Os primeiros sistemas computacionais voltados ao processo de ensino/aprendizagem, denominados CAI (Computer Assisted Instruction), ministravam o material instrucional em sessões lineares acompanhadas de baterias de testes. As respostas dos estudantes aos testes eram corrigidas e, caso algumas respostas estivessem incorretas, a sessão era reapresentada. Estes sistemas, não foram muito aceitos pois pareciam "livros eletrônicos". Buscando aperfeiçoar os CAIs, pesquisadores passaram a usar técnicas de Inteligência Artificial (IA) nestes sistemas, surgindo assim, o que conhecemos como Sistemas Tutores Inteligentes (STIs). Um STI é formado basicamente por quatro componentes: Módulo do Domínio (contém o conteúdo a ser ministrado pelo sistema); Modelo do Estudante (contém as representações do suposto estado corrente do conhecimento do estudante); Módulo Tutorial (contém o conhecimento pedagógico e as estratégias de ensino a serem utilizadas pelo sistema tutor e o Módulo da Interface (contém o conhecimento responsável pela interação entre o estudante e o sistema). Os STIs buscam adaptar o processo instrucional às necessidades e aptidões do estudante em direção a um ensino individualizado. Com este propósito, torna-se necessário modelar o estado de compreensão do estudante sobre o domínio do ensino, considerando-se suas ações ao longo do processo, suas dificuldades, informações adquiridas e outros aspectos que possam ser relevantes à instrução. Portanto, modelo do estudante (ME) é de fundamental importância no bom desempenho de um STI, pois o nível de acuração das informações contidas nele determinam a adaptabilidade do sistema e, consequentemente, a individualização do ensino.

Entre os tipos de MEs mais conhecidos estão: Modelo Overlay - pelo qual o conhecimento do estudante é considerado um subconjunto do conhecimento contido no Módulo do Domínio; Modelo de Pertubação - considera que os procedimentos inadequados (ou respostas incorretas) do estudante nem sempre são decorrentes do conhecimento incompleto (como considera Overlay), mas talvez de conhecimento incorreto (ou mal-estruturado de certos conceitos; Modelo Procedimental - procura reproduzir o procedimento de solução de problemas utilizado pelo estudante como forma de modela-lo e Modelo Diferencial - baseia-se na análise das diferenças entre respostas que um especialista no domínio considerado utilizaria e a resposta que o estudante utiliza na resolução de problemas. Estes tipos são utilizados em sua forma pura ou híbrida em vários SATIs.

Os sistemas tutores inteligentes dividem-se nas seguintes partes:

•Módulo do especialista ou domínio

•Módulo do estudante

•Módulo de tutoria

•Módulo de comunicação com o usuário

   Os STI são programas de auxílio ao ensino projetados de forma a incorporarem técnicas de Inteligência Artificial de modo a fazê-los capazes de saber o QUE ensinar, a QUEM ensinar e COMO devem ensinar.

Este modelo contem fatos e regras de um determinado domínio que será ensinado ao aluno. Este conhecimento pode ser:

Conhecimento declarativo e teórico, exemplo: Geometria ou Física. Para representá-lo são utilizadas redes semânticas e a metodologia utilizada para sua adquisição é dividida em 3 fases:

Determinar os objetos a serem incluidos no domínio.

Decidir como os objetos se relacionam entre si.

Verificar quais relacões estão corretas.

Conhecimento procedimental é tipicamente explicativo: explica como fazer uma certa tarefa, como diagnosticar um problema ou recomendar uma ação. Para incorporar o conhecimento em um sistema se recomenda:

Estabelecer as metas

Estabelecer os fatos

Estabelecer as relações entre as metas e os fatos.

CLASSIFICAÇÃO DO MODELO:

MODELO OVERLAY: (GOLDSTEIN) É um subconjunto da base de conhecimento (domínio). Compara-se o estado de conhecimento do aluno com o modelo do domínio. Caso as soluções do aluno sejam desviadas das propostas colocadas pelo especialista, se diz que o conhecimento do aluno é insuficiente.

MODELO DE PERTURBAÇÃO (BUGS): Analisa os conceitos errados e identifica os fatores que levaram a resposta errada. O modelo do estudante deve consultar uma biblioteca de erros visando descrever possíveis erros cometidos pelo aluno.

MODELO DE DIAGNÓSTICO (DIFERENCIAL): Compara o trabalho realizado pelo aluno com o desempenho de um especialista, esta diferença deve fornecer hipóteses sobre o que o aluno não conhece.

MODELO PROCEDIMENTAL: Contem os caminhos que devem ser utilizados pelo aluno na resolução de um determinado problema sugerido pelo sistema. A solução é determinada por um especialista do domínio.

Planeja e governa a interação com o aluno. Contém estratégias de ensino que são selecionadas e combinadas dinamicamente de acordo com as reações dos alunos.

O gerenciamento da iniciativa no controle do aprendizado, pode variar entre:

a) Controle total do sistema sobre o processo de aprendizagem. O    sistema monitora todas as atividades realizadas pelo aluno, o qual    apenas responde às questões formadas pelo sistema.

b) Controle total do aluno. O aluno tem a posibilidade de controlar    totalmente o sistema.

c) Controle de iniciativa mista. O sistema e o aluno revezam-se no    controle do processo de aprendizagem, isto é ambos podem    perguntar e responder questões.

   O sucesso das estratégias de ensino depende da definição das seguintes questões:

a) Quando interromper ao aluno ?. Que razões justificam interrompero curso de raciocínio ou aprendizagem do aluno?.

b) O que decidir? Esta questão desdobra-se em:

1) Seleção do(s) tópico(s) a ser apresentado(s)

2) Ordenação dos tópicos, se houver mais de um.

c) Como dizer ?

As estratégias de ensino para especificar a apresentação do material instrucional são básicamente representadas por dois métodos.

O método Socrático conduz o aluno ao longo de uma linha de raciocínio que deverá conseqüentemente levar a uma solução correta ou representação correta.

O método Coah, fornece ao aluno um ambiente no qual ele desempenha uma atividade, tal como jogos de computador, a fim de aprender habilidades relacionadas e habilidades de resolução de problemas genéricos.

Quanto mais o aluno se sentir inserido no seu ambiente de aprendizagem mais rica será a sua experiência, e esta inserção pode ser facilitada através da interação com uma interface de múltiples meios. A escolha do meio de comunicação mais adequado ao tópico a ser ensinado e a eficácia da comunicação são problemas relevantes.

É através destes recursos que o sistema tutor pode exercer duas formas de suas principais funcões.

a) A apresentação do material instrucional e

b) A monitoração do progresso do aluno.

A interação entre o professor e o STI tería como funções:

a) Permitir que o professor verifique e faça alterações, se necessario,    no sistema adequando-o às suas necessidades de ensino.

b) Servir como fonte para avaliações dos alunos pelo professor.

Os sistemas hipertexto/hipermídia propiciam um meio que tem enriquecido a apresentação do material instrucional, já que podem oferecer uma variedade de recursos-texto, material gráfico, recursos de vídeo, animação, som,etc. aliada à possivilidade de percorrer o material de maneira vinculada à semántica do conteúdo (navegando sobre o domínio).

As pessoas retem 25% do que ouvem, 45% do que vêem e ouvem e 70% do que vêem, ouvem e fazem, portanto há ter fortes argumentos a favor de interfaces que incluam não apenas texto, mas também imagem e som, permitindo que o usuário tenha opções de interação com o STI.

Conjunto parcial de recursos desejáveis para um STI e que servem de suporte á comunicação usuário/sistema:

a) Lidar com diversos estilos de interação, talvez com a capacidade de    passar de um estilo para outro, de acordo com a escolha do usuário    permitindo-lhe uma experiência mais rica;

b) Apresentar dados em diversos formatos e meios;

c) Ser fácil de usar, o que significa que ele deve minimizar o número de    ações necessárias para uma     comunicação com o tutor;

d) Ser altamente interativo e fornecer muitas informações sobre os    estados intermediarios da resolução do     problema do aluno;

e) Propiciar respostas rápidas, ou pelo menos permanecer dentro de    límites aceitaveis de tempo de     resposta.

Os software educacionais, possuem diversas taxonomias e basicamente podem ser divididos em dois grandes grupos: CAI (Computer Aided Instruction), fundamentados na teoria behaviorista-comportamentalista e os Ambientes de Aprendizagem Interativa fundamentados na teoria cognitivista-conceitual piagetiana.

A tendência dos bons programas de CAI é utilizar as técnicas de IA (Inteligência Artificial) e fazer com que o software deixe de ser um mero "virador de páginas eletrônico" e se torne um elemento mais ativo no processo de interação com o aluno. A idéia geral consiste em aplicar técnicas e métodos de Inteligência Artificial em sistemas CAI, surgindo assim os sistemas ICAI (Intelligent Computer - Assisted Instruction, cujo nome mais utilizado na literatura é ITS- Intelligent Tutorial System ou Sistemas Tutores Inteligentes).

Além disto os ICAI utilizam técnicas de IA para analisar os padrões de erro, analisar o estilo e a capacidade de aprendizagem do aluno e, oferecer instrução especial sobre o conceito em que o aluno está apresentando dificuldade. Além do mais a comunicação pode realizar-se com um conjunto mais ou menos amplo de linguagem natural.

A aprendizagem com enfoque em Ciência da Computação, um dos principais pontos de contato - se não o principal - entre as áreas de Aprendizagem de Máquina (Machine Learning - ML) e Sistemas Tutores Inteligentes, segundo VIC & OLI, localize-se em um nível teórico, ou seja, um nível de princípios gerais que descrevem os processos de ensino/aprendizagem em sistemas computacionais, de um lado, e que direcionem a construção de sistemas que ensinam/aprendem, de outro.

As diferenças mais profundas entre os ICAI e os CAI tradicionais estão na forma com que se concebe o seu projeto. Os CAI induzem o aluno a uma resposta correta mediante uma série de estímulos cuidadosamente planejados e os ICAI pretendem simular alguma das capacidades cognitivas do aluno e utilizar estes resultados como base das decisões pedagógicas a tomar.

A fronteira entre os programas de CAI clássicos e os ITS vão ficando cada vez mais imperceptível, devido a melhora das ferramentas de produção de software. Aos CAI se critica principalmente sua incapacidade por manter um diálogo aberto com o aluno. No caso dos ITS se pretende que o próprio computador adote uma forma de conduta inteligente que permita controlar o processo de aquisição do conhecimento por parte do aluno. Assim, segundo os ITS são programas de computador que utilizam técnicas procedentes da IA para representar o conhecimento e levar a termo uma interação com o aluno.

O objetivo fundamental dos ITS é proporcionar uma instrução adaptada ao aluno, tanto em conteúdo como na forma, superando desta maneira alguns dos problemas mais cruciais do software educativo na atualidade. Os ITS se comportariam de forma mais próxima a um professor humano ou um comportamento mais próximo possível disto. Porém, a realidade está muito distante de alcançar tais propósitos.

Nos ITS o ensino é apoiado sobre uma grande base de conhecimento a respeito do tema a ser ensinado, construída por um especialista, a partir da qual o sistema interage com o aluno como um tutor computadorizado com o poder indutivo similar a um professor humano, onde segundo Silveira a modelagem cognitiva é constante e progressiva.

Segundo Viccari, os ITS são programas que, interagindo com o aluno modificam suas bases de conhecimento, percebem as intervenções do aluno, possuem a capacidade de aprender e adaptar as estratégias de ensino de acordo com o desenrolar do diálogo com o aluno. Caracterizam-se principalmente por construir um Modelo Cognitivo do Aluno, através da interação, e, através da formulação e comprovação de hipótese sobre o estilo cognitivo do aluno, sobre o seu procedimento, o seu nível de conhecimento do assunto e suas estratégias de aprendizagem e na capacidade de formular uma estratégias de ensino-aprendizagem adequada ao aluno e à situação do momento .

Para ser inteligente, um tutor deve ser flexível, isto é, ter capacidade para aprender com o meio ambiente e atualizar seu conhecimento.

No processo de ensino através de um tutor inteligente o aluno aprende fazendo.

Esta abordagem vem ao encontro das modernas correntes da Educação que estão privilegiando e incentivando a troca de paradigma: o tradicional, o modelo do ensino, centrado no professor, pelo novo, centrado no aluno e baseado no "aprender a aprender".

As formas só fazem sentido na medida em que viabilizam o domínio de determinados conteúdos e o que se precisa são novas formas de tratar o processo de aquisição de conhecimento . O que se propõem é uma mudança nas estratégias de ensino utilizando os conteúdos como uma forma e do aluno dominar o método e entender o processo a fim de que possa fazer transferência deste aprendizado para novas situações.

Dentro das Ciências do Artificial contrapondo com as Ciências Naturais, a informática é o que de mais natural se tem, uma vez que trata do estudo da maneira com que o homem resolve problemas e como se pode substituir por máquinas o seu esforço mental. A IA seria uma etapa para esta substituição.

Acrescentar um I à sigla CAI não significa apenas agregar técnicas de IA para a construção de sistemas tutores e sim trabalhar de forma interdisciplinar com as conquistas que as outras áreas de pesquisa obtiveram em relação ao conhecimento da comunicação inteligente, da psicologia e da pedagogia.

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