporcionada
através dos elementos do cenário, que é representado por casas, árvores, um
lago, vendedores de guloseimas, lixos espalhados pelo chão e as lixeiras para a
seleção adequada do lixo, como pode ser observado na Figura 1.
O software permite que o aluno permaneça 15
minutos no ambiente, podendo este tempo ser configurado.
A ação do aluno acontece em dois ambientes
diferenciados, considerados como ambiente externo e ambiente interno. Por
ambiente externo podemos considerar os caminhos que levam o aluno da Escola a
sua residência. Nestes caminhos o aluno se depara com diferentes tipos de lixo
já existentes no ambiente ou produzidos por ele próprio durante a interação com
o ambiente através da compra de guloseimas, refrigerantes, etc, nos vendedores
que se encontram nos caminhos. Por ambiente interno considera-se a residência
do aluno, onde também ocorre a interação com diferentes tipos de lixo, que
podem já estar no ambiente ou serem produzidos. Na residência, o aluno também
terá disponíveis lixeiras para a seleção do lixo encontrado e/ou produzido.
Para permitir o senso de localização do
aluno no ambiente, este dispõe de um mapa, conforme Figura 2.
|
|
Figura
2 – Mapa para localização do aluno
Os alunos são monitorados por um Agente
Pedagógico Animado chamado Guilly (Figura 3). O Agente Pedagógico Animado Guilly
fornece o feedback para o aluno através de dicas, expressões corporais e
faciais, sendo a sua modelagem o principal objetivo deste trabalho.
Figura
3 – Agente Pedagógico Animado GUILLY
Como o ambiente AVEI é lúdico, a forma
encontrada para que o aluno acompanhe seu desempenho é feita através de um
medidor, que conforme Figura 4, tem a forma de uma árvore. O medidor (árvore)
se desenvolve ou não dependendo da conduta do aluno no ambiente.
Figura
4 – Algumas fases do medidor de desempenho
Outro fator de extrema importância é o
zoom, que se encontra implícito no ambiente e é exibido quando solicitado pelo
Agente Pedagógico Animado, ou arbitrariamente pelo aluno. O zoom é usado para
demonstrar ao aluno o impacto ambiental referente ao tipo de lixo selecionado
incorretamente, após um determinado tempo. Dessa maneira, o zoom permite que o
aluno reflita sobre a ação executada, auxiliando assim, na construção do
conhecimento.
4
MODELAGEM DO AGENTE PEDAGÓGICO ANIMADO GUILLY NO AVEI
Um fator de extrema importância para um
software educacional é a necessidade de um ensino direcionado e focado ao
aluno. O ensino deve ser individualizado de forma que a aprendizagem seja
específica às dificuldades particulares de cada aluno. Uma forma encontrada
para fornecer o ensino personalizado foi a inserção de um Agente Pedagógico
Animado no ambiente AVEI que tem a sua comunicação efetivada através de
estratégias de ensino previamente direcionadas a modelos específicos de alunos.
O objetivo da inserção de um Agente Pedagógico
Animado no ambiente AVEI é a possibilidade de ganhos sob o ponto de vista
pedagógico, pois ele atuará como um tutor no processo de ensino-aprendizagem.
Segundo Oliveira [16], o Agente Pedagógico Animado
no ambiente AVEI é um agente cognitivo, pois possui autonomia, memória de ações
passadas, conhece seu ambiente e os agentes que se encontram inseridos nele,
tem condições de planejar o futuro e é pró-ativo. Os agentes cognitivos são baseados
em conhecimento, isso quer dizer que eles possuem um comportamento inteligente
frente a determinadas situações, tendo um conhecimento embutido, que pode ser
definido como “inteligência” de um agente.
No ambiente AVEI o Agente Pedagógico
Animado será representado por uma minhoca, personagem esse que foi escolhido
devido ao fato de ser um animal que está em contato com o lixo e não é nocivo à
saúde, que em pesquisa de campo foi batizada Guilly.
4.1 Pesquisa de Campo
No ambiente AVEI, o Agente Pedagógico
Animado Guilly será responsável por selecionar estratégias de ensino
segundo modelos de aluno específicos. Para a construção dos modelos de aluno
foi realizada uma pesquisa de campo com crianças na faixa etária de 8 a 10 anos
de três escolas com realidades sociais diferentes, para extrair aspectos
relevantes referentes ao caráter ecológico, desempenho, ritmo de aprendizado,
diante de determinadas atividades que foram realizadas. Esse trabalho resultou
na coleta de informações que serviram para a determinação de tipos de alunos e
a construção de estratégias de ensino que serão usadas pelo software.
As atividades aplicadas aos alunos foram:
passeio ao campus da Universidade (pois dispõe de lixeiras devidamente
identificadas como úmida e seca) onde consumiram alimentos, guloseimas,
refrigerantes; passeio ao lixão municipal e ao setor de separação de lixos, ou
seja, produtos que foram separados para reciclagem; confecção de um livrinho
ecológico, onde eles escreveram uma estória sobre o lixo; apresentação de um
filme e uma palestra falando sobre a problemática do lixo, a coleta seletiva e
a reciclagem; e também questionários aos alunos e aos pais.
A cada atividade realizada com as crianças,
dependendo se sua conduta foi ecologicamente correta em relação à coleta
seletiva, ela recebeu um bônus. O bônus foi representado como parte de uma
árvore (folha, caule, galho, fruto). As crianças, que ao final da pesquisa de
campo obtiveram a árvore mais completa receberam uma recompensa. Dessa forma,
pôde-se testar o estímulo produzido pelo medidor de desempenho. Também
realizou-se um “concurso” para a seleção do melhor nome para o Agente
Pedagógico Animado, que foi batizado de Guilly.
A pesquisa de campo serviu para identificar
as maiores dificuldades encontradas quanto à Coleta Seletiva do Lixo,
possibilitando assim o encontro das melhores formas (estratégias) de fazer com
que a criança construa realmente o conhecimento a cerca do domínio.
4.2 Modelos de Aluno
Os modelos de aluno construídos tomaram
como base a pesquisa de campo efetuada. O modelo proposto guardará informações
do aluno como os percentuais de acertos e a quantidade de vezes que o aluno fez
uso de determinado lixo para seleção; e sendo baseado em desempenho e em tempo.
A metodologia adotada foi a de que o aluno ao
iniciar a interação recebe como modelo de aluno o modelo ótimo, ou seja,
partimos do fato de que o aluno domina o assunto. Baseado em percentagem de
erros, no tempo de jogo, na quantidade de vezes que selecionou determinado lixo
e na quantidade de acertos cometidos com aquele material, é possível determinar
a permanência ou não desse modelo de aluno para o usuário.
Baseado nesses dados o aluno poderá ser
classificado em quatro tipos específicos de alunos, levando-se em consideração
o tempo de jogo de 15 minutos:
1.
Ótimo:
·
Acertos de
75% a 100% nas seleções da lixeira correta; ou
·
Apenas um
erro de seleção em um mesmo tipo de lixo;
2.
Médio:
·
Acertos de
50% e 75% nas seleções da lixeira correta; ou
·
Dois erros de
seleção em um mesmo tipo de lixo;
3.
Regular:
·
Acertos de
25% a 50% nas seleções da lixeira correta; ou
·
Três erros de
seleção em um mesmo tipo de lixo;
4.
Fraco:
·
Acertos de 0%
a 25% nas seleções da lixeira correta; ou
·
Quatro erros
de seleção em um mesmo tipo de lixo.
Deve-se salientar que essa classificação é
representada implicitamente, o usuário não tem conhecimento a respeito da
mesma. No entanto ela se torna necessária para que seja possível acionar a
estratégia de ensino mais apropriada e eficiente.
4.3 Estratégias de Ensino
O princípio fundamental para garantir a
qualidade pedagógica de um ambiente de aprendizagem é através do uso adequado
de estratégias de ensino.
As estratégias são meios pelos quais o
tutor auxilia o aluno na construção do conhecimento.
No AVEI, as estratégias de ensino serão aplicadas
pelo Agente Pedagógico Animado e adaptadas a cada modelo específico de aluno.
Para a seleção da estratégia mais apropriada é preciso levar em consideração o
estado cognitivo atual do aluno, seu nível de conhecimento e seu ritmo de
aprendizagem.
Segundo Oliveira [16], as estratégias
utilizadas pelo Agente Pedagógico Animado no AVEI, são divididas em seis
categorias: Expressões Faciais e Corporais; Dicas sobre o lixo; Mensagens de
Alerta; Questionamento; Zoom e Alertas sobre o medidor de desempenho. Alguns
exemplos são apresentados na Figura 5:
É importante salientar que se o aluno
estiver tendo boa performance, apenas utilizar-se-á expressões faciais e
corporais, como forma de não interferir no bom andamento do jogo. Em caso de
performance baixa, as estratégias devem ser reforçadas com o uso de expressões
faciais e corporais associadas às outras categorias acima citadas, oferecendo
ao aluno a possibilidade de descobrir contradições em seu conhecimento,
refletir e inferir corretamente sobre a sua ação no ambiente.
5
CONCLUSÕES PARCIAIS E TRABALHOS FUTUROS
O que se pretende é
construir um software educacional que permita que o aluno seja capaz de
construir o conhecimento a respeito do domínio de forma eficiente. O Agente
Pedagógico Animado é de fundamental importância quando utilizado em um STI, pois
provê características indispensáveis para a melhor construção do conhecimento
do aluno. Tais características são apresentadas como forma de personalização do
aprendizado através da aplicação de estratégias de ensino vinculadas a modelos
dinâmicos de alunos. As estratégias de ensino e o modelo de aluno são dinâmicos
no AVEI, ou seja, o modelo de aluno muda com a interação do aluno no software e
as estratégias de ensino são aplicadas de acordo com o modelo de aluno atual.
Isso demonstra um dinamismo muito maior ao software educacional.
Como
perspectivas futuras, realizar-se-á um estudo das técnicas de animação 3D para
serem aplicadas ao Agente Pedagógico Animado, como forma de explorar e aumentar
as formas de comunicação e ensino.
6
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