UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO E SISTEMAS

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
 
 

Uma Arquitetura Baseada em Agentes
para Suporte ao Ensino à Distância
 
 
 

Tese submetida à Universidade Federal de Santa Catarina para a obtenção do título de Doutor em Engenharia de Produção
 
 
 
 

Marcello Thiry Comicholi da Costa
 
 
 

Florianópolis, abril de 1999


Uma Arquitetura Baseada em Agentes
para Suporte ao Ensino à Distância
 
 

Marcello Thiry Comicholi da Costa


 












Esta tese foi julgada adequada para a obtenção do título de DOUTOR EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO e aprovada em sua forma final pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção.
 
 
 
 


Prof. Ricardo de Miranda Barcia, Ph.D.
Coordenador do Curso
BANCA EXAMINADORA:
 

 

Prof. Ricardo de Miranda Barcia, Ph.D.

Orientador


 

Prof. Suresh Khator, Ph.D.

Examinador Externo


 
 

Profa. Renu Khator, Ph.D.

Examinadora Externa


 
 

Prof. Alejandro Martins, Dr. Eng.

 


 
 

Prof. Roberto Pacheco, Dr. Eng.

 


 
 

Prof. Ariovaldo Bolzan, Dr.

Moderador



 
 
À memória de meu avô,

Paul Ferdinand Thiry.


 



 
 

Agradecimentos

Em primeiro lugar, agradeço àquela luz maior que me amparou e conduziu durante todos os momentos dessa jornada, dando-me saúde e discernimento para superar as dificuldades, especialmente nos momentos de maior indecisão.

Agradeço, também, aos meus pais, Armando e Thereza, que com sua dedicação e carinho, me educaram e mostraram como trilhar meus próprios caminhos.

À Fernanda, pela sua eterna amizade e pela sua força constante, mesmo nos momentos mais difíceis.

Aos amigos Paulo, Celso, Luciano e Silvério do Núcleo de Computação da UNIVALI – São José, não apenas pelo apoio, mas também pelos momentos de descontração e alegria.

Ao pessoal da ACAFE, pelo apoio e pelos vários momentos de alegria em que tive a oportunidade de participar.

Ao professor Ricardo Barcia, por sua amizade, seu apoio e por toda a segurança e confiança transmitida para que eu pudesse executar este trabalho.

Aos professores Alejandro e Roberto, que procuram sempre me incentivar para a conclusão deste trabalho.

Aos professores Suresh Khator e Renu Khator da University of South Florida (USA), pela sua amizade e constante consideração demonstrada durante o período em que trabalhamos juntos. Agradeço também pela sua participação como examinadores externos e pelas sugestões recebidas para a melhoria deste trabalho.

A todos que direta ou indiretamente contribuíram para que eu pudesse realizar este trabalho.

À CAPES e à UNIVALI, por terem me proporcionado as condições para a realização deste trabalho.


Resumo

Existe atualmente uma demanda pela modelagem de sistemas de suporte ao ensino colaborativo em ambientes distribuídos. Estes sistemas são ambientes eletrônicos que suportam e mediam trabalho e aprendizado cooperativo em uma rede de computadores.

Este trabalho apresenta uma plataforma orientada a agentes para suportar a cooperação de usuários através da Internet. A plataforma proposta define uma arquitetura multi-agente que adota a estrutura de um sistema de federação de agentes. A comunicação dos agentes utiliza um estrutura formalizada baseada na Linguagem de Comunicação de Agentes (ACL – Agent Communication Language).

A arquitetura distribuída é organizada através de três classes de agentes: agentes de interface, agentes de informação e agentes consultivos. Esta abordagem foi inicialmente proposta em (Thiry, 1998a). Uma extensão desta abordagem para a aplicação no ensino à distância foi proposta em (Thiry, 1998b). Os agentes utilizam técnicas diferentes para resolver problemas específicos e interpretar situações. As principais abordagens de raciocínio utilizadas são raciocínio baseado em casos (o enfoque é ensino baseado em casos) e regras de produção.

O trabalho discute a utilização da plataforma descrita como uma interessante ferramenta para suportar o ensino à distância, apresentando uma aplicação para seu uso através da Internet.


Abstract

Currently, there is a demand for modeling systems to support collaborative learning in distributed systems. These systems are electronic environments that support and mediate cooperative work and learning in a computer network.

This work introduces an agent-oriented framework to support the cooperation of users using Internet. The proposed framework defines a multi-agent architecture that adopts a federation of agents approach. The communication structure is based on the Agent Communication Language (ACL).

The distributed architecture is organized through three classes of agents: interface agents, information agents and advising agents. This approach was initially proposed in (Thiry, 1998a). An extension for the application in distance learning was proposed in (Thiry, 1998b). The agents use different techniques to solve specific problems and to interpret situations. The most important reasoning approach is based on cases (the focus is case-based teaching) and production rules.

This document discusses the use of the described framework as an interesting tool to support distance learning. An application is presented as an intelligent browser to Internet.


Sumário

1 Introdução

1.1 Origem do Trabalho

1.2 Objetivos do Trabalho

1.3 Justificativa do Trabalho

1.4 Estrutura do Trabalho

2 Inteligência Artificial no Ensino 2.1 Introdução

2.2 Histórico

2.3 Sistemas Tutores Inteligentes

2.4 Tendências Atuais da IA no Ensino

2.4.1 Novos Métodos de Ensino e Aprendizado

2.4.2 Aplicação de Agentes Inteligentes

2.4.3 Expandindo Métodos para Ensino e Aprendizado

2.5 Sistemas de Ensino Colaborativo

2.6 Colaboração Através da Internet

2.7 Conclusão

3 Teoria de Agentes 3.1 Introdução

3.2 Histórico

3.3 Definições de Agentes

3.4 Atributos dos Agentes

3.4.1 Autonomia

3.4.2 Mobilidade

3.4.3 Cooperação

3.4.4 Comunicabilidade

3.4.5 Aprendizagem

3.4.6 Reatividade

3.4.7 Habilidade Social

3.4.8 Pró-atividade

3.5 Tipologia de Agentes

3.5.1 Agentes Colaborativos

3.5.2 Agentes de Interface

3.5.3 Agentes Assistentes

3.5.4 Agentes de Recuperação de Informação

3.6 Comunicação entre Agentes

3.6.1 KQML

3.7 Arquiteturas de Agentes

3.7.1 Classificação de Arquiteturas

3.7.2 Arquitetura M

3.7.3 Arquitetura proposta por Genesereth

4 Raciocínio Baseado em Casos 4.1 Introdução

4.2 Histórico

4.3 Definição

4.4 A Abordagem RBC

4.4.1 Sistemas Interpretativos

4.4.2 Sistemas de Resolução de Problema

4.5 Representação do Conhecimento

4.6 Processo de Desenvolvimento RBC

4.6.1 Representação dos Casos

4.6.2 Indexação

4.6.3 Recuperação dos Casos

4.6.4 Adaptação

4.6.5 Aprendizagem

4.6.6 Análise da Situação

4.7 Ensino Baseado em Casos

5 Modelo para Ensino Colaborativo 5.1 Introdução

5.2 Definição do Modelo

5.3 Plataforma Multi-Agentes

5.3.1 Agente de Interface

5.3.2 Agente de Informação

5.3.3 Agente Consultivo

5.3.4 Arquitetura de Comunicação

5.3.5 Encapsulamento dos Casos

5.4 Aplicação no Ensino à Distância

5.4.1 Navegador Internet Inteligente

5.4.2 Aplicação em Engenharia de Software

6 Conclusões e Perspectivas Futuras 6.1 Conclusões

6.2 Perspectivas Futuras

7 Referências Bibliográficas
 



 

Lista de Figuras

Fig. 1: Interações entre os componentes de um sistema ITS

Fig. 2: Tipologia de Agentes proposta em (Nwana, 1996)

Fig. 3: Taxonomia de Agentes proposta por Franklin e Graesser (1996)

Fig. 4: Exemplo de uma mensagem KQML

Fig. 5: Arquitetura de Software M (Riecken, 1994)

Fig. 6: Federação de agentes

Fig. 7: O Ciclo do RBC (Aamodt e Plaza, 1994)

Fig. 8: Arquitetura genérica para o ambiente de ensino colaborativo

Fig. 9: Estrutura básica de agente de interface

Fig. 10: Agente de Informação

Fig. 11: Arquitetura de comunicação adotada

Fig. 12: Performatives KQML para conexão inicial entre os agentes e o Facilitador

Fig. 13: Arquitetura de comunicação com a inserção do navegador inteligente

Fig. 14: Ambiente colaborativo na forma de um navegador inteligente para Internet

Fig. 15: Recuperação de um caso