3 curs instruire asistata

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ___________________________ NOTE DE CURS

SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE

NOTE DE CURS - MASTER, 2006

Diana Stefanescu 1


CUPRINS

1. Sisteme informatice educaţionale 2. Caracterul pluridisciplinar al instruirii (inteligente) asistate de calculator 3. Teorii ale învăţării 3.1. Perspectiva filozofică 3.2. Perspectiva psihologică 3.3. Perspectiva inteligenţei artificiale 4. Sisteme educaţionale clasice 5. Tipuri de sisteme educaţionale clasice 6. Sisteme inteligente de instruire asistată 7. Sisteme tutoriale inteligente 8. Medii inteligente de instruire 9. Agenţi pedagogici 10. Alte metode de instruire mediate de calculator 11. Sisteme educaţionale hipermedia 11.1. Sisteme hipertext 11.2. Sisteme multimedia 11.3. Sisteme hipermedia 12. Sisteme educaţionale bazate pe tehnologia WWW 13.1. Stil cognitiv şi navigaţie în 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 asistată

Diana Stefanescu 2


1. SISTEME INFORMATICE EDUCAŢIONALE

Instruirea asistată de mijloace tehnice constituie una dintre paradigmele fundamentale ale învaţământului din secolul al XX-lea. Odată cu creşterea performanţelor echipamentelor de calcul şi cu cristalizarea unor noi abordări din ştiinţele educaţiei (pedagogie, docimologie, psihologia comportamentală şi a învăţării), sistemele informatice educaţionale au început să devină instrumente de lucru indispensabile unui învaţământ modern. Astfel, a apărut un nou domeniu ştiinţific interdisciplinar: tehnologii computerizate din educaţie, domeniu care a cunoscut o dezvoltare explozivă în ultimul deceniu. Această dezvoltare este remarcabilă nu numai datorită numărului mare de sisteme educaţionale care sunt curent utilizate în procesul de învăţământ, ci şi prin prisma calităţilor acestor sisteme. Multe dintre sistemele informatice educaţionale realizate în ultimii ani au fost construite pe baza unor modele teoretico-formale solide, ceea ce a condus la o sporire semnificativă a impactului şi a eficacităţii acestora. La sfârşitul secolului al XX-lea putem distinge două direcţii majore de dezvoltare pentru sistemele informatice educaţionale (sisteme informatice de asistare a învăţării): sisteme clasice şi sisteme bazate pe tehnicile inteligenţei artificiale (sisteme inteligente de instruire).

2. DOMENIUL PLURIDISCIPLINAR AL INSTRUIRII ASISTATE DE CALCULATOR

Problematica mecanismelor proceselor de învăţăre a constituit un subiect de analiză si dispută timp de milenii. Putem exemplifica această vechime prin existenţa unei teorii a învăţării a lui Platon. Conform teoriei sale expuse în dialogul “Menon”, cunoştinţele noastre sunt înnăscute, procesul învăţării constituind, de fapt, un proces de reamintire. Problematica proceselor de învăţare a stat în atenţia mai multor discipline. Acest subiect a fost dezbătut în cadrul filozofiei, el fiind legat de problema mai generală a surselor cunoaşterii umane. Învăţarea este şi unul din domeniile de mare interes al psihologiei. Pedagogia, pe de altă parte, este ştiinţa care îşi propune să găsească cele mai adecvate căi de a desfăşura un proces de instruire. În sfîrşit, dar nu în cele din urmă, domeniul învăţării automate şi al adaptivităţii sistemelor educaţionale din inteligenţa artificială au drept scop realizarea de sisteme artificiale care învaţă (necesitând înţelegerea mecanismelor învăţării umane) şi se adaptează nevoilor individuale ale celui instruit. Ca urmare, domeniul instruirii (inteligente) asistate de calculator este pluridisciplinar (figura 1).

3. TEORII ALE ÎNVĂŢĂRII

Nu există, în prezent, o teorie unanim acceptată asupra învăţării. Pentru a avea o imagine nuanţată asupra învăţării, vom considera trei perspective:

• Perspectiva filozofică asupra surselor cunoaşterii; • Perspectiva psihologică asupra mecanismelor de învăţare; • Perspectiva inteligenţei artificiale asupra modelării proceselor de învăţare.

Diana Stefanescu 3


INSTRUIREA (INTELIGENTĂ) ASISTATĂDE CALCULATOR

PSIHOLOGIA - Abordarea psihologică a mecanismelor

proceselor de învăţare

FILOZOFIA - Ce este cunoaşterea

EPISTEMOLOGIA - Sursele cunoaşterii

ŞTIINŢELE EDUCAŢIEI - Studiul agenţilor implicaţi în

procesul instruirii - Proiectarea instruirii

INTELIGENŢA ARTIFICIALĂ - Învăţare artificială (automată) - Sisteme adaptive de instruire - Simulare de comportament inteligent

- Implementarea unor sisteme de instruire inteligente

- O mai bună înţelegere despre cunoaştere şi procesele cognitive umane

- Modelarea cunoaşterii

SCOP

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

3.1. Perspectiva filozofică

Dacă ne-am îndrepta atenţia asupra celor mai vechi manifestări ale interesului pentru fenomenele mintale, le-am găsi în filozofia clasică, în căutările lui Socrate legate de natura cunoaşterii, dar şi în gândirea modernă, în argumentarea lui Descartes că existenţa sa ar putea fi dedusă din capacitatea sa de a se îndoi. Unul din domeniile esenţiale ale studiului filozofic este teoria cunoaşterii. Spre deosebire de psihologia empirică (aceasta cercetează facultăţile si activităţile mintale care intervin în constituirea cunoştinţelor), teoria cunoaşterii consideră cunoştinţele ca fiind date şi se întreabă cum sunt ele posibile. În cadrul teoriei cunoaşterii, o atenţie deosebită s-a acordat, de-a lungul timpului, relevării surselor cunoaşterii. În acest sens, diversele sisteme filozofice pot fi încadrate în două mari abordări posibile: • Sisteme care pleaca de la ideea că, de la naştere exstă un bagaj de cunoştinţe în mintea umană; • Sisteme care consideră cunoaşterea ca fiind dobândită empiric, prin procese de învăţare din

experienţa de-a lungul vieţii.

Această dispută este argumentată strălucit de Piaget şi Chomsky . Piaget subliniază că, deşi nu crede în existenţa structurilor cognitive înnăscute ale inteligenţei, acceptă ideea că funcţionarea inteligenţei implică mecanisme nervoase de tipul reţelei booleene; pornind de la ele, subiectul uman construieşte pas cu pas structuri cognitive cât mai complexe. Piaget recunoaşte parţial mecanismele variabilităţii prezente în explicaţiile biologiei contemporane, cu

Diana Stefanescu 4


menţinerea ideii sale de bază că aceste mecanisme sunt insuficiente pentru a explica geneza şi evoluţia comportamentului uman şi animal. De aici, menţinerea ideii sale directoare că starea iniţială S0 (a nou-născutului) este foarte puţin structurată şi că evoluţia de la starea iniţială S0 la starea finală S7 este rezultatul învăţării, al construcţiei interioare. Piaget susţine că există o inteligenţă generală umană care este aptă să transforme în realitate potenţele organizatoare elementare ale creierului uman, în diferite forme din ce în ce mai complexe (potrivit tezei “minimul de performare, maximul de auto-organizare”). Ideea de creaţie, de producere a ceva nou, este, în acest caz, o dezvoltare a tezei general ontologice referitoare la evoluţie prin complexificare. Piaget este adeptul “teoriei organizaţionale”. Teoria piagetiană apare ca o serie de modele statice, progresiv şi ierarhic înlănţuite, fără să dea socoteală de ceea ce determină trecerea copilului de la un stadiu la altul. Chomsky porneşte de la afirmaţia că, creierul omenesc este înzestrat de la naştere - deci, în starea iniţială de nou-născut, S0 - cu o structură nervoasă înalt specificată, având capacitatea de a realiza structuri lingvistice complexe. Mai mult decât atât, el consideră maturizarea creierului omenesc identică cu maturizarea celorlalte organe (inimă, ficat), deci ideea de dezvoltare şi construcţie, când este vorba de limbaj, nu are sens. Maturizarea creierului este caracterizată prin developarea în sens fotografic a unor structuri deja existente (adică punerea lor în evidenţă ) şi nicidecum prin dezvoltare sau învăţare. Ca argument, Chomsky aduce faptele oferite de stadiul actual al cercetării creierului uman: localizarea centrilor limbajului, care pledează pentru o astfel de specificare ereditară. Pornind de aici, el respinge teza inteligenţei generale. Între cele două programe trebuie realizată o punte de legătură, în sensul nuanţării relaţiei dintre înnăscut şi construit (învăţat, dobândit). Fondul teoretic comun al teoriilor lui Chomsky şi Piaget, îl constituie antiempirismul lor, antiempirism care poate explica importanţa înrâuririi lor asupra psihologiei cognitive moderne şi asupra psiholingvisticii. Departe de a fi în opoziţie ireconciliabilă, cele două orientări reprezintă o împletire între aspectele înnăscute şi cele construite în activitatea umană. Chomsky pune accentul pe structurile lingvistice înnăscute, iar Piaget- pe aspectele construite în învăţare. Controversa “înnăscut sau dobăndit” încă nu s-a soluţionat, ea constituind subiect de discuţie nu numai în filozofie, ci şi în alte ştiinţe, printre care şi inteligenţa artificială. Din punctul de vedere al cercetărilor prezentate în lucrare, răspunsul dat la controversa “înnăscut sau dobăndit” este foarte important, deoarece el este punctul de plecare al abordărilor în înţelegerea mecanismelor învăţării. De exemplu, abordările conexioniste din inteligenţa artificială se încadrează clar în cea de-a doua abordare, pe când sistemele bazate pe cunoştinţe pleacă de la prima. În cadrul lucrării de faţă, se face o opţiune clară către prima abordare. În acest sens, este foarte sugestivă părerea filozofului M. Flonta: “Aşadar, pentru a înţelege activităţi mintale complexe, va trebui să studiem mai întîi fiecare subsistem în parte, particularităţile sale. Analogia dintre dezvoltarea biologică şi dezvoltarea mintala conduce la punctul de vedere că mintea este organizată în facultăţi cognitive distincte, cu structuri specifice. Acest punct de vedere este opus principiului empirist, potrivit căruia cunoaşterea ia naştere din datele simţurilor prin exercitarea unor mecanisme elementare şi uniforme ale învăţării”.

Diana Stefanescu 5


3.2. Perspectiva psihologică

În psihologie, învăţarea este una din principalele activităţi umane studiate. Perspectiva din care este privită învăţarea este dată de teoria psihologică luată în considerare (behavioristă, cognitivă sau constructivistă). Teoria psihologiei behavioriste (comportamentale) Teoria psihologiei behavioriste (comportamentale) susţine că învăţarea constă dintr-o modificare persistentă a comportamentului persoanei care învaţă. Această teorie poate fi încadrată în abordarea empirică asupra surselor cunoaşterii, abordare conform căreia învăţarea constă în stabilirea unor relaţii între stimulii exteriori şi reacţiile (comportările) celui care învaţă. În psihologie, acest mod de învăţare (care a dominat prima parte a acestui secol) este denumita învăţare asociativă sau învăţare prin condiţionare. Esenţa acestei teorii este contiguitatea spaţială sau temporală a stimulilor care se autocondiţionează. Această contiguitate care determină asociaţii stă la baza implementării pe calculator a sistemelor de învăţare automată. De exemplu, învăţarea folosind reţele neuronale pleacă tocmai de la ideea stabilirii unor legături fizice cu o pondere mare între stimuli şi efecte. De asemenea, abordările bazate pe reţele semantice în reprezentarea cunoştinţelor pleacă tot de la ideea stabilirii unor relaţii nemijlocite între stimuli şi efecte. Cercetătorul american Thorndike propulsează această teorie mult peste nivelul formulărilor anterioare. El susţine că reflexele şi instinctele, deprinderile şi actele de gândire, toate, pot fi reduse şi explicate în termeni de situaţii (S), răspunsuri ( R ) şi conexiuni (legături asociative) care unifică aceste situaţii şi răspunsuri. Termenul de conexiune, în accepţia sa cea mai generală, desemnează tendinţa asociată unei anume situaţii de a evoca un anume răspuns din infinitul registru al posibilităţilor umane. Conform teoriei sale, toate procesele mentale constau în funcţionarea conexiunilor înnăscute şi dobândite între situaţii şi răspunsuri. Fenomenul învăţării echivalează cu dinamica formării unor conexiuni (achiziţia de noi răspunsuri) şi a schimbării intensităţii acestora (modificări în registrul răspunsurilor). Teoria învăţării condiţionate nu poate explica însă toate procesele de învăţare. Ea permite explicarea generalizărilor (care sunt văzute ca fiind reacţii similare la stimuli similari), a diferenţierii reacţiilor la stimuli aparent similari (dar deosebiţi esenţial), dar este o simplificare care nu are în vedere procesele cognitive, specifice gândirii; abordarea comportamentală reduce gândirea umană la nişte reflexe condiţionate sau nu, neconsiderând bogaţia universului psihic uman. Nici o cunoaştere nu este datorată numai percepţiilor, deoarece acestea sunt întotdeauna dirijate şi încadrate în nişte scheme de acţiuni. Cunoaşterea decurge din acţiune. Teoria psihologiei cognitive Ca reacţie la psihologia comportamentală a apărut psihologia cognitivă. Abordarea cognitivă acordă o atenţie deosebită structurilor care stau la baza reprezentării şi prelucrării cunoştinţelor în cadrul psihicului uman. Această teorie este fundamentată din mai multe puncte de vedere, privind învăţarea ca pe un proces de achiziţie şi reorganizare a structurilor cognitive umane prin care omul dobândeşte, memorează şi prelucrează cunoaşterea. Un sistem cognitiv este un sistem fizic care posedă două proprietăţi: de reprezentare şi de calcul.

Diana Stefanescu 6


Conceptele principale ale teoriei cognitive sunt: - Schemele cognitive (scheme mentale) – structuri interne ale cunoaşterii. Prin combinarea,

extinderea sau modificarea acestora, se pot obţine noi cunoştinţe. Achiziţia cunoaşterii este descrisă ca o activitate mentală.

- Modelul de prelucrare al memoriei – punct de plecare al modelelor ACT şi SOAR – este format din registrul senzorial de intrare, memoria de scurtă durată şi memoria de lungă durată.

- Învăţarea este privită ca o schimbare (tranziţie) în spaţiul cunoaşterii. - Elevul este un participant activ la procesul de instruire. Psihologia constructivistă Psihologia constructivistă, iniţiată de Barlett (1932) priveşte învăţarea ca un proces prin care subiectul îşi construieşte structurile de cunoaştere pe baza percepţiilor (concept din psihologia comportamentală) şi experienţei sale, a cunoştinţelor anterioare, a schemelor mentale (concepte din psihologia cognitivă) şi a credinţelor despre interpretarea obiectelor şi a evenimentelor. Conceptele de bază ale constructivismului evidenţiate de Merrill sunt: - Cunoaşterea este construită pe baza experienţei şi a schemelor mentale anterioare; - Învăţarea constituie un proces activ de interpretare personală a lumii; - Negocierea semnificaţiei, partajarea perspectivelor multiple asupra universului de discurs şi

schimbările reprezentării interne a cunoaşterii prin colaborare favorizează învăţarea; - Procesul de învăţare trebuie situat într-un context real, iar testarea trebuie să fie o activitate

integrată a acestui proces (nu o activitate separată). Primele două principii conduc la abordarea constructivistă cognitivă, iar ultimele două – la abordarea constructivistă socială. Datorită multitudinii de concepte comune dintre psihologia cognitivă şi cea constructivistă, unii cercetători consideră că abordările principale în psihologie se reduc la psihologia comportamentală şi la cea cognitivă. Ca o concluzie a celor prezentate anterior, teoria învăţării şi a cunoaşterii au cunoscut o multitudine de abordări. Nu trebuie să uităm însă faptul că o teorie a învăţării nu le exclude automat pe celelalte, fiecare reprezentând în ultimă instanţă un model explicativ al unei anumite laturi a procesului de învăţare şi nu a învăţării în general. Factorii stimulatori ai procesului de maturizare a cunoaşterii au fost: capacitatea din ce în ce mai mare a calculatorului de a simula procese complexe de gândire, reactualizarea interesului în domeniul strategiilor folosite în rezolvarea problemelor dificile, demonstrarea existenţei la animale a unor capacităţi de raţionament care desfid explicaţia în termenii modelelor stimul-reacţie, publicarea cărţii de mare răsunet a lui Ulrich Neisser, “Cognitive Psychology” (1967) şi, nu în ultimul rând, cercetările lui Piaget în domeniul proceselor de gândire la copii şi demonstraţiile lui Chomsky privind anumite procese lingvistice. În realitate, teoriile învăţării de care dispunem sunt descriptive şi nu prescriptive. Aceste teorii trebuie luate în considerare în orice sistem inteligent de instruire asistată de calculator. Să sesizezi structura unui domeniu înseamnă să-l înţelegi în aşa fel încât să poţi face în mod conştient legătura dintre acesta şi multe alte lucruri. Pe scurt, a învăţa structurat înseamnă a ajunge să înţelegi relaţiile dintre lucruri.

Diana Stefanescu 7


3.3. Perspectiva inteligenţei artificiale

În inteligenţa artificială s-au căutat modele care să explice procesele de învăţare umană şi au fost elaborate sisteme de învăţare automată care caută să imite procesele cognitive umane. Prin descrierea aspectelor fundamentale ale inteligenţei în termeni de grupuri, Piaget dă teoriei inteligenţei o orientare cibernetică. Piaget susţine că “în orice domeniu al gândirii constituite… realitatea psihologică constă în sisteme operatorii de ansamblu şi nu în operaţii izolate, concepute ca elemente anterioare acestor sisteme: aşadar, numai în măsura în care acţiunile sau reprezentările intuitive se organizează în asemenea sisteme, ele dobândesc natura de “operaţii”. Structurile mentale de care vorbeşte Piaget sunt cu adevărat “configuraţii”, dar nu sunt predeterminate şi nici invariabile. În concepţia lui Piaget, structurile psihice sunt întotdeauna rezultatul unui proces evolutiv: ele evoluează, se diferenţiază, se complică, se coordonează şi se înlocuiesc reciproc. Analiza acestor structuri şi a legilor care guvernează echilibrul lor sunt exprimate de axiomele grupului matematic:

• Existenţa unei legi de compoziţie exprimă posibilitatea coordonării operaţiilor: operaţiile nu rămân izolate, ci se înlănţuie în ansamble;

• Asociativitatea exprimă capacitatea gândirii de a ajunge pe căi diferite la acelaşi rezultat; • Condiţia elementului neutru şi a elementului invers exprimă, de fapt, proprietatea

generală care caracterizează inteligenţa: reversibilitatea. (Actele senzorimotorii elementare şi perceptive sunt compozabile, dar la nivelul lor nu se realizează echilibrarea perfectă, caracteristică inteligenţei, întrucât le lipseşte reversibilitatea);

• Pentru sistemele calitative se adaugă o a cincea axiomă, postulând că prin compunerea succesivă a unor elemente identice, caracterizate calitativ, obţinem un element calitativ identic cu cele precedente.

Prin descrierea aspectelor fundamentale ale inteligenţei în termeni de grupuri, se dă posibilitatea unei interpretări a proceselor cognitive superioare care să nu sacrifice nici dinamica, exprimată într-o infinită variabilitate a fenomenelor vii, şi nici tendinţa acestora de organizare pentru instaurarea unor forme stabile, echilibrate, formalizate şi axiomatizabile. În “Tratatul de logică”, Piaget adaugă la conceptul de grup pe cel de reţea sau latice care îi serveşte la evidenţierea unor noi caracteristici generale ale structurilor mentale. În timp ce grupul se referă, în special, la clase şi clasificări, reversibilitatea luând aici forma inversiunii, reţeaua se referă în special la relaţii. Între teoria inteligenţei a lui Piaget şi orientarea cibernetică există o legătură intimă prin schematizarea structurilor gândirii aşa cum intervin acestea în conduitele intelectuale observabile psihologic. Convergenţele între cibernetică şi teoria operatorie a gândirii se pot stabili pe mai multe planuri: între structurile intelectuale şi structurile cibernetice presupuse de orice modelare, între teoria operatorie a inteligenţei şi schemele de reglare, implicând feedback-ul, etc. Piaget precizează în mod clar, că nu este vorba de reducerea gândirii naturale la modele formale, ci de descrierea structurilor naturale, mentale, prin aceste modele. Originea proceselor cognitive trebuie căutată, după Piaget, în mecanismele adaptive, adaptarea fiind rezultatul unei echilibrări între asimilarea a ceea ce este dat la un moment dat la scheme anterioare şi acomodarea acestor scheme la o situaţie modificată. Primele teorii şi sisteme implementate de instruire au avut în centrul atenţiei psihologia comportamentală.

Diana Stefanescu 8


Skinner a fost promotorul metodelor de instruire cunoscute sub numele de “învăţare programată” (Programmed Learning). Skinner a inventat una din primele “maşini de învăţare”. Textul programat liniar şi tehnicile intrinsece sunt exemplele cele mai simple de învăţare programată. Acest gen de învăţare era apropiat de învăţarea individuală. În realitate, colaborarea dintre un elev şi un profesor uman este mult mai flexibilă. Un mecanism cu programare prealabilă, însă de alt gen, îi datorăm lui N.A. Crowder. Acesta subliniază faptul că o funcţie importantă a profesorului este să evalueze forţele şi slăbiciunile elevului şi să ia măsuri adecvate pentru a remedia greşelile incipiente, să furnizeze elevului elementele informaţiei care îi lipsesc, iar atunci când este nevoie, să-l îndrepte spre un nivel informaţional cât mai avansat. Astfel, maşina lui Crowder ţine seama de caracteristicile individuale ale elevului. Programarea - în sistemele de instruire asistată - este în esenţă un proces de autoadaptare, care prin folosirea unui feedback ne conduce la ţinta dorită. Ultimul stadiu în ierarhia maşinilor de învăţare îl constituie maşinile capabile să se autoinstruiască. Un profesor bun nu-şi reproduce lecţia ca un gramofon, ci este sensibil la nevoile variabile ale elevilor săi. El posedă numeroase strategii de predare pe care le foloseşte în mod adecvat, putând să testeze şi să dezvolte în decursul anilor arta predării. În acest sens, putem aminti sistemele lui Smallwood, Coulson (1962). Dacă mult timp teoriile de instruire au avut în centrul atenţiei psihologia comportamentală, cercetările recente au demonstrat importanţa proceselor cognitive ale celui care învaţă. Procesele cognitive sunt acţiuni mentale neobservabile, utilizate în manipularea informaţiei. Ele nu sunt simple răspunsuri la evenimentele dintr-un mediu de instruire, sau un determinant intern complet al performanţelor elevului. Noile teorii de instruire se bazează pe interpretările cognitive ale procesului de învăţare. Aceste teorii, cum ar fi “teoria învăţării prin întrebare” (theory of inquiry teaching) a lui Collins, “teoria achiziţiei de deprinderi” (theory of skill aquisition) a lui Anderson sau “teoria flexibilităţii cognitive” (theory of cognitive flexibility) a lui Jonassen acordă din ce în ce mai multă atenţie raţionamentelor elevului şi activităţilor de rezolvare a problemelor. Una din teoriile cele mai cunoscute asupra învăţării, folosite în inteligenţa artificială este cea propusă de Anderson, pe baza “arhitecturilor cognitive” (ACT* - Adaptive Control of Thought). La baza acestuia stă un sistem de reguli de producţie care include ş6ţ :

• o memorie de lucru în care sunt introduse fapte din lumea exterioară şi în care iau naştere acţiuni către exterior;

• o memorie declarativă a cunoştinţelor pe care sistemul le foloseşte; • o memorie procedurală (de reguli de producţie ) pentru cunoştinţele procedurale învăţate

şi folosite în raţionamente. Teoria şi arhitectura lui Anderson care are la bază teoria psihologică cognitivă a fost folosită la implementarea mai multor sisteme inteligente de instruire în programare, în algebră şi în geometrie. În această teorie se consideră următoarele tipuri de învăţare:

• înregistrarea declarativă de fapte din mediu în memoria de lucru şi apoi în memoria declarativă sau procedurală (de lungă durată);

• întărirea încrederii în cunoştinţele memorate ori de câte ori acestea sunt folosite; • “compilarea cunoştinţelor” prin formarea unei reguli noi prin proceduralizarea şi

compunerea mai multor reguli; • generalizarea şi diferenţierea cunoştinţelor.

Diana Stefanescu 9


SOAR şi ACT* sunt teoriile cognitive universal acceptate; scopul lor este să descrie numai aspectele achiziţiei aptitudinilor sau deprinderilor, care sunt comune tuturor îndemânărilor. Totuşi, mecanismele SOAR şi ACT* nu ne spun prea multe despre achiziţia iniţială de aptitudine a elevului. Domeniul învăţării asistate de calculator din inteligenţa artificială contribuie atât la înţelegerea mecanismelor învăţării, dar şi la modelarea proceselor cognitive implicate. Într-un sistem de instruire este necesar ca regimul de funcţionare normală să alterneze cu regimurile de achiziţie a cunoştinţelor şi învăţare automată (“machine learning”), care să permită dezvoltarea bazelor de cunoştinţe implicate. După cum releva R. Michalski: “În învăţarea automată, învăţarea este văzută ca un proces de automodificare a cunoaşterii curente a celui care învaţă printr-o interacţiune cu nişte surse de informaţii”. Tot Michalski evidenţiază rolul esenţial al explicaţiilor în procesele de învăţare. Explicaţiile pot fi:

• derivaţionale (deductive); • ipotetice (inductive).

Explicaţiile derivaţionale sunt folosite în învăţarea analitică, ducând la restructurarea sau întărirea cunoştinţelor existente. În cazul explicaţiilor ipotetice, se consideră o ipoteză în conjuncţie cu cunoştinţele existente pentru a genera noi cunoştinţe. Învăţarea poate fi:

• analitică ( bazată pe explicaţii sau bazată pe specificaţii); • sintetică ( prin exemple date de altcineva sau prin observaţii făcute de cel instruit);

• empirică ( cunoştinţele existente sunt puţin folosite); • constructivă ( esenţial bazată pe cunoştinţele existente).

Exemple de învăţare empirică în inteligenţa artificială sunt reţelele neuronale sau algoritmii genetici, învăţarea bazată pe explicaţii fiind o învăţare constructivă. Tot Michalski este cel care evidenţiază mecanismele esenţiale implicate în învăţare:

• deducţie / inducţie; • generalizare / specializare; • abstractizare / concretizare.

În prezent se încearcă integrarea tuturor acestor mecanisme în aşa numita învăţare multistrategică..

4. SISTEME EDUCAŢIONALE CLASICE

La începutul anilor ’50, odată cu apariţia primelor echipamente de calcul de uz comercial, s-a născut ideea că acestea ar putea fi folosite în procesul educaţional. Sistemele informatice dedicate învăţării care au fost dezvoltate şi implementate în următorii ani au fost denumite “clasice”. Sisteme educaţionale de tip “clasic”, care nu utilizează tehnicile inteligenţei artificiale şi care implementează o strategie pedagogică bazată pe însuşirea graduală a unor secvenţe de conţinut instrucţional, continuă să fie elaborate şi intens utilizate şi în momentul de faţă.

Diana Stefanescu 10


Instruirea asistată de calculator prin sisteme clasice este desemnată actualmente prin termenii: • CAI (engl.: Computer Assisted Instrucţion), instruire asistată de calculator; • CAL (engl.: Computer Assisted Learning), învăţare asistată de calculator; • CBT (engl.: Computer Based Training), exersare-antrenare cu ajutorul calculatorului; • CBL (engl.: Computer Based Learning), învăţare cu ajutorul calculatorului. Menţionăm că sistemele educaţionale “clasice” se vor desemna în continuare prin sintagma CAI/CAL, încetăţenită în majoritatea lucrărilor de specialitate. Adesea însă, prin termenii CAI şi CAL se desemnează instruirea asistată de calculator în general, indiferent dacă se realizează prin sisteme clasice sau inteligente. Sistemele educaţionale CAI/CAL implementează o strategie pedagogică similară cu cea din instruirea programată, mai precis din programarea intrinsecă, în care ramificarea stă la baza modelării procesului instrucţional. Se poate spune că aceste sisteme sunt construite pe baza aceloraşi principii skinneriene privind învăţarea, văzută ca o întărire a unei conexiuni psihice între un stimul şi răspunsul dat la el. Cu alte cuvinte, sistemul de instruire trebuie să verifice la fiecare pas răspunsurile date de utilizator şi în funcţie de corectitudinea lor, să-l conducă pe acesta pe un anumit traseu de învăţare. Sistemul va include trasee (ramificaţii) care trebuie parcurse în cazul în care răspunsul utilizatorului este incorect. Având în vedere aceste consideraţii, modul tipic de desfăşurare al lecţiilor în instruirea asistată la un sistem educaţional CAI/CAL poate fi descris prin următorul algoritm general (fig. 2.): 1. utilizatorului i se prezintă o secvenţă teoretică, urmată de probleme propuse spre rezolvare; 2. soluţiile date de utilizator la probleme sunt comparate cu soluţiile interne (considerate corecte) şi

sistemul transmite un feed-back corespunzator: 2.1. dacă soluţiile sunt corecte se trece la lecţia următoare; 2.2. dacă soluţiile date de utilizator nu sunt corecte se lansează o procedură de “remediere” a

erorilor acestuia, procedură care poate consta în: 2.2.1. prezentarea unui material teoretic mai detaliat despre noţiunile în cauză; 2.2.2. propunerea unor probleme mai simple, prin a căror rezolvare utilizatorul să înţeleagă

mai bine sensul noţiunilor prezentate în acea secvenţă teoretică; 3. paşii se reiau până la parcurgerea completă a conţinutului instrucţional cuprins în sistem. Din diagrama prezentată în Figura 2 se pot observa punctele în care acest model poate fi extins, în scopul de a-l adapta la diferenţele individuale care pot exista între utilizatorii unui sistem educaţional: • o analiză mai complexă a erorilor făcute de utilizator pe parcursul secvenţelor aplicative (de

rezolvare de probleme) ar putea conduce la determinarea conceptelor “greşite” (insuficient înţelese) care au fost sursa producerii acelor erori;

• determinarea sursei erorilor, pentru fiecare utilizator în parte, ar putea implica un feed-back individualizat din partea sistemului: prezentarea unei secvenţe specifice de noţiuni teoretice şi de probleme, care să ajute la clarificarea conceptelor greşit înţelese.

• se poate imagina un criteriu mai flexibil de evaluare a rezultatelor obţinute de utilizator în aplicaţiile practice din cadrul lecţiilor: dacă ele au fost rezolvate corect într-o anumită proporţie, sistemul să permită trecerea la lecţia următoare.

Iniţial, sistemele educaţionale CAI respectau aproape întru totul o diagramă de lucru ca cea prezentata în figura 2., deoarece performanţele echipamentelor de calcul nu permiteau diagnoza on-line şi feed-back-ul diferenţiat. Treptat, datorită îmbunătăţirii performanţelor calculatoarelor (memorie şi capacitate de prelucrare sporite), modelul pedagogic implementat de aceste sisteme educaţionale a devenit din ce în ce mai complex şi mai flexibil.

Diana Stefanescu 11


Lecţiile

sistemului

Prezentarea noţiunilor teoretice ale lecţiei

Prezentarea problemelor de rezolvat

Soluţia corectă stocată de sistem

Soluţia dată de utilizator

Compară soluţiile

Acţiuni de remediere a erorii studentului

Corect Incorect

Legendă: Elipse = cunoştinţe ale sistemului CAICasete = acţiuni ale sistemului CAI

Figura 2. Diagrama etapelor instrucţionale la un sistem CAI/CAL

Sistemele informatice educaţionale clasice, tradiţionale (CAI/CAL), sunt actualmente cele mai răspândite şi populare instrumente informatice pentru asistarea învăţării. Din punct de vedere pedagogic, sistemele educaţionale clasice sunt considerate un tip particular de “sisteme de învăţare”, în sensul că faciliteză memorarea (însuşirea, înţelegerea) unui complex de noţiuni dinainte stabilit şi nemodificabil. Aceste sisteme posedă unele trăsături comune, indiferent de domeniul de cunoaştere pentru care au fost destinate sau de tehnologia informatică utilizată pentru livrarea conţinutului instrucţional: • toate strategiile pedagogice ale sistemului sunt predefinite; • sistemul instrucţional nu are abilitatea de a lua decizii autonome privind desfăşurarea procesului

instrucţional, indiferent de evoluţia cognitivă a utilizatorului.; • cunoaşterea domeniului (în care se face instruirea) este stocată explicât - în secvenţele de lecţii

prezentate utilizatorului - sau implicât - în scenarii formate din întrebări şi răspunsuri; • cunoaşterea domeniului nu se îmbogăţeşte în urma interacţiunii cu utilizatorul, materialul

instrucţional inclus iniţial în sistem păstrându-şi nemodificate semnificaţiile cognitive; • modul predominant de interacţiune cu utilizatorul este dialogul ghidat, ceea ce nu favorizează prea

mult iniţiativa liberă a celui care se instruieşte cu ajutorul sistemului; • reacţiile utilizatorului în interacţiunea cu sistemul instrucţional se consideră cunoscute în mod

anticipat; • obiectivele instrucţionale se limitează de cele mai multe ori la memorarea unor cunoştinţe

declarative sau a unor secvenţe de acţiuni procedurale. O sinteză a trăsăturilor caracteristice ale sistemelor educaţionale este prezentată în Tabelul 1.1.

Diana Stefanescu 12


Tabelul 1. Sinteza - Caracteristici ale sistemelor educaţionale clasice (CAI/CAL). Element caracteristic Implementare în sistemele educaţionale clasice Bazele formal-teoretice Teoriile clasice ale învăţarii.

Principiile fundamentale ale pedagogiei. Metodele pedagogice Prezentare vizual-expozitivă. Dialog interactiv.

Parcurgere ghidată a conţinutului instrucţional. Antrenament interactiv. Simulări în mediu virtual. Manipulare de obiecte abstracte.

Strategiile pedagogice Funcţionare după scheme pedagogice predefinite. Metodele de instruire Învăţare prin imitaţie.

Învăţare prin rezolvarea de probleme. Metodele folosite pentru organizarea cunoştinţelor domeniului de instruire

Precizarea obiectivelor instrucţionale. Stabilirea task-urilor instrucţionale pentru atingerea obiectivelor. Definirea sub-taskurilor. Stabilirea conţinutului corespunzător fiecărui (sub)task.

Modelul utilizatorului (modelul student)

Predefinit. Scheme bivalente de modelare comportamentală.

Metode de evaluare a cunostintelor

Evaluări cantitative. Comparaţie cu un nivel de performanţă prestabilit.

Structura sistemului Structura orientată ecran. Domeniile de instruire Practic, orice domeniu de cunoaştere umană. Echipa de realizare Programatori. Psihologi, pedagogi. Mijloace hardware-software Calculatoare personale, limbaje de programare uzuale.

Sisteme-autor. Tehnologii informatice moderne.

Analizând sistemele educaţionale clasice realizate în ultima decadă, se pot face câteva constatări generale privind evoluţia acestora: • se poate observa o continuă îmbunătăţire a performanţelor sistemelor educaţionale CAI/CAL, prin

aportul adus de noile tehnologii informatice; • tehnicile multimedia-hipermedia, tehnologiile Internet de acces şi prezentare a informaţiei, sunt

încorporate în momentul de faţă în majoritatea sistemelor educaţionale clasice. Prin utilizarea acestor tehnologii s-au obţinut rezultate spectaculoase în perfecţionarea modelelor de interacţiune om-maşină şi s-au deschis perspective importante privind generalizarea instruirii asistate de calculator prin sisteme educaţionale de tip CAI/CAL. O menţiune specială trebuie facută în privinţa tehnologiei Web, specifică Internetului. Valenţele instrucţionale ale acestei tehnologii au fost sesizate încă de la apariţia sa. Prin pagini Web poate fi livrată utilizatorului o mare cantitate de informaţii, într-un format de prezentare multifuncţional şi cu aspect prietenos. Tehnologia Web permite includerea în paginile oferite utilizatorului a unor elemente de grafică, de grafică animată sau a unor secvenţe audio, care pot facilita procesul de învăţare. Prin elementele interactive existente în pagini, utilizatorul poate naviga prin conţinutul instrucţional sau poate chiar manipula diverse obiecte abstracte. Prin tehnologia Web sunt dezvoltate actualmente un număr covârşitor de sisteme CAI/CAL, atât pentru instruire cât şi pentru prezentare sau informare.

Diana Stefanescu 13


5. TIPURI DE SISTEME EDUCAŢIONALE CLASICE

Dacă se analizează sistemele educaţionale CAI/CAL actuale, se poate observa o diferenţiere tipologică destul de clară între ele. O clasificare a sistemelor CAI/CAL se poate efectua dacă se ia în considerare combinaţia a două criterii: • arhitectura (structura) internă a sistemului educaţional; • scopul pentru care sistemul de instruire a fost proiectat. Pe baza acestor criterii se pot distinge următoarele clase de sisteme CAI/CAL (fig. 1.2): • Manualele on-line de utilizare; • Sisteme hipermedia; • Tutoriale clasice.

Cunoştinţe specifice unui domeniu

Cunostinţe referitoare la o activitate precisă

Manuale on-line de utilizare

Sisteme hipermedia

Tutoriale clasice

Învăţare prin imitaţie

Ghidarea utilizatorului

Rezolvarea de probleme

Metode de instruire

Metode de prezentare

Cunoştinţe declarative, scheme procedurale

Cantitative. Teste grilă

Metode de evaluare

Prin limbaj de comenzi

Prin ob. multimedia şi de navigare

Prin dialog interactiv

Interacţiunea cu utilizatorul

Modele comportamentale predefinite

Hipertext

Hipertext şi multimedia

Tehnologii Web Multimedia

Cantitative. Exerciţii, Probleme

Figura 3. Tipuri de sisteme educaţionale CAI/CAL.

Manualele on-line de utilizare ale aplicatiilor informatice au următoarele trăsături definitorii: • însoţesc orice produs informatic modern; • sunt destinate să instruiască utilizatorul în privinţa modului de folosire a unor instrumente

informatice destinate desfăşurării unor activităţi computerizate bine precizate (procesare de texte, calcul tabelar, grafică, proiectare asistată, etc);

• mediază învăţarea prin imitaţie şi favorizează transferul de competenţă; • folosesc - de regulă - hipertextul ca formă de prezentare a conţinutului informaţional; • utilizatorul poate să înveţe, pornind manualul on-line, să folosească un produs informatic în

desfaşurarea unor activităţi care nu au fost prevăzute de creatorii acestuia.

Diana Stefanescu 14


Sistemele hipermedia pentru instruirea asistată: • combina hipertextul cu elemente de multimedia (grafică, grafică animată, sunet, obiecte

interactive, realitate virtuală); • folosesc ca metodă instrucţională ghidarea utilizatorului pe traseul instrucţional, dar permit şi

navigarea liberă în spaţiul virtual de lecţii; • folosesc (cel mai adesea) tehnologia Internet-WWW pentru diseminarea şi prezentarea

conţinutului instrucţional; acestea pot fi livrate şi sub formă de sisteme autonome, care pot fi utilizate de o singura persoană la un moment dat;

• subiectele prezentate pot fi din domenii extrem de diverse: medicină, geografie, chimie, învăţarea limbilor străine, domeniul cultural-artistic (pictură, muzică), etc.

Tutorialele clasice pot fi caracterizate astfel: • reprezintă în mod explicât cunoştinţele care vor fi furnizate spre învăţare utilizatorului; • verificarea însuşirii noţiunilor prezentate în lecţii se face prin întrebări, exerciţii şi probleme

(metoda pedagogică implementată cel mai adesea de aceste sisteme este învăţarea prin rezolvare de probleme);

• sunt elaborate în scopul atingerii unor obiective instrucţionale bine precizate, nivelul performanţelor utilizatoruluise fiind estimat prin evaluări cantitative;

• folosesc tehnologia Web pentru accesul la conţinutul instrucţional, în combinaţie cu sisteme aplicative pentru testarea/evaluarea cunoştinţelor (scripturi CGI, servleţi);

Majoritatea produselor informatice complexe sunt însoţite actualmente de tutoriale clasice, care sunt destinate instruirii privind modul de utilizare al produsului informatic respectiv. Sistemele educaţionale CAI/CAL, din cele trei categorii menţionate anterior, domină în momentul de faţă (din punct de vedere numeric) domeniul instruirii asistate de calculator. Considerăm că ele vor mai fi utilizate în continuare încă multa vreme, ca instrumente eficiente de asistare a procesului uman de instruire în cele mai variate domenii de cunoaştere. Dintre sistemele CAI/CAL, tutorialele au cunoscut o continuă perfecţionare în ultimii ani, ca urmare a activităţii concertate a unor colective importante de informaticieni şi educatori. Prin aplicarea celor mai noi cercetări din psihologie privind mecanismele învăţării umane, s-a ajuns la o rafinare a metodelor pedagogico-instrucţionale implementate de aceste sisteme, cu un impact major asupra eficienţei lor. În acelasi timp, printr-o abordare ştiinţifică a problematicii domeniului, s-a ajuns la elaborarea unor modele conceptual-arhitecturale consistente. Aceasta a avut ca efect realizarea unor tutoriale CAI/CAL cu funcţionalităţi multiple. Nu trebuie uitat nici aportul adus de finanţările substantiale de care au beneficiat unele proiecte de dezvoltare a sistemelor CAI/CAL (ARIADNE, WebCT ş.a.). Aceste finanţări au apărut odată cu înţelegerea de către instituţiile publice şi private a importanţei sociale şi a beneficiilor aduse de instruirea asistată de calculator. Aceste trei elemente au condus la realizarea în ultimii ani a unor sisteme CAI/CAL foarte eficace, care îmbină noile abordări din psihologia cognitivă şi comportamentalş cu tehnologiile informatice cele mai avansate.

6. SISTEME INTELIGENTE DE INSTRUIRE ASISTATĂ

Sistemele inteligente de instruire asistata au aparut în momentul când au inceput să fie sesizate limitarile sistemelor educaţionale clasice. S-a constatat ca la sistemele CAI/CAL ramineau nerezolvate o serie de probleme importante, chiar şi atunci când erau folosite cele mai avansate metode

Diana Stefanescu 15


pedagogice sau tehnologii informatice. Printre cele mai dificile probleme cu care s-au confruntat realizatorii de sistemelor educaţionale clasice, se pot mentiona: • problema alegerii, pentru fiecare utilizator al sistemului, a secventei optimale de instruire; • modificarea dinamica, în funcţie de evolutia utilizatorului, a strategiilor pedagogice aplicate de

sistemul informatic educaţional; • anticiparea, diagnosticarea şi intelegerea cauzei erorilor utilizatorului; • acceptarea raspunsurilor corecte, dar neasteptate; • dialogul în limbaj natural cu utilizatorul. Sisteme educaţionale clasice s-au produs şi se produc în continuare, chiar dacă limitarile lor sunt uneori evidente. Datorita eficientei pe care o dovedesc în anumite contexte instrucţionale, precum şi a altor avantaje (dintre care nu trebuie neglijat efortul de realizare, oarecum mai mic), sistemele educaţionale clasice nu au fost abandonate în favoarea celor inteligente. Se poate constata ca practic, după anii ’70, cele doua tipuri de sisteme educaţionale s-au dezvoltat în paralel, fiecare fiind destinat unor cerinte şi necesitati instrucţionale specifice. Primele tentative de elaborare a unor sisteme inteligente de asistare a învăţării (sisteme educaţionale care utilizează tehnici ale inteligenţei artificiale) se situează în epoca de glorie a sistemelor expert. Proiectate iniţial pentru calculatoare de tip main-frame sau pentru minicalculatoare, toate aceste prime aplicaţii inteligente pentru instruire aveau două trăsături comune: necesitau o mare putere de calcul şi îşi propuneau să imite expertul uman (profesorul), mai degrabă decât să modeleze procesul de instruire după caracteristicile elevului. Aceste prime sisteme inteligente pentru asistarea învăţării sunt considerate interesante în primul rând ca aplicaţii practice ale inteligenţei artificiale, decât ca sisteme educaţionale de valoare. Dezvoltările teoretice pentru domeniul IA-ED (Inteligenţa Artificială în EDucaţie) au apărut mai târziu, în momentul în care eşecurile sau limitările acestor sisteme au demonstrat că învăţarea şi predarea sunt procese atât de complexe, încât sunt extrem de dificil de modelat cu ajutorul unor sisteme artificiale (fie ele şi inteligente!) fără suportul unor modele teoretice fundamentate ştiinţific. 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 că toate sistemele inteligente pentru asistarea instruirii au un element comun, anume un model stuctural general care a fost implementat (fie în întregime, fie parţial) în arhitectura internă a acestora. Acest model structural, descris de cercetătorii Hartley şi Sleeman încă din 1973, are următoarele componente arhitecturale (Fig. 4.): • cunoaşterea domeniului (modelul expert sau modelul domeniului), care reprezintă

cunoştinţele din domeniul de instruire ce sunt înglobate în sistemul inteligent; • cunoaşterea studentului (modelul student), care reprezintă totalitatea cunoştinţelor din

domeniul de instruire pe care sistemul instrucţional inteligent presupune că le posedă utilizatorul; de multe ori modelul student încearcă să facă o caracterizare mai extinsă a utilizatorului (preferinţele sale, evoluţia să cognitivă sau reacţiile afective ale acestuia în urma interacţiunii cu sistemul instrucţional);

• cunoaşterea pedagogică (modelul pedagogic sau modelul instrucţional), care reprezintă strategiile instrucţionale incluse (explicât sau implicit) în sistemul inteligent de învăţare.

Modelul stuctural anterior a rămas neschimbat până în momentul de faţă şi poate fi decelat aproape la toate sistemele inteligente pentru instruirea asistată, inclusiv la cele mai moderne, de tip agent

Diana Stefanescu 16


pedagogic autonom. Pe baza acestui model intern comun s-a construit o întreagă varietate de sisteme educaţionale inteligente, utilizabile în diverse contexte instrucţionale.

Modelul domeniului

Modelul student Modelul pedagogic

Figura 4. Componentele unui sistem educaţional inteligent

Tabelul 2. Caracteristicile generale ale sistemelor de instruire inteligente.

Element caracteristic Implementare în sistemele inteligente de instruire

1. Bazele formal-teoretice Teorii ale învăţării din ştiinţele cognitive. Modele formale din inteligenţa artificială.

2. Metodele pedagogice Prezentare vizual-expozitivă. Dialog interactiv. Parcurgere ghidată. Antrenament interactiv. Învăţare prin experimentare. Simulări în mediu virtual. Manipulare de obiecte abstracte.

3. Strategiile pedagogice Funcţionare după scheme pedagogice dinamice, individualizate.

4. Metodele de instruire Învăţare prin dialog. Învăţarea prin rezolvarea de probleme. Învăţarea prin descoperire şi explorare.

5. Metodele folosite în organizarea cunoştinţelor domeniului de instruire

Tehnicile din inteligenţa artificială pentru reprezentarea cunoştinţelor în structuri de date.

6. Modelul utilizatorului (Modelul student)

Construit dinamic. Scheme de modelare comportamentală.

7. Metode de evaluare a cunoştinţelor Evaluări calitative. 8. Structura sistemului de instruire Structura orientată ecran. Realitate virtuală. 9. Domeniile în care se face instruirea Domenii de cunoaştere formalizabile prin

tehnicile inteligenţei artificiale. 10. Structura echipei care realizează

sistemul Experţi în inteligenţa artificială. Informaticieni. Psihologi. Pedagogi.

11. Mijloace hardware-software Calculatoare personale, limbaje de programare uzuale sau specifice inteligenţei artificiale: LISP, PROLOG. Sisteme-autor. Tehnologii informatice de ultima oră.

Dacă se analizează dezvoltările din ultima decadă, este destul de dificil să se efectueze o delimitare netă între clasele de sisteme inteligente pentru instruirea asistată. Vom enumera totuşi principalele categorii de sisteme care populează, în momentul de faţă, acest domeniu şi vom menţiona terminologia utilizată pentru desemnarea lor.

Diana Stefanescu 17


Principalele clase (categorii) de sisteme inteligente de instruire, cu denumirea lor abreviată, sunt următoarele (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), şi CSCW (Computer Supported

Collaborative Work), medii de instruire inteligente pentru învăţarea prin colaborare; • PAA (engl.: Pedagogical Autonomous Agents), agenţi pedagogici autonomi.

Sisteme tutorialeinteligente

Medii inteligente de instruire

Agenţi pedagogici autonomi

Învăţare prin rezolvare de

probleme

Învăţare prin descoperire

Experimentare, rezolvare de

probleme

Metode de instruire

Metode de prezentare

Cunoştinţe explicite sau implicite, scheme procedurale

Metode de evaluare

Prin dialog interactiv

Prin manipulare de obiecte abstracte

Dialog interactiv, manipulare de ob.

abstracte

Interacţiunea cu utilizatorul

Modele comportamentale individualizate

Conversaţionaliconic

Special proiectate

Multimedia, realitate virtuală

Calitative

Cantitative,calitative

Calitative

ICAI

Figura 5. Tipuri de sisteme educaţionale inteligente.

7. SISTEME TUTORIALE INTELIGENTE

Paradigma sistemelor tutoriale inteligente, care a apărut în anii ’70, a dominat domeniul ICAI în decada ‘80-’90. Ea are legatură cu puternica dezvoltare în acest deceniu a sistemelor bazate pe cunoştinţe, denumite “sisteme expert”. Ideea pe care se bazau aceste sisteme poate fi exprimată astfel: un sistem expert rezolvitor de probleme, dotat cu o bază de cunoştinţe explicite, ar putea fi folosit şi în alt context decât cel pentru care a fost construit, anume în procesul de învăţământ, la instruirea “novicilor”. Dacă prin adăugarea unor module specializate s-ar putea asigura “transferul” cunoştinţelor (şi deci a competenţei) de la expertul într-un domeniu către novici, atunci sistemul inteligent ar capăta valenţe educaţionale.

Diana Stefanescu 18


Această viziune a condus la edificarea unei structuri arhitecturale tipice pentru sistemele tutoriale inteligente, structură alcătuită din patru macro-componente interdependente: • modulul pentru reprezentarea cunoştinţelor unui domeniu, denumit iniţial modulul expert,

desemnat ulterior prin expresia “modelul domeniului”; • modulul pentru reprezentarea cunoştinţelor despre utilizator, denumit “modelul student”; • modulul tutorial sau pedagog, care deţinea cunoştinţele despre stategiile pedagogice; • modulul de interfaţă, care era uneori inclus în modulul tutorial. Proiectarea modulelor tutorialului (cu precizarea funcţiunilor lor şi a legăturilor dintre ele) precum şi integrarea acestora într-o arhitectură software unitară şi coerentă, a implicat, pentru realizatori, rezolvarea unor probleme destul de dificile. S-a dovedit în acest astfel că domeniul ICAI constituie un câmp extrem de interesant pentru aplicarea tehnicilor Inteligenţei Artificiale, fie că este vorba de reprezentarea cunoştinţelor, de modelarea raţionamentului, de achiziţia de cunoştinţe sau de comunicarea om-maşină. Pe de altă parte, problemele cu care s-au confruntat proiectanţii sistemelor tutoriale au condus la evoluţia ideilor şi au arătat că domeniul ICAI este în mod fundamental un domeniu interdisciplinar. Proiectarea tutorialelor inteligente a început să fie realizată pornindu-se de la teoriile psiho-pedagogice ale învăţarii. Ca urmare, funcţiunile acestor sisteme vor furniza suportul pentru interacţiuni mai complexe şi mai variate, interacţiuni care ar favoriza (conform teoriilor psihologice-pedagogice) procesul de instruire. Arhitectura noilor sisteme tutoriale va reflecta aceste evoluţii şi, ca urmare, va cuprinde următoarele componente principale (fig. 6): • un sistem expert în domeniu, care deţine cunoştinţele domeniului de instruire; • un sistem expert în pedagogie, a cărui bază de cunoştinţe cuprinde strategiile de instruire şi

criteriile de selecţie ale acestora; mecanismul de alegere (selectare) al unei anumite strategii pedagogice se va declanşa în anumite contexte, cum ar fi evoluţia dialogului student-sistem, stadiul atins în rezolvarea unei probleme sau evoluţia generala a utilizatorului pe parcursul procesului intrucţional;

• un sistem expert pentru construirea profilului cognitiv al utilizatorului, a cărui bază de cunoştinţe conţine o descriere a ceea ce “ştie” (sau ceea ce “ştie să facă”) utilizatorul şi o reprezentare a evoluţiei acestuia pe parcursul procesului de instruire;

• un modul de interfaţă şi de dialog convivial. O atentie deosebita a fost acordata modelului student (modelului utilizatorului). La un tutorial inteligent modelul student trebuie să conţină un ansamblu de informaţii-cunoştinţe despre utilizator, în principal privind nivelul său de cunoaştere asupra domeniului (modelul epistemic) dar şi referitoare la interacţiunile sale cu tutorele artificial sau la etapele parcurse în instruirea asistată. Aceste informaţii-cunoştinţe sunt esenţiale pentru adaptarea dinamică şi individualizarea intervenţiilor tutorelui artificial în interacţiunile sale cu utilizatorul. Pornind de la considerente pragmatice, au fost elaborate în timp mai multe modele student, bazate în majoritatea lor pe raportarea cunoştinţelor utilizatorului la cunoştinţele domeniului de instruire care sunt incluse în modulul expert. Aceste modele ale utilizatorului au fost ulterior folosite şi în cadrul altor tipuri de sisteme de instruire asistată (Fig 6).

Diana Stefanescu 19


Sistemul expert în domeniul de instruire

EXPERT

Sistemul expert pedagog

TUTOR

Sistemul expert pentru modelul student

MODELUL STUDENT

Modulul de dialog cu

utilizatorul

INTERFAŢĂ

TUTORIAL INTELIGENT

Figura 6. Componentele unui tutorial inteligent.

Modelul overlay (submulţime) porneşte de la ideea că utilizatorul deţine o parte din cunoştinţele incluse în baza de cunoştinţe a expertului; această metodă se mai numeşte şi expertiza parţială şi se bazează pe incompletitudinea cunoştinţelor utilizatorului. Nivelul de cunoaştere al utilizatorului este apreciat de obicei pe baza unor note (coeficienţi numerici), care încearcă să exprime raportul dintre ceea ce ştie utilizatorul şi ceea ce cunoaşte expertul. Modelul student încearcă să capteze în acest caz suma cunoştinţelor corecte (dar incomplete) ale utilizatorului şi să regleze cursul instruirii către minimizarea diferenţei dintre cunoştinţele utilizatorului şi cele incluse în sistem. Acest model are dezavantajul că nu captează toate sursele erorilor utilizatorului, erori care nu se datoresc întotdeauna unei cunoaşteri incomplete (parţiale) ci şi unei cunoaşteri incorecte a unor noţiuni, concepte sau regularităţi specifice domeniului (misconception). Modelul diferenţial (buggy model) încearcă să rezolve problema cunoştinţelor incorecte ale utilizatorului, contabilizându-le, în scopul remedierii ulterioare. Aceste cunoştinţe incorecte sunt raportate la o biblioteca generală de erori (posibile), tutorialul deţinând şi piesele de cunoaştere specifice care trebuie furnizate utilizatorului în cazul în care acesta a efectuat o anumită eroare (care se găseşte stocată în biblioteca). În cazul tutorialelor care utilizează un astfel de model al studentului, încărcarea biblioteci cât mai ample de erori constituie o activitate destul de laborioasă şi costisitoare. Acest model se bazează, ca şi modelul overlay, pe supoziţia că ceea ce ştie utilizatorul constituie un subset a cunoaşterii domeniului pe care o deţine expertul. Modelul perturbaţiilor este cel mai sofisticat dintre cele utilizate de tutorialele inteligente. În acest caz cunoştinţele şi credinţele utilizatorului nu mai sunt considerate ca fiind un subset al cunoştinţelor expertului. Cunoaşterea utilizatorului nu mai este inclusă în cea a expertului, ci se consideră că acesta ar deţine anumite cunoştinţe care diferă de cele ale expertului, dar care sunt în esenţă eronate. Sistemul tutorial va încerca să depisteze prin inferenţă cauza acestor erori şi, în consecinţă, să livreze utilizatorului piesele de cunoaştere corectă care ar putea conduce la remedierea erorilor. Modelul perturbaţiilor combină şi extinde modelele overlay şi diferenţial, încercând să efectueze o analiză cognitivă mai nuanţată a surselor erorilor utilizatorului.

Diana Stefanescu 20


O problemă importantă care apare în cazul efectuării unui model al cunoaşterii deţinute de utilizator este cea a diagnozei care trebuie efectuată de sistem pentru a construi efectiv acest model. Metodele de diagnoză utilizate de diferitele sisteme tutoriale pot fi clasificate după mai multe criterii: • după momentul diagnosticării:

♦ on-line, prin urmărire detaliată a comportamentului utilizatorului în interacţiunile cu sistemul educational;

♦ off-line, diagnoză efectuată după o sesiune completă de lucru a utilizatorului cu sistemul; • informaţiile de intrare pe baza cărora se realizează diagnoza, care pot fi:

♦ rezultatele obţinute în efectuarea unui singur exerciţiu, cu menţinerea detaliată a traseului de raţionament urmat de utilizator;

♦ rezultatele obţinute de utilizator după efectuarea unui ansamblu de teste; • informaţiile de ieşire care ar trebui obţinute după efectuarea instruirii:

♦ ce cunoştinţe ar fi trebuit să dobândească utilizatorul ♦ care este raportul dintre modelul student şi cel al cunoaşterii expertului.

Marea majoritate a metodelor de diagnosticare se bazează în esenţă pe compararea comportamentului utilizatorului pe parcursul rezolvării unei probleme cu cel al unui rezolvitor ideal. Această comparaţie se realizează în cazul unor tutoriale inteligente prin inferenţe complexe, prin care se încearcă estimarea-evaluarea intenţiilor, planurilor şi motivaţiilor care conduc utilizatorul să aleagă un anumit traseu de rezolvare. Un alt aspect care este de asemenea important este legat de diagnoza on-line. Deşi este cea mai recomandată metodă, ea nu se poate efectua decât dacă timpii de răspuns ai sistemului sunt acceptabili. Aceşti timpi de răspuns sunt condiţionaţi atât de performanţele hardware ale maşinii, cât mai ales de complexitatea şi profunzimea inferenţelor efectuate de sistemul tutorial. O evoluţie interesantă a sistemelor de instruire inteligente poate fi observată pe durata ultimului deceniu. Decada ‘90 - 2000 a marcat a nouă etapă în dezvoltarea acestor sisteme: apariţia echipamentelor de calcul cu performanţe superioare şi a staţiilor de lucru individuale, evoluţia rapidă a software-ului de comunicaţie şi a interfeţelor om-maşină au condus la o creştere sporită a gradului de interactivitate utilizator-sistem.

Modelul expertizei parţiale (“overlay”)

Cunoştinţele domeniului

Cunoştinţele elevului


Cunoştinţe pe care elevul le-ar puteaavea

Cunoştinţele elevului Submulţimea cun.dom (overlay)


Modelul diferenţial Modelul bazat pe perturbaţii

Figura 1.8. Abordări în construirea modelului elevului

Diana Stefanescu 21


Ca urmare a apărut ideea că instruirea asistată de sisteme inteligente s-ar putea efectua şi altfel decât prin sisteme rezolvitoare de probleme (sisteme la care interacţiunile utilizatorului cu maşina se limitau numai la comunicarea unor date sau a unor rezultate). Asfel, au început să se impună sistemele puternic interactive, de asistare a utilizatorului în rezolvarea de probleme, luarea de decizii sau de ghidare a acestuia în construirea unor obiecte (forme) reprezentate abstract. O nouă clasă de sisteme inteligente de instruire a dominat deceniul anilor ’90: mediile inteligente de instruire (engl.: ILE – Intelligent Learning Environments).

8. MEDII INTELIGENTE DE INSTRUIRE

Mediile inteligente de instruire au apărut în momentul în care s-a conturat o nouă viziune asupra învăţării. Această viziune propunea o abordare constructivistă a procesului de instruire, în care cel care învaţă îşi “construieşte” structurile cognitive prin interacţiunea cu mediul de lucru. Rolul celui care învaţă devine primordial şi ideea de transfer al cunoştinţelor de la sistem la utilizator (specifică sistemelor tutoriale inteligente) este circumscrisă unor obiective instrucţionale mai ample. În acest sens, într-un cadru de utilizare relativ autonom, studentului i se propun noi forme de interacţiune. Termenul de “mediu inteligent pentru instruirea asistată” se referă adesea nu numai la sistemul informatic propriu-zis, ci are un sens mai larg, cuprinzând toate obiectele (fizice sau abstracte) utilizate în procesul de instruire asistată de calculator. Un mediu inteligent de instruire poate să permită desfăşurarea unor activităţi de tutorat (rezolvare de probleme sau diagnosticare), dar în mod tipic realizează simularea funcţionarii unor dispozitive tehnice. Această caracteristică recomandă mediile inteligente de instruire în special pentru formarea profesională sau pentru domeniul ştiinţelor experimentale. O altă abordare, în care se pune accent pe explorare şi descoperire ghidată, a dus la apariţia unor medii inteligente de instruire denumite “microlumi” (microworlds). Microlumile furnizează un spaţiu abstract în care utilizatorul poate naviga sau interacţiona cu diverse obiecte, acţiunile acestuia fiind permanent monitorizate. Intervenţia sistemului inteligent se produce într-un anumit context şi se efectuează în scopul atingerii unor obiective instrucţionale bine precizate. Trebuie remarcat insă că nu orice sistem de tip microlume se încadrează în clasa sistemelor inteligente de instruire. Există în momentul de faşă numeroase sisteme de instruire reactive, foarte populare, care nu fac decât să execute comenzile utilizatorului, fără a efectua vreun control sau intervenţie tutorială. Acestea, deşi au valenţe formative importante, nu pot fi incluse în categoria mediilor inteligente de instruire, tocmai din cauza lipsei intervenţiei directe a sistemului în procesul de instruire. Mediile de instruire inteligente implementează o idee de mare actualitate: metafora “autoservirii”, în care utilizatorul este liber să aleagă el însuşi ceea ce crede că îi este necesar în procesul de instruire. Experimentarile au arata însă că un astfel de sistem nu este adecvat în orice context instrucţional şi că acest model instrucţional este de un real folos în situaţia în care cel care învaţă are capacitatea de gestiona singur procesul de instruire.

Diana Stefanescu 22


9. AGENŢII PEDAGOGICI

Termenul de agent pedagogic este utilizat pentru a desemna agenţii inteligenţi construiţi pentru a asista (media, facilita) procesul uman de instruire. O definiţie care surprinde destul de bine caracteristicile unui agent inteligent poate fi cea formulată de Lieberman: “Un agent inteligent este un program perceput de utilizator nu ca un instrument de lucru, ci ca un asistent-colaborator care îl ajută în atingerea unor obiective sau în desfăşurarea unor activităţi specifice. Agentul poate să prezinte caracteristici asociate cu inteligenţa umană: capacitate de inferenţă şi de învăţare, adaptibilitate, independenşă, creativitate.” Alţi autori definesc termenul de agent inteligent în acelasi sens: un program care care se “comportă” ca o fiinţă umană. În esenţă, ambele definiţii accentuează acelaşi aspect: agentul este un produs software dotat cu o interfaţă “socială” care îi permite să acţioneze şi să dialogheze asemeni unei fiinţe umane. Deşi nu există o unanimitate de păreri, următoarele proprietăţi (Figura 8) au fost propuse ca fiind caracteristice pentru un agent inteligent: • autonomie: un agent iniţiază acţiuni şi exercită controlul asupra acţiunilor sale, având: • continuitate temporală: un agent este un proces care există în permanenţă într-un mediu

software de viaţă şi care se auto-declanşează într-un anumit context; • personalitate: agentul prezintă un comportament bine definit, care îi conferă o personalitate

proprie şi facilitează interacţiunile cu utilizatorii umani; • capacitate de comunicare: un agent trebuie să fie capabil să angajeze schimburi de informaţii cu

alţi agenţi (artificiali sau umani) sau să obţină informaţia necesară pentru îndeplinirea unei anumite acţiuni;

• adaptabilitate: un agent inteligent trebuie să se adapteze la schimbările din mediul în care îşi desfaşoară existenţa; el trebuie să poată să-şi modifice comportamentul în funcţie de preferinţele utilizatorului uman, pe baza experienţei acumulate în interacţiunile cu acesta;

• mobilitate: un agent trebuie să fie capabil să migreze de la un sistem de calcul la altul, chiar dacă acestea au arhitecturi sau sisteme de operare diferite.

Agenţii pedagogici constituie un tip particular de agenţi inteligenţi. Ei au fost dezvoltaţi pornind de la studiile şi experimentele efectuate asupra sistemelor expert tutoriale. Agenţii pedagogici au adus o nouă perspectivă asupra conceptului de tutorat şi au creat deschideri importante în direcţii care fuseseră mai puţin explorate la sistemele expert tutoriale. Deplasarea de la tutoratul inteligent către agentii pedagogici a început în anii ’90, când unii cercetători, nemultumiţi de rezultatele obţinute până atunci, au început să exploreze noi tipuri de interacţiune între sistemul instrucţional şi utilizator. În anii următori, au fost investigate două modele principale de interacţiune utilizator–sistem: • colaborarea într-un mediu virtual populat cu “studenţi artificiali”; studenţii reali puteau

inrteracţiona în scop educativ cu studenţii artificiali; • competiţia între student (studenţi) şi personajele animate care populau un mediu virtual. Treptat, s-a impus ideea de colaborare între sistemul artificial şi interlocutorul uman şi astfel au apărut primele sisteme care simulau un companion de lucru pentru student. Acest “companion”, care avea un comportament colegial şi acţiona ca un asistent personal de studiu al utilizatorului a fost denumit “agent pedagogic”.

Diana Stefanescu 23


Autonomie

Continuitate

Personalitate

Comunicare

Adaptibilitate

Mobilitate

Orientare pe scopuri

Caracter colaborativ

Flexibilitate

Auto-declanşare

Agent inteligent

Figura 8. Caracteristicile unui agent inteligent

Complexitatea fenomenului de învăţare umană a ridicat adesea în faţa cercetătorilor şi creatorilor de sisteme inteligente pentru învăţare dificultăţi ce păreau insurmontabile. După trei decenii de la elaborarea primului sistem educaţional inteligent, rezultatele pozitive din ce în ce mai numeroase încurajează demersul ştiinţific al acestor cercetători. Poate că momentul în care tutorele artificial se va comporta şi va acţiona (aproape) la fel (de inteligent) ca şi profesorul uman nu mai este atât de îdepătat cum părea la începuturile acestei dificile evoluţii. În paralel cu sistemele software destinate asistării procesului de învăţare, s-a dezvoltat şi o întreagă paletă de metodologii adiacente - bazate pe tehnologii informatice - destinate atingerii unor obiective instrucţionale. Ritmul alert de viaţă din societatea modernă, în care cunoaşterea şi informaţia sunt absolut necesare pentru împlinirea personală şi socială a fiinţei umane, împreună cu globalizarea comunicaţiilor, a condus la apariţia unei noi tendinţe educaţionale: e-learning, învăţământul mediat prin tehnici computerizate. Bazat pe centrarea instruirii pe necesităţile personale ale celui care învaţă, pe individualizarea instruirii şi pe deplasarea activităţilor instrucţionale din cadrul fix în timp şi spaţiu, “învăţamântul electronic” va constitui, fără îndoială una din paradigmele fundamentale ale dezvoltării societăţii umane din secolul al-XXI-lea.

Diana Stefanescu 24


10. ALTE METODE DE INSTRUIRE MEDIATE DE CALCULATOR

Metodele de mediere a învăţării cu ajutorul calculatorului sunt desemnate prin sintagma generală “educaţie prin mijloace electronice” (engl.: e-learning). Un alt termen, care desemnează aproape aceeaşi arie de activităţi instrucţionale este: “educaţie la distanţă” (engl.: distance-learning). Acest al doilea termen caracterizează o formă de instruire care presupune comunicaţia între calculatoare, prin suport reţea sau de telefonie. În acest alt doilea caz calitatea conexiunilor (lărgime de bandă, fiabilitate) este foarte importantă pentru desfăşurarea în condiţii optime a interacţiunilor de pe parcursul sesiunii de instruire. Ambele expresii (e-learning şi distance-learning) sunt folosite pentru a desemna atât instruirea asistată prin sisteme informatice, cât şi alte forme de utilizare a calculatorului în procesul educaţional. În această secţiune vom folosi termenul anglo-saxon e-learning, deoarece este deja încetăţenit pentru desemnarea mijloacelor de mediere a procesului instrucţional, care urmează a fi descrise în continuare. Conceptul de e-learning poate fi poate fi definit prin enumerarea caracteristicilor sale: • e-learning înseamnă utilizarea unui suport informatic pentru desfăşurarea procesului

instrucţional-educativ; • e-learning înseamnă separaţia profesorului faţă de cel ce învaţă, pe o anumită durată a

procesului de instruire; • e-learning înseamnă comunicaţie bidirecţională între profesor şi cel care învaţă; • e-learning înseamnă centrarea instruirii pe necesităţile celui care învaţă. Se poate observa că în acest model se pot încadra şi sistemele informatice pentru instruirea asistată, dar aşa cum am precizat anterior, nu ne vom referi la acestea, ci la o întreagă paletă de metodologii adiacente care utilizează calculatorul în promovarea procesului instrucţional. Educaţia mediată prin mijloace elecţronice poate să fie de tip sincron sau asincron (fig. 9.), dacă se ia în considerare modul de desfăşurare în timp al interacţiunii profesor-student. Instruirea sincronă necesită participarea simultană la procesul de instruire, atât a studenţilor cât şi a educatorilor. Interacţiunea dintre cele două grupuri (profesori, studenţi) se desfăşoara în timp real. Formele de educaţie sincrona la distanţă sunt următoarele: instruirea prin intermediul audiograficelor, a videoconferinţelor, sau a serviciilor IRC, MOO şi MUD. Instruirea asincronă la distanţă nu presupune participaţia simultana la procesul de instruire atât a studenţilor cât şi a profesorilor. Formele de educaţie asincronă sunt următoarele: instruirea prin corespondenţă (e-mail), prin servere de discuţii (engl.: listserv), sau prin cursuri computerizate (sub forma de documente electronice sau, mai nou, sub formă de pagini Web). Dintre metodele de instruire la distanţă, cele mai utilizate sunt: Audiograficele constituie o formă de instruire caracterizată prin folosirea combinată a comunicaţiei prin voce şi prin reţea de calculatoare. Audiograficele combină două componente: • mesaje, care pot fi schimbate între participanţi prin comunicaţie vocală, folosindu-se ca suport fie

reţeua de calculatoare fie prin alte metode tehnice (telefon); • forme grafice (desene, scheme, imagini, etc), care sunt transmise prin intermediul reţelei.

Diana Stefanescu 25


Audiografice

Videoconferinte

IRC

MUD

MOO

Sisteme softwarepentru instruire

asistata

e-Mail

Listserv

Cursuri în format

electronic

Sincronă

Educaţie prin mijloace electronice

(e-Learning)

Participare simultană la procesul de instruire a

profesorilor şi a studenţilor

Asincronă

Instruire individuală mediată de instrumente informatice

Figura 9. Metode de instruire la distanţă.

Formele grafice pot fi desene realizate de profesor (cu creionul optic sau cu o tabletă digitizoare) care apar simultan şi pe ecranele studenţilor. Studenţii pot să interacţioneze cu profesorul prin aceeaşi metodă, dacă dispun la rândul lor de dispozitivele opto-elecţronice necesare. Calculatorul este utilizat în acest caz pe post de “tablă de scris” (engl.: blackboard), adică ecranul este o suprafaţă grafică comună pentru toţi participanţii la această formă de instruire. Toate calculatoarele folosite în acest gen de instruire trebuie să dispună de pachetul (aplicaţia) software care emulează “tabla de scris” comună. O variantă mai interesantă a audiograficelor este aceea în care participanţii rulează simultan acelaşi software aplicativ (de exemplu AutoCad) şi interacţionează pe un ecran identic şi comun, vizibil la fiecare dintre ei. Această formă de instruire este denumită “învăţare prin interacţiune pe o suprafaţă comună de lucru” (engl.: whiteboarding) şi presupune utilizarea atât a pachetului software care emulează “tabla” (suprafaţa) comună cât şi a pachetului software-ului aplicativ în chestiune. Videoconferinţele sunt o formă de comunicare audio şi video între două sau mai multe grupuri de persoane. Videoconferinţele se pot realiza prin mai multe metode tehnice, dar ne vom referi în continuare doar la cele care se pot efectua prin intermediul reţelelor de calculatoare. În momentul de faţă se pot desfăşura videoconferinţe prin reţea locală (mai rar) sau globală (Internetul) de calculatoare, fără a fi necesare dispozitive hardware prea costisitoare. Comunicaţia se poate realiza de la un calculator obişnuit (dotat cu microfon şi cameră video), iar dacă grupurile participante dispun de conexiuni Internet cu lărgime suficientă de bandă, atunci videoconferinţa se poate desfăşura între locaţii geografice aflate la mare distanţă. Calculatoarele prin care se realizează videoconferinţa trebuie să ruleze un pachet software adecvat, care să asigure suportul necesar pentru desfăşurarea on-line a videoconferinţei. Valenţele educaţionale ale acestui mod de instruire-informare participativ nu trebuie subliniate prea mult, ele fiind evidente. Internetul mai suportă şi o alta formă de videoconferinţă, unidirecţională, în care expunerea realizată de un grup (sau o persoană) poate fi vizionată şi audiată on-line de oricine dispune de o conexiune Internet acceptabilă şi de pachetul software pentru implementarea acestui serviciu.

Diana Stefanescu 26


Lecţii on-line Simpozion on-line Indrumare on-line Dialog condus

Exprimarea opiniei Simularea unui rol Discuţii structurate Discuţii tematice Discuţii libere Învăţare în grup

Lecţii ghidate Exerciţii practice Simulari Tutoriale flexibile

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

Focalizare pe lucrul în echipa

Discuţii on-line

Evaluare on-line

Focalizare pe student

Predare on-line

Tutorat on-line

Metode de instruire în e-learning

Focalizare pe profesor

Focalizare pe student

Figura 10. Medote de instruire în e-learning.

Serviciul IRC (engl.: Interacţive Relay Chat) din Internet permite conversaţia în timp real între grupuri mari de utilizatori. Serviciul dispune mai multe canale diferite, pe fiecare canal putându-se desfăşura o “conversaţie” separată. Canale speciale, care să conecteze grupuri de interes relativ la o anumită tematică, pot fi alocate în scop educaţional. Profesorul poate să intervină şi el în “discuţie”, cu precizări sau clarificări, această formă de dezbatere activă devenind astfel foarte utilă pentru procesul de instruire.

Diana Stefanescu 27


Servicul MOO (engl.: Multi-user Object Oriented) furnizează un mediu de lucru care permite comunicarea în timp real între mai mulţi utilizatori, având ca suport Internetul. Serviciul MOO simulează un spaţiu virtual de comunicare prin intermediul căruia utilizatorii pot transmite sau primi mesaje sub forma de texte. Utilizatorul se poate conecta la spaţiul virtual şi poate conversa cu oricine altcineva conectat la acelaşi spaţiu, (serviciul MOO poate crea concomitent mai multe spaţii de comunicare prin care utilizatorul poate naviga). Spaţiul virtual permite activarea unor obiecte abstracte, menite să faciliteze comunicaţia şi învăţarea: un proiector virtual, care poate afişa mai multe “foi” cu o prezentare textuală a tematicii abordate în conversaţiile din acel spaţiu, un recorder care poate să înregistreze conversaţiile (pentru o consultare ulterioară) sau chiar o tabla de scris (prin care se pot transmite discuţiile la o adresa precisă). Serviciul MOO permite desfăşurarea unor lecţii virtuale care să reunească un grup de studenţi, împreună cu profesorul lor, într-o sesiune de lucru comună şi sincronă. Serviciul MOO este o alternativă instrucţională extrem de eficientă pentru cei care învaţă mai bine prin interacţiune într-un grup social. Trebuie menţionat că există actualmente în Internet un serviciu similar cu MOO, denumit MUD (engl.: Muti User Domain) care emulează o lume virtuală care permite interacţiuni mai variate. Utilizatorii care navighează în lumea virtuală pot să creeze, să inspecteze sau să transmită obiecte abstracte către alţi utilizatori conectaţi simultam la aceeaşi “lume”. Obiectele virtuale pot fi fişiere text, imagini, imagini animate sau secvenţe sonore. Sistemele MOO şi MUD sunt extensibile şi pot media interacţiuni complexe între utilizatori cu statut egalitar. MOO şi MUD pot fi utilizate în scop educaţional prin restricţionarea accesului la un grup de utilizatori. Ambele sisteme pot fi instrumente valoroase de completare a metodelor clasice de instruire, încurajând învăţarea în grup de studiu colaborativ.

11. SISTEME EDUCAŢIONALE HIPERMEDIA

Explozia de noi tehnologii informatice, petrecută după 1990, şi-a pus amprenta şi asupra sistemelor de instruire asistata de calculator (educationale). Prin adoptarea acestor noi tehnologii informatice, eficacitatea şi ergonomia acestor sisteme s-a imbunatatât în mod substantial: tehnicile hipertext, multimedia şi hipermedia, tehnologiile Internet de acces şi prezentare a informaţiei, sunt încorporate în momentul de faţă în majoritatea sistemelor educationale. Prin utilizarea acestor tehnologii s-au obţinut rezultate spectaculoase în perfecţionarea modelelor de interacţiune om-maşina şi 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 hipertext

Conceptul esential care sta la baza sistemelor hipertext este cel al legăturilor intre elementele componente, ceea ce permite organizarea nelineara a informaţiei, cu următoarele avantaje: • ofera capabilitati eficiente de parcurgere a unui conţinut şi de navigare rapida în lantul de legături

care conecteaza elementele acestui conţinut; • se poate stoca o cantitate foarte mare de informaţii; • in cadrul sistemelor hipertext, interogarile, filtrarile, diversele preferinte şi adnotari ale utilizatorilor

pot fi refolosite ori de cite ori este necesar, puţind fi stocate şi ele chiar în cadrul structurii hipertext.

Un sistem hipertext este alcatuit din noduri şi legături. Un nod reprezinta în mod uzual un concept unic, puţind contine orice fel de obiect care reflecta acel concept: text, grafica, animatie, audio, video

Diana Stefanescu 28


sau programe. Un nod poate avea asociat un tip (detaliu, propozitie, colectie, observatie) inglobind astfel şi o informaţie semantica. Nodurile sunt interconectate cu alte noduri prin intermediul legăturilor. Conţinutul unui nod se afiseaza la activarea unei legături care conduce la acel nod (referinta la nod). Legăturile sunt conexiuni intre noduri (sau concepte) dependente unul de altul. Legăturile pot fi unidirectionale sau birectionale. Legăturilor 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 legături. Din punctul de vedere a stucturii care se construieste prin colectia de legături, legăturile pot fi • referentiale (non-ierahice), pentru realizarea referintelor incrucisate; acestea deosebesc cel mai

bine structura de hipertext fata de celelalte forme de stocare a informaţiei; • organizationale (ierarhice sau structurale), ilustrind relatiile parinte-copil dintre noduri. Intelegerea şi navigarea prîntr-un document hipertext depind de abilitatea utilizatorului de a construi o reprezentare mentala coerenta a structurii hipertextului, raminind în responsabilitatea creatorului documentului să asigure aceasta coerenta. Utilizarea hipertextului în sistemele de invatare asistata de calculator a deschis noi perspective de dezvoltare. în textul traditional utilizatorul urmareste stilul şi 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 constrâns să respecte structura subiectului sau organizarea efectuata de autor. Astfel, accesul la informaţie trece sub controlul direct al utilizatorului. Pentru a se mari impactul educational al unui sistem de instruire de tip hipetext, acesta trebuie structurat într-un mod în care să faciliteze achiziţia, integrarea şi sintetizarea cunostintelor. O abordare empirica a proiectarii hipertextului este aceea de se inregistra modul în care navigheaza utilizatorul prin hipertextul relativ nestructurat, observând 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 şi diferentele individuale dintre utilizatori. Aceste cai pot să constituie repere importante pentru o buna proiectare sau secventiere a cursului interactiv. O alta abordare este cea în care se folosesc diferite modele conceptuale pentru proiectarea stucturii hipertext, care sta la baza cursului interactiv. Aceste modele se refera în principal la gruparea nodurilor în unitati legate conceptual. Prin tehnicile de achiziţie a informaţiei din noduri şi de intregrare a acestor noduri, hipertextul poate fi organizat în blocuri care constau în noduri concepte, noduri subset, noduri superset, noduri exemple. Diferentele dintre cunostintele dobândite de utilizator folosind hipertextul nestructurat şi cele dobândite folosind hipertextul structurat pot să furnizeze prescriptiile pentru o proiectare euristica completa.

11.2. Sisteme multimedia

Suporturile multimedia permit prezentarea şi comunicarea informaţiei (cunostintelor) într-un mod eficient şi captivant. în momentul de fata, incorporarea desenelor de inalta calitate, a desenelor în miscare sau a elementelor audio în 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


Elemetele multimedia pot să 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 în cauza. în acest fel, viziunea oferita de sistemul educational este mult mai complexa, şi poate conduce la o facilitare a actului de invatare. Câteva dintre cele mai importante tehnici de prezentare posibile datorita sistemelor multimedia sunt: • Diagrame, harti şi desene abstracte; • Instrumente de vizualizare a proceselor; • Instrumente de vizualizare a datelor; • Modelare 3D, animatie şi miscari abstracte.

11.3. Sisteme hipermedia

Ultimele realizari din tehnologia informaţiei permit combinarea hipertextului cu obiecte multimedia. Aceasta asociere formeaza sistemele hipermedia. Performantele echipamentelor de calcul actuale fac posibila includerea în nodurile reţelei hipertext a unor elemente vizuale sau audio precum şi redarea în timp real a elementelor de grafica animata din cadrul nodurilor. Sistemele educationale de tip hipermedia furnizeaza un acces usor la toate tipurile de informaţie, la infrastructura de comunicare şi cooperare, şi ofera un suport mixt pentru exprimarea - într-un mod expresiv şi nuantat - a ideilor şi conceptelor. Aceste sisteme au calitatea de a induce modificarea modului de gândire influentat de liniaritatea textului, şi pot extinde facilitatile de comunicare inter-umana. Sistemele de tip hipermedia care constituie suportul pentru medii de instruire asistata (educationale) se structureaza asemeni reţelelor (grafurilor). Nu exista în acest caz restrictii în privind marimea nodurilor sau modul de realizarea a legăturilor dintre ele. Exista mai multe abordari pentru realizarea unei structuri hipermedia valide şi usor de parcurs, în scopul de a fi utilizata în cadrul unui sistem educational: • metafora cărţii tiparite; • structurare liniara cu ramificatii; • structurare ierarhica; • structurare semantica; • structurare combinata. Metafora cărţii tiparite (figura 11) corespunde unei structuri de legături lineare, acompaniate adesea şi de legături speciale. Acestea din urma ofera capabilitatea de parcurgere neliara controlata: legături către 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 în scopul de a ajuta pe utilizatorii novici să parcurga mai usor colectia de informaţii din reteua de noduri hipertext a sistemului educational. Aceasta abordare isi dovedeste slabiciunea atunci când se ia în considerare un sistem educational hipermedia bazat pe exploatarea unui număr mare de noduri şi legături.

Cuprins Pagina 1 Pagina 2 Index Pagina 3 . . .

Figura 11. Sistem hipermedia structurat linear, după "metafora cărţii tiparite".

Diana Stefanescu 30


Structurile lineare cu ramificatii se bazeaza în mod esential tot pe modelul de conectare lineara a nodurilor hipermedia. Traversarea nodurilor se poate face insa în mai multe directii şi se ofera în plus, în anumite puncte, posibilitatea de a parcurge traseul dintre doua noduri pe mai multe cai (ramificatii). Ramificatiile conduc deobicei către noduri care expliciteaza sau ilustreaza mai în detaliu anumite notiuni sau concepte care fac parte din structura de lectii a sistemului educational. Structurile hipermedia ierarhice se utilizeaza atunci când materialul instructional prezinta concepte sau notiuni care formeaza în mod natural o ierahie bine stabilita. Aceste sisteme se construiesc utilizind legături organizationale, la care se pot adauga legături referentiale pentru interconectarea ierarhiilor de concepte. în cadrul unei structuri ierarhice mentinerea integritatii şi exploatarea nodurilor se realizeaza mai usor (figura 12). Structurile hipermedia semantice incearca să imite modelul (presupus) de organizare al memoriei umane, bazat pe legături asociative. Nodurile sunt grupate în colecţii care reprezinta concepte inrudite şi intreconectate prin legături cu "tip" (cu semnificaţie 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 informaţii sau notiuni inrudite, asociate prin legături cu semnificatie.

Pagina

Pagina

Pagina

Pagina

Pagina Pagina

Pagina

Pagina

Pagina

Pagina

Pagina

Pagina

Structura lineara cu ramificatii Structura lineara Structura ierarhica

Figura 12. Sistem hipermedia structurat conform unui model combinat.

Diana Stefanescu 31


12. SISTEME EDUCATIONALE BAZATE PE TEHNOLOGIA WWW

O nouă revalorizare a ideii de instruire asistată de calculator, orientată pe învăţarea prin căutare-descoperire, s-a produs odată cu extinderea serviciului World Wide Web din Internet. Cantitatea uriaşă de informaţii existente în Web a fost considerată o sursă de explorare şi cunoaştere cu un potenţial extrem de promiţător pentru procesul educaţional, iar valenţele instrucţionale ale acestei tehnologii au fost sesizate încă de la apariţia sa. Prin pagini Web poate fi livrată utilizatorului o mare cantitate de cunoştinţe, într-un format de prezentare multifuncţional şi cu aspect prietenos. Tehnologia Web permite includerea în paginile oferite utilizatorului a unor elemente de grafică, de grafică animată sau a unor secvenţe audio, care pot facilita procesul de învăţare. Prin elementele interactive existente în pagini, utilizatorul poate naviga prin conţinutul instrucţional sau poate chiar manipula diverse obiecte abstracte. Aşa cum am menţionat anterior, există actualmente un număr covârşitor de sisteme educative realizate prin tehnologia Web, începând cu cele destinate pentru simpla prezentare sau informare şi terminând cu sistemele inteligente de asistare a instruirii. Implementarea sistemelor educationale bazate pe Web s-a realizat, în anii de început, prin definirea de către autor a structurii materialului instrucţional care urma să fie parcurs de către utilizatorii sistemului. Această structură era constituită dintr-o reţea de noduri (lecţii sau secvenţe de cunoaştere) şi de legături asociative (link-uri) între aceste noduri. Se presupunea că secvenţierea şi legăturile propuse de autor, în combinatie cu o interfaţă ergonomică, poate să reflecte modul tipic în care se desfaşoară învăţarea într-un anumit domeniu. Foarte curând s-a observat că această mod de organizare a sistemelor educationale bazate pe Web are următoarele implicaţii: 1. posibilitatea de navigare multidirecţională pe care o furnizează în mod implicât sistemele bazate

pe Web (care are drept consecinţă alegerea liberă a traseului de instruire), poate să constituie un dezavantaj pentru anumiţi utilizatori; acest dezavantaj se manifestă în special (şi nu numai) în cazul utilizatorilor novici, care pot ajunge în anumite circumstanţe în situaţia de “dezorientare în spaţiul virtual”;

2. incapacitatea sistemului de a se adapta la cerinţele instrucţionale diferite ale utilizatorilor, care au adesea nivel de cunoaştere sau stil de învăţare foarte diferit.

La o analiză mai atentă se poate constata că în cazul ambelor fenomene semnalate există o legătură între manifestarea acestora şi stilul cognitiv (modul de achiziţie a cunoaşterii) diferenţiat al utilizatorilor. Cercetatorii şi proiectantii de sisteme educationale bazate pe Web au propus mai multe soluţii pentru rezolvarea problemelor legate de interactiunea om-masina în cadrul acestor sisteme. Prin aceste solutii se incearca modelelarea sistemele educationale cu suport Web, astfel incât acestea să fie capabile să raspunda necesitatilor instructionale ale unor utilizatori având stiluri cognitive şi niveluri de cunoaştere diferite.

Diana Stefanescu 32


12.1. Stil cognitiv şi navigaţie în sistemele de instruire prin web

Sistemele tutoriale de instruire au fost criticate pentru faptul că impun viziunea expertului asupra cunoaşterii din domeniul de instruire. Pe baza acestei viziuni, acestea ar efectua o dirijare prea strictă a utilizatorilor pe parcursul procesului de instruire. La polul opus, sistemelor de instruire bazate pe tehnologia Web li s-a reproşat “libertatea” prea mare acordată utilizatorilor în selectarea etapelor de instruire. Lipsa unei ghidări din partea sistemului educational, coroborată cu facilităţile navigaţionale implicite ale browserelor Web, ar conduce la parcurgerea nesistematică, haotică, a secvenţelor de lecţii propuse de sistem. Din această cauză, unii utilizatori ar obţine rezultate mai slabe în urma instruirii asistate de calculator. Tendinţa unor utilizatori de a parcurge în mod nesistematic materialul instrucţional poate genera uneori situaţii şi mai grave, de dezorientare în spaţiul de cunoaştere oferit de sistem. Achiziţia de cunoştinte pentru aceşti utilizatori cu stil cognitiv închis trebuie să fie însoţită de o îndrumare suplimentară pe parcursul sesiunilor de instruire, sau să se efectueze sub ghidarea directă a sistemului. Îndrumarea în parcurgerea secvenţelor instrucţionale se poate realiza prin intermediul unor elemente ajutatoare, care să faciliteze orientarea în spatiul de cunoaştere a sistemului. Aceste elemente pot fi: punctuale, structurale şi de istoric. Prin element navigaţional punctual se înţelege orice obiect interactiv care poate transporta utilizatorul în altă poziţie din hyperspaţiu. Elementele punctuale de navigare (butoane, săgeţi, etc.) trebuie să fie însoţite de explicaţii suplimentare asupra poziţiei de destinaţie în lanţul de secvenţe de instruire. Poziţionarea judicioasă a elementelor punctuale, în locaţii cheie, de “răscruce” din lanţul de lecţii, poate să ofere o mai bună ghidare pe traseul învăţarii, atât pentru utilizatorii novici, cât şi pentru cei cu abilităţi mai reduse de orientare. Elementele structurale furnizează utilizatorului perspective diferite asupra poziţiei curente din spatiul secvenţelor de instruire. Elemente structurale pot fi “hărţile” hyperspaţiului (generale sau locale), “lupele”, filtrele şi indecşii. Hărţile generale oferă o viziune de ansamblu asupra nodurilor şi legăturilor din spaţiul de cunoştinţe, iar hărţile locale pot indica legăturile care pornesc de la nodul curent (spaţiul local în care se găseşte utilizatorul la un moment dat). Lupele permit panoramarea unor zone din nodul curent., iar filtrele furnizează o viziune globală asupra colecţiei de informaţii-cunoştinţe din sistem. Din această viziune sunt înlăturate anumite legături, în scopul reducerii complexităţii reţelei de secvenţe instrucţionale. Indecşii oferă o schemă ierarhizată a secvenţelor de instruire sau a lecţiilor din sistem. Elementele navigaţionale de istoric pun la dispoziţia utilizatorului informaţii privind calea urmată până în punctul în care acesta se află la un moment dat. Aici pot fi incluse: traseul de deplasare în hyperspaţiu (stocat de sistem) şi marcajele de trecere prin diversele noduri. Marcajele de trecere pot să fie generate automat de sistemul de instruire, în momentul în care utilizatorul a trecut prin anumite puncte, sau la cererea explicită a utilizatorului, în locaţiile pe care acesta le consideră importante Elementele de navigare enumerate anterior sunt foarte utile în special în cazul în care utilizatorul nu efectuează o parcurgere lineară a secvenţelor de instruire, ci alege un traseu propriu, nelinear. Cum modul de achiziţie a cunoaşterii (stilul cognitv) este diferit de la o persoană la alta, este de aşteptat să existe diferenţe între utilizatori în ceea ce priveşte modul de parcurgere a secventelor de instruire. Ca urmare, furnizarea unor elemente suplimentare de orientare, care facilitează navigaţia în spaţiul de

Diana Stefanescu 33


informaţii al sistemului, poate să conducă la o creştere a eficienţei procesului de învăţare pentru anumiţi utilizatori. Din studierea modulului în care sunt utilizate elementele de navigare suplimentare furnizate de sistem, s-a ajuns la o observaţie interesantă: utilizatorii pot fi clasificaţi în două categorii comportamentale, în funcţie de gradul responsabilitate asumat în parcurgerea unui hyperspaţiu de cunoaştere. Există utilizatori care consideră că rezultatele obţinute sunt urmarea directă a acţiunilor întreprinse de ei în timpul navigatiei prin spaţiul de cunoaştere; aceştia vor folosi în mod intens elementele navigaţionale suplimentare. Alţi utilizatori adoptă concepţia conform căreia succesele sau insuccesele personale depind de elemente externe, care nu pot fi controlate de ei în mod direct. Utilizatoriii din această a doua categorie vor avea tendinţa de a nu folosi prea mult elementele de navigaţie puse la dispoziţie de sistemul de instruire, oricât de atrăgătoare sau ergonomice ar fi ele. O altă observaţe interesantă privind modul de navigaţie în spaţiul de cunoaştere (şi implicât privind stilul cognitiv al utilizatorilor) ar fi aceea că unii utilizatori preferă o parcurgere lineară a acestui spaţiu. Odată un traseu adoptat, acesta este parcurs în mod strict secvenţial, asemeni paginilor unor cărţi. Pornind de la aceste observatii, s-a încercat găsirea unei corelaţii între modul de parcurgere a materialului instrucţional (etapele procesului de învăţare) şi rezultatele obţinute în învăţare. Cercetarea s-a efectuat în scopul depistării “traseelor optime”, care ar genera cele mai bune rezultate în învăţare. Această abordare empirică a condus la construirea unor trasee de învăţare predefinite, care sunt recomandate de sistemul de instruire pentru parcurgerea etapelor procesului de învăţare. Această soluţie încearcă să rezolve (cel puţin parţial) problema ghidării utilizatorului în spaţiul de cunoaştere inclus în sistemul de instruire bazat pe tehnologia WWW. Cu toate acestea, soluţiile prezentate anterior - elemente suplimentare de navigaţie sau trasee de învăţare predefinite- nu fac decât să ocolească o problemă importantă a sistemelor de instruire bazate pe Web: cum se pot adapta aceste sisteme în mod dinamic la stilul cognitiv şi la necesităţile instrucţionale diferite ale utilizatorilor? Care este cea mai bună metoda prin care se pot implementa reacţii diferenţiate ale sistemului faţă de acţiunile şi evoluţia diferită a utilizatorilor? Vom prezenta în continuare câteva din metodele prin s-a încercat soluţionarea problemelor relevate de practica utilizării sistemelor de instruire bazate pe Web.

12.2. Sisteme adaptive de instruire prin web

Un considerabil efort de cercetare a fost consumat pentru a se putea realiza sisteme de instruire bazate pe Web care să fie adaptive şi care să se poată armoniza cu stilul cognitiv diferenţiat al utilizatorilor. O direcţie adoptată de mulţi dintre realizatorii sisteme este aceea în care se construieşte în mod dinamic un profil cognitiv-comportamental al fiecărui utilizator. Acest profil este elaborat de componenta sistemului de instruire denumită Modelul Student. Pe baza profilului individual (coroborat cu obiectivele de instruire) se generează un model individualizat de interacţiune a sistemului cu fiecare utilizator. Prin Modelul Student se încearcă stabilirea nivelului de cunoaştere în domeniu al utilizatorului şi descrierea stilului sau cognitiv (modului propriu de achiziţie a cunoaşterii). Pentru o simplificare a acestei probleme, cel mai adesea s-a încercat definirea unor categorii stereotipe de utilizatori, şi, în consecintă, elaborarea unor scheme de reacţie a sistemului care să fie adaptate la fiecare categorie. Modelul de reacţie diferit al sistemului faţă de categoriile de utilizatori s-a reflectat de foarte multe ori în managementul interfeţei om-maşină prezentate de sistem.

Diana Stefanescu 34


Pentru fiecare categorie de utilizatori, sistemul realizează în acest caz o interfaţare diferită, folosind formate de afişare şi obiecte interactive care ar fi adecvate stilului cognitiv şi necesităţilor instrucţionale ale acelei categorii. În cadrul acestei abordări, Modelul Student, care cuprinde atât descrierea profilelor cognitive ale utilizatorilor, cât şi regulile de interfaţare recomandate pentru categoriile de utilizatori, este elaborat de o componentă inteligentă a sistemului de instruire. O altă direcţie care s-a adoptat în scopul realizării unor sisteme de instruire bazate pe Web adaptive, a fost următoarea: s-a încercat o structurare specială a elementelor hipertext incluse în Modelul Domeniului (Modelul Domeniului cuprinde cunostinţele din aria în care se efectuează instruirea). Această structurare s-a realizat fie în funcţie de etapele de instruire descrise în literatura pedagogică de specialitate, fie pornind de la o ierarhie de scopuri şi sub-scopuri instrucţionale clar definite. În ambele cazuri se monitorizează parcurgerea unui spaţiu de cunoaştere dinamic, care se modifică pe masură ce utilizatorul efectuează în mod corect anumite acţiuni, sau depăşeşte anumite etape. Literatura de specialitate menţionează şi alte orientări, în urma cărora au rezultat sisteme adaptive de instruire prin Web. Una dintre cele mai interesante se bazează pe evaluarea gradului de înţelegere şi de cunoaştere al utilizatorului, în ceea ce priveşte domeniul de instruire. Evaluarea se face pornind de la ideea că utilizatorul care “sare” peste anumite secvenţe de instruire cunoaşte subiectul acestor secvenţe şi că cel care solicită informaţii suplimentare doreşte să-şi îmbunătăţească cunoştinţele privind un anumit subiect. În urma acestei evaluări, sistemul prezintă o structurare diferită a secvenţelor din hipertextul pentru instruire. Obiectele hipertext din interfaţă vor fi şi ele diferite pentru un utilizator sau altul. O alta abordare demnă de remarcat este cea în care sistemul de instruire prezintă un comportament diferenţiat în funcţie de opiniile exprimate de utilizator. Sistemul solicită părerea utilizatorului privind materialul instrucţional pe care ar dori să îl parcurgă. Utilizatorul este chestionat asupra informaţiilor care îl interesează şi în felul acesta sistemul elaborează profilul cognitiv individual al acestuia. În funcţie de cererile explicite formulate de utilizator, sistemul construieşte un spaţiu de instruire personalizat şi îi livrează utilizatorului piesele de cunoaştere solicitate. Acest mod de abordare necesită o structurare specifică a secvenţelor de hipertext, care să permită asamblarea lor într-un spaţiu de cunoaştere variabil. Metoda are avantajul că evită plasarea utilizatorilor în categorii cognitiv-comportamentale stereotipe, dar are şi dezavantajul că nu este aplicabilă decât la utilizatorii care pot să estimeze în mod corect propriile necesităţi instrucţionale. S-a observat ca acestă estimare nu este realizabilă decât în cazul în care utilizatorul posedă încă de la început anumite cunostinţe din domeniul în care se efectuează instruirea. Aspectele prezentate anterior arată că s-a reuşit elaborarea unor sisteme de instruire bazate pe Web capabile să se adapteze (în anumite circumstanţe) la cerinţe instrucţionale variate, venind de la utilizatori cu profil cognitiv diferit. Cu toate acestea, există o a doua problemă fundamentală, pentru care aceste sisteme nu au reuşit să găsească o soluţie exhaustivă: prin ce metodă se poate realiza structurarea şi secvenţierea optimă, adecvată pentru fiecare utilizator, a materialului instrucţional inclus în sistem? Cu alte cuvinte, de ce fel de structură generală de cunoaştere este necesară şi cum trebuie livrată această cunoaştere unor utilizatori cu profile cognitive atât de diferite? Considerăm că un răspuns viabil la această întrebare nu poate fi dat decât dacă se atacă o problemă mai profundă: structurarea conceptuală a cunostintelor domeniului, în prealabil faţă de prezentarea lor în Web prin secvenţe de hipertext. În acest context, tehnologia Web nu mai trebuie

Diana Stefanescu 35


văzută decât ca un suport care furnizează instrumentele de parcurgere ale unei arhitecturi bine definite de cunoştinţe intercorelate logic şi conceptual. Modelul de structurare a materialului instrucţional, care este strâns legat de reprezentarea cunoştinţelor domeniului de instruire, trebuie să permită prezentarea multiplelor faţete ale noţiunilor din acel domeniu de instruire. Secvenţierea materialului instrucţional (nodurile şi legăturile), trebuie corelată cu răspunsurile şi acţiunile individuale ale utilizatorului, deci cu modul personal în care acesta parcurge materialul instrucţional.

12.3. Modele cognitive la sistemele de instruire prin web

Studiile efectuate asupra sistemelor de instruire de tip hipertext (cuprinzând şi pe cele realizate prin tehnologia Web) au arătat că acestea pot facilita învăţarea tocmai datorită modelului structural pe care îl înglobează.. Acest model, de reţea cu noduri de cunoaştere interconectate, ar reflecta cel mai bine modelul învăţării bazate scheme (structuri). În teoria schemelor se consideră că învăţarea ar avea loc ca urmare a acumulărilor şi reorganizărilor care se produc la nivelul structurilor cognitiv-mentale umane. Aceste structuri ar fi de fapt modul de reprezentare şi de organizare al obiectelor cunoaşterii (idei, evenimente, scenarii, etc.) în memoria semantică a fiecărei fiinţe umane. Prin învăţare se edifică noi structuri cognitive, se creează noi legături între structurile sau informaţiile deja dobândite, sau se articulează noi cunoştinţe în cadrul structurilor existente, prîntr-un proces de reorganizare.Restructurarea poate să implice gruparea cunoştinţelor în scheme de concepte intercorelate, sau în scheme procedurale. Aceasta viziune asupra achiziţiei cunoaşterii, coroborată cu proprietăţile reprezentaţionale ale structurilor de tip hipertext, conduce la ideea ca secvenţele de material instrucţional încorporate într-un sistem de instruire prin Web ar trebui organizate sub forma unei de reţele de concepte. Nodurile reţelei ar trebui să conţină descrirea conceptelor sau a instanţelor lor, iar link-urile, legăturile logice dintre acestea. În acest fel, cunoştinţele din domeniul de instruire ar forma o structură arhitecturală de tip reţea semantică de noduri conceptuale interconectate. O astfel de structură arhitecturală poate fi interpretată în multiple feluri: nodurile ar putea fi privite ca nişte entităţi alcătuite din elemente de cunoaştere declarativă, iar legăturile dintre ele ar reprezenta cunoaşterea procedurală sau structurală. Achiziţia cunoaşterii procedurale s-ar efectua prin asimilarea mentală, treptată, a unor tupluri de noduri şi de legături într-un tot unitar, care devine pentru utilizator un tot unitar, sau un simplu nod de cunoaştere declarativă. În acest fel, sub influenţa sistemului de instruire, granularitatea stucturilor cognitive mentale ale utilizatorului se poate schimba, şi această transformare constituie fenomenul de dobândire a cunoaşterii procedurale. O arhitectură conceptuală corerentă şi consistentă a cunoştinţelor domeniului în care se face instruirea ar putea facilita procesul învăţării pentru o clasă largă de utilizatori, tocmai prin aceasta schematizare şi structurare la nivel logic şi conceptual. Nu trebuie însă uitat că asimilarea unei structuri conceptuale trebuie să se bazeze pe o abordare constructivă, în care structurile umane de cunoastere referitoare la un anumit domeniu, se edifică în mod treptat, în etapele învăţării. Un model al stadiilor umane ale învăţării, ar putea fi următorul: orientarea (relativă la cunoaşterea anterioară), ghidarea (învăţare sub supravegherea unui tutore), rafinarea şi obişnuinţa (exersarea cunoaşterii în mod autonom). Modelul se bazează pe ideea că structurile cognitive umane sunt compuse din unităţi de cunoaştere intercorelate. Legăturile dintre unităţile de cunoaştere pot să fie mai slabe sau mai puternice. Cele patru stadii ale învăţării ar conduce la edificarea unor corelaţii (legături) mentale între unităţile de cunoaştere preexistente şi cele livrate de sistemul de instruire.

Diana Stefanescu 36


Stadiile învăţării au fost descrise în mod calitativ prin patru procese cognitive: conectare (crearea de legături, la început mai slabe, între vechea şi noua cunoaştere), acumulare (cunoaşterea este extinsă prin intermediul a noi legături multiple), articulare (unele legături conceptulae sunt întărite şi altele sunt “distruse”) şi consolidare (legăturile conceptuale confirmate devin mai puternice). Cele patru stadii pot fi reprezentate în cadrul cunoaşterii pedagogice a sistemului de instruire sub forma unei ierarhii de scopuri şi sub-scopuri. În această ierahie, fiecare nod va fi o colecţie de sarcini de învăţare care se referă la o unitate restrânsă de cunoaştere. Se poate observa că viteza de parcurgere a acestor patru stadii ale învăţării conceptuale este strâns legată de stilul cognitiv individual. Structurarea conceptuală a cunoaşterii din domeniul de instruire, împreună cu etapizarea stadiilor învăţării, conform modelului prezentat anterior, ar putea să se constituie într-o soluţie mai completă la problema armonizarii interacţiunii sistemului de instruire cu utilizatori având stil şi nivel cognitiv diferit.

12.4. Concluzii privind sistemele educationale bazate pe web

Sistemele de instruire bazate pe Web implementează modelul constructivist de învăţare, în care utilizatorul are controlul etapelor de învăţare, a stadiilor de construire a propriilor structuri cognitive. Acest model are avantaje certe, dar poate constitui un impediment pentru utilizatorii cu stil cognitiv închis. Pentru depăşirea acestei probleme s-au încercat mai multe soluţii: extinderea funcţiunilor navigaţionale oferite de sistem. sau îmbunătăţirea capacităţilor adaptive ale sistemului. Pentru armonizarea funcţiunilor sistemului de instruire bazat pe hipertext cu stilul cognitiv al utilizatorilor, trebuie să se tină cont de următoarele aspecte: • modelului domeniului trebuie să implementeze o arhitectură de tip reţea semantică, în care

conceptele să formeze o hartă cognitivă alcatuită din noduri şi legături; este de dorit ca această hartă să fie proiectată conform recomandărilor unui expert în domeniul de instruire;

• granularitatea conceptelor incluse în harta cognitivă trebuie să fie variabilă, pentru o mai bună reprezentare a cunoştinţelor procedurale;

• stadiile învăţarii trebuie să fie reprezentate în cadrul cunoaşterii pedagogice a sistemului de instruire sub forma unei ierarhii de scopuri şi sub-scopuri, în care fiecare nod să fie o colecţie de sarcini de învăţare care se referă la o unitate restrânsă de cunoaştere;

• sistemul trebuie să furnizeze elemente suplimentare pentru navigaţie, care să asigure o cât mai bună orientare a utilizatorilor în spaţiul de cunoaştere, şi să ofere căi prestabilite de parcurgere a acestui spatiu;

• intefaţa cu utilizatorul să fie adaptabilă şi să poată fi personalizată, în funcţie de categoriile cognitiv-comportamentale ale utilizatorilor;

• sistemul să poată înregistra preferinţele instrucţionale ale utilizatorilor şi să furnizeze asistenţă personalizată, conform acestor preferinţe; această funcţiune poate fi implementată în sistem prîntr-un agent pedagogic inteligent, care să fie capabil să dea răspunsuri la întrebările utilizatorului, şi, pe baza unei cunoaşteri a strategiilor tutoriale, să sugereze traseele de învăţare cele mai potrivite cu profilul cognitiv al utilizatorului.

13. STANDARDE IEEE PENTRU INSTRUIREA ASISTATĂ

La sfârşitul secolului al XX-lea, se poate constata că instruirea asistată de calculator a ajuns la acumulări cantitative şi calitative suficiente pentru a se putea elabora primele standarde tehnice specifice domeniului. Un comitet special al Institutului Internaţional de standardizare IEEE, comitetul 5, LTSC (engl.: Learning Techology Standards Commitee) are misiunea de a elabora standarde tehnice, recomandări practice şi specificaţii referitoare la tehnologia de dezvoltare a sistemelor software pentru

Diana Stefanescu 37


instruirea asistată. Comitetul 5 este împărţit în mai multe grupuri de studiu şi de lucru, fiecare grup fiind angrenat în dezvoltarea standardelor referitoare la un anumit aspect metodologic de realizare a sistemelor de instruire. Enumerarea grupurilor de lucru ale comitetului 5 (figura 13) şi a subiectelor dezbatute de acestea este un bun prilej de a trece în revista problematica actuală a domeniului instruirii asistate de calculator. De aceea, vom efectua în continuare o scurtă prezentare a preocupărilor unora dintre grupurile de lucru ale comitetului 5, LTSC. Grupul de lucru pentru standarde de arhitectură a sistemelor de instruire asistată: îşi propune realizarea unui model de referinţă pentru arhitectura sistemelor de instruire asistată, model bazat pe componente funcţionale. Acest model arhitectural trebuie să fie suficient de flexibil şi de complet pentru putea a fi adoptat şi în cazul sistemelor inteligente de instruire. Grupul trebuie să descrie arhitectura generală a modelului şi funcţiile componentelor sale, precum şi metodele de comunicaţie între componente (formate, protocoale, interfeţe, servicii). Prin modelul arhitectural bazat pe componente este vizat un obiectiv foarte important: stimularea producerii unor sisteme instrucţionale formate din componente standardizate, asamblabile şi reutilizabile. Această abordare poate conduce la crearea pe scara industrială a sistemelor instrucţionale (prin diminuarea costurilor de productie) şi vine în întâmpinarea nevoilor sociale contemporane privind educaţia. Grupul de lucru pentru standarde privind modelul student (modelul celui care învaţă): îşi propune să specifice sintaxa şi semnatica componentei denumite “modelul student”(engl.: Learner Model), adică să evidenţieze elementele ce caracterizează persoana care învaţă cu ajutorul sistemului de instruire. “Portretul” celui care învaţă va cuprinde informaţii (în format specificat) despre nivelul cognitiv al acestuia, despre deprinderile, aptitudinile, stilul sau de învăţare şi chiar informaţii personale, bineînţeles însoţite de elemente ce asigură securitatea şi confidenţialitatea acestor date. Ca şi grupul pentru standarde de arhitectură a sistemelor de instruire, grupul care realizează specificaţiile modelului student vizează obiective mai ample, cum ar fi: crearea profilului individual pentru fiecare persoana care învaţă, în scopul adaptării procesului de instruire la nevoile specific-individuale. Un alt obiectiv ar fi crearea unei baze de date cu profiluri individuale, ceea ce ar putea constitui la un moment dat o sursă valoroasă de date de test (în format standard) pentru realizatorii de sisteme instrucţionale. Grupul de lucru pentru standardizarea obiectelor întructionale: îşi propune să descrie atributele unor entităţi denumite “obiecte instrucţionale”(engl.: Learning Object - LO). Prin obiect instrucţional se înţelege orice entitate care poate fi utilizată sau reutilizată pe parcursul procesului de instruire mediată de calculator. Prin instruire mediată de calculator se înţelege orice tip de sistem instrucţional: sisteme de exersare cu ajutorul calulatorului, medii interactive pentru învăţare, sisteme inteligente de instruire, medii colaborative de instruire, sisteme pentru învăţare la distanţă. Se considera că obiecte instrucţionale următoarele entităţi: conţinutul pedagogic (cunoştinţele domeniului), elementele multimedia, strategiile pedagogice dar şi software-ul instrucţional propriu-zis cât şi sistemele-autor, persoanele, organizaţiile şi evenimentele referite pe parcursul procesul educaţional. Orice obiect instrucţional este caracterizat prîntr-un set de atribute (engl: Learning Object Metadata- LOM) care trebuie să permită gestionarea, localizarea şi evaluarea acestuia. Atribute relevante pentru un obiect pot fi: conţinutul, tipul, autorul, posesorul, modul de utilizare, formatul sau. Completarea

Diana Stefanescu 38


acestor atribute va fi obligatorie, dar pot să existe atribute specifice, care sunt optionale. Un obiect instrucţional poate să deţină şi atribute pedagogice, cum ar fi: modul de interacţiune cu obiectul, nivelul de dificultate, tipul de utilizatori care îl pot folosi, cunoştinţele prealabile necesare utilizatorului, etc.

Definirea unui model arhitectural flexibil. Componente standardizate, reutilizabile. Producere sisteme la scara industriala.

Limbaj de descriere sisteme de instruire. Modificare cu sisteme-autor diferite. Generare automată de sisteme de instruire.

Definirea de obiecte instrucţionale. Definire setul de atribute obiecte. Evaluare, indexare, regăsire obiecte. Construire cadru ptr. agenţi pedagogici.

Crearea profilului individual. Individualizarea instruirii. Crearea unei baze de date de profile.

Standarde Generale 1. Arhitectura sistemelor instrucţionale. 2. Glosarul de termeni ai domeniului.

Comitetul 5 IEEE, pentru standarde în tehnologia instruirii

asistate de calculator

Standarde pentru Modelul Student 1. Modelul student. 2. Identificarea utilizatorului. 3. Definiţia competentelor utilizatorului.

Standarde de Conţinut Instrucţional 1. Secventierea materialuluii pedagogic. 2. Incapsularea conţinutului pedagogic. 3. Portarea sistemelor de instruire.

Standarde pentru Obiecte Instrucţionale 1. Atributele obiectelor instrucţionale -LOM 2. Compunerea obiectelor instrucţionale. 3. Localizarea obiectelor instrucţionale. 4. Protocoale de transfer a datelor.

Standarde de Management Instrucţional 1. Management instrucţional. 2. Specificatii de platforme. 3. Comunicaţia între sisteme de instruire.

Obiective Grupuri de lucru

Figura 13. Structura comitetului IEEE pentru standarde tehnice în instruirea asistată de

Vor exista atribute care specifică gradul de securitate, confidenţialitate, modul de evaluare al obiectului, sau drepturile de acces şi de autor legate de acestea. Atributele nu vor specifica modul concret în care un obiect instrucţional este implementat pe o anumita platformă. După descrierea atributelor unui obiect instrucţional (în viziunea comitetului de standarde 5), se poate concluziona că sistemul european ARIADNE a adoptat în fapt acest model, implementând într-un sistem concret specificaţiile grupului de lucru pentru standardizarea obiectelor instrucţionale.

Diana Stefanescu 39


O clarificare asupra raţiunilor pentru care a fost conceput modelul de obiecte instrucţionale cu atribute poate avea loc dacă se prezintă obiectivele urmărite grupul de lucru care elaborează aceste standade. Enunţarea acestor obiective este sugestivă pentru a evidenţia direcţiile posibile de dezvoltare în viitor ale instruirii asistate de calculator. Aşadar, standardele LOM au fost gândite pentru [5]: • a oferi instructorilor şi utilizatorilor posibilitatea de a regăsi, evalua şi utiliza orice obiect

instrucţional; • a se crea premisele pentru partajarea şi transferarea obiectelor instrucţionale între sisteme de

instruire asistată realizate în tehnologii diferite; • a se crea suportul pentru realizarea unor obiecte instrucţionale alcătuite din componente care vor

putea fi combinate şi recombinate în multiple variante; • a se construi cadrul ce va permite agenţilor pedagogici să compună în mod dinamic secvenţe

instrucţionale modelate după personnalitatea utilizatorului; • a se edifica premisele pentru utilizarea obiectelor instrucţionale în contexte lucrative sau non-

profit; • a se furniza un cadru general standardizat care va permite experţilor în instruire să aprecieze

calitatea şi eficacitatea oricarui obiect instrucţional. În final, standardele de specificare LOM trebuie să permită utilizarea obiectelor instrucţionale pentru orice domeniu al cunoaşterii şi în orice cadru juridic national, ceea ce poate conduce la adoptarea acestora de instituţii de învăţământ din diverse tări ale lumii. Grupul de lucru pentru standarde pentru conţinutul instrucţional: îşi propune definirea unui limbaj care să descrie la nivel detaliat funcţiunile, componentele unui sistem de instruire, precum şi formatul în care sunt memorate aceste componente pe mediile de stocare. Aceste specificaţii de standarde vizează crearea unor sisteme de instruire care să poată fi modificate şi actualizate cu sisteme-autor diferite, ce funcţionează pe platforme diferite. În plus, obiectivul mai general (şi mult mai ambitios!) este crearea cadrului care va permite sistemelor-autor să genereze sisteme de instruire independente de conţinutul pedagogic. Generalizarea instruirii mediate de calculator (engl.: e-learning) va conduce în mod inevitabil la necesitatea construirii unor instrumente care să genereze în mod automat sisteme de instruire (cu toate facilităţile încorporate) pentru cele mai diverse domenii de cunoaştere umană. Autorii standardelor pentru instruirea asistată de calculator încearcă aşadar să întâmpine o tendinţa care se prefigurează cu insistenţă, urmărind să stabilească norme viabile ce vor asigura materializarea acesteia. Activitatea comitetului de standarde 5 marchează o nouă era în instruirea asistată de calculator. Trebuie să remarcam însă că au existat anumite obiecţii privind standardele 5 LTSC. Obiecţiile – formulate în special de şcoala japoneză - reflecta ideea că existenţa standardelor (deci a modelelor de referinţă) ar putea îngrădi progresul cercetării ştiinţifice în domeniu, mai ales în cazul sistemelor inteligente. Desigur, anii ce vor urma vor confirma (sau nu!) viabilitatea ideii de standardizare în instruirea asistată de calculator, dar încă pe acum majoritatea experţilor consideră că activitatea comitetului 5 IEEE poate fi considerată benefică.

Diana Stefanescu 40

3 curs instruire asistata

Documents