La Semántica en la Educación

Presentación de los Editores Invitados • abril 2014
Fabrizio Lamberti, Valentina Gatteschi, Claudio Demartini, Andrea Sanna, and Paolo Montuschi

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Translated by Osvaldo Perez and Tiejun Huang

Recursos Adicionales en Semántica en la Educación

Los siguiente artículos pueden ofrecer visiones adicionales sobre la semántica en la educación:

  • D. Gasevic et al., "An Approach to Folksonomy-Based Ontology Maintenance for Learning Environments," IEEE Transactions on Learning Technologies, vol. 4, no. 4, 2011, pp. 301–314.
  • K. Scott and R. Benlamri, "Context-Aware Services for Smart Learning Spaces," IEEE Transactions on Learning Technologies, vol. 3, no. 3, 2010, pp. 214–227.
  • E.F. Risko et al., "The Collaborative Lecture Annotation Sytem (CLAS): A New TOOL for Distributed Learning," IEEE Transactions on Learning Technologies, vol. 6, no. 1, 2013, pp. 4–13.
  • S.K. D'Mello and A. Graesser, "Language and Discourse are Powerful Signals of Student Emotions During Tutoring," IEEE Transactions on Learning Technologies, vol. 5, no. 4, 2012, pp. 304–317.
  • M. Hatala et al., "Ontology Extraction Tools: An Empirical Study with Educators," IEEE Transactions on Learning Technologies, vol. 5, no. 3, 2012, pp. 275–289.
  • L. Cutrone and M. Chang, "Automarking: Automatic Assessment of Open Questions," Proc. 10th IEEE Int'l Conf. on Advanced Learning Technologies, 2010, pp. 143–147.
  • E. Snow, C. Moghrabi, P. Fournier-Viger, "Assessing Procedural Knowledge in Free-text Answers through a Hybrid Semantic Web Approach," Proc. 25th IEEE International Conference on Tools with Artificial Intelligence, 2013, pp. 698–706.
  • D. Celik, A. Elci, E. Elverici, "Finding Suitable Course Material through a Semantic Search Agent for Learning Management Systems of Distance Education," Proc. 35th IEEE Annual Computer Software and Applications Conference Workshops, 2011, pp. 386–391.
  • P. Montuschi, V. Gatteschi, F. Lamberti, A. Sanna, C. Demartini, "Job recruitment and job seeking processes: how technology can help", IT Professional, In Press.
  • Garrido, E. Onaindia, "Assembling Learning Objects for Personalized Learning: An AI Planning Perspective," IEEE Intelligent Systems, 2013, pp. 64–73.
  • V. Dimitrova, "Semantic Social Scaffolding for Capturing and Sharing Dissertation Experience," IEEE Transactions on Learning Technologies, vol. 4, no. 1, 2011, pp. 74–87.
  • Magnisalis, S. Demetriadis, A. Karakostas, "Adaptive and Intelligent Systems for Collaborative Learning Support: A Review of the Field," IEEE Transactions on Learning Technologies, vol. 4, no. 1, 2011, pp. 5–20.
  • M. Liu et al., "Using Wikipedia and Conceptual Graph Structures to Generate Questions for Academic Writing Support," IEEE Transactions on Learning Technologies, vol. 5, no. 3, 2012, pp. 251–263.
  • K. Verbert et al., "Context-Aware Recommender Systems for Learning: A Survey and Future Challenges," IEEE Transactions on Learning Technologies, vol. 5, no. 4, 2012, pp. 318–335.
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La semántica representa la base de varias de las tendencias y visiones tecnológicas de la actualidad para los paradigmas de la Internet de las Cosas (IoT) y la Web de las Cosas (WoT) y las Iniciativas de Datos Abiertos y Datos Enlazados. Además es una tecnología que posee una promoción creciente como una tecnología facilitadora clave en una cantidad creciente de dominios de aplicaciones. En los últimos diez años en la Universidad Politécnica de Turin hemos considerado los beneficios posibles de aplicar las tecnologías de la semántica al campo de la Educación. Por ejemplo, en dos iniciativas de investigación recientes, cofinanciadas por la Comisión Europea bajo el Programa de Aprendizaje en la Vida, hemos estudiado cómo explotar la semántica para encontrar unidades de aprendizaje compartidos o perdidos por medio de cualificaciones trasnacionales (proyecto TAMTAM) y completar el huevo de competencias entre los aprendices y los buscadores de trabajo (proyecto MATCH).

Pero; ¿Qué es la Semántica?

El término semántica, (proveniente del griego sēmantikós, que significa importante) y tradicionalmente referido al estudio del significado de las palabras, símbolos, signos y elementos similares. Por lo cual ha sido extensamente asociado con las disciplinas humanísticas tales como la filosofía, la filología, la comunicación y la semiótica. En los años recientes la semántica también ha empezado a jugar un rol central en campos más técnicos, en forma particular en el dominio de Internet y a menudo en combinación con la expresión 'Web Semántica'. De acuerdo a la visión de la Web 2.0 de Tim Berners Lee la semántica es la tecnología de núcleo requerida para facilitar el cambio avizorado de una 'Web de los Documentos' a una 'Web de los Datos'. En tal escenario de revolución las páginas Web tradicionales serán remplazadas masivamente por repositorios de información heterogénea que podrían ser accedidas transparentemente tanto por humanos o máquinas.

Esta visión y esfuerzo de las organizaciones tales como el Consorcio World Wide Web (W3C) ha transformado profundamente el rol de los usuarios finales de la Web durante las pasadas décadas. De tan solo meros consumidores de datos han comenzado a tomar parte activa en la generación de conocimiento, como lo atestigua la creciente dispersión de herramientas de comunicaciones tales como wikis, blogs, y redes sociales. Siguiendo una tendencia similar, el contenido producido por máquinas está siendo progresivamente organizado en una forma estructurada que puede ser compartida y enlazada con cualquier información relacionada.

Tales esfuerzos han creado una extraordinaria cantidad de contenido digital que continúa creciendo exponencialmente. En realidad, los analistas estiman que más de 2,5 trillones de bytes (2,5 10 18) de datos se generan todos los días. Esto preanuncia un desafío de una importancia primordial en el nuevo escenario creado por la revolución de la Web 2.0 — que es la complejidad asociada con la explotación efectiva del (nuevo) conocimiento disponible y facilitando la producción tangible de valor agregado en todos los campos relevantes de aplicación.

Considerando la visión sobre la semántica y la Web Semántica la 'receta' para manejar tales desafíos es la de mantener a los datos en forma separada a los de su presentación, y el de registrarlos con metadatos. El enriquecimiento del contenido informativo con información embebida sobre su significado puede perimir a los humanos y las computadoras  el explotar el conocimiento existente en nuevas formas increíbles.

No es sorprendente que las primeras aplicaciones de las tecnologías semánticas apuntaran a resolver problemas de conocimiento-intensivo, principalmente en el campo bio-informático y de ciencias de la salud. A partir de allí los investigadores explotaron la semántica para definir el intercambio de datos y la integración de formatos, así como para implementar soluciones distribuidas para Comercio Electrónico, automatización de hogares, gestión de la cadena de proveedores y muchos otros campos de aplicación.

En las Webs actuales en las cuales el procesamiento manual de datos está comenzando a ser casi imposible, encontramos a la semántica, primariamente, cuando necesitamos métodos 'inteligentes' para la gestión de conocimiento que vayan más allá de las elaboraciones básicas léxico-literales, como ocurre al realizar búsquedas, filtrado, emparejamientos, agregaciones y recomendación de recursos en una forma que imite al razonamiento humano.

Oportunidades para el Procesamiento Semántico en la Educación

Dado el volumen creciente de recursos de enseñanza y aprendizaje disponibles en los repositorios en línea, la creciente cantidad de estudiantes que eligen los ambientes basados en Web para estudiar y las necesidad de enlazar datos heterogéneos para implementar la visión distribuida del aprendizaje a lo largo de la vida, las posibilidades que ofrecen las tecnologías semánticas son cada vez más relevantes en el mundo de la educación.  

De esta forma, un llamado de ponencias abierto para el próximo numero especial de las IEEE Transactions on Engineering Topics in Computing sobre los Avances de la Computación Semántica (pdf) lista a la educación entre los campos de interés con aplicaciones claves. En forma similar el IEEE Transactions on Learning Technologies publica una sesión especial en Tecnologías Semánticas para la Ayuda del Aprendizaje y la Enseñanza en la Educación Superior en 2012. Para un vistazo de los temas principales tratados en los artículos en tal sección especial, vea el siguiente video de uno de los editores invitados.

Aunque los investigadores han reconocido los beneficios potenciales de utilizar las tecnologías semánticas en contextos educativos desde los primeros experimentos, el esfuerzo requerido para hacer el conocimiento en los recursos interpretable por una maquina retardo su adopción.

Cualquier sistema semántico requiere el enmarcado de todos los conceptos de interés de un dominio determinado en modelos con formato estructurado, incluyendo las representaciones de las relaciones entre los conceptos. A partir de allí, los conceptos modelados se utilizan en metadatos para la anotación de los recursos

Alcanzar el consenso requerido es desafiante cuando la construcción de modelos holísticos, tales como las taxonomías y las ontologías, para representar la multiplicidad de conceptos en un dominio determinado. Resulta dificultoso el incluir a todos los involucrados relevantes (y lograr un acuerdo en el modelo), aun sin considerar las clasificaciones de existencia previa, (en cuyo caso debieran estar fuertemente enraizadas en una cultura, sector o región en particular). Las anotaciones ofrecen una complejidad comparable porque los dominios expertos, tales como los docentes o los diseñadores de calificaciones, son generalmente efectuados con metadatos incorporados en forma manual, y a menudo con poco o ningún conocimiento de la semántica.

En la medida en que las comunidades comiencen a desarrollar modelos que sean luego reutilizados en muchos campos diferentes para la formalización de conocimientos de dominios específicos; así como la propuesta de soluciones livianas para las anotaciones, (basados, por ejemplo, en tag sociales o semi automáticos), las condiciones se transformaran en adecuadas para las aplicaciones prácticas de la semántica en la educación.

En el tema de este mes de Computing Now presentamos un bosquejo de algunas de las tendencias más actuales en el campo, según el parecer de la perspectiva de varios actores, incluyendo estudiantes, educadores, organizaciones de educación, trabajadores, y empleados. En particular mostramos cómo las tecnologías de semántica podrían:

  • Ayudar a la creación, distribución y revisión de calificaciones, cursos, y materiales relacionados con el aprendizaje -por ejemplo, comparando los cursos existentes y removiendo las superposiciones o diseñando nuevos cursos al identificar deficiencias en otras instituciones o apuntando a las necesidades que surgen desde el mundo laboral.
  • Crear sistemas de tutoría basados en computadora que puedan ayudar a los estudiantes por medio de la recomendación de tópicos adecuados para llenar sus huecos de competencia, creando caminos personalizados e identificando a los educadores que los pueden ayudar adecuadamente.
  • Simplificar y mejorar el acceso a los objetos de aprendizaje dentro y a través de las instituciones al facilitar la creación de repositorios de conocimiento amplios ye interoperables y utilizando indicadores de contexto, (sobre el campo particular o estudio, tipo de actividad de aprendizaje y oras por el estilo), para emparejar efectivamente el contenido con las preguntas de los estudiantes y los profesores.
  • Promover los enfoques  de aprendizaje colaborativo y el pensamiento crítico al simplificar la creación de ambientes que le permitan a los usuarios compartir sus experiencias al simplificar el proceso de inicialización de grupos basados en estudiantes, marcos de referencia, preferencias y tópicos similares.
  • Ayudar a las actividades de asignación de trabajos, en el contexto de personal en entrenamiento o pasantías, por ejemplo, así como en encontrar la mejor alternativa en los escenarios de coberturas laborales al alinear los curriculums de los estudiantes y trabajadores con las ofertas de empleos y
  • Facilitar estrategias que apunten a la mejora de la transparencia y comprensión en el proceso educacional y su producción como resultado de la simplificación e implementación de políticas ligadas al aseguramiento de la calidad, la acreditación, la certificación. las referencias con niveles nacionales e internacionales que regulan los encuadres y otros tópicos similares.

Los Artículos Temáticos

Para el primer artículo del tema de este mes hemos seleccionado un trabajo de referencia de lectura obligada 'Tecnologías semánticas para el Aprendizaje y la Enseñanza en la Era de la Web 2.0'. En este artículo Thanassis Tropanis y sus colegas informan sobre una encuesta que analizó el uso de la semántica en las instituciones de educación superior en el Reino Unido. En forma adicional al categorizar los desafíos relevantes, el autor clasifica las diferentes herramientas que han sido adoptadas para la operación de los recursos basados en semántica y documenta el grado de acuerdo de la adopción, y las aéreas que aun requieren una investigación futura adicional.

En 'Una Aproximación Orientada a Semántica para la Organización y el Desarrollo de Anotaciones para Aprendizaje Electrónico' Mihaela M Brut, Florence Sedes y Stefan Daniel Dumitrescu ejemplifican el esfuerzo necesario para lidiar con cualquier requerimiento de implementación de sistemas semánticos. Enfocado en el mundo del aprendizaje electrónico el autor muestra como extender el bien conocido Estándar IEEE Learning Metadata (LOM) con metadatos basados en ontología para la automáticamente hacer anotaciones de recursos de aprendizaje por medio de indexación semántica latente y procesamiento de texto basado en tesauros.

Los tres artículos que siguen en el tema de este mes conforman un panorama intrigante de los escenarios de aplicación en los cuales los investigadores y desarrolladores han experimentado recientemente con semántica,. incluyendo la evaluación basada en computación y la tutoría de los ambientes de aprendizaje inteligente y el diseño de cursos y grados óptimos.

En el artículo de Claus Pahl y y Claire Henny 'Recomendación y Corrección Interactiva para el Aprendizaje y Entrenamiento del Lenguaje de Computadoras' se presenta un sistema automático para el aprendizaje y el entrenamiento de habilidades en el campo de la programación de Bases de Datos. El sistema explota un motor basado en semántica de corrección de errores y clasificaciones para proporcionarle a los estudiantes una realimentación en la corrección de las soluciones de los ejercicios, así como con una guía personalizada al recomendar material de estudio adicional.

En el artículo 'Sistemas Adaptativos para Colaboración En línea de Laboratorios', Christopher Gravier y sus colaboradores analizan laboratorios en línea que utilizan una capa de conocimiento grupal que replica los aspectos colaborativos del aprendizaje en los laboratorios locales. En su sistema, un componente inteligente basado en ontología gestiona las políticas basadas en semántica diseñado para permitirle a los usuarios operar efectivamente en forma remota los recursos compartidos.

En el último artículo, 'Fundamentos para el Modelado de la Curricula Universitaria en Función de Juegos Múltiples de Objetivos de Aprendizaje', Richard Gluga, Judy Kay y Tim Lever estudian cómo aplicar la semántica al diseño de programas de grado.

Estos artículos temáticos resaltan solo algunas de las tendencias de investigación actuales en el campo. Los lectores interesados en visiones adicionales sobre otras aéreas relevantes de aplicación de la semántica en la educación deben considerar los Recursos Adicionales que se incluyen en la Barra Lateral; los cuales apuntan a otros artículos de la Biblioteca Digital de la IEEE Computer Society.

Perspectivas Industriales

Este mes también tenemos dos videos de Perspectivas Industriales. El primero es de Ed Mahood experto de proyectos estratégicos en la Academia DEKRA en Alemania, quien describe como las tecnologías semánticas pueden enfocar la educación vocacional y profesional proporcionando la cualificación y la recalificaciones necesarias. En el segundo video; terry Hook, Director de Gestión de clock-IT-skills del Reino Unido, utiliza su experiencia en el desarrollo de Marcos de Competencia Europeas para  ilustrar como la semántica puede ayudar en el desarrollo de un resultado de aprendizaje estandarizado.

También incluimos un conjunto de videos que resaltan las perspectivas suministrados por académicos e investigadores de reputación. El Director del programa MERLOT.org de la Universidad del Estado de California, Fullerton y el Presidente Emérito de la IEEE Computer Society, Sorel Reisman, comienzan la discusión resaltando las tecnologías semánticas relevantes para la facilitación de la tecnología de aprendizaje señalando como ellas deberían facilitar el cambio desde la actual enfoque de aprendizaje electrónico a las soluciones de aprendizaje electrónico verdaderamente individualizadas y adaptativas. A partir de allí Jean-Luc Gaudiot de la Universidad de California, Irvine; Enrico Bressan del Centro de Productividad del Veneto, Italia y Andrea Covini de la Asociación Italiana de Computación, puntualizan los cambios, oportunidades y tendencias futuras de la tecnología de educación basada en semántica. Adicionalmente, Covini remarca la atención en la AICA (www.aica.it) Conferencia DIDAMATICA 2014 sobre educación y enseñanza (didamatica2014.unina.it).

Las oportunidades de las tecnologías semántica en educación son inmensas. Ofrecen mecanismos para encarar técnicas organizacionales y lingüísticas, así como otras limitaciones que pueden retardar las debilidades de compartir, el procesamiento y la adaptación de los recursos de aprendizaje heterogéneos. Los invitamos a profundizar la gran riqueza de posibilidades, iniciando con los tópicos del tema de este mes.

Cita

Fabrizio Lamberti et al., "Semantics in Education," Computing Now, vol. 7, no. 4, Apr. 2014, IEEE Computer Society [online]; http://www.computer.org/portal/web/computingnow/archive/april2014.

Fabrizio Lamberti Fabrizio Lamberti es un Profesor Asociado en la Universidad Politécnica de Turin, Italia. Sus interese de investigación incluyen la inteligencia computacional, el procesamiento semántico, la computación distribuida, las interacciones entre humanos y computadoras y las visualización. Lamberti es un Senior Member del IEEE y de la IEEE Computer Society. Ha publicado más de 90 ponencias en conferencia y publicaciones con revisores pares. Se lo puede contactar en fabrizio.lamberti@polito.it.
Valentina Gatteschi Valentina Gatteschi es una investigadora postdoctoral asistente en la Universidad Politécnica de Turin, Italia. Sus campos principales de investigación es en semántica y procesamiento de lenguaje natural. Gatteschi ha estado involucrada en varios proyectos Europeos en Educación. Se la puede contactar en valentina.gatteschi@polito.it.
Claudio Demartini Claudio Demartini es un profesor en la Universidad Politécnica de Turín, Italia. Sus intereses de investigación son las áreas de ingeniería de software, arquitectura y semántica de la web. Actualmente es miembro de la Senado Académico de la Universidad Politécnica de Turín y consultor en educación vocacional y entrenamiento para el Ministerio de Investigación y Educación de la Universidad. Demarchi es Senior Member del IEEE y de la IEEE Computer Society. Ha liderado o coliderado varios proyectos Europeos incluyendo algunos en educación. Se lo puede contactar en claudio.demartini@polito.it.
Andrea Sanna Andrea Sanna es un profesor asociado en la Universidad Politécnica de Turín, Italia. Ha publicado varias ponencias en las áreas de computación gráfica, realidad virtual, computación paralela y distribuida, visualización científica y geometría computacional. Sanna está actualmente involucrado en varios proyectos nacionales e internacionales relacionados con las arquitecturas distribuidas y interacción humano-maquina. Es Senior Member de la ACM y ha servido como revisor en múltiples conferencias internacional y journals. Se lo puede contactar en andrea.sanna@polito.it.
Paolo Montuschi Paolo Montuschi es un profesor de ingeniería de computación en la Universidad Politécnica de Turín, Sus intereses de investigación incluyen la aritmética computacional y las arquitectura, los gráficos por computadoras, las publicaciones electrónicas y los patrones para la diseminación del conocimiento científico. Montuschi es un IEEE Fellow y un Miembro IEEE Computer Society Golden Core y ha servido como Chair de Comité de Operaciones de Revistas de la Computer Society y editor asociado en jefe de los IEEE Transactions in Computing y en el Comité Consejero de Computing Now. También es miembro del Comité de IEEE Publications an Products. Se lo puede contactar en paolo.montuschi@polito.it.
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