O documento descreve um modelo de planejamento instrucional automatizado para aprendizagem colaborativa com suporte computacional utilizando planejamento hierárquico. O modelo representa o problema de planejamento instrucional como um problema de planejamento hierárquico que gera interações instrucionais representadas em IMS Learning Design.
Ihc2016.2 aula 0 apresentação da disciplina de IHC
Dissertação - Slides
1. Planejamento instrucional automatizado em aprendizagem
colaborativa com suporte computacional utilizando
planejamento hier´rquico
a
Geiser Chalco Challco
Instituto de Matem´tica e Estat´
a ıstica da
Universidade de S˜o Paulo
a
11 de setembro de 2012
2. Agenda
1 Introdu¸˜o
ca
2 Planejamento instrucional
3 Planejamento hier´rquico
a
4 Modelo de planejamento instrucional em ACSC como problema de
planejamento hier´rquico
a
5 Gerador de cursos colaborativos
6 Conclus˜es
o
2 de 49
3. Agenda
1 Introdu¸˜o
ca
2 Planejamento instrucional
3 Planejamento hier´rquico
a
4 Modelo de planejamento instrucional em ACSC como problema de
planejamento hier´rquico
a
5 Gerador de cursos colaborativos
6 Conclus˜es
o
3 de 49
4. Introdu¸˜o
ca
ACSC1 tem por objetivo fornecer suporte computacional ao trabalho em
grupo para que estudantes elaborem seu pr´prio conhecimento negociando e
o
compartilhando informa¸˜o (Stahl et al., 2006)2 .
ca
Ferramentas de autoria de
unidades de aprendizagem:
COOL-MODES,
COLLAGE e
CHOCOLATO.
Figura : Interface gr´fica COOL-MODES
a
1 Aprendizagem Colaborativa com Suporte Computacional
2 G. Stahl, e T. Koschmann. Computer-Supported Collaborative Learning, 2006.
4 de 49
5. Introdu¸˜o
ca
A ´rea de planejamento instrucional estuda m´todos e t´cnicas que
a e e
possibilitam o desenvolvimento de unidades de aprendizagem mediante a
organiza¸˜o coerente do conte´do definida de acordo com objetivos
ca u
ısticas individuais dos estudantes (Wasson, 1996)1 .
educacionais e caracter´
Sistemas Tutores
Inteligentes que utilizam
planejamento em IA:
GTE, DCG, PAIGOS,
PASER e
ADAPTAPLAN.
Figura : Interface de LeActiveMath (PAIGOS)
1 B. Wasson. Instructional planning and contemporary theories of learning: Is this a
self-contradiction? Em Proceedings of the European Conference on AIED, p´ginas 23–30. Colobri.
a
5 de 49
6. Introdu¸˜o - planejamento hier´rquico
ca a
Plano ´ obtido por meio de m´todos que efetuam a decomposi¸˜o
e e ca
sucessiva de tarefas em subtarefas at´ um n´ de tarefas primitivas.
e ıvel
Objetivo ´ a rede de tarefa inicial.
e
6 de 49
8. Agenda
1 Introdu¸˜o
ca
2 Planejamento instrucional
3 Planejamento hier´rquico
a
4 Modelo de planejamento instrucional em ACSC como problema de
planejamento hier´rquico
a
5 Gerador de cursos colaborativos
6 Conclus˜es
o
8 de 49
9. Roteiros colaborativos
“Roteiros de suporte computacional que facilitam processos sociais e
cognitivos da aprendizagem colaborativa por meio da defini¸˜o da forma
ca
como os estudantes interagem” (Weinberger et al., 2005)1 .
Figura : Ilustra¸˜o gr´fica dos componentes e mecanismos dos roteiros
ca a
1 A. Weinberger, B. Ertl, F. Fischer, e H. Mandl. Epistemic and social scripts in
Computer-Supported Collaborative Learning. Instructional Science, 33(1):1–30.
9 de 49
10. Macrorroteiros colaborativos
Estruturam a colabora¸˜o por meio do sequenciamento de sess˜es a serem
ca o
efetuadas durante a execu¸˜o da unidade de aprendizagem.
ca
Sequenciamento: S=[F1 , ..., Fn ]
Fase: Fi = {e1 , ..., em }
Atividade de grupo: e=(T ,g ,m,t)
- T s˜o sess˜es.
a o
- g ´ um grupo.
e
Sess˜es: T =[tarefa1 , ..., tarefak ]
o
Sess˜o de aprendizagem:
a
tarefai =(Entrada, atividade, Sa´
ıda) Figura : Macrorroteiro Jigsaw
10 de 49
11. Microrroteiros colaborativos
Estruturam a colabora¸˜o por meio
ca
do sequenciamento de intera¸˜es que
co
definem a transmiss˜o e recep¸˜o de
a ca
mensagens.
Sequenciamento: Cen´rio
a
colaborativo
Estrat´gia de aprendizagem:
e
Papel (Instrutor - aprendiz).
Padr˜o de intera¸˜o:
a ca
Intera¸˜es c´
co ıclicas e direcionadas.
Evento IL.
Evento IL:
A¸oes instrucional e de
c˜
aprendizagem.
Objetos de aprendizagem. Figura : Microrroteiro Peer-tutoring
11 de 49
12. Representa¸˜o computacional de roteiros
ca
A especifica¸˜o IMS-LD descreve o conte´do instrucional como uma
ca u
sequˆncia de atividades a serem efetuadas pelos estudantes e docentes.
e
Pe¸a de teatro <play>: Ato 1 -> Ato 2.
c
Atos <act>: Papel-parte 1 || Papel-parte 2.
Papel-parte <role-part>: Papel x atividade.
Estrutura de atividades <activity-structure>.
Atividade <learning-activity>.
12 de 49
13. Representa¸˜o computacional de roteiros
ca
A especifica¸˜o IMS-LD descreve o conte´do instrucional como uma
ca u
sequˆncia de atividades a serem efetuadas pelos estudantes e docentes.
e
Pe¸a de teatro <play>: Ato 1 -> Ato 2.
c
Sequenciamento de fases.
Atos <act>: Papel-parte 1 || Papel-parte 2.
Fase.
Papel-parte <role-part>: Papel x atividade.
Atividade de grupo: Grupo x sess˜es.
o
Estrutura de atividades <activity-structure>.
Sess˜es.
o
Atividade <learning-activity>.
Sess˜o de aprendizagem.
a
12 de 49
14. Representa¸˜o computacional de roteiros
ca
A especifica¸˜o IMS-LD descreve o conte´do instrucional como uma
ca u
sequˆncia de atividades a serem efetuadas pelos estudantes e docentes.
e
Pe¸a de teatro <play>: Ato 1 -> Ato 2.
c
Sequenciamento de fases.
Cen´rio colaborativo.
a
Atos <act>: Papel-parte 1 || Papel-parte 2.
Fase.
Estrat´gia de aprendizagem.
e
Papel-parte <role-part>: Papel x atividade.
Atividade de grupo: Grupo x sess˜es.
o
Pap´l x padr˜o intera¸˜o.
e a ca
Estrutura de atividades <activity-structure>.
Sess˜es.
o
Intera¸˜o c´
ca ıclica e direcionada.
Atividade <learning-activity>.
Sess˜o de aprendizagem.
a
Evento IL.
12 de 49
15. Agenda
1 Introdu¸˜o
ca
2 Planejamento instrucional
3 Planejamento hier´rquico
a
4 Modelo de planejamento instrucional em ACSC como problema de
planejamento hier´rquico
a
5 Gerador de cursos colaborativos
6 Conclus˜es
o
13 de 49
16. Sistema de planejamento JSHOP2ip
Vers˜o modificada de JSHOP21 que representa condi¸˜es relativas.
a co
(:method (tarefa ?p1 ... ?pn)
(pr´-condi¸~o)
e ca
(:relative aplicabilidade condi¸~o)
ca ;; condi¸~es relativas
co
(subtarefas))
Dom´ de planejamento:
ınio
Axiomas.
Operadores.
M´todos.
e
Problema de planejamento:
Estado inicial (´tomos).
a
Rede de tarefa inicial.
Figura : Processo de planejamento
1 Java Simple hierarchical Ordered Planner - University of Maryland
14 de 49
17. Agenda
1 Introdu¸˜o
ca
2 Planejamento instrucional
3 Planejamento hier´rquico
a
4 Modelo de planejamento instrucional em ACSC como problema de
planejamento hier´rquico
a
5 Gerador de cursos colaborativos
6 Conclus˜es
o
15 de 49
19. Entrada: problema de planejamento instrucional
Estado inicial s0 : Modelos de dom´ a ser ensinado e de estudante
ınio
(class type id )
(property id prop value )
(relation id rel dest )
Estrutura de elementos de competˆncia (habilidades, atitudes e
e
competˆncias cognitivas).
e
N´ıveis de competˆncia (Learner’s Growth Model) - sxky :
e
x={0: sem habilidade, 1: inicial, 2: explicativo, 3: associativo, 4: autˆnomo}
o
y ={0: sem conhecimento, 1: crescimento, 2: aperfei¸oamento, 3: restrutura¸˜o}
c ca
Modelo de dom´ a ser ensinado:
ınio
Estrutura de elementos de conhecimento (fundamental e auxiliar).
Pr´-requisitos e objetivos de aprendizagem.
e
Modelo de estudante:
Registros de competˆncias.
e
Registros hist´ricos.
o
Registros de preferˆncias.
e
17 de 49
20. Entrada: problema de planejamento instrucional
Problema P = s0 , w0 , D
Estado inicial: Modelos de (defproblem problem domain
dom´ a ser ensinado e
ınio ;; Estado inicial (s0 )
((class Competency c1)
de estudante. (property c1 hasKnowledge f9w)
Rede de tarefa inicial: (property c1 hasSkill s3m)
Tarefa de planejamento (property c1 ’Solve problem derivate’)
...
instrucional p´blica.
u
(class Learner l1)
Identificador de tarefa de (property l1 hasCLExperience high)
planejamento. (property l1 hasCompLevel (c1 s3k3))
Objetivos educacionais. (property l1 hasMotivation (c1 low)))
Grupos de estudantes. ;; Rede de tarefa inicial (w0 )
((createLDFundUoL ((c1 s4k3) (c1 s4k2))
((l1 l2) (l3 l4)))))
18 de 49
28. Dom´ de planejamento: modelo pedag´gico
ınio o
Dom´ de planejamento D = A, O, M
ınio
(defdomain domain(
Axiomas de: ;; Axiomas e operadores de prop´sito geral
o
(:- (same ?x ?x) ())
prop´sito geral;
o ...
consulta aos modelos de ;; Axiomas de consulta aos modelos de dom´nio
ı
dom´ a ser ensinado e
ınio ;; e de estudante e de dom´nio
ı
de estudante; e (:- (getType ?t ?e)
planejamento instrucional. (:first (class ?t ?e))
((assignIterator ?t (call GetType ?e))))
Operadores de: ...
prop´sito geral; e
o ;; Axiomas de planejamento instrucional
intera¸oes instrucionais.
c˜ ...
;; Intera¸~es instrucionais
co
M´todos: estrat´gias de
e e (:operator (!startLDElement ?tag) () () ())
planejamento instrucional. ...
;; Estrat´gias de planejamento instrucional
e
...
))
23 de 49
32. Intera¸oes instrucionais
c˜
(a) Etapa: Edi¸˜o
ca
startLDElement! <imsld:tag> (subtarefa !!changeIndGoals).
!!changeCurrentLDElement Alterar elemento IMS-LD corrente.
!!changeLearningResourceType Alterar valor do tipo de recurso instrucional.
!!changeFundCompetency Alterar valor da competˆncia fundamental.
e
!!changeCLGrouping Alterar informa¸˜o do agrupamento.
ca
(b) Etapa: Configura¸˜o
ca
!addUsersToRole Atribui¸˜o do papel.
ca
!removeUserFromRole Remo¸˜o do papel.
ca
!addUserToGroup Adi¸˜o ao grupo.
ca
!removeUserFromGroup Remo¸˜o do grupo.
ca
(c) Etapa: Instancia¸˜o
ca
!text Inserir um texto.
createLDTitle Elemento <imsld:title>.
!insertElement Inserir um elemento (registro hist´rico).
o
!insertResource Inserir um recurso <resource>.
!!addAsAlreadySeen Alterar registro hist´rico.
o
createLDItem <imsld:item>.
createLDInstructItem <imsld:item> no evento instrucional.
createLDLearningItem <imsld:item> no evento de aprendizagem.
25 de 49
33. Modelo pedag´gico
o
(1) Mapeamento das tarefas de planejamento instrucional
f1 :S → T’ associa cada nome de tarefa s ∈ S com um s´
ımbolo de tarefa t ∈ T’;
f2 :G → M’ x M’ associa cada objetivo com s´
ımbolos de nome (mi mj ) ∈ M’ x M’; e
f3 :L → M’ associa cada estudante l ∈ L com um s´
ımbolo de nome m ∈ M’.
Macrorroteiro
Sequenciamento: (createLDNameScript ?goals ?groups)
Fase: (createLDNamePhase ?goals ?groups)
Atividade de grupo: (createLDNameGroupActivity ?goals ?groups)
Sess˜es: (createLDNameSessions ?goals ?groups)
o
26 de 49
34. Modelo pedag´gico
o
(1) Mapeamento das tarefas de planejamento instrucional
Microrroteiro
CL Scenario: (createLDNameCLScenario ?goals ?groups)
Fase: (createLDNamePhase ?goals ?groups)
Estrat´gia de aprendizagem: (createLDNameStrategy ?goals ?groups)
e
Padr˜o de intera¸˜o: (createLDNameInteractions ?goals ?groups)
a ca
Intera¸˜es c´
co ıclicas e direcionadas:
(createLDNameInteractions ?goals ?groups)
EventoIL: (createLDNameILEvent ?goals ?groups)
27 de 49
35. Modelo pedag´gico: exemplo sess˜o discuss˜o
o a a
(:method (createLDDiscussionSession ?goals ?groups)
()
())
28 de 49
36. Modelo pedag´gico
o
(2) Defini¸˜o de intera¸˜es instrucionais.
ca co
(:method (createLDInstructionalTask ?goals ?groups)
()
(InstructionalInteraction1
...
(createInstructionalTask ?goals ?groups)
...
InstructionalInteractionm ))
29 de 49
40. Modelo pedag´gico
o
(4) Representa¸˜o das regras de planejamento instrucional como:
ca
axiomas de prop´sito geral;
o
axiomas de consulta aos modelos de estudante e de dom´ a ser
ınio
ensinado; e
axiomas de planejamento instrucional.
33 de 49
42. Modelo pedag´gico
o
(5) Defini¸˜o de m´todos de decomposi¸˜o distributiva.
ca e ca
O m´todo de distribui¸˜o de tarefas decomp˜e a tarefa instrucional em um
e ca o
n´mero idˆntico de subtarefas na que cada uma opera sob um elemento de
u e
uma sequˆncia dada.
e
Exemplo: m´todo de distribui¸˜o da sess˜o discuss˜o
e ca a a
(:method (distributeDiscussionSession () ?learners)
()
())
(:method (distributeDiscussionSession (?goal . ?goals) ?learners)
()
((createLDDiscussionSession (?goal) (?learners))
(distributeDiscussionSession ?goals ?learners)))
35 de 49
43. Modelo pedag´gico
o
Estrat´gias (≈ 8000 linhas) para la cria¸˜o de:
e ca
elementos b´sicos de roteiros colaborativos: servi¸o de conferˆncia,
a c e
objeto de aprendizagem, ambiente de apoio ` aprendizagem e grupo de
a
estudantes;
elementos de microrroteiros: 12 eventos IL, 16 fluxo de intera¸˜es c´
co ıclicas
e direcionadas, 06 padr˜es de intera¸˜o, 10 pap´is dos estudantes, 09
o ca e
estrat´gias de aprendizagem, 06 fases nos cen´rios colaborativos e 06
e a
cen´rios colaborativos; e
a
elementos de macrorroteiros: 08 sess˜es de aprendizagem, 08 atividades
o
de grupos, 09 fases e 04 macrorroteiros.
36 de 49
44. Modelo pedag´gico - integra¸˜o dos roteiros
o ca
Sess˜o de aprendizagem (Entrada, atividade, Sa´
a ıda)
(:method (createName Activity! ?goals ?groups)
()
((createLDCLScenario! ?goals ?groups)))
Figura : Proposta de integra¸˜o (Villasclaras-Fern´ndez et al., 2009)1
ca a
1 Villasclaras-Fern´ndez, S. Isotani, Y. Hayashi, e R. Mizoguchi. Looking into collaborative learning:
a
Design from macro-and micro-script perspectives. Frontiers in Artificial Intelligence and Applications
37 de 49
45. Modelo pedag´gico - combina¸˜o dos macrorroteiros
o ca
Sess˜o de aprendizagem (Entrada, atividade, Sa´
a ıda)
(:method (createName Activity! ?goals ?groups)
()
((createLDScript! ?goals ?groups)))
Figura : Combina¸˜o dos macrorroteiro Jigsaw e Pyramid
ca
38 de 49
46. Modelo pedag´gico - integra¸˜o e combina¸˜o
o ca ca
(:method (createName Activity! ?goals ?groups)
()
((createLDScriptCLScenario! ?goals ?groups)))
;; optional
(:method (createLDScriptCLScenario! ?goals ?groups)
()
((createLDScriptCLScenario!! ?goals ?groups)))
;; fallback - integra¸~o
ca
(:method (createLDScriptCLScenario! ?goals ?groups)
()
((createLDCLScenario!! ?goals ?groups)))
;; mandatory - combina¸~o
ca
(:method (createLDScriptCLScenario!! ?goals ?groups)
()
((createLDScript! ?goals ?groups)))
39 de 49
47. Agenda
1 Introdu¸˜o
ca
2 Planejamento instrucional
3 Planejamento hier´rquico
a
4 Modelo de planejamento instrucional em ACSC como problema de
planejamento hier´rquico
a
5 Gerador de cursos colaborativos
6 Conclus˜es
o
40 de 49
48. Gerador de curso1
a:Projetista c:CourseGenerator s:Solver p:IPublishHandler
getTaskDefinitions()
tasks:List
generate(initTask, initState)
solve(initTask, initState)
create
e:LDElement
e:LDElement
toUoL()
files:List<File>
publishUoL(file)
createRunForUol(uolId, title)
course:Metadata
Figura : Diagrama de sequˆncia que ilustra a gera¸˜o do curso
e ca
1 Screencast - http://screencast.com/t/PgdaTtYrlZC
41 de 49
49. Gerador de curso1
Figura : Exemplo empregado no gerador de cursos colaborativos
1 Screencast - http://screencast.com/t/PgdaTtYrlZC
42 de 49
50. Gerador de curso1
Figura : Exemplo empregado no gerador de cursos colaborativos
1 Screencast - http://screencast.com/t/PgdaTtYrlZC
43 de 49
51. Gerador de curso1
Figura : Exemplo empregado no gerador de cursos colaborativos
1 Screencast - http://screencast.com/t/PgdaTtYrlZC
44 de 49
52. Agenda
1 Introdu¸˜o
ca
2 Planejamento instrucional
3 Planejamento hier´rquico
a
4 Modelo de planejamento instrucional em ACSC como problema de
planejamento hier´rquico
a
5 Gerador de cursos colaborativos
6 Conclus˜es
o
45 de 49
53. Conclus˜es e trabalhos futuros
o
Eficiˆncia: 32 estudantes e 2 objetivos ≈ 12 segundos, 3528 a¸˜es, 650
e co
recursos instrucionais e 11 horas de instru¸˜o.
ca
Padr˜es de roteiros colaborativos podem ser usados para representar
o
estrat´gias como tarefas e m´todos hier´rquicos .
e e a
Trabalhos futuros:
Generaliza¸˜o das estrat´gias de cria¸˜o de fases nos macrorroteiro.
ca e ca
Modelagem de estrat´gias de planejamento instrucional usando padr˜es do
e o
n´ de recursos e do n´ de pap´is e mecanismos comuns.
ıvel ıvel e
Desenvolvimento de uma ferramenta de autoria de estrat´gias de
e
planejamento instrucional.
Melhorias no componente mediador.
Integra¸˜o com ambientes virtuais de aprendizagem.
ca
46 de 49
55. Leo et al.(2007) D.H. Leo, J.I.A. P´rez, e I.D. Damoulis. A pattern-based
e
design process for the creation of CSCL macro-scripts computationally
represented with IMS LD. Tese de Doutorado, Tesis doctoral. ETSIT,
Universidad de Valladolid. Citado na p´g.
a
Stahl et al.(2006) G. Stahl, T. Koschmann, e D. Suthers.
Computer-supported collaborative learning, 2006. Citado na p´g.
a
Villasclaras-Fern´ndez et al.(2009) E.D. Villasclaras-Fern´ndez,
a a
S. Isotani, Y. Hayashi, e R. Mizoguchi. Looking into collaborative
learning: Design from macro-and micro-script perspectives. Frontiers in
Artificial Intelligence and Applications, 200. Citado na p´g.
a
Wasson(1996) B. Wasson. Instructional planning and contemporary
theories of learning: Is this a self-contradiction? Em Proceedings of the
European Conference on Artificial Intelligence in Education, p´ginas
a
23–30. Colobri. Citado na p´g.
a
Weinberger et al.(2005) A. Weinberger, B. Ertl, F. Fischer, e H. Mandl.
Epistemic and social scripts in computer–supported collaborative learning.
Instructional Science, 33(1):1–30. Citado na p´g.
a
48 de 49
56. Modelo pedag´gico - rela¸oes entre padr˜es
o c˜ o
Figura : Rela¸˜es entre padr˜es de roteiros colaborativos (Leo et al., 2007)1
co o
1 D.H. Leo, J.I.A. P´rez, e I.D. Damoulis. A pattern-based design process for the creation of CSCL
e
macro-scripts computationally represented with IMS LD. Tese de Doutorado, Universidad de Valladolid.
49 de 49