Javal: modelo de ambiente de avaliação remota multiagente baseada em tutores embarcados

Trata o presente objeto de pesquisa da proposta de desenvolvimento de um modelo de ambiente de avaliação remota para Ensino à Distância, baseado no paradigma de Orientação a Objetos e elaborado com base na tecnologia de sistemas multiagentes. Para a validação do modelo, foi desenvolvido um protótipo denominado Javal, capaz de permitir a aplicação e monitoração da realização de avaliações e testes à distância. As soluções comerciais disponíveis no mercado, como Question Mark Perception, Aula Net e WebCT possuem código fechado e custo elevado, além de serem baseadas em soluções proprietárias (QML - Question Mark, ASP - Microsoft, etc.), necessitando de plataforma específica para instalação de servidores e clientes. Quanto ao aspecto funcional, estas ferramentas possuem a base de sua lógica de funcionamento em execução de scripts no servidor. Para cada item de uma avaliação a ser respondido, torna-se necessária a efetivação de uma nova conexão. O modelo proposto traz toda a funcionalidade do sistema para o ambiente do aluno, tornando necessária apenas uma conexão para a busca da avaliação e outra para o envio dos resultados, reduzindo o tráfego na rede. Quanto ao aspecto pedagógico, estas ferramentas limitam-se apenas a apresentar uma avaliação somativa do aluno, geração de graus e estatísticas, não se preocupando em monitorar seus aspectos comportamentais, capazes de apontar indícios de possíveis falhas no aprendizado ou na elaboração da avaliação. A proposta do modelo é da apresentação de um ambiente orientado a objetos, capaz de distribuir elementos representativos das avaliações existentes no modelo tradicional de ensino, incorporando recursos capazes de possibilitar a monitoração de aspectos comportamentais do aluno, pelo emprego de agentes monitores ou tutores, que podem acompanhar o aluno e auxiliá-lo em situações de dificuldade. O modelo proposto por este trabalho envolve as avaliações formativas e somativas, aplicadas de forma assíncrona e individual. Como sugestão para trabalhos futuros, o modelo propõe o desenvolvimento de classes capazes de implementar a aplicação de avaliações síncronas e em grupo. A validação do modelo proposto foi realizado através do desenvolvimento de um protótipo que, com base no desenvolvimento de uma API Javal específica, implementa os principais tipos de questões disponíveis no sistema de ensino tradicional, além de agentes tutores de avaliação.

Framework orientado a objetos para projeto de hardware e software embarcados para sistemas tempo-real

A crescente complexidade dos sistemas tempo-real embarcados demanda novas metodologias e ferramentas para gerenciar os problemas de projeto, análise, integração e validação de sistemas complexos. Este trabalho aborda o tema co-projeto de sistemas tempo-real embarcados, propondo estratégias para a integração das fases iniciais de modelagem de um sistema tempo-real embarcado com as fases subseqüentes do projeto, como a implementação do software e do hardware. É proposto um framework orientado a objetos que permite a criação de modelos orientados a objetos de sistemas tempo-real embarcados, utilizando conceitos temporais similares aos propostos em UML-RT (ou mais especificamente no UML Profile for Schedulability, Performance and Time). É proposta uma estratégia de mapeamento dos requisitos temporais dos diagramas UMLRT para uma interface de programação (API) baseada na “Especificação Tempo-Real para Java” (Real-Time Specification for Java ou RTSJ), a qual pode ser executada tanto em software – em programas RTSJ executando em máquinas virtuais Java (JVM) tempo-real – ou em hardware – em processadores Java Tempo-Real. Para permitir o mapeamento para hardware são propostas extensões tempo-real ao processador Java FemtoJava, desenvolvido no âmbito de dissertações de mestrado e projetos de pesquisa no PPGC, criando-se um novo processador tempo-real denominado de RT-FemtoJava. Dentre as extensões propostas ao processador FemtoJava destaca-se a inclusão de um relógio de tempo-real e o suporte a instruções para alocação e manipulação de objetos. Os conceitos propostos foram validados no âmbito de estudos de caso, sendo os resultados obtidos descritos na presente dissertação.

Em direção a agentes pedagógicos com dimensões afetivas

O contexto desta tese é a Inteligência Artificial aplicada à Educação, especificamente a área dos Sistemas Tutores Inteligentes (STI). Apesar das características multidisciplinares e interdisciplinares, a preocupação maior do trabalho se dá quanto aos aspectos computacionais. A multidisciplinaridade está na relação entre os aspectos educacionais, filosóficos e psicológicos inerentes a toda construção de um software educacional, e a interdisciplinaridade acontece no relacionamento da IA com a Informática na Educação. Esta tese propõe o uso de aspectos afetivos como apoio à decisão de ação por parte de um STI. As nossas hipóteses fundamentais são: um sistema de ensino e aprendizagem computacional deve levar em consideração fatores afetivos tornando mais flexível a interação; e a arquitetura de um sistema computacional de interação em tempo real com agentes humanos deve prever explicitamente, em sua arquitetura básica, as crenças e o raciocínio afetivos. Para demonstrar essas idéias, foi definida uma arquitetura para apoiar um STI de modo a reconhecer alguns fatores afetivos, representativos de estratégias de ação de agentes humanos em interação com sistemas. Esse reconhecimento é realizado através de construções retiradas dos comportamentos observáveis do agente humano em contextos determinados. A arquitetura prevê um Sistema Multiagente para executar a percepção de fatores afetivos e da conduta do aluno em interação e de um agente pedagógico, representando o tutor. O agente tutor é modelado através de estados mentais e é responsável pelo raciocínio de alto nível. O modelo computacional de agentes de Móra [MÓR2000] foi utilizado para implementar o “kernel cognitivo” (termo cunhado por Móra e Giraffa [GIR99] que designa a parte responsável pela deliberação). O “kernel cognitivo” decide que ações tomar para um conjunto de características de uma avaliação pedagógica. A utilização de fatores afetivos e da avaliação cognitiva de situações emocionais permite a flexibilização das estratégias quanto à adaptabilidade a agentes humanos. Particularmente, foi adotado o enfoque cognitivo para análise de situações, baseado em teorias cognitivistas sobre emoções. O uso de tecnologia multiagente, no enfoque mentalístico, especificamente BDI (Belief, Desire, Intention) e da ferramenta X-BDI, permite a formalização e construção de um tutor atuante na avaliação pedagógica. A modelagem do aluno passa a ser constituída de aspectos qualitativos e quantitativos. Estudos de casos são apresentados, em situações que consideram os fatores afetivos e nas mesmas situações sem estas considerações. As decisões do tutor para agir são analisadas e confrontadas. Os resultados mostram um impacto positivo na adaptabilidade e ação pedagógica do tutor, sendo coerente com as teorias modernas [SAL97],[DAM2000] sobre as emoções que as consideram partes fundamentais para agir. A maior contribuição desta tese está na agregação de raciocínio sobre a afetividade envolvida em situações de ensino aprendizagem de agentes humanos e artificiais e avança dentro da perspectiva de pesquisa do grupo de IA da UFRGS, quanto ao desenvolvimento de Ambientes de Ensino e Aprendizagem modelados com tecnologia multiagente, com o uso da metáfora de estados mentais.

Ambiente baseado em componentes para o desenvolvimento de sistemas computacionais microcontrolados distribuídos

A modelagem e desenvolvimento de sistemas embarcados ("embedded systems") de forma distribuída, tende a ser uma tarefa extremamente complexa, especialmente quando envolve sistemas heterogêneos e sincronização de tarefas. Com a utilização do modelo de componentes de software é possível descrever, de uma forma simplificada, todos os elementos de distribuição e de comunicação para este tipo de sistemas. Neste sentido, a especificação de uma ferramenta capaz de auxiliar na modelagem e no desenvolvimento deste tipo de aplicação, certamente irá tornar o trabalho mais simples. Esta dissertação inicia por uma análise comparativa entre as tecnologias passíveis de serem utilizadas na definição de sistemas distribuídos heterogêneos, focando-se principalmente nas metodologias de modelagem, e nos mecanismos e middlewares de comunicação. Dos conceitos formados a partir desta análise é descrita uma ferramenta, baseada em componentes de software. A ferramenta é uma extensão do projeto SIMOO-RT, onde foram adicionados os conceitos de componente de software, biblioteca de componentes e diagrama de implantação. Além disso, foram realizadas modificações no sistema de geração de código, para dar suporte aos novos conceitos da ferramenta. A dissertação termina com a descrição de alguns estudos de caso utilizados para validar a ferramenta.

Implementação de um sistema de síntese de alto nível baseado em modelos java

Este trabalho apresenta uma metodologia para a geração automática de ASICs, em VHDL, a partir da linguagem de entrada Java. Como linguagem de especificação adotou-se a Linguagem Java por esta possuir características desejáveis para especificação a nível de sistema, como: orientação a objetos, portabilidade e segurança. O sistema é especificamente projetado para suportar síntese de ASICs a partir dos modelos de computação Máquina de Estados Finita e Pipeline. Neste trabalho, adotou-se estes modelos de computação por serem mais usados em sistemas embarcados As principais características exploradas são a disponibilização da geração de ASICs para a ferramenta SASHIMI, o alto nível de abstração com que o projetista pode contar em seu projeto, as otimizações de escalonamento realizadas automaticamente, e o sistema ser capaz de abstrair diferentes modelos de computação para uma descrição em VHDL. Portanto, o ambiente permite a redução do tempo de projeto e, consequentemente, dos custos agregados, diminuindo a probabilidade de erros na elaboração do projeto, portabilidade e reuso de código – através da orientação a objetos de Java – podendo-se proteger os investimentos prévios em desenvolvimento de software. A validação desses conceitos foi realizada mediante estudos de casos, utilizando-se algumas aplicações e analisando os resultados obtidos com a geração dos ASICs.

Concepção e implementação de um agente semiótico como parte de um modelo social de aprendizagem a distância

Esta dissertação situa-se no projeto de pesquisa intitulado "Um Modelo Computacional de Aprendizagem a Distância Baseada na Concepção Sócio- Interacionista". Este projeto se enquadra na visão de aprendizagem situada, isto é, na concepção de cognição como uma prática social baseada na utilização de linguagem, símbolos e signos. O objetivo é a construção de um ambiente de Educação a Distância, implementado como um sistema multiagente composto por agentes artificiais e agentes humanos, inspirando-se na teoria sócio-interacionista de Vygotsky. Nesta sociedade, todos os personagens (aprendizes e agentes artificiais) são modelados como agentes sociais integrados em um ambiente de ensino-aprendizagem. A arquitetura deste sistema é formada pelos seguintes agentes artificiais: agente diagnóstico, agente mediador, agente colaborativo, agente semiótico e agente social. Os agentes humanos que interagem com o sistema desempenham o papel de tutores, aprendizes ou ambos. Esta dissertação visa à concepção e à implementação de um dos agentes desta arquitetura: o agente semiótico. Esta concepção foi baseada na Engenharia Semiótica, em particular para a apresentação do material instrucional utilizado no processo de ensinoaprendizagem.

Desenvolvimento de sistemas de automação industrial baseados em objetos distribuídos e no barramento CAN

Esta dissertação descreve uma arquitetura de suporte para a criação de sistemas de automação baseados em objetos distribuídos e no barramento CAN. Consiste basicamente da utilização de orientação a objetos para modelagem dos sistemas bem como sua implementação na forma de objetos autônomos. Os objetos são então distribuídos em uma rede de placas microcontroladas, as quais são utilizadas para o controle da planta, e PC's, os quais são utilizados para supervisão e monitoração. O suporte em tempo de execução para os objetos é dado por um sistema operacional que permite a sua implementação na forma de processos concorrentes, o qual, no caso das placas microcontroladas, é um sistema operacional do tipo embarcado. A comunica ção entre os objetos é realizada através de um protocolo publisher/subscriber desenvolvido para o barramento CAN que é suportado por uma biblioteca e elementos de comunicação especí cos. Este trabalho tem como objetivo apresentar alternativas aos sistemas de automação existentes atualmente, os quais baseiamse geralmente em dispositivos mestre/escravo e em comunicações do tipo ponto a ponto. Dessa forma, a arquitetura desenvolvida, apropriada para sistemas embarcados, visa facilitar a criação e dar suporte para sistemas de automação baseados em objetos distribuídos.

A interação entre professor/tutor e aluno nas modalidades presencial e a distância do curso IPGN-SEBRAE

O presente trabalho trata da influência da Internet como tecnologia que está transformando a forma como as pessoas se relacionam, indo influenciar decisivamente nos modelos de ensino-aprendizagem. O trabalho pretende contribuir com o SEBRAE (Serviço de Apoio às micro e pequenas empresas) na avaliação de um de seus programas de Educação a Distância: o curso Iniciando Um Pequeno Grande Negócio – IPGN para conhecer como é feita a interação entre professores e tutores e alunos, considerando as duas modalidades distintas do curso, a presencial e a distância. Desta forma, este trabalho tem o objetivo geral de identificar a percepção de professores e tutores quanto ao processo de interação com alunos do curso IPGN e auxiliar na apresentação de alguns fatores que vão atuar na motivação e na retenção do alunos do referido curso. Para isso, foram realizadas entrevistas com seis tutores virtuais contratados para prestar consultoria a distância aos alunos inscritos e com seis professores que ministram as aulas do mesmo curso no modelo presencial.

Comparação entre métodos digitais de linearização de sensores

Na era de sistemas embarcados complexos, a interface direta de dispositivos e sistemas integrados para o mundo real demanda o uso de sensores e seus circuitos analógicos de suporte. Desde que a maioria das características físicas de um sensor requer algum tipo de calibração, este trabalho compara e discute quatro técnicas digitais de calibração adaptadas para aplicação em sistemas embarcados. Para fins de comparação, estes métodos de calibração foram implementados em Matlab5.3, e em um DSP (Digital Signal Processor) . Através das medidas realizadas durante a operação em regime do DSP, pode-se determinar parâmetros importantes de projeto, como potência dissipada e tempo de processamento. Outros critérios de comparação, como área consumida, tempo de processamento, facilidade de automação e taxa de crescimento do custo área e do custo velocidade com o aumento de resolução também foram analisados. Os resultados das implementações são apresentados e discutidos com o objetivo de descobrir qual o melhor método de calibração para aplicações em sistemas embarcados.

Geração de modelos de co-simulação distribuída para a arquitetura DCB

O aumento na complexidade dos sistemas embarcados, compostos por partes de hardware e software, aliado às pressões do mercado que exige novos produtos em prazos cada vez menores, tem levado projetistas a considerar a possibilidade de construir sistemas a partir da integração de componentes já existentes e previamente validados. Esses componentes podem ter sido desenvolvidos por diferentes equipes ou por terceiros e muitas vezes são projetados utilizando diferentes metodologias, linguagens e/ou níveis de abstração. Essa heterogeneidade torna complexo o processo de integração e validação de componentes, que normalmente é realizado através de simulação. O presente trabalho especifica mecanismos genéricos e extensíveis que oferecem suporte à cooperação entre componentes heterogêneos em um ambiente de simulação distribuída, sem impor padrões proprietários para formatos de dados e para a descrição do comportamento e interface dos componentes. Esses mecanismos são baseados na arquitetura DCB (Distributed Co-Simulation Backbone), voltada para co-simulação distribuída e heterogênea e inspirada nos conceitos de federado (componente de simulação) e federação (conjunto de componentes) que são definidos pelo HLA (High Level Architecture), um padrão de interoperabilidade para simulações distribuídas. Para dar suporte à co-simulação distribuída e heterogênea, esse trabalho descreve mecanismos que são responsáveis pelas tarefas de cooperação e distribuição, chamados de embaixadores, assim como o mecanismo gateway, que é responsável pela interoperabilidade entre linguagens e conversão de tipos de dados. Também é apresentada uma ferramenta de suporte à geração das interfaces de co-simulação, que são constituídas de dois embaixadores configuráveis e um gateway para cada federado, gerado a partir de templates pré-definidos.

Modalidade de ensino a distância : curso ou navegação?

Esta pesquisa teve como objetivo geral analisar a racionalidade que em-basa a formação de professores através de EaD, através de descrição de prática, nos cursos de formação de professores oferecidos a distância de uma instituição privada de ensino superior. Como objetivos específicos pretende identificar na rela-ção tutor aluno a racionalidade: prática ou técnica; relacionar dificuldades e/ ou faci-lidades no processo de transposição didático-metodológica no ambiente virtual en-tre tutor/aluno, frente à proposta da racionalidade prática. O trabalho foi desenvolvi-do no modelo qualitativo de investigação, como estudo de caso. Foram entrevista-dos 10 tutores que utilizam o ambiente virtual na modalidade à distância de uma instituição superior privada. A fundamentação teórica foi referenciada em Popke-witz, na análise da Reforma Educacional, e Boaventura Santos, com contribuições quanto à politização da tecnologia. Também contamos com Alarcão, Prestes, Brze-zinski e Namo de Mello, que tratam das possibilidades e perplexidades na formação de profissionais da educação a partir da LDB (Lei 9.394/96). Também com os estu-dos das novas tecnologias, como Macedo, Sancho, Lévy, Lemos, Palloff, Pratt, Ala-va, Preti, Pellanda e Lithwin. Dessa forma, a pesquisa dirige-se para um novo olhar sobre os processos semi-presenciais do ensinar e do aprender no contexto das tec-nologias digitais. O estudo sinalizou que o EaD ainda carece de atenção especial, em várias questões no processo educativo, entre elas, tempo de alunos e tutores e capacitação tecnológica. Assim, busca-se contribuir para a reflexão sobre essa te-mática tão contemporânea. Nessa perspectiva, o estudo não pretende se esgotar e sim, obter subsídios para futuros debates.

Modelo de adaptação de ensino utilizando agentes pedagógicos

A Inteligência Artificial é uma área da computação onde se está constantemente desenvolvendo pesquisas em software educacionais, principalmente os Sistemas Tutores Inteligentes (STI). Esses sistemas têm a capacidade de se adaptarem às particularidades de cada aluno, proporcionando assim, ambientes que facilitam a aprendizagem do usuário. Recentemente foi incorporada a tecnologia de agentes na modelagem do STI e nos ambientes educacionais na Internet. Estes agentes são denominados pedagógicos quando estão ligados a um ambiente onde existe uma sociedade de agentes que compõem um sistema de ensino-aprendizagem. Este texto apresenta um modelo de adaptação para ambientes genéricos de ensino, composto por agentes pedagógicos. A proposta é baseada em estudos relacionados com sistemas hipermídia adaptativos, sistemas tutores inteligentes, sistemas multiagentes e agentes pedagógicos. Inicialmente, o texto descreve o modelo. Logo após, é apresentada a implementação dos agentes os quais tem como tarefa prover a adaptação do ensino, sendo responsáveis em fornecer o caminho mais efetivo para a aprendizagem do aluno. Os agentes do modelo são denominados Agente Tutor, Agente Perfil e Agente de Comunicação. A realização da adaptação da instrução às características individuais do aprendiz implica o sistema conhecer: os padrões cognitivos de aprendizagem do aluno, traduzidos como estilos de aprendizagem e as suas implicações pedagógicas; e a modelagem das características do aprendiz: nível de conhecimento, metas, experiência e preferências do aprendiz. Finalmente, o texto descreve um estudo de caso, onde o modelo proposto foi integrado num ambiente de aprendizagem, e validado numa disciplina virtual a fim de avaliação de seus objetivos.

Co-simulação distribuída de sistemas heterogêneos

Na simulação heterogênea de um sistema eletrônico complexo, um mesmo modelo pode ser composto por partes distintas em relação às tecnologias ou linguagens utilizadas na sua descrição, níveis de abstração, ou pela combinação de partes de software e de hardware (escopo da co-simulação). No uso de modelos heterogêneos, a construção de uma ponte eficaz entre diferentes simuladores, em conjunto com a solução de problemas tais como sincronização e tradução de dados, são alguns dos principais desafios. No contexto do projeto de sistemas embarcados, a validação desses sistemas via co-simulação está sujeita a estes desafios na medida em que um mesmo modelo de representação precisa suportar a cooperação consistente entre partes de hardware e de software. Estes problemas tornam-se mais significativos quando abordados em ambientes distribuídos, o que aumenta a complexidade dos mecanismos que gerenciam os ítens necessários à correta cooperação entre partes diferentes. Contudo, embora existam abordagens e ferramentas voltadas para o tratamento de modelos heterogêneos, inclusive em ambientes distribuídos, ainda persiste uma gama de limitações causadas pela distribuição e heterogeneidade de simuladores. Por exemplo, restrições quanto à variedade de tecnologias (ou linguagens) utilizadas na descrição das partes de um modelo, flexibilidade para o reuso de partes existentes, ou em tarefas de gerenciamento de sincronização/dados/interface/distribuição. Além disso, em geral, nas soluções existentes para simulação heterogênea, alterações são necessárias sobre as partes do modelo, limitando a preservação de sua integridade. Esta é uma característica indesejável, por exemplo, no reuso de componentes IP (Intellectual Property) Neste contexto, esta tese apresenta o DCB (Distributed Co-simulation Backbone), cujo propósito geral é o suporte à execução distribuída dos modelos heterogêneos. Para isso, são observados de modo integrado quatro fatores básicos: a distribuição física; a independência dos componentes (partes); o encapsulamento das estratégias de gerenciamento de tempo, de dados e de comunicação; e a sincronização híbrida. Em geral, as soluções existentes valorizam um fator em detrimento dos demais, dependendo dos propósitos envolvidos e sua variação em relação ao grau de especificidade (soluções proprietárias ou restritas a um escopo de aplicações). O Tangram, também discutido nesta tese em termos de requisitos, é uma proposta de ambiente para projeto de modelos heterogêneos distribuídos. No contexto da especificação do DCB, esta proposta tem como objetivo geral agregar num mesmo ambiente funcionalidades de apoio para a busca e catalogação de componentes, seguidas do suporte à construção e à execução distribuída de modelos heterogêneos via DCB. À luz dos princípios de generalidade e flexibilidade da arquitetura do DCB, o Tangram visa permitir que o projetista reduza seu envolvimento com detalhes relacionados ao provimento de condições necessárias à cooperação entre componentes heterogêneos. No escopo desta tese, ênfase foi dada à co-simulação de sistemas embarcados, ênfase esta observada também na construção do protótipo do Tangram/DCB, e nos estudos de caso. Contudo, a estrutura do DCB é apropriada para qualquer domínio onde a simulação possa ser utilizada como instrumento de validação, entre outros propósitos.