Um Modelo de Educação Ubíqua Orientado à Consciência do Contexto do Aprendiz

181 Pages·2007·2.86 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
INSTITUTO DE INFORMÁTICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM COMPUTAÇÃO

DÉBORA NICE FERRARI BARBOSA

Um Modelo de Educação Ubíqua Orientado
à Consciência do Contexto do Aprendiz

Tese apresentada como requisito parcial para a
obtenção do grau de Doutor em Ciência da
Computação

Prof. Dr. Cláudio Fernando Resin Geyer
Orientador

Porto Alegre, março de 2007.
CIP – CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO

Barbosa, Débora Nice Ferrari

Um Modelo de Educação Ubíqua Orientado à Consciência do
Contexto do Aprendiz / Débora Nice Ferrari Barbosa – Porto
Alegre: Programa de Pós-Graduação em Computação, 2007.
181 f.:il.
Tese (doutorado) – Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

Programa de Pós-Graduação em Computação. Porto Alegre, BR –

RS, 2006. Orientador: Cláudio Fernando Resin Geyer.

1. Educação Ubíqua. 2. Consciência do Contexto do Aprendiz.
3. Computação Ubíqua. I. Geyer, Cláudio Fernando Resin. II.
Título.

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
Reitor: Prof. José Carlos Ferraz Hennemann
Vice-Reitor: Prof. Pedro Cezar Dutra Fonseca
Pró-Reitora de Pós-Graduação: Profa. Valquiria Linck Bassani
Diretor do Instituto de Informática: Prof. Flávio Rech Wagner
Coordenadora do PPGC: Profa. Luciana Porcher Nedel
Bibliotecária-Chefe do Instituto de Informática: Beatriz Regina Bastos Haro
14

Para meus cinco sentidos: Jorge, Tereza, Luna, Minti e Cozinho.
E para o sexto, que está vindo....Vencemos!
15

SUMÁRIO
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS..........................................................18
LISTA DE FIGURAS........................................................................................20
LISTA DE TABELAS.......................................................................................22
RESUMO..........................................................................................................23
ABSTRACT......................................................................................................24
1 INTRODUÇÃO ...........................................................................................14
1.1 Tema de Pesquisa.............................................................................................15
1.2 Motivação.........................................................................................................16
1.3 Problema de Pesquisa......................................................................................18
1.4 Hipótese de Trabalho.......................................................................................20
1.5 Objetivos...........................................................................................................21
1.6 Metodologia......................................................................................................22
1.7 Histórico de Inserção da Tese..........................................................................23
1.8 Organização do Texto......................................................................................24
2 EM DIREÇÃO A EDUCAÇÃO UBÍQUA.....................................................25
2.1 Aspectos Tecnológicos......................................................................................25
2.1.1 Em direção a Computação Ubíqua...................................................................25
2.1.2 Em direção a Educação Ubíqua.......................................................................29
2.2 Aspectos Pedagógicos.......................................................................................32
2.3 Elementos que Caracterizam a Educação Ubíqua..........................................34
2.4 Considerações sobre o Capítulo.......................................................................37
3 GLOBALEDU: ASPECTOS GERAIS.........................................................38
3.1 Modelo Pedagógico...........................................................................................38
3.2 Requisitos do Sistema.......................................................................................39
3.3 Representação dos Principais Elementos do GlobalEdu................................40
3.3.1 Perfil do Aprendiz...........................................................................................40
3.3.2 Conteúdo.........................................................................................................42
3.3.3 Contexto..........................................................................................................44
3.4 Arquitetura.......................................................................................................47
3.5 Modelo de Execução.........................................................................................49
3.6 Modelo de Comunicação..................................................................................51
3.7 Modelo de Adaptação.......................................................................................52
16

3.8 Considerações sobre o Capítulo.......................................................................53
4 GLOBALEDU: ASPECTOS DE MODELAGEM.........................................54
4.1 Agente Pedagógico - AP...................................................................................54
4.1.1 Arquitetura......................................................................................................55
4.2 Módulos Educacionais......................................................................................61
4.2.1 Gerencia Perfil................................................................................................62
4.2.2 Gerencia Conteúdo..........................................................................................63
4.3 Módulos de Suporte.........................................................................................65
4.3.1 Acesso.............................................................................................................65
4.3.2 Persistência.....................................................................................................66
4.3.3 Comunicação...................................................................................................66
4.4 Considerações sobre o Capítulo.......................................................................66
5 CONSCIÊNCIA DO CONTEXTO DO APRENDIZ......................................68
5.1 Contexto no GlobalEdu....................................................................................68
5.2 Usando Ontologia para Modelar Contexto.....................................................68
5.3 Representando Contexto no GlobalEdu através de Ontologia.......................69
5.3.1 Determinando o Domínio da Ontologia...........................................................69
5.3.2 Pesquisando Ontologias Existentes..................................................................69
5.3.3 Definindo Classes - Hierarquia e Propriedades................................................70
5.3.4 Determinando Instâncias.................................................................................73
5.4 Módulo Educacional Gerencia Contexto.........................................................74
5.4.1 Gerencia Metadados de Contexto Região........................................................76
5.4.2 Presença de Aprendizes no Contexto...............................................................77
5.4.3 Relaciona Aprendizes......................................................................................78
5.4.4 Relaciona Contexto Região.............................................................................79
5.4.5 Informa Contexto Social..................................................................................80
5.4.6 Gerencia Contexto Físico................................................................................81
5.5 Considerações sobre o Capítulo.......................................................................81
6 ASPECTOS DE IMPLEMENTAÇÃO E AVALIAÇÃO................................83
6.1 O Agente Pedagógico - AP...............................................................................83
6.1.1 Cognição.........................................................................................................83
6.1.2 Capacidades....................................................................................................83
6.1.3 Comunicação...................................................................................................84
6.1.4 Interface..........................................................................................................86
6.2 Módulo Educacional Gerencia Contexto.........................................................89
6.3 Módulos de Suporte.........................................................................................91
6.3.1 MS Comunicação............................................................................................91
6.3.2 MS Acesso......................................................................................................92
6.4 Aspectos de Avaliação......................................................................................92
6.4.1 GlobalEdu e ISAM..........................................................................................93
6.4.2 GlobalEdu e LOCAL.......................................................................................97
6.5 Considerações sobre o Capítulo.....................................................................100
7 TRABALHOS RELACIONADOS.............................................................102
7.1 Redes de aprendizagem..................................................................................102
7.1.1 ELENA.........................................................................................................102
7.1.2 SeLeNe.........................................................................................................103
7.1.3 Análise dos Ambientes..................................................................................104
17

7.2 Ambientes Educacionais Ubíquos..................................................................106
7.2.1 CLUE............................................................................................................106
7.2.2 CULE............................................................................................................108
7.2.3 LIP................................................................................................................109
7.2.4 Análise dos Ambientes..................................................................................110
8 CONCLUSÕES E CONTRIBUIÇÕES......................................................113
8.1 Publicações.....................................................................................................113
8.2 Conclusões......................................................................................................114
8.3 Contribuições e Limitações............................................................................116
8.4 Trabalhos Futuros..........................................................................................118
REFERÊNCIAS..............................................................................................121
ANEXO A ONTOLOGIA CONTEXTREGION...............................................133
ANEXO B ONTOLOGIA PERSONAL INFORMATION................................137
ANEXO C ONTOLOGIA PHYSICALCONTEXT...........................................140
ANEXO D BASE DE CONHECIMENTO DO AP..........................................144
ANEXO E CLASSES DO PROTÓTIPO DO AP............................................146
ANEXO F PROTÓTIPO DO ME GERENCIA CONTEXTO...........................147
ANEXO G PERFIL DE EXECUÇÃO DO GLOBALEDU NO MIDDLEWARE
GRADEP........................................................................................................148
APENDICE A ORGANIZANDO CONCEITOS..............................................150
APÊNDICE B ONTOLOGIA E REPRESENTAÇÃO DE CONTEXTO..........161
APÊNDICE C ASPECTOS DE AVALIAÇÃO DO GLOBALEDU.................166
APÊNDICE D AMBIENTES ISAM E LOCAL................................................172
APÊNDICE E ASPECTOS DE IMPLEMENTAÇÃO DO GLOBALEDU.......179
18

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
UFRGS Universidade Federal do Rio Grande do Sul
AP Agente Pedagógico
ACU Ambiente Computacional Ubíquo
ADL Advanced Distributed Learning
API Application Program Interface
AVU Ambiente Virtual do Usuário
DC Dublin Core
EaD Educação a Distância
ECA Evento-Condição-Ação
EXEHDA Environment Execution for High Distributed Applications
MobLab Laboratório de Pesquisa e Desenvolvimento em Mobilidade
GlobalEdu Global Education
GPPD Grupo de Processamento Paralelo e Distribuído
IA Inteligência Artificial
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
IMS Instructional Management System
ISAM Infra-estrutura de Suporte às Aplicações Móveis Distribuídas
LIP Learner Information Protocol
LOM Learning Object Metadata
LTSC Learning Technology Standards Committee
ME Módulo Educacional
MS Módulo de Suporte
P2P Peer-to-peer
PAPI Public and Private Information for Learners
PDA Personal Digital Assistent
RDF Resource Description Framework
SCO Sharable Content Object
SCORM Sharable Content Object Reference Model
19

SHA Sistemas de Hipermídia Adaptativa
STI Sistemas Tutores Inteligentes
W3C World Wide Web Consortium
XML eXtensible Markup Language
20

LISTA DE FIGURAS
Figura 3.1: Visão geral da arquitetura GlobalEdu........................................................47
Figura 3.2: Modelo de Execução do GlobalEdu...........................................................51
Figura 3.3: Modelo de Comunicação do GlobalEdu....................................................52
Figura 4.1: Ações do aprendiz.....................................................................................54
Figura 4.2: Arquitetura do AP.....................................................................................56
Figura 4.3: Modelo de Comunicação do AP................................................................60
Figura 4.4: Diagrama de Seqüência – Aprendiz busca outros aprendizes.....................61
Figura 4.5: Modelo de classes do AP...........................................................................61
Figura 4.6: Integração do módulo Gerencia Perfil no GlobalEdu.................................63
Figura 4.7: Interação do módulo Gerencia Conteúdo no GlobalEdu............................65
Figura 4.8: Modelo Conceitual da Camada de Sistema................................................66
Figura 5.1: Ontologia ContextRegion..........................................................................71
Figura 5.2: Ontologia Personal_Information...............................................................72
Figura 5.3: Ontologia PhysicalContext........................................................................73
Figura 5.4: Instância da classe GeographicRegion Unilasalle......................................74
Figura 5.5: Integração do módulo Gerencia Contexto no GlobalEdu...........................74
Figura 5.6: Funcionalidades do ME Gerencia Contexto...............................................75
Figura 5.7: Descrição do cenário 1..............................................................................75
Figura 5.8: Classe MyFactory de manipulação do Contexto Localização.....................76
Figura 5.9: Diagrama de Atividades: entrada na Biblioteca.........................................77
Figura 5.10: Classes de relacionamento de aprendizes.................................................78
Figura 5.11: Classe de relacionamento de aprendizes com o contexto localização.......79
Figura 5.12: Classe ContextSocialInformation.............................................................80
Figura 5.13: Conversa entre APs.................................................................................80
Figura 5.14: Contexto Físico.......................................................................................81
Figura 6.1: Classe Actions...........................................................................................83
Figura 6.2: Método sendMessage da classe CommunicationImplAP............................84
Figura 6.3: Envio de informações para a camada de sistemas......................................84
Figura 6.4: Parte do método composeMessage da classe Actions.................................85
Figura 6.5: Método readResponse da classe Actions....................................................85
Figura 6.6: parte do método processMessage da classe CommunicationImplAP..........86
Figura 6.7: Modo de visibilidade: visão PDA (à esquerda) e desktop (à direita)..........86
Figura 6.8: AP – visão PDA (à esquerda) e desktop (à direita).....................................87
Figura 6.9: Menu “Minhas informações”.....................................................................87
Figura 6.10: Edição de informações do perfil do aprendiz...........................................88
Figura 6.11: Interface de bate-papo com o aprendiz: visão PDA (à esquerda) e desktop
(à direita)................................................................................................88
Figura 6.12: Descrição do cenário 2............................................................................89
Figura 6.13: Notificação de entrada de aprendiz no contexto.......................................89
21

Figura 6.14: Entrada da aprendiz Cássia no Contexto..................................................90
Figura 6.15: Busca de informações de Contexto Região..............................................90
Figura 6.16:Gerando o contexto adaptado ao perfil do aprendiz..................................90
Figura 6.17: Método talk() para conversa via Chat entre APs......................................91
Figura 6.18: GlobalEdu e ISAM..................................................................................93
Figura 6.19: Arquivo de inicialização da aplicação......................................................94
Figura 6.20: Classe GRADEp para comunicação........................................................94
Figura 6.21: Análise das avaliações quanto às informações de contexto (ISAM).........95
Figura 6.22: Análise das avaliações quanto aos objetivos do GlobalEdu (ISAM).........97
Figura 6.23: LOCAL X GlobalEdu.............................................................................98
Figura 6.24: Análise das avaliações quanto às informações de contexto (LOCAL)......99
Figura 6.25: Análise das avaliações quanto aos objetivos do GlobalEdu (LOCAL).....99
Figura 6.26: Avaliação da adaptação à interface........................................................100
Figura 6.27: Avaliação quanto à interação com outros usuários em uma localização.100
Figura 7.1: Arquitetura do CLUE..............................................................................107
Figura 7.2: Arquitetura LIP.......................................................................................109