Oscar Romero Universidad Distrital Material Educativo computarizado con

Oscar Romero – Universidad Distrital Material Educativo computarizado con alto nivel de Interacción como apoyo para la enseñanza de las operaciones básicas en matemáticas (Suma, Resta, Multiplicación y División de Números Naturales) Autores: Directores: Johanna Ramírez Camacho Sergio A. Rojas Oscar Romero López Lilian Bejarano

Oscar Romero – Universidad Distrital Contenido 1. Descripción del problema 2. Componente Hipermedia • Hiperespacio • Control de Navegación • Interfaz 3. Componente Tutor • Módulo Experto • Módulo de Diagnóstico • Módulo Didáctico 4. Prueba Piloto 5. Conclusiones y Trabajo Futuro 6. Bibliografía Recomendada

Oscar Romero – Universidad Distrital 1. Descripción del Problema Análisis de Necesidades Educativas • Falta de personalización • Omisión del estilo cognitivo del alumno • La Metodología de enseñanza es de acuerdo al estilo cognitivo del profesor • Debilidad en la formación de estructuras mentales sólidas en cursos superiores

Oscar Romero – Universidad Distrital Dominio del Problema • Enseñanza de los algoritmos básicos en aritmética (suma, resta, multiplicación y división de Naturales). • Estudiantes de 4° de primaria • Dirigido a alumnos entre 9 y 11 años de edad. • Población de estudiantes seleccionada: Colegio El Minuto de Dios • Emplear un Modelo Pedagógico Constructivista.

Oscar Romero – Universidad Distrital Solución Aplicable Material Educativo Computarizado MEC • Enfoque Algorítmico: Secuencias predeterminadas para lograr metas mesurables. • Enfoque Heurístico: Aprendizaje se logra por situaciones experienciales. • MEC del tipo Sistema Tutor Inteligente

Oscar Romero – Universidad Distrital Arquitectura Básica de un STI Componente Tutor Módulo Experto o Dominio Pedagógico Módulo de Diagnostico Módulo Didáctico Componente Hipermedia Hiperespacio Control de Navegación Interfaz

Oscar Romero – Universidad Distrital Ingeniería del Proyecto Modelo de Procesos Unificado consistente con Objectory Process Fases: Etapas: • Análisis Concepción • Diseño • Desarrollo Elaboración • Prueba Piloto Construcción • Prueba de Campo Transición

Oscar Romero – Universidad Distrital Modelamiento del Sistema Diagramas de Casos de Uso Componentes: * Casos de Uso * Actores Actor Caso de Uso

Oscar Romero – Universidad Distrital 2. 1 Hiperespacio Micromundos Explorativos • ¿Qué son? • Descripción del micromundo • Elementos del micromundo • Personajes • Herramientas: recta, contímetro, regletas • Historia, Retos, mecanismos de medición del desempeño. • Teorías pedagógicas

Oscar Romero – Universidad Distrital Teorías del Aprendizaje como fundamento del Micromundo Aspectos Conductismo Formato del MEC • Algorítmico Estructura del MEC Cognoscitivismo • Habilidad Intelectual Constructivismo • Micromundos • Estadios Cognitivos Explorativos • Obj. Instruccional • Estructura Hipertexto • Estructura • Anális. de tareas (Procesamiento de la Información) • Planific. Refuerzo Estrategias • Ejercitación Pedagógicas Y • Refuerzo y Diseño del retroalimentación MEC Hipertexto • Fases del aprendizaje • Autocontrol naveg. • Org. del contenido • Reto, Fantasía y Curiosidad • Aptitud y Tratamiento

Oscar Romero – Universidad Distrital 2. 2 Control de Navegación Hipermedia Elementos: • Hipertexto • Sistema de Pistas y ayudas • Mapas • Orientación • Navegación • Contenidos • Ejercitación y práctica • Evaluación • Sesiones de retroalimentación

Oscar Romero – Universidad Distrital 2. 3 Interfaz • Principios psicológicos sobre percepción • Percepción selectiva • Reglas de organización de la percepción • Reglas de Proximidad • Reglas de Semejanza • Zonas de Comunicación • Elementos Visuales • Sonidos • Texto

Oscar Romero – Universidad Distrital 3. 1 Módulo Experto Sistema Experto Hechos Base de Hechos Motor de Inferencia explicación Alumno Base de Conocimiento Genera un reporte

Oscar Romero – Universidad Distrital Base de Conocimientos Iniciar Objetivo: Realizar Sustracción Diseño del Conocimiento • Árboles Y/O Paso 1 ¿Número de columnas? • Reglas de Producción Hay Múltiples columnas Regla de Producción SI la cifra de arriba es menor que la de abajo ENTONCES Debes pedir prestado Paso 1. procesar la columna actual: ¿#superior < #inferior? si Pedir prestado Paso 1 1 columna: Escribir dígito Paso 2. procesar lo demás: ¿Número de columnas por procesar? no Escribir dígito Paso 2 Múltiples columnas 1 columna: Escribir dígito

Oscar Romero – Universidad Distrital Motor de Inferencia • Lógica deductiva • Reglas de Inferencia: Modus Ponens, Modus Tollens, Ley del Silogismo. Si la cifra de arriba es menor que la de abajo ENT debes pedir prestado la cifra de arriba es menor que la de abajo debes pedir prestado Expresión Formal: A B A = la cifra de arriba es menor que la de abajo A B = debes pedir prestado B

Oscar Romero – Universidad Distrital 3. 2 Módulo de Diagnóstico Fases del Diagnóstico: • Inferencias • Interpretación • Clasificación Niveles de Diagnóstico Individual Epistémico Comportamiento

Oscar Romero – Universidad Distrital Modelo del Estudiante Arquitectura del Modelo del Estudiante por Perturbación Conocimiento del estudiante Malentendidos (Misconceptions) del estudiante. Conocimiento del experto

Oscar Romero – Universidad Distrital 3. 2. 1 Nivel de diagnóstico Epistémico • Modelo de Seguimiento o Rastreo (Tracing Model) • Modelo de Reconstrucción Modelo Determinístico Sistema Experto Modelo del Estudiante Tratamiento incertidumbre Modelo Probabilístico

Oscar Romero – Universidad Distrital Modelo de Seguimiento (Tracing Model) Operador empleado por el alumno Base de Conocimiento Sistema Experto Modelo del estudiante Librería de Errores

Oscar Romero – Universidad Distrital Modelo de Seguimiento (Tracing Model) • Operadores Aritméticos de control • Librería de Errores • Basada en la Teoría de la Reparación (Repair Theory) 6 Problema: 23 – 17 = ? siempre-Pedir prestado-izquierda impasse 166 Problema: 365 – 109 = ? 256 Pedir prestado-No decrementar. Excepto el último. Siempre-Pedir prestadoizquierda adyacente

Oscar Romero – Universidad Distrital Modelo de Seguimiento (Tracing Model) Librería de Errores Generativa empleando Árboles de Aprendizaje A B D A: Animales vertebrados B: Reptiles C E C: Mamíferos F F: Mamíferos que vuelan G: Murciélago D: mamíferos acuáticos E: mamíferos terrestres G Se desea Clasificar al “Murciélago”

Oscar Romero – Universidad Distrital Modelo de Reconstrucción Normas Triangulares • Configuración: • Configuración Ideal: Suponiendo una Tarea T, se tienen las siguientes configuraciones: r 5 r 4 r 2 r 7 r 1 Configuración 1 r 8 r 3 r 6 r 5 r 2 Configuración 2 r 1 r 2 r 3 r 7 r 6 Configuración 3

Oscar Romero – Universidad Distrital Modelo de Reconstrucción Sea C = < r 1, . . r n> m CF (C) = CF (ri) i=1 2 ki Donde ki = profundidad del nodo r en el árbol de invocación (k 1 = 1). r 1(0. 7) C = <r 1, r 2, r 5, r 6, r 3, r 4> r 2 (0. 3) r 3 (0. 6) r 4(0. 2) r 5 (0. 8) r 6(0. 65) CF(C) =0. 80625

Oscar Romero – Universidad Distrital 3. 2. 2 Nivel de diagnóstico Individual Estilos Cognitivos para el procesamiento aritmético Holístico Porción violeta: alumno holístico. Analítico Porción verde: alumno analítico. Acomodador Convergente Divergente Asimilador

Oscar Romero – Universidad Distrital 3. 2. 2 Nivel de diagnóstico Individual Especialización Hemisférica del cerebro Hemisferio Izquierdo Hemisferio Derecho • Palabras • Imágenes • Analítico • Intuitivo • Secuencial • Simultánea • Activo • Receptivo • Realista • Imaginativo • Planificado • Impulsivo

Oscar Romero – Universidad Distrital 3. 2. 2 Nivel de diagnóstico Individual DIVERGENTE: (Imaginativo - Visual) • Absorben la realidad. • Creación de ideas • Perciben la información a través de una experiencia y la expresan reflexivamente. ASIMILADOR: (Analizador – Auditivo). • Creen en sus propias experiencias. • Prefieren conceptos abstractos. • Puede crear modelos teóricos. • Perciben la información abstracta y la procesan reflexivamente. • Se destacan en el razonamiento inductivo

Oscar Romero – Universidad Distrital 3. 2. 2 Nivel de diagnóstico Individual CONVERGENTE: (Alumno de sentido común. Práctico Visual): • Aplicación práctica de las tareas. ADAPTADOR O ACOMODADOR: (Alumno kinestésico): • Aplicación de experiencias • adaptar el aprendizaje a situaciones de su propia vida • Aprenden por ensayo y error, autodescubrimiento; • Perciben la información concretamente y la procesan activamente. • Buscan la utilidad. • Perciben la información abstracta la procesan activamente. • Prefieren tratar más con las cosas • utilizan un razonamiento hipotético deductivo.

Oscar Romero – Universidad Distrital 3. 2. 2 Nivel de diagnóstico Individual ANALÍTICO -Tratan información sobrante. -Empleo de heurísticas -Estilo de barrido -Mejor MCP HOLÍSTICO -No tratan información sobrante. -estratégicamente más flexibles -Empleo de algoritmos bien definidos -sensitivos a las relaciones p/ t -Emplean un estilo de centrado. -No requieren orientación -MCP bastante volátil. -Independencia de campo -Emplean enfoques globales. -rígidos en sus procedimientos. -relativamente sensitivos a p/t -Requieren constante orientación

Oscar Romero – Universidad Distrital Sistema Clasificador Información Mensaje Ambiental Algoritmo Genético Algoritmo de Distribución Sistema de Reglas y Mensajes Recompensa Señal de Realimentación Acción

Oscar Romero – Universidad Distrital Sistema de reglas y Mensajes Efectores Detectores 1 0 1 1 1 0 1 # 0 1 1 0 # 0 1 # 0 0 0 1 1 1 # # 1 0 1 0 0 0 . . . 1 1 0 1

Oscar Romero – Universidad Distrital Sistema de reglas y Mensajes Condición 1 # 0 # # Acción 1 # 1 1 0 0 0 1 # 1 Si hay un objeto blanco Llamado queso adelante 1 0 0 1 Comer Si hay un objeto adelante 1 1 0 1 0 Comer

Oscar Romero – Universidad Distrital Sistema de reglas y Mensajes Codificación de los detectores Q A MM M 0 0 1 1 . . Q : 001 M : 101 B : 010 MM : 110 A : 011 MV : 111 C : 100 L : 000

Oscar Romero – Universidad Distrital Sistema de reglas y Mensajes Efectores Noroeste 000 Norte 001 Oeste 111 Suroeste 110 Noreste 010 Este 011 Sur 101 Sureste 100

Oscar Romero – Universidad Distrital Sistema de reglas y Mensajes Mensaje ambiental: Posición NE hay comida 0 1 1 1 C 1 0 1 # # 0 0 C 2 0 0 # 0 1 1 0 0 C 3 1 1 # # 1 0 0 0 C 4 # # 0 0 0 1 Población de clasificadores

Oscar Romero – Universidad Distrital Algoritmo de Distribución de Créditos Bucket Brigade Etapa 1: Ganancias activa Mensaje 1 # # 0 325 1 0 1 # 526 # 0 1 # 245 # # 1 # 87 Envian apuestas 1 0 Realiza Pago Casa Compensación

Oscar Romero – Universidad Distrital Algoritmo de Distribución de Créditos Bucket Brigade Etapa 2: los impuestos. . Impuesto de Apuesta: para aquellos clasificadores que apuestan pero no ganan. Impuesto de Vida: Para toda la población de clasificadores con el objetivo de eliminar clasificadores mediocres.

Oscar Romero – Universidad Distrital Algoritmo Genético Son Algoritmos de búsqueda estocástica que simulan los procesos de evolución biológica en busca de los mejores individuos Operadores genéticos: • Selección • Cruce • Mutación

Oscar Romero – Universidad Distrital Aplicación del SC en el MEC Detectores Efectores Recompensa Sistema Clasificador

Oscar Romero – Universidad Distrital Sistema de refuerzo del SC 100 Puntaje actual Puntaje anterior 0 1 2 3 Número de Evaluaciones Medida de desempeño (R(t) = 200 m(FD (t)) + K ) 100 0 1 2 Número de Evaluaciones

Oscar Romero – Universidad Distrital Desempeño del SC

Oscar Romero – Universidad Distrital 3. 3 Módulo Didáctico Realiza la evaluación Sistema Experto Resultados de la evaluación Modulo Didáctico Sistema Clasificador Características cognitivas Estilo Cognitivo

Oscar Romero – Universidad Distrital 3. 3 Módulo Didáctico Sus decisiones se basan en: • Estilo Cognitivo del usuario • Evaluación del alumno • Curriculo Retroalimentaciones Personalizadas • Convergente: 1, 2 • Divergente: 1, 2 • Asimilador: 1, 2 • Adaptador: 1 • Analítico: 1 • Holístico: 1, 2

Oscar Romero – Universidad Distrital 4. Prueba Piloto RG 1 O 1 X O 2 RG 2 O 3 O 4 Aspectos a medir: • Desempeño académico • Prueba de Actitudes frente al MEC

Oscar Romero – Universidad Distrital Resultados Prueba de POST-TEST del grupo Piloto

Oscar Romero – Universidad Distrital Resultados Prueba de POST-TEST del grupo de Control

Oscar Romero – Universidad Distrital Aspecto Motivacional según Prueba de Actitudes Aspectos evaluados • Motivación: 95 % a favor • Contenidos: 93 % a favor • Ejercitación: 90 % a favor • Evaluación: 80% a favor • Aprendizaje: 87 % a favor • Ritmo: 100 % a favor • Interfaz: 100 % a favor

Oscar Romero – Universidad Distrital 5. Conclusiones y Trabajo Futuro El desarrollo de software educativo debe apuntar a la búsqueda de sistemas más complejos y robustos, capaces de entender el estado cognitivo de cada alumno, tomar decisiones y personalizar el material didáctico. • El desarrollo del software educativo no debe fundamentarse en un sola teoría del aprendizaje, puesto que cada una hace aportes significativos en el entendimiento del proceso enseñanza-aprendizaje • Los micromundos explorativos promueven el aprendizaje significativo a través de ambientes lúdicos donde el alumno construye sus propias estructuras cognitivas, convirtiéndose en un agente activo en el aprendizaje y no sólo un recipiente de conocimientos.

Oscar Romero – Universidad Distrital 5. Conclusiones y Trabajo Futuro • Los sistemas expertos son de gran ayuda en el campo de la educación, ofreciendo al estudiante retroalimentación inmediata por medio de la modelación de las estructuras mentales subyacentes. • Las técnicas de simulación genética permiten gran adaptabilidad a un ambiente arbitrario. Por su parte un SC, permite además, aprender inductivamente por medio de un mecanismo de refuerzo, evitando crear bases de conocimiento exhaustivas.

Oscar Romero – Universidad Distrital 5. Conclusiones y Trabajo Futuro • El modelo de seguimiento en el nivel diagnóstico puede llegar a ser una herramienta altamente desmotivadora aunque genere un modelo menos influenciado por la incertidumbre. Por otro lado, el modelo de reconstrucción aunque no afecte el aspecto motivacional, se ve afectado por un nivel alto de incertidumbre. • El MEC cumple una función importante en el proceso de enseñanza -aprendizaje ya que el 70% de los alumnos que lo emplearon, superan satisfactoriamente más del 70% de los objetivos instruccionales para los cuales fue diseñado el software educativo

Oscar Romero – Universidad Distrital 5. Conclusiones y Trabajo Futuro • Sistema Clasificador Difuso • Sistema de Lenguaje Natural • MEC distribuido • Empleo de VRML • Programación Neuro Lingüística PNL • EOA y las ondas Teta • Emplear la herramienta J Builder

Oscar Romero – Universidad Distrital 6. Bibliografía Recomendada • Wenger Etienne, Artificial Intelligence and Tutoring Systems. Computational and Cognitive Approaches Communication of Knowledge. • Galvis Panqueva Alvaro. Ingeniería de Software Educativo. 1994. Ediciones Uniandes. • Giarratano Joseph, Expert Systems, fundamentals and Programming • Goldberg David E. , Genetic Algorithms in Search, Optimization, and Machine Learning • Holland J. H. , Induction: Processes of Inference, Learning and Discovery. • Brown, J. S. y Van. Lehn, K. Repair theory: A generative theory of bugs in procedural skills. Cognitive Science. • Witkin H. A. , & Goodenough D. R. , Cognitive Styles: Essence and Origins.

Oscar Romero – Universidad Distrital Comentarios y Sugerencias • ¿Preguntas? • Sugerencias. . . • ¿Cómo Contactarnos? - Grupo ACME: acme@atenea. udistrital. edu. co - Oscar Romero: ojrlopez@hotmail. com - Johanna Ramírez: jramirezc@starmedia. com - Sergio Rojas: srojas@udistrital. edu. co - Lilian Bejarano: profesora 7@hotmail. com ¡¡¡Gracias por su Atención!!!

Oscar Romero – Universidad Distrital Reglas de Inferencia • Lógica Deductiva: Razonamiento lógico en el que las conclusiones deben desprenderse de sus premisas verdaderas. • Lógica Proposicional: Sólo puede tratar con afirmaciones completas. Es decir, no puede examinar la estructura interna de una afirmación. Emplea conectores lógicos más no cuantificadores. • Modus ponens: [p (p q)] q) • Modus tollens: [(p q) q] p • Ley del Silogismo: [(p q) (q r)] p r

Oscar Romero – Universidad Distrital Metodología de desarrollo de cada Iteración Análisis Diseño -Contexto del Problema -Diseño Educativo -Análisis de necesidades educativas -Análisis de tareas de aprendizaje -Lineamientos curriculares -Micromundo -Análisis de problemas existentes • Evaluación Formativa y Diagnóstica -Análisis de posibles causas -Estrategias tutoriales -Solución Computarizada -Retroinformación, refuerzo y nivel de logro -Gestión de Riesgos -Motivación: Reto, Fantasía y Curiosidad -Modelado del dominio en Casos de Uso -Modelado estático en diagramas de clases -Diseño Comunicacional -Principios sicológicos sobre percepción -Zonas de comuniccación -Diseño Computacional -Diagramas, Asociaciones

Oscar Romero – Universidad Distrital Módulo de Lenguaje Natural • Análisis Morfológico • Análisis Sintáctico • Gramáticas y analizadores • Análisis Semántico • Procesamiento Léxico • Procesamiento de la Pragmátcia y el discurso • Uso de la atención en la comprensión • Modelo de creencias • Procesamiento a nivel de oración: • Planes para la conmprensión • Semántica aproximadamente • Acciones del Habla composicional • Representación del conoc. Por Guiones • Semántica de Montague • Razonamiento ampliado con una base de conocimiento

Oscar Romero – Universidad Distrital Componente Gestión de Usuarios Modelo de datos • Modelos lógicos basados en registros: Modelo relacional Lenguaje de Consulta: SQL Normalización • Primera Forma Normal 1 FN Conexión con la lógica de aplicación: • se crea un origen de datos • Se crea un puente JDBC: ODBC • Se crea un objeto de tipo Connection • Se crea un objeto de tipo Statement para poder emplear sentencias SQL

Oscar Romero – Universidad Distrital Tratamiento de la Incertidumbre Error nivel 2 Error nivel 3 r 1(0. 7) r 2 (0. 3) r 3 (0. 6) r 4(0. 2) r 5 (0. 8) r 6(0. 65) Impacto: 0. 05 r 5 (0. 8) r 4(0. 2) Impacto: 0. 025