Competency-based education has attracted the attention of the technology-enriched learning community but presents challenges in translating competency-oriented curriculum principles into concrete learning materials. This project aims to provide a framework to support the annotation of open educational resources based on competency ontology and mitigate that challenge.
O domínio do tradicional paradigma de ensino baseado na transmissão do conhecimento tem diminuído em favor de novos paradigmas, como o do ensino baseado no desenvolvimento de competências (EBC), numa transição que tem desencadeado significativas reformas curriculares, requerendo o desenvolvimento e adaptação de materiais didáticos, proporcionando novas experiências de ensino-aprendizagem [Sampson e Fytros 2008].
Conhecimentos, habilidades e atitudes são algumas dimensões integradas pela EBC para capacitar os alunos a reconhecerem e resolverem problemas reais em seu domínio de estudo ou trabalho futuro. Tal perspectiva visa transformar resultados da aprendizagem em ativos de conhecimento permanentes e valiosos, provendo a aquisição e desenvolvimento contínuo de novas competências, além do desenvolvimento e aprimoramento contínuos de características pessoais [Rezgui 2014].
Embora muitas instituições de ensino sejam entusiastas do modelo educacional baseado em competências, sua materialização ao nível de programas e práticas educacionais tem se mostrado desafiador [Hoogveld 2005]. Entre os desafios, destacam-se a formação de professores, capacitandoos na mudança de paradigma do processo de ensino-aprendizagem, e a tradução dos princípios curriculares orientados para competências em materiais de aprendizagem concretos.
A ACM (Association for Computing Machinery), via relatório CC2020 (Computing Curricular 2020), apresenta um projeto para traçar o futuro da educação em computação em escala global. Sua proposta se destaca por especificar competências de forma abrangente, incorporando conceitos de habilidades, conhecimentos e atitudes (disposições), e outras características pessoais, mobilizados para a execução de tarefas e solução de problemas reais, descrevendo um contexto específico e determinando um grau de proficiência.
Este projeto de pesquisa propõe a construção de um framework de anotação semântica de recursos educacionais abertos, baseado numa ontologia de competências aderente à conceituação de competência proposta pela ACM no relatório CC2020, que dê suporte a tradução de princípios curriculares orientados para competências em materiais de aprendizagem concretos. Acredita-se que este projeto possibilite mitigar o dilema de prioridades, apontado por [Perrenoud 1999], na divisão do tempo do professor dedicado à transmissão do conhecimento e ao desenvolvimento de competências, diminuindo o tempo deste.
A ACM e a IEEE Computer Society, através do relatório CC2020, apresentam uma proposta para a educação global de computação baseada em competências. Nele, definem competência como a capacidade do indivíduo executar e aplicar sua educação em computação em um serviço prático e profissional à sociedade. Tal proposta está em consonância com os objetivos da OCDE (Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico) para a mudança de currículos centrados em conteúdo para um modelo centrado em competências, referenciado como modelo de aprendizagem do século XXI [Impagliazzo e Pears 2018]. Tal mudança, contudo, requer alterações nos sistemas de gestão de aprendizagem, como repositórios e sistemas de recomendação de Recursos Educacionais Abertos (REA), pois as descrições dos recursos que estes gerenciam deixam de ser determinadas por assunto e conteúdo e passam a centrar-se em competências.
[Paula et al. 2020] destacam dois tipos de repositórios de REA: os que descrevem os recursos através de textos e palavras-chave e aqueles que usam algum padrão de metadado. Todavia, independente do modelo de anotação, a descrição dos recursos educacionais na maioria dos repositórios é semanticamente pobre. Para tornar as buscas em repositórios de recursos educacionais mais eficazes, faz-se necessário um mecanismo que forneça detalhada e rica descrição semântica dos recursos armazenados e que guie a recuperação dos mesmos. Propostas neste sentido têm sido feitas através do uso de ontologias [Bremgartner, Netto e Menezes 2015] e [Paquette 2021].
[Koutsomitropoulos e Solomou 2017], [Paquete 2021] e [Simon et al. 2020] ressaltam a necessidade do uso de ontologias para prover melhor descrição e busca semântica a recursos educacionais, além de interoperabilidade, o que possibilita o consumo e troca de informações com outros aplicativos. Ainda segundo os autores, o projeto e implementação de repositórios de recursos educacionais baseados em ontologias deve flexibilizar e facilitar a documentação destes, bem como aumentar a precisão na sua recuperação. Mais especificamente, [Simon et al. 2020] e [Bremgartner et al. 2015] propõem, neste cenário, o uso de ontologias focadas em competências, combinando conceitos como conhecimento, habilidades e atitudes.
Competência é um conceito para o qual não há um consenso e múltiplas definições foram elaboradas nas últimas décadas, diferenciando-se pelo escopo em termos de habilidades, conhecimentos e atitudes, pela amplitude de visão e por grau de especificidade [Kennedy et al., 2009]. Segundo [Deist e Winterton 2005], existe uma significativa confusão na definição de competência que torna “impossível identificar ou imputar uma teoria coerente ou chegar a uma definição capaz de acomodar e conciliar todas as diferentes formas como o termo é usado”.
[Zabala e Arnau 2010] definem competência como a capacidade de agir de forma eficaz e determinada para executar tarefas e resolver problemas, mobilizando e integrando “componentes atitudinais, procedimentais e conceituais”. Para [Behar 2013], competências são “um conjunto de elementos compostos por conhecimentos, habilidades e atitudes” que, uma vez estruturados num contexto específico, possibilitam a solução de problemas e a ação frente a situações novas. Distintas interpretações e significados dados ao conceito de competência podem ser atribuídos a diferenças culturais, de contexto ou à falta de consenso entre grupos (Kennedy et al., 2009).
Segundo [Paquete et al. 2021], competências são expressas como sentenças em linguagem natural, indicando que alguém tem capacidade ou conhecimento, em algum grau de proficiência, para executar uma atividade; são declarações que comumente estão mal estruturadas em textos, acarretando problemas como dificuldade de uso, interpretação e inferência. Para eliminar tais problemas e facilitar o intercâmbio de descrições de competência entre sistemas, especificações para descrição de competência, como a Reusable Definition of Competency or Educational Objective [IMS RDCEO 2002] e a IEEE Reusable Competency Definitions [IEEE RCD 2007] foram propostas.
Na literatura, existem diversos trabalhos relatando experiências que integram o desenvolvimento de ontologias de competências, anotação semântica e recomendação de recursos educacionais, destacando-se os trabalhos de [Paquete et al. 2021] e [Simon et al. 2020] por maior proximidade à nossa proposta. Como diferenciais desta, ressaltamos a adequação às especificações de interoperabilidade da IEEE RCD, a definição de um modelo de competências aderente ao que é proposto no relatório CC2020 da ACM/IEEE, o uso da UFO (Unified Foundational Ontology) como ontologia de fundamentação [Guizzardi et al. 2015]. Todavia, cabe explorar a literatura sobre os desafios que os professores podem enfrentar na produção de recursos educacionais com o paradigma da educação baseada em competências. Dessa forma, a partir da literatura investigada, as contribuições desse projeto estão relacionadas à construção de um framework de anotação semântica, baseado numa ontologia de competências, que auxilie os professores no processo de anotação de recursos educacionais abertos, é este o objeto de estudo dessa pesquisa.
A metodologia de pesquisa adotada neste trabalho é a DSR (Design Science Research), por ser um paradigma de pesquisa focado na resolução de problemas práticos e que requerem a criação de artefatos que resolvam problemas do mundo real com base em requisitos dos envolvidos [Weiringa 2009]. A DSR descreve ciclos iterativos e inter-relacionados de pesquisa, de tal forma que as iterações promovam a evolução de conjecturas teóricas (ciclo empírico) que devem subsidiar o projeto do artefato (ciclo de projeto), e o uso deste deve incitar a investigação de tais conjecturas [Lacerda et al. 2013].
Pretende-se fundamentar o ciclo empírico através de um quadro teórico composto por uma revisão sistemática da literatura, efetuando-se o levantamento de teorias, modelos e constructos, técnicas e artefatos correlatos. Além destes ciclos, [Hevner 2007] destaca a necessidade de um terceiro ciclo (de relevância), também iterativo, que deve descrever o contexto no qual o artefato será usado, quais seus critérios de aceitação e como a interação artefato-contexto ocorre para atingir os objetivos da pesquisa.
Com base na definição dos 3 ciclos, identificam-se três avaliações necessárias ao projeto: avaliação de requisitos, adequação do artefato aos critérios de aceitação e a validade das conjecturas teóricas. Para cumpri-las, serão realizados estudos de caso e/ou experimentos, fazendo uso das técnicas de coleta e produção de dados como questionários e entrevistas.
A maioria dos repositórios de REA usa a anotação textual com descrição centrada em conteúdo, com busca comumente baseada em palavras-chave. Tal processo não contempla a produção de recursos educacionais que atendam a requisitos de competências. Observou-se, com isso, a necessidade de integrar aos repositórios de REA uma camada semântica para fornecer metadados de competências.
Neste contexto, decidiu-se desenvolver um framework baseado em ontologia de competências para auxiliar professores na anotação semântica de recursos educacionais abertos. Como requisitos da abordagem proposta, definiu-se que ela deve: (R1) identificar e sugerir as informações de competências relevantes para a anotação de recursos educacionais e (R2) fornecer uma solução integrada com um modelo reusável de competências.
A abordagem do primeiro requisito foi iniciada com a análise, na literatura, de definições de competência, suas principais dimensões e modelos de especificação existentes. A abordagem do segundo visa encontrar metadados e vocabulários relacionados com competências, possibilitando reuso e interoperabilidade.
Por seu abrangente suporte às principais atividades de engenharia de ontologias, adotou-se a metodologia NEON para o desenvolvimento da ontologia de competências que será usada no framework proposto. O modelo formal desta está sendo criado com a OntoUML, utilizando estereótipos da gUFO [Guizzardi et al. 2015]. Com isto, pretende-se reutilizar padrões, categorias e relações básicas, assegurar a qualidade geral da ontologia e prevenir erros de desenvolvimento.
A definição das questões de competência da ontologia proposta foi iniciada para determinar qual conhecimento particular deve ser representado, além de suportar sua verificação e validação com relação ao que ela deve atender. Como a modelagem de ontologias é uma tarefa complexa, que pode acarretar em anomalias ou erros difíceis de detectar, adotaremos validadores, como a ferramenta OOPS!.
Uma primeira versão da ontologia, conforme ilustrado na Figura 1, foi construída e utilizada como suporte à anotação semântica. Ressalta-se que Competence foi modelada como uma classe abstrata, pois, de acordo com o modelo adotado (inferido da proposta de competências do relatório CC2020 da ACM/IEEE), as instâncias de uma competência têm de ser compostas (ComposedCompetence) ou atômicas (AtomicCompetence).
Figura 1: Modelo, em OntoUML, da primeira versão da ontologia de competências.
Ainda segundo o modelo inferido do relatório CC2020, toda competência possui múltiplos registros de conhecimento-habilidade (associando-os em pares). Para representar este relacionamento, definiram-se os conceitos KnowledgeSkill (classe de relacionamento, definida com o estereótipo relator), Knowledge e Skill.
Para testar a primeira versão da ontologia, foram selecionados alguns REA produzidos pelo EduKnow, grupo de pesquisa em Informática na Educação com o qual o autor colabora. Para cada recurso, foram especificadas competências, validando-as com 3 especialistas na área (professores com especialização em educação e mestrado em computação). Esta atividade serviu para revisar as questões de competências, remodelar a ontologia e refinar atributos e relacionamentos. Como exemplo de revisão, redefinimos a relação todo-parte entre uma competência composta e uma competência atômica (competência composta tem uma ou várias competências atômicas) e alteramos alguns estereótipos.
Como trabalhos futuros, pretende-se adaptar a proposta de ontologia de competências proposta por [Paquette 2021], modelando-a com a OntoUML e adicionando-a o modelo de competências apresentado na Figura 1. Com base nesta nova ontologia, pretende-se (re) anotar diversos REA para evoluir o framework proposto. Ademais, objetiva-se elaborar um survey com educadores para analisar suas crenças, necessidades e expectativas com a educação baseada em competências e, para subsidiar o referencial teórico, objetiva-se dar continuidade a um mapeamento e ampliar a discussão através de uma revisão sistemática da literatura. Finalmente, fazer a comunicação dos resultados com artigos nos principais veículos da área.
[17] A. Simon, P. A. Behar, C. A. W. Torrezzan, et al., Modelagem de uma Ontologia de Domínio com Foco em Competências para Sistemas de Recomendação na Educação, Revista Brasileira de Informática na Educação, 2020, v. 28, p. 644–663. [18] R. Wieringa, Design science as nested problem solving, In Proceedings of the 4th International Conference on Design Science Research in Information Systems and Technology – DESRIST, 2009, ACM Press. [19] A. Zabala, L. Arnau, Como aprender e ensinar competências, Penso, Porto Alegre, RS, 2010.