Integración de un Sistema de Diálogo con un Sistema Inteligente de Tutoría dirigido al Entrenamiento Procedimental

Paladines Morán, José Nevardo (2020). Integración de un Sistema de Diálogo con un Sistema Inteligente de Tutoría dirigido al Entrenamiento Procedimental. Thesis (Doctoral), E.T.S. de Ingenieros Informáticos (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.66047.

Description

Title: Integración de un Sistema de Diálogo con un Sistema Inteligente de Tutoría dirigido al Entrenamiento Procedimental
Author/s:
  • Paladines Morán, José Nevardo
Contributor/s:
  • Ramírez Rodríguez, Jaime
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2020
Subjects:
Faculty: E.T.S. de Ingenieros Informáticos (UPM)
Department: Lenguajes y Sistemas Informáticos e Ingeniería del Software
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Muchos de los Sistemas Inteligentes de Tutoría (SITs) que se han desarrollado durante los últimos 20 años han demostrado ser bastante exitosos, particularmente en los dominios STEM. Estos sistemas producen ganancias de aprendizaje significativas más allá del entorno del aula, ya que son capaces de captar la atención y el interés de la mayoría de los estudiantes durante horas. En ese sentido, los investigadores han sumado esfuerzos para brindar herramientas en las que la tutoría permita tener un trato más cercano con el alumno, y conocer sus actitudes, y emociones. Algunos de esos esfuerzos han sido direccionados para promover la implementación de SITs capaces de mantener diálogos en lenguaje natural con los alumnos. Aunque la literatura nos refiere algunos SITs con diálogo en lenguaje natural que han alcanzado un alto reconocimiento por su capacidad para interactuar con los alumnos mientras enseñan conceptos o dan soporte a la resolución de problemas, son muy pocos los SITs que utilizan escenarios de aprendizaje 3D en los cuales el alumno sea parte del escenario virtual a través de un avatar, y que además, estén dirigidos a desarrollar tareas procedimentales. Además, estos escasos SITs adolecen de una limitada capacidad de diálogo en lenguaje natural. Así pues, a través de esta Tesis Doctoral, proponemos una arquitectura de referencia que incorpora un Sistema de Diálogo Tutorial (SDT), un SIT y un entorno virtual de entrenamiento procedimental cuyo objetivo es lograr un diálogo tutorial humano – computador lo más efectivo y natural posible. Un aspecto sobresaliente de la solución propuesta será su capacidad para proporcionar una tutoría adaptada a las necesidades de cada alumno basada en su contexto. Es decir, el sistema propuesto podrá generar respuestas considerando el nivel de conocimientos del alumno, su grado de progreso en la práctica, la posición/orientación del avatar del alumno en el entorno virtual así como información sobre los elementos (áreas, objetos, materiales, maquinarias, etc.) que forman parte del entorno virtual. La información sobre el entorno virtual estará representada en una ontología. Para generar una respuesta contextual en un lenguaje lo más natural posible, utilizaremos una adaptación de un algoritmo, propuesto en otra Tesis Doctoral, para generar indicaciones sobre la ubicación de un objeto que tiene en cuenta el tamaño, el color y el aspecto de otros objetos de referencia próximos al objeto buscado. Para la construcción del SDT de la arquitectura propuesta hemos definido una metodología. En esta metodología se llevan a cabo cuatro fases, que incluyen diferentes actividades, siguiendo un ciclo de vida iterativo e incremental. La capacidad del SDT para generar respuestas ha sido validada por medio de un prototipo que integra un laboratorio virtual 3D de biotecnología agroforestal como entorno de entrenamiento procedimental. Los resultados de las validaciones indican que la mayoría de las respuestas fueron clasificadas como correctas y un tercio de ellas fueron calificadas como incorrectas, es decir, no generaron la respuesta que se esperaba. De entre las incorrectas, cabe señalar que la mayoría no transmitieron un conocimiento erróneo al alumno sobre la práctica. ----------ABSTRACT---------- Many of the Intelligent Tutoring Systems (ITSs) that have been developed over the past 20 years have proven quite successful, particularly in STEM domains. These systems produce significant learning gains beyond the classroom environment, as they are able to capture the attention and interest of most students for hours. In this sense, researchers have joined efforts to provide tools in which tutoring allows to have a closer treatment with the student, and to know their attitudes, and emotions. Some of these efforts has been directed to promote the implementation of ITSs capable of maintaining natural language dialogues with students. Although literature refers to some ITSs with natural language dialogue that have achieved high recognition for their ability to interact with students while teaching concepts or supporting problem solving, very few ITSs use 3D learning scenarios in which the student is part of the virtual scenario through an avatar, and are also aimed at developing procedural tasks. In addition, these few ITSs have limited natural language dialogue capacity. Thus, through this Ph. D. Thesis, we propose a reference architecture that incorporates a Tutorial Dialog System (TDS), an ITS and a virtual procedural training environment whose objective is to achieve a human-computer tutorial dialogue as effective and natural as possible. An outstanding aspect of the proposed solution will be its ability to provide tutoring tailored to the needs of each student based on their context. That is, the proposed system can generate responses considering the level of knowledge of the student, their degree of progress in practice, the position/ orientation of the student’s avatar in the virtual environment as well as information about the elements (areas, objects, materials, machinery, etc.) that are part of the virtual environment. Information about the virtual environment will be represented in an ontology. To generate a contextual response in a language as natural as possible, we will use an adaptation of an algorithm, proposed in another doctoral thesis, to generate indications about the location of an object that takes into account the size, color, and appearance of other reference objects to the searched object. For the construction of the TDS of the proposed architecture we have defined a methodology. This methodology performs four phases, including different activities, following an iterative and incremental life cycle. The TDS’s ability to generate responses has been validated by a prototype that integrates a 3D biotechnology virtual laboratory as a procedural training environment. The results of the validations indicate that most of the responses were classified as correct and one third of them were classified as incorrect, i.e. they did not generate the expected response. Among the wrong ones, it should be noted that most did not pass on erroneous knowledge to the student about the practice.

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Item ID: 66047
DC Identifier: http://oa.upm.es/66047/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:66047
DOI: 10.20868/UPM.thesis.66047
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 04 Feb 2021 07:28
Last Modified: 04 Feb 2021 07:28
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