Dissertação de Mestrado

1. Dissertação de Mestrado ROSETA: INFRA-ESTRUTURA COMPUTACIONAL PARA CONSTRUÇÃO DE AMBIENTES DE AVALIAÇÃO COGNITIVA ATRAVÉS DE JOGOS PSICOPEDAGÓGICOS Aluno: André Luiz Antunes de Moraes andremoraes78@gmail.com Orientadores: Prof. Claudia Lage R. Motta, D. Sc Prof. Lilian Markenzon, D. Sc

2. Agenda • Contextualização • Problema • Proposta • Solução • Validação e Estudos de Caso • Considerações Finais e Trabalhos Futuros André Luiz Antunes de Moraes

3. Introdução “Tudo é loucura ou sonho no começo. Nada do que o homem fez no mundo teve início de outra maneira — mas já tantos sonhos se realizaram que não temos o direito de duvidar de nenhum.” Monteiro Lobato André Luiz Antunes de Moraes

4. Contextualização • Crianças com déficit cognitivo • São excluídas e marginalizadas socialmente... • ...portanto é dever da ciência criar soluções que auxiliem na sua reabilitação • Jogos educativos • Estimulam o aprendizado ... • ...e são importantes ferramentas de trabalho para os profissionais que tentam reabilitá-las... André Luiz Antunes de Moraes

5. Contextualização • O uso de jogos psicopedagógicos e de metodologias adequadas auxiliam no desenvolvimento cognitivo • Técnicas de estímulo ao aprendizado são incorporadas a esses jogos • Metacognição (Elaboração Dirigida, Seminério) • Mediação em fases pré-estabelecidas (Fio Condutor, Marques) André Luiz Antunes de Moraes

6. Modelo de Reabilitação Cognitiva Metodologia e Técnicas de Aprendizagem Elaboração Dirigida Fio Condutor Especialistas e Avaliadores Jogos Psicopedagógicos Reabilitação Cognitiva André Luiz Antunes de Moraes

7. Contextualização • O desafio é levar esses jogos físicos e esse tratamentos para ambientes computacionais com o objetivo de... • Democratizar o tratamento • Melhorar os resultados da avaliação cognitiva através do uso da computação • Portanto, facilitar a construção desses ambientes, torna-se imperativo para a conclusão desse desafio André Luiz Antunes de Moraes

8. Contextualização • Criar um ambiente computacional de avaliação cognitiva para um determinado jogo é uma tarefa... • multidisciplinar • complexa • extensa • ... portanto, precisa ser subdividida e especializada • Projeto de Interface • Projeto Psicopedagógico • Projeto Computacional André Luiz Antunes de Moraes

9. Ambiente de Avaliação Cognitiva André Luiz Antunes de Moraes

10. Contextualização • O Projeto de Interface tem responsabilidade de.. • planejar e construir interface aderente a um design metacognitivo • definir requisitos virtuais adequados e próximos do jogo físico • validar se os objetivos originais do jogo são atendidos • validar se os feedbacks estão adequados para as ações do usuário André Luiz Antunes de Moraes

11. Contextualização • O Projeto Psicopedagógico tem responsabilidade de... • identificar competências cognitivas trabalhadas pelo jogo • definir eventos e estratégias a serem capturadas durante uma sessão • elaborar questionários para aplicação durante e após uma sessão • definir critérios de quantificação da competência cognitiva em função das informações coletadas André Luiz Antunes de Moraes

12. Projeto Psicopedagógico André Luiz Antunes de Moraes

13. Contextualização • O Projeto Computacional tem a responsabilidade de... • Virtualizar a interface do jogo • Coletar e registrar informações durante uma sessão • Modelar computacionalmente os critérios de avaliação cognitiva e executá-los • Apresentar os resultados processados André Luiz Antunes de Moraes

14. Solução “Tudo é loucura ou sonho no começo. Nada do que o homem fez no mundo teve início de outra maneira — mas já tantos sonhos se realizaram que não temos o direito de duvidar de nenhum.” Monteiro Lobato André Luiz Antunes de Moraes

15. Motivação • Minimizar a complexidade de construção desses ambientes computacionais considerando... • o uso de ferramentas integradas para as diferentes tarefas computacionais • o uso das metodologias da Elaboração Dirigida e do Fio Condutor • multidisciplinaridade das tarefas • Apresentação amigável dos resultados gerados pela execução dos critérios de avaliação cognitiva André Luiz Antunes de Moraes

16. Problema • Dificuldade de construção desses ambientes devido a ausência de ferramentas que... • agilizem e padronizem o trabalho; • integrem as tarefas multidisciplinares; • sejam aplicadas a diferentes jogos psicopedagógicos; • modelem computacionalmente os dados a serem coletados, os critérios de avaliação cognitiva construídos por especialistas; • executem e apresentem os resultados desses modelos durante uma sessão de jogo; André Luiz Antunes de Moraes

17. Objetivos • Fornecer uma infraestrutura computacional através de ferramentas que... • facilitem a construção dos ambientes de avaliação cognitiva para diferentes jogos psicopedagógicos • integrem as tarefas dos diferentes profissionais envolvidos nesse trabalho • utilizem direta ou indiretamente a metodologia da Elaboração Dirigida e do Fio Condutor • apresentem os resultados processados em um formato que auxilie o trabalho de avaliação e reabilitação cognitiva André Luiz Antunes de Moraes

18. Questões de Pesquisa • QP1: É possível facilitar a construção desses ambientes de avaliação através de uma infra-estrutura que siga padrões rígidos de qualidade e ferramentas específicas para os diferentes profissionais envolvidos? • QP2: É possível utilizar essa infraestrutura, parcialmente ou integralmente, em diferentes jogos psicopedagógicos? André Luiz Antunes de Moraes

19. Questões de Pesquisa • QP3: É possível auxiliar o trabalho de avaliação e reabilitação cognitiva através de um formato de apresentação de resultados padronizado? • QP4: É possível validar através da ferramenta de apresentação de resultados a eficácia da utilização de metodologias de aprendizado entre uma sessão e outra? André Luiz Antunes de Moraes

20. Proposta de Solução “Não se imagina como tudo é vago, até que se tente fazê-lo de maneira precisa.” Bertrant Russel

21. Proposta de Solução • Roseta: Infraestrutura computacional integrada que... • Define um modelo único de informações coletadas através de jogos psicopedagógicos • Permite coletar e registrar essas informações • Permite modelar computacionalmente os critérios de avaliação cognitiva do jogo • Executa e apresenta amigavelmente os resultados gerados pelos critérios de avaliação André Luiz Antunes de Moraes

22. Arquitetura do Sistema Roseta André Luiz Antunes de Moraes

23. Proposta de Solução • O Módulo de Coleta fornece uma API que permite coletar e registrar informações usando jogos psicopedagógico. Dividi-se em... • API de Domínio • permite modelar informações capturáveis durante um jogo e utilizados na avaliação cognitiva • API de Comunicação • permite registrar informações coletadasindependente da tecnologia de desenvolvimento do jogo André Luiz Antunes de Moraes

24. Como exemplo... Proposta de Solução Cenário 1: O PacienteJoão durante a Sessão 1 do Jogodos Bonecos deu um clique no Elementocabeça e o arrastouaté a Moldura corpo. Isso representa um Evento de Erro. • A API de Domínio possibilita modelar... • Dados preliminares de uma sessão de jogo • Sessão, Paciente, Avaliador, Jogo, Elemento (Personagem, Cenário, Botão) • Eventos de interação homem-máquina (mouse e teclado) • EventoTeclado, EventoMouse (Clique, Duplo Clique, Arrastar, Mover) • Informações previstas pela Elaboração Dirigida e Fio Condutor • Estrategia e Questionario Cenário 2: O PacienteJoão durante a Sessão 1 do Jogodos Bonecos deu um cliqueno Elementocorpo e o arrastouaté aMolduracorpo. Isso representa um Evento de Acerto e a adoção de uma Estratégiade melhor peça selecionada. André Luiz Antunes de Moraes

25. Proposta de Solução • A API de Comunicação possibilita registrar as informações capturadas durante uma sessão e armazená-las em um repositório centralizado • Independência de linguagem (Web Service REST) • Desacoplamento no tratamento das informações • Operações • Gerar e Finalizar Sessão • Inserir Evento • Inserir Estratégia • Inserir Resposta de uma Questão Colocar uma imagem arquitetural André Luiz Antunes de Moraes

26. Podem ser criado critérios como... Proposta de Solução Causa: Durante o Jogodos Bonecos, SE houver um registro doEvento de Erro ao arrastar uma peça ENTÃO Consequência: Reduzir quantificação Competência Atenção • O Módulo de Construção de Critérios fornece uma API que permite modelar os critérios de avaliação cognitiva construídos por especialistas • Esses critérios são sentenças lógicas baseadas em uma relação de causa e consequência • A causa é representada pela manipulação lógica das informações coletadas através da API de Coleta • A consequência representa a ativação da causa e quantificapositiva ou negativamente a competência cognitiva trabalhada pelo jogo Causa: Durante o Jogodos Bonecos, SEo jogador Acertar as duas primeiras jogadase seus Elementos forem cabeça e tronco. Consequência: Registrar EstrategiaMELHOR_ORDEM Causa: Durante o Jogodos Bonecos, SEocorrer a EstrategiaMELHOR_ORDEM Consequência: Aumentar quantificaçãoCompetência Atenção André Luiz Antunes de Moraes

27. Proposta de Solução • O Módulo de Construção de Critérios fornece duas API que facilitam a criação desses sentenças lógicas e sua reutilização entre diferentes jogos • API de Domínio • Competência e Força • API de Critérios Comum • Agregadores • Variáveis de Desempenho André Luiz Antunes de Moraes

28. Proposta de Solução • O Módulo de Construção de Critérios fornece duas API que facilitam a criação desses sentenças lógicas e sua reutilização entre diferentes jogos • API de Domínio • Competência e Força • API de Critérios Comum • Agregadores • Variáveis de Desempenho André Luiz Antunes de Moraes

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33. Precisão e Confiabilidade • 140 amostras (pareadas) • EMPA: 0,4398% • Testes T-Student Pareados • p=0,517216, evidenciando a inexistência de variações significativas • Testes Estratificados • nível de significância de 99% (α=0,01):sem evidências para rejeitar a hipótese de igualdade dos valores obtidos André Luiz Antunes de Moraes

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35. Estudo de Caso Exploratório • Modelagem de um algoritmo por usuários da linha de pesquisa (Jogo de Atenção) • Diferentes perfis: Pedagogia, Letras, Informática • Avaliação do critério de usabilidade (ISO-9241) • Eficácia • Eficiência • Satisfação • Questionário de avaliação e observação prática • Resultados evidenciaramaceitação André Luiz Antunes de Moraes

36. André Luiz Antunes de Moraes

37. Demonstração André Luiz Antunes de Moraes

38. Relevância André Luiz Antunes de Moraes

39. Considerações Finais “Palavra puxa palavra, uma idéia traz outra, e assim se faz um livro, um governo, ou uma revolução; alguns dizem que assim é que a natureza compôs as suas espécies.” Machado de Assis André Luiz Antunes de Moraes

40. Considerações Finais • Resultados observados evidenciaram a viabilidade de uso da ferramenta • Aceitação pelo público-alvo no estudo exploratório • Simplificação do processo de modelagem • Desacoplamento do algoritmo de inferência do código • Bom desempenho do processamento (tempo real) • A ferramenta pode ter seu uso estendido para outros cenários além de jogos psicopedagógicos André Luiz Antunes de Moraes

41. Considerações Finais • Limitações • Não pretende substituir o papel do especialista • Não objetiva que os mecanismos de inferências, por si só, sejam suficientes para representar a análise cognitiva em sua totalidade, mas sim servir como apoio ao especialista • Objetiva atender aos problemas passíveis de representação por sistemas de inferência fuzzy • Potencial efeito de “explosão de regras”, à medida que novas variáveis são adicionadas André Luiz Antunes de Moraes

42. Trabalhos Futuros • Otimização das inferências geradas • Métodos de auto-aprendizado para automatizar os parâmetros (regras, funções de pertinência) • Módulo supervisor, para auxiliar na especificação dos parâmetros de configuração, como: • Destacar regiões não cobertas ou inconsistências nas regras • Sugerir otimizações nos intervalos para os conjuntos fuzzy • Análises e pós-processamentos nas informações obtidas pelas inferências • Estudos por outras áreas de inteligência computacional André Luiz Antunes de Moraes

43. Obrigadodiogosmg@ufrj.br “A ciência será sempre uma busca, jamais uma descoberta. É uma viagem, nunca uma chegada.” Karl Popper André Luiz Antunes de Moraes