SISTEMAS TUTORIALES INTELIGENTES,
UN APORTE DE LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL PARA LA MEDIACIÓN PEDAGÓGICA


 

Autor

Ing. Eucario Parra Castrillón

Coordinador Ingeniería Informática
Fundación Universitaria Católica del Norte

Contacto: jeparra@ucn.edu.co

Resumen.

Con respecto a la creación de ambientes tecnológicos para el aprendizaje pedagógicamente efectivo, los investigadores han enfilado sus esfuerzos hacia el desarrollo de los Sistemas Tutoriales Inteligentes ( STI ).

Los STI son ambientes flexibles, interactivos y adaptativos para el aprendizaje. Flexibles porque abren abanicos de posibilidades para las navegaciones de los estudiantes. Interactivos porque los canales para la comunicación pueden permitir cruce de ideas del sistema tutor hacia el estudiante y de éste hacia el sistema, en un dialogo. Adaptativos porque sobre la marcha el sistema puede cambiar las estrategias de enseñanza, variando los ejemplos, rompiendo las secuencias, demostrando imposibilidades y evidenciado equivocaciones a partir de casos concretos.

El software educativo tradicional está basado en multimedia y programación tradicional y es como un libro, estático y sin interacción. En cambio, estos tutoriales son como un profesor en plena acción de clase, estratégicos, inteligentes e interactivos.

Los STI actúan de manera inteligente, como un profesor, en analogía con las actividades y expresiones que se desprenden de las conexiones sinápticas entre las neuronas del cerebro, cuyas acciones se integran en una compleja y extensa red de impulsos.

INTRODUCCIÓN

La mediación tecnológica en los ambientes de aprendizaje es una característica de la educación actual, lo cual lleva a establecer indicadores de calidad acordes con la implantación y uso de herramientas producto de la multimedia, las telecomunicaciones, las simulaciones, la inteligencia artificial, la realidad virtual y hasta la robótica. De esta forma una frontera demarca la práctica educativa y la clasifica dependiendo de si utiliza o no la tecnología y en qué grado.

Lo anterior parece ser una concepción socialmente aceptada sobre la cual la mirada de los gobernantes y académicos parece concentrarse; pero con el avance de las investigaciones y las prácticas surge la siguiente consideración: si la tecnología es inherente como medio a los procesos de aprendizaje, no es suficiente para garantizar logros significativos. En ese aspecto se le exigen al diseño de dispositivos para la educación elementos como los siguientes:

  • Una estructura pedagógica que oriente su construcción.
  • Contenidos de fácil uso y adecuados a los usuarios de forma que llenen sus aspiraciones e intereses.

La idea no es crear y utilizar ayudas para la mediación simplemente porque la tecnología da esa oportunidad, sino elaborarlas de acuerdo con unos perfiles específicos y pensando en su efectividad. La cuestión no es que un archivo vuele por el ciberespacio con un modulo y llegue a tiempo, no, el verdadero valor está en la didáctica aplicada por el docente en su elaboración.

En realidad no se trata de construir unos materiales para la formación basados únicamente en las posibilidades de la multimedia y los recursos gráficos, que inicialmente pueden sorprender al estudiante, pero que en poco tiempo se pueden convertir en elementos desmotivadores al no encontrarse en éstos una adecuada elaboración conceptual; así, la animación no es la esencia, sino la elaboración de acuerdo con la tipología de los contenidos, la claridad textual, los objetivos de aprendizaje y las finalidades formativas.

Con respecto a la creación de ambientes tecnológicos para el aprendizaje pedagógicamente efectivos, los investigadores han enfilado sus esfuerzos hacia el desarrollo de los Sistemas Tutoriales Inteligentes ( STI ), en cuyo entorno intervienen especialistas de la pedagogía, la inteligencia artificial y la informática.

Los STI son ambientes flexibles, interactivos y adaptativos para el aprendizaje. Flexibles porque abren abanicos de posibilidades para las navegaciones de los estudiantes. Interactivos porque los canales para la comunicación pueden permitir cruce de ideas. Adaptativos porque sobre la marcha el sistema puede cambiar las estrategias de enseñanza, variando los ejemplos, rompiendo las secuencias, demostrando imposibilidades y evidenciado equivocaciones a partir de casos concretos.

Un STI es dinámico, proactivo e inteligente como un profesor en plena acción dentro de un salón de clase, muy al contrario del software educativo tradicional que es pasivo como un libro. Este no se adapta al lector, no interviene con otros ejemplos, no varía la secuencia. Si el lector no entendió su código, entonces tendrá que buscar otro. En cambio, el docente en su actuar, sobre la marcha y de inmediato, tiene que alterar sus planes cuando sus estudiantes no avanzan. Esto es lo que intentan simular los STI.

El software educativo tradicional tiene como productos sistemas animados por la multimedia, pero pasivos y lineales. No es adaptativo. Su esquema es, por lo general, una secuencia de lecciones y sus propuestas de evaluación no van mas allá de la selección múltiple, y al estudiante le presenta el resultado de su interacción con puntos acertados, equivocados, porcentaje de cumplimiento y mensajes de aprobación o desaprobación.

Los productos de los Sistemas Tutoriales Inteligentes son programas de computador que se expresan también a través de la multimedia, pero su arquitectura les permite secuencias no lineales, los provee de la posibilidad de múltiples metodologías de enseñanza y los soporta con bases de conocimientos para la reelaboración de ejemplos cuando las circunstancias lo exigen; además de la planificación de diversas estrategias.

Su evaluación es constructiva; por ejemplo, puede explicar a un estudiante por qué se equivocó, puede dar la oportunidad de repetir el ejercicio, pero con otros datos o con otro contexto; puede hacer construcciones a partir de las respuestas para demostrar que se está contradiciendo o negando un concepto. Todo este ambiente exige que en su diseño se apliquen técnicas de inteligencia artificial porque su acción implica toma de decisiones y simulación computacional de procesos mentales del hombre en la solución de problemas, interpretación de hechos, relación de conceptos, jerarquización de ideas, establecimiento de prioridades, elaboración de inferencias y construcción de prospectivas.

1. INTELIGENCIA ARTIFICIAL

La inteligencia artificial es un campo de estudio que busca explicar y emular inteligencia, desarrollándola en términos de procesos computacionales que, si son utilizados correctamente por un programa, puede exhibir un comportamiento inteligente. Esto es, la inteligencia artificial pretende modelar a través de computadores la inteligencia del ser humano para resolver problemas de manera inteligente. Esta pretensión se basa en la experiencia que el hombre ha acumulado en el campo de su acción específica a través del aprendizaje. Las personas infieren y aprenden, y esto lo convierten en conocimiento que se registra en redes neuronales a través de interacciones sinápticas. La inteligencia artificial (IA) imita estos aprendizajes del hombre creando modelos para la solución de problemas en aplicación de elementos de lógica booleana, lógica difusa, calculo infinitesimal, teorías de árboles, algoritmos de búsqueda, técnicas de optimización, teorías de aprendizaje, conceptos sobre grafos, arquitecturas computacionales y paradigmas para desarrollo de software.

El desarrollo de la IA ha tenido contrastes e históricamente ha tenido épocas de estancamiento. Sobre esto han influido aspectos como:

  • Su denominación misma: ¿inteligencia artificial? ¿hombre artificial?
  • El conocimiento incompleto sobre los procesos mentales del hombre.
  • Sabemos que pensamos, pero no podemos explicar cómo lo hacemos de manera exacta, ni por qué.
  • La imposibilidad matemática de expresar en ecuaciones, derivadas, integrales o algoritmos, modelos que expliquen comportamientos humanos.
  • La incapacidad de los sistemas de cómputo para almacenar e inferir sobre la amplia gama de posibilidades, probabilidades, combinaciones y estados que pueden surgir del estudio de un problema cuya solución requiere del agregado inteligente.

Esta última dificultad se ha venido superando en las últimas décadas con los aportes de la electrónica a la capacidad de los dispositivos de almacenamiento, la ampliación de la memoria del computador para procesos más rápidos y con las redes de bada ancha. Con esto países como Japón han retomado las investigaciones sobre inteligencia artificial.

El propósito de la IA no es la creación de agentes u hombres artificiales, como en la ciencia ficción. Tampoco intenta crear hombres o artefactos con sus mismas sensibilizaciones. Las propuestas sobre su desarrollo apuntan a la creación de modelos para soluciones inteligentes de problemas en dominios específicos. El propósito en realidad es la creación de sistemas inteligentes, empleando este concepto, no en toda su extensión, sino en lo referente a lo cognitivo.

2. SISTEMAS EXPERTOS

Los sistemas expertos son un área de la inteligencia artificial, y sus objetivos tienen que ver con la imitación de un experto humano en la realización de una tarea específica. Un sistema experto es un programa de computador que resuelve problemas de manera similar a como lo hace un ser humano. Para esto utiliza el siguiente modelo:

  • Almacenamiento de experiencias en una base de conocimientos.
  • Realización de inferencias sobre esos conocimientos, cuando una situación nueva le llega, o sea, cuando se le presenta algún problema.

Así proceden los expertos humanos, almacenan información o experiencias y luego las aplican cuando se les presenta un problema. En universidades de la ciudad de Medellín se han desarrollando proyectos de sistemas expertos para la solución de problemas específicos. Uno de estos fue un sistema experto que almacenaba a manera de reglas y proposiciones las normas, experiencias y conocimientos de un abogado, para luego diagnosticar y dar soluciones en materia de derecho laboral.

Un sistema experto tiene dos grandes módulos, la base de conocimientos en la cual se almacenan las experiencias y el motor de inferencia que son los programas que analizan, hacen diagnósticos y tomas decisiones.

Para los propósitos educativos su importancia reside en que un docente es un experto en enseñanza y esto lleva a que en la construcción de sistemas tutoriales inteligentes sea necesario integrar programas cuyas arquitecturas sean sistemas expertos. Así un STI puede obedecer a la interacción de varios sistemas expertos.

La dificultad principal reside en el problema de representar el conocimiento del experto. Además del dominio de conocimiento específico, las estrategias para la resolución de los problemas del experto también deben capturarse y codificarse de manera conveniente. Es posible que el experto use estas habilidades de manera inconsciente, por lo que el proceso de formalizar el conocimiento (hacer patente un dominio) es un objetivo que constituye un reto y que requiere la intervención del ingeniero del conocimiento para poder codificar el conocimiento del experto.

3. SISTEMAS TUTORIALES INTELIGENTES

Los Sistemas Tutoriales Inteligentes (STI) surgieron en la década de los 70 como una evolución de los Sistemas de Instrucción Asistida por Computador (CAI) en combinación con técnicas de la inteligencia artificial y de los métodos clásicos de enseñanza. El objetivo de los STI es proporcionar una mayor flexibilidad a los tutoriales manejados por computador y lograr que éstos permitan una mejor interacción con el estudiante. Estos sistemas son una integración de programas de computador de diferente nivel, cuyo propósito es interactuar entre si, para crear un ambiente educativo tan proactivo como uno real en un aula de clase, para lo cual deberá dotársele de módulos de inteligencia artificial.

Para lograr este objetivo deberá dotarse a dichos sistemas con la capacidad de "razonar" y resolver problemas en su dominio de aplicación. El Sistema Tutorial Inteligente deberá mantener un modelo del conocimiento del usuario para poder actuar con mayor sensibilidad ante el comportamiento de éste. Además, se hace necesario desarrollar interfaces dinámicas, flexibles, amigables y de fácil manejo, para que den la capacidad de diálogo entre el estudiante y el sistema.

Con los Sistemas Tutoriales Inteligentes se pretende capturar el conocimiento de los expertos en pedagogía, crear interacciones en forma dinámica, y así poder tomar decisiones no previstas por los docentes.

En Australia y Europa se han desarrollado proyectos de gran envergadura en este campo, para lo cual se integran grupos de investigación con ingenieros, pedagogos y expertos en las áreas específicas de aprendizaje. En Medellín se han realizado proyectos como los siguientes:

  • Sistema Tutorial Inteligente para la enseñanza de las matemáticas a niños entre 5 y 9 años.
  • Sistema Tutorial Inteligente para enseñanza de algoritmos y programación.
  • Sistema Tutorial Inteligente para aprendizaje de métodos de factorización.
  • Sistema Tutorial Inteligente para capacitación en prevención de desastres y primeros auxilios.

4. ARQUITECTURA Y FUNCIONAMIENTO

Un Sistema Tutorial Inteligente está integrado así:

  • Módulo experto.
  • Módulo estudiante.
  • Módulo tutorial.
  • Interfaz.

El modulo experto tiene toda la cognición expresada en bases de conocimientos. En este componente se va a encontrar el conocimiento específico y detallado, obtenido de los expertos humanos que llevan años dedicándose a la tarea cognitiva que se pretende enseñar

El módulo estudiante guarda el progreso del estudiante que interactúa en el sistema experto. Este módulo contiene todos los datos e información del estudiante, lo cual permite diagnosticar los efectos del proceso de tutoría. Esta información se puede utilizar para elegir el siguiente tema de enseñanza y la metodología o estrategias adecuadas.

El módulo tutorial. A este le concierne todo lo referente a los problemas en el desarrollo del currículo o el programa de contenidos y de la forma de enseñar el mismo. Tiene que ver con la selección y la secuencia del material de enseñanza. Este módulo debe tener las siguientes capacidades:

  • Controlar el currículo y su secuencia.
  • Responder a preguntas hechas por el estudiante.
  • Detectar el tipo y nivel de ayuda al estudiante.

La interfaz cubre varias actividades en el funcionamiento global del STI, a saber:

  • Es un conjunto de canales de comunicación entre el estudiante y el sistema.
  • Es el único medio físico para captar el desarrollo del estudiante, porque a través suyo el sistema percibe información y respuestas de su usuario.

Las interfaces deben ser dinámicas, dotadas de multimedia, flexibles y de fácil acceso.

Tres aspectos caracterizan a estos Sistemas Inteligentes:

  • El dominio o problema por tratar debe ser conocido por el sistema informático lo suficientemente bien como para poder generar inferencias o resolver problemas en ese dominio.

  • El sistema debe ser capaz de enseñar ese conocimiento al alumno.

  • La estrategia tutorial o de enseñanza debe tener la inteligencia suficiente para implementar estrategias que garanticen progreso en el proceso de formación entre el STI y el estudiante.

5. APUNTES FINALES

La creación de Sistemas Tutoriales Inteligentes adquieren significado cuando se piensa en tecnologías para la educación como mediadoras pedagógicas. Estos programas son necesarios si de verdad se quieren soluciones masivas apoyadas en tecnologías pero con calidad pedagógica.

Los STI representan la evolución ideal del software educativo tradicional porque se conserva el poderío de la informática, la portabilidad, el fácil acceso, la multimedia y se gana en comunicación interactiva, metodologías de enseñanza, construcción y relaciones de proactividad.

Las universidades de Colombia deberían tener en este tipo de desarrollos líneas de investigación, grupos y semilleros porque, aunque el aporte actual es valioso, se precisan aportes académicos y teóricos. Con esto se quiere decir que la implantación de un laboratorio de inteligencia artificial para fines de creación de STI, requiere consecución de bibliografías e integración de estudiosos, más que la consecución de costosos equipos o la apertura de grandes infraestructuras físicas.

BIBLIOGRAFÍA

AHO, A.V.; HOPCROFT, J.E.; ULLMAN, J.D. Estructura de datos y algoritmos. Addison- Wesley, 1988.

BRASSARD, G.; BRATLEY, P.: Fundamentos de Algoritmia. Prentice-Hall, 1998.

WEISS, M.A. Estructuras de datos y algoritmos. Addison-Wesley, 1995.

COLLADO, M; MORALES, R.; MORENO, J.J. Estructuras de datos. Realización en Pascal, 1987.

BAASE, S.; VAN GELDER, A. Computer Algorithms. Introduction to Design and Analysis. Addison-Wesley, 2000.

HOROWITZ, E.; SAHNI, S. Fundamentals of Data Structures. Computer Science Press, 1976.

WIRTH, N. Algoritmos y estructura de datos. Prentice-Hall, 1987.

HEILEMAN, G.L. Estructuras de Datos, Algoritmos y Programación orientada a Objetos. McGraw-Hill, 1997.

HOOROBEEK, I.V. Algebraic Specifications. From Many-Sorted Algebras to a Practical Specification Language. K.U. Leuven, Dept. of Computer Science, 1985.

JOYANES, L.; ZAHONERO, I. Estructura de datos. McGraw-Hill, 1998.

MEHLHORN, K. Data Structures and Algorithms. Springer-Verlag, 1984.

PEÑA, R. Diseño de programas. Formalismo y abstracción. Prentice-Hall, 1997.

Enlaces de interés

http://www.dcc.uchile.cl/~rbaeza/inf/algoritmia.pdf

http://www.aunmas.com/future/inteligencia/

http://go.to/inteligencia_artificial

http://www.cogs.susx.ac.uk/users/miguelga/iaedu2/tsld009.htm

http://www.udec.cl/~psalcedo/paper_mu.htm

http://www.c5.cl/ieinvestiga/actas/ribie98/272.html

http://www.uned.es/pfp-internet-y-educacion/scholar.html

http://www.niee.ufrgs.br/ribie98/TRABALHOS/272.PDF

 

 

Refbacks

  • No hay Refbacks actualmente.


Revista Virtual Católica del Norte
ISSN-0124-5821(En línea)

Lemy Bran Piedrahita
Editor
Correo: editorialucn@ucn.edu.co
Yesenia Acevedo Correa
Asistente editorial
Correo: asistenteeditorial@ucn.edu.co

Fundación Universitaria Católica del Norte
Calle 52 No 47 – 42 Edificio Coltejer Piso 5- Medellin - Antioquia
Teléfono: (057) (4) 605 15 35 Ext. 4063 - FAX (057) (4) 605 42 20
Portal Web Institucional: www.ucn.edu.co