MODELIZACION DE ASISTENTE COMPUTACIONAL
EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE

Lic. Jorge Enrique SAGULA
Ing. Martín Fernando PURICELLI
Ing. Gustavo Javier BOBEFF
PROGRAMA PROTOIDEA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LUJAN - ARGENTINA
Rutas 5 y 7 - (6700) - LUJAN - ARGENTINA
E-mail: postmaster@sagula.ba.ar - postmaster@proto2.ba.ar



INTRODUCCION:

Actualmente la interacción hombre-máquina está siendo analizada a través del concepto de Agentes. Un Agente decide sobre las acciones que el sistema desarrolla y sobre la administración de recursos, en particular interfaces, que se mejoran y potencian mediante modernas técnicas multimediales. Se han desarrollado importantes trabajos en base esta idea, algunos de los cuales relacionan a los Agentes con la IA (Inteligencia Artificial), posibilitando la integración de Bases de Conocimientos, Procesos de Decisión y Elementos Multimediales. Este trabajo pretende formalizar el concepto de Asistente, estableciendo así a "Un Agente que coordina las actividades de la interfaz hombre-máquina", cuya principal característica es operar conocimiento acerca del usuario, que le permitirá tomar decisiones con mayor ponderación. Para desarrollar este Sistema se definen conceptos tales como: Sistema de Comunicación, Coordinador de Medios, Sistema de Estimulación, Sistema de Decisión y Sistema de Búsqueda, posibilitando la construcción del Mecanismo de Representación que permite la operatividad del Asistente.

MARCO REFERENCIAL:

La principal función del Asistente consiste en interactuar entre el usuario y un sistema, disponiendo para tal efecto de información de diversos puntos y acciones; así, el asistente debe administrar "conocimiento", tanto del sistema como del usuario.

Al hablar de Sistema, la referencia es concretamente al software que constituye la herramienta del usuario; así, el asistente se transforma en el guía para el uso de esa herramienta o bien en otros casos, conduce el uso

de la misma, entonces básicamente la aplicación de un asistente sufre un proceso de integración con una herramienta, y tal proceso ocurre en dos niveles: Parcial ( El Asistente resuelve consultas sobre el uso de una herramienta) y Total ( El Asistente es el conductor del uso de una herramienta). En el Nivel Parcial, se destacan los sistemas de ayuda On-Line en software; en tanto que en el Nivel Total, los Sistemas de Enseñanza Asistida o Tutoriales, constituyen importantes aplicaciones.

Ambos Niveles del Sistema Postulado, presentan la característica de Semi-Decidibilidad, puesto que el mismo opera en base al conocimiento inicial contenido en el sistema, produciendo la decisión conforme a la modelización del perfil del usuario.

En general, el Asistente es una capa que se encuentra entre el Usuario y el Sstema, cuyo soporte, en principio, lo constituyen una base de hechos (acciones y relaciones) y una Base de Conocimientos.
 
 

Los Objetivos a satisfacer por el Asistente se sintetizan seguidamente:





.El Asistente elegirá los temas a tratar con el usuario. Como referencia deben considerarse los Sistemas Sensibles al Contexto, que toman en cuenta el tema a tratar conforme al estado actual de la información.

.El Asistente debe decidir sobre la forma de comunicación con el usuario, utilizando para tal fin sistemas multimediales y eligiendo el apropiado en cada instante.

.Deben fortalecerse los dos objetivos anteriores considerando las características del usuario, equivalentes a disponer de un sistema sensible al usuario. Esta característica agrega complejidad y obliga a operar con variables difíciles de controlar; así, es necesario definir qué características del usuario se consideran válidas y posibles de evaluar, y además las formas de representar la información referente al usuario; estos conceptos se definen a través del Perfil de Usuario.
 
 

CONCEPTOS ESENCIALES DEL SISTEMA:

Asistente: Se estructura en base a módulos (guardan un nivel), y se encargan de solucionar problemas en el momento de decidir cómo actuar.
 
 





El Asistente dispone de:

a) Una Interfaz multimedial que constituye el punto de contacto con el usuario, permitiendo la interacción con el mismo; a través de ella ingresan y egresan datos con el fin de establecer las comunicaciones respectivas.

b) Los Sistemas de Entrada y Salida que se encargan de seleccionar la información a ingresar para proveer alimentación a los soportes y la información a comunicar al usuario en forma respectiva a través del Coordinador de Medios que conforme al Proceso de Decisión que se ha realizado, administrará los distintos recursos multimediales.

c) El Sistema de Estimulación está referenciado en forma directa con el Perfil del Usuario y permite conceptualizar las características de los usuarios para de entregarlas al sistema de decisión o de comunicación.

d) El Sistema de Decisión es el motor que reune todos los datos, realiza búsquedas, relaciona y fundamentalmente decide con respecto a la actuación del Asistente, o bien concretamente cómo se debe vincular con el usuario.

e) El Sistema de Búsqueda representa un módulo auxiliar del Sistema de Decisión, empleado en la evaluación de las bases de conocimientos y de hechos que se encuentran como Soporte del Asistente.
 
 




Este Agente opera a través de un proceso de feedback, dado que entrega y recibe información en forma continua para procesarla y lograr que el usuario efectúe un empleo eficiente de la herramienta.
 
 

Perfil del Usuario: El usuario cumple un rol esencial en la Estructura Conceptual postulada en este Trabajo, por tanto su participación es vital. El Asistente toma decisiones considerando la calidad del usuario con el que está interactuando, sin embargo formalizar la idea de usuario para luego ser procesado, no es tan simple. El Asistente define tres aspectos del usuario para tener en cuenta:

-Información Personal: Provee datos que puedan enmarcar al usuario en niveles, en forma principal en su relación con el uso de sistemas de computación y sobre el tema en que se está asistiendo; no es lo mismo, por caso, presentar la información de ayuda de un tipo de software a un Ingeniero de una Empresa de Productos Informáticos que sin hesitar sabrá el concepto de Ventana y sus correspondientes botones, que a una persona que utiliza un sistema por primera vez.

-Registro de las Acciones realizadas por un usuario a lo largo del uso del Asistente. Este concepto fundamenta la evaluación del uso del Asistente y la respuesta a diversos medios por parte del usuario. Si por caso, una persona previamente ha consultado un item de ayuda, será conveniente entonces elegir otra forma de presentación de la información, dado que es muy probable que no haya comprendido o le haya resultado difícil recordarlo.

-Relación del Usuario en cuanto al uso de la herramienta, con respecto a las operaciones que ha efectuado, tanto de errores cometidos como de tiempo de espera, utilización de opciones avanzadas, tiempo de uso, etc.
 
 




En cuanto a los aspectos que el Asistente debe considerar, se definen:
 
 

CARACTERISTICAS DEL USUARIO:

Se postula la visión de un usuario que debe aprender un proceso y

que realiza una Comunicación con un sistema, caracterizándolo en base

a sus aptitudes, medios de comunicación, formas y métodos de trabajo, sin discurrir en aspectos filosóficos atinentes a la necesidad de incluir o excluir otros atributos, sino centrando la atención en el hecho puntual de disponer de una fuente de información para la toma de decisiones. Así, se definen como Atributosdel usuario a sus características personales y

formas de interacción que permiten enmarcarlo en Grupos. Se clasifican:
 
 

-Nivel:

Describe los datos personales, permitiendo establecer una relación directa con la capacidad de aprender ciertos procesos que tiene una persona y por lo tanto, el Asistente considera los siguientes datos:
 


A partir de esta información se conforma una Base de Datos sobre los usuarios del sistema con el fin que el Asistente disponga de información de mayor calidad en el instante de realizar el proceso de decisión.

La idea de operar con Niveles posibilita definir Funciones aplicables sobre el Conjunto de Usuarios distribuidos en tales Niveles ({UN}), tal que cada Usuario Particular de cada Nivel se considerará a través de uNi; así: uNi Î UN.

-Acciones:

Constituyen el reflejo del uso que el usuario hace del sistema. El Asistente está dotado de un subsistema encargado de efectuar el almacenamiento de los pasos que va recorriendo el usuario, definidos a través de Palabras Claves, cuya estructura se da en un Comando o Acción a través de su Concepto Principal y su fundamento reside en el marco del Sistema con el propósito de permitir el Encadenamiento que forman los Registros de Acciones, que también son utilizados en el Proceso de Decisión para comparar con la Base de Conocimientos que posee las Acciones y secuencias válidas junto con las alternativas distintas de mostrar la información durante el Proceso de Aprendizaje. El Registro de Acciones constituye una de las características

distintivas del Asistente, clasificando:

a) Operatoria General: Lleva el registro de las actividades que el usuario desarrolla en relación con el sistema particular; una operatoria puede ser: Correcta (Secuencia de Acciones que lleva al éxito de una meta, sin considerar en esta instancia su Optimalidad o no), Incorrecta (Formada por Secuencias Incompletas, con resultados incompletos o erróneos) o No Realizada (Salteada, pero necesaria).

b) Uso del Asistente: Las Acciones relacionadas con el uso propio del Asistente también caracterizan al usuario, dado que permiten indicar el grado de uso y de comprensión del propio Asistente. Con tal fin se almacenan consultas a los mismos temas o a temas similares, errores, tiempos de espera, etc.

-Medios:

Brindan características del usuario relacionadas con el entorno físico; por caso, para el Asistente es importante conocer la disposición de medios del usuario en su sistema de computación con el objeto de decidir en el momento en el que debe mostrar la información, con qué medios está más familiarizado el usuario, qué medio conviene utilizar, entre otras; por tal razón, los Medios se clasifican en:

1) Propios del Sistema; 2) De Entrada; 3) De Salida; 4) Preferidos

con la condición que cada uno puede pertenecer a diferentes Grupos.
 
 

REPRESENTACION DEL CONOCIMIENTO SOBRE EL USUARIO:

Considerado en términos de Representación, el Usuario claramente es un Objeto con Atributos bien definidos, y el Asistente debe almacenar ese conocimiento. Con el propósito de definir al Usuario, se estructura un Frame, en el cual sus Atributos están representados a través de Scripts, los cuales dan potencia en el instante de evaluar dinámicamente las características las propias del Usuario, ya que éstas pueden variar, permitiendo por caso, que un Usuario cambie de Nivel, para ser considerado de manera distinta cuando el Asistente deba instruirlo sobre algún tema particular. El hecho de intentar la modelización a través de un Híbrido entre Scripts y Frames está pensado en función del enriquecimiento de la descripción y la operatividad del problema evaluado.
 
 


Es necesaria una estructura flexible que permita categorizar, relacionar y actualizar información; la misma queda definida en términos de Frames y Scripts, ya que un Frame permite manipular clases y relaciones del Tipo Es-Un en tanto que los Atributos definidos como Scripts permiten que sus valores sean tomados en el momento de efectuar la decisión.

USUARIO

Instancia: Clase

Es-Un: Clase

Nivel: /* Script */

Acciones: /* Frame */

Medios: /* Script */

El Usuario constituye una Clase definida a partir de Tres Atributos Básicos (Nivel, Acciones, Medios); tales Atributos sólo contendrán la información necesaria para describir el Perfil del Usuario y por ejemplo, en esta instancia no se considera si pertenece a una Superclase "Persona", ya que solo se define una estructura válida para el Asistente. El Nivel está descripto a través de un Script, el cual le permite operar con Propiedades (Props) que representan datos del usuario y Escenas por las cuales va pasando el Asistente en el momento de decidir sobre el Nivel del Usuario.
 


Las Acciones son definidas a través de Frames, efectuando una clara


distinción de Clases entre Acciones Generales y Acciones sobre el Asistente.
 
 


Los Medios (de Interacción) se representan a través de Scripts, precisamente debido a la necesidad de decidir sobre la conveniencia de ciertos medios en los procesos de asistencia.
 




FORMALISMO DE REPRESENTACION DE CONOCIMIENTO:
 
 

-Asistente: En su concepto general, el Asistente debe tener un completo dominio del Universo de los tópicos sobre los cuales debe guiar, por ende, el conocimiento a representar constituye la aplicación sobre la que se desea implementar una guía.
 



Un Sistema está constituido por tres conjuntos de entidades: Acciones, Objetos y Medios.

" Se realizan acciones sobre objetos a través de un medio"

-Objetos: Constituye elementos que manipula la aplicación.

Son ejemplos: Imágenes, Arreglo de Datos, Ventanas, etc.

-Acciones: Representan Procesos que se aplican sobre los objetos.

Son ejemplos: Filtros, Efectos, Recorrido, Redimensionado, etc.

-Medios: Son Dispositivos físicos o lógicos que producen acciones sobre

objetos.

Las relaciones existentes constituyen una red a través de la cual se traduce el objetivo del Sistema.

Cualquier operación posible contemplada por el Sistema puede ser expresada como una combinación de una o varias instancias de las entidades nombradas.

En base a lo expresado es posible diferenciar dos estructuras en el marco de la representación propuesta:

-Estructura Conceptual: Constituye la representación de los conceptos involucrados en el sistema.

-Estructura Operacional: Corresponde a la representación de la relación de la información y de esta en una aplicación particular del sistema.

La explicación de esta Estructura se ve en una aplicación particular a través del siguiente Gráfico:
 
 





-Proceso de Decisión: El Proceso de Decisión se estructura en base a las siguientes consideraciones:
 
 

(1) Palabras Claves:

Cada entidad se define por una estructura arbórea, en la cual las hojas constituyen las Palabras Claves; tales palabras contribuyen a formar parte del perfil del usuario. Formalmente se define a la Palabra Clave k como todo elemento perteneciente al Conjunto E (que representa a la Estructura Operacional).

(2) Sistema:

Un Patrón P perteneciente al Sistema, se define como una Secuencia Ordenada de r Palabras Claves. Cada Patrón P se corresponde con el desarrollo de una operación particular. Así:

P = (k1, k2, ......, kr)

Implícitamente, el Patrón P establece una Relación de Orden entre las Palabras Claves, por lo que se forma un Encadenamiento entre las mismas.

En base a las definiciones previas, se define al Sistema como el Conjunto S, donde los elementos corresponden a los patrones Pi, así:

S = {P1, P2, ......, Ps}

La longitud de cada Patrón P está predefinida por el Sistema y corresponde a cada una de las aplicaciones particulares. Si cada Patrón P se puede asociar a un Grafo, donde dicho Grafo se corresponde con el Optimo Encadenamiento de Palabras Claves, cada desarrollo hecho por un usuario en el nivel de Aprendizaje Optimo se debe satisfacer con dicho Grafo; en tanto que a través del proceso ordinario de enseñanza, el usuario puede concluir en distintos grafos.

(3) Bitácora:

El proceso de utilización de la herramienta es plasmado en las acciones del mismo, generando una Bitácora. El análisis de tal bitácora genera la información de la Relación con el Sistema. En la información de la bitácora se encuentran las diferentes solicitudes de asistencia.

En cuanto a las Acciones se identifican los siguientes Sub-Conjuntos:

a) C = {(c1, c2, ..., cn); ch = (k1, k2, ..., ki, ..., kr), 1 £ h £ n tal que:

k1® k2® ... ® ki ® ...® kr = Pi, con Pi Î S}

El Conjunto C corresponde a las aplicaciones desarrolladas por el usuario con respecto a algún Patrón válido perteneciente al Sistema.
 
 

b) It = {(k1, k2, ..., ki, ..., kt)/k1® k2® ...kt ® ...® kr = Pi; Pi Î S, con t < r}

Esta representación significa que: {{It}} Ì C. Así, cada Conjunto It corresponde a un Sub-Conjunto Incompleto de Secuencias de Palabras Claves que representan a algún Pi Î S.

c) R = {(k1,..., ki, ..., kq)/ $ : ki® kj no está contenida en algún P}

El Conjunto R indica un Conjunto de Secuencias de Palabras Claves Incorrectas para Patrones P del Sistema. Conforme sea el Nivel de Asistencia ( Total o Parcial ), la Base de Hechos se representa a través de: [C È (It È R)], considerando que los conjuntos obtenidos no necesariamente contendrán los mismos elementos; en consecuencia, el Proceso de Decisión no depende del Nivel de Asistencia. La Base de Hechos está dada por la Memoria

Temporal del Proceso de Enseñanza-Aprendizaje desarrollada en términos del Usuario; mientras que la Base de Conocimientos está asociada o bien, se corresponde con el Grafo Optimo. El Sistema de Decisión determina a qué tipo de secuencia pertenece la Palabra Clave.
 

CONCLUSIONES:

El simple análisis del Grafo en términos de las Acciones describe

alternativas de Enseñanza para arribar a la Conclusión en el Proceso

establecido como Optimo; pero, bajo los aspectos propuestos debe establecerse si realmente se ha producido un adecuado aprendizaje; así, se debe pensar en la optimización del Grafo en términos homogéneos a la búsqueda del Camino Crítico, donde los nodos críticos indicarán las Acciones sobre las cuales en forma obligada hay que pasar. Se debe recordar que las Acciones del usuario quedan registradas en la Memoria Temporal; ergo, se evalúa la variante: Si la Acción ejecutada es Correcta, el Asistente sigue su curso, en tanto que si la Acción ejecutada es Incorrecta, el Asistente indica que el proceso realizado no se corresponde con el Aprendizaje Optimo, de forma que el usuario prosigue con su búsqueda hasta hallar el Grafo Optimo.

Se está considerando la forma de evaluar Grados de Aprendizaje con respecto al Optimo, en términos de aproximación (tema en desarrollo).

En forma equivalente a las Acciones, la complementación del Modelo estudiado contempla la posibilidad de pensar en términos de Objetos y Medios, de forma que cada nodo del Grafo Optimo y de los Grafos construidos por los usuarios a partir de las respectivas bases de hechos contengan una sub-partición, obteniendo una terna ordenada (A, O, M), generando en forma continua un Hipergrafo Múltiple.

Un Prototipo que utiliza este Modelo está siendo evaluado, con el fin de permitir estudiar la confiabilidad y la performance del mismo.

En síntesis: "El concepto de Asistencia plasmado en este Modelo, contempla la Estructura de un Asistente que contiene al Sistema".-
 

BIBLIOGRAFIA:
 

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