Trabalho de projeto de mestrado, Engenharia Informática (Arquitetura, Sistemas e Redes de Computadores) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2018As plataformas de e-learning como o Moodle são sistemas online que permitema criação de unidades curriculares para armazenar e mostrar uma vasta quantidadede material que auxilia no período de aprendizagem e criar uma ponte de interaçãoentre os alunos e o professor. Alunos que previamente não tinham possibilidade deaprenderem, com estes recursos têm a possibilidade de entrar em cursos e aprenderconteúdos novos sem a presença física em aulas. Estes benefícios levam a que umaquantidade sempre crescente de estudantes adquira interesse em cursos online. Contudo,estes modelos de aprendizagem dependem de uma quantidade significativa deinformação que tem de estar na página da unidade curricular. A quantidade de informaçãocombinada com a possível baixa frequência de acesso à página da unidade curricular pode sobrecarregar um aluno.Com o número de alunos inscritos a aumentar e tendência de substituir actividadespresenciais com versões presentes online, torna a capacidade de um professorsupervisionar e aconselhar todos os alunos cada vez mais difícil, o que leva a quealunos se possam sentir sozinhos e sem acompanhamento, criando situações em queo seu desempenho é inferior ao desejado ou que, no limite, desistem.Este trabalho insere-se no projeto de investigação “TUTORIA VIRTUAL – otutor virtual artefacto mediador de aprendizagem no ensino superior online”, financiadopela FCT, com referência PTDC/IVC-PEC/3963/2014 que envolve investigadoresde 3 instituições: a Universidade Aberta de Lisboa, o Instituto SuperiorTécnico de Lisboa e a Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa.Neste trabalho desenvolveu-se uma solução tecnológica na forma de uma aplicaçãoWebGL com um tutor virtual antropomórfico implementada na plataformaMoodle que fornece suporte síncrono ao aluno como complemento a experiência deaprendizagem. A aplicação designada Virtual tutor application, tem como objectivocriar uma relação de empatia com cada aluno que a utiliza durante o períodode duração do curso usando texto e expressões faciais do avatar, motivando-o ater um melhor desempenho e a não desistir. A aplicação foi desenvolvida usandoa plataforma Unity e envolve dois componentes, o componente de interface com onome InterfaceManager (desenvolvido no contexto de outra tese) e o componentede aquisição e organização de dados, WebManager, que é descrito nesta tese. Também foi desenvolvido neste projeto, uma aplicação Android que recorre aavatares cujo objectivo é realizar tarefas de acompanhamento e aconselhamento aolongo da experiência de aprendizagem do aluno em todas as unidades curriculares, ocomponente descrito nesta tese embora não esteja ainda integrado nesta aplicação,possui a capacidade de distinguir a plataforma (móvel ou WebGl) e operar da formadesejada, no caso da aplicação Android requisitar informação sobre todas as unidadescurriculares e na aplicação localizada no Moodle requisitar a unidade curricular combase no identificador fornecido.O componente WebManager foi desenvolvido na forma de um plugin que podeser incorporado em qualquer aplicação Unity com relativa facilidade e possui a capacidadede comunicar com o Moodle e uma base de dados externa através de pedidosweb. Deste modo é possível adquirir e guardar informação sobre o aluno e a unidadecurricular crucial para a interação com o aluno.A aquisição desta informação permite que o componente InterfaceManager tenha a capacidade de mostrar ao aluno informações sobre a estrutura da unidade curricular e os seus componentes, sobre as novidades na página desde o seu último acesso sem que o aluno seja sujeito a navegar a vasta informação disposta na página daunidade curricular e apresentar conselhos e indicações com base no estado do alunona unidade curricular, este estado é calculado com base no desempenho acadêmicona unidade curricular, assiduidade na página e as interações na mesma, que, no casode um curso online funciona como uma turma virtual. A expressão de conselhos eindicações é feito com base em frases criadas com o auxílio da equipa pedagógica daUniversidade Aberta baseadas na atividade do aluno com o propósito de melhorar a experiência de aprendizagem na duração do curso. O plugin é capaz de adquirir informação relativa à unidade curricular e ao aluno através do uso de serviços web nativos à plataforma Moodle e a serviços web desenvolvidos no contexto desta tese localizados no servidor que contém a base de dados externa, os serviços web desenvolvidos extraem informação de uma combinação de tabelas da base de dados externa que contém uma réplica da tabela de logs do servidor Moodle. A informação requisitada pelo plugin envolve, mas não está limitado a: notas do aluno, que materiais acedeu na unidade curricular, quantos dias já acedeu a unidade curricular ou quantos posts já fez sem a necessidade de criação de componentes adicionais no Moodle. O uso de serviços web existentes no Moodle permite o uso do plugin com versões base do Moodle desde que sejam versões iguais ou superiores a presente no projeto devido a existência dos serviços web está dependente da versão. A comunicação com a base de dados externa é realizada recorrendo ao uso de serviços web contidos em ficheiros php para oferecer um intermediário capaz deinterpretar as variáveis fornecidas pela aplicação e fornecer informação com base nessas variáveis, estes ficheiros removem a necessidade de fornecer informação sensível ao servidor como credenciais para aceder à base de dados e permitem a adição de passos para filtrar e autenticar as variáveis como medidas de segurança. Complementando o Webmanager, uma aplicação Back Office foi desenvolvida em Unity que permite ao professor da unidade curricular definir e guardar parâmetros na base de dados externa, esses parâmetros são depois adquiridos pelo componente WebManager e usados como base dos cálculos de avaliação do estado do aluno que irão ajudar a parametrizar o empenho posto pelo aluno e informar o InterfaceManager das falas e informação para definir as expressões faciais que o avatar deve usar, levando a uma melhor experiência de aprendizagem dos alunos. Para garantir o funcionamento correto durante a duração de uma unidade curricular, testes de operação foram realizados pela equipa da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa em unidades curriculares criadas especificamente para o efeito na duração de dez dias com contas de alunos teste desenvolvidas para este propósito divididas entre todos os participantes. Durante este período de tempo, os participantes seguiram as ações definidas nas tabelas presentes no anexo que envolveram a entrega de componentes de avaliação e interações nos fóruns, permitindo assim verificar as possibilidades consideradas. Pela realização de testes de carga ao servidor usando uma aplicação desenvolvida em Python para identificar objectos no ecrã e contar o tempo entre ciclos, foi possível encontrar uma desvantagem associada com o uso do plugin: O tempo significativo que demora a aquisição da informação desejada do Moodle e da base de dados externa. A causa principal para a existência deste problema deve-se à quantidade de pedidos que são necessários para obter a informação e a necessidade de ordenar determinados pedidos. Este tempo está também dependente do tempo de resposta da plataforma, combinando este tempo com a organização forçada certos pedidos com a limitação da plataforma WebGL que não tem acesso a sockets para uma comunicação mais rápida impede a implementação de várias alternativas com o objectivo de melhorar o desempenho do componente. A acompanhar as limitações de desempenho do componente WebManager, a aplicação reside num bloco HTML na página da unidade curricular e a sua inicialização e operações associadas a abertura e carregamento da página. Esta associação causa restrições à aplicação como não estar acessível em páginas que não contém o referido bloco e ser inicializado sempre que a página é carregada, isto é, não é possível manter um estado facilmente adquirido sempre que muda a página forçando a aplicação a requisitar e organizar toda a informação de novo e realizar os cálculos outra vez. Testes com professores foram realizados para obter uma opinião de alguém experiente no ensino online e confortável com o uso da plataforma Moodle. Nestes testes foi explicado previamente em que consistia o projeto e foi mostrado um tutorial em vídeo, após a visualização do vídeo os professores interagiram com a aplicação numa unidade curricular de testes usando contas de utilizadores com estados de alunos diferentes. Após realizarem tarefas básicas foram convidados a responder a um questionário. Com base nos questionários realizados foi possível concluir que a maioria destes professores concordaram que as capacidades fornecidas pela aplicação, como o acesso mais rápido ao material de ensino na página da unidade curricular são uma vantajosas para o ensino. Contudo muitos afirmam que é necessário melhorar o desempenho em termos do tempo de carregamento da informação antes que se torne viável a sua utilização em unidades curriculares reais.With the ever-increasing number of students taking online courses, combined with the overbearing amount of information present that overwhelms students, a large group of students become demoralised and can, ultimately, decide to give up on the course. This work is funded by the research project “VIRTUAL TUTORING – the virtual tutor as learning mediating artefact in online university education”, reference PTDC/IVC-PEC/3963/2014 which involves researchers from three institutions: Universidade Aberta de Lisboa, the Instituto Superior Técnico de Lisboa and Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. In this thesis, we present a complement to the learning experience with the goal of accompanying the student: an application with an anthropomorphic virtual tutor( avatar) implemented in the Moodle environment that can provide synchronous support to the student, support is done in the form of text presented in the application and the facial expressions. The Virtual Tutor informs the student of changes in the course page without the need to check the vast information in the page, offer feedback to the performance of the student and create an empathy relationship over the course duration to improve the learning experience while motivating the student to continue working towards a good grade in the course. The solution involves two major components: an interface component that displays information alongside the avatar to the student and an information storage and retrieval component, by the name WebManager, that gathers information from Moodle and from an external database and provide it to the interface component. Tests with professors were made to receive the opinion of someone experienced in online teaching. A Back Office application was developed to enable a professor to define specific parameters to adapt the behaviour of the Virtual Tutor to a specific course, leading to an experience more aligned with the goals of the specific for the students
