REŢELE PETRI: FOLOSIREA UNUI MODEL FORMAL PENTRU DESCRIEREA

PROCESELOR DE ÎNVĂŢARE ASISTATĂ

Carmen Dumitrescu

Universitatea Maritimă din Constanţa

cdumt2002@yahoo.com

• Teoria reţelelor Petri este în mod tradiţional folosită pentru modelarea proceselor de colaborare. În lucrarea de faţă este discutată folosirea acestui model formal pentru a descrie procesele de învăţare în colaborare în cadrul Sistemului Inteligent de Invatare (SII), un mod de învăţare în colaborare asistată de calculator (IAC).

• Componentele importante ale SII sunt o echipă coordonată şi discuţii de grup, care sunt permise pe baza reţelelor de calculatoare. SII sprijină şi măreşte colaborarea între studenţii care lucrează în grupuri Jigsaw (eterogene). Teoria reţelelor Petri este folosită în SII pentru a concepe un model formal pentru metoda de colaborare Jigsaw ca şi pentru procesarea discuţiilor pe masură ce ele converg.

Folosirea reţelelor Petri pentru modelarea proceselor de instruire

asistată de calculator • Procesele de colaborare în munca sunt folositoare într-un

mediu de învăţare în colaborare în care studenţii muncesc împreună în grupuri mici, eterogene pentru a atinge un scop academic comun (Glass & Putnam, 1988). Un student beneficiază de învăţarea în colaborare prin participarea la discuţii de grup ca şi prin contribuţia 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 discuţiile studenţilor şi în munca de cooperare.

• Sistemele Tutoriale Inteligente (STI) asigură un tutore computer fiecarui student care îl învaţă un domeniu reprezentat în domeniul cunoştinţelor de bază. STI permit studentului să devină un subiect activ în timp ce interactionează cu un tutore într-o manieră dinamică. La început, STI erau focalizate către individ, dar, pe măsură ce a crescut popularitatea lor, nevoia de a sprijini studenţii care lucrau în grupuri pe calculatoare a devenit evidentă. Învăţarea în colaborare asistată de computer (ICAC) asigură suportul tehnic al procesului de învăţare în colaborare într-un mediu de reţele de calculatoare

• Lucrarea de faţă discută importanţa folosirii unui format model pentru a descrie interacţiunile între cei trei agenţi de colaborare: studenţii (grupurile), profesorul şi IAC care are drept componentă centrală liderul de grup (LG) tutorele/facilitator. Am aflat că folosind reţelele Petri pentru a descrie interacţiunile dintre participanţi am putut înţelege mai bine procesele de colaborare şi identifica 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 studenţii folosesc foarte rar această formă de comunicare.

IAC şi modelul grupurilor eterogene

• IAC sprijină şi promovează învaţarea prin colaborare între studenţii care lucrează la proiecte în grupuri structurate într-un mediu de reţele de calculatoare. Tutorele grupului, un tutore bazat pe computer, monitorizează discuţiile studenţilor în timpul în care ei lucrează în grupuri eterogene pentru a rezolva anumite probleme. În modelul grupurilor eterogene studenţii dezvoltă o soluţie în grup în doua faze: faza “expert group” şi faza “home group”. În faza “expert group” materialul este împărţit în subiecte, iar studenţii sunt împărţiţi în grupuri expert fiecare grup adresându-se câte unui subiect. Studenţii discută materialul şi alcătuiesc un raport simplu. Apoi studenţii sunt rearanjaţi într-un „home group”. Fiecare „home group” este compus dintr-un expert din fiecare grup. Fiecare expert expune subiectul său membrilor grupului .

• În IAC cunoştinţele sunt reprezentate prin scenarii, maşini cu statut finit, deprinderea folosirii reţelelor pentru colaborare, studentul model şi o bază de date comună de cunoştinţe Scenariile, care sunt utile pentru definirea activităţii mai multor participanţi într-un sistem distribuit, sunt discutate în mai mare detaliu în McManus and Aiken (1995). În IAC sunt trei tipuri de participanti: tutorele/ leader de grup, studenţii şi profesorul (om). Fiecare participant este reprezentat de scenarii.

Modelarea proceselor Jigsaw cu ajutorul reţelelor

Petri • Reţelele Petri sunt frecvent folosite pentru a

modela procesele de colaborare. În IAC interacţiunea dintre liderul de grup, studenţi şi profesor poate fi descrisă şi cu ajutorul reţelele Petri.

Figura 1. Recapitulare a sesiunii eterogene

• Reţeaua Petri din figura 1. arată procesul de interacţiune dintre Liderul de Grup (GL), studenţi (S), şi profesor (T) în metoda grupurilor eterogene din ICAC. Simbolul indică că sunt n studenţi şi n cursuri de interacţiune ale liderului de grup cu studentul şi profesorul. La fiecare eveniment i, timpul minim τ 1 este notat cu t*i, iar timpul maxim τ 2 este notat cu t**i

Tabelul 1. Conditii si evenimente pentru procesele

eterogene Condiţii:GL1. Liderul de grup este pregatit ca numele si identificarile sa fie facute de catre profesor GL2. Liderul de grup este pregatit ca grupurile si exercitiile sa fie alcatuite de profesor GL3. Liderul de grup este pregatit pentru sedinta „expert group” GL4. Liderul de grup este gata pentru sedinta „home group” GL5. Liderul de grup a încheiat sesiunea eterogena. S1. Studentul este gata pentru sedinta „expert group” cu Liderul de grup S2. Studentul este gata pentru sedinta „home group” cu Liderul de grup S3. Studentul a încheiat sesiunea eterogenaT1. Profesorul este gata sa fixeze numele studentilor si identificarile cu Liderul de grup T2. Profesorul este gata sa fixeze grupurile si exercitiile cu Liderul de grup T3. Profesorul a incheiat sesiunea eterogena Evenimente :a. Profesorul fixează numele studenţilor si identificările b. Profesorul fixeaza organizarea grupului si descrierea exercitiilor c. Studenţii parcurg şedinţa „expert group” d. Studenţii parcurg şedinţa „home group”e. Sfârşit: sesiunea eterogena încheiată pentru studentf. Sfarsit: sesiunea eterogena este incheiata pentru Liderul de grup g. Sfârşit: sesiunea eterogena este încheiată pentru profesor

Tabelul 2. Programul pentru liderul de grup, student şi

profesorProgramul Liderul de grup:1. Aşteaptă ca profesorul să fixeze numele studenţilor şi numerele de identificare 2. Profesorul fixează numele studenţilor şi numerele de identificare 3. Aşteaptă ca profesorul să fixeze grupurile şi exerciţiile 4. Profesorul fixează grupurile şi exerciţiile 5. Aşteaptă şedinţa „expert group” 6. Şedinţa „expert group” 7. Aşteaptă şedinţa „home group”8. Şedinţa „home group”9. Sfârşit Programul Studenţilor:1. Aşteaptă şedinţa „expert group” 2. Şedinţa „expert group”3. Aşteaptă şedinţa „home group”4. Şedinţa „home group”5. SfârşitProgramul Profesorului:1. Aşteaptă să fixeze numele studenţilor şi numerele de identificare 2. Fixează numele studenţilor şi numerele de identificare3. Aşteaptă să fixeze grupurile şi exerciţiile4. Fixează grupurile şi exerciţiile5. Sfârşit

Exemple de discuţii modelate prin reţele Petri

• Acum vom examina un eşantion de discuţie luată dintr-un experiment făcut cu IAC şi o grupă de strudenţi care studiază disciplina Programarea şi utilizarea calculatoarelor pe care o predau la Universitatea Maritimă din Constanţa. Sarcina lor este să construiască un program modular C pentru statistica fundamentală. După ce fiecare student a ajuns la o soluţie pentru o funcţie în cadrul sedinţei „expert group”, studenţii văd şi munca celorlaţi şi încep o discuţie asupra fazei de afişare. Câţiva studenţi introduc un mesaj iar Liderul de grup îl selectează pe al Cristinei, care începe o discuţie de tip Request

Tabelul 3. Eşantion de discuţie cu trecere prin reţele Petri

Vorbitor Vorbitor Eveniment Faza

Cristina îi spune lui Eugen

“Poti să-mi dai mai multe informaţii? Ce int am folosit pentru acest prototip”

a Afişare

Eugen îi răspunde Cristinei

“Cred că ai dreptate, nu este necesar, ar fi trebuit să pun numai declaraţia de variabilă locală.”

d Confirmare

Cristina îi răspunde lui Eugen

“Înţeleg comentariile tale. if afectează diferenţa introdusă în ecuaţie?”

e Convergenţă

Modelarea discuţiilor complexe

cu ajutorul reţelelor Petri • Pe masură ce procesele devin mai complexe, tot mai

complexe sunt şi reţelele Petri. În cadrul evenimentelor în şedinţa „expert group” şi şedinţa „home group” studenţii îşi discută munca. ICAC monitorizează discuţiile şi identifică sfârşitul unei discuţii atunci când studenţii ajung la convergenţă. În cadrul unei discuţii studenţii aleg începuturi de propoziţii care reprezintă deprinderi de colaborare şi le completează cu o elaborare textuală. Se ajunge la convergenţă atunci când studenţii termină discuţia printr-o notă de întelegere după ce au trecut prin paşi iterativi ca “afişarea, confirmarea şi repararea unei anumite situaţii în discuţie”.

Figura 2. Discuţie generalizată în reţea Petri

• Reţeaua Petri din figura 2. prezintă modul în care liderul de grup monitorizează o discuţie către convergenţă, când explică mesajele studenţilor într-o discuţie. Liderul de grup îmbunătăţeşte modelul studentului dupa cât de bine foloseşte fiecare din studenţi deprinderile şi atributele şi dă sfaturi studenţilor referitor la deprinderile de colaborare.

Tabelul 4. Programul condiţiilor pentru

discuţii Condiţii:S1. Studentul este gata să vorbească în brainstormingS2. Studentul este gata să primească mesajul direcţionat S3. Studentul este gata să vorbească când îi vine rândul. S4. Studentul este gata să primească sfaturiS5. Studentul este gata să primească mesajul continuă discutia. S6. Studentul este gata să continue discuţia sau să încheie discuţiaS7. Studentul încheie discuţiaGL1. Liderul de grup este gata să dea cuvântul la discuţii şi aşteaptă ca studenţii să vorbească. GL2. Liderul de grup este gata să evalueze deprinderile de afişare ale studenţilor pentru discuţie, să aleagă studenţii

pentru discuţie, să îmbunătăţească modelul studentului şi să explice începutul de propoziţie. GL3. Liderul de grup este gata să schimbe rândul şi să transmită mesajul receptorului şi să supravegheze studenţii. GL4. Liderul de grup este gata să primească mesajul de la expeditor .GL5. Liderul de grup este gata să explice începutul de propozitie GL6. Liderul de grup este gata să evalueze şi, dacă este cazul, să sfătuiască studentul. GL7. Liderul de grup este gata să genereze feedback de felicitare şi să-l trimită studentului.GL8. Liderul de grup este gata să genereze planul de sfătuire şi feedback şi să le trimită studentuluiGL9. Liderul de grup este gata să schimbe rândul şi să transmită mesajul către receptor GL10. Liderul de grup este gata să verifice convergenţaGL11. Liderul de grup este gata să trimită mesajul de convergenţă GL12. Liderul de grup este gata să notifice studenţii ca discuţiile au convers GL13. Liderul de grup este gata să continue discuţia

Tabelul 5. Programul evenimentelor pentru

discuţie Evenimente:a. Studenţii vorbesc în sesiunea brainstorming, aleg un tip de discuţie şi un început de propoziţie şi

completează textul explicativ. b. Liderul de grup evaluează deprinderile de afişare, alege studenţii expeditor şi receptor din discuţie,

îmbunătăţeşte modelul studentului şi explică începutul de propoziţie. c. Liderul de grup schimbă rândul şi transmite mesajul către primul receptor. d. Receptorul vorbeşte : trimite mesajul cu începutul de propoziţie şi textul explicativ.e. Liderul de grup explică începutul de propoziţie f.T Dacă începutul de propoziţie este valid, (si nu este o eroare) Liderul de grup îmbunătăţeşte atributul

din modelul studentului şi generează şi transmite feedback de felicitaref.F Dacă începutul de propoziţie nu este valid, (si este o eroare) Liderul de grup îmbunătăţeşte

atributul omis din modelul studentului şi generează planuri de sfătuire şi feedback, şi transmite sfaturi ca feedback studentului

g. Studentul primeşte feedback de felicitareh. Studentul primeşte feedback de sfătuirei. Liderul de grup transmite mesaj receptorului j. Liderul de grup verifica mesajul de convergenţă k.T Liderul de grup decide dacă discuţia a convers k.F Liderul de grup decide dacă discuţia nu a convers l. Liderul de grup transmite mesajul de convergenta către studentm. Liderul de grup nu transmite mesajul de convergenţă către studentn. Studenţii termină discuţia o. Liderul de grup termină discuţia

• Tabelele 4 şi 5 dau o definiţie formală a discuţiilor despre condiţiile şi evenimentele pentru această reţea Petri.

Concluzii• Teoria reţelelor Petri este folosită în SII pentru a

concepe un model formal pentru metoda de colaborare Jigsaw ca şi pentru procesarea discuţiilor pe masură ce ele converg. Această modelare a condus la descoperirea unor “puncte moarte ” ale discuţiilor cauzate de interacţiunile complexe între cei trei agenti : grupurile (studentii), profesorul şi SIC. Folosirea iniţială a sistemului a confirmat complexitatea interacţiunilor care a fost pronosticată de această modelare şi faptul că ea este reflectată în discuţiile studenţilor.