Estudio, implementación y evaluación de un tutor inteligente para el aprendizaje de lógica computacional basado en modelos y apoyado en conocimiento

Abstract

La tesis desarrolla un Sistema Tutor Inteligente para la enseñanza de lógica computacional. El tema supone dos retos principales: primero, el cubrir el proceso para la demostración automática de teoremas utilizando lógica de primer orden, desde la obtención de la forma clausulada de las expresiones que forman el problema a demostrar hasta la obtención de la demostración, utilizando la regla de resolución binaria y el principio de refutación. El segundo reto tiene que ver con la construcción de un Tutor Inteligente basado en un demostrador automático de teoremas que será capaz de detectar una gran cantidad de errores que cometa el estudiante. La implementación se a abordado utilizando uno de los más fructíferos puntos de vista para el desarrollo de entornos de aprendizaje: el de los Sistemas Tutores Inteligentes. Este tipo de programas se suele desarrollar desde un punto de vista cognitivista, basando el aprendizaje en los postulados de la tutoría cara a cara, y permitiendo un estilo de aprendizaje adaptado al ritmo del estudiante. El Tutor Inteligente desarrollado, denominado SIAL, también incluye algunas características conductistas y construtivistas. Esta aproximación a la solución permite a SIAL el variar el estilo de tutoría, de forma que sigue más de cerca a los estudiantes más noveles, estilo que va relajando progresivamente según los estudiantes adquieren habilidades, práctica y confianza. En el último nivel de desarrollo, se espera que el estudiante sea capaz de escribir sus propios problemas y de haber adquirido habilidades metacognitivas tales como la de detectar y corregir sus propios errores, usando el Tutor como un simple asistente o validador de demostraciones en lugar de como un Tutor Inteligente. Las principales características de SIAL incluyen la capacidad para interactuar con el estudiante de varias formas según su nivel de desempeño, su capacidad para aceptar cualquier expresión equivalente a la respuesta esperada al problema planteado y el uso de modelos formales junto con conocimiento experto para identificar los errores. Estas características proporcionan una gran libertad al estudiante y cierta sensación de control sobre proceso que se está desarrollando. El Tutor Inteligente ha sido validado en sesiones práticas de un curso introductorio de Inteligencia Artificial, que incluye un tema de razonamiento automático. Para comparar el impacto del Tutor Inteligente, los estudiantes se dividieron aleatoriamente en dos grupos. Uno de los grupos utilizó el SIAL y el otro utilizó un demostrador de teoremas que proporciona una salida gráfica. El experimento incluye los datos recogidos mediante una encuesta y también las notas del examen final de los estudiantes. El experimento se ha replicado añadido una prueba adicional durante las sesiones de prácticas.