ESTUDIO DE ASPECTOS COGNITIVOS EN AGENTES VIRTUALES : Agentes Pedagógicos como Tutores Virtuales

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1 ESTUDIO DE ASPECTOS COGNITIVOS EN AGENTES VIRTUALES : Agentes Pedagógicos como Tutores Virtuales Carmen Barrera Departamento de Lenguajes y Sistemas Informáticos e Ingeniería del Software, Facultad de Informática, Universidad Politécnica de Madrid 1. Introducción Tutora: Angélica de Antonio Los entornos de aprendizaje por ordenador presentan distintas modalidades según quién ostenta el control: auto-aprendizaje, cuando el control lo tiene el alumno y aprendizaje facilitado por un profesor. En ambos casos, el alumno interactúa con un entorno, y le va a ser beneficioso un tutor personal, que esté al tanto de todas sus acciones, le observe y detecte situaciones problemáticas, le informe sobre el plan previsto en el curso, e incluso, que le corrija cuando ha cometido un error. Estas funciones son las propias de un agente pedagógico virtual. En este trabajo se analizan los aspectos cognitivos que debe incorporar el agente pedagógico virtual de un entorno virtual de aprendizaje para que su tarea sea efectiva: la formación del alumno. 2. Planteamiento del Problema El escenario de este trabajo se sitúa en un Entorno Virtual de Aprendizaje (EVA), en el que el alumno interacciona en un espacio 3D con distintos objetos, haciendo uso de dispositivos de Realidad Virtual (RV) específicos. La labor de tutoría en este tipo de escenario es especialmente importante. Ya existen diversos EVA que incorporan un tutor virtual, pero muchas veces tienen el problema de que el alumno no les da suficiente credibilidad. La hipótesis de este trabajo es que diseñando un tutor virtual con un aspecto y comportamiento más humano aumentará la credibilidad del tutor por parte del alumno. Por otra parte, se espera que la tutoría proporcionada afecte positivamente a la motivación del alumno, la que a su vez, va a tener un gran impacto en la eficacia del proceso de aprendizaje. 1

2 Como resumen, las preguntas que inspiran este estudio se pueden formular así: cómo influye el comportamiento (principalmente en el aspecto emocional) del tutor en el proceso de aprendizaje del alumno? es posible determinar qué características cognitivas debe tener el tutor para ser el adecuado para un alumno concreto? o hay unas características de Super- Tutor adecuadas a todo tipo de alumnos? 3. Trabajos Previos En el ámbito de este trabajo confluyen tres tecnologías diferentes: los Sistemas Inteligentes de Tutoría (SIT), la RV, y los Agentes Virtuales Cognitivos. Los SIT promueven un planteamiento constructivista de la enseñanza, en el que la instrucción consiste en plantear experiencias que faciliten al alumno la construcción de su propio conocimiento de la materia. Uno de los puntos fuertes de estos sistemas es la separación de los distintos tipos de conocimiento: experto, tutoría y estudiante. [de Antonio, 06] La tecnología de la RV proporciona una nueva forma de enseñanza efectiva, por su alto grado de interactividad e inmersión [Winn, 93]. Permite al alumno interactuar con la información de forma tan natural como en el mundo real; le ofrece experiencias en primera-persona facilitando un conocimiento directo, personal; así se elabora un conocimiento tácito de forma muy similar al que se construye en la interacción con los objetos y eventos del mundo real. La labor de tutoría en este tipo de escenario es especialmente importante. Con respecto a los Agentes Virtuales Cognitivos, un agente virtual es un agente software que adopta una representación virtual, normalmente con aspecto humanoide, dentro de un escenario o entorno virtual. A estos agentes se les pueden atribuir diferentes tareas y metas, pero por lo general se espera de ellos que efectúen comportamientos más o menos inteligentes como reacción a lo que sucede en el entorno que les rodea y en función de sus metas. Un agente cognitivo es aquel capaz de razonar en función de lo que percibe y tomar decisiones sobre la mejor forma de actuar, de una forma parecida a como lo haría un ser humano. El principal precursor de este trabajo se encuentra en la tesis Una Arquitectura Cognitiva Multinivel para Agentes con Comportamiento Influido por Características Individuales y Emociones, Propias y de Otros Agentes de Ricardo Imbert, que propone la estructura, componentes, información y procesos necesarios para el diseño y construcción del 2

3 módulo cognitivo de un agente. Dicho agente estará dotado de un comportamiento basado, principalmente, en sus características personales y emociones y en las de los individuos que le rodean. [Imbert, 05] Varios de los proyectos realizados en el Lab. Decoroso Crespo, tales como MEHIDA, MAEVIF, ENVIRA e INTUITION, aportan la base de este trabajo. 4. El Agente Pedagógico Virtual Tomando como referencia la arquitectura COGNITIVA, los aspectos cognitivos a considerar en un agente virtual se basan en: Rasgos Personalidad Emociones Estados físicos Estados transitorios Actitudes hacia el alumno Para determinar qué características cognitivas son relevantes para un agente pedagógico virtual, vamos a analizar previamente qué tareas de tutoría debe realizar. A continuación proponemos un modelo básico inicial de características cognitivas, para, finalmente, analizarlo teniendo en cuenta el ámbito de dos de las acciones de tutoría identificadas. Tareas Las principales tareas del tutor pueden estructurarse en tres grandes grupos, según su impacto en el alumno: Orientar, guiar al alumno por el currículum. Motivar al alumno, estimular su interés por la asignatura. Evaluar tanto el proceso de aprendizaje como los resultados obtenidos. Las acciones que realiza el tutor virtual en su interacción con el alumno son: Proporcionar información general sobre el curso, o parte del mismo Ofrecerle un plan de trabajo o secuencia de actividades a realizar a nivel de curso, módulo o sesión. Aconsejarle sobre qué actividad hacer a continuación, basado en una estrategia de tutoría. En el ámbito de una actividad concreta: Aconsejarle sobre qué acción hacer a continuación. Ofrecerle las distintas acciones válidas en la situación actual. 3

4 Proporcionarle pistas más o menos sutiles Ofrecerle información sobre objetos, habitantes, recintos Proporcionar al alumno la información y recursos adecuados a la actividad Responder a sus preguntas Ayudarle cuando tenga dudas o problemas Demostrarle la forma de resolver un problema, mediante acciones en el entorno 3D Corregirle cuando se equivoque Explicarle el origen de su error En general proporcionará información al alumno: Mensaje de Bienvenida Informarle del progreso en el curso Informarle de situaciones problemáticas detectadas Todas estas acciones orientan y guían al alumno por el currículum, y algunas de ellas van a estimularle, aumentando su motivación. En un entorno 3D el tutor virtual está representado mediante un avatar, con aspecto humano. Y el alumno va a tener a su disposición al tutor para plantearle sus dudas. La acciones del tutor virtual se caracterizan por transmitir información al alumno. Esta interacción con el alumno, puede realizarse en distintas formas, complementarias: Mensaje de texto, proporcionado en forma escrita Mensaje hablado, transmitido a través de la voz del tutor virtual Mensaje gestual, transmitido mediante expresión facial y corporal Mensaje con movimiento, desplazándose el tutor virtual por el entorno Cada uno de los niveles aporta mayor riqueza a la expresividad del tutor. Y se irán analizando incrementalmente. Acciones objeto de estudio De las acciones anteriores, se han seleccionado dos, para estudiarlas en más profundidad y luego analizar cómo los aspectos cognitivos influyen en estas tareas. Estas acciones son: Mensaje de Bienvenida. Consiste en ofrecer un saludo al alumno, cada vez que inicia una sesión. De especial relevancia es la primera toma de contacto del alumno con el sistema. 4

5 Informarle del progreso en el curso. Consiste en ofrecer al alumno un mensaje de Información y Seguimiento al final de cada hito relevante dentro del curso. Por ejemplo, al completar una actividad, al finalizar un módulo. Se han seleccionado estas actividades porque, aún siendo sencillas, se estima que tienen un impacto positivo en la motivación del alumno. Cuando el alumno inicia una sesión, el tutor le saluda, con un Mensaje de Bienvenida. En el nivel reactivo de razonamiento del tutor virtual, se configuran una serie de reglas que determinan este mensaje, en función de las características transitorias del alumno y según el contexto global. Condición Contenido del Mensaje Ejemplo Según la hora del día Saludo Buenos días Buenas tardes Buenas noches Si es la primera vez que el alumno entra en el sistema Según la continuidad en el Tiempo - tiempo desde la última sesión - número de sesiones a corto plazo - tiempo total invertido en el corto plazo - Presentación formal del agente pedagógico virtual. - Explicarle cómo puede ayudarle Mensaje de motivación Soy un agente pedagógico virtual y mi misión es ayudarte en la realización de este curso. Con trabajo constante consiguirás lo que te propongas. Tabla 1. Contenido del Mensaje de Bienvenida Cuando el alumno completa una actividad, el tutor le ofrece un Mensaje de Seguimiento con información sobre: la dedicación (tiempo y número de sesiones) las acciones realizadas en relación con las acciones esperadas la consecución de los objetivos asociados a esa actividad un mensaje de motivación Modelo Cognitivo Inicial de un agente pedagógico En este estudio se parte de un modelo cognitivo básico, para ir enriqueciéndolo paulatinamente con el análisis de las distintas tareas. 5

6 Los rasgos de personalidad van a permanecer invariables, una vez que se definan. Se han considerado cuatro rasgos que pueden afectar al comportamiento del tutor: Timidez Seriedad Humor Paciencia Las emociones van a verse influenciadas por los rasgos de personalidad del tutor, pero principalmente estarán condicionadas a los perceptos, o comportamientos del estudiante en su interacción con el entorno. Tristeza - Alegría Preocupación - Temor - Miedo Enfado Sorpresa Los estados físicos (cansancio, hambre, sueño) se proponen con un doble objetivo: 1) hacer al tutor más humano y 2) sustituir al estado físico del alumno. Van a venir determinados, fundamentalmente por el contexto, siguiendo un bio-ritmo, según la hora del día. Los estados transitorios cambiaran su valor frecuentemente, y van a afectar en gran medida a las acciones del tutor. Se han considerado los siguientes: Nivel de atención, grado de apoyo al alumno Nivel de estrés Nivel de paciencia Nivel de comunicación El tutor tiene ciertas actitudes hacia el alumno, que afectarán también a sus acciones. Confianza Expectativas altas / bajas Nivel de Reputación Al igual que las emociones, los estados transitorios y las actitudes hacia el alumno van a estar condicionados en gran medida por el comportamiento del alumno. Estudio del Modelo Cognitivo en las acciones seleccionadas El proceso reactivo para la acción mensaje de Bienvenida, podría representarse así: 6

7 R1: Si (sit_actual = Inicio_sesión) Generar (mensaje_bienvenida); Dar_mensaje; La forma en que las creencias del agente condicionan a las acciones de éste es incorporando en los antecedentes de estas reglas (puramente cognitivas) condiciones sobre los aspectos afectivos (rasgos de personalidad, emociones, estados físicos y transicionales) y actitudes. Cómo influyen cada una de las creencias del agente pedagógico virtual en: 1. Que sé dé o no el mensaje 2. Cúal es el contenido del mensaje 3. La voz con la que expresar el mensaje 4. La expresión facial 5. Los gestos, la expresión corporal 6. Los movimientos? En general, los rasgos de personalidad, emociones y estados transitorios, pero sobre todo la actitud hacia el individuo determinará si se dá o no el mensaje. El contenido semántico del mensaje en sí estará fundamentalmente condicionado por lo todo lo que conoce el agente sobre el alumno (recogido en el modelo de usuario), la actitud del agente hacia el alumno, y por tanto de sus creencias afectivas sobre ese. La formación morfo-sintáctica del mensaje, es decir, la selección de distintas expresiones o palabras su el orden el mensaje, dependerán de su personalidad, emociones y estados transitorios. La voz con la que se expresa el agente pedagógico vendrá determinada principalemente por la configuración inicial del mismo, incluida en los aspectos físicos (que junto con los rasgos de personalidad forman en Cognitiva las características definitorias). Esta voz tiene que ser acorde con los rasgos de personalidad; y se modulará según los estados transitorios (emociones, estados físicos y otros). La expresión facial y corporal, tiene unas influencias similares a la voz, y se verán afectadas principalmente por las emociones. En el caso de las tareas seleccionadas, no se requieren movimientos. Pero para el caso general de acciones de movimiento en un entorno 3D, rasgos de personalidad, 7

8 emociones y estados físicos tendrán influencia en la forma de moverse el avatar del agente pedagógico. En el caso del mensaje de Bienvenida, que ocurre al inicio de la sesión, las emociones están en un valor de reposo, y no afectarán apenas. Lo mismo ocurre con los otros estados transicionales. Las actitudes hacia los individuos (en este caso el alumno) tienen unos valores que perduran a lo largo del tiempo, y los estados físicos se calculan según el contexto, la hora del día con lo que pueden influir. Para el mensaje de Seguimiento la realización de actividades por parte del alumno habrá estimulado las emociones y estados transitorios del agente pedagógico. 5. Conclusiones y Futuros trabajos Las conclusiones que se obtienen de este estudio son: La influencia más relevante del modelo emocional interno del agente pedagógico virtual en la toma de decisión, tanto en la realización de sus acciones, como en la configuración de las mismas, recae en la actitud hacia el alumno. La forma de realizar las acciones (expresión morfo-sintáctica, voz, expresión facial y corporal) está más influenciada por los rasgos de personalidad y emociones del agente. Los trabajos futuros que han surgido a raíz de este estudio, y que se están trabajando en la tesis son: Contextualización de la arquitectura Cognitiva en varios escenarios (a seleccionar entre educación en valores, educación medioambiental, deporte de orientación, entrenamiento uso de una lavadora), con el fin de obtener situaciones específicas con las que contrastar el modelo propuesto, y ampliarlo con las creencias sobre recintos y objetos. Creación de un inventario base que incorpore un conjunto rico de rasgos de personalidad, emociones, y sobre todo actitudes hacia los individuos, así como el grado de influencia entre los mismos. Este inventario pretende ser un punto de partida para cualquier implementación concreta, sin pretender definir un modelo psicológico ampliamente aceptado. Integración de los entornos virtuales de aprendizaje con los sistemas de e- learning a través del agente pedagógico virtual. 8

9 6. Referencias [de Antonio, 06] Angélica de Antonio, Realidad Virtual y Agentes Inteligentes para e- Learning y Aprendizaje. Curso de Doctorado, Universidad Politécnica de Madrid, 2006 [Imbert, 05] Ricardo Imbert, Una Arquitectura Cognitiva Multinivel para Agentes con Comportamiento Influido por Características Individuales y Emociones, Propias y de Otros Agentes. Tesis Doctoral, Universidad Politécnica de Madrid, 2005 [Winn, 93] Winn, W. A Conceptual Basis for Educational Applications of Virtual Reality. Technical Report TR-93-9, Human Interface Technology Laboratory - University of Washington,