3 Curs Instruire Asistata

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ___________________________ NOTE DE CURS

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRENOTE DE CURS - MASTER, 2006

Diana Stefanescu

1


CUPRINS1. 2. 3. Sisteme informatice educaionale Caracterul pluridisciplinar al instruirii (inteligente) asistate de calculator Teorii ale nvrii 3.1. 3.2. 3.3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Perspectiva filozofic Perspectiva psihologic Perspectiva inteligenei artificiale

Sisteme educaionale clasice Tipuri de sisteme educaionale clasice Sisteme inteligente de instruire asistat Sisteme tutoriale inteligente Medii inteligente de instruire Ageni pedagogici

10. Alte metode de instruire mediate de calculator 11. Sisteme educaionale hipermedia 11.1. Sisteme hipertext 11.2. Sisteme multimedia 11.3. Sisteme hipermedia 12. Sisteme educaionale bazate pe tehnologia WWW 13.1. Stil cognitiv i navigaie n sistemele de instruire prin web 13.2. Sisteme adaptive de instruire prin web 13.3. Modele cognitive la sistemele de instruire prin web 13.4. Concluzii privind sistemele educationale bazate pe web 13. Standarde IEEE pentru instruirea asistat

Diana Stefanescu

2


1. SISTEME INFORMATICE EDUCAIONALEInstruirea asistat de mijloace tehnice constituie una dintre paradigmele fundamentale ale nvamntului din secolul al XX-lea. Odat cu creterea performanelor echipamentelor de calcul i cu cristalizarea unor noi abordri din tiinele educaiei (pedagogie, docimologie, psihologia comportamental i a nvrii), sistemele informatice educaionale au nceput s devin instrumente de lucru indispensabile unui nvamnt modern. Astfel, a aprut un nou domeniu tiinific interdisciplinar: tehnologii computerizate din educaie, domeniu care a cunoscut o dezvoltare exploziv n ultimul deceniu. Aceast dezvoltare este remarcabil nu numai datorit numrului mare de sisteme educaionale care sunt curent utilizate n procesul de nvmnt, ci i prin prisma calitilor acestor sisteme. Multe dintre sistemele informatice educaionale realizate n ultimii ani au fost construite pe baza unor modele teoretico-formale solide, ceea ce a condus la o sporire semnificativ a impactului i a eficacitii acestora. La sfritul secolului al XX-lea putem distinge dou direcii majore de dezvoltare pentru sistemele informatice educaionale (sisteme informatice de asistare a nvrii): sisteme clasice i sisteme bazate pe tehnicile inteligenei artificiale (sisteme inteligente de instruire).

2. DOMENIUL PLURIDISCIPLINAR AL INSTRUIRII ASISTATE DE CALCULATORProblematica mecanismelor proceselor de nvre a constituit un subiect de analiz si disput timp de milenii. Putem exemplifica aceast vechime prin existena unei teorii a nvrii a lui Platon. Conform teoriei sale expuse n dialogul Menon, cunotinele noastre sunt nnscute, procesul nvrii constituind, de fapt, un proces de reamintire. Problematica proceselor de nvare a stat n atenia mai multor discipline. Acest subiect a fost dezbtut n cadrul filozofiei, el fiind legat de problema mai general a surselor cunoaterii umane. nvarea este i unul din domeniile de mare interes al psihologiei. Pedagogia, pe de alt parte, este tiina care i propune s gseasc cele mai adecvate ci de a desfura un proces de instruire. n sfrit, dar nu n cele din urm, domeniul nvrii automate i al adaptivitii sistemelor educaionale din inteligena artificial au drept scop realizarea de sisteme artificiale care nva (necesitnd nelegerea mecanismelor nvrii umane) i se adapteaz nevoilor individuale ale celui instruit. Ca urmare, domeniul instruirii (inteligente) asistate de calculator este pluridisciplinar (figura 1).

3. TEORII ALE NVRIINu exist, n prezent, o teorie unanim acceptat asupra nvrii. Pentru a avea o imagine nuanat asupra nvrii, vom considera trei perspective: Perspectiva filozofic asupra surselor cunoaterii; Perspectiva psihologic asupra mecanismelor de nvare; Perspectiva inteligenei artificiale asupra modelrii proceselor de nvare.

Diana Stefanescu

3


FILOZOFIACe este cunoaterea EPISTEMOLOGIA Sursele cunoaterii -

PSIHOLOGIAAbordarea psihologic a mecanismelor proceselor de nvare

TIINELE EDUCAIEIStudiul agenilor implicai n procesul instruirii Proiectarea instruirii

INSTRUIREA (INTELIGENT) ASISTAT DE CALCULATOR

INTELIGENA ARTIFICIALnvare artificial (automat) Sisteme adaptive de instruire Simulare de comportament inteligent -

SCOP

-

Implementarea unor sisteme de instruire inteligente O mai bun nelegere despre cunoatere i procesele cognitive umane Modelarea cunoaterii

Figura 1. Caracterul pluridisciplinar al domeniului instruirii (inteligente) asistate de calculator

3.1. Perspectiva filozoficDac ne-am ndrepta atenia asupra celor mai vechi manifestri ale interesului pentru fenomenele mintale, le-am gsi n filozofia clasic, n cutrile lui Socrate legate de natura cunoaterii, dar i n gndirea modern, n argumentarea lui Descartes c existena sa ar putea fi dedus din capacitatea sa de a se ndoi. Unul din domeniile eseniale ale studiului filozofic este teoria cunoaterii. Spre deosebire de psihologia empiric (aceasta cerceteaz facultile si activitile mintale care intervin n constituirea cunotinelor), teoria cunoaterii consider cunotinele ca fiind date i se ntreab cum sunt ele posibile. n cadrul teoriei cunoaterii, o atenie deosebit s-a acordat, de-a lungul timpului, relevrii surselor cunoaterii. n acest sens, diversele sisteme filozofice pot fi ncadrate n dou mari abordri posibile: Sisteme care pleaca de la ideea c, de la natere exst un bagaj de cunotine n mintea uman; Sisteme care consider cunoaterea ca fiind dobndit empiric, prin procese de nvare din experiena de-a lungul vieii. Aceast disput este argumentat strlucit de Piaget i Chomsky . Piaget subliniaz c, dei nu crede n existena structurilor cognitive nnscute ale inteligenei, accept ideea c funcionarea inteligenei implic mecanisme nervoase de tipul reelei booleene; pornind de la ele, subiectul uman construiete pas cu pas structuri cognitive ct mai complexe. Piaget recunoate parial mecanismele variabilitii prezente n explicaiile biologiei contemporane, cu

Diana Stefanescu

4

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ___________________________ NOTE DE CURSmeninerea ideii sale de baz c aceste mecanisme sunt insuficiente pentru a explica geneza i evoluia comportamentului uman i animal. De aici, meninerea ideii sale directoare c starea iniial S0 (a nou-nscutului) este foarte puin structurat i c evoluia de la starea iniial S0 la starea final S7 este rezultatul nvrii, al construciei interioare. Piaget susine c exist o inteligen general uman care este apt s transforme n realitate potenele organizatoare elementare ale creierului uman, n diferite forme din ce n ce mai complexe (potrivit tezei minimul de performare, maximul de auto-organizare). Ideea de creaie, de producere a ceva nou, este, n acest caz, o dezvoltare a tezei general ontologice referitoare la evoluie prin complexificare. Piaget este adeptul teoriei organizaionale. Teoria piagetian apare ca o serie de modele statice, progresiv i ierarhic nlnuite, fr s dea socoteal de ceea ce determin trecerea copilului de la un stadiu la altul. Chomsky pornete de la afirmaia c, creierul omenesc este nzestrat de la natere - deci, n starea iniial de nou-nscut, S0 - cu o structur nervoas nalt specificat, avnd capacitatea de a realiza structuri lingvistice complexe. Mai mult dect att, el consider maturizarea creierului omenesc identic cu maturizarea celorlalte organe (inim, ficat), deci ideea de dezvoltare i construcie, cnd este vorba de limbaj, nu are sens. Maturizarea creierului este caracterizat prin developarea n sens fotografic a unor structuri deja existente (adic punerea lor n eviden ) i nicidecum prin dezvoltare sau nvare. Ca argument, Chomsky aduce faptele oferite de stadiul actual al cercetrii creierului uman: localizarea centrilor limbajului, care pledeaz pentru o astfel de specificare ereditar. Pornind de aici, el respinge teza inteligenei generale. ntre cele dou programe trebuie realizat o punte de legtur, n sensul nuanrii relaiei dintre nnscut i construit (nvat, dobndit). Fondul teoretic comun al teoriilor lui Chomsky i Piaget, l constituie antiempirismul lor, antiempirism care poate explica importana nruririi lor asupra psihologiei cognitive moderne i asupra psiholingvisticii. Departe de a fi n opoziie ireconciliabil, cele dou orientri reprezint o mpletire ntre aspectele nnscute i cele construite n activitatea uman. Chomsky pune accentul pe structurile lingvistice nnscute, iar Piaget- pe aspectele construite n nvare. Controversa nnscut sau dobndit nc nu s-a soluionat, ea constituind subiect de discuie nu numai n filozofie, ci i n alte tiine, printre care i inteligena artificial. Din punctul de vedere al cercetrilor prezentate n lucrare, rspunsul dat la controversa nnscut sau dobndit este foarte important, deoarece el este punctul de plecare al abordrilor n nelegerea mecanismelor nvrii. De exemplu, abordrile conexioniste din inteligena artificial se ncadreaz clar n cea de-a doua abordare, pe cnd sistemele bazate pe cunotine pleac de la prima. n cadrul lucrrii de fa, se face o opiune clar ctre prima abordare. n acest sens, este foarte sugestiv prerea filozofului M. Flonta: Aadar, pentru a nelege activiti mintale complexe, va trebui s studiem mai nti fiecare subsistem n parte, particularitile sale. Analogia dintre dezvoltarea biologic i dezvoltarea mintala conduce la punctul de vedere c mintea este organizat n faculti cognitive distincte, cu structuri specifice. Acest punct de vedere este opus principiului empirist, potrivit cruia cunoaterea ia natere din datele simurilor prin exercitarea unor mecanisme elementare i uniforme ale nvrii.

Diana Stefanescu

5


3.2. Perspectiva psihologicn psihologie, nvarea este una din principalele activiti umane studiate. Perspectiva din care este privit nvarea este dat de teoria psihologic luat n considerare (behaviorist, cognitiv sau constructivist). Teoria psihologiei behavioriste (comportamentale) Teoria psihologiei behavioriste (comportamentale) susine c nvarea const dintr-o modificare persistent a comportamentului persoanei care nva. Aceast teorie poate fi ncadrat n abordarea empiric asupra surselor cunoaterii, abordare conform creia nvarea const n stabilirea unor relaii ntre stimulii exteriori i reaciile (comportrile) celui care nva. n psihologie, acest mod de nvare (care a dominat prima parte a acestui secol) este denumita nvare asociativ sau nvare prin condiionare. Esena acestei teorii este contiguitatea spaial sau temporal a stimulilor care se autocondiioneaz. Aceast contiguitate care determin asociaii st la baza implementrii pe calculator a sistemelor de nvare automat. De exemplu, nvarea folosind reele neuronale pleac tocmai de la ideea stabilirii unor legturi fizice cu o pondere mare ntre stimuli i efecte. De asemenea, abordrile bazate pe reele semantice n reprezentarea cunotinelor pleac tot de la ideea stabilirii unor relaii nemijlocite ntre stimuli i efecte. Cercettorul american Thorndike propulseaz aceast teorie mult peste nivelul formulrilor anterioare. El susine c reflexele i instinctele, deprinderile i actele de gndire, toate, pot fi reduse i explicate n termeni de situaii (S), rspunsuri ( R ) i conexiuni (legturi asociative) care unific aceste situaii i rspunsuri. Termenul de conexiune, n accepia sa cea mai general, desemneaz tendina asociat unei anume situaii de a evoca un anume rspuns din infinitul registru al posibilitilor umane. Conform teoriei sale, toate procesele mentale constau n funcionarea conexiunilor nnscute i dobndite ntre situaii i rspunsuri. Fenomenul nvrii echivaleaz cu dinamica formrii unor conexiuni (achiziia de noi rspunsuri) i a schimbrii intensitii acestora (modificri n registrul rspunsurilor). Teoria nvrii condiionate nu poate explica ns toate procesele de nvare. Ea permite explicarea generalizrilor (care sunt vzute ca fiind reacii similare la stimuli similari), a diferenierii reaciilor la stimuli aparent similari (dar deosebii esenial), dar este o simplificare care nu are n vedere procesele cognitive, specifice gndirii; abordarea comportamental reduce gndirea uman la nite reflexe condiionate sau nu, neconsidernd bogaia universului psihic uman. Nici o cunoatere nu este datorat numai percepiilor, deoarece acestea sunt ntotdeauna dirijate i ncadrate n nite scheme de aciuni. Cunoaterea decurge din aciune. Teoria psihologiei cognitive Ca reacie la psihologia comportamental a aprut psihologia cognitiv. Abordarea cognitiv acord o atenie deosebit structurilor care stau la baza reprezentrii i prelucrrii cunotinelor n cadrul psihicului uman. Aceast teorie este fundamentat din mai multe puncte de vedere, privind nvarea ca pe un proces de achiziie i reorganizare a structurilor cognitive umane prin care omul dobndete, memoreaz i prelucreaz cunoaterea. Un sistem cognitiv este un sistem fizic care posed dou proprieti: de reprezentare i de calcul.

Diana Stefanescu

6

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ___________________________ NOTE DE CURSConceptele principale ale teoriei cognitive sunt: - Schemele cognitive (scheme mentale) structuri interne ale cunoaterii. Prin combinarea, extinderea sau modificarea acestora, se pot obine noi cunotine. Achiziia cunoaterii este descris ca o activitate mental. - Modelul de prelucrare al memoriei punct de plecare al modelelor ACT i SOAR este format din registrul senzorial de intrare, memoria de scurt durat i memoria de lung durat. - nvarea este privit ca o schimbare (tranziie) n spaiul cunoaterii. - Elevul este un participant activ la procesul de instruire. Psihologia constructivist Psihologia constructivist, iniiat de Barlett (1932) privete nvarea ca un proces prin care subiectul i construiete structurile de cunoatere pe baza percepiilor (concept din psihologia comportamental) i experienei sale, a cunotinelor anterioare, a schemelor mentale (concepte din psihologia cognitiv) i a credinelor despre interpretarea obiectelor i a evenimentelor. Conceptele de baz ale constructivismului evideniate de Merrill sunt: - Cunoaterea este construit pe baza experienei i a schemelor mentale anterioare; - nvarea constituie un proces activ de interpretare personal a lumii; - Negocierea semnificaiei, partajarea perspectivelor multiple asupra universului de discurs i schimbrile reprezentrii interne a cunoaterii prin colaborare favorizeaz nvarea; - Procesul de nvare trebuie situat ntr-un context real, iar testarea trebuie s fie o activitate integrat a acestui proces (nu o activitate separat). Primele dou principii conduc la abordarea constructivist cognitiv, iar ultimele dou la abordarea constructivist social. Datorit multitudinii de concepte comune dintre psihologia cognitiv i cea constructivist, unii cercettori consider c abordrile principale n psihologie se reduc la psihologia comportamental i la cea cognitiv. Ca o concluzie a celor prezentate anterior, teoria nvrii i a cunoaterii au cunoscut o multitudine de abordri. Nu trebuie s uitm ns faptul c o teorie a nvrii nu le exclude automat pe celelalte, fiecare reprezentnd n ultim instan un model explicativ al unei anumite laturi a procesului de nvare i nu a nvrii n general. Factorii stimulatori ai procesului de maturizare a cunoaterii au fost: capacitatea din ce n ce mai mare a calculatorului de a simula procese complexe de gndire, reactualizarea interesului n domeniul strategiilor folosite n rezolvarea problemelor dificile, demonstrarea existenei la animale a unor capaciti de raionament care desfid explicaia n termenii modelelor stimul-reacie, publicarea crii de mare rsunet a lui Ulrich Neisser, Cognitive Psychology (1967) i, nu n ultimul rnd, cercetrile lui Piaget n domeniul proceselor de gndire la copii i demonstraiile lui Chomsky privind anumite procese lingvistice. n realitate, teoriile nvrii de care dispunem sunt descriptive i nu prescriptive. Aceste teorii trebuie luate n considerare n orice sistem inteligent de instruire asistat de calculator. S sesizezi structura unui domeniu nseamn s-l nelegi n aa fel nct s poi face n mod contient legtura dintre acesta i multe alte lucruri. Pe scurt, a nva structurat nseamn a ajunge s nelegi relaiile dintre lucruri.

Diana Stefanescu

7


3.3.

Perspectiva inteligenei artificiale

n inteligena artificial s-au cutat modele care s explice procesele de nvare uman i au fost elaborate sisteme de nvare automat care caut s imite procesele cognitive umane. Prin descrierea aspectelor fundamentale ale inteligenei n termeni de grupuri, Piaget d teoriei inteligenei o orientare cibernetic. Piaget susine c n orice domeniu al gndirii constituite realitatea psihologic const n sisteme operatorii de ansamblu i nu n operaii izolate, concepute ca elemente anterioare acestor sisteme: aadar, numai n msura n care aciunile sau reprezentrile intuitive se organizeaz n asemenea sisteme, ele dobndesc natura de operaii. Structurile mentale de care vorbete Piaget sunt cu adevrat configuraii, dar nu sunt predeterminate i nici invariabile. n concepia lui Piaget, structurile psihice sunt ntotdeauna rezultatul unui proces evolutiv: ele evolueaz, se difereniaz, se complic, se coordoneaz i se nlocuiesc reciproc. Analiza acestor structuri i a legilor care guverneaz echilibrul lor sunt exprimate de axiomele grupului matematic: Existena unei legi de compoziie exprim posibilitatea coordonrii operaiilor: operaiile nu rmn izolate, ci se nlnuie n ansamble; Asociativitatea exprim capacitatea gndirii de a ajunge pe ci diferite la acelai rezultat; Condiia elementului neutru i a elementului invers exprim, de fapt, proprietatea general care caracterizeaz inteligena: reversibilitatea. (Actele senzorimotorii elementare i perceptive sunt compozabile, dar la nivelul lor nu se realizeaz echilibrarea perfect, caracteristic inteligenei, ntruct le lipsete reversibilitatea); Pentru sistemele calitative se adaug o a cincea axiom, postulnd c prin compunerea succesiv a unor elemente identice, caracterizate calitativ, obinem un element calitativ identic cu cele precedente. Prin descrierea aspectelor fundamentale ale inteligenei n termeni de grupuri, se d posibilitatea unei interpretri a proceselor cognitive superioare care s nu sacrifice nici dinamica, exprimat ntr-o infinit variabilitate a fenomenelor vii, i nici tendina acestora de organizare pentru instaurarea unor forme stabile, echilibrate, formalizate i axiomatizabile. n Tratatul de logic, Piaget adaug la conceptul de grup pe cel de reea sau latice care i servete la evidenierea unor noi caracteristici generale ale structurilor mentale. n timp ce grupul se refer, n special, la clase i clasificri, reversibilitatea lund aici forma inversiunii, reeaua se refer n special la relaii. ntre teoria inteligenei a lui Piaget i orientarea cibernetic exist o legtur intim prin schematizarea structurilor gndirii aa cum intervin acestea n conduitele intelectuale observabile psihologic. Convergenele ntre cibernetic i teoria operatorie a gndirii se pot stabili pe mai multe planuri: ntre structurile intelectuale i structurile cibernetice presupuse de orice modelare, ntre teoria operatorie a inteligenei i schemele de reglare, implicnd feedback-ul, etc. Piaget precizeaz n mod clar, c nu este vorba de reducerea gndirii naturale la modele formale, ci de descrierea structurilor naturale, mentale, prin aceste modele. Originea proceselor cognitive trebuie cutat, dup Piaget, n mecanismele adaptive, adaptarea fiind rezultatul unei echilibrri ntre asimilarea a ceea ce este dat la un moment dat la scheme anterioare i acomodarea acestor scheme la o situaie modificat. Primele teorii i sisteme implementate de instruire au avut n centrul ateniei psihologia comportamental.

Diana Stefanescu

8

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ___________________________ NOTE DE CURSSkinner a fost promotorul metodelor de instruire cunoscute sub numele de nvare programat (Programmed Learning). Skinner a inventat una din primele maini de nvare. Textul programat liniar i tehnicile intrinsece sunt exemplele cele mai simple de nvare programat. Acest gen de nvare era apropiat de nvarea individual. n realitate, colaborarea dintre un elev i un profesor uman este mult mai flexibil. Un mecanism cu programare prealabil, ns de alt gen, i datorm lui N.A. Crowder. Acesta subliniaz faptul c o funcie important a profesorului este s evalueze forele i slbiciunile elevului i s ia msuri adecvate pentru a remedia greelile incipiente, s furnizeze elevului elementele informaiei care i lipsesc, iar atunci cnd este nevoie, s-l ndrepte spre un nivel informaional ct mai avansat. Astfel, maina lui Crowder ine seama de caracteristicile individuale ale elevului. Programarea - n sistemele de instruire asistat - este n esen un proces de autoadaptare, care prin folosirea unui feedback ne conduce la inta dorit. Ultimul stadiu n ierarhia mainilor de nvare l constituie mainile capabile s se autoinstruiasc. Un profesor bun nu-i reproduce lecia ca un gramofon, ci este sensibil la nevoile variabile ale elevilor si. El posed numeroase strategii de predare pe care le folosete n mod adecvat, putnd s testeze i s dezvolte n decursul anilor arta predrii. n acest sens, putem aminti sistemele lui Smallwood, Coulson (1962). Dac mult timp teoriile de instruire au avut n centrul ateniei psihologia comportamental, cercetrile recente au demonstrat importana proceselor cognitive ale celui care nva. Procesele cognitive sunt aciuni mentale neobservabile, utilizate n manipularea informaiei. Ele nu sunt simple rspunsuri la evenimentele dintr-un mediu de instruire, sau un determinant intern complet al performanelor elevului. Noile teorii de instruire se bazeaz pe interpretrile cognitive ale procesului de nvare. Aceste teorii, cum ar fi teoria nvrii prin ntrebare (theory of inquiry teaching) a lui Collins, teoria achiziiei de deprinderi (theory of skill aquisition) a lui Anderson sau teoria flexibilitii cognitive (theory of cognitive flexibility) a lui Jonassen acord din ce n ce mai mult atenie raionamentelor elevului i activitilor de rezolvare a problemelor. Una din teoriile cele mai cunoscute asupra nvrii, folosite n inteligena artificial este cea propus de Anderson, pe baza arhitecturilor cognitive (ACT* - Adaptive Control of Thought). La baza acestuia st un sistem de reguli de producie care include 6 : o memorie de lucru n care sunt introduse fapte din lumea exterioar i n care iau natere aciuni ctre exterior; o memorie declarativ a cunotinelor pe care sistemul le folosete; o memorie procedural (de reguli de producie ) pentru cunotinele procedurale nvate i folosite n raionamente. Teoria i arhitectura lui Anderson care are la baz teoria psihologic cognitiv a fost folosit la implementarea mai multor sisteme inteligente de instruire n programare, n algebr i n geometrie. n aceast teorie se consider urmtoarele tipuri de nvare: nregistrarea declarativ de fapte din mediu n memoria de lucru i apoi n memoria declarativ sau procedural (de lung durat); ntrirea ncrederii n cunotinele memorate ori de cte ori acestea sunt folosite; compilarea cunotinelor prin formarea unei reguli noi prin proceduralizarea i compunerea mai multor reguli; generalizarea i diferenierea cunotinelor.

Diana Stefanescu

9

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ___________________________ NOTE DE CURSSOAR i ACT* sunt teoriile cognitive universal acceptate; scopul lor este s descrie numai aspectele achiziiei aptitudinilor sau deprinderilor, care sunt comune tuturor ndemnrilor. Totui, mecanismele SOAR i ACT* nu ne spun prea multe despre achiziia iniial de aptitudine a elevului. Domeniul nvrii asistate de calculator din inteligena artificial contribuie att la nelegerea mecanismelor nvrii, dar i la modelarea proceselor cognitive implicate. ntr-un sistem de instruire este necesar ca regimul de funcionare normal s alterneze cu regimurile de achiziie a cunotinelor i nvare automat (machine learning), care s permit dezvoltarea bazelor de cunotine implicate. Dup cum releva R. Michalski: n nvarea automat, nvarea este vzut ca un proces de automodificare a cunoaterii curente a celui care nva printr-o interaciune cu nite surse de informaii. Tot Michalski evideniaz rolul esenial al explicaiilor n procesele de nvare. Explicaiile pot fi: derivaionale (deductive); ipotetice (inductive). Explicaiile derivaionale sunt folosite n nvarea analitic, ducnd la restructurarea sau ntrirea cunotinelor existente. n cazul explicaiilor ipotetice, se consider o ipotez n conjuncie cu cunotinele existente pentru a genera noi cunotine. nvarea poate fi: analitic ( bazat pe explicaii sau bazat pe specificaii); sintetic ( prin exemple date de altcineva sau prin observaii fcute de cel instruit); empiric ( cunotinele existente sunt puin folosite); constructiv ( esenial bazat pe cunotinele existente). Exemple de nvare empiric n inteligena artificial sunt reelele neuronale sau algoritmii genetici, nvarea bazat pe explicaii fiind o nvare constructiv. Tot Michalski este cel care evideniaz mecanismele eseniale implicate n nvare:

deducie / inducie; generalizare / specializare; abstractizare / concretizare.

n prezent se ncearc integrarea tuturor acestor mecanisme n aa numita nvare multistrategic..

4. SISTEME EDUCAIONALE CLASICELa nceputul anilor 50, odat cu apariia primelor echipamente de calcul de uz comercial, s-a nscut ideea c acestea ar putea fi folosite n procesul educaional. Sistemele informatice dedicate nvrii care au fost dezvoltate i implementate n urmtorii ani au fost denumite clasice. Sisteme educaionale de tip clasic, care nu utilizeaz tehnicile inteligenei artificiale i care implementeaz o strategie pedagogic bazat pe nsuirea gradual a unor secvene de coninut instrucional, continu s fie elaborate i intens utilizate i n momentul de fa.

Diana Stefanescu

10

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ___________________________ NOTE DE CURSInstruirea asistat de calculator prin sisteme clasice este desemnat actualmente prin termenii: CAI (engl.: Computer Assisted Instrucion), instruire asistat de calculator; CAL (engl.: Computer Assisted Learning), nvare asistat de calculator; CBT (engl.: Computer Based Training), exersare-antrenare cu ajutorul calculatorului; CBL (engl.: Computer Based Learning), nvare cu ajutorul calculatorului. Menionm c sistemele educaionale clasice se vor desemna n continuare prin sintagma CAI/CAL, ncetenit n majoritatea lucrrilor de specialitate. Adesea ns, prin termenii CAI i CAL se desemneaz instruirea asistat de calculator n general, indiferent dac se realizeaz prin sisteme clasice sau inteligente. Sistemele educaionale CAI/CAL implementeaz o strategie pedagogic similar cu cea din instruirea programat, mai precis din programarea intrinsec, n care ramificarea st la baza modelrii procesului instrucional. Se poate spune c aceste sisteme sunt construite pe baza acelorai principii skinneriene privind nvarea, vzut ca o ntrire a unei conexiuni psihice ntre un stimul i rspunsul dat la el. Cu alte cuvinte, sistemul de instruire trebuie s verifice la fiecare pas rspunsurile date de utilizator i n funcie de corectitudinea lor, s-l conduc pe acesta pe un anumit traseu de nvare. Sistemul va include trasee (ramificaii) care trebuie parcurse n cazul n care rspunsul utilizatorului este incorect. Avnd n vedere aceste consideraii, modul tipic de desfurare al leciilor n instruirea asistat la un sistem educaional CAI/CAL poate fi descris prin urmtorul algoritm general (fig. 2.): 1. utilizatorului i se prezint o secven teoretic, urmat de probleme propuse spre rezolvare; 2. soluiile date de utilizator la probleme sunt comparate cu soluiile interne (considerate corecte) i sistemul transmite un feed-back corespunzator: 2.1. dac soluiile sunt corecte se trece la lecia urmtoare; 2.2. dac soluiile date de utilizator nu sunt corecte se lanseaz o procedur de remediere a erorilor acestuia, procedur care poate consta n: 2.2.1. prezentarea unui material teoretic mai detaliat despre noiunile n cauz; 2.2.2. propunerea unor probleme mai simple, prin a cror rezolvare utilizatorul s neleag mai bine sensul noiunilor prezentate n acea secven teoretic; 3. paii se reiau pn la parcurgerea complet a coninutului instrucional cuprins n sistem. Din diagrama prezentat n Figura 2 se pot observa punctele n care acest model poate fi extins, n scopul de a-l adapta la diferenele individuale care pot exista ntre utilizatorii unui sistem educaional: o analiz mai complex a erorilor fcute de utilizator pe parcursul secvenelor aplicative (de rezolvare de probleme) ar putea conduce la determinarea conceptelor greite (insuficient nelese) care au fost sursa producerii acelor erori; determinarea sursei erorilor, pentru fiecare utilizator n parte, ar putea implica un feed-back individualizat din partea sistemului: prezentarea unei secvene specifice de noiuni teoretice i de probleme, care s ajute la clarificarea conceptelor greit nelese. se poate imagina un criteriu mai flexibil de evaluare a rezultatelor obinute de utilizator n aplicaiile practice din cadrul leciilor: dac ele au fost rezolvate corect ntr-o anumit proporie, sistemul s permit trecerea la lecia urmtoare. Iniial, sistemele educaionale CAI respectau aproape ntru totul o diagram de lucru ca cea prezentata n figura 2., deoarece performanele echipamentelor de calcul nu permiteau diagnoza online i feed-back-ul difereniat. Treptat, datorit mbuntirii performanelor calculatoarelor (memorie i capacitate de prelucrare sporite), modelul pedagogic implementat de aceste sisteme educaionale a devenit din ce n ce mai complex i mai flexibil.

Diana Stefanescu

11


Leciile sistemului

Prezentarea noiunilor teoretice ale lecieiAciuni de remediere a erorii studentului

Prezentarea problemelor de rezolvat

Soluia corect stocat de sistem

Soluia dat de utilizator

Corect

Compar soluiile

Incorect

Legend: Elipse = cunotine ale sistemului CAI Casete = aciuni ale sistemului CAI

Figura 2. Diagrama etapelor instrucionale la un sistem CAI/CAL Sistemele informatice educaionale clasice, tradiionale (CAI/CAL), sunt actualmente cele mai rspndite i populare instrumente informatice pentru asistarea nvrii. Din punct de vedere pedagogic, sistemele educaionale clasice sunt considerate un tip particular de sisteme de nvare, n sensul c facilitez memorarea (nsuirea, nelegerea) unui complex de noiuni dinainte stabilit i nemodificabil. Aceste sisteme posed unele trsturi comune, indiferent de domeniul de cunoatere pentru care au fost destinate sau de tehnologia informatic utilizat pentru livrarea coninutului instrucional: toate strategiile pedagogice ale sistemului sunt predefinite; sistemul instrucional nu are abilitatea de a lua decizii autonome privind desfurarea procesului instrucional, indiferent de evoluia cognitiv a utilizatorului.; cunoaterea domeniului (n care se face instruirea) este stocat explict - n secvenele de lecii prezentate utilizatorului - sau implict - n scenarii formate din ntrebri i rspunsuri; cunoaterea domeniului nu se mbogete n urma interaciunii cu utilizatorul, materialul instrucional inclus iniial n sistem pstrndu-i nemodificate semnificaiile cognitive; modul predominant de interaciune cu utilizatorul este dialogul ghidat, ceea ce nu favorizeaz prea mult iniiativa liber a celui care se instruiete cu ajutorul sistemului; reaciile utilizatorului n interaciunea cu sistemul instrucional se consider cunoscute n mod anticipat; obiectivele instrucionale se limiteaz de cele mai multe ori la memorarea unor cunotine declarative sau a unor secvene de aciuni procedurale. O sintez a trsturilor caracteristice ale sistemelor educaionale este prezentat n Tabelul 1.1.

Diana Stefanescu

12


Tabelul 1. Sinteza - Caracteristici ale sistemelor educaionale clasice (CAI/CAL). Element caracteristic Implementare n sistemele educaionale clasice Teoriile clasice ale nvarii. Bazele formal-teoretice Principiile fundamentale ale pedagogiei. Prezentare vizual-expozitiv. Dialog interactiv. Metodele pedagogice Parcurgere ghidat a coninutului instrucional. Antrenament interactiv. Simulri n mediu virtual. Manipulare de obiecte abstracte. Funcionare dup scheme pedagogice predefinite. Strategiile pedagogice nvare prin imitaie. Metodele de instruire nvare prin rezolvarea de probleme. Precizarea obiectivelor instrucionale. Metodele folosite pentru Stabilirea task-urilor instrucionale pentru atingerea organizarea cunotinelor obiectivelor. Definirea sub-taskurilor. domeniului de instruire Stabilirea coninutului corespunztor fiecrui (sub)task. Modelul utilizatorului (modelul Predefinit. Scheme bivalente de modelare comportamental. student) Evaluri cantitative. Metode de evaluare a Comparaie cu un nivel de performan prestabilit. cunostintelor Structura orientat ecran. Structura sistemului Practic, orice domeniu de cunoatere uman. Domeniile de instruire Programatori. Psihologi, pedagogi. Echipa de realizare Calculatoare personale, limbaje de programare uzuale. Mijloace hardware-software Sisteme-autor. Tehnologii informatice moderne. Analiznd sistemele educaionale clasice realizate n ultima decad, se pot face cteva constatri generale privind evoluia acestora: se poate observa o continu mbuntire a performanelor sistemelor educaionale CAI/CAL, prin aportul adus de noile tehnologii informatice; tehnicile multimedia-hipermedia, tehnologiile Internet de acces i prezentare a informaiei, sunt ncorporate n momentul de fa n majoritatea sistemelor educaionale clasice. Prin utilizarea acestor tehnologii s-au obinut rezultate spectaculoase n perfecionarea modelelor de interaciune om-main i s-au deschis perspective importante privind generalizarea instruirii asistate de calculator prin sisteme educaionale de tip CAI/CAL. O meniune special trebuie facut n privina tehnologiei Web, specific Internetului. Valenele instrucionale ale acestei tehnologii au fost sesizate nc de la apariia sa. Prin pagini Web poate fi livrat utilizatorului o mare cantitate de informaii, ntr-un format de prezentare multifuncional i cu aspect prietenos. Tehnologia Web permite includerea n paginile oferite utilizatorului a unor elemente de grafic, de grafic animat sau a unor secvene audio, care pot facilita procesul de nvare. Prin elementele interactive existente n pagini, utilizatorul poate naviga prin coninutul instrucional sau poate chiar manipula diverse obiecte abstracte. Prin tehnologia Web sunt dezvoltate actualmente un numr covritor de sisteme CAI/CAL, att pentru instruire ct i pentru prezentare sau informare.

Diana Stefanescu

13


5. TIPURI DE SISTEME EDUCAIONALE CLASICEDac se analizeaz sistemele educaionale CAI/CAL actuale, se poate observa o difereniere tipologic destul de clar ntre ele. O clasificare a sistemelor CAI/CAL se poate efectua dac se ia n considerare combinaia a dou criterii: arhitectura (structura) intern a sistemului educaional; scopul pentru care sistemul de instruire a fost proiectat. Pe baza acestor criterii se pot distinge urmtoarele clase de sisteme CAI/CAL (fig. 1.2): Manualele on-line de utilizare; Sisteme hipermedia; Tutoriale clasice.Cunostine referitoare la o activitate precis

Metode de prezentare

Metode de instruire

Interaciunea cu utilizatorul

Metode de evaluare

Hipertext

nvare prin imitaie

Manuale on-line de utilizare

Prin limbaj de comenzi

Hipertext i multimedia

Ghidarea utilizatorului

Sisteme hipermedia

Prin ob. multimedia i de navigare

Cantitative. Teste gril

Tehnologii Web Multimedia

Rezolvarea de probleme

Tutoriale clasice

Prin dialog interactiv

Cantitative. Exerciii, Probleme

Cunotine declarative, scheme procedurale

Cunotine specifice unui domeniu

Modele comportamentale predefinite

Figura 3. Tipuri de sisteme educaionale CAI/CAL. Manualele on-line de utilizare ale aplicatiilor informatice au urmtoarele trsturi definitorii: nsoesc orice produs informatic modern; sunt destinate s instruiasc utilizatorul n privina modului de folosire a unor instrumente informatice destinate desfurrii unor activiti computerizate bine precizate (procesare de texte, calcul tabelar, grafic, proiectare asistat, etc); mediaz nvarea prin imitaie i favorizeaz transferul de competen; folosesc - de regul - hipertextul ca form de prezentare a coninutului informaional; utilizatorul poate s nvee, pornind manualul on-line, s foloseasc un produs informatic n desfaurarea unor activiti care nu au fost prevzute de creatorii acestuia.

Diana Stefanescu

14

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ___________________________ NOTE DE CURSSistemele hipermedia pentru instruirea asistat: combina hipertextul cu elemente de multimedia (grafic, grafic animat, sunet, obiecte interactive, realitate virtual); folosesc ca metod instrucional ghidarea utilizatorului pe traseul instrucional, dar permit i navigarea liber n spaiul virtual de lecii; folosesc (cel mai adesea) tehnologia Internet-WWW pentru diseminarea i prezentarea coninutului instrucional; acestea pot fi livrate i sub form de sisteme autonome, care pot fi utilizate de o singura persoan la un moment dat; subiectele prezentate pot fi din domenii extrem de diverse: medicin, geografie, chimie, nvarea limbilor strine, domeniul cultural-artistic (pictur, muzic), etc. Tutorialele clasice pot fi caracterizate astfel: reprezint n mod explict cunotinele care vor fi furnizate spre nvare utilizatorului; verificarea nsuirii noiunilor prezentate n lecii se face prin ntrebri, exerciii i probleme (metoda pedagogic implementat cel mai adesea de aceste sisteme este nvarea prin rezolvare de probleme); sunt elaborate n scopul atingerii unor obiective instrucionale bine precizate, nivelul performanelor utilizatoruluise fiind estimat prin evaluri cantitative; folosesc tehnologia Web pentru accesul la coninutul instrucional, n combinaie cu sisteme aplicative pentru testarea/evaluarea cunotinelor (scripturi CGI, servlei); Majoritatea produselor informatice complexe sunt nsoite actualmente de tutoriale clasice, care sunt destinate instruirii privind modul de utilizare al produsului informatic respectiv. Sistemele educaionale CAI/CAL, din cele trei categorii menionate anterior, domin n momentul de fa (din punct de vedere numeric) domeniul instruirii asistate de calculator. Considerm c ele vor mai fi utilizate n continuare nc multa vreme, ca instrumente eficiente de asistare a procesului uman de instruire n cele mai variate domenii de cunoatere. Dintre sistemele CAI/CAL, tutorialele au cunoscut o continu perfecionare n ultimii ani, ca urmare a activitii concertate a unor colective importante de informaticieni i educatori. Prin aplicarea celor mai noi cercetri din psihologie privind mecanismele nvrii umane, s-a ajuns la o rafinare a metodelor pedagogico-instrucionale implementate de aceste sisteme, cu un impact major asupra eficienei lor. n acelasi timp, printr-o abordare tiinific a problematicii domeniului, s-a ajuns la elaborarea unor modele conceptual-arhitecturale consistente. Aceasta a avut ca efect realizarea unor tutoriale CAI/CAL cu funcionaliti multiple. Nu trebuie uitat nici aportul adus de finanrile substantiale de care au beneficiat unele proiecte de dezvoltare a sistemelor CAI/CAL (ARIADNE, WebCT .a.). Aceste finanri au aprut odat cu nelegerea de ctre instituiile publice i private a importanei sociale i a beneficiilor aduse de instruirea asistat de calculator. Aceste trei elemente au condus la realizarea n ultimii ani a unor sisteme CAI/CAL foarte eficace, care mbin noile abordri din psihologia cognitiv i comportamental cu tehnologiile informatice cele mai avansate.

6. SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ASISTATSistemele inteligente de instruire asistata au aparut n momentul cnd au inceput s fie sesizate limitarile sistemelor educaionale clasice. S-a constatat ca la sistemele CAI/CAL ramineau nerezolvate o serie de probleme importante, chiar i atunci cnd erau folosite cele mai avansate metode

Diana Stefanescu

15

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ___________________________ NOTE DE CURSpedagogice sau tehnologii informatice. Printre cele mai dificile probleme cu care s-au confruntat realizatorii de sistemelor educaionale clasice, se pot mentiona: problema alegerii, pentru fiecare utilizator al sistemului, a secventei optimale de instruire; modificarea dinamica, n funcie de evolutia utilizatorului, a strategiilor pedagogice aplicate de sistemul informatic educaional; anticiparea, diagnosticarea i intelegerea cauzei erorilor utilizatorului; acceptarea raspunsurilor corecte, dar neasteptate; dialogul n limbaj natural cu utilizatorul. Sisteme educaionale clasice s-au produs i se produc n continuare, chiar dac limitarile lor sunt uneori evidente. Datorita eficientei pe care o dovedesc n anumite contexte instrucionale, precum i a altor avantaje (dintre care nu trebuie neglijat efortul de realizare, oarecum mai mic), sistemele educaionale clasice nu au fost abandonate n favoarea celor inteligente. Se poate constata ca practic, dup anii 70, cele doua tipuri de sisteme educaionale s-au dezvoltat n paralel, fiecare fiind destinat unor cerinte i necesitati instrucionale specifice. Primele tentative de elaborare a unor sisteme inteligente de asistare a nvrii (sisteme educaionale care utilizeaz tehnici ale inteligenei artificiale) se situeaz n epoca de glorie a sistemelor expert. Proiectate iniial pentru calculatoare de tip main-frame sau pentru minicalculatoare, toate aceste prime aplicaii inteligente pentru instruire aveau dou trsturi comune: necesitau o mare putere de calcul i i propuneau s imite expertul uman (profesorul), mai degrab dect s modeleze procesul de instruire dup caracteristicile elevului. Aceste prime sisteme inteligente pentru asistarea nvrii sunt considerate interesante n primul rnd ca aplicaii practice ale inteligenei artificiale, dect ca sisteme educaionale de valoare. Dezvoltrile teoretice pentru domeniul IA-ED (Inteligena Artificial n EDucaie) au aprut mai trziu, n momentul n care eecurile sau limitrile acestor sisteme au demonstrat c nvarea i predarea sunt procese att de complexe, nct sunt extrem de dificil de modelat cu ajutorul unor sisteme artificiale (fie ele i inteligente!) fr suportul unor modele teoretice fundamentate tiinific. Domeniul sistemelor inteligente pentru asistarea instruirii a fost desemnat prin termenii ICAI (engl.: Intelligent Computer Aided Instruction) sau echivalent ICAL (engl.: Intelligent Computer Aided Learning) sau IES (engl.: Intelligent Educational Systems). Trebuie precizat c toate sistemele inteligente pentru asistarea instruirii au un element comun, anume un model stuctural general care a fost implementat (fie n ntregime, fie parial) n arhitectura intern a acestora. Acest model structural, descris de cercettorii Hartley i Sleeman nc din 1973, are urmtoarele componente arhitecturale (Fig. 4.): cunoaterea domeniului (modelul expert sau modelul domeniului), care reprezint cunotinele din domeniul de instruire ce sunt nglobate n sistemul inteligent; cunoaterea studentului (modelul student), care reprezint totalitatea cunotinelor din domeniul de instruire pe care sistemul instrucional inteligent presupune c le posed utilizatorul; de multe ori modelul student ncearc s fac o caracterizare mai extins a utilizatorului (preferinele sale, evoluia s cognitiv sau reaciile afective ale acestuia n urma interaciunii cu sistemul instrucional); cunoaterea pedagogic (modelul pedagogic sau modelul instrucional), care reprezint strategiile instrucionale incluse (explict sau implicit) n sistemul inteligent de nvare. Modelul stuctural anterior a rmas neschimbat pn n momentul de fa i poate fi decelat aproape la toate sistemele inteligente pentru instruirea asistat, inclusiv la cele mai moderne, de tip agent

Diana Stefanescu

16

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ___________________________ NOTE DE CURSpedagogic autonom. Pe baza acestui model intern comun s-a construit o ntreag varietate de sisteme educaionale inteligente, utilizabile n diverse contexte instrucionale.

Modelul domeniului

Modelul student

Modelul pedagogic

Figura 4. Componentele unui sistem educaional inteligent

Tabelul 2. Caracteristicile generale ale sistemelor de instruire inteligente. Element caracteristic Implementare n sistemele inteligente de instruire Teorii ale nvrii din tiinele cognitive. Bazele formal-teoretice 1. Modele formale din inteligena artificial. Prezentare vizual-expozitiv. Metodele pedagogice 2. Dialog interactiv. Parcurgere ghidat. Antrenament interactiv. nvare prin experimentare. Simulri n mediu virtual. Manipulare de obiecte abstracte. Funcionare dup scheme pedagogice 3. Strategiile pedagogice dinamice, individualizate. nvare prin dialog. Metodele de instruire 4. nvarea prin rezolvarea de probleme. nvarea prin descoperire i explorare. Tehnicile din inteligena artificial pentru 5. Metodele folosite n organizarea reprezentarea cunotinelor n structuri de cunotinelor domeniului de date. instruire Construit dinamic. Modelul utilizatorului 6. Scheme de modelare comportamental. (Modelul student) Evaluri calitative. 7. Metode de evaluare a cunotinelor Structura orientat ecran. Realitate virtual. 8. Structura sistemului de instruire Domenii de cunoatere formalizabile prin Domeniile n care se face instruirea 9. tehnicile inteligenei artificiale. Experi n inteligena artificial. 10. Structura echipei care realizeaz Informaticieni. Psihologi. Pedagogi. sistemul Calculatoare personale, limbaje de programare 11. Mijloace hardware-software uzuale sau specifice inteligenei artificiale: LISP, PROLOG. Sisteme-autor. Tehnologii informatice de ultima or. Dac se analizeaz dezvoltrile din ultima decad, este destul de dificil s se efectueze o delimitare net ntre clasele de sisteme inteligente pentru instruirea asistat. Vom enumera totui principalele categorii de sisteme care populeaz, n momentul de fa, acest domeniu i vom meniona terminologia utilizat pentru desemnarea lor.

Diana Stefanescu

17

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ___________________________ NOTE DE CURSPrincipalele clase (categorii) de sisteme inteligente de instruire, cu denumirea lor abreviat, sunt urmtoarele (Figura 1.4.): ITS (Intelligent Tutoring Systems), tutoriale inteligente; ILE (Intelligent Learning Environments), medii de instruire inteligente; o subcategorie a acestora sunt microlumile (engl.: Microworlds); CSCL (Computer Supported Collaborative Learning), i CSCW (Computer Supported Collaborative Work), medii de instruire inteligente pentru nvarea prin colaborare; PAA (engl.: Pedagogical Autonomous Agents), ageni pedagogici autonomi.

Metode de prezentare

Metode de instruire

ICAI

Interaciunea cu utilizatorul

Metode de evaluare

nvare prin Conversaional rezolvare de iconic probleme

Sisteme tutoriale inteligente

Prin dialog interactiv

Cantitative, calitative

Special proiectate

nvare prin descoperire

Medii inteligente de instruire

Prin manipulare de obiecte abstracte

Calitative

Multimedia, Experimentare, rezolvare de realitate probleme virtual

Ageni pedagogici autonomi

Dialog interactiv, manipulare de ob. abstracte

Calitative

Cunotine explicite sau implicite, scheme procedurale

Modele comportamentale individualizate

Figura 5. Tipuri de sisteme educaionale inteligente.

7. SISTEME TUTORIALE INTELIGENTEParadigma sistemelor tutoriale inteligente, care a aprut n anii 70, a dominat domeniul ICAI n decada 80-90. Ea are legatur cu puternica dezvoltare n acest deceniu a sistemelor bazate pe cunotine, denumite sisteme expert. Ideea pe care se bazau aceste sisteme poate fi exprimat astfel: un sistem expert rezolvitor de probleme, dotat cu o baz de cunotine explicite, ar putea fi folosit i n alt context dect cel pentru care a fost construit, anume n procesul de nvmnt, la instruirea novicilor. Dac prin adugarea unor module specializate s-ar putea asigura transferul cunotinelor (i deci a competenei) de la expertul ntr-un domeniu ctre novici, atunci sistemul inteligent ar capta valene educaionale.

Diana Stefanescu

18

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ___________________________ NOTE DE CURSAceast viziune a condus la edificarea unei structuri arhitecturale tipice pentru sistemele tutoriale inteligente, structur alctuit din patru macro-componente interdependente: modulul pentru reprezentarea cunotinelor unui domeniu, denumit iniial modulul expert, desemnat ulterior prin expresia modelul domeniului; modulul pentru reprezentarea cunotinelor despre utilizator, denumit modelul student; modulul tutorial sau pedagog, care deinea cunotinele despre stategiile pedagogice; modulul de interfa, care era uneori inclus n modulul tutorial. Proiectarea modulelor tutorialului (cu precizarea funciunilor lor i a legturilor dintre ele) precum i integrarea acestora ntr-o arhitectur software unitar i coerent, a implicat, pentru realizatori, rezolvarea unor probleme destul de dificile. S-a dovedit n acest astfel c domeniul ICAI constituie un cmp extrem de interesant pentru aplicarea tehnicilor Inteligenei Artificiale, fie c este vorba de reprezentarea cunotinelor, de modelarea raionamentului, de achiziia de cunotine sau de comunicarea om-main. Pe de alt parte, problemele cu care s-au confruntat proiectanii sistemelor tutoriale au condus la evoluia ideilor i au artat c domeniul ICAI este n mod fundamental un domeniu interdisciplinar. Proiectarea tutorialelor inteligente a nceput s fie realizat pornindu-se de la teoriile psihopedagogice ale nvarii. Ca urmare, funciunile acestor sisteme vor furniza suportul pentru interaciuni mai complexe i mai variate, interaciuni care ar favoriza (conform teoriilor psihologice-pedagogice) procesul de instruire. Arhitectura noilor sisteme tutoriale va reflecta aceste evoluii i, ca urmare, va cuprinde urmtoarele componente principale (fig. 6): un sistem expert n domeniu, care deine cunotinele domeniului de instruire; un sistem expert n pedagogie, a crui baz de cunotine cuprinde strategiile de instruire i criteriile de selecie ale acestora; mecanismul de alegere (selectare) al unei anumite strategii pedagogice se va declana n anumite contexte, cum ar fi evoluia dialogului student-sistem, stadiul atins n rezolvarea unei probleme sau evoluia generala a utilizatorului pe parcursul procesului intrucional; un sistem expert pentru construirea profilului cognitiv al utilizatorului, a crui baz de cunotine conine o descriere a ceea ce tie (sau ceea ce tie s fac) utilizatorul i o reprezentare a evoluiei acestuia pe parcursul procesului de instruire; un modul de interfa i de dialog convivial. O atentie deosebita a fost acordata modelului student (modelului utilizatorului). La un tutorial inteligent modelul student trebuie s conin un ansamblu de informaii-cunotine despre utilizator, n principal privind nivelul su de cunoatere asupra domeniului (modelul epistemic) dar i referitoare la interaciunile sale cu tutorele artificial sau la etapele parcurse n instruirea asistat. Aceste informaiicunotine sunt eseniale pentru adaptarea dinamic i individualizarea interveniilor tutorelui artificial n interaciunile sale cu utilizatorul. Pornind de la considerente pragmatice, au fost elaborate n timp mai multe modele student, bazate n majoritatea lor pe raportarea cunotinelor utilizatorului la cunotinele domeniului de instruire care sunt incluse n modulul expert. Aceste modele ale utilizatorului au fost ulterior folosite i n cadrul altor tipuri de sisteme de instruire asistat (Fig 6).

Diana Stefanescu

19


Sistemul expert n domeniul de instruire EXPERT

Sistemul expert pedagog TUTOR

Modulul de dialog cu utilizatorul INTERFA

Sistemul expert pentru modelul student MODELUL STUDENT

TUTORIAL INTELIGENT

Figura 6. Componentele unui tutorial inteligent. Modelul overlay (submulime) pornete de la ideea c utilizatorul deine o parte din cunotinele incluse n baza de cunotine a expertului; aceast metod se mai numete i expertiza parial i se bazeaz pe incompletitudinea cunotinelor utilizatorului. Nivelul de cunoatere al utilizatorului este apreciat de obicei pe baza unor note (coeficieni numerici), care ncearc s exprime raportul dintre ceea ce tie utilizatorul i ceea ce cunoate expertul. Modelul student ncearc s capteze n acest caz suma cunotinelor corecte (dar incomplete) ale utilizatorului i s regleze cursul instruirii ctre minimizarea diferenei dintre cunotinele utilizatorului i cele incluse n sistem. Acest model are dezavantajul c nu capteaz toate sursele erorilor utilizatorului, erori care nu se datoresc ntotdeauna unei cunoateri incomplete (pariale) ci i unei cunoateri incorecte a unor noiuni, concepte sau regulariti specifice domeniului (misconception). Modelul diferenial (buggy model) ncearc s rezolve problema cunotinelor incorecte ale utilizatorului, contabilizndu-le, n scopul remedierii ulterioare. Aceste cunotine incorecte sunt raportate la o biblioteca general de erori (posibile), tutorialul deinnd i piesele de cunoatere specifice care trebuie furnizate utilizatorului n cazul n care acesta a efectuat o anumit eroare (care se gsete stocat n biblioteca). n cazul tutorialelor care utilizeaz un astfel de model al studentului, ncrcarea biblioteci ct mai ample de erori constituie o activitate destul de laborioas i costisitoare. Acest model se bazeaz, ca i modelul overlay, pe supoziia c ceea ce tie utilizatorul constituie un subset a cunoaterii domeniului pe care o deine expertul. Modelul perturbaiilor este cel mai sofisticat dintre cele utilizate de tutorialele inteligente. n acest caz cunotinele i credinele utilizatorului nu mai sunt considerate ca fiind un subset al cunotinelor expertului. Cunoaterea utilizatorului nu mai este inclus n cea a expertului, ci se consider c acesta ar deine anumite cunotine care difer de cele ale expertului, dar care sunt n esen eronate. Sistemul tutorial va ncerca s depisteze prin inferen cauza acestor erori i, n consecin, s livreze utilizatorului piesele de cunoatere corect care ar putea conduce la remedierea erorilor. Modelul perturbaiilor combin i extinde modelele overlay i diferenial, ncercnd s efectueze o analiz cognitiv mai nuanat a surselor erorilor utilizatorului.

Diana Stefanescu

20


Cunotinele domeniului Cunotinele elevului

Cunotinele domeniului Submulimea cun. dom (overlay) Cunotine pe care elevul le-ar putea avea

Cunotinele domeniului Cunotinele elevului

Modelul expertizei pariale (overlay)

Modelul diferenial

Modelul bazat pe perturbaii

Figura 1.8. Abordri n construirea modelului elevului O problem important care apare n cazul efecturii unui model al cunoaterii deinute de utilizator este cea a diagnozei care trebuie efectuat de sistem pentru a construi efectiv acest model. Metodele de diagnoz utilizate de diferitele sisteme tutoriale pot fi clasificate dup mai multe criterii: dup momentul diagnosticrii: on-line, prin urmrire detaliat a comportamentului utilizatorului n interaciunile cu sistemul educational; off-line, diagnoz efectuat dup o sesiune complet de lucru a utilizatorului cu sistemul; informaiile de intrare pe baza crora se realizeaz diagnoza, care pot fi: rezultatele obinute n efectuarea unui singur exerciiu, cu meninerea detaliat a traseului de raionament urmat de utilizator; rezultatele obinute de utilizator dup efectuarea unui ansamblu de teste; informaiile de ieire care ar trebui obinute dup efectuarea instruirii: ce cunotine ar fi trebuit s dobndeasc utilizatorul care este raportul dintre modelul student i cel al cunoaterii expertului. Marea majoritate a metodelor de diagnosticare se bazeaz n esen pe compararea comportamentului utilizatorului pe parcursul rezolvrii unei probleme cu cel al unui rezolvitor ideal. Aceast comparaie se realizeaz n cazul unor tutoriale inteligente prin inferene complexe, prin care se ncearc estimarea-evaluarea inteniilor, planurilor i motivaiilor care conduc utilizatorul s aleag un anumit traseu de rezolvare. Un alt aspect care este de asemenea important este legat de diagnoza on-line. Dei este cea mai recomandat metod, ea nu se poate efectua dect dac timpii de rspuns ai sistemului sunt acceptabili. Aceti timpi de rspuns sunt condiionai att de performanele hardware ale mainii, ct mai ales de complexitatea i profunzimea inferenelor efectuate de sistemul tutorial. O evoluie interesant a sistemelor de instruire inteligente poate fi observat pe durata ultimului deceniu. Decada 90 - 2000 a marcat a nou etap n dezvoltarea acestor sisteme: apariia echipamentelor de calcul cu performane superioare i a staiilor de lucru individuale, evoluia rapid a software-ului de comunicaie i a interfeelor om-main au condus la o cretere sporit a gradului de interactivitate utilizator-sistem.

Diana Stefanescu

21

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ___________________________ NOTE DE CURSCa urmare a aprut ideea c instruirea asistat de sisteme inteligente s-ar putea efectua i altfel dect prin sisteme rezolvitoare de probleme (sisteme la care interaciunile utilizatorului cu maina se limitau numai la comunicarea unor date sau a unor rezultate). Asfel, au nceput s se impun sistemele puternic interactive, de asistare a utilizatorului n rezolvarea de probleme, luarea de decizii sau de ghidare a acestuia n construirea unor obiecte (forme) reprezentate abstract. O nou clas de sisteme inteligente de instruire a dominat deceniul anilor 90: mediile inteligente de instruire (engl.: ILE Intelligent Learning Environments).

8. MEDII INTELIGENTE DE INSTRUIREMediile inteligente de instruire au aprut n momentul n care s-a conturat o nou viziune asupra nvrii. Aceast viziune propunea o abordare constructivist a procesului de instruire, n care cel care nva i construiete structurile cognitive prin interaciunea cu mediul de lucru. Rolul celui care nva devine primordial i ideea de transfer al cunotinelor de la sistem la utilizator (specific sistemelor tutoriale inteligente) este circumscris unor obiective instrucionale mai ample. n acest sens, ntr-un cadru de utilizare relativ autonom, studentului i se propun noi forme de interaciune. Termenul de mediu inteligent pentru instruirea asistat se refer adesea nu numai la sistemul informatic propriu-zis, ci are un sens mai larg, cuprinznd toate obiectele (fizice sau abstracte) utilizate n procesul de instruire asistat de calculator. Un mediu inteligent de instruire poate s permit desfurarea unor activiti de tutorat (rezolvare de probleme sau diagnosticare), dar n mod tipic realizeaz simularea funcionarii unor dispozitive tehnice. Aceast caracteristic recomand mediile inteligente de instruire n special pentru formarea profesional sau pentru domeniul tiinelor experimentale. O alt abordare, n care se pune accent pe explorare i descoperire ghidat, a dus la apariia unor medii inteligente de instruire denumite microlumi (microworlds). Microlumile furnizeaz un spaiu abstract n care utilizatorul poate naviga sau interaciona cu diverse obiecte, aciunile acestuia fiind permanent monitorizate. Intervenia sistemului inteligent se produce ntr-un anumit context i se efectueaz n scopul atingerii unor obiective instrucionale bine precizate. Trebuie remarcat ins c nu orice sistem de tip microlume se ncadreaz n clasa sistemelor inteligente de instruire. Exist n momentul de fa numeroase sisteme de instruire reactive, foarte populare, care nu fac dect s execute comenzile utilizatorului, fr a efectua vreun control sau intervenie tutorial. Acestea, dei au valene formative importante, nu pot fi incluse n categoria mediilor inteligente de instruire, tocmai din cauza lipsei interveniei directe a sistemului n procesul de instruire. Mediile de instruire inteligente implementeaz o idee de mare actualitate: metafora autoservirii, n care utilizatorul este liber s aleag el nsui ceea ce crede c i este necesar n procesul de instruire. Experimentarile au arata ns c un astfel de sistem nu este adecvat n orice context instrucional i c acest model instrucional este de un real folos n situaia n care cel care nva are capacitatea de gestiona singur procesul de instruire.

Diana Stefanescu

22


9. AGENII PEDAGOGICITermenul de agent pedagogic este utilizat pentru a desemna agenii inteligeni construii pentru a asista (media, facilita) procesul uman de instruire. O definiie care surprinde destul de bine caracteristicile unui agent inteligent poate fi cea formulat de Lieberman: Un agent inteligent este un program perceput de utilizator nu ca un instrument de lucru, ci ca un asistent-colaborator care l ajut n atingerea unor obiective sau n desfurarea unor activiti specifice. Agentul poate s prezinte caracteristici asociate cu inteligena uman: capacitate de inferen i de nvare, adaptibilitate, independen, creativitate. Ali autori definesc termenul de agent inteligent n acelasi sens: un program care care se comport ca o fiin uman. n esen, ambele definiii accentueaz acelai aspect: agentul este un produs software dotat cu o interfa social care i permite s acioneze i s dialogheze asemeni unei fiine umane. Dei nu exist o unanimitate de preri, urmtoarele proprieti (Figura 8) au fost propuse ca fiind caracteristice pentru un agent inteligent: autonomie: un agent iniiaz aciuni i exercit controlul asupra aciunilor sale, avnd: continuitate temporal: un agent este un proces care exist n permanen ntr-un mediu software de via i care se auto-declaneaz ntr-un anumit context; personalitate: agentul prezint un comportament bine definit, care i confer o personalitate proprie i faciliteaz interaciunile cu utilizatorii umani; capacitate de comunicare: un agent trebuie s fie capabil s angajeze schimburi de informaii cu ali ageni (artificiali sau umani) sau s obin informaia necesar pentru ndeplinirea unei anumite aciuni; adaptabilitate: un agent inteligent trebuie s se adapteze la schimbrile din mediul n care i desfaoar existena; el trebuie s poat s-i modifice comportamentul n funcie de preferinele utilizatorului uman, pe baza experienei acumulate n interaciunile cu acesta; mobilitate: un agent trebuie s fie capabil s migreze de la un sistem de calcul la altul, chiar dac acestea au arhitecturi sau sisteme de operare diferite. Agenii pedagogici constituie un tip particular de ageni inteligeni. Ei au fost dezvoltai pornind de la studiile i experimentele efectuate asupra sistemelor expert tutoriale. Agenii pedagogici au adus o nou perspectiv asupra conceptului de tutorat i au creat deschideri importante n direcii care fuseser mai puin explorate la sistemele expert tutoriale. Deplasarea de la tutoratul inteligent ctre agentii pedagogici a nceput n anii 90, cnd unii cercettori, nemultumii de rezultatele obinute pn atunci, au nceput s exploreze noi tipuri de interaciune ntre sistemul instrucional i utilizator. n anii urmtori, au fost investigate dou modele principale de interaciune utilizatorsistem: colaborarea ntr-un mediu virtual populat cu studeni artificiali; studenii reali puteau inrteraciona n scop educativ cu studenii artificiali; competiia ntre student (studeni) i personajele animate care populau un mediu virtual. Treptat, s-a impus ideea de colaborare ntre sistemul artificial i interlocutorul uman i astfel au aprut primele sisteme care simulau un companion de lucru pentru student. Acest companion, care avea un comportament colegial i aciona ca un asistent personal de studiu al utilizatorului a fost denumit agent pedagogic.

Diana Stefanescu

23


Autonomie

Orientare pe scopuri

ContinuitateCaracter colaborativ

PersonalitateFlexibilitate

Agent inteligent

ComunicareAuto-declanare

Adaptibilitate

Mobilitate

Figura 8. Caracteristicile unui agent inteligent Complexitatea fenomenului de nvare uman a ridicat adesea n faa cercettorilor i creatorilor de sisteme inteligente pentru nvare dificulti ce preau insurmontabile. Dup trei decenii de la elaborarea primului sistem educaional inteligent, rezultatele pozitive din ce n ce mai numeroase ncurajeaz demersul tiinific al acestor cercettori. Poate c momentul n care tutorele artificial se va comporta i va aciona (aproape) la fel (de inteligent) ca i profesorul uman nu mai este att de deptat cum prea la nceputurile acestei dificile evoluii. n paralel cu sistemele software destinate asistrii procesului de nvare, s-a dezvoltat i o ntreag palet de metodologii adiacente - bazate pe tehnologii informatice - destinate atingerii unor obiective instrucionale. Ritmul alert de via din societatea modern, n care cunoaterea i informaia sunt absolut necesare pentru mplinirea personal i social a fiinei umane, mpreun cu globalizarea comunicaiilor, a condus la apariia unei noi tendine educaionale: e-learning, nvmntul mediat prin tehnici computerizate. Bazat pe centrarea instruirii pe necesitile personale ale celui care nva, pe individualizarea instruirii i pe deplasarea activitilor instrucionale din cadrul fix n timp i spaiu, nvamntul electronic va constitui, fr ndoial una din paradigmele fundamentale ale dezvoltrii societii umane din secolul al-XXI-lea.

Diana Stefanescu

24


10. ALTE METODE DE INSTRUIRE MEDIATE DE CALCULATORMetodele de mediere a nvrii cu ajutorul calculatorului sunt desemnate prin sintagma general educaie prin mijloace electronice (engl.: e-learning). Un alt termen, care desemneaz aproape aceeai arie de activiti instrucionale este: educaie la distan (engl.: distance-learning). Acest al doilea termen caracterizeaz o form de instruire care presupune comunicaia ntre calculatoare, prin suport reea sau de telefonie. n acest alt doilea caz calitatea conexiunilor (lrgime de band, fiabilitate) este foarte important pentru desfurarea n condiii optime a interaciunilor de pe parcursul sesiunii de instruire. Ambele expresii (e-learning i distance-learning) sunt folosite pentru a desemna att instruirea asistat prin sisteme informatice, ct i alte forme de utilizare a calculatorului n procesul educaional. n aceast seciune vom folosi termenul anglo-saxon e-learning, deoarece este deja ncetenit pentru desemnarea mijloacelor de mediere a procesului instrucional, care urmeaz a fi descrise n continuare. Conceptul de e-learning poate fi poate fi definit prin enumerarea caracteristicilor sale: e-learning nseamn utilizarea unui suport informatic pentru desfurarea procesului instrucional-educativ; e-learning nseamn separaia profesorului fa de cel ce nva, pe o anumit durat a procesului de instruire; e-learning nseamn comunicaie bidirecional ntre profesor i cel care nva; e-learning nseamn centrarea instruirii pe necesitile celui care nva. Se poate observa c n acest model se pot ncadra i sistemele informatice pentru instruirea asistat, dar aa cum am precizat anterior, nu ne vom referi la acestea, ci la o ntreag palet de metodologii adiacente care utilizeaz calculatorul n promovarea procesului instrucional. Educaia mediat prin mijloace elecronice poate s fie de tip sincron sau asincron (fig. 9.), dac se ia n considerare modul de desfurare n timp al interaciunii profesor-student. Instruirea sincron necesit participarea simultan la procesul de instruire, att a studenilor ct i a educatorilor. Interaciunea dintre cele dou grupuri (profesori, studeni) se desfoara n timp real. Formele de educaie sincrona la distan sunt urmtoarele: instruirea prin intermediul audiograficelor, a videoconferinelor, sau a serviciilor IRC, MOO i MUD. Instruirea asincron la distan nu presupune participaia simultana la procesul de instruire att a studenilor ct i a profesorilor. Formele de educaie asincron sunt urmtoarele: instruirea prin coresponden (e-mail), prin servere de discuii (engl.: listserv), sau prin cursuri computerizate (sub forma de documente electronice sau, mai nou, sub form de pagini Web). Dintre metodele de instruire la distan, cele mai utilizate sunt: Audiograficele constituie o form de instruire caracterizat prin folosirea combinat a comunicaiei prin voce i prin reea de calculatoare. Audiograficele combin dou componente: mesaje, care pot fi schimbate ntre participani prin comunicaie vocal, folosindu-se ca suport fie reeua de calculatoare fie prin alte metode tehnice (telefon); forme grafice (desene, scheme, imagini, etc), care sunt transmise prin intermediul reelei.

Diana Stefanescu

25


Audiografice

Educaie prin mijloace electronice (e-Learning)

Sisteme software pentru instruire asistata

Videoconferinte e-Mail IRC

SincronMUD

AsincronListserv

MOO

Participare simultan la procesul de instruire a profesorilor i a studenilor

Instruire individual mediat de instrumente informatice

Cursuri n format electronic

Figura 9. Metode de instruire la distan. Formele grafice pot fi desene realizate de profesor (cu creionul optic sau cu o tablet digitizoare) care apar simultan i pe ecranele studenilor. Studenii pot s interacioneze cu profesorul prin aceeai metod, dac dispun la rndul lor de dispozitivele opto-elecronice necesare. Calculatorul este utilizat n acest caz pe post de tabl de scris (engl.: blackboard), adic ecranul este o suprafa grafic comun pentru toi participanii la aceast form de instruire. Toate calculatoarele folosite n acest gen de instruire trebuie s dispun de pachetul (aplicaia) software care emuleaz tabla de scris comun. O variant mai interesant a audiograficelor este aceea n care participanii ruleaz simultan acelai software aplicativ (de exemplu AutoCad) i interacioneaz pe un ecran identic i comun, vizibil la fiecare dintre ei. Aceast form de instruire este denumit nvare prin interaciune pe o suprafa comun de lucru (engl.: whiteboarding) i presupune utilizarea att a pachetului software care emuleaz tabla (suprafaa) comun ct i a pachetului software-ului aplicativ n chestiune. Videoconferinele sunt o form de comunicare audio i video ntre dou sau mai multe grupuri de persoane. Videoconferinele se pot realiza prin mai multe metode tehnice, dar ne vom referi n continuare doar la cele care se pot efectua prin intermediul reelelor de calculatoare. n momentul de fa se pot desfura videoconferine prin reea local (mai rar) sau global (Internetul) de calculatoare, fr a fi necesare dispozitive hardware prea costisitoare. Comunicaia se poate realiza de la un calculator obinuit (dotat cu microfon i camer video), iar dac grupurile participante dispun de conexiuni Internet cu lrgime suficient de band, atunci videoconferina se poate desfura ntre locaii geografice aflate la mare distan. Calculatoarele prin care se realizeaz videoconferina trebuie s ruleze un pachet software adecvat, care s asigure suportul necesar pentru desfurarea on-line a videoconferinei. Valenele educaionale ale acestui mod de instruire-informare participativ nu trebuie subliniate prea mult, ele fiind evidente. Internetul mai suport i o alta form de videoconferin, unidirecional, n care expunerea realizat de un grup (sau o persoan) poate fi vizionat i audiat on-line de oricine dispune de o conexiune Internet acceptabil i de pachetul software pentru implementarea acestui serviciu.

Diana Stefanescu

26


Lecii on-line Simpozion on-line Indrumare on-line Dialog condus

Lecii ghidate Exerciii practice Simulari Tutoriale flexibile

Focalizare pe profesor

Focalizare pe student

Predare on-line

Tutorat on-line

Metode de instruire n e-learning

Discuii on-line

Evaluare on-line

Focalizare pe lucrul n echipa

Focalizare pe student

Exprimarea opiniei Simularea unui rol Discuii structurate Discuii tematice Discuii libere nvare n grup

Studii de caz Testare on-line Testare prin Web Auto-evaluare Examinare Atestare on-line

Figura 10. Medote de instruire n e-learning. Serviciul IRC (engl.: Interacive Relay Chat) din Internet permite conversaia n timp real ntre grupuri mari de utilizatori. Serviciul dispune mai multe canale diferite, pe fiecare canal putndu-se desfura o conversaie separat. Canale speciale, care s conecteze grupuri de interes relativ la o anumit tematic, pot fi alocate n scop educaional. Profesorul poate s intervin i el n discuie, cu precizri sau clarificri, aceast form de dezbatere activ devenind astfel foarte util pentru procesul de instruire.

Diana Stefanescu

27

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ___________________________ NOTE DE CURSServicul MOO (engl.: Multi-user Object Oriented) furnizeaz un mediu de lucru care permite comunicarea n timp real ntre mai muli utilizatori, avnd ca suport Internetul. Serviciul MOO simuleaz un spaiu virtual de comunicare prin intermediul cruia utilizatorii pot transmite sau primi mesaje sub forma de texte. Utilizatorul se poate conecta la spaiul virtual i poate conversa cu oricine altcineva conectat la acelai spaiu, (serviciul MOO poate crea concomitent mai multe spaii de comunicare prin care utilizatorul poate naviga). Spaiul virtual permite activarea unor obiecte abstracte, menite s faciliteze comunicaia i nvarea: un proiector virtual, care poate afia mai multe foi cu o prezentare textual a tematicii abordate n conversaiile din acel spaiu, un recorder care poate s nregistreze conversaiile (pentru o consultare ulterioar) sau chiar o tabla de scris (prin care se pot transmite discuiile la o adresa precis). Serviciul MOO permite desfurarea unor lecii virtuale care s reuneasc un grup de studeni, mpreun cu profesorul lor, ntr-o sesiune de lucru comun i sincron. Serviciul MOO este o alternativ instrucional extrem de eficient pentru cei care nva mai bine prin interaciune ntr-un grup social. Trebuie menionat c exist actualmente n Internet un serviciu similar cu MOO, denumit MUD (engl.: Muti User Domain) care emuleaz o lume virtual care permite interaciuni mai variate. Utilizatorii care navigheaz n lumea virtual pot s creeze, s inspecteze sau s transmit obiecte abstracte ctre ali utilizatori conectai simultam la aceeai lume. Obiectele virtuale pot fi fiiere text, imagini, imagini animate sau secvene sonore. Sistemele MOO i MUD sunt extensibile i pot media interaciuni complexe ntre utilizatori cu statut egalitar. MOO i MUD pot fi utilizate n scop educaional prin restricionarea accesului la un grup de utilizatori. Ambele sisteme pot fi instrumente valoroase de completare a metodelor clasice de instruire, ncurajnd nvarea n grup de studiu colaborativ.

11. SISTEME EDUCAIONALE HIPERMEDIAExplozia de noi tehnologii informatice, petrecut dup 1990, i-a pus amprenta i asupra sistemelor de instruire asistata de calculator (educationale). Prin adoptarea acestor noi tehnologii informatice, eficacitatea i ergonomia acestor sisteme s-a imbunatatt n mod substantial: tehnicile hipertext, multimedia i hipermedia, tehnologiile Internet de acces i prezentare a informaiei, sunt ncorporate n momentul de fa n majoritatea sistemelor educationale. Prin utilizarea acestor tehnologii s-au obinut rezultate spectaculoase n perfecionarea modelelor de interaciune om-maina i s-au deschis perspective importante privind generalizarea instruirii asistate de calculator prin aplicatii informatice dedicate, de tip clasic s-au care incorporeaza elemente de inteligenta artificiala.

11.1 Sisteme hipertextConceptul esential care sta la baza sistemelor hipertext este cel al legturilor intre elementele componente, ceea ce permite organizarea nelineara a informaiei, cu urmtoarele avantaje: ofera capabilitati eficiente de parcurgere a unui coninut i de navigare rapida n lantul de legturi care conecteaza elementele acestui coninut; se poate stoca o cantitate foarte mare de informaii; in cadrul sistemelor hipertext, interogarile, filtrarile, diversele preferinte i adnotari ale utilizatorilor pot fi refolosite ori de cite ori este necesar, puind fi stocate i ele chiar n cadrul structurii hipertext. Un sistem hipertext este alcatuit din noduri i legturi. Un nod reprezinta n mod uzual un concept unic, puind contine orice fel de obiect care reflecta acel concept: text, grafica, animatie, audio, video

Diana Stefanescu

28

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ___________________________ NOTE DE CURSsau programe. Un nod poate avea asociat un tip (detaliu, propozitie, colectie, observatie) inglobind astfel i o informaie semantica. Nodurile sunt interconectate cu alte noduri prin intermediul legturilor. Coninutul unui nod se afiseaza la activarea unei legturi care conduce la acel nod (referinta la nod). Legturile sunt conexiuni intre noduri (sau concepte) dependente unul de altul. Legturile pot fi unidirectionale sau birectionale. Legturilor li se pot asocia tipuri: legatura de specificare, de elaborare, de membru, de opozitie, s.a., definindu-se astfel natura relatiei dintre nodurile asociate prin acele legturi. Din punctul de vedere a stucturii care se construieste prin colectia de legturi, legturile pot fi referentiale (non-ierahice), pentru realizarea referintelor incrucisate; acestea deosebesc cel mai bine structura de hipertext fata de celelalte forme de stocare a informaiei; organizationale (ierarhice sau structurale), ilustrind relatiile parinte-copil dintre noduri. Intelegerea i navigarea prntr-un document hipertext depind de abilitatea utilizatorului de a construi o reprezentare mentala coerenta a structurii hipertextului, raminind n responsabilitatea creatorului documentului s asigure aceasta coerenta. Utilizarea hipertextului n sistemele de invatare asistata de calculator a deschis noi perspective de dezvoltare. n textul traditional utilizatorul urmareste stilul i organizarea efectuata de autor, care reflecta structura cunostintelor autorului. Hipertextul este un text dinamic sau non-liniar, care permite accesul imediat la orice element de text, utilizatorul nemai fiind constrns s respecte structura subiectului sau organizarea efectuata de autor. Astfel, accesul la informaie trece sub controlul direct al utilizatorului. Pentru a se mari impactul educational al unui sistem de instruire de tip hipetext, acesta trebuie structurat ntr-un mod n care s faciliteze achiziia, integrarea i sintetizarea cunostintelor. O abordare empirica a proiectarii hipertextului este aceea de se inregistra modul n care navigheaza utilizatorul prin hipertextul relativ nestructurat, observnd cum parcurge acesta informatia prezentata. Se dezvolta apoi o analiza a cailor predominante pe care utilizatorii le aleg, ceea ce va releva preferintele acestora, dar i diferentele individuale dintre utilizatori. Aceste cai pot s constituie repere importante pentru o buna proiectare sau secventiere a cursului interactiv. O alta abordare este cea n care se folosesc diferite modele conceptuale pentru proiectarea stucturii hipertext, care sta la baza cursului interactiv. Aceste modele se refera n principal la gruparea nodurilor n unitati legate conceptual. Prin tehnicile de achiziie a informaiei din noduri i de intregrare a acestor noduri, hipertextul poate fi organizat n blocuri care constau n noduri concepte, noduri subset, noduri superset, noduri exemple. Diferentele dintre cunostintele dobndite de utilizator folosind hipertextul nestructurat i cele dobndite folosind hipertextul structurat pot s furnizeze prescriptiile pentru o proiectare euristica completa.

11.2. Sisteme multimediaSuporturile multimedia permit prezentarea i comunicarea informaiei (cunostintelor) ntr-un mod eficient i captivant. n momentul de fata, incorporarea desenelor de inalta calitate, a desenelor n miscare sau a elementelor audio n sistemele hipetext este posibila fara a necesita componente hardware speciale, suportul multimedia fiind adesea un accesoriu standard al unei statii de lucru obisnuite.

Diana Stefanescu

29

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ___________________________ NOTE DE CURSElemetele multimedia pot s ofere o noua perceptie a unui fenomen sau proces, prin evidentierea dinamicii tranzitiilor suferite de entitatile care participa la producerea fenomenului sau la desfasurarea procesului n cauza. n acest fel, viziunea oferita de sistemul educational este mult mai complexa, i poate conduce la o facilitare a actului de invatare. Cteva dintre cele mai importante tehnici de prezentare posibile datorita sistemelor multimedia sunt: Diagrame, harti i desene abstracte; Instrumente de vizualizare a proceselor; Instrumente de vizualizare a datelor; Modelare 3D, animatie i miscari abstracte.

11.3. Sisteme hipermediaUltimele realizari din tehnologia informaiei permit combinarea hipertextului cu obiecte multimedia. Aceasta asociere formeaza sistemele hipermedia. Performantele echipamentelor de calcul actuale fac posibila includerea n nodurile reelei hipertext a unor elemente vizuale sau audio precum i redarea n timp real a elementelor de grafica animata din cadrul nodurilor. Sistemele educationale de tip hipermedia furnizeaza un acces usor la toate tipurile de informaie, la infrastructura de comunicare i cooperare, i ofera un suport mixt pentru exprimarea - ntr-un mod expresiv i nuantat - a ideilor i conceptelor. Aceste sisteme au calitatea de a induce modificarea modului de gndire influentat de liniaritatea textului, i pot extinde facilitatile de comunicare interumana. Sistemele de tip hipermedia care constituie suportul pentru medii de instruire asistata (educationale) se structureaza asemeni reelelor (grafurilor). Nu exista n acest caz restrictii n privind marimea nodurilor sau modul de realizarea a legturilor dintre ele. Exista mai multe abordari pentru realizarea unei structuri hipermedia valide i usor de parcurs, n scopul de a fi utilizata n cadrul unui sistem educational: metafora crii tiparite; structurare liniara cu ramificatii; structurare ierarhica; structurare semantica; structurare combinata. Metafora crii tiparite (figura 11) corespunde unei structuri de legturi lineare, acompaniate adesea i de legturi speciale. Acestea din urma ofera capabilitatea de parcurgere neliara controlata: legturi ctre cuprins, referinte, note de subsol, glosarul de termeni, s.a. Structurile lineare pot oferi posibilitatea de navigare ghidata pe anumite trasee proiectate dinanite de experti. Navigarea ghidata se ofera n scopul de a ajuta pe utilizatorii novici s parcurga mai usor colectia de informaii din reteua de noduri hipertext a sistemului educational. Aceasta abordare isi dovedeste slabiciunea atunci cnd se ia n considerare un sistem educational hipermedia bazat pe exploatarea unui numr mare de noduri i legturi.

Cuprins

Pagina 1

Pagina 2

Pagina 3

...

Index

Figura 11. Sistem hipermedia structurat linear, dup "metafora crii tiparite".

Diana Stefanescu

30

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ___________________________ NOTE DE CURSStructurile lineare cu ramificatii se bazeaza n mod esential tot pe modelul de conectare lineara a nodurilor hipermedia. Traversarea nodurilor se poate face insa n mai multe directii i se ofera n plus, n anumite puncte, posibilitatea de a parcurge traseul dintre doua noduri pe mai multe cai (ramificatii). Ramificatiile conduc deobicei ctre noduri care expliciteaza sau ilustreaza mai n detaliu anumite notiuni sau concepte care fac parte din structura de lectii a sistemului educational. Structurile hipermedia ierarhice se utilizeaza atunci cnd materialul instructional prezinta concepte sau notiuni care formeaza n mod natural o ierahie bine stabilita. Aceste sisteme se construiesc utilizind legturi organizationale, la care se pot adauga legturi referentiale pentru interconectarea ierarhiilor de concepte. n cadrul unei structuri ierarhice mentinerea integritatii i exploatarea nodurilor se realizeaza mai usor (figura 12). Structurile hipermedia semantice incearca s imite modelul (presupus) de organizare al memoriei umane, bazat pe legturi asociative. Nodurile sunt grupate n colecii care reprezinta concepte inrudite i intreconectate prin legturi cu "tip" (cu semnificaie diferita). Exploatarea acestor sisteme se face, de regula, folosindu-se tehnicile inteligentei artificiale. Structurile hipermedia semantice sunt specifice sistemelor educationale inteligente. Structurile hipermedia combinate imbina mai multe principii de organizare din cele enumerate anterior. Caile lineare sunt utilizate pentru a parcurge o arie de interes int-o ordine prestabilita, ierarhia ofera o structura de tip index, iar organizarea semantica coreleaza nodurile continind informaii sau notiuni inrudite, asociate prin legturi cu semnificatie. Structura lineara cu ramificatiiPagina

Structura linearaPagina

Structura ierarhicaPagina

Pagina Pagina Pagina Pagina Pagina Pagina

Pagina Pagina

Pagina

Figura 12. Sistem hipermedia structurat conform unui model combinat.

Diana Stefanescu

31


12. SISTEME EDUCATIONALE BAZATE PE TEHNOLOGIA WWWO nou revalorizare a ideii de instruire asistat de calculator, orientat pe nvarea prin cutare-descoperire, s-a produs odat cu extinderea serviciului World Wide Web din Internet. Cantitatea uria de informaii existente n Web a fost considerat o surs de explorare i cunoatere cu un potenial extrem de promitor pentru procesul educaional, iar valenele instrucionale ale acestei tehnologii au fost sesizate nc de la apariia sa. Prin pagini Web poate fi livrat utilizatorului o mare cantitate de cunotine, ntr-un format de prezentare multifuncional i cu aspect prietenos. Tehnologia Web permite includerea n paginile oferite utilizatorului a unor elemente de grafic, de grafic animat sau a unor secvene audio, care pot facilita procesul de nvare. Prin elementele interactive existente n pagini, utilizatorul poate naviga prin coninutul instrucional sau poate chiar manipula diverse obiecte abstracte. Aa cum am menionat anterior, exist actualmente un numr covritor de sisteme educative realizate prin tehnologia Web, ncepnd cu cele destinate pentru simpla prezentare sau informare i terminnd cu sistemele inteligente de asistare a instruirii. Implementarea sistemelor educationale bazate pe Web s-a realizat, n anii de nceput, prin definirea de ctre autor a structurii materialului instrucional care urma s fie parcurs de ctre utilizatorii sistemului. Aceast structur era constituit dintr-o reea de noduri (lecii sau secvene de cunoatere) i de legturi asociative (link-uri) ntre aceste noduri. Se presupunea c secvenierea i legturile propuse de autor, n combinatie cu o interfa ergonomic, poate s reflecte modul tipic n care se desfaoar nvarea ntr-un anumit domeniu. Foarte curnd s-a observat c aceast mod de organizare a sistemelor educationale bazate pe Web are urmtoarele implicaii: 1. posibilitatea de navigare multidirecional pe care o furnizeaz n mod implict sistemele bazate pe Web (care are drept consecin alegerea liber a traseului de instruire), poate s constituie un dezavantaj pentru anumii utilizatori; acest dezavantaj se manifest n special (i nu numai) n cazul utilizatorilor novici, care pot ajunge n anumite circumstane n situaia de dezorientare n spaiul virtual; 2. incapacitatea sistemului de a se adapta la cerinele instrucionale diferite ale utilizatorilor, care au adesea nivel de cunoatere sau stil de nvare foarte diferit. La o analiz mai atent se poate constata c n cazul ambelor fenomene semnalate exist o legtur ntre manifestarea acestora i stilul cognitiv (modul de achiziie a cunoaterii) difereniat al utilizatorilor. Cercetatorii i proiectantii de sisteme educationale bazate pe Web au propus mai multe soluii pentru rezolvarea problemelor legate de interactiunea om-masina n cadrul acestor sisteme. Prin aceste solutii se incearca modelelarea sistemele educationale cu suport Web, astfel inct acestea s fie capabile s raspunda necesitatilor instructionale ale unor utilizatori avnd stiluri cognitive i niveluri de cunoatere diferite.

Diana Stefanescu

32


12.1. Stil cognitiv i navigaie n sistemele de instruire prin webSistemele tutoriale de instruire au fost criticate pentru faptul c impun viziunea expertului asupra cunoaterii din domeniul de instruire. Pe baza acestei viziuni, acestea ar efectua o dirijare prea strict a utilizatorilor pe parcursul procesului de instruire. La polul opus, sistemelor de instruire bazate pe tehnologia Web li s-a reproat libertatea prea mare acordat utilizatorilor n selectarea etapelor de instruire. Lipsa unei ghidri din partea sistemului educational, coroborat cu facilitile navigaionale implicite ale browserelor Web, ar conduce la parcurgerea nesistematic,

Documents

3 Curs Instruire Asistata