Inteligencia Computacional: Modelo del Estudiante

Inteligencia Computacional: Modelo del Estudiante

El modelo de perturbación del estudiante extiende el conocimiento del experto por medio de la inclusión de una librería de errores que representa los malentendidos del alumno. Como punto central de la investigación,  se propone modelar el estilo cognitivo de cada alumno, de tal manera que la individualización sea aún más adaptativa.

4.1 Estilos Cognitivos y de Aprendizaje

Un Estilo de Aprendizaje es el compuesto de los factores cognoscitivos, afectivos, y fisiológicos característicos que sirven como indicadores de cómo un alumno percibe, obra recíprocamente, y responde al ambiente de aprendizaje.

Figura 2. Representación espacial de los estilos cognitivos

Recopilando las investigaciones de Witkin[12] y Kolb[8] se pueden representar los 8 estilos cognitivos para el procesamiento aritmético en un espacio de 3 dimensiones, como se describe en la Figura 2.

Kolb [8]  propone una teoría de aprendizaje por experiencia que involucra 4 etapas principales: Experiencias Concretas (EC), Observación Reflexiva (OR), Conceptualización Abstracta (CA) y Experimentación Activa (EA), y postula 4 tipos de alumnos: (Divergente, Asimilador, Convergente y Adaptador) dependiendo de su posición en el espacio de dos dimensiones. Witkin  propone  por su  lado  2  tipos  de alumnos: el Analítico y el Holístico [4].

· Alumno Adaptador AA: este individuo necesita conocer que se puede hacer con las cosas, tiende a resolver problemas en forma intuitiva y su interés primario radica en adaptar el aprendizaje a situaciones de su propia vida.

· Alumno Convergente AC: su mayor recurso reside en la aplicación práctica de las ideas, necesita conocer como funcionan las cosas y aprende comprobando teorías a través de medios que le parecen sensibles. Prefiere el material visual.

· Alumno Divergente AD: percibe la información a través de una experiencia concreta y la expresa reflexivamente, tiende a ser imaginativo y emotivo, y aprende oyendo y compartiendo ideas. Prefiere el material auditivo.

· Alumno Asimilador AAS: necesita conocer lo que piensan los expertos, percibe información abstractamente y la procesa en forma reflexiva y se interesa por conceptos abstractos.

· Alumno Analítico AAN: son estudiantes objetivos, muy reflexivos, tienden a desarrollar estrategias correctas de solución de problemas. Emplean heurísticas para el desarrollo de problemas y no requieren mucha intervención del profesor ya que prefieren el aprendizaje por descubrimiento.

· Alumno Holístico AH: son estudiantes impulsivos que poseen un buen desempeño de la memoria de corto plazo, trabajan mejor en grupo y poseen dificultad para resolver problemas con información sobrante.

4.2 Identificación del estilo cognitivo a través de un Sistema Clasificador

Teniendo en cuenta los aportes generados por Witkin y Kolb a la sicología cognitiva, se tomaron 13 variables que ayudan a determinar el estilo cognitivo de un individuo, sin embargo los rangos estimativos de estas variables para cada tipo de alumno están representados por valores lingüísticos, por ejemplo: el alumno convergente posee un  “nivel alto de concetpualización” . Aquí la palabra “alto” no está representando ningún valor numérico o mesurable.

Se propuso por lo tanto, emplear un Sistema Clasificador de autoaprendizaje (SC) que identificara, clasificara y jerarquizara dichos valores ambiguos de cada una de las variables cognitivas, sin necesidad de generar el conocimiento de antemano, como sí lo requeriría un sistema experto o un sistema de lógica difusa. Finalmente el SC categorizará las variables cognitivas dentro de rangos estimativos cuantificables, es decir, para cada tipo de alumno deberá generar un conjunto de valores específicos (p,ej: el alumno adaptador posee un nivel de conceptualización entre el 60 y el 80% de los contenidos).

4.2.1 Sistemas Clasificadores de aprendizaje (SC)

Los sistemas clasificadores fueron propuestos por Holland[7] como un modelo de aprendizaje maquinal por refuerzo basado en Algoritmos Genéticos que representa modelos mentales de un ambiente determinado

. Un SC posee una arquitectura básica de 3 subsistemas[6] como se observa en la figura 3: 

1. Sistema de Reglas y Mensajes

2. Sistema de Distribución de Créditos

3. Algoritmo Genético

La sintaxis del sistema de producción de reglas es:

<clasificador> :: = <condición> : <mensaje>

basada en el  alfabeto ternario <1, 0, #>. La información fluye del ambiente a través de los detectores  (los ojos y oídos del sistema clasificador) donde es decodificado uno o más mensajes de longitud finita.

Estos mensajes del ambiente son enviados a una lista donde deben activar reglas del tipo String llamadas clasificadores. Cuando es activado un clasificador, envía un mensaje a la lista de mensajes.

El sistema de distribución de créditos es fácilmente visto como una economía digital donde el derecho de comerciar información es comprado y vendido por los clasificadores. Los clasificadores forman una cadena de intermediarios desde el manufacturero de la información (el ambiente) hasta el consumidor de información (los efectores).

Este servicio de economía contiene dos componentes principales: una subasta y una agencia de compensación. Cuando los clasificadores son emparejados ellos no envían directamente sus mensajes, en cambio, cualifican para participar en la activación de la subasta.

Figura 3. Arquitectura básica de un SC

Finalmente, el Algoritmo Genético es el encargado de inyectar nuevos y mejores clasificadores al sistema por medio de los operadores genéticos básicos: Selección, Cruce y Mutación, donde la función de aptitud depende directamente del buen desempeño de los clasificadores, es decir, su ganancia. Los Algoritmos Genéticos son algoritmos estocásticos evolutivos ya que explotan eficientemente la información histórica, permitiendo especular sobre nuevos puntos de búsqueda dentro del espacio de soluciones, esperando un mejor comportamiento a través de su evolución.

4.2.2 Aplicación del SC en el STI

Si el STI determina el estilo cognitivo de cada estudiante, puede ser capaz de diseñar una estrategia pedagógica para cada individuo y podrá además generarle al profesor un reporte del diagnóstico del alumno con respecto a una tarea. Inicialmente, el SC captura algunas características cognitivas del alumno a través de una evaluación diagnóstica usando los detectores. Esta evaluación mide los siguientes aspectos:

4.2.2.1 Variables e indicadores (detectores del SC)