AS-MCOE - AgentSpeak MCOE

Rodrigo Goulart, Claudia Perez e Alexandre Zamberlam

Resumo:

O projeto AS-MCOE tem como objetivo investigar, implementar e avaliar a utilização tutores inteligentes no ensino de ecologia, dando continuidade ao trabalho desenvolvido em [Giraffa 1999] e [Goulart 2002]. O tutor dessas propostas será implementado com a técnica BDI através da linguagem Agentspeak, descrito em [Bordini and Vieira 2003], e o ambiente Jason, de [Hübner et al. 2004].

Introdução

O projeto AS-MCOE se caracteriza pela investigação científica dos avanços pedagógicos e tecnológicos decorrentes da utilização de técnicas de Inteligência Artificial no ensino de crianças, jovens e adultos.

O objeto desta pesquisa são os jogos educacionais, os quais destacam-se pela popularidade e inserção na comunidade infanto-juvenil, e que até o presente momento não agregam a tutoria artificial como um diferencial comercial ou pedagógico. A finalidade deste projeto é desenvolver um estudo sobre aplicação de uma técnica de IA, intitulada BDI (Believe, Desire and Intention ou Crenças, Desejos e Intenções), em um jogo educacional e avaliar o processo de desenvolvimento e aplicação do mesmo com alunos do ensino fundamental.

O tema do jogo, porposto pela professora Lúcia Giraffa em [Giraffa 1999] (Figura 1) da PUCRS, é de ecologia e baseia-se na interação entre um personagem, comandado pelo aluno, e a cadeia alimentar de um lago, composta por personagens artificiais inteligentes. O objetivo é manter o equilíbrio da cadeia por meio de "poderes" ou ferramentas que o personagem possui. As dificuldades relacionadas ao jogo e/ou ao conteúdo são avaliadas por um Tutor Artificial que envia mensagens com dicas e explicações ao aluno.

Figura 1: MCOE
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O projeto MCOE foi complementado pelo trabalho desenvolvido no E-MCOE [Goulart 2002], que acrescenta um agente mediador entre o Tutor Artificial e o jogo. Este projeto tem incluirá novas técnicas para o desenvolvimento de agentes artificiais BDI com o auxílio do seguinte referencial teórico: Agentspeak [Bordini and Vieira 2003], Linguagem de programação orientada a agentes BDI que formaliza a técnica BDI; Jason [Hübner et al. 2004], ambiente de software para o desenvolvimento de aplicações com Agentspeak. A metodologia utilizada é a da investigação teórica e prática das áreas diretamente relacionadas ao projeto, implementação de um software educacional para então avaliar os resultados obtidos com a pesquisa.

Figura 2: E-MCOE
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Figura 3: Jason
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Objeto e Justificativa

Atualmente, a pesquisa sobre tutores artificiais não apresenta conclusões definitivas sobre as suas qualidades pedagógicas. No entanto, grande parte dos pesquisadores da área concorda que existe uma vasta gama aplicações em diferentes áreas do desenvolvimento humano. O principal problema enfrentado é a falta de um mecanismo eficiente para representação e utilização do conhecimento pedagógico de um determinado domínio do conhecimento.

Descrever, representar e apresentar exemplos sobre álgebra num software de computador é uma tarefa razoavelmente simples se comparada com o estudo de línguas ou história. Investigar este processo torna relevante a pesquisa sobre sistemas tutores, pois a ampliação das áreas de aplicação de mecanismos artificiais no ensino, seja ele fundamental ou superior, pode fornecer novas ferramentas para o professor . Treinamento empresarial e educação à distância são necessidades cada vez mais presentes no contexto social brasileiro.

Outros projetos realizam atividades relacionadas com o objeto desta pesquisa, como por exemplo [Andrade et al. 2000], [Jaques et al. 2002] e [Freedman 2000] mas a proposta deste projeto não possui similares, ao menos no Brasil. A presente linha de pesquisa em IA do grupo GPTI da FEEVALE, em consonância com o projeto de educação à distância desta instituição (e, consequentemente com a linha de TI aplicada a Educação), revela a prioridade em desenvolver projetos inovadores para o desenvolvimento da mesma como um pólo de inovação tecnológica.

Objetivo e resultados esperados

O principal objetivo é avaliar as implicações da utilização da técnica de estados mentais chamada BDI na representação e utilização do conhecimento pedagógico em jogos educacionais. Como metas complementares têm-se o desenvolvimento de um software para avaliar a implementação da técnica, como também a publicação dos resultados em congressos, simpósios e revistas, com a finalidade de dialogar com a comunidade acadêmica sobre o projeto em questão.

Os avanços que podem ser obtidos com essa pesquisa são o desenvolvimento de softwares inteligentes capazes de assistir ao usuário (ou aluno) no seu desenvolvimento pessoal, seja ele à distância ou não, como a contribuição no desenvolvimento de aplicações inteligentes capazes de interagir de forma mais realista com seres humanos, uma vez que o processo de aprendizagem se dá em vários momentos do cotidiano.

Aplicações práticas desse trabalho poderão ser realizadas nas áreas de desenvolvimento de software, educação à distância e robótica, onde as implicações de sua utilização são amplas, além de fornecer uma ampla área de pesquisa para cursos de pós-graduação.

Método, Materiais, Infra-estrutura e Cronograma da Pesquisa

Como metodologia, propõe-se um estudo detalhado das áreas de agentes, sistemas multiagentes e sistemas BDI, com foco nas técnicas, metodologias e ferramentas disponíveis para o projeto e implementação de um sistema de tutoria multiagente. De forma detalhada os seguintes tópicos serão foco da pesquisa:

1)
Agentes e sistemas multiagentes: revisão bibliográfica do estado da arte em agentes e sistemas multiagentes, e a sua aplicação no meio educacional;
2)
BDI: revisão bibliográfica do estado da arte sobre estados mentais e agentes BDI;
3)
Hipóteses e soluções: elaboração das hipóteses relacionadas com a problemática na representação de conhecimento por meio de estados mentais, e a sua aplicação em softwares educacionais; elaboração de propostas para solucionar estas questões;
4)
Elaboração de um modelo computacional que integre as bases teóricas e tecnológicas com base na arquitetura proposta por [Goulart 2002];
5)
Elaboração de um software para avaliar o modelo proposto.

Para o desenvolvimento deste projeto de pesquisa destaca-se a necessidade de utilizar pelo menos um computador para cada integrante da equipe, e os softwares necessários para a implementação do protótipo e a comunicação entre os membros (via Internet). Como plano de execução propõe-se as etapas descritas na Figura 4.

Figura 4: Cronograma
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1)
6 meses: revisões teóricas e desenvolvimento do modelo computacional;
2)
6 meses: implementação do software;
3)
6 meses: avaliação do software em parceria com uma Instituição de ensino fundamental, cujo contato será relizado nos primeiros seis meses de projeto;

A implementação e avaliação do protótipo contará com a participação de 2 bolsistas de iniciação científica, cujas funções são as de desenvolver o protótipo do jogo, com base no trabalho desenvolvido em [Goulart 2002], e do tutor por meio do paradigma BDI através da linguagem Agent Speak e o seu interpretador, intitulado Jason [Hübner et al. 2004]. Já o projeto de avaliação junto à Escola de Aplicação da FEEVALE, a revisão teórica e o gerenciamento das etapas do projeto serão realizadas por um aluno de estágio curricular do curso de Licenciatura em Computação, sob orientação dos professores da Feevale envolvidos com o projeto. De forma específica, o projeto de avaliação busca a integração de professores e alunos do curso de Licenciatura em Computação e da Escola de Aplicação da FEEVALE. A Profa. Dra. Lucia Giraffa orientou o trabalho de mestrado do coordenador do projeto [Goulart 2002] e é uma das grandes pesquisadoras da área de Informática na Educação e Sistemas Tutores Inteligentes no Brasil. Sua contribuição dará qualidade ao projeto e continuidade ao trabalho desenvolvido por ela nos últimos 15 anos.

A equipe de pesquisa

A equipe de pesquisa é composta por pesquisadores do Centro Universitário Feevale e de colaboradores da Unisinos e UFRGS.

Pesquisadores da FEEVALE:

1)
Alexandre de Oliveira Zamberlam (pesquisador), (alexz@feevale.br);
2)
Claudia Perez (pesquisadora), (claudiaperez@feevale.br);
3)
Rodrigo Rafael Villarreal Goulart (líder do projeto), (rodrigo@feevale.br);

Colaboradores de outras instituições:

1)
Fabio Okuyama, UFRGS (okuyama@inf.ufrgs.br);
2)
Lúcia Maria Martins Giraffa, PUCRS (giraffa@inf.pucrs.br)
3)
Renata Vieira, Unisinos (renata@exatas.unisinos.br);

Referências Bibliográficas

Andrade et al. 2000
Andrade, A., Jaques, P., Vicari, R., Bordini, R., and Jung, J. (2000).
Uma proposta de modelo computacional de aprendizagem à distância baseada na concepção sócio-interacionista de vygotsky.
In XI SBIE - Workshop de ambientes de aprendizagem baseados em agentes. SBC.

Bordini and Vieira 2003
Bordini, R. H. and Vieira, R. (2003).
Linguagens de programação orientas a agentes: uma instrodução baseada em agentspeak(l).
Revista de Informática Teórica e Aplicada, X(1):7-38.

Freedman 2000
Freedman, R. (2000).
Plan-based dialogue management in a physics tutor.
In Proceedings of the Sixth Conference on Applied Natural Language Processing - ANLP 2000., Seattle.

Giraffa 1999
Giraffa, L. M. M. (1999).
Uma Arquitetura de tutor utilizando estados mentais.
Tese de doutorado., CPGCC/UFRGS, Porto Alegre.

Goulart 2002
Goulart, R. R. V. (2002).
Utilizando a tecnologia de agentes na construção de sistemas tutores inteligentes em ambiente inteligente.
Master's thesis, PUCRS, Porto Alegre, Brasil.
Defesa em dezembro de 2001.

Hübner et al. 2004
Hübner, J. F., Bordini, R. H., and Vieira, R. (2004).
Introdução ao desenvolvimento de sistemas multiagentes com jason.
In XII Escola de Informática da SBC, volume 2, pages 51-89, Guarapuava. UNICENTRO.

Jaques et al. 2002
Jaques, P. A., Andrade, A. F., Jung, J. L., Bordini, R. H., and Vicari, R. M. (2002).
Using pedagogical agents to support collaborative distance learning.
In Conference in Computer Supported Collaborative Learning - CSCL, 1, Colorado, EUA.



AS-MCOE, 20 de agosto de 2005.