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Sistemas
Hipermedia Adaptativos: una aproximación al tema.
<Resumen><Introducción><Integrando
Ambas Técnicas><Sistema
Optima><Sistema
de Autor UHAuthor><Conclusiones><Bibliografía>
Autores:
MSc. Luisa L. Pacios Fernández *
MSc. René Arenas Gutiérrez **
MSc. Guillermo Pérez Llanes***
* Profesor Auxiliar,
DPTO. INFORMÁTICA, FCM “Julio Trigo López”
E-mail: lpacios@infomed.sld.cu
** Profesor Auxiliar, DPTO. INFORMÁTICA, FCM “Julio
Trigo López”
E-mail: renea@infomed.sld.cu
*** Profesor
Auxiliar, DPTO. INFORMÁTICA, FCM “Julio Trigo López”
E-mail: guillermo.perez@infomed.sld.cu
RESUMEN
Las herramientas específicas con vistas a la creación
de aplicaciones computacionales para la educación, posibilitan
el aumento de la productividad en la realización de las aplicaciones
y la calidad del resultado obtenido.
Bastante difundidos como herramientas de apoyo al aprendizaje se
encuentran los Sistemas Tutoriales Inteligentes (STI) y los Sistemas
Hipermedia (SH) que han sido usados como forma auxiliar de la enseñanza.
Numerosos autores
plantean que ambos tipos de sistemas presentan desventajas. Los
primeros convierten a la tarea educacional en excesivamente restringida
a las órdenes del tutorial y los segundos dejan al usuario
muy libre, delegando la tarea de enseñar en el propio usuario
del sistema.
Una propuesta de solución a este problema consiste en que
el Sistema Hipermedia tenga información del grado de conocimiento
del usuario sobre el asunto que está siendo enseñado,
para que lo pueda guiar a través de la adaptación
del material presentado. Tenemos entonces un nuevo modelo de sistema
hipermedia, llamado "Sistema Hipermedia Adaptativo" (SHA).
Una forma en que tal adaptatividad puede ser obtenida es a través
de su integración con un Sistema Tutorial Inteligente.
En este trabajo
se lleva a cabo un acercamiento a este tema, mediante el estudio
de diferentes sistemas propuestos.
INTRODUCCIÓN
Bastante difundidos como herramientas de apoyo al aprendizaje se
encuentran los Sistemas Tutoriales Inteligentes (STI) y los Sistemas
Hipermedia (SH) que han sido usados como forma auxiliar de la enseñanza,
a veces sin la necesidad de la presencia de un tutor humano.
Entiéndase por STI a sistemas capaces de enseñar a
un usuario un determinado asunto, a través de la evaluación
más frecuente del alumno. Según Burns y Capps en (1),
estos sistemas surgieron de la aplicación de la Inteligencia
Artificial en la Educación y vinieron a sustituir a la tradicional
instrucción asistida por computadora. Los STI deben presentar
tres características que denotan inteligencia. El sistema
debe:
· - Ser capaz de hacer inferencias sobre el dominio y resolver
problemas que estén en su esfera de actuación.
· - Capaz de ayudar al alumno
· - Favorecer estrategias pedagógicas que minimicen
la diferencia entre el aprendiz y el especialista.
Por Sistemas Hipermedia entendemos, sistemas capaces de almacenar
un documento y permitir la lectura de este en forma no convencional
o no lineal (2).
Según considera este mismo autor ambos tipos de sistemas
presentan desventajas. Los primeros convierten a la tarea educacional
en excesivamente restringida a las órdenes del tutorial y
los segundos dejan al usuario muy libre, delegando la tarea de enseñar
en el propio usuario del sistema.
Los Sistemas Hipermedia no pueden ser considerados como educacionales
en el sentido propio de la palabra, pues aunque trasmiten información
no poseen métodos para determinar el grado de instrucción
alcanzado, y tampoco permiten la individualización de la
instrucción (3). Otro problema que surge
también, tan grave como los otros dos, es la posibilidad
de que un usuario inexperto(o no tanto), se pierda en el hiperespacio,
o se desvíe de su área de interés.
Otros autores como (4) plantean que el uso de los
sistemas hipermedia presenta varias ventajas:
- La libertad
de navegación para el alumno, lo que le permite decidir
el flujo de su aprendizaje, obteniendo la información que
desea en el orden que prefiera mientras navega por la red de informaciones.
El alumno puede dirigir su aprendizaje hacia los conceptos y aspectos
de mayor interés para él, profundizando en las materias
que necesite dominar mientras sobrevuela otras materias secundarias.
- La presentación
de información hypermedia (texto, audio, vídeo,
gráfico) resulta más enriquecedora y amena, lo que
incrementa la usabilidad y atractivo del sistema de cara a los
alumnos que lo utilizan. Aunque para ello se necesita un diseño
adecuado a fin de evitar que una presentación excesivamente
colorista y/o llamativa desvíe la atención del alumno
desde el mensaje al medio.
- El concepto
hipermedia permite, mediante relaciones y la organización
no-secuencial de informaciones, una implementación sencilla
de las estructuras conceptuales, generalmente de semántica
compleja, de los dominios a enseñar.
Pero no dejan de ver las desventajas, planteando las siguientes:
- El riesgo
de que el alumno se pierda en la red de informaciones, con lo
cual coinciden con (2), pero agregando
que, si el dominio es demasiado extenso o detallado, la libertad
de navegación puede hacer que el alumno no alcance las
materias que le interesan, o que deje de estudiar otras debido
a que no sabe siquiera que existan en el hiperespacio, o que desespere
por no saber en que momento ha aprendido ya todo lo que necesita.
- Desde el
punto de vista pedagógico, no hay posibilidad de evaluar
la instrucción recibida por el alumno, ni de adaptar la
información al nivel de conocimientos del mismo, lo que
disminuye el potencial didáctico del uso de los hipermedias.
En este punto coinciden con (3), agregando que
la información que contienen los hipermedia tradicionales
es estática, esto es, no depende de las características
del usuario, ni del conocimiento adquirido. Esto puede suponer,
bien un acceso tedioso a lo largo de conceptos simples para un
experto, o bien todo lo contrario: un cambio de tema con sólo
las partes clave puede dejar descontento a un usuario novato.
En (5) se resume esta consideración planteando
que estos sistemas presentan una "escasísima adaptación
al usuario".
Actualmente la producción de material hipermedia educativo
por parte de profesores y pedagogos es muy costosa, sobre todo en
tiempo. Mientras los sistemas hipermedia no proporcionen un apoyo
más cercano al mundo educativo, los expertos no podrán
producir aplicaciones de una manera continua y cómoda.
La segunda de esas desventajas es a su vez una de las fortalezas
de los Sistemas Tutoriales Inteligentes, los cuales proporcionan
a los estudiantes una instrucción individualizada basada
en parte en el análisis de los procesos seguidos por el usuario
y técnicas de Inteligencia artificial (IA) que brindan asistencia
sobre cómo el usuario ha progresado (6).
En (2) se concluye que los STI son educacionalmente
más capaces que los sistemas hipermedia, ya que, mientras
estos últimos dejan al usuario muy libre, los primeros le
dan un mínimo de libertad al aprendiz para buscar lo que
le interesa, aunque a su vez, lo restringen en exceso.
INTEGRANDO
AMBAS TÉCNICAS: Sistemas Hipermedia Adaptativos.
Este mismo autor propone como solución la inclusión
de los sistemas hipermedia en los sistemas tutoriales inteligentes,
obteniéndose así un nuevo módulo dentro de
los tutoriales inteligentes que denomina "Módulo de
Hipermedia Adaptativo".
El término Sistema Hipermedia Adaptativo (Adaptative Hypermedia),
también referido en Inglés como Hypermedia Based ITS,
es referido ampliamente en la literatura.
En (7) se plantea que todo sistema hipermedia es
de cierta forma adaptativo, pues posibilita a los usuarios escoger
el curso a seguir dentro de la aplicación, más esta
forma de adaptatividad, como ya hemos referido anteriormente, trae
dificultades en el aprendizaje del alumno.
La solución a este problema según este autor consiste
en que el Sistema Hipermedia tenga información del grado
de conocimiento del usuario sobre el asunto que está siendo
enseñado, para que lo pueda guiar a través de la adaptación
del material presentado. Tenemos entonces un nuevo modelo de sistema
hipermedia, llamado "Sistema Hipermedia Adaptativo" (SHA).
Tal adaptatividad es obtenida a través de su integración
con un Sistema Tutorial Inteligente (8).
Nótese que el autor no habla de inclusión de un tipo
de sistema como un módulo dentro de otro, sino que habla
de integración.
Dos formas de adaptatividad de los SHA son propuestas en (7)
y (9). Son ellas:
- Adaptatividad
de la presentación: Tratar el contenido a ser presentado
al usuario dependiendo de sus objetivos y del background que éste
posea del conocimiento manejado por el sistema. A partir de estas
informaciones el sistema presentará el conocimiento que
es relevante al usuario o que el mismo está listo para
recibir.
- Adaptatividad
de la navegación: Esta segunda forma de adaptatividad tiene
como objetivo el guiar al usuario, limitando su espacio de búsqueda
y evitando que se pierda. Como ejemplo de adaptatividad en la
navegación se puede citar a ELM-ART en (10)
y (11).
Podemos afirmar
entonces que la hipermedia adaptativa es justamente una tentativa
de aumentar la eficacia educativa de los sistemas tutoriales inteligentes
y los sistemas hipermedia, pues permite un término medio
entre la enseñanza fuertemente guiada de los STI y la libre
búsqueda en los SH. O sea, tendremos la acción de
un tutor enviando al alumno material a ser estudiado, de forma pedagógica,
conforme al dominio y al modelo del estudiante, y habrá también
la posibilidad del alumno de recorrer el material según su
voluntad.
Esta integración puede ser implementada de diferentes formas
y desde diferentes puntos de vista, siempre que se cumpla con las
premisas anteriores.
La literatura reporta un conjunto de sistemas basados en técnicas
que integran STI y SH entre los que encontramos:
ELM-ART (10 ), (11
) y (12): ELM-Adaptative Remote Tutor es un
sistema tutorial de lenguaje LISP, disponible en WWW. Es un ambiente
integrado de aprendizaje donde todos sus componentes se comunican,
soportando programación basada en ejemplos, análisis
inteligente de la solución, facilidades de depuración
(compila instrucciones LISP). Usa técnicas de Hipermedia
Adaptativa, soportando la reorganización adaptativa de los
enlaces.
ISIS-TUTOR (13): Es
utilizado para el aprendizaje del lenguaje del sistema de recuperación
de información CDS/ISIS. Es un ambiente integrado de aprendizaje
basado en un modelo de dominio y en un modelo del estudiante que
da soporte al componente tutor y al componente hipermedia.
Existen tres tipos de operaciones de enseñanza: presentación
de conceptos, problemas para resolver y ejemplos para analizar.
Las operaciones de enseñar son almacenadas en una Base de
Conocimientos (BC), cada operación es representada como una
página. Por ejemplo: si es presentado un problema para ser
resuelto, además del mismo serán presentados enlaces
a las páginas que contienen informaciones que puedan auxiliar
en su resolución.
El próximo paso después de la visualización
de una operación de enseñanza es decidido por el tutor
que usa para ello el modelo del estudiante, para escoger la mejor
operación de enseñanza. El módulo del estudiante
es inicializado a vacío y va siendo actualizado durante el
desarrollo de la sesión. La principal función del
módulo hipermedia, además de servir como interfaz,
es servir de soporte para el acceso a la información dirigido
por el estudiante.
ANATOM-TUTOR (14): Sistema tutor
de anatomía cerebral en el ámbito universitario. Posee
un módulo de dominio, que guarda informaciones que pueden
ser accesadas directamente por el usuario, un módulo hipertexto,
que guarda informaciones detalladas, conocimiento de cómo
esta información es utilizada y otras informaciones que no
pueden ser representadas en el dominio.
Como la información en su mayoría está en forma
de reglas, el módulo didáctico es capaz de presentar
y adaptar la información al usuario, según la información
almacenada en el modelo del estudiante. El sistema posee tres modos
de operación:
- Modo
de búsqueda: permite al usuario buscar informaciones
en la BC a través del mouse. En ese modo de operación
no es utilizado el modelo del estudiante.
- Modo
Cuestionario: Hace intenso uso del modelo del estudiante
para dar respuestas adaptadas, destinadas a corregir los conceptos
erróneos que tengan los usuarios.
- Hipermodo:
Usa el módulo del estudiante y el módulo hipertexto
para mostrar el material almacenado, adaptado según el
nivel de conocimiento del usuario.
-
Hypertutor (4) y (3): Proponen
básicamente un sistema formado por dos componentes, uno llamado
Componente Hipermedia y otro Componente Tutor.
El primero es dividido en módulo de interfaz, responsable
de presentar información al usuario y capturar las reacciones
del mismo, y el hiperespacio, almacenado en una Base de Datos, llamada
hiperbase, que contiene la información que se le va a presentar
al alumno.
Básicamente está formado por nodos (así denominan
a la unidad de información a presentar al alumno) y enlaces
que relacionan diferentes nodos, estableciendo un camino entre ellos.
Se distinguen varios tipos de nodos: nodos de presentación
de contenidos y de ejercicios.
El módulo de Control de la Navegación es el encargado
de comunicar al Componente Hipermedia con el Componente Tutor, adaptando
la accesibilidad del hiperespacio a las decisiones tomadas por el
Tutor, y a su vez, informando al Tutor de las actividades que el
alumno realiza durante la navegación.
El Componente Tutor mantiene toda la actividad inteligente del sistema;
la actividad de este módulo se divide en tres tareas, una
de las cuales es la evaluación de los ejercicios, de esta
manera se realiza de esta manera un seguimiento de la interacción
del alumno, controlando los conocimientos que éste adquiere
a partir de su evaluación, sin embargo dicha evaluación
se ciñe a comparar las respuestas del alumno con las respuestas
correctas almacenadas en el Dominio Pedagógico, dado que
los ejercicios que se plantean son combinaciones de preguntas de
tipo test de selección múltiple, y esto limita la
capacidad de evaluación del alumno por el sistema. Basado
en esta información decide cuál será la accesibilidad
del alumno al hipermedia, estableciendo qué conocimientos
estarán disponibles y cuáles no. Sigue la arquitectura
clásica de un STI y se encuentra dividido en tres módulos
principales: Dominio Pedagógico, Módulo Didáctico
y Modelo del Alumno.
¿QUÉ
ENCONTRAMOS EN NUESTRO PAÍS?
SISTEMA OPTIMA.
En el evento Informática 98 se presentó el Sistema
Optima (15), que presenta algunas características
comunes con los sistemas presentados anteriormente.
Con esta herramienta se construyeron los sistemas inteligentes y
multimedios OPTIMA-GEOMETRÍA (16) entre
otros.
Este sistema parte del desarrollo de un Sistema Tutorial Inteligente
Multimedio para la Enseñanza de la Investigación de
Operaciones que posteriormente se ha usado para generalizar este
método de solución a disciplinas de diferente tipo,
tales como : Física, Química, Biología, y Matemática.
En su estructura interna Optima está formado por un conjunto
de módulos que interactúan entre sí. El diseño
del sistema tutorial inteligente multimedio OPTIMA se basó
en los criterios siguientes:
introducción de métodos de inteligencia artificial
para guiar el proceso de enseñanza-aprendizaje haciéndolo
más racional e interesante, desarrollo de una concepción
en la resolución de problemas que permita el tránsito
de lo simple a lo complejo, aplicación de métodos
multimedios en la presentación de las situaciones problémicas
y diseño de una interfaz gráfica amigable.
El Sistema propuesto posee una estructura formada por un conjunto
de módulos relacionados entre sí. Estos son:
- Tutor:
El módulo del tutor se caracteriza por controlar el sistema.
Es el encargado de determinar qué hacer, utilizando conocimientos,
tanto pedagógicos como del dominio de la aplicación.
El tutor contiene las estrategias y procesos que gobiernan la
comunicación entre el sistema y el estudiante. Por ejemplo,
la estrategia de selección de los problemas, el proceso
de solución, etc.
- Experto:
El módulo experto contiene el conocimiento acerca del área
de estudio. Manipulando este conocimiento el sistema debe ser
capaz de responder las preguntas del estudiante y proporcionarle
una guía. La base del conocimiento fue construida de acuerdo
con los criterios de diferentes profesores de Iinvestigación
de Ooperaciones. Este cuerpo del conocimiento se representa como
reglas de producción. Cuenta con una máquina de
inferencias basada en un algoritmo de encadenamiento hacia adelante
(forward chaining). Esta máquina de inferencias responde
a las características del proceso de identificación
de problemas de optimización.
- Estudiante:
Para conocer y controlar la actuación del estudiante durante
el entrenamiento, el sistema almacena un grupo de datos que son
analizados por el módulo tutor para decidir la estrategia
a seguir. El tutor crea para cada estudiante un fichero a partir
de los datos que lo identifican. Durante la ejercitación
registra y almacena los resultados de la interacción del
estudiante con OPTIMA. Basado en esta información, el sistema
determina el aprendizaje del estudiante en función de las
habilidades adquiridas durante las sesiones de trabajo.
- Base
de Problemas Hipermedios: Almacena los enunciados
de los problemas como enunciados hipermedios.
- Solucionador:
El Solucionador de problemas es el módulo encargado de
obtener la solución cuantitativa y gráfica de los
problemas y el análisis paramétrico de algunos tipos
de problemas dentro de la temática de Modelación
Matemática.
A partir de
la experiencia obtenida en la aplicación de la primera versión
de Óptima en el campo de la Modelación Matemática
surgió la posibilidad de desarrollar sistemas tutoriales
inteligentes multimedios para la enseñanza de la Física.
Según el autor, el análisis realizado por un grupo
de expertos y profesores de Física del ISPJAE permitió
establecer que las concepciones de trabajo e ideas plasmadas en
Óptima seguían siendo válidas para la enseñanza
de esta asignatura. De esta forma se adaptaron las herramientas
creadas a las nuevas condiciones, se elaboró un Solucionador
de Problemas específico para la Física y posteriormente
se desarrolló otro sistema para la enseñanza de la
Química Básica
.
Las adaptaciones que sufrió OPTIMA permitieron convertirlo
en la herramienta usada para la construcción del sistema
OPTIMA-GEOMETRIA, para ello el Sistema Tutorial Inteligente OPTIMA
se transformó en un conjunto de aplicaciones informáticas
destinadas a facilitar a los profesores de Ciencias e Ingeniería
las herramientas necesarias para la construcción de software
para la enseñanza. El campo de aplicación del software
elaborado con Óptima incluye aquellos dominios donde es preciso
trasmitir conocimientos y entrenar a los estudiantes en las tareas
de clasificación y selección de problemas (17).
El conjunto de aplicaciones para el fin que mencionamos anteriormente
son los siguientes:
- Clasificador
de Problemas: Permite clasificar la complejidad de los problemas
contenidos en la base a partir de la evaluación de parámetros
definidos por el autor de la base.
- Generador
de la Base de Conocimientos: Herramienta para la confección
de las bases de conocimientos a ser utilizadas por Óptima.
- Generador
de Hipermedia: Aplicación utilizada para la creación
de las páginas hipermedia para los enunciados de los problemas,
las explicaciones y las advertencias generadas por el tutor.
- Editor de
la Base de Problemas: Crea la configuración necesaria para
la ejecución de Óptima.
- Editor del
Modelo del Estudiante: Permite al profesor obtener un reporte
de la interacción del estudiante con Óptima durante
las diferentes sesiones de ejercitación.
- Solucionador
de Problemas: El solucionador de problemas es una herramienta
para hallar la solución material al problema ya identificado.
Este módulo es programado por el profesor y se ajusta a
los objetivos instruccionales del dominio que se intenta enseñar.
La concepción modular de ÓPTIMA permite que esta
aplicación sea creada utilizando cualquier herramienta
de programación.
SISTEMA
DE AUTOR UHAUTOR.
En el evento
Informática 98 se presentó el Sistema UHAuthor (17).
Este sistema hace uso de los beneficios que nos brinda la flexibilidad
y utilización de distintos medios audiovisuales que motivan
al alumno y proporcionan distintas formas de presentar la información
que provee la parte Hypermedia, a su vez esta última se beneficia
de la adaptación al alumno que realiza la parte Inteligente.
Esta propuesta
permite superar los principales problemas de cada una de las partes
del sistema, por ejemplo, no se controla excesivamente la instrucción
del estudiante ya que la libertad de navegación que proporciona
la parte hypermedia lo resuelve y también se solucionan otras
dificultades que se presentan, como la pérdida del alumno
en el hiperespacio, gracias a la actuación de la parte inteligente,
que adapta la navegación a las características concretas
del alumno.
El sistema que se propone brinda entonces las siguientes posibilidades:
- Un conjunto
de herramientas para el desarrollo visual de la aplicación
que incluya facilidades para el planteamiento de ejercicios de
diferentes tipos.
- Un lenguaje
de programación basado en reglas de producción que
permita la representación y manipulación del conocimiento
almacenado en una base.
- Una Base
de Datos que recoge acciones que el estudiante realiza (visitar
un tópico, resolver un ejercicio de una manera correcta
o no, etc.)
- Una concepción
nueva de enlaces, llamados “enlaces condicionales”
, entre diferentes tópicos de la información a presentar,
la cual permite condicionar el acceso del alumno a la materia
de estudio, al estado de su conocimiento. Este estado será
almacenado en la base de datos que conforma el registro del estudiante,
y podrá ser utilizado para conformar la condición
del enlace.
- El uso de
los enlaces condicionales permitirá combinar la libertad
de navegación con la adaptación de las posibilidades
de navegación al estado del conocimiento del alumno.
- La base
de conocimientos podrá almacenar el conocimiento del experto
y además permitirá la evaluación de los ejercicios
propuestos al estudiante de una forma mucho más rica que
la que posibilita el análisis de respuesta tradicional
de enlazar, seleccionar y completar, ya que posibilitará
el análisis inteligente de éstas.
- Las aplicaciones
construidas con UHAuthor no tienen que limitarse a la presentación
de ejercicios de la materia a enseñar, pueden presentarse
nuevos contenidos, y en esta presentación se podrán
utilizar elementos hypermedia como audio, vídeo, imágenes,
etc. La confección de la interfaz de la aplicación
se hará de forma totalmente visual, el profesor contará
para la construcción de la interfaz de los ejercicios con
asistentes, con un estilo similar al que poseen los asistentes
que brinda el SO Windows.
- Para la confección
de la Base de Conocimientos se cuenta con un editor orientado
a sintaxis, que también ofrecerá la posibilidad
de usar asistentes y plantillas para la escritura de las reglas
que la conforman. Desde este editor se podrá probar la
corrección de la base de conocimientos, lo cual facilita
la fase de puesta a punto de las aplicaciones construidas con
este sistema.
CONCLUSIONES
Las ventajas y desventajas de las técnicas Hypermedia y de
la Inteligencia Artificial en su utilización en el ámbito
educacional están bien delimitadas. La hipermedia adaptativa
es justamente una tentativa de aumentar la eficacia educativa de
los sistemas tutoriales inteligentes y los sistemas hipermedia,
pues permite un término medio entre la enseñanza fuertemente
guiada de los STI y la libre búsqueda en los SH, así
se tendrá la acción de un tutor enviando al alumno
material a ser estudiado, de forma pedagógica, conforme al
dominio y al modelo del estudiante, y habrá también
la posibilidad de que este recorra el material según su voluntad.
Esta integración puede ser implementada de diferentes formas
y desde diferentes puntos de vista, siempre que se cumpla con las
premisas anteriores.
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