UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
 
 
 
 
 
 
 

CONTRIBUIÇÕES PARA A MODELAGEM DE UM AMBIENTE INTELIGENTE DE EDUCAÇÃO BASEADO EM REALIDADE VIRTUAL
 
 
 
 
 
 

Luis Alberto Alfaro Casas
 
 
 
 
 
 

Florianópolis, 1999


UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
 
 
 
 
 

Luis Alberto Alfaro Casas
 
 
 
 

CONTRIBUIÇÕES PARA A MODELAGEM DE UM AMBIENTE INTELIGENTE DE EDUCAÇÃO BASEADO EM REALIDADE VIRTUAL
 
 
 
 

Tese apresentada como requisito parcial para a obtenção do grau de Doutor em Engenharia de Produção.
 
 

Orientação: Luiz Fernando Jacintho Maia, Dr. Eng.
 
 
 

Florianópolis, 1999

Folha de assinaturas



 
 
 
 
 
 
 

"To know how to suggest is the great art of teaching"
 
 

Henry-Frédérick Amiel
 
 
 



 
 

Dedicatória
 
 
 
 

À Josefina e José António

À Maximiliana e Enrique

(in memorian)
 
 

À Rosa e Roberto

À José Luis e Sofía Isabel


Agradecimentos


 

Ao professor Luiz Fernando Jacintho Maia, Dr. Eng., orientador e amigo, pela sua confiança e estímulo, indispensáveis.

Ao professor Francisco Antônio Pereira Fialho, Dr. Eng., orientador no mestrado e co-orientador no doutorado, pela amizade, apoio e sábios conselhos para o desenvolvimento deste trabalho.

Aos professores e funcionários do CPGEP/UFSC, na pessoa do coordenador, Prof. Ricardo Barcia Miranda, PhD.

À Cláudia F. de Souza, M. Letras, Profa. da UNESC, pela tradução do "portunhol" e pelas inúmeras correções realizadas no trabalho, assim como pela força e apoio.

Ao programa PEC/CNPq, pelo apoio financeiro que viabilizou meus estudos e minha convivência com a cultura brasileira, experiência de muito valor para minha formação acadêmica.

Aos inúmeros amigos e amigas que conquistei no Brasil, graças aos quais pude me sentir "em casa".

A las autoridades de la UNSA y colegas del Departamento Académico de Ing. Electrónica de la UNSA, por por las facilidades para realizar este proyecto personal.


Sumário

Resumo

Abstract
 


1. INTRODUÇÃO

1.1. Definição do tema e do tipo de pesquisa

1.2. O contexto do problema e sua relevância

1.3. O problema

1.4. Hipóteses

1.4.1. Hipóteses subjacentes

1.4.2. Hipótese geral

1.4.3. Hipótese de trabalho

1.5. Delimitação das fronteiras do trabalho 1.5.1. A pesquisa em Ambientes Inteligentes de Educação suportados pela Realidade Virtual

1.5.2. Objetivos gerais

1.5.3. Objetivos específicos

1.6. Justificativa
 

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
PRIMEIRA PARTE: TECNOLOGIA E PLASTICIDADE

2. PLASTICIDADE

2.1. Organização dos seres vivos

2.1.1. Autopoiésis, evolução e aprendizagem

2.1.2. O Domínio cognitivo

2.1.3. Domínios consensuais

2.1.4. O observador e a descrição

2.1.5. Linguagem, escuta e compromisso

2.1.6. Significado, compromisso e atos lingüísticos

2.1.7. Intencionalidade

2.2. Desenvolvimento humano 2.2.1. Desenvolvimento

2.2.2. Desenvolvimento cognitivo

2.2.3. Pensamento e linguagem

2.3. Aprendizagem 2.3.1. Perspectivas condutuais da aprendizagem

2.3.2. Teoria da aprendizagem social

2.3.3. Perspectiva socio-cultural da educação

2.3.4. Perspectivas cognitivas e construtivistas da aprendizagem

2.3.5. Perspectiva humanista da educação

2.3.6. Perspectiva do ensino na biologia do amor

2.3.7. Comparação das diferentes abordagens da educação

2.4. Processamento, recordação e reestruturação do aprendizado 2.4.1. Abordagens associacionista e construtivista da memória

2.4.2. Modelos de processamento de informação

2.4.3. Metacognição, autoregulação e diferenças individuais

2.5. Conclusões
 
 

3 O ENSINO AUXILIADO POR COMPUTADOR : ESTADO DE ARTE

3.1 Histórico dos desenvolvimentos

3.2 Filosofias educacionais baseadas na tecnologia do computador

3.2.1 O Planejamento Instrucional

3.2.2 O Construtivismo

3.2.3 Abordagem Construcionista

3.2.4 Abordagem Sócio Cultural

3.3 A plasticidade e as tecnologias de informação e comunicação 3.3.1 A evolução dos dispositivos de aprendizagem

3.3.2 Tecnologia Informacional

3.3.3 Conhecimentos relevantes para a preparação das pessoas para o trabalho

3.3.4 As teorias de aprendizagem que direcionam o modo de adquirir a tomada-de- decisões/conhecimento de navegação e habilidades

3.3.5 Quadro analítico para avaliar cada tecnologia

3.4 A Realidade Virtual - RV

3.5 Estado de Arte da RV
 
 

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
SEGUNDA PARTE: ELEMENTOS E TÉCNICAS PARA A FORMULAÇÃO DO MODELO

4 REALIDADE VIRTUAL - RV

4.1 Definição

4.2 Características e elementos da RV

4.3 Classificação da RV

4.4 Interfaces da RV

4.4.1 Aspectos visuais da RV

4.4.2 Técnicas gráficas

4.4.3 Áudio em três dimensões

4.4.4 Feedback tátil e de força

4.4.5 Dispositivos de navegação

4.4.6 Dispositivos de interação

4.5 Realidade virtual e construção de conhecimento 4.5.1 Aprendizagem por construção de conhecimento e RV imersiva

4.5.2 Características das atuais interfaces da RV

4.5.3 Aprendizagem e representação de conhecimento

4.6 Alguns problemas da RV em aberto

4.7 Conclusões
 

5 AMBIENTES INTELIGENTES DE APRENDIZAGEM

5.1 Sistemas Tutoriais Inteligentes - STI

5.2 Arquitetura clássica de STI

5.2.1 Base de conhecimento do domínio

5.2.2 Modelo do aluno

5.2.3 Estratégias de ensino

5.2.4 Módulo de controle

5.2.5 Interface

5.3 Outras arquiteturas clássicas 5.3.1 A Proposta de Wu

5.3.2. A proposta de Djamen

5.4 Sistemas de Treinamento Inteligente assistido por Computador

5.5 Abordagens baseadas na IA Construtivista

5.5.1 Mecanismo de Esquemas de Dresher

5.5.2 Modelo de construção de estruturas cognitivas de Wazlawick

5.5.3 Arquitetura aberta para simulação de entidades autopoiéticas

5.5.4 Equilibração de teorias em agentes autônomos simbólicos
 
 

6 ABORDAGEM DE AGENTES PARA AMBIENTES INTELIGENTES DE APRENDIZAGEM

6.1 Agentes autônomos

6.1.1 Agentes inteligentes

6.1.2 Agentes pedagógicos

6.2 STI com arquitetura de agentes 6.2.1 Abordagem de STI, como uma sociedade de agentes

6.2.2 Arquitetura SEM

6.2.3 Ambiente MATHEMA

6.3 Conclusões e problemas em aberto
 

7 O MODELO

7.1 Características do modelo

7.2 Arquitetura do mundo virtual para usuários e agentes

7.3 Arquitetura do agente tutor

7.3.1 Subsistema domínio de observação e auto-observação

7.3.2 Subsistema domínio cognitivo

7.3.3 Subsistema de Controle motor


8 CONCLUSÕES E SUGESTÕES

8.1 CONCLUSÕES

8.2 SUGESTÕES
 

9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS E BIBLIOGRAFIA

10. Bibliografía


RESUMO


 


O objetivo desta pesquisa é analisar a utilização potencial do computador como ferramenta de ensino/aprendizagem, partindo da idéia de que as atividades contínuas e abertas na educação são necessárias nas organizações educativas, produtivas e de serviços, e de que as novas tecnologias podem contribuir para isto. A base teórica desta pesquisa está centrada no desenvolvimento cognitivo humano, levando em consideração a sua base biológica. Depois de estabelecer o estado de arte do ensino assistido por computador, são apresentadas as características da Realidade Virtual imersiva e suas contribuições na construção do conhecimento. São Analisados, também, os ambientes inteligentes para o ensino/aprendizagem, que serviram como fonte de conhecimento para a proposta de um modelo de agente tutor inteligente, cuja arquitetura integra métodos das áreas de pesquisa de STI, computação gráfica e arquitetura de agentes, combinação que resulta em um conjunto único de capacidades. Finalmente, são estabelecidas as conclusões e sugestões da pesquisa.


ABSTRACT



The objective of this research is to analyze any possible use of computers as tool for learning and teaching. The basic idea is that, continuos and open end educational activities are necessary at teaching, productive and service supplier organizations, and also that, new technologies can contribute in have it through. The theoretical base for this project is centered upon human cognitive development, which has take into consideration its biological aspects. After setting teaching state of art of Intelligent Tutorial Sistems - STI, the characteristics of the imersive Virtual Reality has been researched and its contributions to build up learning. Interconnected environment for teaching and learning has also been analyzed, and used as knowledge source for this model proposal. Has also been presented a model of architecture of the intelligent sponsor agent, which integrates STI research area methods, graphic computing and agents architecture. This new matching provides a single and unique set of capabilities. Finally, proposal and suggestions concerning this research are established.