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Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-06-04T13:17:59Z No. of bitstreams: 1 DIEGO DERMEVAL MEDEIROS DA CUNHA MATOS - TESE (PPGCC) 2017.pdf: 5848671 bytes, checksum: b890812e50eefda440fc048fd77b0f93 (MD5) Made available in DSpace on 2018-06-04T13:17:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DIEGO DERMEVAL MEDEIROS DA CUNHA MATOS - TESE (PPGCC) 2017.pdf: 5848671 bytes, checksum: b890812e50eefda440fc048fd77b0f93 (MD5) Previous issue date: 2017-03-17 Sistemas Tutores Inteligentes (STIs) têm recibo a atenção de acadêmicos e profissionais desde da década de 70. Tem havido um grande número de estudos recentes em apoio da efetividade de STIs. Entretanto, é muito comum que estudantes fiquem desengajados ou entediados durante o processo de aprendizagem usando STIs. Para considerar explicitamente os aspectos motivacionais de estudantes, pesquisadores estão cada vez mais interessados em usar gamificação em conjunto com STIs. Contudo, apesar de prover tutoria individualizada para estudantes e algum tipo de suporte para professores, estes usuários não têm recebido alta prioridade no desenvolvimento destes tipos de sistemas. De forma a contribuir para o uso ativo e personalizado de STIs gamificados por professores, três problemas técnicos devem ser considerados. Primeiro, projetar STI é muito complexo (deve-se considerar diferentes teorias, componentes e partes interessadas) e incluir gamificação pode aumentar significativamente tal complexidade e variabilidade. Segundo, as funcionalidades de STIs gamificados podem ser usadas de acordo com vários elementos (ex.: nível educacional, domínio de conhecimento, teorias de gamificaçãoe STI, etc). Desta forma, é imprescindível tirar proveito das teorias e práticas de ambos os tópicos para reduzir o espaço de design destes sistemas. Terceiro, para efetivamente auxiliar professores a usarem ativamente estes sistemas, faz-se necessário prover uma solução simples e usável para eles. Para lidar com estes problemas, o principal objetivo desta tese é projetar uma solução computacional de autoria para fornecer aos professores uma forma de personalizar as funcionalidades de STIs gamificados gerenciando a alta variabilidade destes sistemas e considerando as teorias/práticas de gamificação e STI. Visando alcançar este objetivo, nós identificamos o espaço de variabilidade e o representamos por meio do uso de uma abordagem de modelagem de features baseada em ontologias (OntoSPL). Desenvolvemos um modelo ontológico integrado (Ontologia de tutoria gamificada ou Gamified tutoring ontology) que conecta elementos de design de jogos apoiados por evidências no domínio de e-learning, além de teorias e frameworks de gamificação aos conceitos de STI. Finalmente, desenvolvemos uma solução de autoria (chamada AGITS) que leva em consideração tais ontologias para auxiliar professores na personalização de funcionalidades de STIs gamificados. As contribuições deste trabalho são avaliadas por meio da condução de quatro estudos empíricos: (1) conduzimos um experimento controlado para comparar a OntoSPL com uma abordagem de modelagem de features bem conhecida na literatura. Os resultados sugerem que esta abordagem é mais flexível e requer menos tempo para mudar; (2) avaliamos o modelo ontológico integrado usando um método de avaliação de ontologias (FOCA) com especialistas tanto de contexto acadêmico quanto industrial. Os resultados sugerem que as ontologias estão atendendo adequadamente os papeis de representação do conhecimento; (3) avaliamos versões não-interativas da solução de autoria desenvolvida com 59 participantes. Os resultados indicam uma atitude favorável ao uso da solução de autoria projetada,nos quais os participantes concordaram que a solução é fácil de usar, usável, simples, esteticamente atraente,tem um suporte bem percebido e alta credibilidade; e (4) avaliamos, por fim,versões interativas (do zero e usando um modelo) da solução de autoria com 41 professores. Os resultados sugerem que professores podem usar e reusar, com um alto nível de aceitação, uma solução de autoria que inclui toda a complexidade de projetar STI gamificado. Intelligent Tutoring Systems (ITSs) have been drawing the attention of academics and practitioners since early 70’s. There have been a number of recent studies in support of the effectiveness of ITSs. However, it is very common that students become disengaged or bored during the learning process by using ITSs. To explicitly consider students’ motivational aspects, researchers are increasingly interested in using gamification along with ITS.However, despite providing individualized tutoring to students and some kind of support for teachers, teachers have been not considered as first-class citizens in the development of these kinds of systems. In order to contribute to the active and customized use of gamified ITS by teachers, three technical problems should be considered. First, designing ITS is very complex (i.e., take into account different theories, components, and stahekolders) and including gamification may significantly increase such complexity and variability. Second, gamified ITS features can be used depending on several elements (e.g., educational level, knowledge domain, gamification and ITS theories, etc). Thus, it is imperative to take advantage of theories and practices from both topics to reduce the design space of these systems. Third, in order to effectively aid teachers to actively use such systems, it is needed to provide a simple and usable solution for them. To deal with these problems, the main objective of this thesis is to design an authoring computational solution to provide for teachers a way to customize gamified ITS features managing the high variability of these systems and considering gamification and ITS theories/practices. To achieve this objective, we identify the variability space and represent it using an ontology-based feature modeling approach (OntoSPL). We develop an integrated ontological model (Gamified tutoring ontology) that connects evidence-supported game design elements in the e-learning domain as well as gamification theories and frameworks to existing ITS concepts. Finally, we develop an authoring solution (named AGITS) that takes into account these ontologies to aid teachers in the customization of gamified ITS features. We evaluate our contributions by conducting four empirical studies: (1) we perform a controlled experiment to compare OntoSPL against a well-known ontology-based feature modeling approach. The results suggest that our approach is more flexible and requires less time to change; (2) we evaluate the ontological integrated model by using an ontology evaluation method (FOCA) with experts from academic and industrial settings. The results suggest that our ontologies are properly targeting the knowledge representation roles; (3) we evaluate non-interactive versions of the designed authoring solution with 59 participants. The results indicate a positive attitude towards the use of the designed authoring solutions, in which participants agreed that they are ease to use, usable, simple, aesthetically appealing, have a well-perceived system support and high credibility; and (4) we also evaluate interactive versions (scratch and template) of our authoring solution with 41 teachers. The results suggest that teachers can use and reuse, with a high acceptance level, an authoring solution that includes all the complexity to design gamified ITS.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-06-04T15:11:46Z No. of bitstreams: 1 RANILSON OSCAR ARAÚJO PAIVA - TESE (PPGCC) 2017.pdf: 11842712 bytes, checksum: ac3058f290c36c90ab21ce1a9820b601 (MD5) Made available in DSpace on 2018-06-04T15:11:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RANILSON OSCAR ARAÚJO PAIVA - TESE (PPGCC) 2017.pdf: 11842712 bytes, checksum: ac3058f290c36c90ab21ce1a9820b601 (MD5) Previous issue date: 2017 Vivemos uma mudança no paradigma educacional onde se busca prover educação de qualquer lugar, a qualquer momento e para qualquer pessoa, utilizando tecnologias digitais da informação e comunicação. Há um interesse global no ensino à distância, mas não há um aumento equivalente de suporte aos professores e tutores responsáveis por manter tais cursos. Essa deficiência acentua os problemas e desafios existentes na gestão de cursos a distância, pois com o tempo mais estudantes aderem ao ensino a distância, requerendo a criação de novos cursos e turmas, incrementando a quantidade de estudantes sendo sub-servidos em termos de apoio pedagógico. Isso é evidenciado pelo grande número de desistências e falhas em tais cursos, particularmente, nos MOOCs (Cursos Online Massivos e Abertos), que os estudantes justificam como falta de suporte. Esta tese propõe uma solução de autoria para guiar a tomada de decisões pedagógicas em ambientes online de aprendizagem, tendo sido aplicada em um MOOC. A proposta visa auxiliar professores e tutores (1) a descobrir situações de interesse pedagógico ocorrendo em seus cursos; (2) compreender essas situações; (3) tomar decisões para aborda-las e; (4) monitorar e avaliar o impacto da decisão tomada. As interações em tais cursos geram grande quantidade e diversidade de dados, sendo possível extrair informações pedagogicamente relevantes. Entretanto, professores e tutores não dominam a tecnologia necessária para utilizar esses dados, nem é prático ou apropriado solicitar que sejam treinados para tanto. A proposta se fundamenta na tomada de decisões informada por dados educacionais, na visualização de dados e nos sistemas de autoria para promover a cooperação entre a inteligência artificial e a inteligência humana. Realizamos dois experimentos para: (1) avaliar se o processo auxilia professores e tutores a tomar decisões pedagógicas úteis e em tempo de curso; (2) avaliar se a solução de autoria guia a tomada de decisões pedagógicas de professores e tutores. Os resultados sugerem que o processo trouxe benefícios à tomada de decisões pedagógicas e que a solução de autoria foi capaz de guiar a tomada de decisões pedagógicas em tempo de curso e que sua utilidade e facilidade foram percebidas positivamente por professores e tutores. We are experiencing changes in the educational paradigm. There is a quest to provide education from anywhere, at any time and for anyone, using digital information and communication technologies. There is a global interest in distance learning, but there is no equivalent increase in support for teachers and tutors responsible for maintaining such courses. This difference accentuates the problems and challenges in managing distance courses once that, over time, more students join distance learning, requiring the creation of new courses and classes, increasing the number of distance students being sub-served in terms of pedagogical support. This is evidenced by the large number of dropouts and faiilures in such courses, particularly in MOOCs (Massive Open Online Courses), that students justify as lack of support. This thesis proposes an authoring solution to guide the pedagogical decision making in online learning environments, which was applied in a MOOC. The proposal aims to help teachers and tutors (1) to discover situations of pedagogical interest occurring in their courses; (2) understand these situations; (3) make decisions to address them; (4) monitor and evaluate the impact of the decision made. The interactions in such courses generate considerable quantity and diversity of data,allowing the extraction of pedagogically relevant information. However, teachers and tutors do not master the technology needed to use this data, nor is it practical or appropriate to ask them to be trained to do so. Our proposal is based on informed decision making by educational data, data visualization and authoring systems to promote cooperation between artificial intelligence and human intelligence. We conducted two experiments to: (1) evaluate whether the process helps teachers and tutors to make useful and time-course pedagogical decisions; (2) to evaluate if the authoring solution guides the pedagogical decision making of teachers and tutors. The results suggest that the process brought benefits to pedagogical decision making and that the authoring solution was able to guide the pedagogical decision making in course time and that its usefulness and ease of use were positively perceived by teachers and tutors.