Este trabalho descreve o planejamento, desenvolvimento e validação de um modelo de software educacional. O aplicativo é um ambiente multimídia de ensino e aprendizagem do Metabolismo dos Glicídios e o Ciclo de Krebs, denominado e-Metabolismo: Glicídios e contém um jogo de seqüência para o ensino de Bioquímica, denominado Diagrama Metabólico Dinâmico Virtual. O estudo de teorias pedagógicas e a experiência em aulas com os alunos do curso de medicina da Fundação Faculdade Federal de Ciências Médicas de Porto Alegre apontou a necessidade de mudanças no ensino de Bioquímica com uso das novas tecnologias de informação e comunicação. A justificativa do uso de um jogo virtual como método de ensino tem por base os resultados obtidos com o uso de um jogo de seqüência lógica em tabuleiro, na Disciplina de Bioquímica. O desenvolvimento do e-Metabolismo: Glicídios, tendo como referência a prática pedagógica baseada na epistemologia genética Jean Piaget, incluiu no seu planejamento a escolha de ferramenta de programação para permitir a interação do usuário (aluno) com o ambiente. O produto utiliza amplamente recursos de multimídia e pode ser disponibilizado num servidor ou em forma de CD-ROM. O ambiente virtual possibilita a interação do aluno com o ambiente e com colegas e professores através de ferramentas como, por exemplo, acesso a e-mails, chats, fóruns, mapas conceituais e diário de bordo. Instrumentos de avaliação de software foram estudados e aplicados com alunos de Disciplinas de Bioquímica no sentido de validar o software e-Metabolismo tanto no que se refere aos aspectos técnicos como a aprendizagem do conteúdo pelos alunos. Experiências com o uso do software foram, primeiramente, realizadas com alunos do curso de Medicina da FFFCMPA e depois com alunos de outros cursos. O primeiro grupo de alunos que avaliaram o e-Metabolismo foi formado pelos monitores da Disciplina. Mapas conceituais, testes escritos e avaliação dos registros deixados pelos usuários no próprio software foram utilizados como instrumentos de avaliação do conhecimento dos alunos. O grau de satisfação com o uso do método de estudo, foi avaliado por um questionário, cujas respostas foram analisadas e categorizadas. Os resultados obtidos indicam que o ambiente apresenta interface de fácil acesso, desperta o interesse, possibilita ao aluno escolher de que maneira quer fazer o seu estudo sem prejuízos no seu desempenho e facilita o estudo, sendo, portanto, considerado válido como instrumento educacional. Por se tratar de um ambiente dinâmico, deve ser constantemente atualizado, e a versão atual contém as modificações sugeridas por professores e alunos, facilitando o uso na Internet e o acompanhamento do aluno. / This work describes the planing, the development and the validation of a game-like educational software. This multimedia ambient was designed for the study of carbohydrates metabolic pathways and the Krebs's Cycle, called e-Metabolism: carbohydrates, and contains the sequential game, called Virtual Dynamic Metabolic Diagram. The study of pedagogical theories and experiments in classroom with medicine students of the “Fundação Faculdade Federal de Ciências Médicas de Porto Alegre”, pointed the necessity of changes in Biochemistry courses, involving new technologies of information and communication. The use of a game-like software as a tool for teaching is based on experiments related to the use of tray games at Biochemistry courses. The development of the e-Metabolism took as a reference the integrationists’ pedagogical practice, based on Jean Piaget's concepts, related to genetic epistemology and constructivism, yet allowing the professors to choose the teaching method they wish to use. This product integrates multimedia resources extensively, and can be used in computer networks or in the format of a CD-ROM. In the virtual environment students will be able to interact with the environment as well as with classmates and professors through such tools as chats, forums, concept maps and notepads. Software ’s evaluation Instruments were studied and applied with undergraduate students of Biochemistry classes in the way to value the eMetabolism software in its technical aspects and student’s content learning aspects. Conceptual maps, written tests and evaluation of user’s registers realized with this software where used as evaluation instruments of students knowledge. The level of satisfaction was evaluated by a questionnaire, which answers had been analyzed and categorized. The results show that the e-Metabolism is easy to use, awakes the interest and facilitates the study, improving the student performance and can be considered a valid educational instrument. Since this is a dynamic ambient and is constantly actualized, the current version contains the changes suggested by teachers and students, making easier to use it at the Internet and to do a better analysis of the student’s learning.

Indicadores educacionais vêm desvelando ao longo do tempo o grave problema social que se tornou a aprendizagem nas Escolas Públicas e Privadas do Brasil. Em paralelo, essas escolas também vêm sendo desequilibradas pelas tecnologias digitais, seja pela ausência ou inclusão sem a capacidade de apropriação plena. Neste contexto, a tese, apoiada na linha de pesquisa “Interfaces Digitais em Educação, Arte, Linguagem e Cognição” perpassou áreas de estudo como: projetos de aprendizagem, objetos de aprendizagem, metodologias e ambientes de autoria para objetos de aprendizagem e processos de aprendizagem segundo a epistemologia genética. A área de interesse investigada foi a autoria de objetos de aprendizagem por alunos como potencializadora do processo de aprendizagem desses sujeitos, nas áreas de Ciências e Matemática do Ensino Médio, de Escolas Públicas que dispunham de tecnologias digitais. A tese se iniciou em 2004 com uma pesquisa exploratória em Escolas Públicas pertencentes a 25ª Coordenadoria Regional de Educação do Estado do Rio Grande do Sul. Em 2005, a pesquisa foi desenvolvida em duas destas escolas, em 2006 em uma delas e em 2007 em uma quarta Escola. Como contribuição desta caminhada apresentase uma metodologia de apoio ao processo de aprendizagem via a autoria de objetos de aprendizagem por alunos. Essa é uma extensão da metodologia de projetos de aprendizagem proposta por Fagundes, com a incorporação da autoria de objetos de aprendizagem por alunos. Em síntese, o aluno estará em processo de autoria de objetos de aprendizagem e poderá produzir ou não, como resultado final desse processo, um objeto de aprendizagem que represente computacionalmente seu desejo de aprendizagem. A metodologia está fundamentada na autoria de projetos de aprendizagem e de objetos de aprendizagem por alunos, na adoção de princípios ágeis para esse processo de autoria e em um contexto escolar construtivista apoiado nas tecnologias digitais. Por fim, a metodologia foi validada através de um processo de investigação, na Escola D, que consistiu na autoria de projetos e de objetos de aprendizagem por alunos. / Educationals indicators have been so long showing the serious social problem that learning in Brazilian Public and Private Schools has become. At the same time, such schools have been affected by the presence of digital technologies, either by its absence or by its introduction without being fully absorved. In this context, this thesis supported in the research line of “Digital Interfaces for Education, Art, Cognition, and language” touched areas of study such as: learning project, learning objects, methodology and environments of learning objects authoring, and process of learning following the genetic epistemology. The investigated area of interests was the authoring of the learning objects by students as a strategy to improve the learning process of such students, in the areas of Science and Mathematics of the high school in Public schools that have digital technologies available. The thesis initiated in 2004 with a exploratory research on Public Schools belonging to the 25nd Education Regional Coordination of the states of Rio Grande do Sul. In 2005, the research has been development in two of these schools, in 2006 in one of them, and in 2007 in a forth school. As contribution of this effort, it is proposed a methodology to support the process of authoring learning objects by students. This is an extension of the methodology of the projects of learning proposed by Fagundes, with the introduction of learning objects authoring by students. In summary, the student will be part of the process of authoring learning objects and may either produce or not, as a final result this process, an learning object that computationally represents his or hers wishing of learning. The methodology is based on: the authoring of learning projects and learning objects by students, in the adoption of fast principles for this process of authoring, and in a constructivist school context supported in digital technologies. Finally, the methodology has been validated trough a research process, in school D, that consisted in the authoring of learning projects and objects by students.

Esta tese situa-se na área de IA (Inteligência Artificial) aplicada à educação incluindo características interdisciplinares tanto da própria IA como de IE (informática na Educação). Faz-se também necessário constarem, aspectos referentes à Ciência da Computação e Educação a fim de melhor situar a complexidade e a dimensão do trabalho desenvolvido. A utilização de técnicas de IA na elaboração e no desenvolvimento de ambientes de ensino-aprendizagem computadorizados tem se constituído em objeto de investigação por parte dos pesquisadores da área de Informática aplicada à Educação, devido as suas potencialidades. A utilização de agentes na modelagem e no projeto de STI permite-nos resgatar antigos problemas em aberto, como por exemplo a melhoria da interação entre tutor e aluno e a possibilidade de investigação dos processos mentais em nível mais estratificado. A arquitetura descrita nesta tese utiliza a metodologia que vem sendo aplicada ao projeto de STI, onde são contempladas diferentes formas de se trabalhar com um determinado conhecimento (estratégias de ensino e táticas associadas), levando-se em consideração o tipo de usuário que está interagindo com o sistema. A arquitetura, elaborada segundo uma abordagem construtivista, prevê que o tutor seja menos diretivo e menos controlador das ações do aluno. O controle é feito na forma de monitoração para que o tutor funcione como um parceiro, ou seja, como facilitador do trabalho do aluno. Contudo, devido às características da modalidade escolhida para construção do protótipo (jogo educacional), precisamos ter algumas atitudes no tutor que garantam que o sistema não entre em colapso. O que inviabilizaria o trabalho do aluno. Nestas situações críticas, o tutor vai se comportar de maneira mais diretiva. Cabe salientar que a abordagem construtivista não significa dar liberdade total ao aluno nem privá-lo de qualquer tipo de assistência. Portanto, o que deve ser destacado é o grau de interferência do tutor, i.e., o quanto ele interfere no trabalho do aluno e se ele permite ou não que o aluno siga um caminho alternativo àquele que ele tem como o ideal para resolver o problema (heurísticas do tutor sobre o problema e forma de solução). Além destes aspectos educacionais inerentes a todo o projeto de software educacional (necessários num trabalho desta natureza), esta tese está inserida no contexto da pesquisa em agentes cognitivos modelados através de seus estados mentais. É importante salientar que os estados mentais utilizados neste trabalho (crenças, desejos, intenções e expectativas) funcionam como uma metáfora dos estudos mentais humanos. Por exemplo, quando se coloca a crença de um aluno a respeito de "lago", na realidade está se colocando a crença que temos a respeito da crença que o aluno possui a respeito de "lago". O mesmo acontece com os outros estados mentais aqui utilizados. Os diálogos reais foram registrados através de observação direta e posteriormente analisados a fim de se identificar os estados mentais relacionados. Perguntas adicionais foram feitas no sentido de obterem-se mais elementos para auxiliar na inferência do conjunto de estados mentais que o aluno possui naquele momento em que estava jogando. Após a observação de vários alunos jogando, identificou-se um certo padrão nas suas atitudes quando executavam uma ação. Observações sucessivas permitiram delinear o conjunto de estados mentais associados à ação do aluno. Tal conjunto foi utilizado como base para elaboração da coreografia. Estes dados servem de entrada para a construção do modelo do aluno mediante a interação com o tutor. No presente trabalho, nós apresentamos a modelagem de um STI através do uso da tecnologia de agentes utilizando a arquitetura de SMA (Sistemas Multiagentes). O STI é concebido como um SMA híbrido composto por um ambiente reativo (SMAR - Sistema Multiagente Reativo) e um "kernel" cognitivo (SMAC - Sistema Multiagente Cognitivo). O SMAR e o SMAC interagem entre si de para ampliar as informações quantitativas e qualitativas oferecidas aos alunos que utilizam o sistema. Estas informações disponíveis é que irão permitir ao tutor selecionar estratégias de ensino mais adequadas a um determinado tipo de aluno. A principal contribuição desta tese está centrada no "kernel" cognitivo. Nós propomos uma arquitetura para o tutor que permitirá a monitoração de dois alunos trabalhando conjuntamente. Além disso, propomos uma forma de selecionar o comportamento do tutor para oferecer auxílio personalizado aos alunos considerando o perfil de cada um. Esta arquitetura pretende ser uma alternativa de solução para uma questão importante na área de STI: Como o tutor pode selecionar, entre várias estratégias de ensino, a mais adequada para cada perfil de aluno? O grupo de pesquisa no qual este trabalho está inserido (GIA/UFRGS, sob orientação da Prof.a. Rosa Maria Viccari) tem realizado algumas avaliações experimentais, usando STI tradicionais e STI projetados e modelados através de sistemas multiagentes As contribuições científicas listadas no texto deste trabalho possibilitaram que o grupo avançasse sua pesquisa na abordagem mentalística através da criação de uma arquitetura para o tutor e favorecesse a integração do trabalho desenvolvido por Móra et al. [MOR97; MOR98]. A utilização do modelo computacional de agentes criado por Móra et al. gerou a implementação do "kernel" cognitivo. Os desafios inerentes a implementação da arquitetura proposta para o tutor ampliaram as características do ambiente criado por Móra et al. e favorecem a junção de dois trabalhos de tese supervisionados pela mesma orientadora [MOR99]. Portanto, a nova arquitetura proporcionou ganhos tanto para tais pesquisas, como para o avanço das pesquisas desenvolvidas pelo nosso grupo. / The present thesis has been elaborated within the AI (Artificial Intelligence) applied to Education realm, and it brings specific contributions to the STI (Intelligent Tutoring System) area. The use of AI techniques has been investigated by researchers of Computer Science applied to Education, due to its potentialities to improve educational systems. The agents' techniques used in the design of STI allow us to solve old problems opened in the area. For instance, the improvement of the interaction between tutor and student, and the possibility of tracing the mental processes in a more stratified way. The architecture described in this thesis uses the methodology applied to the modern STI projects: multiple strategies for the tutor (i.e., teaching strategies and associated tactics). This approach considers different forms of working with a certain piece of knowledge, and is taken into consideration to create the user profile, as well as to monitor the student interaction with the system. The architecture, designed according to a constructivist approach, expects the tutor to be less directive, and less controller of the student's actions. The control is made by an observation of students' actions by the tutor. The tutor works either as a student's partner or as a facilitator. However, due to the characteristics of the modality chosen for construction of the prototype (educational game), we needed to take some attitudes in the tutor in order to avoid the system to collapse. What would make unfeasible the student's work. In these critical situations, the tutor will behave in more directive way. It fits to point out that the construtivist approach does not mean to give total freedom to the student or to deprive it of any kind of attendance. Therefore, what should be note here is the degree of the tutor's interference, i.e., how it interferes with the student's work using its own set of heuristics. Besides these educational aspects, inherent to a project of Educational software, this thesis is inserted in the context of the research in cognitive agents modelled through their mental states (Believe, Desire, Intention, and Expectation). It is important to point out that the mental states used in this work are as a metaphor of the human mental states. For example, when the student's has a believe regarding "lake", in fact we area talking about belief that we have regarding the belief that the student possesses regarding about "lake". The same happens here with the other mental states used. The real dialogues were registered through direct observation in real situation (students playing with the game). They were analysed in order to identify the mental states connected with the student's actions. Additional questions were asked to obtain more elements to aid us to inference the group of mental states possessed by the student when he/she was playing. Successive observations allowed us to delineate the group of mental states associated to the student's action. Such group was used as a base for the choreography. These data were used as input for the construction to the student's model during the interaction with the tutor. In this work, we have presented the design of an STI with the use of architecture of MAS (Multi-agent System Architecture). The ITS is conceived as a hybrid MAS composed by a RMAS (Reactive Multi-agent System) and a "cognitive kernel" using the CMAS (Cognitive Multi-agent System). The RMAS and the CMAS interact with each other to enlarge the quantitative and qualitative information offered to the students that uses the system. These available information allow the tutor to select teaching strategies more adapted to a certain student type. The main contribution of this thesis is centred in the "cognitive kernel". We propose an architecture for the tutor that will allow the two students to work together. Besides, we propose a way to select the tutor behaviour in order to aid the students considering their personal profile. This architecture intends to be an alternative solution for an important question in ITS research: How can the tutor select, among several teaching strategies, the one that is more suitable for each student profile? The research group in which this work is placed (GIA/UFRGS - Artificial Intelligence Group), under the supervision of Profa. Rosa Maria Viccari, has been doing executing some experimental evaluations, using traditional ITS and ITS modelled through multi-agents systems techniques. The scientific contributions listed in this work allow the group to achive some interesting results in the research of STI using a mental approach. The tutor architecture favoured the integration of the X-BDI (eXecutable Belief Desire, and Intention model)) developed by Móra et al. The use the X-BDI allowed us to implement the "cognitive kernel". The inherent challenges posed by the implementation of the architecture of the tutor refined the XBDI environment. It favours the junction of two thesis works supervised done under the same supervisor[MOR99]. Therefore, the new architecture provided many gains for both researches, as well as for the progress of the research developed by our group.

A presente dissertação tem como propósito apresentar uma proposta para o ensino e aprendizagem da Geometria Analítica através do uso de tecnologia informática. Tendo a Engenharia Didática como metodologia de pesquisa, concebemos, realizamos e avaliamos uma seqüência didática que trata retas, círculos, elipses, hipérboles e parábolas como as possíveis soluções da equação Ax² + By² + Cxy + Dx + Ey + F = 0. Utilizando o software GrafEq, com interface atrativa e de fácil manuseio, os alunos mostraram um gradativo processo de construção de conhecimento, especialmente registrado nos seus diferentes trabalhos de construção de réplicas de obra de arte. Esta atividade criou, para os alunos, interessantes momentos de aprendizagem onde, com entusiasmo, enfrentaram o desafio de desenhar figuras com equações e relações da Geometria Analítica. / This work presents the design of a didactical situation for the learning of analytic geometry in which the technology has an important role. Using Didactical Engineering as research methodology, it was conceives, experimented and analyzed a sequence of activities focusing on the development of the equations of lines, circles, ellipses, hyperboles and parabolas as particular cases of the equation Ax² + By² + Cxy + Dx + Ey + F = 0. The software GrafEq was the tool that supported the students explorations and the experience showed their progress as well as their enthusiasm in the activities that were concerned with the construction of replicas of geometric art works trough mathematical equations.

Orientador: Ariane Luzia dos Santos / Resumo: Este texto tem como objetivo, reconhecendo a devida importância do tema Funções, apresentar uma proposta de atividades apoiadas pelo software Geogebra como forma de potencializar a aprendizagem da matemática, onde enfatizamos o conceito de função, as particularidades de suas representações e as propriedades, nos utilizando da transição entre elas como sugestão para sanar as dificuldades encontradas pelos alunos na compreensão desse tema. Também incluímos uma noção dos conceitos de limite e continuidade entendendo que a abordagem de alguns tópicos do cálculo no Ensino Médio seria de grande valia para auxiliá-los nessa tarefa, ressaltando que utilizamos a tecnologia em conjunto com os atores tradicionais (oralidade e escrita) através de aulas expositivas dialogadas. / Abstract: This paper aims, recognizing the importance of the theme Functions, to present a proposal of activities supported by Geogebra software as a way to enhance the learning of mathematics, where we emphasize the concept of function, the particularities of its representations and the properties, using of the transition between them as a suggestion to remedy the di culties encountered by students in understanding this theme. We also included a notion of the concepts of limit and continuity, understanding that the approach to some topics of calculus in High School would be of great value to assist them in this task, emphasizing that we use technology with traditional actors (oral and written) through dialogic expositive classes. / Mestre

Este trabalho descreve o planejamento, desenvolvimento e validação de um modelo de software educacional. O aplicativo é um ambiente multimídia de ensino e aprendizagem do Metabolismo dos Glicídios e o Ciclo de Krebs, denominado e-Metabolismo: Glicídios e contém um jogo de seqüência para o ensino de Bioquímica, denominado Diagrama Metabólico Dinâmico Virtual. O estudo de teorias pedagógicas e a experiência em aulas com os alunos do curso de medicina da Fundação Faculdade Federal de Ciências Médicas de Porto Alegre apontou a necessidade de mudanças no ensino de Bioquímica com uso das novas tecnologias de informação e comunicação. A justificativa do uso de um jogo virtual como método de ensino tem por base os resultados obtidos com o uso de um jogo de seqüência lógica em tabuleiro, na Disciplina de Bioquímica. O desenvolvimento do e-Metabolismo: Glicídios, tendo como referência a prática pedagógica baseada na epistemologia genética Jean Piaget, incluiu no seu planejamento a escolha de ferramenta de programação para permitir a interação do usuário (aluno) com o ambiente. O produto utiliza amplamente recursos de multimídia e pode ser disponibilizado num servidor ou em forma de CD-ROM. O ambiente virtual possibilita a interação do aluno com o ambiente e com colegas e professores através de ferramentas como, por exemplo, acesso a e-mails, chats, fóruns, mapas conceituais e diário de bordo. Instrumentos de avaliação de software foram estudados e aplicados com alunos de Disciplinas de Bioquímica no sentido de validar o software e-Metabolismo tanto no que se refere aos aspectos técnicos como a aprendizagem do conteúdo pelos alunos. Experiências com o uso do software foram, primeiramente, realizadas com alunos do curso de Medicina da FFFCMPA e depois com alunos de outros cursos. O primeiro grupo de alunos que avaliaram o e-Metabolismo foi formado pelos monitores da Disciplina. Mapas conceituais, testes escritos e avaliação dos registros deixados pelos usuários no próprio software foram utilizados como instrumentos de avaliação do conhecimento dos alunos. O grau de satisfação com o uso do método de estudo, foi avaliado por um questionário, cujas respostas foram analisadas e categorizadas. Os resultados obtidos indicam que o ambiente apresenta interface de fácil acesso, desperta o interesse, possibilita ao aluno escolher de que maneira quer fazer o seu estudo sem prejuízos no seu desempenho e facilita o estudo, sendo, portanto, considerado válido como instrumento educacional. Por se tratar de um ambiente dinâmico, deve ser constantemente atualizado, e a versão atual contém as modificações sugeridas por professores e alunos, facilitando o uso na Internet e o acompanhamento do aluno. / This work describes the planing, the development and the validation of a game-like educational software. This multimedia ambient was designed for the study of carbohydrates metabolic pathways and the Krebs's Cycle, called e-Metabolism: carbohydrates, and contains the sequential game, called Virtual Dynamic Metabolic Diagram. The study of pedagogical theories and experiments in classroom with medicine students of the “Fundação Faculdade Federal de Ciências Médicas de Porto Alegre”, pointed the necessity of changes in Biochemistry courses, involving new technologies of information and communication. The use of a game-like software as a tool for teaching is based on experiments related to the use of tray games at Biochemistry courses. The development of the e-Metabolism took as a reference the integrationists’ pedagogical practice, based on Jean Piaget's concepts, related to genetic epistemology and constructivism, yet allowing the professors to choose the teaching method they wish to use. This product integrates multimedia resources extensively, and can be used in computer networks or in the format of a CD-ROM. In the virtual environment students will be able to interact with the environment as well as with classmates and professors through such tools as chats, forums, concept maps and notepads. Software ’s evaluation Instruments were studied and applied with undergraduate students of Biochemistry classes in the way to value the eMetabolism software in its technical aspects and student’s content learning aspects. Conceptual maps, written tests and evaluation of user’s registers realized with this software where used as evaluation instruments of students knowledge. The level of satisfaction was evaluated by a questionnaire, which answers had been analyzed and categorized. The results show that the e-Metabolism is easy to use, awakes the interest and facilitates the study, improving the student performance and can be considered a valid educational instrument. Since this is a dynamic ambient and is constantly actualized, the current version contains the changes suggested by teachers and students, making easier to use it at the Internet and to do a better analysis of the student’s learning.

Indicadores educacionais vêm desvelando ao longo do tempo o grave problema social que se tornou a aprendizagem nas Escolas Públicas e Privadas do Brasil. Em paralelo, essas escolas também vêm sendo desequilibradas pelas tecnologias digitais, seja pela ausência ou inclusão sem a capacidade de apropriação plena. Neste contexto, a tese, apoiada na linha de pesquisa “Interfaces Digitais em Educação, Arte, Linguagem e Cognição” perpassou áreas de estudo como: projetos de aprendizagem, objetos de aprendizagem, metodologias e ambientes de autoria para objetos de aprendizagem e processos de aprendizagem segundo a epistemologia genética. A área de interesse investigada foi a autoria de objetos de aprendizagem por alunos como potencializadora do processo de aprendizagem desses sujeitos, nas áreas de Ciências e Matemática do Ensino Médio, de Escolas Públicas que dispunham de tecnologias digitais. A tese se iniciou em 2004 com uma pesquisa exploratória em Escolas Públicas pertencentes a 25ª Coordenadoria Regional de Educação do Estado do Rio Grande do Sul. Em 2005, a pesquisa foi desenvolvida em duas destas escolas, em 2006 em uma delas e em 2007 em uma quarta Escola. Como contribuição desta caminhada apresentase uma metodologia de apoio ao processo de aprendizagem via a autoria de objetos de aprendizagem por alunos. Essa é uma extensão da metodologia de projetos de aprendizagem proposta por Fagundes, com a incorporação da autoria de objetos de aprendizagem por alunos. Em síntese, o aluno estará em processo de autoria de objetos de aprendizagem e poderá produzir ou não, como resultado final desse processo, um objeto de aprendizagem que represente computacionalmente seu desejo de aprendizagem. A metodologia está fundamentada na autoria de projetos de aprendizagem e de objetos de aprendizagem por alunos, na adoção de princípios ágeis para esse processo de autoria e em um contexto escolar construtivista apoiado nas tecnologias digitais. Por fim, a metodologia foi validada através de um processo de investigação, na Escola D, que consistiu na autoria de projetos e de objetos de aprendizagem por alunos. / Educationals indicators have been so long showing the serious social problem that learning in Brazilian Public and Private Schools has become. At the same time, such schools have been affected by the presence of digital technologies, either by its absence or by its introduction without being fully absorved. In this context, this thesis supported in the research line of “Digital Interfaces for Education, Art, Cognition, and language” touched areas of study such as: learning project, learning objects, methodology and environments of learning objects authoring, and process of learning following the genetic epistemology. The investigated area of interests was the authoring of the learning objects by students as a strategy to improve the learning process of such students, in the areas of Science and Mathematics of the high school in Public schools that have digital technologies available. The thesis initiated in 2004 with a exploratory research on Public Schools belonging to the 25nd Education Regional Coordination of the states of Rio Grande do Sul. In 2005, the research has been development in two of these schools, in 2006 in one of them, and in 2007 in a forth school. As contribution of this effort, it is proposed a methodology to support the process of authoring learning objects by students. This is an extension of the methodology of the projects of learning proposed by Fagundes, with the introduction of learning objects authoring by students. In summary, the student will be part of the process of authoring learning objects and may either produce or not, as a final result this process, an learning object that computationally represents his or hers wishing of learning. The methodology is based on: the authoring of learning projects and learning objects by students, in the adoption of fast principles for this process of authoring, and in a constructivist school context supported in digital technologies. Finally, the methodology has been validated trough a research process, in school D, that consisted in the authoring of learning projects and objects by students.

Esta tese situa-se na área de IA (Inteligência Artificial) aplicada à educação incluindo características interdisciplinares tanto da própria IA como de IE (informática na Educação). Faz-se também necessário constarem, aspectos referentes à Ciência da Computação e Educação a fim de melhor situar a complexidade e a dimensão do trabalho desenvolvido. A utilização de técnicas de IA na elaboração e no desenvolvimento de ambientes de ensino-aprendizagem computadorizados tem se constituído em objeto de investigação por parte dos pesquisadores da área de Informática aplicada à Educação, devido as suas potencialidades. A utilização de agentes na modelagem e no projeto de STI permite-nos resgatar antigos problemas em aberto, como por exemplo a melhoria da interação entre tutor e aluno e a possibilidade de investigação dos processos mentais em nível mais estratificado. A arquitetura descrita nesta tese utiliza a metodologia que vem sendo aplicada ao projeto de STI, onde são contempladas diferentes formas de se trabalhar com um determinado conhecimento (estratégias de ensino e táticas associadas), levando-se em consideração o tipo de usuário que está interagindo com o sistema. A arquitetura, elaborada segundo uma abordagem construtivista, prevê que o tutor seja menos diretivo e menos controlador das ações do aluno. O controle é feito na forma de monitoração para que o tutor funcione como um parceiro, ou seja, como facilitador do trabalho do aluno. Contudo, devido às características da modalidade escolhida para construção do protótipo (jogo educacional), precisamos ter algumas atitudes no tutor que garantam que o sistema não entre em colapso. O que inviabilizaria o trabalho do aluno. Nestas situações críticas, o tutor vai se comportar de maneira mais diretiva. Cabe salientar que a abordagem construtivista não significa dar liberdade total ao aluno nem privá-lo de qualquer tipo de assistência. Portanto, o que deve ser destacado é o grau de interferência do tutor, i.e., o quanto ele interfere no trabalho do aluno e se ele permite ou não que o aluno siga um caminho alternativo àquele que ele tem como o ideal para resolver o problema (heurísticas do tutor sobre o problema e forma de solução). Além destes aspectos educacionais inerentes a todo o projeto de software educacional (necessários num trabalho desta natureza), esta tese está inserida no contexto da pesquisa em agentes cognitivos modelados através de seus estados mentais. É importante salientar que os estados mentais utilizados neste trabalho (crenças, desejos, intenções e expectativas) funcionam como uma metáfora dos estudos mentais humanos. Por exemplo, quando se coloca a crença de um aluno a respeito de "lago", na realidade está se colocando a crença que temos a respeito da crença que o aluno possui a respeito de "lago". O mesmo acontece com os outros estados mentais aqui utilizados. Os diálogos reais foram registrados através de observação direta e posteriormente analisados a fim de se identificar os estados mentais relacionados. Perguntas adicionais foram feitas no sentido de obterem-se mais elementos para auxiliar na inferência do conjunto de estados mentais que o aluno possui naquele momento em que estava jogando. Após a observação de vários alunos jogando, identificou-se um certo padrão nas suas atitudes quando executavam uma ação. Observações sucessivas permitiram delinear o conjunto de estados mentais associados à ação do aluno. Tal conjunto foi utilizado como base para elaboração da coreografia. Estes dados servem de entrada para a construção do modelo do aluno mediante a interação com o tutor. No presente trabalho, nós apresentamos a modelagem de um STI através do uso da tecnologia de agentes utilizando a arquitetura de SMA (Sistemas Multiagentes). O STI é concebido como um SMA híbrido composto por um ambiente reativo (SMAR - Sistema Multiagente Reativo) e um "kernel" cognitivo (SMAC - Sistema Multiagente Cognitivo). O SMAR e o SMAC interagem entre si de para ampliar as informações quantitativas e qualitativas oferecidas aos alunos que utilizam o sistema. Estas informações disponíveis é que irão permitir ao tutor selecionar estratégias de ensino mais adequadas a um determinado tipo de aluno. A principal contribuição desta tese está centrada no "kernel" cognitivo. Nós propomos uma arquitetura para o tutor que permitirá a monitoração de dois alunos trabalhando conjuntamente. Além disso, propomos uma forma de selecionar o comportamento do tutor para oferecer auxílio personalizado aos alunos considerando o perfil de cada um. Esta arquitetura pretende ser uma alternativa de solução para uma questão importante na área de STI: Como o tutor pode selecionar, entre várias estratégias de ensino, a mais adequada para cada perfil de aluno? O grupo de pesquisa no qual este trabalho está inserido (GIA/UFRGS, sob orientação da Prof.a. Rosa Maria Viccari) tem realizado algumas avaliações experimentais, usando STI tradicionais e STI projetados e modelados através de sistemas multiagentes As contribuições científicas listadas no texto deste trabalho possibilitaram que o grupo avançasse sua pesquisa na abordagem mentalística através da criação de uma arquitetura para o tutor e favorecesse a integração do trabalho desenvolvido por Móra et al. [MOR97; MOR98]. A utilização do modelo computacional de agentes criado por Móra et al. gerou a implementação do "kernel" cognitivo. Os desafios inerentes a implementação da arquitetura proposta para o tutor ampliaram as características do ambiente criado por Móra et al. e favorecem a junção de dois trabalhos de tese supervisionados pela mesma orientadora [MOR99]. Portanto, a nova arquitetura proporcionou ganhos tanto para tais pesquisas, como para o avanço das pesquisas desenvolvidas pelo nosso grupo. / The present thesis has been elaborated within the AI (Artificial Intelligence) applied to Education realm, and it brings specific contributions to the STI (Intelligent Tutoring System) area. The use of AI techniques has been investigated by researchers of Computer Science applied to Education, due to its potentialities to improve educational systems. The agents' techniques used in the design of STI allow us to solve old problems opened in the area. For instance, the improvement of the interaction between tutor and student, and the possibility of tracing the mental processes in a more stratified way. The architecture described in this thesis uses the methodology applied to the modern STI projects: multiple strategies for the tutor (i.e., teaching strategies and associated tactics). This approach considers different forms of working with a certain piece of knowledge, and is taken into consideration to create the user profile, as well as to monitor the student interaction with the system. The architecture, designed according to a constructivist approach, expects the tutor to be less directive, and less controller of the student's actions. The control is made by an observation of students' actions by the tutor. The tutor works either as a student's partner or as a facilitator. However, due to the characteristics of the modality chosen for construction of the prototype (educational game), we needed to take some attitudes in the tutor in order to avoid the system to collapse. What would make unfeasible the student's work. In these critical situations, the tutor will behave in more directive way. It fits to point out that the construtivist approach does not mean to give total freedom to the student or to deprive it of any kind of attendance. Therefore, what should be note here is the degree of the tutor's interference, i.e., how it interferes with the student's work using its own set of heuristics. Besides these educational aspects, inherent to a project of Educational software, this thesis is inserted in the context of the research in cognitive agents modelled through their mental states (Believe, Desire, Intention, and Expectation). It is important to point out that the mental states used in this work are as a metaphor of the human mental states. For example, when the student's has a believe regarding "lake", in fact we area talking about belief that we have regarding the belief that the student possesses regarding about "lake". The same happens here with the other mental states used. The real dialogues were registered through direct observation in real situation (students playing with the game). They were analysed in order to identify the mental states connected with the student's actions. Additional questions were asked to obtain more elements to aid us to inference the group of mental states possessed by the student when he/she was playing. Successive observations allowed us to delineate the group of mental states associated to the student's action. Such group was used as a base for the choreography. These data were used as input for the construction to the student's model during the interaction with the tutor. In this work, we have presented the design of an STI with the use of architecture of MAS (Multi-agent System Architecture). The ITS is conceived as a hybrid MAS composed by a RMAS (Reactive Multi-agent System) and a "cognitive kernel" using the CMAS (Cognitive Multi-agent System). The RMAS and the CMAS interact with each other to enlarge the quantitative and qualitative information offered to the students that uses the system. These available information allow the tutor to select teaching strategies more adapted to a certain student type. The main contribution of this thesis is centred in the "cognitive kernel". We propose an architecture for the tutor that will allow the two students to work together. Besides, we propose a way to select the tutor behaviour in order to aid the students considering their personal profile. This architecture intends to be an alternative solution for an important question in ITS research: How can the tutor select, among several teaching strategies, the one that is more suitable for each student profile? The research group in which this work is placed (GIA/UFRGS - Artificial Intelligence Group), under the supervision of Profa. Rosa Maria Viccari, has been doing executing some experimental evaluations, using traditional ITS and ITS modelled through multi-agents systems techniques. The scientific contributions listed in this work allow the group to achive some interesting results in the research of STI using a mental approach. The tutor architecture favoured the integration of the X-BDI (eXecutable Belief Desire, and Intention model)) developed by Móra et al. The use the X-BDI allowed us to implement the "cognitive kernel". The inherent challenges posed by the implementation of the architecture of the tutor refined the XBDI environment. It favours the junction of two thesis works supervised done under the same supervisor[MOR99]. Therefore, the new architecture provided many gains for both researches, as well as for the progress of the research developed by our group.

A presente dissertação tem como propósito apresentar uma proposta para o ensino e aprendizagem da Geometria Analítica através do uso de tecnologia informática. Tendo a Engenharia Didática como metodologia de pesquisa, concebemos, realizamos e avaliamos uma seqüência didática que trata retas, círculos, elipses, hipérboles e parábolas como as possíveis soluções da equação Ax² + By² + Cxy + Dx + Ey + F = 0. Utilizando o software GrafEq, com interface atrativa e de fácil manuseio, os alunos mostraram um gradativo processo de construção de conhecimento, especialmente registrado nos seus diferentes trabalhos de construção de réplicas de obra de arte. Esta atividade criou, para os alunos, interessantes momentos de aprendizagem onde, com entusiasmo, enfrentaram o desafio de desenhar figuras com equações e relações da Geometria Analítica. / This work presents the design of a didactical situation for the learning of analytic geometry in which the technology has an important role. Using Didactical Engineering as research methodology, it was conceives, experimented and analyzed a sequence of activities focusing on the development of the equations of lines, circles, ellipses, hyperboles and parabolas as particular cases of the equation Ax² + By² + Cxy + Dx + Ey + F = 0. The software GrafEq was the tool that supported the students explorations and the experience showed their progress as well as their enthusiasm in the activities that were concerned with the construction of replicas of geometric art works trough mathematical equations.

Neste projeto, utilizamos algumas tecnologias da informação e comunicação para desenvolver uma estratégia de ensino de Física para o Ensino Médio abordando o tópico da cinemática. A estratégia contou com a utilização de aulas e testes virtuais e também com atividades de modelagem computacional com o programa Modellus. Todas as atividades foram aplicadas no laboratório de informática e mediadas pelo computador. Esta estratégia foi aplicada em duas turmas do primeiro ano do Ensino Médio do Instituto Adventista Cruzeiro do Sul, localizado na cidade de Taquara, RS, entre os meses de março e maio, do ano letivo de 2009, e contou com uma carga horária de 22 horas – aula. O projeto teve como referencial teórico a Teoria dos Campos Conceituais de Gerard Vergnaud, que diz que a conceitualização é o centro do desenvolvimento cognitivo. Todo o material desenvolvido foi colocado em forma de um hipertexto que está disponível na internet de modo que outros professores façam uso destes recursos. Através das observações feitas durante a aplicação desta proposta, vimos que uma estratégia de ensino baseada no uso de tecnologias como estas, permitem um aprendizado mais eficaz, visto que o contato e a interação dos alunos com o objeto de estudo e com as ferramentas educacionais é muito maior quando comparado com as metodologias tradicionais, por isso esta estratégia apresenta um grande potencial como recurso educacional para o ensino de Física. / In this project, we use some of the new technologies of information and communication to develop a strategy for teaching physics to high school addressing the topic of kinematics. The strategy included the use of virtual classes and tests and also with activities of computer modeling with the program Modellus. All activities were computer-mediated implemented in the computer lab. This strategy was applied to two groups: the first year of high school of the Instituto Adventista Cruzeiro do Sul, located in the city of Taquara RS between March and May of the academic year 2009, and had a workload of 22 hours - in class. The project is theoretical based on the Theory of Conceptual Fields by Gerard Vergnaud, which says that the conceptualization is the center of cognitive development. All the material developed was placed in the form of a hypertext that is available on the Internet so that other teachers can make use of these resources. Through observations made during the implementation of this proposal, we saw that a strategy based on the use of technologies like these, allow a more effective learning, as the contact and interaction of students with the object of study and educational tools is greater when compared with traditional methods, so this strategy has great potential as an educational resource for the teaching of physics.