PAT2Math: A utilização do sistema de tutor inteligente no ensino da Álgebra como uma ferramenta pedagógica

 

Priscilla Batista do Nascimento¹

¹Licenciatura em  Informática – Universidade Estado do Amazonas (UEA)

pbdn.inf@uea.edu.br, priscilla.batista18@gmail.com

 

 

Abstract. This present article is premised on the use of technological resources the educational field, through the intelligent tutoring system (ITS), a smart object describing the learning PAT2Math which aims to assist students in the teaching of  algebraic equation sin order to remedy difficulties encountered in mathematics education. In this context it is presented on how to use this feature, the possibility to adapt the software to the user, providing an approach regarding the process of teaching and learning.

 

Resumo. Este presente artigo tem como premissa a utilização de recursos tecnológicos no âmbito educacional, através dos sistemas de tutores inteligentes (STI), descrevendo um objeto inteligente de aprendizagem o PAT2Math que tem como objetivo auxiliar os alunos no ensino de equações algébricas, visando sanar dificuldades encontradas no ensino da Matemática. Nesse contexto é apresentado sobre como a utilização desse recurso, a possibilidade de adequação do software com o usuário, trazendo uma abordagem referente ao processo de ensino-aprendizagem.

1. Introdução

            Inteligência Artificial é um campo de estudo, onde pesquisadores desenvolvem sistemas baseados em computadores (Hardware ou Software) que possam se comportar como seres humanos, no que se refere à organização sistemática para a resolução de problemas. Esses sistemas podem ter a coordenação física como no caso a robótica, ou utilizar a percepção (oral ou visual) que interfiram no seu comportamento e linguagem, por exemplo: sistemas de percepção oral e visual. 

            Existem sistemas que são desenvolvidos para tomar decisões ou auxiliá-las, esses são chamados de sistemas especialistas. Nessa última categoria mencionada, que está inserido os Sistemas de Tutores Inteligentes, que são softwares que auxiliam o aprendizado.

 

2. Inteligência Artificial

            Com a expansão tecnológica surgiram várias ciências, uma delas foi a Inteligência Artificial.  IA[1] começou a ser desenvolvida logo após a Segunda Guerra Mundial, sendo que não houve um único desenvolvedor, mas sim vários para sua concepção. Atualmente, a IA tem vários campos de estudos: jogos, teoremas matemáticos, resolução de problemas gerais, percepção (visão e fala), compreensão da linguagem natural e resolução de problemas especializados (matemática, diagnóstico médico, análise química e projetos de engenharia).

 

3. Sistemas de Tutores Inteligentes (STI)

            De acordo com Hall e Wood (1990), os Sistemas de Tutores Inteligentes são uma composição de diversas disciplinas como psicologia, ciência cognitiva e inteligência artificial.  Os Sistemas de Tutores Inteligentes (STI) foram criados como forma de sanar as dificuldades apresentadas pelos CAI`s, eles apresentavam uma estrutura diferenciadas dos antigos sistemas para trabalhar com os domínios educacionais, visto que, eles utilizavam técnicas de IA e da Psicologia Cognitiva para seu percurso no processo de ensino-aprendizagem. Os STI proporcionam aos alunos uma flexibilidade na apresentação do material de estudo e uma habilidade em responder as necessidades do aluno, se preocupando em como passar as informações ao aluno de forma individualizada e tomando decisões pedagógicas sobre a forma de  como expor o material ao aluno, fazendo com que este sistema proporcione uma maior interatividade ao aluno.

            Considerado um grande recurso educacional, tornando o processo de ensino-aprendizagem mais eficiente, agradável e interativo. Então por que a não utilização desse sistema no âmbito educacional.

            O principal objetivo de um software educacional é auxiliar o professor no processo de ensino-aprendizagem, tendo nas mãos do professor recursos tecnológicos que possam ajudá-lo com os alunos.

            Viccari e Giraffa (2003) defendem que softwares educacionais que não utilizem técnicas de IA para se adaptar ao aluno não atingem completamente seu objetivo.  A maioria dos softwares educacionais é carente de métodos que proporcionem a adaptação do modo de como é passado o conteúdo ao aluno, entretanto, o STI consegue se adaptar as características individuais de cada aluno.

            Os STI são uma grande ferramenta para ambientes de aprendizagem, um novo método, mas existem alguns problemas na sua implementação no âmbito educacional: seu alto custo financeiro e elevado tempo de desenvolvimento. Mas tentando amenizar esses problemas as soluções propostas pelos desenvolvedores desses sistemas são a modularização e reutilização.

            Existem vários STI’s voltados para as diversas áreas do conhecimento, por exemplo: o MathTutor, o NeuroTutor,  PACT ,TEGRAM e TOOTEMA,  dentre eles o PAT2Math.

3.1. PAT2Math

O PAT2Math é um sistema de tutor inteligente voltado para o ensino da matemática (álgebra elementar), para alunos do 6º e 7º ano do ensino fundamental, ainda em fase de conclusão pelo Grupo de Inteligência Artificial aplicada a Educação  (PIPCA/UNISINOS). O ensino da álgebra foi escolhido pelos desenvolvedores desse STI pois é um assunto de difícil aprendizagem dentre os alunos, o PAT2Math visa um aprendizado personalizado e próximo de uma interação real .

Esse sistema tem como propósito manter a motivação do aluno e seu engajamento durante todo o processo de aprendizagem, desenvolvido de acordo com Parâmetro Curricular Nacional (PCN) buscando desenvolver habilidades e competências que possibilitam o aprendizado do aluno. Atualmente, esse sistema possui dois objetos de aprendizagem inteligentes: o PATSolver (Resolvedor de Equações) que é voltado para a resolução de equações do 1º e 2º grau com uma incógnita e o  PATEquation que atua corrigindo os passos do aluno na resolução de uma equação. O PAT2Math é construído em uma arquitetura multiagente, no total de cinco agentes, correspondendo aos módulos da arquitetura tradicional de um STI.

            Agente Interface: é a ponte entre os componentes do STI com o aluno. Esse módulo é a comunicação do aluno com o STI, deve-se ser o mais compreensível e amigável para o aluno.

            Agente Domínio: representa o conhecimento sobre o domínio, é constituído pelo material instrucional (GIRAFFA e VICCARI, 2001).Nesse módulo é necessário o envolvimento de um projetista com domínio de conteúdo quanto um especialista com competência didática.

            Agente Tutor: apresenta o conhecimento de estratégias e táticas disponíveis para adaptá-las em função das características individuais de cada aluno, é onde é realizada a tomada de decisões quanto ao conteúdo que será apresentado ao aluno, selecionando os conteúdos apropriados, propondo exercícios ou avaliações de acordo com o progresso do aluno. Esse módulo por estar relacionado com decisões subjetivas e extremamente complexas, é o módulo com maior dificuldade de implementação.

            Agente Modelo de Aluno: são armazenadas as características individuais de cada aluno. A função deste modelo é procurar manter um diagnóstico durante uma sessão de ensino, da forma mais precisa possível, por meio de uma quantidade adequada de informações, levantadas a partir da interação do aluno com o sistema (SILVEIRA, 2001). As ações de cada aluno são utilizadas como fonte para a modelagem do sistema.

            Agente Modelo Cognitivo: é capaz de resolver equações algébricas, atuando como especialista baseado em regras, que são as possíveis regras matemáticas para a resolução das equações algébricas. Possibilitando verificar se um aluno conseguiu realizar corretamente as etapas de resolução do problema.

            Esse sistema de tutor inteligente foi construído para sanar as dificuldades dos alunos com relação à disciplina de matemática. De acordo com o Sistema de Avaliação Básica (SAEB), um dos conteúdos em que os alunos apresentam maior dificuldade é a Álgebra.

            Um estudo de caso foi realizado por Seffrin, Rubi, Mello, Jaques (2009) no artigo: “Um resolver de equações algébricas como ferramenta de apoio à sala de aula no ensino de equações algébricas”, que apresenta uma avalição qualitativa realizado com o PATSolver um componente do PAT2Math. Nesse artigo foi avaliado o uso do PATSolver pelos professores  de Matemática de escolas do ensino fundamental e médio de Porto Alegre. O objetivo dessa avaliação foi verificar com os professores a utilização do resolver em sala de aula, buscando obter as melhorias as serem realizadas, as estratégias pedagógicas que os professores utilizariam para melhor o aprendizado (Figura 2).

 

PatSolver(Resolver de Equações)

 

            A avaliação foi feita da seguinte maneira: os professores entraram em contato com a ferramenta, logo após, foi mostrada um exemplo de equações, depois feito o primeiro contato com a ferramenta, os professores foram convidados a experimentar a ferramenta.

            Resultado dessa avaliação a maioria dos professores considerou a ferramenta rica e interessante no ensino de álgebra.  Segundos os mesmos, o aluno poderá visualizar as decisões a serem tomadas, pois o software oferece um passo-a-passo da resolução da equação.

            Os professores também mencionaram sobre algumas melhorias para o sistema, como algumas nomenclaturas utilizadas como, por exemplo: “isolar o x”, que segundo eles não fazem sentido aos alunos, eles propuseram também, dar liberdade para que o aluno possa escolher as equações, maneiras de visualização do resultado, métodos de resolução e a interação (teclado ou mouse). Também se faz necessário que o professor descreva equações que estejam ligados ao ambiente do aluno. Consideram a utilização de animações, cores e outros recursos computacionais que despertem a atenção dos alunos.

            No artigo “Estratégicas e Táticas Pedagógicas para o Sistema Tutor Inteligente PAT2Math” de Rubi, Maillard (2001) onde foram realizadas entrevistas com professores e alunos com o objetivo de perceber as estratégicas e táticas utilizadas pelos professores para o ensino da álgebra.

            Primeiramente, foi feito um questionário sobre a maneira de como os professores abordam o ensino das equações, os resultados foram o desenvolvimento de conceitos básicos do conteúdo, definições e exemplos de problemas.  Após esse passo, foi realizado entrevistas com os alunos onde foi questionado se eles gostaram da disciplina, a maioria da resposta foi negativa, perguntou-se também sobre as equações de 1º e 2º grau, todos lembraram que há incógnita e mencionaram a maneira de como resolver essas equações.

            Depois foi realizado experimento com seis alunos, 3 alunos da 6ª série e 3 alunos da 8ª série, foi selecionados os alunos que tiveram déficit no desempenho em matemática. Ressaltou nesse artigo que o PAT2Math encontra-se em desenvolvimento, sendo assim fez-se o uso de simulação do funcionamento completo do tutor através de slides e o interação com PATSolver[2] foi realizado vários procedimentos introdutórios para após fazer a interação do sistema com os alunos.

            Quando o aluno sentir dificuldade na decisão do próximo passo a ser aplicado, o sistema poderá ajudá-lo através da opção “Dica”, outra opção que auxilia o aluno na resolução das equações é o Feedback que é a correção automática simultânea.

            Conforme constatado no artigo mencionado as opções de retorno ao aluno, possibilitam as seguintes propostas:

Permitem ao aluno não desanimar, além de instigar o mesmo na interação com o sistema, pois se o discente está com dificuldade pode solicitar ao sistema o auxílio através da dica, ou solicitar que o PAT2Math mostre ao aluno a resolução de uma passo da equação, ou até mesmo, a resolução de toda a equação permitindo que esse aluno reflita sobre seus erros e analise a resolução apresentada( RUBI; MAILLARD, 2011).

            Os resultados dessa avaliação foram: os alunos mostraram-se interessados e empolgados com a interação com o sistema, destacaram as opções de “dica” e “mostrar passo” (Figura 3).

 

Fonte:RUBI, Geiseane Lacerda; MAILLARD, Patrícia A. Jaques. Estratégicas e Táticas Pedagógicas para o Sistema Tutor Inteligente PAT2Math.

 

            Como visto através da avaliação dos artigos, o PAT2Math é um sistema de tutor inteligente, que visa auxiliar o docente na aulas de álgebra, ele identifica habilidades dos alunos e interferi se o aluno realmente aprendeu através do seu processo de interação com o software, proporcionando exercícios mais simples aos mais complexos, sempre motivando o aluno.

 

 

4. Considerações Finais

            Os sistemas de tutores inteligentes mostram-se uma grande ferramenta de auxílio no processo de ensino- aprendizagem, pois eles propiciam um aprendizado individualizado ao aluno. Possibilitando uma flexibilidade no processo ensino-aprendizagem, modelando-se de acordo com as características de cada aluno.

            O objetivo principal do STI’s é proporcionar uma instrução adaptada ao aluno, tanto no seu conteúdo como na forma que ele é passado, superando assim algumas dificuldades dos softwares educativos existentes no mercado.

            É necessário que um STI seja bem desenvolvido, tendo uma equipe multidisciplinar tanto por profissionais da área tecnológica (informática), quanto da área de humanas (psicologia, comunicação e pedagogia). Sendo que essa última área é essencial para atingir o principal objetivo do STI, que melhorar o processo de ensino.

            Um STI precisa ser flexível ter a capacidade de aprender com o ambiente (aluno) e atualizar seu conhecimento. Além de ser feita a correta transmissão de conhecimento para aluno, ele deve inferir no gerenciamento do processo de ensino durante a interação com o aluno. Por exemplo, o aluno consegue desenvolver facilmente exercícios simples, então o STI verificando que o conteúdo foi abstraído, começa a oferecer exercícios mais complexos. Dependendo, de como o aluno está se saindo no processo, o STI vai se adaptando a este aluno.

            Essa modalidade de sistema possibilita grandes avanços no processo de aprendizagem, mas, entretanto alguns problemas são relacionados a esse sistema como: seu alto custo e por ser um sistema multidisciplinar também demanda tempo no processo de desenvolvimento.

            Com a crescente demanda de novos métodos que auxiliam no processo de ensino e aprendizagem, esses tipos de sistemas tende a serem implementados, estudados e avaliados para que sejam livres de erros e que atinjam seu principal o objetivo que é o auxílio ao aluno no processo de ensino- aprendizagem.

            Como visto nesse artigo, o PAT2Math é uma grande ferramenta inteligente que proporciona ao aluno uma modelagem do processo de ensino-aprendizagem de acordo com a interação com o software, como ainda está em desenvolvimento requer algumas modificações pedagógicas como nomenclatura que possam ser interpretadas de forma amigável ao aluno, interatividade (animações e outros recursos multimídias: como vídeos, interações com outros usuários e com o professor).

           

1. Referências

 

DAMASCENO, Fábio Rafael; JAQUES, Patrícia Augustin. Sistema Tutor Inteligente PAT2Math: Caráter Pedagógico. In: Simpósio Brasileiro de Informática na Educação, 2010, João Pessoa. Anais do Porto Alegre : SBC, 2010.

 

GIRAFFA, Lúcia Maria. Arquitetura de tutor utilizando estados mentais. 1999.Tese de Doutorado, UFRGS -Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

 

GOULART, Rodrigo Rafael Villareal. GIRAFFA, Lúcia Maria. Arquitetura de Tutores Inteligentes. Relatório Técnico Nº 011/2011. UFRGS -Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

 

RUBI, Geiseane Lacerda; MAILLARD, Patrícia A. Jaques. Estratégicas e Táticas Pedagógicas para o Sistema Tutor Inteligente PAT2Math. In: XIII Conferência Interamericana de Educação Matemática. Recife, 2011.

 

SILVEIRA, R. A. Modelagem orientada a agentes aplicada a ambientes inteligentes distribuídos de ensino. Porto Alegre. Tese de Doutorado, Programa de Pós-Graduação em Computação, UFRGS-Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2001.

 

SILVA, A. P.C. Aplicações de sistemas tutores inteligente na educação a distância: possibilidades e limites. Relatório de Pesquisa. UCB- Universidade Católica de Brasília, 2006.