Colaboración en Sistemas de Ayuda al Aprendizaje

Colaboración en Sistemas de Ayuda al Aprendizaje
Autores:
Francisco Montero,
Aurora Vizcaíno,
Alejandro Moreno,
Manuel Prieto.
Institución:
Escuela Superior de Informática de Ciudad Real
Universidad de Castilla, La Mancha
España
Resumen
La utilización del computador como instrumento de ayuda al aprendizaje es un aspecto recurrente
desde hace ya algunos años, pero su implantación definitiva no se termina de lograr debido
fundamentalmente al gap semántico o capacidad que debe aportar el profesor para conseguir
desarrollar aplicaciones que se adapten plenamente a sus características y necesidades docentes.
En este sentido se está trabajando en el campo de las herramientas de autor intentando disminuir
el gap semántico. Pero este no es el único tema que a nuestro juicio es fundamental en el
desarrollo de aplicaciones. Gracias a la extensión de las redes de comunicación otro ingrediente
que debe tenerse en cuenta en el desarrollo de los sistemas de ayuda al aprendizaje, es el de
facilitar la comunicación entre los diferentes usuarios para posibilitar condiciones de colaboración.
Nuestro trabajo se fundamenta en el desarrollo de herramientas que hagan posible la
comunicación entre los alumnos y ayuden a la realización de ejercicios en grupo, aunque los
alumnos estén separados geográficamente. Nuestros sistemas proporcionan distintas baterías de
ejercicios para que el profesor pueda adaptar el sistema a los alumnos. Las aplicaciones que se
están desarrollando actualmente están enfocadas al aprendizaje procedimental, concretamente, en
el campo de la programación y las matemáticas.
1.- Introducción
Los avances tecnológicos, sobre todo de las redes de ordenadores, multiplican las posibilidades
formativas tanto en lo que se refiere a educación presencial como a distancia.
Gracias a las nuevas posibilidades: audio, vídeo, gráficos, textos, etc., se permite enriquecer el
proceso de comunicación. En muchos casos un diálogo mediante ordenadores interconectados en
tiempo real puede proporcionar una comunicación muy similar a la que se produce cuando las
personas mantienen una conversación presencial.
Los recientes desarrollos en tecnologías interactivas y multimedia están facilitando el aprendizaje
individualizado y colaborativo y son una de las líneas más prometedoras de investigación y
desarrollo.
El aprendizaje colaborativo se refiere a la formación en grupos o equipos de trabajo atendiendo
ciertos objetivos educativos. Los estudiantes trabajan colaborando. Este tipo de aprendizaje no se
opone al trabajo individual ya que puede observarse como una estrategia de aprendizaje
complementaria que fortalece el desarrollo global del alumno.
Los métodos de aprendizaje colaborativo comparten la idea de que los estudiantes trabajan juntos
para aprender y son responsables del aprendizaje de sus compañeros tanto como del suyo propio.
Todo esto trae consigo una renovación en los roles asociados a profesores y alumnos, esta
renovación también afecta a los desarrolladores de programas educativos. Las herramientas
colaborativas deben enfatizar aspectos como el razonamiento y el autoaprendizaje y el aprendizaje
colaborativo.
El presente artículo hace un recorrido general por las aportaciones a la educación provenientes del
uso e incorporación del ordenador en las aulas, cuales son sus ventajas e inconvenientes, así
como los desafíos que aparecen en el horizonte más cercano. Posteriormente se presentan
nuestras ideas en el desarrollo de aplicaciones educativas para el entrenamiento y se describen
varias de las aplicaciones que se están desarrollando.
2.- Un poco de historia
Los ordenadores llevan utilizándose en la educación desde hace más de 30 años [1]. El término
CAI (Computer Aided Instruction) fue uno de los primeros términos acuñados en el intento de crear
programas con fines educativos. El principal inconveniente del que adolecía este tipo de sistemas
es que la instrucción no era individualizada a las necesidades del alumno, sino que era el propio
programa en su construcción y diseño el que contenía la información de cómo guiar al estudiante
por el material educativo. Las habilidades del estudiante no eran tenidas en cuenta. Con las muy
variadas técnicas de Inteligencia Artificial (IA) aplicadas al desarrollo de material educativo otro
término aparece en escena, ITS (Intelligent Tutoring Systems), los programas bajo esta variante
de desarrollo si que son flexibles a la presentación de material y hay mayores posibilidades de
atención personalizada al estudiante en función de sus necesidades. El poder de estos sistemas
está en su ‘inteligencia’ en ellos están representados decisiones pedagógicas sobre como enseñar,
con lo que el alumno dispone de mayor versatilidad y posibilidades de interacción con el sistema.
2.1.- Componentes principales de un ITS
Los ITS han sido tratados generosamente en la literatura y todos sus componentes esenciales,
salvo pequeñas discrepancias, están identificados. Así se suele hablar de cuatro o cinco
componentes, a saber:
• Un modelo del estudiante; imprescindible para almacenar información asociada
a cada alumno, para así poder lograr una instrucción más personalizada [5]
• Un modelo pedagógico; que se encargaría de gestionar la información generada
por el modelo anterior y en función de ella tomar decisiones sobre la instrucción
• Un dominio del conocimiento; sobre el tema que se desea enseñar, deberá estar
adecuadamente representado para que sea fácilmente accesible. Este punto es un
aspecto abierto a la investigación, las técnicas habituales de representación del
conocimiento son mediante el uso de hechos y reglas, otro aspecto más delicado
son los conceptos y los modelos mentales. Hay autores que en este nivel
distinguen entre un dominio del conocimiento y la existencia de un modelado del
experto capaz de resolver problemas propuestos, sobre el tema objeto de estudio.
• Una interfaz; se encarga de gestionar la interacción con el alumno, incluye
diálogos, diseño de pantallas y la presentación de la información de la forma más
apropiada al usuario. Gracias a la expansión de las redes de ordenadores la
interfaz debe proporcionar también facilidades de comunicación entre los
diferentes usuarios conectados para favorecer el trabajo en colaboración
2.2 Tipos de ITS
En cuanto a los tipos de un ITS se pueden distinguir dos categorías: aquellos que recrean un
entorno de trabajo de forma realista, donde el alumno dispone de todo lo necesario para que pueda
aprender una tarea. Y aquellos que lo que pretenden es que el alumno adquiera un tipo de
conocimiento relacionado con el tema que se está estudiando. Dentro de este conjunto de ITS se
engloban tutores que principalmente pretenden que el alumno adquiera conocimientos
conceptuales y entrenadores que se centran en que el alumno logre habilidades y destrezas
procedimentales sobre un tema, este tipo de sistemas es en el que más interesados estamos y
pensamos que pueden ser más eficientes en la enseñanza en áreas como la programación o las
matemáticas.
3.-Tareas por hacer en el campo de los ITS
Existen algunos problemas sin resolver relacionados con el diseño de ITS, concretamente, la
reducción
del
tiempo
y
costo
de
desarrollo
de
los
mismos.
Uno de los principales problemas que aparecen en el desarrollo de un ITS es la necesidad de un
equipo multidisciplinar de personas y profesionales que asesoren el diseño. No existen
metodológias que cubran el ciclo de vida de un programa de este tipo, con todos los
inconvenientes que esto conlleva. Actualmente, se está trabajando en el desarrollo de
herramientas de autor fáciles de manejar por usuarios no iniciados en temas de programación de
sistemas colaborativos, con los que se puedan desarrollar aplicaciones personalizadas, ejemplos
recientes son Eon o IDE. Esto permitiría al profesor personalizar su aplicación a los requerimientos
de sus alumnos.
En el sentido de aprendizaje colaborativo se pretende que los estudiantes trabajen en grupo para
resolver un problema.
4.-Nuestras aplicaciones
Las aplicaciones que nuestro grupo esta desarrollando, fundamentalmente están dirigidas a cubrir
áreas del conocimiento relacionadas con la programación [2] y las matemáticas [3], con la idea de
que las aplicaciones desarrolladas sean útiles en ciclos formativos que comprendiesen los primeros
años de estudios universitarios.
Nuestras aplicaciones tienen por objetivo:
• Proporcionar entornos de trabajo colaborativos donde los usuarios puedan
beneficiarse del potencial que ofrecen las redes de ordenadores y las
denominadas autopistas de la información, y poder aprovechar las ventajas que la
comunicación ofrece para que los alumnos, aunque estén en sus casas, puedan
trabajar en grupo.
•
Desarrollar en el alumno habilidades y destrezas en los campos antes
mencionados.
La metodología usada para implementar las aplicaciones se basa en la construcción de cuatro
componentes bien diferenciadas:
• Modelo del experto: Contiene las reglas y predicados relacionados con el tema
que se va a enseñar, en nuestro caso matemáticas o programación. Esto es lo
que llamamos base del conocimiento.
• Modelo del instructor: Es la componente pedagógica del sistema y decide que
metodología de trabajo es la más adecuada para los usuarios.
• Modelo del estudiante: Modeliza al grupo de alumnos que esta interaccionando
con la herramienta. El modelo del instructor consulta este modelo para conocer las
características del grupo y sugerir técnicas de trabajo.
• Interfaz: La interfaz proporciona distintos tipos de comunicación (compartición
de aplicaciones, chat...), potencia la colaboración y tiene distintos mecanismos que
favorecen los procesos de negociación.
La primera es un entorno de trabajo donde el alumno puede adquirir práctica en el desarrollo y
construcción de jerarquías de clases (elemento fundamental en el aprendizaje de cualquier
lenguaje orientado a objetos).
La aplicación tiene una arquitectura cliente/servidor. Las aportaciones de cada cliente al problema
propuesto sobre jerarquías de clases son inmediatamente traducidas por el servidor en forma de
mensajes que son enviados a los compañeros conectados.
Figura 1. Interfaz de la aplicación
La Figura 1 muestra las ventanas principales asociadas al cliente en el momento actual de la
aplicación. En ella puede apreciarse la ventana principal al fondo donde el cliente puede hacer uso
de servicios de comunicación y ver los clientes conectados. La segunda ventana es la aportación
en un momento dado, a la generación de una jerarquía de clases, realizada en colaboración. La
última de las ventanas muestra un mensaje de error asociado al intento de definir una relación de
herencia entre clases en las que una relación de herencia múltiple no está permitida.
Con esta aplicación el alumno puede familiarizarse de forma práctica con conceptos relacionados
con la construcción de jerarquías de clases tales como instancias, clases abstractas, relaciones de
herencia, métodos, atributos, interfaces y relaciones de implementación.
La herramienta no pretende eliminar las clases teóricas, por lo que no define ni presenta conceptos
teóricos, estos ya se habrán presentado por el profesor. Ahora es cuando al alumno se le da
tiempo en el laboratorio para que pueda trabajar bien en solitario o mejor en colaboración con sus
compañeros.
Otro ejemplo de herramienta es un entrenador para calculo diferencial (ver figura 2). El
planteamiento de nuestro sistema es facilitar el aprendizaje de los alumnos en el área del cálculo
diferencial y la adquisición de habilidades en tareas relacionadas con este área de conocimiento. Al
igual que en la aplicación anterior el diseño no se basa en la idea de un tutor donde el alumno
consulta la teoría si no que se plantean ejercicios que el alumno debe resolver, el sistema evalúa
las respuestas y comprueba si son correctas.
Para el desarrollo de la aplicación se han utilizado dos lenguajes de programación y un gestor de
base
de
datos.
Los lenguajes utilizados han sido Prolog, para la programación inteligente del sistema experto que
forma parte del ITS, y Java, para programar la interfaz del sistema. La comunicación entre Prolog y
Java es posible gracias al empleo de una interfaz bidirecional (en nuestro caso, la librería Jasper
del programa SICStusProlog). De esta forma nos adaptamos a la estructura básica de desarrollo
de un ITS:
•
Programación Inteligente: Implementada en Prolog, define la “Base de
Conocimiento” del Sistema.
• Programación del entorno gráfico: Implementada en Java, hace transparente al
alumno el acceso a la “Base de Conocimiento” y la forma en que el sistema
resuelve las derivadas. El alumno se encuentra ante una aplicación formada por un
conjunto de ventanas.
Figura 2. Interfaz del entrenador de cálculo diferencial
Así, se aprovechan la mayor potencialidad de estos lenguajes en aspectos muy distintos de
programación de forma complementaría.
5.- Trabajos futuros
El modelado del estudiante es un tema sobre el que existe amplia bibliografía, sobre modelado de
grupos todavía no se ha investigado lo suficiente. El grupo ha sido estudiado desde distintos
puntos de vista, como la suma de varias personas o como un ente con características propias [4].
Nuestra investigación tiene como objetivo desarrollar un modelo del grupo que pueda ser usado en
entornos colaborativos de aprendizaje procedural. El modelo será probado en las herramientas
descritas con anterioridad, si los resultados son favorables se realizará una abstracción del modelo
para que pueda ser usado en otros ambientes de aprendizaje procedural.
6.- Conclusiones
La construcción de sistemas colaborativos para el aprendizaje requiere un conocimiento
interdisplicinar, puesto que es necesario saber que factores influyen en el aprendizaje, y que
factores influyen en la dinámica de trabajo en grupo. Por otra parte se necesita saber como
comunicarle esta información pedagógica y psicológica al ordenador. Este trabajo describe varias
herramientas que intentan unir aspectos de comunicación con aspectos que den soporte al
aprendizaje y a la colaboración, con la finalidad de ser ambientes de trabajo fáciles de usar, útiles y
que sobre todo, fomenten el aprendizaje y las habilidades sociales de trabajo en grupo entre los
alumnos.
Bibliografía
[1].
Koschmann T. (1996); "CSCL, Theory and Practice of an
emerging paradigm" 1-23.Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum
Associates.
[2].
Montero F., Vizcaíno A., Prieto M. (1999); "A Collaborative Tool
for Learning Object-Oriented Programming". SIIE99.
[3].
Prieto M., Montero F., Vizcaíno A., (1999); "Collaborative Expert
Trainers for University and High School Calculus". ICCE99.
[4]
Self, J."Formal approaches for student modelling", In J. Greer &
McCalla (Eds.) Student Modelling: the key to individualised
knowledge-based instruction", Springer-Verlag, 1994.
[5].
Vizcaíno A., Olivas J.A., Prieto M. (1998); "Módelos del
estudiante en entornos de aprendizaje colaborativo". TSIE98.