La plataforma EDUCAGENT: agentes conversacionales inteligentes y entornos virtuales aplicados a la docencia

El desarrollo de la Web 2.0 y el gran interés alcanzado por las redes sociales ha posibilitado la introducción de un gran número de aplicaciones y entornos educativos que posibilitan nuevas formas de comunicación e interacción entre sus usuarios. En este contexto, los mundos virtuales y los agentes conversacionales facilitan la creación de entornos educativos que intensifican la percepción entre sus usuarios y que proporcionan una comunicación más natural y adaptada a las características y preferencias específicas de cada usuario. En este artículo describimos un sistema multiagente desarrollado para el apoyo a la docencia y el aprendizaje autónomo de los alumnos. A través del sistema, se presenta a los alumnos casos y problemas que deben resolver, y que posibilitan además la autoevaluación de su aprendizaje, especialmente en iniciativas de tele-educación y realización de cursos on-line. La plataforma EducAgent se ha desarrollado en la Universidad Carlos III de Madrid dentro de la Convocatoria de Apoyo a Experiencias de Innovación e Internacionalización Docente. El objetivo principal del proyecto es la creación de un espacio virtual innovador basado en los postulados del Espacio Europeo de Educación Superior, que haga de las asignaturas y cursos on-line un espacio más flexible, participativo y atractivoWith the development of so-called Web 2.0 and the great interest and extension that social networks have now reached, a large number of e-learning environments and applications that originate new forms of communication and interaction among users have been quickly introduced. Within this framework, virtual worlds and conversational agents facilitate the creation of educative applications that intensify the perception between their users and provide a more natural communication adapted to the characteristics and specific preferences of each user. In this paper, we describe a multi-agent system developed for teaching support and student’s self-learning. The main objective of the EducAgent platform is the creation of an innovative virtual space following the principles of the European Higher Education Area to make subjects and e-learning initiatives to become a more flexible, participatory and attractive space. One of the most important characteristics of the developed platform is to facilitate a more natural interaction between the system and students by means of conversational agents. We describe the main features of the EducAgent platform and its application in the new European Computer Science Degree at the Carlos III University of Madrid.Trabajo llevado a cabo dentro de la 9ª Convocatoria de Apoyo a Experiencias de Innovación e Internacionalización Docente de la Universidad Carlos III de Madrid y financiado parcialmente por los Proyectos CICYT TIN2008-06742-C02-02/TSI, CICYT TEC2008- 06732-C02-02/TEC, CAM CONTEXTS (S2009/TIC-1485) y DPS2008-07029-C02-02.Publicad

Sequencing of learning activities oriented towards reuse and auto-organization for intelligent tutoring systems

Three have been the main contributions of this thesis. First, a platform for the deployment of Intelligent Tutoring Systems (ITS) with a modular architecture has been designed. This platform, called SIT, focuses on the adaptation of the sequencing of learning content, not adaptation of the content itself. This separation permits specialization of pedagogical experts and encourages reuse of learning resources. Second, a tool for the adaptation of the sequencing of learning units has been presented: Sequencing Graphs. It is a specialization of the finite automata paradigm, adapted for the specific needs of learning. Sequencing graphs focus on reuse, both of learning units and of adaptive sequencings definitions. They are hierarchical to prevent scalability problems. Two ITS have developed using sequencing graphs for SIT. Experimental results support the hypothesis that sequencing adaptation has a good influence on learning and that Sequencing Graphs are a useful tool to achieve this objective. Finally, the thesis analyzes the current initiatives in the emerging field of swarm intelligence techniques in education. Apart of the theoretical overview, three results are presented: an experimental study performed on the Paraschool system, a system of pedagogical alarms based on learning pheromones on the same system, and a swarm paths information module for SIT. This module synthesizes the best results from swarm-based adaptation sequencing and collaborative filtering for providing an additional level of adaptation to the content sequencing in SI

ARPREM : Autoria de Regras de Produção para Remediação de Erros com Múltiplas Representações Externas

Orientador : Prof. Dr. Andrey Ricardo PimentelDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Informática. Defesa: Curitiba, 18/11/2015Inclui referências : f. 96-101Resumo: A utilização de Múltiplas Representações Externas em Sistemas Tutores Inteligentes, com a finalidade de elucidar conceitos do domínio a serem estudados pelo aluno, vem sendo explorada em vários estudos. Além disso, verificou-se que se aplicadas corretamente em quaisquer domínios estudados, as Múltiplas Representações Externas podem ser úteis no apoio ao aprendizado, em especial como itens importantes para remediar possíveis erros dos alunos durante o processo de resolução dos exercícios. Apoiados a esta motivação, alguns estudos abordam a relação entre as funções das Múltiplas Representações Externas e os tipos de erros cometidos pelo aluno, mediante uma classificação entre estes dois conceitos que possibilite a seleção das Múltiplas Representações Externas que melhor contribuam para a remediação do erro. É comum ferramentas de autoria para sistemas tutores inteligentes que sejam projetadas cuidadosamente, pois interferem em vários aspectos do resultado final, tais como a eficácia do sistema em passar o conhecimento, a autonomia de interferência do autor e do aluno, o nível de conhecimento do autor e o tempo de projeto do sistema. Múltiplas Representações Externas aliadas a uma arquitetura funcionalista de remediação de erros matemáticos juntamente com teorias cognitivas conceituadas, é proposta neste trabalho uma ferramenta de autoria das regras de produção integrada a esta arquitetura, de uma forma natural para professores sem conhecimento de programação. Após a contextualização da arquitetura, é apresentado um estudo de caso com uma simulação de autoria de um exercício e simulações de interações de estudantes, além de avaliar se as saídas esperadas das regras de produção são compatíveis com a autoria simulada.Abstract: The use of multiple external representations in intelligent tutoring systems, in order to elucidate domain concepts to be studied by the student, has been explored in several studies. In addition it was found that, if properly applied in any studied domains, the multiple external representations can be useful in supporting the learning, especially as important items to remedy possible errors of the students during the process of solving exercises. Relying on this motivation, some studies address the relationship between the functions of multiple external representations and the types of errors made by the learner through a rating between these two concepts that enables the selection of best multiple external representations that contribute to the error remediation. Authoring tools for intelligent tutoring systems should be designed carefully by interfering in various aspects of the final result, like system efficiency in transmitting knowledge, the author interference autonomy and learner, author knowledge level and design time of system. Multiple External Representations allied to a functionalist architecture mathematical errors remediation along with reputable cognitive theories, this work proposes an authoring tool of integrated production rules to this architecture, in a natural form to non-programmers. After the context of this architecture, a case study with a simulation of an exercise authoring and simulations of student interactions is showed, in order to evaluate whether the expected outputs of the production rules are compatible with the simulated authoring

Simulador Web de Resonancia Magnética como Herramienta Educativa: Diseño, Desarrollo y Evaluación

La imagen por resonancia magnética (MRI) es una modalidad médica con una gran popularidad. Esto se debe a varias causas, tales como la consecución de imágenes de gran contraste en tejidos blandos, el hecho de que utiliza radiación no ionizante y su alta versatilidad, ya que puede dar lugar a muy diversos contrastes mediante el ajuste adecuado de parámetros. Esto hace que la resonancia magnética sea una modalidad compleja y, en consecuencia, el proceso de aprendizaje de los técnicos de imagen para el radiodiagnóstico también lo es. En respuesta a tal complejidad, esta tesis se centra en el diseño, desarrollo y evaluación de un simulador web de resonancia magnética que sirve tanto para el aprendizaje de conceptos teóricos sobre resonancia magnética como para la capacitación en la adquisición de esta modalidad. Para su desarrollo se hace uso de ingeniería del software, donde se establecen los pasos que deben llevarse a cabo en una implementación de este carácter. Específicamente, se reúne a un grupo de expertos para recopilar el conjunto de requisitos que debe cumplir esta herramienta y que serán claves para su desempeño. Además, se ha incorporado un sistema de tutoría inteligente (ITS) a esta herramienta. Hasta donde conocemos, ésta es la primera vez que se integra un ITS en un simulador de resonancia magnética. El simulador ha sido evaluado a través de tres experiencias educativas, donde se ha medido tanto la experiencia del usuario como el valor educativo real de la herramienta. Esta última medición se llevó a cabo durante la realización de un experiencia real en una clase y que tuvo una duración de un día. En términos de la experiencia del usuario, nuestros resultados evolucionaron positivamente durante las evaluaciones del simulador. En particular, esta característica mejoró notablemente con la incorporación de un ITS. Los comentarios de los usuarios respaldaron las mediciones cuantitativas obtenidas. Los resultados de la experiencia en el aula mostraron diferencias estadísticas significativas a favor de los participantes que usaron el simulador, tanto en el tamaño del efecto como en las pruebas inferenciales. No somos conscientes de publicación científica alguna en la que se haya descrito la medición del valor educativo real de un simulador de resonancia magnética.Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones e Ingeniería TelemáticaDoctorado en Tecnologías de la Información y las Telecomunicacione

Estudio comparativo del funcionamiento de sistemas tutores inteligentes orientados a la enseñanza de los fundamentos de control automático

En este trabajo se presenta un estudio comparativo de diferentes aspectos relacionados con el funcionamiento de varios tipos de sistemas tutores inteligentes orientados a la enseñanza de los fundamentos de control automático. Se realiza un análisis comparativo de la capacidad de modelamiento, que varias técnicas de modelamiento del conocimiento para sistemas tutores inteligentes presentan al tratar de modelar el conocimiento típico que se imparte en las clases de fundamentos de control automático. Se seleccionan dos de las técnicas analizadas y se realiza el diseño y la implementación de diferentes sistemas tutores inteligentes utilizando las técnicas seleccionadas. Se presentan varias consideraciones de diseño y se hace la comparación de las herramientas de autor utilizadas para construir los sistemas tutores inteligentes. Finalmente se hace un estudio de evaluación basado en una prueba piloto con estudiantes que permite evidenciar que la mayoría de las decisiones de diseño tomadas, permitieron crear sistemas tutores inteligentes que son bien valorados por los estudiantes en términos de usabilidad, calidad y motivación.Abstract. This document presents a comparative study on different aspects of the performancefor various types of intelligent tutoring systems orientedto teaching the basics of automatic control. A comparative analysis of the modelingability of several knowledge modeling techniques for intelligent tutoring systems is presented. Two of the techniques are selected and the design and implementation of intelligent tutoring different systems is accomplished using the techniques selected. Several design considerations are presented and a comparison of the authoring tools used to build the intelligent tutoring systems is also made. Finally an evaluation study based on a pilot test with students, demonstrates that most design decisions taken, helped the creation of intelligent tutoring systems that are highly rated by students in terms of usability, quality and motivation.Maestrí

An approach to the visualization of adaptive hypermedia structures and other small-world networks based on hierarchically Clustered Graphs

Tesis doctoral inédita. Universidad Autónoma de Madrid, Escuela Politécnica Superior, julio de 200

Estudio bibliográfico de sistemas educativos en el ámbito de la inteligencia artificial

Este informe trata de reunir en un documento la revisión bibliográfica realizada como base necesaria para el desarrollo de una tesis doctoral sobre las interacciones entre profesores y alumnos en las sesiones tradicionales de aprendizaje. Nuestra investigación se enmarca en los trabajos del grupo GALAN de la Facultad de Informática de San Sebastián de la UPV-EHU, que se dedica desde sus comienzos al desarrollo de herramientas educativas flexibles dotadas de comportamiento inteligente. En este informe presentamos un estudio bibliográfico de sistemas educativos en el ámbito de la inteligencia artificial. En particular se centra en los siguientes aspectos: tutores inteligentes, sistemas educativos para la web y herramientas de ayuda al profesor. Además se incluye una revisión del modelado de usuario y un estudio de técnicas para el análisis de datos

Modelo para la generación de cursos virtuales usando tecnologías de la web semántica para sistemas de gestión de aprendizaje

La oferta de educación virtual crece rápidamente y a su vez el uso de entornos virtuales de aprendizaje (VLE). La mayoría de docentes explotan muy limitadamente los VLEs, debido a su conocimiento limitado de pedagogías y de las teorías de diseño instruccional. La revisión de la literatura analizada, dio como resultado que pocos modelos de diseño instruccional han incluido el uso de las tecnologías de la web semántica para sus soluciones educativas. Sin embargo, aquellos trabajos que toman en cuenta dichas tecnologías, se enfocan más en el contenido específico del diseño de curso y otros trabajos asumen que el docente debería conocer acerca de diseño instruccional. Esto permitió notar, que no se toma en cuenta aspectos como: el enfoque pedagógico, es decir las teorías de aprendizaje y/o de diseño instruccional, el contexto del curso y la secuencia de actividades. Adicionalmente, ninguno de los trabajos considera la integración a un VLE. Se identifica los factores que influyen en el modelado del proceso de creación de contenido educativo en cursos online para entornos LMS tradicionales, y se propone un Modelo para el proceso de construcción de cursos virtuales utilizando tecnologías de le web semántica como RDF, OWL, SWRL, SPARQL para sistemas de gestión de aprendizaje. Este modelo permite producir en forma estructurada, organizada y pedagógicamente asistida, las plantillas de cursos virtuales. Para plasmar el modelo se plantea una arquitectura que permite desarrollar módulos de creación de plantillas de cursos en el sistema de gestión de aprendizaje Moodle. Se acompaña de la descripción del desarrollo de los diferentes módulos de creación de cursos virtuales mediante la metodología SCRUM. Para validar el modelo propuesto se plantean dos estudios: el primero aplicado en docentes universitarios respecto a cuatro aspectos analizados: facilidad de uso, soporte pedagógico, satisfacción y tiempo; se observó que existe una diferencia significativa a favor de la construcción de cursos virtuales en un LMS en donde se incorpora el modelo propuesto. En el segundo estudio, aplicado en estudiantes universitarios, se observó que, en el aspecto de la facilidad de uso, sí existe una diferencia significativa a favor del uso del aula virtual usada por los estudiantes y que fue creada por un docente con el módulo que incorpora el modelo propuesto. Se afirma entonces que el modelo planteado ofrece mejoras con respecto al proceso de creación de aulas virtuales tradicional que se incorpora en un LMS.Abstract: The virtual education offer grows rapidly and, in turn, the use of virtual environment of learning (VLE). Most teachers exploit in a very limited way the VLEs due to the limited knowledge of the of pedagogy and instructional design theories. The analyzed systematic review of literature resulted in the fact that few models of instructional design have included the use of semantic web technologies for their educational solutions. However, those works that take into account such technologies focus more on the specific content of course design and other works assume that the teacher should know about the instructional design. This permitted to note that aspects such as the pedagogic focus (i.e., the learning theories and instructional design theories), the course context and the activity sequence are not considered. Additionally, no work considers the integration to a VLE. Factors influencing on the modelling of the creation process of educational content in online courses for traditional LMS environment are identified, and a Model for the construction process of virtual courses is proposed, using semantic web technologies such as RDF, OWL, SWRL, and SPARQL for learning management systems. This model can produce in a structured, organized and pedagogically-assisted way, the designs of virtual courses templates. To put into practice the model, an architecture allowing to develop modules of design creation of courses in the Moodle learning management system is stated. Included there is the description of the development of the different virtual course creation modules through SCRUM methodology. To validate the proposed model, two studies are stated: the first one is applied to university teachers as to four analyzed aspects: usability, pedagogic support, satisfaction and time. It is observed that there is a significant difference in favor of the construction of virtual courses in a LMS where the proposed model is incorporated. In the second study is applied to university students, it was observed that in the aspect of usability, there is a significant difference in favor of the use of the virtual classroom used by students, which was created by a teacher with a module incorporating the proposed model. It is, therefore, affirmed that the proposed model offers improvements as to the traditional creation process of virtual classrooms incorporated into an LMS.Doctorad

Language Learning Tasks and Automatic Analysis of Learner Language: Connecting FLTL and NLP design of ICALL materials supporting use in real-life instruction

This thesis studies the application of Natural Language Processing to Foreign Language Teaching and Learning, within the research area of Intelligent Computer- Assisted Language Learning (ICALL). In particular, we investigate the design, the implementation, and the use of ICALL materials to provide learners of foreign languages, particularly English, with automated feedback. We argue that the successful integration of ICALL materials demands a design process considering both pedagogical and computational requirements as equally important. Our investigation pursues two goals. The first one is to integrate into task design insights from Second Language Acquisition and Foreign Language Teaching and Learning with insights from computational linguistic modelling. The second goal is to facilitate the integration of ICALL materials in real-world instruction settings, as opposed to research or lab-oriented instruction settings, by empowering teachers with the methodology and the technology to autonomously author such materials. To achieve the first goal, we propose an ICALL material design process that combines basic principles of Task-Based Language Instruction and Task-Based Test Design with the specification requirements of Natural Language Processing. The relation between pedagogical and computational requirements is elucidated by exploring (i) the formal features of foreign language learning activities, (ii) the complexity and variability of learner language, and (iii) the feasibility of applying computational techniques for the automatic analysis and evaluation of learner responses. To achieve the second goal, we propose an automatic feedback generation strategy that enables teachers to customise the computational resources required to automatically correct ICALL activities without the need for programming skills. This proposal is instantiated and evaluated in real world-instruction settings involving teachers and learners in secondary education. Our work contributes methodologically and empirically to the ICALL field, with a novel approach to the design of materials that highlights the cross-disciplinary and iterative nature of the task. Our findings reveal the strength of characterising tasks both from the perspective of Foreign Language Teaching and Learning and from the perspective of Computational Linguistics as a means to clarify the nature of learning activities. Such a characterisation allows us to identify ICALL materials which are both pedagogically meaningful and computationally feasible. Our results show that teachers can characterise, author and employ ICALL mate- rials as part of their instruction programme, and that the underlying computational machinery can provide the required automatic processing with sufficient efficiency. The authoring tool and the accompanying methodology become a crucial instrument for ICALL research and practice: Teachers are able to design activities for their students to carry out without relying on an expert in Natural Language Processing. Last but not least, our results show that teachers are value the experience very positively as means to engage in technology integration, but also as a means to better apprehend the nature of their instruction task. Moreover, our results show that learners are motivated by the opportunity of using a technology that enhances their learning experience