Uso de Ontologías educativas 38

La efectividad de las herramientas de autoría si bien depende de la exactitud y la capacidad de representación de los modelos conceptuales subyacentes, también está condicionada por la efectividad de la implementación de mecanismos que permitan procesar la información que estos modelos proporcionan. El uso de Ontologías para estos fines puede ser de gran utilidad porque proporcionan los medios para representar formalmente las partes (todas o algunas) de nuestro modelo mental sobre un dominio de conocimiento específico [41], de tal forma que pueda ser entendidas y manipuladas por elementos de cómputo (agentes software, motores de búsqueda o servicios web [134] [28]) facilitando el procesamiento automático de los elementos de ese dominio.

La investigación sobre Ontologías educativas también ha sido profusa en estos años. Algunas de las más destacadas son las propuestas de Murray [87], Mizoguchi [84] y Leidig [73]. Los sistemas inteligentes de enseñanza y entrenamiento, también conocidos como Tutores Inteligentes son una de las vertientes de implementación más conocidas de la Hipermedia Educativa durante la década de los 90 del siglo pasado y ha sido una de las áreas en las que se más se han centrado las investigaciones sobre Ontologías educativas. Ejemplo de ellas son las propuestas de Murray [87] y la Ontología de tareas de Mizoguchi [84] que a continuación presentamos brevemente.

Ontología de Murray: Murray define una ontología para la creación de tutores inteligentes en

[87], centrada en el concepto de información pedagógica y proporciona una estructura para su representación de carácter general. Esta ontología ha sido utilizada para el diseño del KBTMM presentado en la sección Soluciones basadas en modelos de contenidos.

En esta ontología se define un vocabulario sobre los conceptos pedagógicos y la representación de la estructura del dominio de conocimiento sobre el que versan los tutores en forma de red de tópicos o temas. Dentro de esta estructura se incluyen los tipos de temas, sus propiedades como niveles de competencias, habilidades o conocimientos a desarrollar y las relaciones permitidas entre los temas. Por ejemplo, se consideran tipos de temas como Hecho, Concepto, Procedimiento y Error de concepción. Los niveles de competencias a considerar en cada tema son: recordar, usar, aplicar, analizar, crear y sintetizar. Mientras que las relaciones entre los temas son Prerrequisito-de, Generalización, Sub-Concepto, Concepto-similar-a, etc. Utilizando la información proporcionada por la Ontología se pueden crear tutoriales a partir de la especificación de los temas a tratar, los objetivos educativos y la estrategia pedagógica para alcanzar tales objetivos. La estrategia, de acuerdo con la Ontología, determina cómo debe recorrerse la red de temas de forma que se satisfagan los objetivos.

Esta propuesta proporciona información de carácter pedagógico, de vital importancia para la composición de los materiales que potencia su carácter reutilizable y su capacidad como soporte efectivo del proceso educativo, sin embargo, el concepto de materiales didácticos en esta propuesta se ve reducido a los tutores inteligentes.

Ontología de Tareas de Mizoguchi: En 1996 Mizoguchi realizó una interesante propuesta de

ontología para el diseño de sistemas inteligentes de enseñanza y entrenamiento (SIE), como medio de caracterizar estos sistemas, de forma que se facilitara el diseño de sus componentes con carácter reutilizable y permitiera la comunicación de forma estandarizada entre estos componentes. Otros de sus objetivos eran proporcionar un vocabulario común basado en términos y conceptos que permitieran comparar y evaluar los sistemas inteligentes de enseñanza, facilitar un medio para formalizar las tareas educativas y permitir la interpretación de las descripciones del nivel de conocimiento sobre los procesos de resolución de problemas al nivel de ejecución del código correspondiente.

En esta propuesta se considera que los SIE se caracterizan por la interacción entre el estudiante con el sistema, en el que las actividades y funcionalidades disponibles se fundamentan en un conjunto de factores claves: un determinado dominio de conocimiento, el estado del estudiante y un grupo de objetivos educativos que deben alcanzarse. Por este motivo, la Ontología de Tareas está compuesta por los siguientes conceptos considerados como categorías de primer nivel:

Objetivos educativos Estado del estudiante Funcionalidad del sistema

Interacción del estudiante con el sistema

Conocimientos incluidos en el material de enseñanza.

A partir de estas categorías se realiza una organización jerárquica del resto de los conceptos, considerados como nodos y enlazados entre sí, por medio de tres tipos de enlaces o relaciones: Es-un, Parte-de y Tiene-atributo.

Los objetivos educativos permiten distinguir e identificar las metas que se pretenden alcanzar a través de la interacción del estudiante con el sistema de acuerdo con la estrategia pedagógica elegida.

Para ello se dividieron los objetivos en dos categorías: Objetivos independientes del dominio de conocimiento y Capacidades dependientes del dominio. En la primera categoría se incluyen aquellos objetivos relacionados con capacidades generales aplicables a cualquier dominio de conocimiento como la memoria, la creatividad, el razonamiento, las capacidades sociales como la argumentación, la comunicación o la negociación. En la segunda categoría se consideran los objetivos específicos para un dominio de conocimiento como entender los conceptos de ese dominio, capacidades para resolver problemas de ese dominio o la creación de nuevos esquemas para la resolución de problemas de ese dominio.

El estado del estudiante es una categoría empleada para definir las condiciones en que se puede encontrar el estudiante/aprendiz durante su interacción con el SIE. Es por ello, que el estado del estudiante fue dividido en diferentes categorías: Fase en el proceso de aprendizaje, Estado de su conocimiento y su Estado metal. La primera categoría, Fase en el proceso de aprendizaje está relacionada con los Objetivos educativos y permite definir en que estado se encuentra el estudiante respecto a los objetivos definidos, como fase de aprendizaje de conocimientos, que se divide a su vez en aprendiendo nuevos conceptos, entendiendo en profundidad los nuevos conocimientos. En la categoría Estado de su conocimiento divide en dos subcategorías: Representación numérica y Representación simbólica. En la primera se presentan el estado del conocimiento de un estudiante a través de elementos como conceptos cubiertos (aprendidos), habilidades alcanzadas, nivel de dominio de los conceptos o la confianza en lo aprendido. Entre los elementos de la Representación simbólica se definieron la localización de errores, condiciones que propician los errores, tipos de errores como orden incorrecto de operaciones, relaciones incorrectas entre predicados y conceptos. Mientras que en la categoría de Estado mental se incluyen elementos como la motivación, interés y la concentración.

La categoría funcionalidad del sistema es considerada dentro de esta Ontología como la más importante para un SIE y los conceptos asociados a esta categoría definen el tipo de enseñanza que caracteriza al SIE. Estos conceptos se han divido en dos categorías: sistemas autónomos y sistemas no autónomos. Dentro de la primera categoría se presentan conceptos como el tipo de interacción uno a uno o interacción en grupos, diferentes estrategias el primer tipo como practicas repetitivas, hacer aprendiendo, exploraciones libres del entorno de aprendizaje, entrenamiento, tutorías. Para el tipo de interacción en grupos se definen estrategias como la colaboración, coordinación, cooperación, desarrollo de juegos o argumentación. Como los SIE son considerados como sistemas autónomos en la definición de la Ontología no se profundiza en los sistemas no autónomos, aunque se deberían definir más detalles de los sistemas no autónomos en aras de obtener mayor completitud en la Ontología.

En la categoría interacción entre el estudiante y el sistema se tomó en consideración que la actividad del estudiante tiene carácter interno o mental, así como externo, reflejado en sus acciones o en los actos de comunicación que realiza. Como el objetivo de esta Ontología no era proponer un modelo para medir el comportamiento del estudiante sino facilitar información para la construcción de un SIE, se le dio más importancia a la actividad externa del estudiante a través de su interacción con el sistema. Entre los conceptos a considerar como categorías de primer nivel dentro de la interacción entre el estudiante con el sistema se propusieron elementos como el modo de interacción, el tipo de contenidos, los roles en la comunicación y el protocolo de control y secuenciación. Los primeros están estrechamente relacionados con el aspecto técnico de los SIE y con las técnicas de interacción incluidas en el SIE. Mientras que el tipo de contenido se refiere a la descripción cognitiva de la comunicación, los roles representan las posibles actitudes del estudiante hacia el SIE y los protocolos de control y secuenciación permiten definir el orden que se establece para dicha comunicación.

Por último, se consideró la categoría Conocimientos incluidos en el material de enseñanza, reconociendo el valor de los materiales didácticos como soporte para el desarrollo del proceso educativo. Dentro de esta categoría se incluyen elementos como el Dominio de Conocimiento y el Conocimiento de control de búsquedas. En la primera categoría, Dominio de Conocimiento se toma en cuenta el tipo de conocimiento: declarativo o procedimental, abstracto o concreto, forma en que están definidas las operaciones en dicho dominio. Además, partiendo de la idea de que los SIEs son sistemas multimedia, esta categoría está compuesta por Nodos y Enlaces. Los Nodos a su vez incluyen Conceptos, Hechos, Reglas y Principios, entre sus propiedades se considera el carácter opcional u obligatorio de la temática tratada o su dificultad, mientras que en los Enlaces se consideran las relaciones entre los contenidos tales como es Prerrequisito, Objetivo, Es-un, Parte-de u Orden. En la categoría Conocimiento de control de búsquedas se consideraron elementos como: Objetivos, Sub-objetivos, Preferencias o Puntuación, entre otros.

La información que proporciona esta propuesta es muy útil a la hora de componer los tutores inteligentes sin embargo muy poco interés se ha prestado a la creación de sus contenidos temáticos, como consecuencia las descripciones que la Ontología proporciona no permiten resolver problemas relacionados con la localización y recuperación de tales contenidos ni con su composición.

Ontología de Leidig: Esta propuesta de Ontología a diferencia de las anteriores, surge más

recientemente, está asociada a la vertiente de e-Learning relacionada con los objetos de aprendizaje y se aplica en soluciones a la educación continua, a lo largo de toda la vida de los individuos y al entrenamiento profesional aunque no tiene en consideración los estándares y especificaciones e-Learning. Esta propuesta surge tomando en consideración que los modelos didácticos son generalmente conocidos, descritos y analizados en la comunidad pedagógica de manera informal y que es preciso que tales modelos sean descritos de una manera más exacta y formal para permitir el procesamiento de sus conceptos y procesos por parte de las herramientas de autoría. Se plantea además la necesidad de que estas descripciones formales sean consensuadas entre los especialistas de perfiles técnicos y los de perfil pedagógico de manera que la comunicación entre ambos perfiles durante el desarrollo de los materiales didácticos sea fluida, clara e inequívoca.

La Ontología propuesta por Leidig en [73] presenta una estructura de grafos conceptuales utilizados para la definición de un vocabulario común y una gramática para la información semántica de los objetos de conocimiento (u objetos de aprendizaje). Esta estructura tiene un carácter general e independiente del dominio de conocimiento. La estructura de grafos está compuesta por conceptos didácticos, un conjunto de relaciones entre tales conceptos y un conjunto de patrones que describen la utilización más común de los conceptos y sus relaciones. Se especifican además reglas de posibles relaciones entre grafos conceptuales y las transformaciones de la información sobre el dominio de conocimiento en posibles rutas de navegación para los objetos de aprendizaje. Los conceptos de carácter didáctico propuestos en esta Ontología se han clasificado en función de varias dimensiones como son la temática; las

competencias a alcanzar; el medio o soporte utilizado para la transferencia del conocimiento, el tipo de conocimiento: orientación, explicativo, operativo o de referencia; las relaciones entre los objetos de aprendizaje para definir su estructura y presentación y el nivel de interacción entre el estudiante y el sistema potenciado por los objetos de aprendizaje, es decir, receptivo, activo y colaborativo. Las relaciones se dividen en jerárquicas y no jerárquicas, las primeras son del tipo Es-parte o Es-un, mientras que las relaciones no jerárquicas son del tipo Es-similar, Es-análogo, Es-alternativo, entre otras.

Esta clase de ontologías pueden proporcionar los elementos necesarios para crear plantillas, asistentes de desarrollo y herramientas para controlar la consistencia, la completitud y la coherencia que ayuden a los creadores durante el desarrollo de los materiales didácticos [73]. En este sentido, la información que proporcionan las ontologías también es útil en la etapa de selección del desarrollo puesto que permite disponer de interpretaciones semánticas apropiadas para el trabajo de los motores de búsqueda en la localización y recuperación de componentes del material. Además podrían facilitar la composición y configuración automática del proceso educativo, si los elementos del modelo conceptual sobre el que trabajan incluyen las relaciones entre el diseño instructivo y los contenidos.