Diseño de un entorno virtual de
enseñanza-aprendizaje para la asignatura Inteligencia Artificial
Sonia I. Mariño
Departamento de Informática. Facultad de
Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura. 9 de Julio 1449. 3400. Corrientes -
Argentina.
Departamento de Ciencias de
Universidad Nacional del Nordeste.
Resumen
Se sintetizan las características de tres artefactos
de software que conforman el entorno virtual de la asignatura Inteligencia
Artificial. El trabajo se organiza en cuatro secciones. La primera sección
resume el estado del arte en el cual se desenvuelve la propuesta. La segunda sección
sintetiza la metodología adoptada en la construcción del entorno virtual. La
tercera sección describe el entorno virtual, enfatizando las funcionalidades de
los artefactos de software desarrollados por alumnos de la carrera en el marco
de trabajos finales de graduación. Finalmente se enuncian algunas conclusiones
y futuras líneas de trabajo.
1. Introducción
En esta era
centrada en el conocimiento y caracterizada por el explosivo crecimiento, tanto
del ritmo de generación de los mismos como de la demanda por adquirirlos, las
instituciones de Educación Superior se han visto fuertemente afectadas (Depetris et al., 2005). El auge de las Tecnologías de
En la mayoría de
las aulas de Educación Superior, la transferencia y disposición del material de
clase es entregado empleando una modalidad expositiva y apoyada con material
impreso. El alumno debe: i) asistir presencialmente, ii) tomar apuntes, iii) consultar en el momento oportuno, iv)
complementar o reforzar sus conocimientos con el material impreso.
Una
teoría pedagógica que parte de las teorías de Piaget
es el "construccionismo". La teoría
constructivista plantea un cambio a la educación tradicional, es así como todo
desarrollo de herramientas para asistir en el proceso de aprendizaje, debería
tener sus bases en esta teoría. Papert (1981) se
refiere al constructivismo como una teoría que maximiza lo aprendido y minimiza
lo enseñado. Los entornos virtuales vistos como medios facilitadores del
aprendizaje constructivista, constituyen espacios articuladores de los
contenidos teóricos y prácticos, potenciando el desarrollo de actividades
cooperativas y colaborativas. El alumno es un agente activo.
Inteligencia
Artificial (IA) es una asignatura optativa del plan de estudios de la carrera
Licenciatura en Sistemas de Información (FACENA-UNNE). Proporciona a los
alumnos un conocimiento general de los principales paradigmas de
2. Metodología
La ingeniería del software educativo
comprende una serie de toma de decisiones en cuanto a aspectos de diseño,
desarrollo e implementación que influyen en la construcción de entornos
virtuales. La metodología adoptada se basa en la descripta en Mariño y Godoy
(2008) atendiendo a especificaciones para el desarrollo de prototipos
incrementales o evolutivos (Corcos, 2000 y Oliveros,
2007), definiendo etapas particulares a fin de responder a los requerimientos
suscitados con la implantación de los productos en las sucesivas cohortes. En
función a las experiencias desarrolladas, se sintetizan las etapas consistentes
en:
-
Análisis
de factibilidad, de requerimientos funcionales y no
funcionales del sistema, definición de limitaciones tecnológicas. Se define el
producto software y se determina su factibilidad en el ciclo de vida desde la
perspectiva de la relación costo-beneficio, como así también las ventajas y
desventajas respecto de otros productos.
-
Especificación
de requisitos del prototipo. Consiste en especificar las
funciones requeridas, las interfaces y el rendimiento esperado para el
prototipo.
-
Definición
de seguridad en el acceso a la información. Los aspectos de
seguridad en el acceso y manipulación de los datos, dan lugar a establecer
medidas para prevenir cualquier tipo de problemas tanto externos como internos
que puedan influir en el desempeño normal de las ejecuciones. En los sistemas
virtuales educativos se determinaron tres perfiles: administrador, profesor y
alumno, generándose un subsistema de gestión para cada uno de ellos. Las
funciones de los usuarios se especificaron en los diagramas de casos de uso.
-
Diseño
del prototipo de entorno
virtual. El diseño del entorno se inicia con la definición de los
requerimientos. Se contemplan: el contenido, las funcionalidades y el propósito
del mismo, a quienes estará dirigido y la plataforma en la cual se
implementará. Se contemplaron características como: i) interactividad, ii)
integración de contenidos en múltiples formatos, iii) definición del objetivo
de implementación. En el diseño de las interfaces se atendieron a aspectos de navegabilidad,
accesibilidad y comunicación (Nielsen, 2003) atendiendo
a especificaciones de entornos virtuales de enseñanza-aprendizaje.
-
Selección
de herramientas. Los soportes tecnológicos empleados en los
entornos visuales son los lenguajes de programación para construir aplicaciones
web como ASP (Active Server Page) y PHP (Preprocessor HiperText),
herramientas para la construcción de simuladores y autoevaluaciones
en línea.
-
Desarrollo
del prototipo. Se realizaron las codificaciones y
simulaciones en función a las especificaciones.
-
Recopilación e Incorporación de contenidos. En la
construcción de entornos educativos se prevé una etapa que involucra la
selección, tratamiento y digitalización e incorporación de los contenidos
específicos. Se utilizaron diversos formatos para la presentación de los
contenidos a fin de flexibilizar y asegurar la recepción de la información al
destinatario. Es decir, se promueve la integración de los contenidos en
diversos formatos, optándose por: i) formato PDF. Las herramientas que brinda
Adobe, permiten construir documentos navegables, de este modo es factible
desarrollar material educativo interactivo que oriente a los estudiantes en el
aprendizaje de los contenidos. ii) Formato documento de texto. Las notas tipos,
parametrizables por los estudiantes, se exponen en documentos de formatos Word.
iii) Acceso al material en formato comprimido. Se brinda a los estudiantes la
posibilidad de descargar desde la red, mediante el servicio de transferencia
electrónica de archivos (FTP), las unidades temáticas y las guías de trabajos
prácticos.
-
Validaciones
del prototipo. Se ejecutan pruebas de eficiencia y robustez del
código y de los simuladores. Se realizaron sesiones con usuarios dedicados a la
validación del prototipo. Fijadas las restricciones, se realizaron
implementaciones en las sucesivas cohortes (2003-2007). Los resultados
obtenidos brindan una mejor comprensión de los procesos de aprendizaje de los
alumnos en la asignatura. Asimismo, esta información es relevante como fuente
de retroalimentación para el diseño tecnológico y pedagógico de los materiales
didácticos en uso y aquellos previstos.
-
Refinamiento iterativo. Es un aumento de la funcionalidad del software,
para luego volver a la etapa de “Especificación de requisitos del prototipo”
a fin de aumentar la funcionalidad del prototipo o continuar, si se logró el
objetivo y los alcances esperados por los usuarios.
-
Desarrollo final. Consiste en ajustar las
restricciones o condiciones finales e integrar los últimos módulos.
-
Documentación. Para cada desarrollo se
elaboran documentaciones de soporte en el análisis, el diseño y la
implementación de las soluciones de software propuestas.
-
Implementación. La presentación de versiones,
constituye un medio de obtener retroalimentación para refinar el entorno, de
modo que al final del proyecto el resultado cubra los requerimientos. Se
requiere adoptar una metodología para la integración de sistemas, siendo el
principal objetivo cumplir con el concepto ciclo de vida, enfatizando el
desarrollo de software y estableciendo únicamente necesidades en hardware.
-
Actualización y mantenimiento. La
actualización y/o mantenimiento, tiene razón considerando modificaciones en
función a: i) nuevos requerimientos o cambios en la administración de la
información. ii) fallas detectadas por el uso en el aula.
-
Resguardo de la información. Los
datos almacenados y los códigos desarrollados deben exportarse regularmente con
el propósito de asegurar el resguardo de la información.
-
Capacitación,
definido el entorno y con el objeto de propiciar el empleo
de las herramientas de interactividad, se planifican instancias de capacitación
ad-hoc
orientadas a los usuarios.
3. El entorno virtual de enseñanza -
aprendizaje
Se
optó por integrar los contenidos en un entorno virtual, reconociendo a los
sistemas hipermediales como herramientas útiles para
el aprendizaje, ya que actúan como redes no lineales de información,
representación similar al conocimiento humano.
El cd-rom interactivo desarrollado ad-hoc para la
cátedra está compuesto de las siguientes secciones generales: programa analítico, planificación de la asignatura, docentes,
consultas (permite mediatizar las
comunicaciones asincrónicas), herramientas
(facilita la descarga de utilitarios empleados en el desarrollo de la
asignatura) y contenidos
La
sección Contenidos facilita el acceso a tres artefactos de software
diseñados para ilustrar los conceptos fundamentales de las técnicas de
Entre
algunos aspectos generales disponibles en estos productos se mencionan: i) Los materiales
didácticos teóricos y prácticos disponibles en diversos formatos:
presentaciones animadas, documentos en formato pdf o
en formato para descargar y descomprimir. ii) Las autoevaluaciones
representan parte del entrenamiento en los contenidos abordados. Al respecto,
Ruiz y Moreno (2007) comentan que los programas de práctica y ejercitación se
caracterizan por: “...proporcionar al alumno la oportunidad de ejercitarse en
una determinada tarea una vez obtenidos los conocimientos necesarios para el
dominio de la misma...” . El cuestionario consiste en
preguntas de respuestas múltiples. Seleccionadas las opciones consideradas como
respuestas correctas, se ejecuta la evaluación. Se pueden visualizar las
respuestas correctas garantizando una alternativa en la construcción del
conocimiento.
3.1. Enseñanza-aprendizaje de Sistemas
Expertos
Al
explorar este artefacto de software se visualizan las unidades de la asignatura
que tratan los Sistemas Expertos (SE) (Nilsson, 2001 y Russell
y Norvig, 2004) clasificados en: SE
basados en reglas y SE basados en probabilidades. Para cada
unidad se dispone
de material teórico,
práctico, tablas descriptivas, simuladores,
autoevaluaciones. Los simuladores pretenden apoyar el
aprendizaje por medio de experimentos, de forma que el estudiante descubra
conceptos en un micromundo semejante a una situación
real. Asimismo, se incluyen simuladores representativos del funcionamiento de las
herramientas que implementan distintos métodos de representación del
conocimiento empleando SE (Cenóz Cúneo y Mariño,
2005).
3.2. Enseñanza-aprendizaje de modelos de
redes neuronales artificiales.
En Garcia et al. (2003) se describe el diseñó, desarrolló e
implementación de un artefacto de software para afianzar y profundizar los contenidos
fundamentales de las Redes Neuronales Artificiales (RNA) (Castillo et al., 1999;
Freeman y Skapura, 1991; Klerfors y Huston,
1998; Nilsson, 2001 y Russell y Norvig, 2004), que
constituyen una unidad abordada en la asignatura. Los temas son tratados con simuladores,
incluyéndose una detallada explicación de los mismos. Se dispone de una
biblioteca de ejemplos de modelización con RNA empleando un toolbook
de MatLab. Se incluye acceso a herramientas informáticas, mediante las cuales
se modelizan redes neuronales artificiales.
3.3. Enseñanza-aprendizaje de Algoritmos Genéticos
En Escobar
et al. (2008) se detalla el diseño y desarrollo de un artefacto educativo
destinado a apoyar la comprensión de los contenidos fundamentales de los
algoritmos genéticos (AG) (Nunes de Miranda, 2000; Nilsson, 2001 y Russell y Norvig, 2004). Se
dispone de materiales didácticos en múltiples formatos. Los simuladores ilustran
el desempeño de los principales operadores de los AG, logrando así una mayor
compresión de los conceptos relacionados a esta técnica de
3.4. El entorno virtual en la web.
Por
otra parte, atendiendo a la implementación independiente o integrada que se
adopte para cada uno de éstos artefactos, se disponen de dos módulos de
administración y de gestión de datos basados en tecnologías web y por lo tanto
no disponibles en la versión del CD-ROM interactivo. Estos módulos son: i) Modulo de gestión de profesores. El
acceso al conjunto de opciones disponibles desde esta interfaz se gestiona
mediante usuarios y contraseñas. El entorno contiene un menú con varias
opciones que permiten al usuario realizar las diferentes acciones: altas,
eliminaciones, modificaciones, seguimiento y consultas del desempeño de los
alumnos. ii) Modulo de gestión de
alumnos. El alumno accede, ingresando el número de libreta universitaria, a
información personal de su desempeño en la asignatura.
4. Conclusiones
El entorno
virtual propuesto para la cátedra es una herramienta de integración de
contenidos generados en diversos formatos, mediante al cual se compilan los
recursos diseñados y desarrollados ad-hoc en el marco de trabajos finales de graduación. Cabe
aclarar, que cada uno de los artefactos de software descriptos en el trabajo,
pueden emplearse independientemente o integrados al entorno virtual de la
asignatura. Asimismo, podrán complementar el proceso de enseñanza - aprendizaje
de un curso de actualización y/o perfeccionamiento relativo a la temática
específica que cada uno de ellos aborda. Aplicando la misma metodología, se
tiene previsto desarrollar entornos similares para otros temas tratados o a
incorporar en la mencionada asignatura.
Siguiendo
la política institucional de
Por
otra parte, se tiene previsto avanzar en el desarrollo de un repositorio de
objetos de aprendizaje destinado a la profundización de contenidos específicos.
Referencias
CASTILLO, E., COBO A., GUTIÉRREZ J. M. y
PRUNEDA R. E. (1999). ”Introducción a las redes funcionales con aplicaciones.
Un nuevo paradigma funcional”. Ed. Paraninfo
CENÓZ CÚNEO, M. M. y MARIÑO, S. I. (2005).
“Entorno colaborativo en la enseñanza de Sistemas Expertos”. Comunicaciones
Científicas y Tecnológicas 2005. Universidad Nacional del Nordeste.
CORCOS, D. (2000). “El Modelo Espiral”.
Cuaderno de Reportes Técnicos en Ingeniería del Software Nro
3. (Recatalogado como RTIS Volumen 2, Nro 1, Año
2000). 29-40 pp.
DEPETRIS, B. FEIERHERD, G., CARLOMAGNO, L. y
GEL, M. (2005): “Educación mediada por las TICs”. Anales del Workshop de Investigadores en Ciencias de
ESCOBAR, G. A., MARIÑO, S. I. y HERRMANN,
C. F. (2008). “Contenidos virtuales como complemento en la enseñanza–aprendizaje
de algoritmos genéticos". Anales del XI Encuentro Nacional de Docentes en
Investigación Operativa y XIX Escuela de Perfeccionamiento en Investigación
Operativa. Misiones. Argentina.
FREEMAN J. A. y SKAPURA D. M. (1991). “Redes
Neuronales. Algoritmos, aplicaciones y técnicas de programación”. Ed. Addison-Wesley
Iberoamericana S.A. y Ed. Díaz de Santos S.A.
GARCÍA, L. M., MARIÑO, S. I. y PECORELLI, C
G. (2003). “Entorno virtual de enseñanza
- aprendizaje de modelos de redes neuronales artificiales”. Comunicaciones
Científicas y Tecnológicas 2003. Universidad Nacional del Nordeste.
KLERFORS D. y
HUSTON T. L. (1998). “Artificial
Neural Networks. An
individual project within MISB-420-
MARIÑO, S. I. y GODOY, M. V. (2008).
“Desarrollo de entornos virtuales educativos. Contribuciones desde el Área de Ingeniería Web”. Quaderns
digitals Revista electrónica Numero 53. ISSN:
1575-9393. Junio 2008.
NIELSEN, J. (2003): “Usable information technology”. En: http://www.useit.com
NILSSON, N. J.
(2001). “Inteligencia Artificial: Una Nueva Síntesis”. Ed
McGraw-Hill .
NUNES DE MIRANDA, M. (2000).
“Algoritmos genéticos: fundamentos e aplicações".
En: http://www.gta.ufrj.br/~marcio/genetic.html
OLIVEROS, A. (2007). “Curso
Administración de Proyectos de Software”. Maestría en Ingeniería del
Software. Universidad de
PAPERT, S. (1981). “Desafio a
RUÍZ, Y. y MORENO, T. (2007): “Tutorial
de metodología de la investigación, dirigido a estudiantes de
ingeniería informática. Caso de estudio: Universidad Nacional Experimental del
Táchira”. Anales del Cuarto Congreso Nacional y Segundo Internacional de
Investigación Educativa.
RUSSELL S. y NORVIG,
P. (2004). ”Inteligencia Artificial: Un Enfoque Moderno”. Ed.
Pearson Education S.A., Prentice Hall Hispanoamericana S.A.
SANZ C., MADOZ M. C., GORGA G., ZANGARA A.,
GONZALEZ A., IBAÑEZ E., RICCI G., IGLESIAS L. y MARTORELLI, S. L. (2006). “E-learning”. Anales
del V Workshop de Tecnología Aplicada a