Quiénes somos :: Finalidad
La informática ha generado numerosas herramientas que permiten automatizar los procesos que realizan las personas de manera rutinaria, como los procesadores de texto, las hojas de cálculo, las bases de datos, o las aplicaciones sobre Internet. Por otro lado, la Inteligencia Artificial (IA) ha aportado herramientas que permiten, fundamentalmente, la toma de decisiones, como los sistemas basados en el conocimiento (sistemas de producción, sistemas con incertidumbre, ...), herramientas de análisis de datos (data mining), técnicas de optimización (búsqueda heurística), etc. Actualmente, entre el tipo de actividades que todavía no se han automatizado completamente están las más cercanas a la personalización de la informática para cada usuario o grupo de usuarios, y las relacionadas con la planificación (semi-)automática de las tareas que deben realizar los usuarios. En este proyecto se propone integrar diferentes técnicas de IA para la construcción de herramientas que permitan mejorar el trabajo de las personas, adaptándose a la complejidad de los escenarios donde tienen que interactuar y dependiente de un acceso ubicuo a la información.
Por un lado, el Aprendizaje Automático (AA) permite realizar la personalización de software de manera cómoda a través del modelado de usuarios o grupos de usuarios. Por otro lado, la Planificación de tareas y el Scheduling (P&S) permiten la generación automática o asistida por el usuario de las tareas que se deben realizar, con su caracterización temporal y los recursos necesarios. Por último, los Sistemas Multi-agente (SMA) permiten modelar conjuntos de componentes software autónomos, que pueden representar a los usuarios, quienes deben colaborar en la realización de tareas individuales y conjuntas.
El AA, la P&S y los SMA se pueden integrar en arquitecturas que permitan: modelar a los usuarios por su interacción con la herramienta o con otros usuarios en la realización de sus tareas; la generación (semi-)automática de planes que involucran tareas a realizar por el usuario o grupo; la monitorización (no inmersiva) de la realización de las tareas; así como la realimentación del modelo de usuario y del sistema de P&S para mejorar el servicio de la herramienta en el futuro para ese usuario o grupo de usuarios. Aplicaciones de este tipo de herramientas se encuentran en dominios como: gestión de procesos en empresas (workflow), control de misiones complejas (espaciales, satélites, militares, etc.), gestión (semi-)automática de proyectos, ocio (visitas a ciudades) o procesos de enseñanza/aprendizaje.
Actualmente, varios grupos de esta propuesta participan conjuntamente en el proyecto SAMAP (MCyT), en el que se está desarrollando una herramienta que se basa en estas tecnologías, aplicada al dominio del turismo dentro de una ciudad. Los resultados obtenidos hasta el momento [SAMAP] muestran que, desde el punto de vista científico, estas técnicas se pueden combinar en herramientas útiles para los usuarios. Al mismo tiempo, la planificación del turismo proporciona problemas científicos generalizables a otros dominios como son la selección de subconjuntos de metas útiles para la planificación (solución al llamado "oversubscription problem" común en tareas de observación espacial), la representación de conocimiento de planificación a distintos niveles de granularidad o abstracción (dominios relacionados con situaciones de emergencia o Web), la integración de planificación de tareas con planificación de caminos (robótica), la consideración de diferentes métricas de calidad en la mayor parte de las aplicaciones de planificación o la replanificación en caso de fallo (dominios con incertidumbre).
Mientras que SAMAP constituía el primer proyecto que combinaba estas técnicas, en AdaptaPlan, por un lado, se pretende avanzar en algunos aspectos (que se describirán en el apartado de Objetivos) no cubiertos desde el punto de vista científico ni por los objetivos ni por los resultados del anterior proyecto. Por otro lado, se pretende trabajar en un dominio nuevo porque proporciona nuevos retos científicos al AA, P&S y SMA: el ciclo de vida completo de Sistemas Interactivos de Enseñanza y Aprendizaje (SIEA). La importancia de este dominio en estos momentos radica en que, de forma análoga a las empresas, las universidades están experimentando un proceso inequívoco de innovación apoyado en el uso de las TIC. Baste recordar que hoy en día en muchas universidades se ofrecen servicios básicos a través de la red para que los alumnos puedan matricularse, saber sus notas, seguir sus cursos, acceder a los materiales, realizar consultas, etc. [CRUE04]. Esta es una realidad imparable que afecta a todo el sector educativo debido al nuevo Espacio Europeo de Educación Superior (EEES) consecuencia de la Declaración de Bolonia, y no sólo a las universidades orientadas a la enseñanza a distancia.
Desde la perspectiva de esta aplicación, el objetivo tecnológico del proyecto es desarrollar un sistema automático de planificación y monitorización adaptado al perfil de usuario en contextos con incertidumbre y situaciones cambiantes. En dominios de aplicación como el propuesto en este proyecto, la definición y diseño de contenidos interactivos para establecer la ruta de aprendizaje de un estudiante se identifica claramente con procesos combinados de modelado de usuario y de planificación, donde intervienen los siguientes elementos:
- El profesor define las tareas de aprendizaje como elementos (objetos de aprendizaje) que precisan unas condiciones (requisitos iniciales) para realizarse, una duración (que podrá ser mínima, máxima o recomendada, dependerá de muchas variables y tendrá incertidumbre asociada), las metas que se alcanzan con esta tarea (post-condiciones) y las restricciones tarea-tarea y tarea-meta. También se debe definir el conjunto de plazos temporales para la consecución de las metas e incluso hitos a lo largo del calendario para la entrega de prácticas, la realización de pruebas parciales, exámenes, etc. Estas últimas restricciones se refieren a un grupo de alumnos, con lo que la herramienta debe ser capaz de tratar de manera unificada la planificación de cada alumno dentro del grupo, así como al grupo en cuanto a los hitos de aprendizaje conjuntos. El principal problema del diseño instruccional consiste en que es muy difícil definir "a priori", y para todos los alumnos, las rutas de tareas de aprendizaje que deben ser seguidas por los estudiantes para el correcto aprendizaje de las materias y lo que se debe realizar si alguna tarea no es completada con éxito en el momento adecuado por cada estudiante. Y esto es lo que precisamente se intenta resolver al combinar el aprendizaje del modelo del alumno y la planificación de tareas, entre otras áreas científicas, como se comentará en los siguientes puntos.
- Desde el punto de vista del estudiante y su perfil de usuario, se partirá de los conocimientos iniciales, motivaciones, estilos de aprendizaje y metas formativas. Este modelo del usuario podrá provenir directamente del propio alumno o ser aprendido por el sistema a partir de tareas y planificaciones realizadas y ejecutadas previamente, de las que el sistema habrá adquirido conocimiento particular de los usuarios en cuanto a su capacidad de aprendizaje ante cada tipo de materias. El objetivo ahora será establecer la planificación de tareas de una determinada asignatura o bloque temático (corto plazo), curso académico (medio plazo) o estudios completos (largo plazo) para cada usuario.
- En la siguiente fase se construye un plan totalmente adaptado al perfil y necesidades del estudiante, donde se realiza una planificación temporal de las tareas formativas que el estudiante debe seguir para asegurar un aprendizaje incremental y consistente de los conocimientos. Es necesario calcular las diferentes cargas temporales de las tareas, incluyendo las de todas las materias que debe estudiar en paralelo y la dedicación que requiere alcanzar una meta. A fin de conseguir planes de mejor calidad, pueden establecerse prioridades entre las metas.
- A continuación se establece un seguimiento temporal de la evolución del estudiante (ejecución y monitorización del plan) para comprobar el grado de satisfacción de las metas propuestas. Este se puede realizar de manera ubicua (diferentes accesos a las tareas de aprendizaje por parte del alumno). En este proceso de monitorización del plan puede observarse una consecución parcial de los objetivos, lo que conducirá a distintas soluciones: readaptar el plan temporal propuesto inicialmente contemplando los retrasos producidos en el proceso de aprendizaje temporal del estudiante (aplicación de aprendizaje basado en casos, planificación temporal con retrasos); readaptar el plan temporal propuesto estableciendo grados probables de consecución de objetivos parciales (planificación probabilística) para obtener una ruta de aprendizaje más realista; replanificación total del plan de aprendizaje partiendo de la nueva situación del estudiante, es decir teniendo en cuenta los conocimientos adquiridos por éste hasta el momento (replanificación de tareas); proseguir con el plan propuesto manteniendo el calendario inicial establecido pero incrementando los recursos a cada tarea (horas de tutorías de profesor, horas de laboratorio, ejercicios prácticos, etc.) para la consecución de los objetivos parciales (planificación multiobjetivo con recursos); o modificar la frecuencia en la monitorización del plan para realizar un seguimiento más continuado del plan de aprendizaje, estableciendo más instantes temporales para la monitorización incluyendo nuevos hitos.
- Por último, el sistema cerrará el bucle, al evaluar el comportamiento de un alumno y grupo de alumnos ante un plan y una materia o conjunto de materias, y realimentará al sistema de modelado del usuario y al de planificación para futuros episodios de aprendizaje y planificación. Al mismo tiempo, el profesor recibiría informes que constaten, de forma resumida, qué y cuántas actividades y cómo han sido realizadas por los alumnos, lo que permitiría tomar las oportunas decisiones en el futuro.
Desde el punto de vista de la aplicación, las ventajas de esta aproximación son, entre otras: consideración de los distintos tipos de usuarios y de sus roles cambiantes a lo largo del tiempo (alumno, profesor, tutor, administrador, colaborador, ayudador, animador, ...); varias vistas de planificación relacionadas (p.ej., diaria, semanal, mensual, semestral e incluso anual); consideración de la carga de trabajo total del alumno y del grupo de alumnos por cada vista; modelado automático del alumno y del grupo; acceso ubicuo a los diferentes modelos generados, así como a la capacidad de planificación; adaptación automática del sistema a cada alumno o grupo de alumnos; modelado de los canales de interacción; gestión de perfiles del usuario más allá del ámbito restringido de un curso; o la generación de planificaciones de asignaturas viables en combinación con otras para construir el currículo del alumno.