Agentes para formação de grupos

Embora haja praticamente um consenso sobre o potencial positivo no uso da tecnologia de computação em atividades educacionais, ainda não há uma posição comum se a ênfase deve ser colocada no apoio ao estudo individualizado ou na aprendizagem colaborativa (Dusick, 1998). Seria interessante, se possível, combinar o melhor dos dois mundos em um ambiente de aprendizado comum.

Porém, esta combinação não é facilmente atingível. Normalmente, ambientes de aprendizado colaborativos enfatizam a Comunicação Mediada por Computador (CMC), com ferramentas para integrar e-mail, bulletin boards, whiteboard e chat rooms em páginas HTML (Collins-Brown, 1999). Neste contexto, os grupos têm que ser previamente definidos.

Por outro lado, na aprendizagem individual não há uma meta uniforme, e até mesmo o conteúdo pode ser adaptado a perfis de estudantes diferentes (Sinitsa, 2000). Em tais casos, não há o conceito de uma ``classe'' trabalhando junto para atingir uma meta comum, e o tempo gasto em tópicos distintos pode variar significativamente de estudante para estudante. Não obstante, até mesmo em tal cenário de aprendizagem podem haver outros estudantes que compartilham metas comuns durante alguns períodos de tempo. Em tal cenário é valioso que estes estudantes compartilhem dúvidas, perguntas, e comentários entre eles, já que neste processo eles devem ter a oportunidade de refletir sobre o tópico sendo estudado e expressar claramente seu raciocínio. Desenvolver tais habilidades é um dos benefícios da aprendizagem colaborativa que a aprendizagem individual não apresenta.

Nesta atividade desenvolveu-se uma infra-estrutura para estabelecer dinamicamente grupos de colaboração formados por estudantes que compartilham uma meta comum de aprendizagem. Nessa infra-estrutura, os estudantes podem estabelecer um ``perfil de colaboração'' indicando as características do grupo no qual eles gostariam de participar -- o modelo para expressar este perfil é descrito na próxima seção. Também é apresentada uma arquitetura, baseada em agentes de software, que utiliza este perfil para executar funções tais como buscar potenciais parceiros para colaboração, expressando quais serviços de colaboração serão usados e monitorando atividades de aprendizagem colaborativas.

Um modelo de aprendizagem colaborativa

É bem aceito que ambientes de aprendizado on-line têm um impacto positivo na aprendizagem individual; avanços na tecnologia de computação abriram novos horizontes para os estudantes individuais tais como o acesso facilitado a fontes de informação e ferramentas de aprendizado, ambientes e serviços (Sinitsa, 2000). Por outro lado, a colaboração entre um estudante e seus pares é uma característica desejável de um ambiente de aprendizado on-line; é através da troca de dúvidas, perguntas, e comentários que o processo de aprendizagem é complementado (Wolz et al., 1997). Assim, ambientes de aprendizado on-line devem oferecer mecanismos para permitir e promover colaboração entre estudantes que tem metas comuns (Soller et al., 1998).

Do ponto de vista tecnológico, colaboração entre usuários de um ambiente de aprendizado on-line depende de duas tarefas: a definição de grupo e o estabelecimento de sessões de comunicação. Portanto, um ambiente de colaboração deve, no mínimo, fornecer as ferramentas para executar ambas as tarefas.

A definição de um grupo de estudo é uma tarefa trivial quando a negociação necessária para compor o grupo acontece off-line. Porém, em um ambiente de aprendizado on-line no qual um professor pode não estar presente, e onde o estudante ignora quem são os outros estudantes no ambiente e o que eles estão estudando, essa tarefa se torna bastante complexa.

Para dar suporte a grupos de estudo neste tipo de ambiente, propõe-se a definição de um perfil de colaboração do estudante. A adoção deste perfil permite achar colaboradores com níveis de conhecimento desejáveis e torna possível a composição de grupos com pessoas que tem interesses comuns, o que potencialmente melhora o desempenho no processo de aprendizado.

Uma vez que os grupos estão formados, a oferta de ferramentas de comunicação mediada por computador é facilmente atingível. Porém, deve ser considerado que o uso de ferramentas de comunicação entre estudantes que pertencem ao mesmo grupo não garante que eles estão participando e, mais importante, colaborando eficazmente para ter uma evolução uniforme em termos da qualidade do conhecimento adquirido. O perfil pode ser usado para manter informação sobre o grau de participação do estudante dentro do grupo, em termos de quantidade e qualidade. Com esta informação é possível monitorar atividades de aprendizagem colaborativas e participação.

O conceito mais importante do ambiente proposto utilizado para estabelecer colaboração em um ambiente de aprendizado on-line é o conceito de grupo, isto é, um conjunto dinâmico de estudantes que são reunidos para discutir sobre algum assunto, eventualmente com alguma meta estabelecida (Figura 2.19).

Figura: Ambiente de colaboração.

Um grupo tem um ciclo de vida que começa com a concepção do grupo por qualquer estudante no ambiente. Esse estudante, que se torna o coordenador de grupo, estabelece o conjunto de características desejáveis para reconhecer os potenciais parceiros para este grupo -- isto é, o perfil de grupo (Figura 2.20-a).

O perfil de grupo é composto por um conjunto (eventualmente vazio) de condições que expressam o assunto de estudo e, opcionalmente, o grau de conhecimento^2.3 exigido no assunto que os membros do grupo devem ter. Por exemplo, para começar um grupo de estudos sobre o tópico ``coleta de lixo em Java'' com parceiros que já têm um conhecimento ligeiramente acima da média em Java, um estudante poderia propor um perfil de grupo tal como ``(Java, 0.6) AND (coleta de lixo).''

A adoção de um mecanismo para procurar por colaboradores, baseado em condições conectadas por operadores AND e OR, permite ao dono do grupo determinar o grau de homogeneidade ou heterogeneidade desejado. Por exemplo, condições relacionadas por operadores OR definem um grupo no qual as habilidades dos parceiros são heterogêneas. Esta flexibilidade permite obter benefícios educacionais maiores a partir da definição de grupos heterogêneos como mostrado em Johnson & Johnson (1996), ou definir outras condições de aprendizagem nas quais homogeneidade é mais satisfatória.

O perfil de grupo é usado pelo ambiente de aprendizado colaborativo para iniciar uma busca por usuários do ambiente cujos perfis individuais satisfaçam o conjunto de condições proposto (Figura 2.20-b). O resultado desta busca é uma lista que contém os estudantes e os grupos existentes cujo perfil se enquadra dentro do perfil de grupo proposto (Figura 2.20-c). A lista resultante pode satisfazer, ou não, o usuário que iniciou o processo. Quando ele não está satisfeito com o resultado da busca é iniciado um processo de refinamento do perfil (Figura 2.20-d) que dará origem a um novo processo de busca (Figura 2.20-e). Quando o estudante recebe uma lista de parceiros potenciais que satisfaz o perfil de grupo proposto, a fase de busca termina e o ambiente começa a fase de convite (Figura 2.20-f).

Figura 2.20: O modelo de aprendizado colaborativo.

Além de habilitar a criação de grupos novos, pretende-se, em uma segunda fase desta atividade, permitir ao ambiente disponibilizar funcionalidades para monitorar as atividades e a participação dos membros de um grupo. Um uso prático para essa funcionalidade é descobrir o grau de participação individual de um estudante dentro de um grupo ou até mesmo o nível de atividade do grupo. Essa informação pode ser usada pelo estudante para, em um processo de auto-avaliação, mudar seu comportamento dentro do grupo. Outra funcionalidade a ser explorada futuramente é a definição de um monitor de conhecimento. Essa função pode ser usada para avaliar a qualidade do conhecimento alcançado pelo grupo e seus membros. Neste contexto, conhecimento deve ser tomado em um sentido mais amplo incluindo tanto os conceitos formais adquiridos em um determinado assunto, como o conhecimento sobre o processo cognitivo utilizado para adquirir esses conceitos. Essas novas funcionalidades são usadas pelo supervisor (advisor) que, em um ambiente de aprendizado, é o ator responsável pela realização de tarefas que asseguram que o grupo alcançará um conhecimento válido no assunto sendo discutido.

Uma arquitetura de agentes para propor grupos de estudo

Algumas das tarefas relacionadas à busca e ao convite de colaboradores podem muito bem ser executadas por agentes de software. Embora não haja uma definição precisa e de consenso para esse termo, Shoham (1999) resume algumas propriedades que são usualmente atribuídas a agentes de software, entre as quais incluem-se: execução contínua (a função executada por um agente pode se estender por longos períodos); autonomia (agentes dispensam controle ou supervisão humana); consciência ambiental (agentes modelam o ambiente no qual estão operando, podendo reagir a mudanças nesse ambiente); adaptatividade (agentes podem adaptar seu comportamento para se adequar às preferências e comportamento de usuários individuais); inteligência (agentes podem incorporar técnicas sofisticadas para desempenhar suas tarefas, como dedução probabiliística ou planejamento automatizado); e mobilidade (agentes podem migrar em uma rede durante sua execução).

O processo de criação de grupos pode se tornar bastante demorado, já que o usuário pode se requisitar um processo de refinamento de perfis e de procura e seleção de usuários. Isto é seguido pelo processo de convite, que inclui a espera das respostas dos convidados. A vantagem no uso de agentes é que o usuário, ao delegar parte dessas responsabilidades a um agente de software, não precisa interromper suas atividades de aprendizagem normais mais do que o estritamente necessário.

Com agentes de software, as tarefas relacionadas ao ambiente de colaboração podem ser feitas em nome do usuário, com intervenções somente em pontos muito precisos durante os processos de busca e convite. Os agentes executam a busca por entidades considerando um determinado perfil de grupo e prosseguem convidando os parceiros selecionados ou pedindo a inclusão em um grupo existente. O agente também é responsável em verificar o quanto os perfis dos usuários são adequados ao perfil de grupo especificado.

Essa atividade define uma arquitetura de agentes composta por um conjunto de agências integrado ao ambiente de aprendizado colaborativo. De fato, uma agência tem a responsabilidade de obter as especificações das metas dos usuários e executar as ações necessárias para cumprir estas metas. Eventualmente a agência delega algumas tarefas a outros agentes que a ajudarão na execução de suas tarefas.

Nessa arquitetura de agentes (Figura 2.21), cada usuário do ambiente de colaboração tem uma agência associada. A agência é responsável pelo recebimento de pedidos e pelo envio de respostas de e para seu dono. Os atores devem indicar algum tipo de meta para a agência. É decisão da agência criar um agente, mover este agente para outras máquinas da rede, e providenciar aos agentes os recursos que necessitam.

Figura 2.21: Arquitetura de agentes -- busca e convite.

A Agência de Grupo (GA) executa as tarefas relacionadas aos processos de busca e convite. Essa agência é responsável por manter toda a informação sobre os grupos abertos por um usuário, incluindo a lista de membros e os dados de controle dos serviços de colaboração. Ela deve estar ativa enquanto houver grupos ativos de um dono de grupo, assegurando a persistência e a segurança da informação dos grupos, sendo capaz de localizar ou ser localizada por um dono que se move de uma máquina para outra.

Nos processos de busca e convite o uso de agentes móveis pode ser útil. Lange & Oshima (1999) apontam que mobilidade é uma propriedade desejável de agentes de software dependendo das tarefas a serem executadas, do volume dos dados a ser manipulado e das características das redes em termos de desempenho, qualidade de serviços (QoS) e topologia. A procura por parceiros envolve a consulta de um ou mais servidores de banco de dados que mantêm perfis de usuários. Esses perfis contêm informações sobre as características dos usuários em termos de suas competências e habilidades em uma série de assuntos e em termos do desempenho em atividades de grupo.

A Agência de Usuário (UA) está associada a um usuário no ambiente de aprendizado, seja este dono de grupo ou não. Essa agência é responsável por interagir com agentes de busca enviados por GAs. No processo de busca, é importante saber quais são os recursos disponíveis na plataforma computacional usada pelo parceiro potencial para que o dono do grupo em formação tenha condições de escolher serviços de colaboração adequados.

Para efetuar as atividades de monitoramento da evolução do grupo, como descrito na subseção anterior, propõe-se uma arquitetura (Figura 2.22) na qual os agentes são responsáveis por colher informações relevantes para que o supervisor do grupo possa ter os subsídios para um melhor aconselhamento.

Figura: Arquitetura de agentes -- monitoração de conhecimento.

Nesta atividade assume-se que o sistema de agentes é usado em um ambiente de aprendizado onde o usuário manifesta seu desejo em formar grupos de estudo mediante o uso de uma interface gráfica apropriada. Essa interface permite que cada usuário defina um perfil de grupo para a realização de uma tarefa. Assim, é necessário que o ambiente de aprendizado possua uma base de dados com as informações que descrevem o perfil de cada usuário em relação à sua formação e nível de conhecimento. Também é necessária a existência de uma meta-descrição desse perfil para que diferentes serviços de procedências variadas possam ter a mesma interpretação destas informações.

Aspectos de implementação

A Figura 2.23 mostra a arquitetura geral do sistema de agentes proposto e como as tarefas de busca e convite podem ser integradas no ambiente de aprendizado (Botero, 2000).

Figura: Implementação de agentes colaborativos.

Para cada usuário do sistema estão disponíveis duas agências, a Agência de Usuário (UA) e a Agência de Grupo (GA). A agência de usuário é ativada sempre que o usuário inicia a utilização do ambiente de aprendizado. É de responsabilidade dessa agência recepcionar os agentes de outros usuários. No atual estado do projeto, essa agência recepciona somente agentes de convite (IAG). A agência de usuário trabalha como um mediador entre o agente e o usuário, estabelecendo as permissões que o agente de convite terá no ambiente. A execução da agência de usuário é encerrada sempre que o usuário deixa o ambiente de aprendizado. Nesta situação, todos os agentes que estiverem nessa agência, ou que tiverem essa agência como destino, aguardam junto ao Trader até que a agência volte à ativa.

O Trader é um elemento importante nesse sistema de agentes, sendo responsável por informar a localização das agências bem como manter uma lista simplificada de todos os grupos existentes. Esse elemento é capaz de receber mensagens e, através dessas, adicionar novos grupos, informar a localização das agências, monitorar a localização dessas e disparar eventos quando alterações assíncronas ocorrem no sistema -- usuário entra ou sai do sistema, agência não está respondendo, etc.

A Agência de Grupo é usada quando o usuário deseja iniciar atividades de grupo, indicando o perfil desejado para o grupo que se quer compor. De posse deste perfil, a GA envia agentes ao ambiente, retornando uma lista de grupos e usuários que se enquadram no perfil e que serão posteriormente convidados. Esta agência, ao contrário da anterior, não tem sua execução encerrada quando o usuário deixa o ambiente. Ela deve permanecer ativa ou ser colocada em modo inativo para que o estado da agência permaneça inalterado. Essa agência é responsável pelo envio de agentes de convite, procura, mensagem e registro bem como pela recepção desses após a execução de suas tarefas. Como os agentes devem ser recepcionados após seu trabalho, a agência deverá ser ativada toda vez que um agente retornar, mesmo que seu usuário não esteja utilizando o ambiente de aprendizado. A GA é também responsável por todo o sistema de interfaces gráficas que irá interagir com seu usuário. Mobilidade é um requisito desejável para essa agência, pois se ela não estiver na mesma máquina em que seu usuário esteja trabalhando, toda troca de informações entre eles ocorrerá através da rede, aumentando-se o trafego pela mesma. Portanto a agência deve ter capacidade de se locomover de forma que a interação agência-usuário ocorra sempre na mesma máquina.

Como resultado dessa atividade foram publicados os artigos Olguín et al. (2000a), Olguín et al. (2000b) e Olguín et al. (2000c).