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Sistemas de tutor�a inteligente y su aplicaci�n en la educaci�n

 

Intelligent tutoring systems and their application in education

 

Sistemas de tutoria inteligentes e sua aplica��o na educa��o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: macriollo@utmachala.edu.ec

 

Ciencias de la Educaci�n

Art�culo de Investigaci�n

 

* Recibido: 30 de enero de 2024 *Aceptado: 22 de febrero de 2024 * Publicado: �11 de marzo de 2024

 

       I.          Universidad T�cnica de Machala, Ecuador.

     II.          Universidad T�cnica de Machala, Ecuador.

   III.          Universidad T�cnica de Machala, Ecuador.

  IV.          Universidad T�cnica de Machala, Ecuador.

 

Resumen

Hoy en d�a las nuevas tecnolog�as de la comunicaci�n e informaci�n han revoluciona la forma en que se solventan las necesidades sociales, en especial la educaci�n con el surgimiento de las inteligencias artificiales (IA) ante la necesidad de gestionar grandes vol�menes de datos, estudiantes e informaci�n acorde a las exigencias del �mbito tanto social como laboral; en este marco se dan los sistemas de tutor�a inteligente (STI) con la capacidad de emular un asistente did�ctico capaz de direccionar el aprendizaje, registrar datos e identificar las necesidades individuales del estudiante para proponer soluciones aprobadas por el docente. Este art�culo emplea una revisi�n literaria sobre el uso de los STI en la educaci�n en relaci�n al contexto latinoamericano partiendo desde la historia de los STI hasta sus implicaciones, funciones, potencialidades y limitaciones en torno a la labor del docente y mejora pedag�gica para el estudiante. Entre los principales hallazgos se destacan que las redes neurales permiten personalizar al asistente, detectar compromiso emocional, errores del estudiante y proponer medidas de mejora/refuerzo modificando los contenidos en tiempo real; no obstante, a�n est�n lejos de reemplazar al docente quien con su gu�a y experiencia coordina el proceso de ense�anza-aprendizaje desde una perspectiva hol�stica m�s all� de la l�gica o posturas te�ricas de las IA.

Palabras Clave: Sistemas de tutor�a inteligente; did�ctica; educaci�n; docente; estudiante.

 

Abstract

Today, new communication and information technologies have revolutionized the way in which social needs are solved, especially education with the emergence of artificial intelligence (AI) due to the need to manage large volumes of data, students and information. according to the demands of both the social and labor spheres; In this framework, intelligent tutoring systems (STI) exist with the ability to emulate a teaching assistant capable of directing learning, recording data and identifying the individual needs of the student to propose solutions approved by the teacher. This article uses a literary review on the use of ITS in education in relation to the Latin American context, starting from the history of ITS to its implications, functions, potential and limitations regarding the work of the teacher and pedagogical improvement for the student. Among the main findings are that neural networks allow the assistant to be personalized, detect emotional commitment, student errors and propose improvement/reinforcement measures by modifying the content in real time; However, they are still far from replacing the teacher who, with her guidance and experience, coordinates the teaching-learning process from a holistic perspective beyond the logic or theoretical positions of AI.

Keywords: Intelligent tutoring systems; didactics; education; teacher; student.

 

Resumo

Hoje, as novas tecnologias de comunica��o e informa��o revolucionaram a forma como as necessidades sociais s�o resolvidas, especialmente a educa��o com o surgimento da intelig�ncia artificial (IA) devido � necessidade de gerenciar grandes volumes de dados, alunos e informa��es de acordo com as demandas de ambos. as esferas social e trabalhista; Neste quadro, existem sistemas de tutoria inteligentes (STI) com a capacidade de emular um auxiliar de ensino capaz de direcionar a aprendizagem, registrar dados e identificar as necessidades individuais do aluno para propor solu��es aprovadas pelo professor. Este artigo utiliza uma revis�o liter�ria sobre o uso dos STI na educa��o em rela��o ao contexto latino-americano, partindo da hist�ria dos STI at� suas implica��es, fun��es, potencialidades e limita��es no que diz respeito ao trabalho do professor e ao aprimoramento pedag�gico do aluno. Entre as principais descobertas est�o que as redes neurais permitem personalizar o assistente, detectar comprometimento emocional, erros dos alunos e propor medidas de melhoria/refor�o modificando o conte�do em tempo real; No entanto, ainda est�o longe de substituir o professor que, com a sua orienta��o e experi�ncia, coordena o processo de ensino-aprendizagem numa perspectiva hol�stica para al�m da l�gica ou das posi��es te�ricas da IA.

Palavras-chave: Sistemas de tutoria inteligentes; did�tica; Educa��o; professor; estudante.

 

Introducci�n

Los avances tecnol�gicos han transformado radicalmente la forma en que accedemos y adquirimos conocimientos, donde la educaci�n no es una excepci�n. En este contexto, los Sistemas de Tutor�a Inteligente (STI) han emergido como una herramienta revolucionaria que fusiona la tecnolog�a con la pedagog�a, buscando mejorar la experiencia de aprendizaje de los estudiantes.

Los STI comenzaron a desarrollarse en los a�os 80 y fueron dise�ados con la idea de impartir conocimiento con base en alguna forma de inteligencia para guiar al estudiante en el proceso de aprendizaje (Urretavizcaya, 2001). Su prop�sito es exhibir un comportamiento similar al de un tutor humano, que se adapte al comportamiento del estudiante, identificando la forma en que �l mismo resuelve un problema para brindarle ayuda cuando cometa errores. Un tutor inteligente, por lo tanto, �es un sistema de software que utiliza t�cnicas de inteligencia artificial (IA) para representar el conocimiento e interact�a con los estudiantes para ensen�rselo� (VanLehn, 1988, p. 55).

Un Sistema de Tutor�a Inteligente es una aplicaci�n inform�tica dise�ada para proporcionar orientaci�n y apoyo a los estudiantes de manera personalizada, adaptativa e interactiva. A trav�s del uso de algoritmos avanzados, inteligencia artificial y an�lisis de datos, estos sistemas pueden evaluar las habilidades, necesidades individuales de los estudiantes y realimentar los contenidos en tiempo real mejorando la experiencia en el proceso de ense�anza-aprendizaje.

Mediante un an�lisis descriptivo se espera conocer que los ITS disminuyen las debilidades y necesidades de aprendizaje individuales, se sustenta en la idea de que mientras m�s conocimiento se posea mejor explicado ser� el contenido y las actividades, lo que se traducir� en mayor conocimiento para el alumno.

Desde esta perspectiva, un ITS es un tipo de ambiente interactivo que est� dise�ado para el aprendizaje individual y se distingue de los otros tipos por su capacidad para modelar el estado cognitivo del usuario, permitiendo brindar consejos sensibles al contexto y retroalimentar en todos los pasos de un proceso de aprendizaje (Graesser et al., 2005). Su objetivo principal, adem�s de dominar un �rea de conocimiento en espec�fico, es desarrollar una metodolog�a que se adapte al alumno e interact�e din�micamente con �l (Hern�ndez y Rengifo, 2015).

 

DESARROLLO

El sistema SQL-tutor consiste en una interfaz de interacci�n con el estudiante, una base de conocimiento para el experto y un modelo de estudiante que determina el contenido de las acciones pedag�gicas (Mitrovic y Ohlsson, 1999).

Wolf (1984) define los ITS como sistemas que modelan la ense�anza, el aprendizaje, la comunicaci�n y el dominio del conocimiento del especialista y el entendimiento del estudiante sobre ese dominio. As� mismo (Giraffa, Viccari y Nunes, 1997) en su investigaci�n los delimitan los ITS como sistemas que incorpora t�cnicas de IA (inteligencia artificial) a fin de crear un ambiente que considere los diversos estilos cognitivos de los alumnos que utilizan el programa. Entre los ITS desarrollados siguiendo las ideas de (Carbonell, 1970) y con base en paradigmas de programaci�n convencional (no a trav�s del paradigma de agentes inteligentes) se pueden destacar los siguientes: Scholar (Carbonell, 1970), Why (Stevens y Collins, 1977) Sophie (Brown et al., 1989), Guidon (Clancey et al., 1991), West (Burton et al., 1981), Buggy (Brown y Burton, 1978), Debuggy (Brown et al., 1989), Steamer (Stevens y Collins, 1977), Meno (Wolf, 1984), Proust (Johnson, 1986) y Sierra (VanLehn, 1988).

Morales (2007) manifiesta que los maestros y tutores juegan un papel crucial en el proceso de ense�anza-aprendizaje, pues proporcionan al estudiante retroalimentaci�n sobre lo estudiado y orientaci�n sobre la ruta a seguir, con lo que se logra un cierto grado de personalizaci�n del proceso educativo a las necesidades y aptitudes espec�ficas de cada estudiante.

Un sistema tutorial inteligente (ITS, por sus siglas en ingl�s), se define como: sistemas computacionales dise�ados para impartir instrucci�n y apoyar inteligentemente los procesos de ense�anza aprendizaje mediante la interacci�n con el alumno (Arias, Jim�nez y Ovalle, 2009).

 

Aplicaciones en la Educaci�n:

Las principales aplicaciones en el �mbito acad�mico son:

�       Ense�anza Personalizada: Los STI permiten la creaci�n de planes de estudio personalizados, abordando las necesidades espec�ficas de cada estudiante y proporcionando el nivel de desaf�o adecuado.

�       Apoyo en la Resoluci�n de Problemas: Facilitan la pr�ctica y la resoluci�n de problemas, ofreciendo orientaci�n detallada y soluciones paso a paso.

�       Mejora de Habilidades Espec�ficas: Ayudan a desarrollar habilidades espec�ficas, ya sea en matem�ticas, ciencias, idiomas u otras disciplinas, proporcionando ejercicios y actividades adaptadas.

�       Evaluaci�n Formativa: Los STI contribuyen a una evaluaci�n continua, permitiendo a los educadores y estudiantes realizar ajustes en tiempo real para mejorar el rendimiento acad�mico.

1.1.          Caracter�sticas Principales de los Sistemas de Tutor�a Inteligente:

De acuerdo con Revista EDU (2022) sus principales cualidades son:

�       Personalizaci�n: Los STI se adaptan a las habilidades y ritmos de aprendizaje de cada estudiante, brindando una experiencia educativa �nica para cada individuo.

�       Retroalimentaci�n Inmediata: Proporcionan comentarios instant�neos sobre el desempe�o del estudiante, permiti�ndoles corregir errores y consolidar conceptos de manera m�s eficiente.

�       Monitoreo Continuo: Realizan un seguimiento constante del progreso del estudiante, identificando �reas de mejora y ajustando la dificultad de los desaf�os educativos en consecuencia.

�       Adaptabilidad: Pueden ajustarse a diferentes estilos de aprendizaje, ofreciendo una variedad de recursos multimedia y m�todos de ense�anza.

 

Dentro de este marco Rodriguez (2019) explica que existen diversos sistemas educativos computarizados que utilizan t�cnicas de la inteligencia artificial (IA), los cuales seg�n Ovalle y Jim�nez (2006) buscan aplicarlas a un desarrollo de sistemas de ense�anza-aprendizaje asistidos por computador con el objetivo de crear sistemas m�s inteligentes.

De la misma manera Clancey (1991) menciona que la tutor�a es una forma de atenci�n educativa donde el profesor apoya a un estudiante o a un grupo de estudiantes de una manera sistem�tica por medio de la estructuraci�n de objetivos, programas, organizaci�n por �reas, t�cnicas de ense�anza apropiadas e integraci�n de grupos conforme a ciertos criterios y mecanismos de monitoreo y control, entre otros.

Figura 1: Se presenta gr�ficamente la metodolog�a que se sigue como desarrollo de un ITS basado en la Web.

Seg�n Khuwaja (1994) los STI adaptan el contenido educativo seg�n el nivel de habilidad, estilo de aprendizaje y ritmo individual de cada estudiante. Esta personalizaci�n permite que cada estudiante avance a su propio ritmo, refuerce sus fortalezas y aborde espec�ficamente sus �reas de debilidad mejorando su desempe�o, calificaciones e induciendo un estudio m�s pragm�tico empleando sus propios estilos de aprendizaje. Tambi�n Cruz (1997) indica que los STI proporcionan retroalimentaci�n inmediata y espec�fica sobre el desempe�o del estudiante. Esto ayuda a corregir malentendidos de manera inmediata, fortaleciendo la comprensi�n y permitiendo que los estudiantes avancen con confianza.

Los STI identifican las necesidades de aprendizaje individuales de cada estudiante y ofrecen recursos adicionales o tareas espec�ficas para abordar esas necesidades. Esto asegura que cada estudiante reciba la atenci�n necesaria en las �reas donde enfrenta desaf�os o dificultades (Hern�ndez, 2015).

Realizan un seguimiento constante del progreso del estudiante, permitiendo a los educadores y al sistema ajustar las estrategias de ense�anza en tiempo real. Esto facilita la identificaci�n temprana de dificultades y la aplicaci�n de intervenciones personalizadas.

Los STI ofrecen flexibilidad en el acceso al contenido educativo, permitiendo que los alumnos estudien en su propio horario y ubicaci�n. Esto es especialmente beneficioso para aquellos con compromisos externos o necesidades de aprendizaje no convencionales fuera de las jornadas acad�micas (VanLehn, Fundamentos de los sistemas de tutor�a inteligente, 1988).

Figura 2: Arquitectura de sistema tutorial inteligente.

Con el fin de integrar las nuevas tecnolog�as y producir una herramienta que permita una adaptaci�n a un entorno din�mico, siendo este �ltimo el estado cognitivo del estudiante, se propone desarrollar un STI con caracter�sticas reactivas (Laureano y De Arriaga, 2000; Laureano, Ter�n y Rodr�guez, 2005) que incluyen el componente interactivo de comunicaci�n integradora asociada a las nuevas tecnolog�as dentro de su interfaz (Laureano et al., 2010). A continuaci�n, de acuerdo con Laureano, Ter�n y Rodr�guez (2005) y Laureano et al. (2009) se detalla cada uno de los componentes.

• Modelo del estudiante: est� constituido por la base de datos que representa el estado cognitivo del estudiante y el entorno que se pretende cambiar.
• Modulo experto: es el lugar donde se acumula el conocimiento del experto.
• Modulo tutorial: determina las estrategias pedag�gicas e instruccionales del sistema.
• La interfaz: puede ser considerada como un entorno de simulaci�n en el sentido de que es el lugar donde tienen representaci�n las salidas y entradas del sistema.

Su compromiso b�sico es la comunicaci�n entre el sistema y el estudiante, aunque al ser el medio de salida de las acciones del STI, tambi�n tiene una responsabilidad did�ctica

Seg�n Rodr�guez (2021) los STI en la educaci�n superior son empleados para evolucionar los recursos did�cticos y ofrecer un diagnostico del estudiane para guiar el aprendizaje mediante soluciones o retroalimentaciones al contenido impartido a cada estudiante; sus principales bondades son identificar errores en base al estado emocional del alumno para idear soluciones favorables para el proceso de ense�anza-aprendizaje.

De igual manera Silva, Rodr�guez y Polanco (2021) que hoy en d�a las redes neuronales son el principal medio para los STI donde se programan para realizar diagnosticos, evaluaciones, calificar, registros y nivel de competencia para realimentar los curriculos o destrezas de los contenidos a impartir.

En base a lo anterior, los postulados de Pincay, Pintado y Biset (2019) concuerdan en que los STI sirven para la detecci�n del compromiso emocional del alumno en el aula, revisi�n sistem�tica de la literatura a impartir, medir el progreso en las tutuorias y ofrecer registros para mejorar la did�ctica en relaci�n a las falencias del estudiante.

En s�ntesis, los STI sirven como ayuda al docente, siendo un asistente inteligente capaz de procesar datos e informaci�n pero no tomar decisiones ni guiar autom�ticamente el aprendizaje; puesto que, se requiere la gu�a experimentada del docente para construir el conocimiento de forma hol�stica.

 

 

 

CONCLUSIONES

Los Sistemas de Tutor�a Inteligente representan una evoluci�n significativa en la forma en que concebimos la educaci�n. Al proporcionar una experiencia de aprendizaje personalizada, adaptativa y centrada en el estudiante, estos sistemas tienen el potencial de impulsar la eficacia y eficiencia de la educaci�n, preparando a los estudiantes para los desaf�os del siglo XXI.

El objetivo de los ITS no es el reemplazo del tutor humano, sino reforzar la ense�anza dentro y fuera del aula. En la implementaci�n de los ITS el tutor humano eficientiza sus actividades haci�ndose cargo en forma personalizada de las tareas que el ITS no puede realizar. Bajo este panorama de la ense�anza se considera al alumno como el centro principal en el proceso educativo, pues es �l quien regula sus aprendizajes. De esta forma, se logra crear una visi�n de ense�anza donde es el estudiante el protagonista del modelo y sus necesidades la prioridad.

Los sistemas de tutor�a inteligente permiten mejorar la calidad de la educaci�n, brindar una experiencia personalizada e innovadora centrada en el estudiante, con la cualidad de adaptarse a sus necesidades, retroalimentar contenidos e idear recursos pedag�gicos acorde a su estilo de aprendizaje, solventar falencias e inducir un trabajo aut�nomo dirigido donde el docente gu�a el aprendizaje aprobando las observaciones del ITS e induciendo mejoras que considere adecuadas para el estudiante en particular.

 

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� 2024 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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