Consideratii Privind Aplicabilitatea Retelelor Petri In Domeniul Educational

CAPITOLUL II

Considerații privind aplicabilitatea Rețelelor Petri în doomeniul educațional

“Dacă tu ai un măr și eu am un măr și le schimbăm între noi, atunci eu voi avea în continuare tot un măr. Dar dacă tu ai o idee și eu am o idee și schimbăm aceste idei între noi, atunci fiecare vom avea câte două idei.”

George Bernard Shaw

2.1 INTRODUCERE

Procesul învățării include achiziția noilor cunoștințe, dezvoltarea aptitudinilor cognitive/motorii prin instruire teoretică și practică, organizarea cunoștințelor dobândite precum și descoperirea de noi fapte sau teorii prin observare și experimentare.

Teoria rețelelor Petri se utilizează în mod tradițional în modelarea proceselor de colaborare. În acest capitol se prezintă folosirea acestui model formal pentru a descrie procesele de învățare în colaborare în cadrul Sistemului Inteligent de Învățare (SII), și anume un mod de învățare în colaborare asistată de calculator (IAC).

O rețea Petri poate fi identificată cu un tip particular de grafuri orientate bipartite populate cu trei tipuri de obiecte. Aceste obiecte sunt locuri, tranziții și arce orientate care conectează locuri cu tranziții sau tranziții cu locuri. Din punct de vedere grafic, locurile sunt reprezentate prin cercuri iar tranzițiile prin bare sau dreptunghiuri. Un loc este intrare pentru o tranziție dacă există un arc orientat de la acel loc la tranziție. Un loc este ieșire pentru o tranziție dacă există un arc orientat de la tranziție la loc. În forma sa cea mai simplă, o rețea Petri poate fi reprezentată printr-o tranziție împreună cu locurile sale de intrare și de ieșire. Această rețea elementară poate fi folosită pentru reprezentarea unor aspecte diverse ale sistemelor modelate.

Domeniul Rețelelor Petri include mai multe tipologii ce pot fi utizate în mod adecvat pentru analiza fluxurilor de activitați într-un sistem de producție.

Rețelele Petri reprezintă modele ce pot descrie funcționarea unui sistem ce evoluează în mod autonom, adică momentele de execuție a tranzițiilor nu sunt cunoscute. Indiferent de tipologia rețelei Petri utilizată se pot genera variante de modelare asociate unor situații reale.

Scopul studiului este modelarea și simularea procesului de instruire asistată de calculator. Vom analiza cu ajutorul rețelelor Petri utilitatea proceselor de colaborare într-un mediu de învățare asistată de calculator unde elevii învață împreună în grupuri mici, eterogene pentru a atinge un scop comun. Un elev beneficiază de învățarea în colaborare atât prin participarea la discuții de grup cât și prin contribuția activă la un proiect al grupului.

Deprinderile interpersonale din cadrul unui grup mic, care sunt componente ale învătării în colaborare (Johnson & Johnson, 1991), sunt evidente în discuțiile elevilor și în activitatea de cooperare.

Principalele componente ale Sistemului Inteligent de Învățare (SII) sunt o echipă coordonată de un lider și discuțiile de grup, care sunt permise pe baza rețelelor de calculatoare. SII sprijină și mărește colaborarea între elevii care lucrează în grupuri eterogene.

Teoria rețelelor Petri este folosită în SII pentru a concepe un model formal pentru această metodă de colaborare asistată de calculator ca și pentru procesarea discuțiilor pe masură ce ele converg fiind practic echivalentă metodei Mozaic (Jigsow).

Pentru realizarea proiectului a fost necesară documentarea cu privire la desfășurarea și particularitățile învățarii în colaborare asistată de computer (ICAC) într-un mediu de rețele de calculatoare.

În procesul de învățare este importantă folosirea unui format model care să descrie interacțiunile între elevi (grupurile), profesor și IAC care are drept componentă centrală liderul de grup (LG) tutorele/ facilitator. Am constat că folosind rețelele Petri pentru a descrie interacțiunile dintre participanți au condus la o mai bună înțelegere a proceselor de colaborare putînd fi identificate zonele critice de dezvoltare ulterioară. În particular, structura complexă a dialogului necesar pentru un “conflict creativ” a fost confirmată în studii care au arătat că elevii folosesc foarte rar această formă de comunicare.

2.2. INSTRUIREA ASISTATĂ DE CALCULATOR

Utilizarea calculatorului a condus odată cu evoluția lui la dezvoltarea unui sistem de instruire extrem de flexibil, cunoscut sub numele de instruire asistată de calculator. Cei ce învață comunică interactiv cu sistemul de calcul, utilizând un sistem de programe destinat învățării în cele mai diverse domenii. De obicei sistemul de programe este realizat astfel încât să prezinte cursantului o cantitate de informație iar apoi, alternativ, să testeze modul de înțelegere și însușire a respectivei informații. Sistemul de programe permite contabilizarea răspunsurilor corecte și eronate pentru fiecare cursant. Elaborarea unor astfel de sisteme necesită eforturi serioase de programare, esențiale fiind problemele de dozare a informației și de formulare a întrebărilor de verificare.

Există variațiuni la modul de instruire prezentat, mai des întâlnită fiind instruirea și examinarea folosind metode de simulare (de exemplu simularea simptomelor caracteristice unei boli pentru testarea diagnosticării medicale).

Calculatorul oferă posibilități reale de individualizare a instruirii. El nu este doar un mijloc de transmitere a informației ci poate oferi programe de învățare adaptate particularităților de vârstă și a cunoștințelor elevului.

Încercările mai vechi de utilizare a calculatoarelor în procesul de învățământ se bazau pe cuplarea terminalelor la un calculator central având astfel un cost ridicat. Lucrurile au evoluat pozitiv odată cu apariția calculatoarelor personale care pot lucra atât în regim de autonomie cât și cuplate la un calculator central dotat cu o bază de date.

Colaborarea dintre informaticieni, constructori de calculatoare și specialiști din domeniul instrucției și educației a permis inițierea unor programe concrete, privind folosirea calculatoarelor în procesul de învățământ. Realizarea unei metodologii care să facă eficientă asistarea procesului de învățământ cu calculatorul a solicitat folosirea instrumentelor psihopedagogiei.

Conceptul de asistarea procesului de învățământ cu calculatorul include:

predarea unor lecții de comunicare de noi cunoștințe;

aplicarea, consolidarea, sistematizarea noilor cunoștințe;

verificarea automată a unei lecții sau a unui grup de lecții;

verificarea automată a unei discipline școlare sau a unei anumite programe școlare.

Utilizarea calculatorului în procesul de învățământ devine din ce în ce mai importantă (chiar indispensabilă) deoarece: are loc o informatizare a societății și mediile de instruire bazate pe informatică oferă un puternic potențial educativ.

Printre activitățile școlare care pot fi realizate cu ajutorul calculatorului enumerăm:

realizarea sau procesarea unui document scris cu un editor de texte;

prezentarea informației sub formă grafică (tabele, scheme), sau chiar realizarea unor desene, creații artistice etc.

realizarea unor calcule numerice, mai mult sau mai puțin complicate, în scopul formării deprinderilor de calcul sau al eliberării de etapa calculării în rezolvarea unor probleme, prelucrarea unor date;

realizarea și utilizarea unor bănci de date, adică stocarea de informații dintr-un domeniu oarecare într-o modalitate care să permită ulterior regăsirea informațiilor după anumite criterii;

învățarea unui limbaj de programare;

realizarea unor laboratoare asistate de calculator (fizică, biologie, chimie).

Pe lângă realizarea acestor activități școlare tradiționale calculatorul permite introducerea unor noi tipuri de activități cu implicații profunde în timp, asupra metodologiei didactice. Dintr-o perspectivă mai largă putem discuta în momentul de față despre impactul tehnologiei informației (IT) asupra sistemelor educative.

IT = o mare diversitate de mijloace electronice, informatice pentru tele sau video comunicație, utilizate pentru producerea, stocarea, regăsirea sau distribuirea informației sub formă analogică sau numerică.

Computerul este un mediu care intervine în procesul educativ.

În literatura de specialitate se disting două moduri, nu neapărat exclusive de intervenție a computerului în instruire:

direct, când computerul îndeplinește principala sarcină a profesorului, adică predarea;

indirect, computerul funcționează ca manager al instruirii.

Intervenția directă a computerului se poate face printr-un soft educațional și este descrisă de termenul Instruire Asistată de Calculator, IAC (Computer Aided Instruction).

Intervenția indirectă constă în utilizarea computerului pentru controlul și planificarea instruirii (Computer Managed Instruction) în care calculatorul preia o parte din sarcinile profesorului:

prezintă elevului obiectivele de atins și părțile componente ale cursului;

atribuie sarcini de lucru specifice din manualul sau caietul de lucru asociat cursului respectiv;

atribuie secvențe IAC pentru diverse teme;

administrează teste pentru a determina progresul elevului în raport cu directivele prestabilite;

înregistrează și raportează rezultatele obținute la teste pentru elev sau profesor;

prescrie, în funcție de rezultatele la un test diagnostic, ce secvență va studia în continuare un anumit elev.

Posibilitățile mediilor bazate pe computer în ceea ce privește tratamentul, înregistrarea și regăsirea informației vor determina introducerea în practica pedagogică a situațiilor în care elevul va dobândi cunoștințe și competențe în mod autonom, în conformitate cu interesele și aspirațiile proprii, prin intermediul unor instrumente informatice.

Acceptând ideea civilizației informatice , trebuie admisă și aceea a instruirii în spiritul interesului pentru informație (aceasta fiind privită ca resursa cea mai de preț a omenirii, neconsumabilă și conștientizată doar de puțin timp ca resursă naturală). Deci informația a devenit un element al infrastructurii și aceasta a determinat apariția unui fenomen important: comanda socială a societății impune tot mai mult însușirea unei cât mai largi culturi generale informatice. Adică, luând în seamă necesitățile automatizării, robotizării, cibernetizării pe scară largă a proceselor economice rezultă imperativul familiarizării, încă de pe băncile școlii cu modul de lucru și cu facilitățile oferite de tehnica de automatizare.

Se diferențiază mai multe nivele de asimilare a calculatorului în învățământ:

nivelul inițierii și acomodării (ciclul primar și gimnazial);

nivelul aprofundării și exersării (ciclul liceal);

nivelul dezvoltării de aplicații cu grad înalt de complexitate (ciclurile universitar și postuniversitar).

Fluxurile de activități din cadrul sistemelor inteligente de învățare pot fi studiate, analizate și optimizate dacă se utilizează teoria și principiile de modelare specifice Rețelelor Petri. Rețelele Petri reprezintă un model matematic de tip graf orientat ce poate fi utilizat pentru modelarea și analiza fluxului de activități. Modelele Petri sunt caracterizate de două tipuri de noduri denumite poziții și tranziții. Pozițiile sunt reprezentate prin cercuri iar tranzițiile sunt simbolizate prin bare. Arcele pot lega numai noduri de tipuri diferite .

Avantajele utilizării acestei metode în domeniul modelării și analizei sistemelor de producție includ:

simplitatea generării și înțelegerii regulilor stabilite;

ușurința cu care pot fi realizate modificările aupra modelului ;

simplitatea mecanismelor de analiză și rezolvare a blocajelor.

2.3 MODELAREA ACTIVITĂȚILOR SPECIFICE INSTRUIRII ASISTATE DE CALCULATOR PRIN INTERMEDIUL REȚELELOR PETRI

Figura 1 Cazuri de modelare

Instruirea asistată de calculator sprijină și promovează învațarea prin colaborare între elevii care lucrează la proiecte în grupuri structurate într-un mediu de rețele de calculatoare. Tutorele grupului, un tutore bazat pe computer, monitorizează discuțiile elevilor în timpul în care ei lucrează în grupuri eterogene pentru a rezolva anumite probleme. În modelul grupurilor eterogene elevii dezvoltă o soluție în grup în două faze: faza “expert group” și faza “home group”. În faza “expert group” materialul este împărțit în subiecte, iar elevii sunt împărțiți în grupuri expert fiecare grup adresându-se câte unui subiect. Elevii discută materialul și alcătuiesc un raport simplu. Apoi elevii sunt rearanjați într-un „home group”. Fiecare „home group” este compus dintr-un expert din fiecare grup. Fiecare expert expune subiectul său membrilor grupului.

Rețelele Petri sunt frecvent folosite pentru a modela procesele de colaborare. În IAC interacțiunea dintre liderul de grup, elevi și profesor poate fi descrisă și cu ajutorul rețelele Petri.

Rețeaua Petri din figura de mai sus arată procesul de interacțiune dintre Liderul de Grup (GL), elevi (S), și profesor (T) în metoda grupurilor eterogene din ICAC. Simbolul indică că sunt n elevi și n cursuri de interacțiune ale liderului de grup cu elevii și profesorul. La fiecare eveniment i, timpul minim τ 1 este notat cu t*i, iar timpul maxim τ 2 este notat cu t**i.

Condițiile și evenimentele pentru procesele eterogene sunt :

Condiții:

GL1. Liderul de grup este pregătit ca numele și identificările să fie facute de către profesor

GL2. Liderul de grup este pregătit ca grupurile și exercițiile să fie alcătuite de profesor

GL3. Liderul de grup este pregătit pentru ședința „expert group”

GL4. Liderul de grup este gata pentru ședința „home group”

GL5. Liderul de grup a încheiat sesiunea eterogenă.

E1.Elevul este gata pentru ședința „expert group” cu Liderul de grup

E2. Elevul este gata pentru ședința „home group” cu Liderul de grup

E3. Elevul a încheiat sesiunea eterogenă

T1. Profesorul este gata să fixeze numele studenților și identificările cu Liderul de grup

T2. Profesorul este gata să fixeze grupurile și exercițiile cu Liderul de grup

T3. Profesorul a încheiat sesiunea eterogenă

Evenimente :

Profesorul fixează numele elevilor și identificările

Profesorul fixează organizarea grupului și descrierea exercitiilor

Elevii parcurg ședința „expert group”

Elevii parcurg ședința „home group”

Sfârșit: sesiunea eterogenă încheiată pentru student

Sfarsit: sesiunea eterogenă este încheiată pentru Liderul de grup

Sfârșit: sesiunea eterogenă este încheiată pentru profesor

Programele pentru liderul de grup, elev și profesor sunt :

Program Liderul de grup:

1. Așteaptă ca profesorul să stabilească numele elevilor și numerele de identificare

2. Profesorul fixează numele elevilor și numerele de identificare

3. Așteaptă ca profesorul să fixeze grupurile și exercițiile

4. Profesorul fixează grupurile și exercițiile

5. Așteaptă ședința „expert group”

6. Ședința „expert group”

7. Așteaptă ședința „home group”

8. Ședința „home group”

9. Sfârșit

Program Elevi:

1. Așteaptă ședința „expert group”

2. Ședința „expert group”

3. Așteaptă ședința „home group”

4. Ședința „home group”

5. Sfârșit

Program Profesor:

1. Așteaptă să fixeze numele elevilor și numerele de identificare

2. Fixează numele elevilor și numerele de identificare

3. Așteaptă să fixeze grupurile și exercițiile

4. Fixează grupurile și exercițiile

5. Sfârșit

Modelarea orientată pe fluxuri de activități este adecvată studiului aspectelor de tip comportamental, dependente de îndeplinirea unor condiții clare și este specifică modelării și analizei sistemelor dinamice cu evenimente discrete.

Rețele Petri sunt utilizate pentru modelarea și analiza fluxurilor liniare de activități într-un sistem de producție.

Modelarea fluxului liniar de activități bazată pe Rețele Petri poate fi considerată o etapă inițială dintr-o metodologie generală de modelare dezvoltată pentru un sistem de instruire complex.