Los Estilos de Aprendizaje y las Teorías Cognitivas como fundamento de un Sistema Tutor Adaptativo Darling Solano Oviedo1, Oswaldo Vélez Langs2 1
Universidad del Sinú/Facultad de Ciencias e Ingenierías, Montería, Colombia Universidad de Tarapaca/Área de Computación e Informática, Arica, Chile
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Resumen—Este artículo presenta el trabajo realizado para la adaptación de las interfaces dentro de un Sistema Inteligente de Tutoría. El objetivo de este trabajo es proporcionar mecanismos para el diseño y desarrollo de sistemas de interfaz para la tutoría/entrenamiento, que sean efectivos y al mismo tiempo, modulares, flexibles y adaptables encontrando la estrategia de enseñanza óptima para un estudiante particular. Abstract—This paper shows the work done for the adaptation of interfaces in an Intelligent Tutoring System. The goal of this work is to provide mechanisms for the design and development of tutoring/training interface systems, which are effective and at the same time modular, flexible and adaptive finding the best teaching strategy for a particular student. Index Terms—Estilos de Aprendizaje, Sistema Tutor Adaptativo, Teorías del Aprendizaje Cognitivo, Sistema Clasificador de Aprendizaje.
I. INTRODUCCIÓN Actualmente la sociedad está viviendo un ritmo acelerado de cambio, impulsado por muchos factores, entre los que se encuentran el desarrollo cada vez mayor de las tecnologías de información y las comunicaciones, lo que se ve reflejado en, por mencionar unos cuantos, las redes sociales, comercio electrónico, gobierno y democracia electrónicos, e-learning, etc. Lo anterior ha puesto en evidencia la necesidad de estrechar la relación docente–estudiante, de tal manera que se fortalezca y que se haga cada vez más real, contextualizada y activa. Esto requiere que cada uno de los actores involucrados en el proceso (docentes y estudiantes), desempeñen nuevos roles y adquieran mayores compromisos. Con la aparición de la tecnología informática y su inclusión en el ámbito educativo, se han presentado nuevas oportunidades y desafíos para conseguir el anterior objetivo, mediante sistemas que sirvan de apoyo a todo el proceso de enseñanza - aprendizaje, desde la perspectiva tanto del docente como del estudiante. En la búsqueda de tales sistemas, se han elaborado muchas herramientas que, si bien han servido como componente adicional del proceso, no pasan de ser sistemas multimedia que sólo exponen los conceptos de determinada asignatura de una manera estática y en muchas ocasiones, poco atractiva. Es por esto que se ha dado una evolución en los sistemas aplicados a la educación, buscando innovación
en la interacción de los actores, desde el punto de vista del diseño, navegabilidad y usabilidad tanto para el administrador como para el usuario de los sistemas. Asimismo, el uso de internet trajo como consecuencia el desarrollo de aplicaciones web que utilicen interfaces sencillas y de fácil navegación. Teniendo en cuenta lo anterior, la investigación objeto de este artículo, se orientó hacia el desarrollo de Interfaces Inteligentes Adaptativas en la web, estableciendo modelos de usuario que permitan al sistema tutor adaptarse al tipo de estudiante para así utilizar las estrategias pedagógicas adecuadas a su estilo. II. MODELO DE USUARIO La importancia de los estilos de aprendizaje en el mejoramiento de la calidad de la educación, ha sido un punto fundamental de la investigación en los últimos años. Los estudios realizados, entre otros por Honey y Mumford [1], han revelado que el aprendizaje depende de varios factores personales que prácticamente todo individuo posee en un estilo propio y que este no siempre permanece invariable sino que puede cambiar con el tiempo y depender del contexto en el que desenvuelva el individuo y de las tareas educativas que este desarrolle. Tomando como base la experiencia de los estudios antes mencionados que promueven el mejoramiento de la calidad de la educación mediante el aprendizaje personalizado, se examinaron las características de algunos modelos de estilos de aprendizaje con el fin de seleccionar el más apropiado para la adaptación de la plataforma propuesta. La definición que proponen Alonso, Gallego y Honey [2], basada en la aportación de Keefe [3], señala que “los estilos de aprendizaje son los rasgos cognitivos, afectivos y fisiológicos, que sirven como indicadores relativamente estables de cómo los discentes perciben, interaccionan y responden a sus ambientes de aprendizaje” [3]. De manera más sencilla, para Honey y Mumford [1]: “Un estilo de aprendizaje es una descripción de las actitudes y comportamientos que determinan la forma preferida de aprendizaje del individuo”. Esto en otras palabras significa que todas las personas reciben una gran cantidad de información, de la cual seleccionan una parte. Además, existen diferentes formas en las cuales los individuos pueden procesar dicha información. El modelo elaborado por Kolb [4], parte de la base de que para aprender algo es necesario trabajar con la información que se recibe.
Kolb propuso un ciclo de aprendizaje que sugiere que hay cuatro estados, uno seguido de otro. El proceso de asimilación de un nuevo conocimiento empieza con la Experiencia Concreta, la cual es seguida de la Reflexión de esa experiencia a nivel personal. A esto le sigue un proceso de derivación o aplicación de teorías conocidas para explicar o describir esa experiencia (Conceptualización Abstracta), seguido de la construcción de formas de modificar la próxima ocurrencia de la experiencia (Experimentación Activa), que a su vez conlleva a una nueva Experiencia Concreta. Todo esto puede suceder en un instante o en varios días, semanas o meses, dependiendo del tema, y puede haber un “ciclo sobre otro” que se procese al mismo tiempo. Según el modelo de Kolb un aprendizaje óptimo es el resultado de trabajar la información en las cuatro fases, como se ilustra en la Figura 1. Es por esto, que una de las funcionalidades del sistema propuesto, es presentar los contenidos de la asignatura de tal forma que se garanticen actividades que cubran todas las fases del ciclo de Kolb. De esta forma, por una parte se facilita el aprendizaje de todos los estudiantes, cualquiera que sea su estilo preferido y, además, se ayuda a potenciar las fases con las que se encuentran menos cómodos.
Cuando el proceso de enseñanza-aprendizaje acomoda las preferencias, más estudiantes serán exitosos; Los profesores pueden construir actividades que incluyan preferencias específicas (o múltiples). Por otra parte, Witkin [7,8] estableció dos formas en las que una persona percibe la información del entorno que le rodea. Así, clasifica el proceso como Campo Independiente vs. Campo Dependiente [7,8] o Analítico vs. Holístico [9]. El estudiante Analítico (Campo Independiente) se caracteriza por ser más autónomo en relación al desarrollo de habilidades de reestructuración cognoscitivas y tienden a acercarse a las cosas de una manera analítica. El estudiante Holístico (Campo Dependiente) tiende a ser más autónomo en relación al desarrollo de habilidades interpersonales, menos autónomo respecto al desarrollo de habilidades de reestructuración cognoscitivas y se acerca al conocimiento de una manera más global. Witkin define además, un grupo intermedio llamado Campo Mixto, quien no tiene una orientación clara hacia una u otra extensión, razón por la cual no fue considerado para los efectos de este proyecto. A. Modelo de Aprendizaje definido por el Grupo A partir de los estilos anteriormente presentados se establecieron ocho tipos básicos de estudiantes, ilustrados en la Figura 2, los cuales fueron la base para el desarrollo del modelo de usuario, estos son los siguientes:
Figura 1. Ciclo de Aprendizaje según el Modelo de Kolb
En la práctica, la mayoría de las personas tienden a especializarse en una, o como máximo en dos, de esas cuatro fases, por lo que se pueden diferenciar cuatro tipos de estudiantes, dependiendo de la fase en la que prefieran trabajar, así: alumno activo, aquella persona que prefiere hacer y experimentar; alumno reflexivo, aquella persona que observa y reflexiona sobre ello; alumno teórico, prefiere entender los conceptos, ideas y relaciones entre estas; alumno pragmático, prefiere probar las cosas para ver su funcionalidad. Es importante destacar que este modelo ha sido usado de forma exitosa para evaluar y extender la enseñanza a nivel de las ingenierías [5,6], igualmente es posible mencionar algunas conclusiones generales que han sido extraídas por los profesores al haber usado este tipo de modelos: Los estudiantes aprenderán mejor cuando se usan preferencias en las que son exitosos; Los estudiantes serán mejores aprendices cuando puedan expandir sus preferencias;
Figura 2.
Estilos de Aprendizaje definidos
1) Estudiante Activo Analítico Son personas de mente abierta, emprenden con entusiasmo nuevas tareas. Les encanta vivir nuevas experiencias y se aburren con los largos plazos. Autónomos en su aprendizaje; tienen un componente social muy fuerte, es decir, les gusta estar rodeados de gente y ser el centro de atención, pero hay ocasiones en las que prefieren realizar las actividades ellos solos. Apenas desciende la excitación de una actividad, buscan una nueva. 2) Estudiante Activo Holístico Los estudiantes activos holísticos también son personas de mente abierta que se involucran en nuevas experiencias, siempre que haya una persona que les indique el camino. Por su componente holístico, su aprendizaje debe ser guiado, es decir, necesitan que un
tercero les estructure las actividades y les diga la mejor manera de llevarlas a cabo. Se relacionan muy bien con las demás personas, les encanta trabajar en grupo y disfrutan de actividades como la lluvia de ideas. 3) Estudiante Reflexivo Analítico Son personas que tienden a adoptar la postura de un observador que analiza sus experiencias desde muchas perspectivas distintas. Recogen datos y los analizan detalladamente antes de llegar a una conclusión. Para ellos lo más importante es ese proceso de recolección de datos y su análisis profundo, por lo que procuran posponer las conclusiones todo lo que pueden. Estructuran sus actividades por sí solos, organizan y distribuyen su tiempo entre ellas. Prefieren escuchar antes que hablar, prefieren trabajar solos, por tal motivo crean a su alrededor un clima algo distante y condescendiente. 4) Estudiante Reflexivo Holístico Al igual que el anterior, son personas que prefieren un papel pasivo en las actividades que desempeña. Tiene en cuenta muchas alternativas al solucionar un problema o enfrentarse ante una situación. Analizan toda la información con la que cuentan al resolver un problema, antes de dar una conclusión. Son muy organizados y estructurados en su trabajo, pero necesitan que alguien les oriente acerca de la forma cómo deben hacerlo. Su aprendizaje es guiado. Prefieren trabajar solos, pero también están dispuestos a hacerlo en grupo, y lo hacen bien. 5) Estudiante Teórico Analítico Los alumnos teóricos adaptan e integran las observaciones que realizan en teorías complejas y bien fundamentadas lógicamente. Piensan de forma secuencial y paso a paso, integrando hechos dispares en teorías coherentes. Les gusta analizar y sintetizar la información y su sistema de valores premia la lógica y la racionalidad. Se sienten incómodos con los juicios subjetivos, las técnicas de pensamiento lateral y las actividades faltas de lógica clara. Son autónomos en su aprendizaje. Se plantean objetivos y metas claras, y siguen un orden estructurado de pasos al desempeñar cualquier tarea. Son independientes y prefieren trabajar solos. 6) Estudiante Teórico Holístico Como su nombre lo indica, estos alumnos trabajan mejor con la teoría que con la práctica. Les gusta estudiar aquellos temas que tengan una fundamentación lógica y coherente y que se base en teorías claras. Tienen la facilidad de integrar hechos con las teorías que los sustentan. Se involucran mejor con actividades que requieran de razonamientos y principios lógicos, que con actividades que necesiten de sentimientos y valores subjetivos, pero a pesar de esto, son fáciles de relacionarse con los que le rodean, y se les facilita el trabajo en grupo. Necesitan de una persona que les oriente el aprendizaje. 7) Estudiante Pragmático Analítico A los alumnos pragmáticos les gusta probar ideas, teorías y técnicas nuevas, y comprobar si funcionan en la práctica. Les gusta buscar ideas y ponerlas en práctica inmediatamente, les aburren e impacientan las largas discusiones tratando la misma idea de forma interminable. Son gente práctica, apegada a la realidad, a la que le gusta tomar decisiones y resolver problemas. Son independientes y autónomos. Trabajan mejor solos. 8) Estudiante Pragmático Holístico
A diferencia del anterior, el estudiante pragmático holístico necesita de alguien que lo ayude y oriente su aprendizaje. Necesitan probar las cosas para ver si funcionan, pero deben hacerlo supervisados. Trabajan muy bien en grupo, por su gran sentido social y porque les gusta involucrarse con las demás personas. III. MODELO DE TUTORÍA Para un sistema como el que proponemos, otro aspecto muy importante, además del modelo de usuario, es el modelo de tutoría, en donde se establecen las estrategias pedagógicas y el tipo de instrucción que se utilizarán (dependiendo del estilo de aprendizaje preferido por los estudiantes), también a este le concierne todo lo referente a los problemas en el desarrollo del currículo o el programa de contenidos y de la forma de enseñar el mismo, tiene que ver con la selección y la secuencia del material de enseñanza y las herramientas y componentes requeridos para la instrucción. Este modelo se basa en las teorías de aprendizaje cognitivo, ya que son estas, la influencia dominante en la práctica del diseño instruccional. La Teoría de Aprendizaje Cognitivo [10,11] generalmente corresponde a la filosofía racionalista y frecuentemente aparece estrechamente relacionada con los principales principios del constructivismo. La diferencia de la teoría cognitiva comparada con la de comportamiento es que los cognitivistas hacen mucho más énfasis en factores del aprendiz y poco a los factores del ambiente. Es por esto que se fundamentó la investigación en esta corriente, específicamente en la Teoría de Robert Gagné [12]. A. Teoría Cognitivista de Robert Gagné Esta teoría establece que hay diferentes tipos o niveles de aprendizaje. La importancia de esta clasificación es que cada nivel requiere diferente tipo de instrucción. Gagné [12,13,14] identifica 5 categorías principales de aprendizaje: Información verbal, Habilidades Intelectuales, Estrategias Cognitivas, Habilidades Motoras y Actitudes. Para cada tipo de aprendizaje son necesarias diferentes condiciones internas y externas. Por ejemplo, para que las estrategias cognitivas sean aprendidas, debe haber oportunidad de practicar el desarrollo de nuevas soluciones a los problemas; para aprender actitudes, el aprendiz debe ser expuesto a un modelo creíble o con argumentos persuasivos. Siguiendo esta línea de pensamiento es como Gagné trata sobre las condiciones más favorables para el aprendizaje. Él sugiere que una tarea debería ser mejor aprendida siguiendo una secuencia específica de nueve eventos (Tabla 1).
TABLA I. SECUENCIA DE EVENTOS DE GAGNÉ 1
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Obtener la atención del aprendiz. Por ejemplo, presentar un buen problema o una nueva situación. Describir la meta u objetivo de la lección o tarea. Por ejemplo, establecer lo que el estudiante será capaz de conseguir y cómo serán capaces de usar el conocimiento. Dar una demostración si es necesario. Estimular el recuerdo de conocimiento previo. Por ejemplo, recordar al estudiante lo relevante (hechos, reglas, procedimientos o habilidades) del conocimiento previo. Mostrar cómo el conocimiento se conecta, proporcionar al estudiante un área de trabajo que le ayude al aprendizaje y el recuerdo. Podría incluirse una pequeña evaluación. Presentar el material que debe ser aprendido, por medio de texto, gráficas, simulaciones, figuras, sonido, etc., siguiendo un estilo de presentación consistente. Proporcionar guía para el aprendizaje. Por ejemplo, presentación de la forma en que desempeñará la tarea o la manera en que usará los conocimientos de la lección. Ejecutar la tarea, permitir que el aprendiz haga algo con lo que acaba de adquirir, practicar habilidades o aplicar el conocimiento. Proporcionar retroalimentación informativa que muestre las correcciones a las respuestas del aprendiz, analizar los comportamientos del aprendiz (o dejar que él lo haga), quizá presentando una buena solución (paso a paso) del problema. Valorar el desempeño en la evaluación, si la lección ha sido aprendida. También dar algunas veces información general del progreso. Aumentar la retención y la transferencia de información del aprendiz en problemas similares, proporcionar práctica adicional. Poner al aprendiz en una situación de transferencia. Dejar que repase la lección.
Además, Gagné describe 5 condiciones o factores, que influyen en el aprendizaje: (1) Recepción y registro de la información mediante los sentidos, (2) Almacenamiento y recuperación de memoria de corto y largo plazo, (3) Percepción y expectativas, (4) Ensayo de la información y (5) Control ejecutivo de cognición / estrategias ejecutivas. La Figura 3 ilustra cómo Gagné [13] entiende el proceso de aprendizaje. Este modelo es extensamente aceptado para el proceso de diseño. Aquí, el diseñador instruccional ve su papel como un proveedor de estímulos ambientales, cuidadosamente creados para facilitar la retención de largo plazo. Cuando la información entra en la memoria de largo plazo, esta se relaciona con la información existente y se trabaja en el esquema preexistente. La instrucción entonces mide la respuesta del aprendiz, la cual refleja la manipulación de la información que hace el cerebro. Los próximos pasos instruccionales necesitan analizar las respuestas del aprendiz y proporcionar nueva información significativa para este.
Figura 3. Modelo Básico de Aprendizaje según la Teoría de Gagné
Siguiendo la secuencia de nueve eventos y teniendo en cuenta este modelo, el sistema es capaz de dirigir al estudiante en la adquisición de nuevo conocimiento, involucrándolo en el proceso y permitiéndole la asociación y aplicación de lo aprendido, con los conocimientos previos y con el entorno, mediante la retroalimentación constante y el refuerzo de la memoria de corto y largo plazo. B. Roles del Tutor Es posible afirmar que el estilo de aprendizaje es igual al estilo de enseñanza. Esto tiene una consecuencia clara, si el instructor no entiende la relación entre los estilos de enseñanza y aprendizaje, enseña de manera inconsciente según su propio estilo de aprendizaje. Así se produce una disfuncionalidad con los estudiantes que no posean la misma forma de aprender que el tutor tenga. Es decir, si él aprende de una manera teórica, él enseña de esta misma manera. Por este motivo resulta fundamental que el tutor, por un lado, identifique su forma de aprender y, por otro, conozca los estilos de sus estudiantes para adaptar mejor su estilo de enseñanza al estilo de aprendizaje de estos, optimizando así sus posibilidades. En nuestro caso particular, es importante aclarar, que una vez identificados los niveles de preferencia por cada uno de los estilos de aprendizaje, el sistema asume los roles según cada estilo, de acuerdo a la predominancia del mismo, es decir, utiliza en mayor medida el rol que corresponda al estilo de mayor preferencia. Se utilizan las definiciones de relación entre los estilos de aprendizaje de Kolb y Honey, y los roles del tutor establecidos por Muñoz-Seca y Silva-Santiago en [15], debido a que se consideraron adecuados, según el tipo de tutoría que se pretende brindar. Los cuatro roles básicos del tutor, que el sistema asume una vez identificado el estilo de aprendizaje de mayor preferencia, se definen como: Tutor. Este tipo de instructor es un modelo a seguir, enseña proporcionando el conocimiento necesario para que los estudiantes puedan pensar y actuar. Aplica el pensamiento: “Enseñar por medio del ejemplo personal”. En sus clases brinda una metodología general para resolver los problemas. Tiene un papel de supervisor, guía y director para la retroalimentación del aprendizaje de sus estudiantes. Los anima a observar su comportamiento y luego a imitar sus procesos para la resolución de problemas. Los recursos que emplea el tutor son, entre otros: ejemplos guiados, que tengan una sola respuesta;
resolución de problemas en forma deductiva; posibilidad de seleccionar soluciones basadas en los hechos presentados; libros de trabajos para explorar; ejercicios y actividades prácticas que le permitan entender mejor lo aprendido. Motivador. Este instructor proporciona ejercicios prácticos, mezclando situaciones reales con virtuales para que los estudiantes puedan crear experiencias y reflexionar sobre ellas. Plantea objetivos alcanzables, demostrando por qué el material de aprendizaje es relevante y necesario para la formación. Muestra un interés personal en los alumnos, por conocer sus valores y habilidades. Su objetivo primordial es desarrollar en los estudiantes la capacidad para la acción independiente, la iniciativa y la responsabilidad. Los recursos y estrategias acordes al perfil del instructor como motivador son, entre otros, los siguientes: casos de estudio, que ofrecen varias soluciones en cada caso, basándose en la información múltiple de entrada; simulador que permite al estudiante practicar ciertas habilidades, como la generación de ideas; clases de discusión o de relatos sobre experiencias que producen motivación; lectura enfocada a aspectos específicos como fortalezas, debilidades y uso de un sistema, exploración manual del sistema. Experto del conocimiento. Debe poseer conocimiento en un área de trabajo específica, para proporcionar toda la información y experiencia requerida. Debe ser capaz de proveer toda la información organizada al estudiante, para que con ese conocimiento previo pueda orientarlo al razonamiento y entendimiento de dicha información. Se esfuerza por mantener el nivel de experto entre los estudiantes mediante el despliegue de conocimiento detallado y desafiándolos a que refuercen sus competencias. Los recursos y estrategias deben ser, entre otros: información detallada, muy bien explicada, y después proveer ejemplos para demostrar el cómo y por qué de las cosas; problemas, para analizar las razones por las que existe el problema; lecturas o video-audio, seguido de una demostración; laboratorios, donde se explore un tema siguiendo una preparación tutorial; información en texto, con documentación para crear modelos y teorías; proyectos, para realizar diseños y experimentos de un tema. Curiosidad. El instructor que se comporte como incentivador de la curiosidad asigna retos al estudiante para el aprendizaje autónomo por exploración y descubrimiento. El instructor ayuda a descubrir cosas para analizar las aplicaciones en situaciones nuevas y complejas. Es necesario que se impulse al estudiante a su autoaprendizaje, por medio de la experimentación. El uso de métodos de descubrimiento independientes es el más indicado para incentivar la curiosidad. Guía y dirige a los estudiantes haciendo preguntas, explorando opciones, sugiriendo alternativas y animándolos a desarrollar criterios para tomar decisiones fundamentadas. Los recursos que debe emplear son, entre otros, los siguientes: presentaciones exploratorias, para explorar y descubrir; problemas con diversos escenarios y con diferentes soluciones y conclusiones; juegos de estrategia para practicar situaciones de tomar riesgos. Siguiendo el enfoque que tratan en [15], específicamente en el Portafolio de Dimensiones Educativas (PDE), quedan definidos en la figura 4, los 4 roles básicos del tutor para cada estilo de aprendizaje:
Figura 4. Roles Básicos del Tutor y su relación con el Ciclo de Aprendizaje de Kolb y los Estilos de Aprendizaje de Honey-Alonso
Es así, como se establece que cada estilo de aprendizaje de Honey-Alonso, necesita de dos roles del tutor para su eficiente instrucción, combinando las herramientas y materiales de aprendizaje que utiliza cada uno y que mejor se adapten a su estilo predominante, sin olvidar las actividades y estrategias que potencien y maximicen los otros estilos. IV. MODELO DE DOMINIO La clave para conseguir optimizar el proceso de enseñanza-aprendizaje y volverlo más activo radica en enseñar a los estudiantes “cómo aprender de manera significativa”. Con el fin de implementar esta estrategia, se le debe permitir al estudiante: Organizar y/o expresar nuevas ideas. Comprender y/o clarificar los conceptos. Profundizar en las explicaciones. Incrementar la retención de ideas y conceptos. Procesar, organizar y priorizar la información. Estimular el pensamiento creativo. Integrar nuevos elementos a su base de conocimientos de manera significativa. Y algo muy importante, que permite una realimentación o evaluación de la comprensión, es poder identificar conceptos errados (por creación de diseños defectuosos). En este sistema, este último aspecto es una pieza fundamental, pues es a partir de la evaluación y retroalimentación, que el Sistema Tutor podrá identificar el grado de significación que el estudiante tiene respecto al curso o temáticas tratadas, y a partir de los resultados, evaluar la estrategia de tutoría y su propio desempeño en cuanto al nivel de adaptatividad según las preferencias y estilos de aprendizaje del estudiante. El Modelo de Dominio se convierte entonces en el enlace entre el Modelo del Usuario (Descripción del estilo de aprendizaje y preferencias del estudiante) y el Modelo de Tutoría (Descripción de los procesos y herramientas a utilizar durante la enseñanza), pues para lograr la evaluación de la significación del conocimiento, se requiere un diseño de contenidos, que permita al sistema tutor conocer a priori un mapa de navegación del
curso y los conceptos fundamentales que el estudiante debe significar. Es así, como el Modelo de Dominio puede entenderse como la representación formal de los contenidos de la asignatura o curso. Aquí se establece la estructura general, es decir, la descripción del contenido de la asignatura que hará el docente, la cual se validará después de haber definido el orden de los núcleos y subnúcleos temáticos del área o curso, a fin de que el sistema tutor, como se mencionó anteriormente, tenga a priori un recorrido (mapa de navegación) formal del curso y de la forma como los conceptos deben ser asimilados por el estudiante, de ahí se obtendrán las bases para el diseño de las evaluaciones y la utilización de herramientas de seguimiento. En este modelo está inmersa la organización del curso y los actores y objetos involucrados en el proceso tutorial; estos son: docente, quien es el que gestiona el curso presentado en el sistema; curso, que representa la información del contenido del curso, como: nombre, código del curso, etc.; tema, muestra la información específica de cada uno de los núcleos y sub-núcleos del contenido programático; evaluación, que son ejercicios e información que el estudiante debe presentar para avanzar al siguiente núcleo.
Figura 6. Estructura General de los Núcleos y Subnúcleos
A. Editor de Contenidos (EDC) Para estructurar el curso que impartirá el sistema, se desarrolló una aplicación web [16], la cual es una herramienta en la que se describe el contenido del mismo paso a paso, ingresando cada núcleo y subnúcleo, con sus respectivos prerrequisitos y correquisitos (Figura 5).
Figura 7. Estructura Jerárquica de los Contenidos dentro de la Aplicación
Figura 5.
Creación del Curso
Partiendo de esta descripción, que realizará el docente mediante el EDC, el sistema extraerá las Reglas de Recorrido que describirán la secuencia que debería seguir el estudiante. El docente establece el contenido de la asignatura diferenciando las siguientes secciones: unidades, temas, subtemas y conceptos. Inicialmente al crear el curso, el docente definirá las unidades que lo conforman. Seguidamente indicará los temas y subtemas correspondientes a cada unidad y finalmente enunciará los conceptos principales, según la estructura general establecida previamente (Ver Figura 6). Esto se verá representado por la aplicación como se ilustra en la Figura 7.
Una vez estructurado el curso, el docente deberá validar las restricciones para los conceptos que comprenden cada unidad, estableciendo el tipo de relación entre ellos. De acuerdo al dominio, existirán conceptos que harán parte de varios subnúcleos a la vez (Figura 8); es por esto que dependiendo de los resultados de una evaluación de los preconceptos, el sistema diseñará la navegación con aquellos contenidos que el estudiante desconoce o que aún no significa. Así mismo, a partir de esta estructura se podrán diseñar las evaluaciones pertinentes según el estilo de aprendizaje y se inferirá el grado de significación que el estudiante tiene del tema.
Figura 8.
Conceptos distribuidos por temas
Las evaluaciones se podrán hacer entonces por núcleos y tendrán como objetivo descubrir si el estudiante ha relacionado los conceptos (asimilación); por su parte los juegos, ejercicios, discusiones y otros mecanismos tendrán como fin descubrir si el concepto está o si ha sido significado. Esta es otra forma de adaptación que implementa el sistema, mostrándole a cada estudiante los contenidos que en realidad necesita aprender o significar, estructurándolos de acuerdo a su estilo de aprendizaje predominante. Lo anterior, es la salida final de todo el proceso de adaptación que realiza el sistema; es decir, luego de detectado el estilo de aprendizaje predominante, el sistema, de acuerdo a lo establecido en el modelo de tutoría, escoge los roles del tutor que debe implementar, así como las herramientas y materiales de aprendizaje adecuados, y teniendo en cuenta la estructura del curso definida previamente por el docente, se le presentan al estudiante los contenidos de la asignatura de acuerdo a sus gustos y preferencias personales. De esta manera, se consigue que el estudiante se involucre en su proceso de aprendizaje y se apropie del conocimiento de una forma eficaz y autónoma, debido a que el sistema lo instruye de una manera individual y personalizada. V. EXPERIMENTACIÓN Con el objetivo de contrastar los desarrollos realizados y la validez de los modelos establecidos, se realizaron fases de experimentación en las cuales un mismo grupo de estudiantes de los programas de Ingeniería de la Universidad del Sinú desarrollaban un tema de la asignatura Física I utilizando dos sistemas tutores, uno no adaptativo y el otro adaptativo. A. Tutor No Adaptativo Para la experimentación se escogió el tema Vectores, correspondiente a la Física I de los programas de Ingeniería. Este tema, se divide en los siguientes subtemas: Definición del concepto de vectores. Notación. Suma: Método gráfico y analítico. Resta. Componentes. Vectores en 3 dimensiones. Componentes vectoriales. Multiplicación: Producto punto y producto cruz. Se escogieron 5 ejercicios de aplicación para el afianzamiento de los conceptos. Es de resaltar, que durante todo este proceso se contó con la participación y asesoría de los docentes de la asignatura, para que estos evaluaran la calidad de los conceptos teóricos tratados, así como de los ejercicios aplicados. En esta fase del proceso, se desarrolló una herramienta de tutoría que impartía el tema, mediante la presentación de los conceptos y los ejercicios prácticos. Con relación a los aspectos técnicos de la herramienta, se utilizó, Adobe Flash (anteriormente Macromedia Flash MX 2004), herramienta de diseño de animaciones y películas, ampliamente conocida y extendida en el diseño web y el diseño gráfico. Del mismo modo, para la implementación de los ejercicios y sus correspondientes ayudas, se utilizó la herramienta llamada CTAT para Flash, del paquete de
desarrollo de tutores cognitivos CTAT (Cognitive Tutor Authoring Tools) de la Carnegie Mellon University [17]. CTAT es un conjunto de herramientas que permiten contribuir al proceso de aprendizaje (aprendizaje activo), mediante la construcción de cursos en línea. CTAT apoya la creación de tutores flexibles para la solución de problemas tanto complejos como simples, capaces de soportar múltiples estrategias que los estudiantes puedan aplicar cuando resuelven problemas de tutoría. Es importante mencionar que al utilizar esta herramienta, se obtiene un monitoreo de los estudiantes, debido a las características propias de CTAT, ya que es posible proporcionarles ayuda contextual y a tiempo mientras trabajan en los problemas prácticos. En la figura 9, se muestra un ejemplo de ejercicio de aplicación, en donde es posible observar los mensajes de ayuda contextual mencionados anteriormente.
Figura 9. Pantalla del Tutor No adaptativo donde se muestra un mensaje de ayuda
Se presentan conceptos claros y precisos, así como animaciones que van desde gráficas aclaratorias, hasta ejercicios de aplicación interactivos. De igual forma, se le presentan al estudiante mensajes de advertencia cuando comete un error y mensajes de felicitación cuando finaliza un ejercicio satisfactoriamente. Del mismo modo, cuando el estudiante escoge caminos alternativos de solución, el tutor le ofrece mensajes de recomendación que le indican que sus acciones son correctas, pero que existen formas más apropiadas para llegar a la respuesta. Esto lo hace sin interrumpir el proceso de solución del ejercicio, y permitiendo que continúe por el camino elegido, como se ilustra en la figura 10.
Figura 11. Inicio de sesión Figura 10. Pantalla del Tutor No adaptativo donde se muestra una recomendación
B. Tutor Adaptativo Con el objetivo de implementar los modelos anteriormente descritos y conseguir la adaptación de la interfaz, se utilizó un Sistema Clasificador de Aprendizaje tipo XCS. Los sistemas clasificadores de aprendizaje o SCA fueron inventados por Holland en 1975 [18]; son sistemas capaces de interactuar con un entorno y aprender de él, por medio de la generación de reglas apropiadas y la asignación de pesos a cada una de ellas, para luego generar nuevas reglas a partir de las anteriores. Los sistemas clasificadores, son arquitecturas que aprenden reglas sintácticamente simples que, en su conjunto, resuelven un problema determinado. Un sistema clasificador no es un tipo de algoritmo genético, sino que un sistema clasificador contiene, como una de sus partes, un algoritmo genético. Como se mencionó anteriormente, el SCA utilizado para la implementación fue de tipo XCS. El clasificador tipo XCS fue desarrollado por Wilson [19] en un intento por simplificar el trabajo original de Holland. Este, difiere de un SCA tradicional en los siguientes aspectos: La aptitud de cada clasificador se basa en la precisión de la predicción de pago, más que en la predicción misma. El algoritmo genético actúa sobre los conjuntos de acciones, en lugar de la población en su conjunto. XCS no tiene lista de mensajes y solamente es aplicable a ambientes Markovianos, es decir, ambientes en los cuales la probabilidad de que ocurra un evento depende del evento inmediato anterior. 1) Descripción del proceso que realiza el estudiante En las figuras 11 y 12 se ilustra el punto inicial del proceso: el ingreso al sistema, en el cual el estudiante realiza el proceso de inscripción proporcionando algunos datos básicos.
Figura 12. Registro de usuario
Inmediatamente después se presenta el test para definir el estilo de aprendizaje predominante. 2) Test de Estilos de Aprendizaje Para efectos de la definición del modelo de usuario, se desarrolló una aplicación web que mide los estilos de aprendizaje de los usuarios, por medio del Test de HoneyAlonso, y genera un resultado medido en pesos relativos. El test desarrollado por Catalina Alonso [2] es una adaptación al español del test original de Honey-Mumford [1]. Este consta de 80 afirmaciones, cada una de las cuales tiene 2 opciones de marcado: más (+) o menos (-), que se seleccionan dependiendo del grado de aceptación del sujeto (persona que realiza el test) con relación a la afirmación correspondiente. Este test genera un resultado numérico y gráfico para cada estilo, valorándolo en una escala de 5 niveles de preferencia: Muy Baja, Baja, Moderada, Alta y Muy Alta. En la Figura 13 se observa un ejemplo de los resultados arrojados por este test para un usuario particular.
Figura 13. Diagrama de barras para el usuario X
Se tomó como fundamento el mencionado test, para el desarrollo de la aplicación web. Como aporte al mismo, se estableció una escala de pesos relativos para la calificación de cada afirmación, así como se resume en la Tabla 2. TABLA II. PESOS RELATIVOS PARA LA CALIFICACIÓN DEL TEST Peso
Descripción
0
Si no está de acuerdo con la afirmación.
25
Si está parcialmente de acuerdo con la afirmación.
75
Si está de acuerdo con la afirmación.
100
Si está totalmente de acuerdo con la afirmación.
Esta calificación relativa en pesos es importante, teniendo en cuenta las afirmaciones de Kolb [4] para alcanzar un aprendizaje efectivo, ya que todos poseemos características de varios estilos, aunque predomine uno al momento de adquirir conocimiento. Este aspecto nos lleva a que el sistema tutor, al momento de impartir conocimiento tenga en cuenta no sólo el estilo de aprendizaje preferido o predominante, sino también aquellas características de los otros estilos que pueden ayudar en el proceso de enseñanza-aprendizaje. La figura 14 muestra la presentación del test.
Figura 15.
Ejemplo de los Resultados del Test de Estilos de Aprendizaje
C. Resultados de Aplicación del Test de Honey-Alonso Se aplicó el test a un grupo de 53 personas entre particulares, estudiantes y docentes de los programas de Ingeniería de la Universidad del Sinú [20], distribuidas como se refleja en la Tabla 3, para determinar el estilo predominante en ellos y el nivel de presencia de los otros estilos. Teniendo en cuenta dicha prueba, se definieron perfiles de usuario que alimentaron al sistema tutor al momento de impartir el conocimiento. TABLA III. DISTRIBUCIÓN DE PERSONAS QUE REALIZARON EL TEST
Estudiantes
Tipo
Nº de Personas
%
I Semestre
13
24.5
III Semestre
13
24.5
V Semestre
8
15 20.7
VI Semestre
11
VII Semestre
3
5.7
X Semestre
1
1.9 5.7
Docentes
3
Particulares
1
1.9
Totales
53
99.9
Figura 14. Test de Estilos de Aprendizaje
Luego de contestadas las preguntas asignándoles el peso relativo, de acuerdo a cada sujeto, el sistema arroja los resultados de la clasificación de manera similar al test desarrollado por Catalina Alonso [2], pero a diferencia de este, se arroja un resultado promedio de cada estilo, el cual será tenido en cuenta por el sistema más adelante, al momento de comenzar la interacción con el estudiante y de recibir la retroalimentación que indique aspectos como su grado de aprehensión del tema, sus trazas de navegación, las herramientas multimedia utilizadas, las ayudas solicitadas, entre otros; todo esto, según las evaluaciones y autoevaluaciones discretas y explícitas, que el sistema le haga al estudiante. En la Figura 15 se observa un ejemplo de los resultados arrojados por nuestro Test.
Luego de la aplicación del test, se obtuvieron los resultados reflejados en la Tabla 4. Aquí podemos observar que entre las personas que respondieron el test, predomina el estilo Reflexivo, con una preferencia del 56.6%, seguido del estilo Pragmático con un 20.7%, luego el estilo Teórico con 13.2% y en último lugar, el estilo activo con un 9.4%. TABLA IV. RESULTADOS POR CADA ESTILO DE APRENDIZAJE Estilo Activo Reflexivo
Cantidad 5 30
% 9.4 56.6
Teórico
7
13.2
Pragmático
11
20.7
Totales
53
99.9
Esto estableció que era necesario que el sistema potenciara en mayor medida, las características de los estilos activo y teórico, respectivamente, para así poder alcanzar el aprendizaje efectivo que señala Kolb [4].
Para completar la clasificación de los estudiantes, se procede entonces a la aplicación del Test de Figuras Enmascaradas en su forma colectiva (GEFT por su sigla en inglés, Group Embedded Figures Test). Este test consta de 3 secciones, en donde se presentan 25 figuras complejas, dentro de las cuales están inmersas, una o varias figuras simples. De estas 25 figuras, son tenidas en cuenta para su evaluación, 18, correspondientes a la segunda y tercera sección, respectivamente. El objetivo del test es encontrar en cada una de las figuras complejas, la respectiva figura simple embebida dentro ella, en el menor tiempo posible. Para la solución de cada una de las secciones, los estudiantes tienen 5 minutos. Esto resulta en una clasificación de los estilos cognitivos de cada estudiante, determinando su Dependencia de Campo (Holístico) o Independencia de Campo (Analítico). La figura 16 muestra un ejemplo ilustrativo de las indicaciones del GEFT.
TABLA V. RESULTADOS POR CADA ESTILO DE APRENDIZAJE Estilo Activo Analítico Activo Holístico
Cantidad 3 2
% 5.6 3.8
Reflexivo Analítico
19
35.8
Reflexivo Holístico
11
20.7
Teórico Analítico
2
3.7
Teórico Holístico
5
9.5
Pragmático Analítico
6
11.2
Pragmático Holístico
5
9.4
Totales
53
99.7
Una vez identificado el estilo de aprendizaje predominante, el sistema asume dos de los roles descritos en la sección III y le presenta los contenidos del tema teniendo en cuenta sus preferencias particulares. La figura 17 muestra la bienvenida.
Figura 17.
Pantalla de bienvenida
A manera de ejemplo, se presentarán algunas interfaces para dos estilos de aprendizaje particulares, Reflexivo Holístico y Activo Analítico. Para el estilo de aprendizaje Reflexivo Holístico, la interfaz utiliza mayor cantidad de contenidos textuales, gráficas estáticas, ejemplos y ejercicios ilustrativos, links de información externa, entre otros, como se observa en las figuras 18 y 19.
Figura 16. Figura ilustrativa de las indicaciones del GEFT
Los resultados de la aplicación de este test nos proporcionó la clasificación final de estilos de aprendizaje, que se ilustra en la tabla 5.
Figura 18. Suma de vectores – Estilo Reflexivo Holístico
Figura 19. Ejercicio de aplicación
Por el contrario, para el estilo Activo Analítico la interfaz utiliza mayor cantidad de contenidos gráficos, entre los que se encuentran gráficos interactivos, animaciones, simulaciones, ejemplos específicos, ejercicios de autoevaluación, entre otros, como lo ilustran las figuras 20 y 21.
análisis de varianza de los datos o ANOVA, para determinar si existió variabilidad entre los grupos y establecer cuál interacción resultó más provechosa para los estudiantes. Como variables dependientes se tomaron la satisfacción del usuario, la impresión global del sistema y la facilidad de uso, mientras que como variable independiente se encuentra el tipo de sistema (con y sin adaptación). Al evaluar el aspecto de la privacidad de los datos, es de anotar que, en primer lugar, debido a que dichas preguntas no tuvieron valoraciones numéricas, no fue posible aplicar el análisis de varianza, pero al realizar un análisis cualitativo de la información recopilada, se pudo establecer que los estudiantes consideran que la información suministrada al momento del registro es justa y suficiente, por lo que no invade su privacidad. El siguiente aspecto en la evaluación fue la interacción con la herramienta. Luego de realizada la prueba de Shapiro-Wilk, se determinó que los datos seguían una distribución normal, por lo que se procedió a aplicar el análisis de varianza de un factor. Este arrojó los resultados ilustrados en la tabla 6. TABLA VI. RESULTADOS DEL ANOVA DE UN FACTOR PARA LA INTERACCIÓN
Figura 20. Suma de vectores – Estilo Activo Analítico
Origen de las variaciones
F
Probabilidad
Valor crítico para F
Entre grupos
1232,112
1,08024E-24
4,195971707
Lo anterior significa que los estudiantes manifestaron haber tenido una mejor experiencia en la interacción con la herramienta con adaptación, lo cual se reflejó en la variación entre los grupos determinada por el ANOVA. En otras palabras, su experiencia fue más satisfactoria y obtuvieron mejores resultados en el proceso de significación del tema presentado. Finalmente, al aplicarle el ANOVA de un factor a los datos correspondientes a la facilidad de uso y utilidad del sistema, se obtuvieron los resultados que se muestran en la tabla 7. TABLA VII. RESULTADOS DEL ANOVA DE UN FACTOR PARA LA FACILIDAD DE USO Y UTILIDAD DEL SISTEMA
Figura 21.
Práctica para sumar vectores
VI. ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LA INTERACCIÓN Luego de finalizada la fase de experimentación, se les aplicó a los estudiantes una encuesta de satisfacción para evaluar su experiencia e interacción con ambos sistemas. Dicha encuesta se estructuró en 3 bloques, cada uno de los cuales mide un aspecto diferente de los mismos. Dichos aspectos son: privacidad de los datos, interacción con la herramienta, facilidad de uso y utilidad del sistema. Teniendo en cuenta cada uno de estos bloques, se aplicó el
Origen de las variaciones
F
Probabilidad
Valor crítico para F
Entre grupos
132,0902
4,0956E-12
4,195971707
Al analizar la probabilidad y el valor crítico de F es posible determinar que nuevamente existe variación entre los grupos, y podemos afirmar que esta se debe a la presencia de la adaptación, debido a que es el único factor que difiere en ambos grupos de datos. Estos resultados nos confirman los supuestos planteados al inicio de este trabajo y que se refieren a la mayor facilidad de uso y utilidad presente en el sistema adaptativo. VII. CONCLUSIONES En el presente artículo se describió el trabajo realizado en la definición de un modelo de sistema tutor adaptativo
cuyo elemento identificador son los estilos de aprendizaje y las teorías cognitivas. Dentro de este sistema, el modelo de usuario, modelo de tutoría y modelo de dominio, establecen los parámetros generales básicos de todo el proceso de adaptación. Por medio de la identificación del estilo de aprendizaje predominante en cada estudiante, el sistema se adapta a este y le presenta los contenidos de la asignatura de la forma más adecuada, según los gustos y preferencias marcados por el estilo de aprendizaje preferido, sin olvidar aquellas características dictadas por los otros estilos, las cuales se potencian mediante el desarrollo de actividades, ejercicios, juegos, entre otros. Además, con el componente dictado por el módulo de tutoría, se pretendió que los conocimientos impartidos siguieran los lineamientos pedagógicos dictados por el rol del tutor que más se ajusta al estilo de aprendizaje predominante. Los experimentos y las evaluaciones realizadas manifiestan concretamente la mejora en las capacidades de los sistemas tutores, como por ejemplo en la usabilidad, utilidad del sistema y apropiación del conocimiento. Es importante resaltar que con este tipo de sistemas se da cumplimiento a una de las funciones esenciales del tutor en el proceso de enseñanza – aprendizaje, que es la de proporcionarle guía adecuada a cada estudiante en todo momento, mediante el acompañamiento constante y la retroalimentación, de forma que el material que se le presenta es específico y por consiguiente, el estudiante no se satura con información que no es necesaria en determinado momento. Por otro lado, los resultados de las evaluaciones también demostraron que la mejora en las capacidades del sistema planteadas anteriormente, también significan un mejoramiento en el proceso de enseñanza – aprendizaje en sí mismo, ya que se le concede al estudiante un papel más activo y autónomo. Lo anterior se considera uno de los mayores aportes del trabajo, ya que se ha demostrado con resultados precisos, la utilidad de implementar las tecnologías de información y las comunicaciones en el ámbito educativo y la forma en que se puede lograr potenciar el aprendizaje mediante herramientas innovadoras. REFERENCIAS [1] [2]
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AUTORES Darling Solano Oviedo hace parte de la Universidad del Sinú, Calle 38 Cra. 1W, Montería, Colombia. (e-mail: darling@unisinu.edu.co). Oswaldo Vélez Langs hace parte de la Universidad de Tarapaca, 18 de Septiembre 2222, Casilla 6D, Arica, Chile. (e-mail: olangs@uta.cl).