tema2,Sistemas y redes adaptativas en e-learning

Sistemas y redes adaptativas en e-learning [2.1] 驴C贸mo estudiar este tema?

[2.2] Sistemas adaptativos [2.3] Los sistemas adaptativos en e-learning [2.4] Aproximaciones a los sistemas adaptativos [2.5] Estrategias de adaptaci贸n [2.6] Sistemas de tutorizaci贸n inteligente

TEMA

[2.7] Sistemas educativos adaptativos hipermedia

TEMA 2 – Esquema Estrategias de adaptación

Sistemas educativos adaptativos hipermedia

Sistemas de tutorización inteligente

Sistemas adaptativos

Los sistemas adaptativos en e-learning

Macro-adaptativo Interacción aptitudtratamiento Micro-adaptativo Construccionistacolaborativo

Aproximaciones a los sistemas adaptativos

Sistemas y redes adaptativas en el e-learning

Diseño y desarrollo de sistemas y redes adaptativos y colaborativos

Esquema

Diseño y desarrollo de sistemas y redes adaptativos y colaborativos

Ideas clave 2.1. ¿Cómo estudiar este tema?

Este tema presenta los diferentes sistemas adaptativos de aprendizaje y los modelos teóricos en los que se basan. No es lo mismo adaptar el contenido al principio del curso que hacerlo constantemente mientras avanza el estudiante. Es importante ser capaces de establecer los criterios de adaptación del contenido: qué datos se deben recopilar sobre el alumno y su actividad, y cómo adaptar el contenido en consecuencia.

2.2. Sistemas adaptativos Un sistema adaptativo es aquél que se adapta por sí mismo, o adapta otro sistema, en respuesta a las circunstancias externas. Los sistemas adaptativos suelen ser biológicos, en el ámbito de los seres vivos. El ser humano, como animal, es un sistema adaptativo, pero también lo es su sistema inmunitario. El conjunto de células y moléculas que lo forman son capaces de cambiar y adaptarse para responder a nuevas amenazas externas.

Los sistemas artificiales también pueden ser adaptativos. Los robots industriales de una cadena de montaje de automóviles tienen sensores que les permiten conocer la posición de la pieza que se está montando, y responder adecuadamente si encuentran un defecto.

La base de cualquier sistema adaptativo es el concepto del bucle de realimentación (feedback loop). En esta configuración, la información de salida producida por un fenómeno en el pasado es reenviada al origen, y por tanto influye en la información de entrada.

TEMA 2 – Ideas clave

Diseño y desarrollo de sistemas y redes adaptativos y colaborativos

Bucle de realimentación negativa.

Fuente: Wikimedia Commons

Es fácil de entender pensando en el ejemplo de un horno (A) con un termostato (B).

La temperatura del horno sube. Cuando supera un valor determinado, el termostato apaga la fuente de calor, lo que hace que la temperatura comience a bajar. Cuando desciende por debajo de ese valor, el termostato enciende la fuente de calor, y la temperatura sube de nuevo, y así sucesivamente, manteniendo una temperatura más o menos constante en el horno.

Por supuesto los sistemas adaptativos pueden ser muy complejos, con múltiples bucles y fases, hasta conseguir un resultado preciso.

2.3. Los sistemas adaptativos en e-learning Estos mismos principios se pueden aplicar a los sistemas de aprendizaje electrónico (LMS). El sistema proporciona información al estudiante. Un elemento de control, como un examen, por ejemplo, informa al sistema del estado actual del estudiante, y el sistema responde ajustando la información que le proporciona. El proceso de adaptación se basa por tanto en responder a las necesidades y preferencias del estudiante.

Lo que buscan los sistemas adaptativos de e-learning es proporcionar a los estudiantes el valor de la interacción que recibe un estudiante de un profesor o tutor humano.

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Diseño y desarrollo de sistemas y redes adaptativos y colaborativos

Resulta evidente que este valor no puede alcanzarse con un sistema no adaptativo, a gran escala, como el sistema educativo tradicional, diseñado para que todos los estudiantes sigan la misma trayectoria formativa al mismo tiempo y con los mismos parámetros. El uso de sistemas informáticos es lo que en última instancia permite diseñar estos sistemas adaptativos que permiten la colaboración del estudiante en su propio proceso formativo.

La forma más sencilla de adaptación es almacenar los datos del estudiante en el sistema: su conocimiento previo, objetivos y progresos. Este conjunto de información respecto al estudiante se denomina modelo de usuario. De este modo el sistema puede distinguir entre los estudiantes, y por ejemplo, presentar a uno de ellos el tema siguiente que debe estudiar, una vez ha pasado las pruebas del tema anterior y no antes.

Bucle de control en un LMS Fuente: Darío Pescador

Por tanto, es el propio sistema LMS el que proporciona el sistema de control adaptativo. Según la definición de Modrtscher, un sistema adaptativo se centra en cómo el estudiante aprende los conocimientos y atiende a las actividades formativas, estructuras cognitivas y el contexto del material formativo. En el caso de los sistemas adaptativos de e-learning, la definición de Stoyanov y Kirschner es más precisa aún: “An adaptive e-learning system is an interactive system that personalizes and adapts e-learning content, pedagogical models, and interactions between participants in the environment to meet the individual needs and preferences of users if and when they arise.”

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Diseño y desarrollo de sistemas y redes adaptativos y colaborativos

“Un sistema de e-learning adaptativo es un sistema interactivo que personaliza y adapta el contenido de e-learning, los modelos pedagógicos y las interacciones entre los participantes en el entorno para satisfacer las necesidades individuales y las preferencias de los usuarios si surgen, y siempre que surjan.”

2.4. Aproximaciones a los sistemas adaptativos Los sistemas de formación adaptativa tienen más de 100 años, lo cual ha dado lugar a diferentes modelos para enfocar la solución. A continuación se revisarán los más importantes en orden cronológico: Sistema Macro-adaptativo Los primeros sistemas de personalización de la enseñanza utilizaban el llamado nivel macro. Los estudiantes se dividían en grupos. De este modo se pretendía homogeneizar la evaluación, y los estudiantes de cada grupo recibían los mismos materiales. Es decir, no había demasiada adaptación. El sistema macro-adaptativo nació para mejorar esta situación a principios del siglo XX. Con este sistema se selecciona unas actividades diferentes para cada estudiante basada en sus objetivos de formación individuales, sus habilidades y las calificaciones pasadas.

Sistema de interacción Aptitud-tratamiento Este sistema, denominado Aptitude-treatment interaction (ATI) se basa en adaptar la estrategia formativa a las aptitudes de los estudiantes. Se da un tipo de formación diferente a los estudiantes con características diferentes. Estas características son sus habilidades intelectuales, estilos de aprendizaje, estilo cognitivo, conocimientos previos, ansiedad, motivación y eficiencia.

El estudiante tiene control sobre la formación que recibe en uno de estos tres niveles, de mayor a menor: Independencia total Control parcial dentro de una actividad concreta Control del ritmo de aprendizaje con tareas fijas

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El nivel de control se adapta al estudiante. Por ejemplo, los estudios demuestran que los estudiantes con pocos conocimientos previos avanzan más si se restringe su capacidad de control.

Sistema micro-adaptativo El sistema macro-adaptativo y el sistema ATI realizan medidas de las necesidades de cada alumno antes de comenzar las actividades. En cambio, en el sistema micro-adaptativo se realizan medidas de los resultados durante las actividades.

Se estudia el comportamiento y el rendimiento de los alumnos midiendo el número de errores, retraso en las respuestas y estados emocionales.

El primer modelo micro se aplicó por Presley en 1926. Con la introducción de la tecnología han aparecido otros modelos, como el modelo matemático, el modelo de trayectoria, el de probabilidad bayesiana y el modelo estructural y algorítmico.

En el sistema micro-adaptativo se separa el aprendizaje en dos procesos: Proceso diagnóstico: usado para identificar al estudiante, sus conocimientos y aptitudes Proceso prescriptivo: se adapta el contenido de la formación al nivel, aptitudes y estado del estudiante, mejorando su desempeño de la actividad.

Sistema constructivista-colaborativo El modelo constructivista de la educación postula que el aprendizaje se construye a partir de las experiencias de los estudiantes. En este sistema se sigue esta aproximación, donde el profesor tiene un papel activo en el proceso de aprendizaje para exponer a los alumnos a las experiencias, y se hace uso de la tecnología para afrontar las actividades de modo colaborativo. El sistema se caracteriza por el uso de la participación, la interacción social, el análisis del rendimiento, el procesamiento en grupo y la conversación.

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Los costes de implantar los sistemas de aprendizaje adaptativo en una clase, con profesores, son inasumibles para muchas instituciones educativas. Es aquí donde la tecnología permite desarrollar estas teorías dejando que sistemas inteligentes se encarguen de adaptar la experiencia formativa. ¿Cómo se traducen las diferentes aproximaciones a sistemas informáticos reales? Veremos dos aplicaciones: los sistemas de tutorización inteligentes y los sistemas educativos adaptativos hipermedia.

2.5. Estrategias de adaptación Los métodos de adaptación de los sistemas se pueden modelar a partir de cuatro preguntas básicas (Specht & Burgos, 2006): ¿Qué partes o componentes del proceso de aprendizaje pueden ser adaptadas? ¿Qué información utiliza el sistema para generar adaptación? ¿Cuál es el objetivo de realizar adaptación? ¿Cómo recopila el sistema esta información?

A su vez hay cuatro estrategias de adaptación disponibles: Secuenciación adaptativa Interfaz incremental Presentación adaptativa Apoyo adaptativo a la navegación

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Todo esto se puede resumir en una tabla:

Tipo de adaptación

¿Qué?

¿A qué?

¿Por qué?

¿Cómo?

Se cue nciación adaptativa

Se cuencia del contenido o las actividade s formativas

Conocimie ntos pre vios de l e studiante o historial de nave gación

Compe nsación de de ficie ncias o motivación

Test, se guimie nto

Interfaz incre me ntal

Comple jidad de la inte rfaz, núme ro de opcione s

Tare as, habilidade s, conocimie ntos de la mate ria

Usabilidad

Seguimie nto del usuario, cue stionarios

Pre se ntación adaptativa

Se le cción de medios

Conocimiento, prefe rencias, objetivos

Compe nsación de de ficiencias

Diagnóstico

Apoyo adaptativo a la navegación

Enlace s, restricción de la navegación

Conocimie ntos, e xpe rie ncias, pre ferencias

Adaptación a la zona de de sarrollo próximo*

Diagnóstico, te st

* Es la distancia entre el nivel de desarrollo efectivo del alumno (aquello que es capaz de hacer por sí solo) y el nivel de desarrollo potencial (aquello que sería capaz de hacer con la ayuda de un adulto o un compañero más capaz)

2.6. Sistemas de tutorización inteligente Este tipo de sistemas se denomina en inglés Intelligent Tutoring System (ITS). Un ITS es un sistema informático que proporciona formación personalizada y adaptada a cada alumno sin la necesidad de la intervención de una persona.

Para ello es necesario usar sistemas de inteligencia artificial, también llamados sistemas expertos, que simulen la toma de decisiones de un tutor humano.

Un ITS se compone de los siguientes módulos: Interfaz: proporciona al estudiante una herramienta para interactuar con el sistema. En caso de las aplicaciones web o de escritorio es una interfaz gráfica, que puede incluir texto, imágenes, sonido, vídeo, animaciones y simulaciones.

Módulo experto: también llamado modelo del dominio, es el software que contiene una base de datos de los posibles resultados que determinan el conocimiento de una materia. Por ejemplo, en un problema de matemáticas, el módulo experto contiene una lista de los posibles errores que el estudiante puede cometer al resolver un problema, así como la lista de las actividades que debe seguir hasta corregir esos errores y llegar al resultado correcto.

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Módulo de usuario: es el software que contiene la descripción de los comportamientos del estudiante, sus aciertos, sus errores, los conocimientos que posee y los que le faltan. Un estudiante puede cometer el mismo error en una operación porque, por ejemplo, no conoce todavía cómo hacerla.

Módulo de tutor: es el software que detecta la disparidad entre el comportamiento del estudiante y los resultados esperados, tomando las medidas necesarias para corregirla, por ejemplo, dando pistas al estudiante para solucionar un problema, o repitiendo problemas más simples hasta que los resuelva adecuadamente.

En definitiva, la experiencia del estudiante está controlada y condicionada por las decisiones del sistema experto. Este sistema ha sido ampliamente usado en EEUU con la aplicación Adaptive Math de Carnegie Learning para aprender matemáticas, un tutor cognitivo que forma un perfil cognitivo del estudiante, y que ha conseguido mejorar los resultados en los test estándar en numerosos centros de estudio.

Aplicación Adaptive Math de Carnegie Learning Fuente: Carnegie Learning

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2.7. Sistemas educativos adaptativos hipermedia El formato hipertexto, y de modo más amplio, hipermedia, es la forma en la que una gran parte de las sociedad consume información. Cada elemento informativo puede estar enlazado a otros elementos informativos, formando una intrincada red de enlaces que presenta la información de modo no lineal y que crece en todas direcciones.

Es el modelo en el que se basa la web.

Uno de los problemas del uso de hipermedia es el síndrome de “perdidos en el hiperespacio”. El usuario, en este caso el estudiante, tiene demasiadas posibilidades donde elegir. Demasiados enlaces, demasiada información, y no puede distinguir cuál es la más relevante para él. Los sistemas hipermedia adaptativos “aprenden”

sobre

las

características

del

usuario

y

responden

ofreciendo

recomendaciones.

Los sistemas adaptativos educativos hipermedia se diferencian de los sistemas de tutorización inteligente en que no se ofrecen como una aplicación de escritorio cerrada, sino como una interfaz para acceder a una información enlazada mucho más grande. Además, es el propio estudiante quien toma las decisiones sobre el contenido eligiendo entre las recomendaciones que le ofrece el sistema.

Los sistemas hipermedia constan en general de tres componentes: Dominio: contiene los conceptos que forman la base del sistema. Cada concepto tiene asociado un conjunto de temas. Los temas representan elementos individuales de conocimiento, y están unidos entre sí formando una red semántica.

Modelo de usuario: es el perfil personal del estudiante, que contiene sus datos identificativos, su perfil cognitivo (preferencias, objetivos) y un perfil de sus conocimientos y resultados.

Módulo de adaptación: es el módulo encargado de proporcionar información al usuario basándose en sus preferencias. Por ejemplo, se puede presentar una parte del contenido a determinados estudiantes y a otros no.

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Modelo de sistema hipermedia Fuente: Departement Computerwetenschappen, Katholieke Universiteit Leuven

Un ejemplo de uso de estos sistemas, aunque no directamente relacionado con la educación, es el sitio web StumbleUpon.com. En este sitio los estudiantes se registran e indican al sistema cuáles son sus intereses: deportes, arte, política, ciencia, etc. El sistema sugiere al usuario sitios web que le pueden resultar interesantes. Para determinar la relevancia el sistema combina las preferencias establecidas por el usuario y los contenidos más valorados por otros usuarios con las mismas preferencias.

Otro sistema adaptativo mucho más elaborado es el que utiliza el comercio online Amazon. El sistema registra los productos que examinan los usuarios, sus compras y su actividad comentando libros, música u otros objetos. Cuando el usuario se decide a comprar, por ejemplo, un libro, el sistema ofrece recomendaciones de otros libros que también pueden interesarle.

Ya en el ámbito educativo, la universidad de Leuven desarrolló un curso experimental basándose en un sistema hipermedia adaptativo. En el curso se explicaban conceptos básicos sobre la digitalización de imágenes.

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Lo + recomendado No dejes de ver…

Developmental Math Redesign Resultados

obtenidos

en

una

ciudad

de

Tennessee usando Math Cognitive Tutor de Carnegie Learning.

El documento está disponible en el aula virtual y en la siguiente dirección web: http://www.youtube.com/watch?v=1eiXijExu2g

TEMA 2 – Lo + recomendado

Diseño y desarrollo de sistemas y redes adaptativos y colaborativos

+ Información A fondo Overview of Existing Adaptive Hypermedia e-Learning Systems Un listado de los sistemas de e-learning en funcionamiento basados en Hipermedia adaptativa.

El documento está disponible en el aula virtual y en la siguiente dirección web: http://www.tomaskubes.net/eat/download/kubesoverview_of_existing_adaptive_hypermedia_e-learning_systems.pdf

Modeling Adaptive Educational Methods with IMS Learning Design En este artículo de Marcus Specht y Daniel Burgos se muestra en detalle cómo se configuran los sistemas LMS para el aprendizaje adaptativo.

El documento está disponible en el aula virtual y en la siguiente dirección web: http://jime.open.ac.uk/article/2007-8/325

Webgrafía Adaptive Web-Based Learning Environments Un completo artículo sobre los diferentes tipos de entornos adaptativos, con ejemplos.

http://www.usability.gov/articles/012010news.html

TEMA 2 – + Información

Diseño y desarrollo de sistemas y redes adaptativos y colaborativos

Sistema de aprendizaje adaptativo para la educación médica Artículo que describe el desarrollo de un sistema de aprendizaje adaptativo para la formación de médicos. http://www.medigraphic.com/pdfs/h-gea/gg-2006/gg061h.pdf

Adaptive Learning System Based on WEB Una descripción muy completa de los sistemas adaptativos con diagramas, por el Institute of Modern Educational Technology of Beijing Normal University, China. http://www.etc.edu.cn/lab/group/ysq/AdaptiveLearningSystemBasedonWWW(accepe d).htm

Concepts and documents for adaptive educational hypermedia: a model and a prototype El artículo que describe el sistema de hipermedia daptativo desarrollado en la universidad de Leuven http://wwwis.win.tue.nl/ah98/Pilar/Pilar.html

Carnegie Learning Sitio web de Carnegie Learning, la empresa responsable del desarrollo de Cognitive Tutor. http://www.carnegielearning.com/

TEMA 2 – + Información

Diseño y desarrollo de sistemas y redes adaptativos y colaborativos

Actividades Práctica: Bridge to Algebra Fraction Arithmetic Como primera parte de esta práctica se descargará el programa de demostración Bridge to Algebra Fraction Arithmetic de Carnegie Learning Adaptive Math Software. Para ejecutar este programa es necesario tener instalado Java en el ordenador. http://www.carnegielearning.com/demos/

A continuación se completará la lección y un mínimo de dos problemas (se trata de problemas sencillos de suma de fracciones).

TEMA 2 – Actividades

Diseño y desarrollo de sistemas y redes adaptativos y colaborativos

En la esquina superior derecha de la ventana se encuentra el botón Skillometer, una representación gráfica de las habilidades que se enseñan en este módulo. En este caso las habilidades son: Hallar diferencia a partir de explicación simbólica Hallar diferencia a partir de explicación verbal del problema Hallar suma a partir de explicación simbólica Hallar suma a partir de explicación verbal del problema Identificar fracción como no simplificada Identificar fracción como simplificada Identificador al denominador común de dos fracciones Escribir fracción con el mínimo común denominador Escribir fracción en la forma más simplificada Hacer una captura de pantalla del nivel obtenido en cada habilidad.

A continuación cerramos el programa y vamos a modelar nuestro propio sistema adaptativo. Emplearemos la adaptación de la secuencia de aprendizaje, en este caso, el orden de los problemas que plantearemos.

Tomaremos como ejemplo otro problema algebraico sencillo, las ecuaciones de primer grado de la forma: x + 5 = 10 El estudiante tendrá que ejecutar dos pasos para resolver el problema: Despejar la x y escribir la ecuación resultante: x = 10 - 5 Hallar el valor de x: x = 5 Hacer una descripción de las habilidades que se aprenderán, asignándoles un número.

Por ejemplo: Hallar solución con valores negativos Despejar la x con valores negativos etc.

TEMA 2 – Actividades

Diseño y desarrollo de sistemas y redes adaptativos y colaborativos

A continuación escribir cinco problemas diferentes del mismo estilo, con grado creciente de dificultad, y con la aplicación de diferentes habilidades en cada uno.

Escribir una ficha de cada problema en el que se vea: Grado de dificultad general medido de uno a 10 Habilidades que demuestra realizar el paso uno correctamente Habilidades que demuestra realizar el paso dos correctamente Por último, realizar un diagrama de flujo de la secuencia que siga un estudiante que realice el problema número uno, en el caso de acertar todos los pasos, y en el caso de fallar en uno de ellos, ofreciendo ayudas en forma de pistas. En cada caso, el diagrama de flujo pasará a recomendar el siguiente problema teniendo en cuenta el resultado anterior. Completar el diagrama con todos los casos posibles.

TEMA 2 – Actividades

Diseño y desarrollo de sistemas y redes adaptativos y colaborativos

Test 1. En un bucle de control (feedback loop) la realimentación es negativa si: A. El valor de la salida baja.

B. El valor de la entrada sube.

C. Si cuando sube el valor de salida, el sensor hace que la entrada baje.

D. Si cuando baja el valor de salida, el sensor hace que la entrada baje.

2. En un sistema adaptativo la información que recibe el usuario depende de: A. El contenido almacenado en el sistema.

B. El perfil cognitivo del usuario.

C. La actividad y resultados del usuario.

D. Todos los anteriores.

3. En los sistemas adaptativos macro se proporciona al estudiante formación adaptada dependiendo de sus habilidades previas: A. Verdadero.

B. Falso, no se tienen en cuenta sus habilidades.

C. Falso, la información no se adapta.

4. Según los resultados de las pruebas, los estudiantes con menos conocimientos obtienen mejores resultados en los sistemas de interacción aptitud-tratamiento cuando: A. Tienen independencia total para elegir su formación.

B. Tienen un control parcial dentro de la actividad.

C. Pueden controlar solo el ritmo de aprendizaje.

D. Ninguna de las anteriores.

5. El sistema micro adaptativo consta de dos procesos: A. Cognitivo y constructivo.

B. Diagnóstico y prescriptivo.

C. Anterior y posterior.

D. Descriptivo y analítico.

TEMA 2 – Test

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6. Las siglas ITS significan: A. Immersive Teaching System.

B. Intelligent Tutoring System.

C. Independent Testing System.

D. Interface Tested School.

7. En un ITS el módulo de tutor tiene la función de: A. Almacenar la descripción del perfil y los comportamientos de usuario.

B. Permitir al usuario interactuar con el sistema.

C. Detectar la disparidad entre el comportamiento del usuario y los resultados esperados, tomando las medidas para corregirla.

D. Almacena los resultados que determinan el conocimiento de una materia.

8. El síndrome "perdidos en el hiperespacio" quiere decir: A. Que el usuario no sabe encender el ordenador.

B. Que el usuario tiene demasiados enlaces donde elegir.

C. Que el usuario ha llegado a una página sin enlaces.

D. Que el usuario no puede volver a la página anterior.

9. En un sistema adaptativo educativo hipermedia el dominio es: A. El perfil del estudiante.

B. El modulo que contiene los conceptos y los temas.

C. El módulo encargado de dar al usuario la información que ha elegido.

D. El módulo encargado de sugerir al usuario la información basada en sus preferencias.

TEMA 2 – Test