Propuesta de un Modelo para el
Diseño de Sistemas Instruccionales
Inteligentes

Ricardo Rosas

 
 
 
1. Introducción
 
 
El presente trabajo tiene por objetivo presentar un modelo de software instruccional basado en el concepto de Sistema
Instruccional Inteligente (ITS, Intelligent Tutoring System) (Wenger, 1987, citado en Gerber, Semmel y Semmel, 1994).
Se define ITS como un software educativo basado en un sistema experto que encapsula el conocimiento del educador
experto. Tales sistemas tienen la capacidad de evaluar a los alumnos y tomar decisiones instruccionales según las
características del educando particular, lo cual permite asegurarse de que el programa instruccional se adapte en cada
momento a las necesidades de los alumnos. Los ITS están adquiriendo cada vez mayor relevancia en el tema de
evaluación y planificación del programa instruccional. Ejemplo de esto último es la reciente publicación, en Exceptional
Children (1994,Vol.61. No2), de un número dedicado al tema de la evaluación asistida por computador y cómo ésta
puede mejorar las prácticas instruccionales, con especial énfasis en los ITS. Los ITS han sido usados fundamentalmente
de dos maneras: a) para crear programas instruccionales que se adapten al desempeño del alumno y b) para crear sistemas
de consultoría experta que evalúan al niño y sugieren un diagnóstico y un "tratamiento").
El modelo aquí propuesto introduce dos modificaciones a los modelos tradicionales de ITS. La primera consiste en que el
sistema entrega una proyección dinámica del proceso aprendizaje. Esto es, se intenta integrar la evaluación e instrucción
del educando con la asesoría al profesor, a través de consejos instruccionales sobre modificaciones al sistema. Se trata
aquí de actuar no solamente en la Zona de Desarrollo Próximo (ZDP) del estudiante (Vygotsky, 1979), al adaptarse
constantemente a su potencial de aprendizaje actual, sino también en la ZDP del educador, al transmitir a éste
conocimiento experto relativo a las técnicas de enseñanza más adecuadas a cada niño, aumentando su potencial como
educador. A este respecto, es importante destacar lo que señalan Marston, Deno, Kim, Diment y Rogers (1995) acerca
del costo de entrenar a los profesores en nuevas metodologías instruccionales. Estos autores ponen énfasis en la
importancia de que un educador domine una metodología de instrucción nueva para que ésta tenga algún efecto, y
destacan la gran cantidad de tiempo y dinero que es necesario invertir en capacitar a los educadores. En este sentido, un
sistema que instruye al profesor durante la misma aplicación, y que por lo tanto no requiere de este último un
conocimiento exhaustivo previo de la metodología, es conveniente por dos razones: a) no requiere invertir en
capacitación de los profesores y b) su aplicación produce un incremento en el nivel del educador, ya que no sólo se le
enseña cómo usar el sistema, sino que se le entregan heurísticas y estrategias de naturaleza general, que puede usar en
otros contextos.
Una segunda modificación consiste en que el sistema arroja una proyección estática del proceso de enseñanza-
aprendizaje, la cual permite obtener, información de proceso, lo cual permite evaluar los resultados del software, a la vez
que constituye una herramienta de investigación acerca de las estrategias que resultan más efectivas.
En el punto 2 se describe el modelo propuesto. En el punto 3 se ilustra una implementación del modelo propuesto,
aplicado a un área específica de la educación. Se finaliza con conclusiones.
2. Modelo de ITS expandido
Típicamente, los ITS se basan en tres modelos que interactúan dinámicamente: el modelo del dominio, el modelo del
 
                                                 
                                                   Katherine Strasser  

                                                   Miguel Nussbaum

 

 

                                                 
                                                                    Escuela de Psicología

                                                      Felipe Csaszar

                                                                      Escuela de Ingeniería

                                          Universidad Católica de Chile

 

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alumno y el modelo pedagógico, los que interactúan en forma dinámica (Wenger, 1987). A continuación los
describiremos en forma sucinta.
a) Modelo del dominio. Este modelo almacena conocimiento del dominio. Su representación depende del
tema. Por ejemplo, en la instrucción de destrezas de resolución de problemas, el conocimiento experto
almacenado es una base de problemas con sus estrategias de resolución.
b) Modelo del alumno. Se representan las características de los alumnos en relación al dominio, como su
nivel de conocimiento, errores frecuentes, velocidad de aprendizaje, instrucción recibida, etc. Este modelo
se forma y actualiza con cada interacción del niño con el sistema.
c) Modelo pedagógico. Se conceptualiza el conocimiento de educadores expertos acerca de cómo enseñar
el dominio. La información almacenada abarca problemas de contenido, metodología, estrategias
motivacionales, secuencia de tareas y otros. Estas reglas pedagógicas determinan, en base a la
información del alumno, algunas modificaciones relevantes al programa instruccional. Esta es la función
de autorregulación del sistema, que le permite variar su estado de acuerdo al estado de alumno.
El modelo presentado en este trabajo introduce dos nuevos elementos: la proyección dinámica y la proyección estática
del aprendizaje.
d) Proyección dinámica del aprendizaje. La autorregulación puede ser automática o manual. En el primer
caso, las decisiones del modelo pedagógico producen un cambio automático en el sistema. En el segundo,
las decisiones son transmitidas al mediador como consejos. Mientras en el primer caso el mediador no
tiene injerencia en el proceso, en el segundo mantiene un alto grado de libertad, usando al sistema experto
sólo como un consultor. Esto permite una transferencia del conocimiento experto al educador. Esta
presentación de la toma de decisiones del sistema experto al educador, constituye la proyección dinámica
del aprendizaje.
e) Proyección estática del aprendizaje. Un sistema de mediación computarizada permite obtener gran
cantidad de información acerca del desarrollo del proceso de aprendizaje. Esto permite observar el
desempeño de los alumnos y analizar su evolución a lo largo del tiempo. Esta información sirve para
validar o modificar la base de conocimiento pedagógico experto que utiliza el sistema. Para ello, el
sistema debe entregar, de forma comprensible para un experto en el dominio, información detallada de las
interacciones de todos los alumnos que han utilizado el sistema (estrategias utilizadas, resultados
obtenidos y otros datos relevantes para inferir nuevas metodologías didácticas).
En base a los elementos antes citados, se configura un software que cumple con los siguientes requisitos:
a) Ofrecer actividades y juegos adecuados para la instrucción del dominio en cuestión. Estas deben estar
diseñadas teniendo en cuenta el conocimiento actual acerca de la enseñanza de cada dominio y deben ser
lúdicas y motivadoras, en especial si se trata de niños pequeños.
b) Evaluar al niño en aspectos relevantes, a través de estadígrafos. El monitoreo debe ocurrir durante toda
la interacción niño-máquina, no solamente al inicio de la instrucción.
c) Poseer conocimiento experto sobre cómo ligar la información de la evaluación con las estrategias de
enseñanza. Se encapsula la capacidad del profesor experto de tomar decisiones respecto de qué
actividades son más adecuadas para cada niño en cada momento.
d) Poseer capacidad de autorregulación. El sistema instruccional debe modificar su estado, a través de
sugerencias al mediador, según las características relevantes del educando. Esta vía de autorregulación
que pasa por el profesor, permite la transmisión a éste de conocimiento experto acerca de la enseñanza del
dominio.
e) Llevar un registro detallado de lo ocurrido en la interacción de cada niño con el sistema, y elaborar un
informe comprensible para un experto.
En el modelo antes definido es posible identificar tres usuarios.

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(1) El niño, al cual están destinados las actividades y los juegos, especialmente diseñados para la
enseñanza del dominio.
(2) El profesor, al cual están destinados los consejos sobre decisiones instruccionales y un informe
diagnóstico del niño.
(3) El investigador, al cual está destinada la información almacenada en el sistema para validar y
complementar la base de reglas pedagógicas.
3. Implementación del modelo
Se desarrolló un Sistema Instruccional Inteligente basado en el modelo extendido antes descrito. La implementación se
llevó a cabo en el dominio de la enseñanza de la lectura y escritura en 1º y 2º básico, debido a la relevancia de este
dominio en el contexto escolar y a la alta tasa de fracaso en aprender a leer y escribir durante los primeros años de
colegio, siendo ésta la principal causa de repitencia y deserción durante esos años.
Analizándola desde las componentes del modelo propuesto, la implementación del sistema resultó como sigue:
a) Modelo del dominio.
Se resolvió representar el dominio del aprendizaje de la lectoescritura en base a dos dimensiones: destrezas y contenidos.
i) Destrezas: En base al conocimiento actual sobre enseñanza de la lectura y escritura, se seleccionaron
destrezas tales como formación de un vocabulario visual a primera vista, conciencia fonológica,
decodificación, análisis contextual, etc (Condemarín, 1992). Estas destrezas se representaron en base a
estrategias, representadas por juegos que componen el sistema (Tabla nº1).
ii) Contenidos: A su vez, tomando en cuenta que la dimensión de los contenidos no es trivial en el
aprendizaje de la lectura (existen contenidos -letras, palabras o sílabas- que son más difíciles de aprender
que otros), se dividieron los elementos que usaría el sistema en categorías de complejidad creciente. Así
por ejemplo, tenemos que las palabras, sílabas y frases más sencillas son para el sistema aquellas que
contienen algunas de las consonantes más sencillas (m,s,p,l,f) en sílaba directa, mientras que las más
difíciles son aquellas que contienen grupos consonánticos. Así, el modelo del dominio quedó representado
en base a una serie de juegos, cada uno de los cuales puede ser jugado con varias categorías, dependiendo
del nivel de dificultad. La Tabla nº2 representa los juegos con sus respectivas categorías.
JUEGO
OBJETIVO
DESCRIPCIÓN
encon-
trar
letras
Asociar cada letra con su
sonido y nombre
Se desarrolla en el espacio. Las letras vienen encerradas en
naves. El niño debe disparar a las letras enemigas y dejar pasar
las otras.
vocab.
visual
Formar un vocabulario a
primera vista
Se desarrolla en el campo. El niño dispara dardos a las palabras
que se le indican. Si acierta, la palabra se convierte en un
objeto.
orde-
nar
pala-
bras
Tomar conciencia de las
palabras como unidades
dentro de una frase
El niño debe leer una frase, verla desarmarse y volver a poner
las palabras en el orden correcto. La actividad transcurre en un
cuarto de juegos, con las palabras sobre los vagones de un tren.
orde-
nar
sílabas
Tomar conciencia de las
sílabas como unidades
dentro de la palabra
El niño debe reordenar las sílabas de una palabra que se ha
desordenado. El escenario es igual al anterior.
escri-
bir
Tomar conciencia de los
fonemas como unidades
del habla
El escenario es el campo. En un árbol, se encuentran las letras
encerradas en manzanas. El niño puede escribir lo que desee
clickeando en las manzanas, y escuchar lo que ha escrito con
síntesis de voz.

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Tabla nº1: Juegos que componen el sistema y sus objetivos instruccionales.
Tabla nº2: Categorías de contenidos usadas en cada juego.
b) Modelo del alumno.
De acuerdo con las dimensiones abordadas en el modelo del dominio, la evaluación del alumno se hace en base a qué
destrezas domina y en qué nivel de contenidos. Esto se evalúa en base a las mismas actividades que sirven para enseñar.
Para facilitar la interacción entre el modelo del alumno y el pedagógico, los aspectos a evaluar se ordenaron en una
secuencia que intenta emular la secuencia que suelen usar los profesores expertos (Tabla nº3).
Desarrollar la capacidad de
escribir.
jugar a
leer
Desarrollar la comprensión
lectora y actitudes
positivas frente a la lectura
Se ofrecen al niño juegos verbales cortos y predecibles, que él
puede leer por sí mismo o escuchar. Se acompañan de
imágenes.
cloze
Desarrollar la comprensión
lectora
Se ofrecen los mismos textos, pero con espacios en blanco que
el niño debe completar eligiendo entre tres opciones.
JUEGO
ELEM.
CATEGORÍAS
encontrar
letras
letras
a,e,i,o,u
s,m,l,p,f,n t,v,d,r,b
j,g,c,k,z
ch,ñ,h,y
q,w,x
v.visual
figurativo
palabras
a,e,i,o,u
s,m,l,p,f,
n
t,v,d,r,b
j,g,c,k,z
ch,ñ,h,y
q,w,x
v.visual no
fig.
palabras
2 letras
3-4 letras
más de 4 letras
verbos
ordenar
palabras
frases
s,m,l, p, f,
n
t,v,d,r,b
j,z,k,g,c
(con a-
o-u)
ch,ñ,h,y ce-ci-
que-qui
ge-gi-
gue-gui
cl-cr-gl-gr-
tr-dr-br-bl-
fl-fr-pl-pr
ordenar
sílabas
palabras
mismas categorías que la anterior
dictado
palabras
frases
mismas categorías que la anterior
escribir
letras
s,m,l,p, f, n
t,v,d,r,b
j,g,c,k,z
ch,ñ,h,y
q,w,x
leer
versos
--
cloze
versos
--
objetivo
act. principal
act. secundaria
1
Conocer nombre letras categoría 0
enc n let 0
----
2
Leer palabras categoría 0
v.visual fig 0
escribir 1
3
Conocer nombre letras categoría 1
enc n let 1
----
4
Conocer sonido letras categoría 1
enc s let 1
----

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Tabla nº3: Un ejemplo de los aspectos evaluados ordenados en secuencia pedagógica. La segunda columna representa la
actividad y categoría usadas para evaluar. La tercera columna representa una actividad útil para ejercitar el objetivo, pero
que no permite evaluarlo. Para dar un objetivo por logrado se toma en cuenta el número de elementos que el niño ya
conoce y maneja (por ejemplo, frases que ordena sin error, letras que reconoce sin equivocarse, etc.).
Además, algunos juegos cuentan con la capacidad de evaluar errores específicos (como inversiones o confusiones de
letras). Estos errores se almacenan en una pauta donde aparece la frecuencia de cada uno.
c) Modelo pedagógico.
El modelo pedagógico fue implementado en base a la observación de la conducta que muestran los profesores efectivos
en el área de la enseñanza de la lectura. Las siguientes son algunas de las conductas que el sistema intenta emular. Los
profesores exitosos por lo general:
Avanzan a través de una secuencia de complejidad de los contenidos.
Disponen de una gran variedad de estrategias, alternando entre la decodificación y las actividades holistas.
Cambian de estrategia cuando una no resulta efectiva
Evitan trabajar en el nivel de frustración del niño.
Prestan el nivel de ayuda adecuado para la habilidad de cada niño.
Enfatizan los logros y dan retroalimentación sin centrarse en el "fracaso".
Detectan y atacan problemas específicos que obstaculicen el aprendizaje.
El modelo escogido para emular estas conductas se basó en dos conjuntos de reglas: las reglas intrajuego y las reglas
interjuegos.
Las reglas intrajuego detectan la conducta del niño en cada juego y actúan en consecuencia, con el fin de asegurar que el
juego actúe en la ZDP del niño. Estas reglas detectan cuando el niño requiere ayuda para resolver un juego, en cuyo caso
le ofrecen esta ayuda. Si, por el contrario, el niño no requiere de ayuda, el juego continúa normalmente. O, si las ayudas
no son suficientes para que el niño resuelva la tarea, se infiere que ésta se encuentra fuera de la ZDP, y se termina el
5
Leer palabras categoría 1
v.visual fig 1
escribir 1
6
Ordenar palabras categoría 1
or.sil 1
escribir 1
7
Ordenar frases categoría 1
or.pal 1
escribir 1
8
Leer pals. cortas de uso frec. A
v.v. nofig A
----
9
Leer textos simples 1
Cuento1/Cloze1
Cuento 1
10
Conocer nombre letras categoría 2
enc let 2
----
11
Conocer sonido letras categoría 2
enc s let 2
----
12
Leer palabras categoría 2
v.visual fig 2
escribir 2
13
Ordenar palabras categoría 2
or.sil 2
escribir 2
14
Ordenar frases categoría 2
or.pal 2
----
15
Leer con rapidez pals de uso frecuente
B
vv nofig B
----
16
Leer textos simples 2
Cuento2/Cloze2
Cuento 2
....
....
.....
....
38
Leer textos simples 6
Cuento6/Cloze6
Cuento 6

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juego.
Las reglas interjuego regulan el flujo de las actividades, escogiendo la más apropiada en cada momento. Este flujo está
modelado en base a una secuencia de objetivos y a un conjunto de reglas que flexibilizan esa secuencia según el niño.
Cada objetivo tiene asociado uno o dos juegos. La regla general consiste en avanzar uno a uno por esos juegos, desde el
más básico hasta el más complejo, a medida que el niño los va logrando. Sin embargo, esta secuencia es flexible, ya que
puede modificarse por reglas que consideran el logro del niño, sus errores específicos, etc. La secuencia de objetivos es
la misma descrita en el modelo de la alumno (Tabla nº3). Las reglas que regulan la aplicación de esta secuencia son las
siguientes:
Ingresar al juego y categoría correspondiente al primer objetivo incumplido de la lista, a menos que otra
regla indique lo contrario.
No volver a presentar una misma actividad antes de que se hayan presentado tres actividades distintas.
Al volver a presentar una actividad, comenzar por los elementos que no han sido logrados.
Cada tres actividades, permitir que el niño elija la actividad que prefiera.
Cuando hay errores específicos, introducir un juego de errores específicos.
Cuando el niño alcanza el nivel de frustración (es expulsado de un juego), permitir que elija una actividad
de su preferencia.
d) Proyección dinámica del aprendizaje.
El sistema permite dos modos de funcionamiento: manual o automático. En el modo automático, el flujo entre
actividades está determinado por las decisiones del sistema experto. En el modo manual, en cambio, el profesor decide
qué actividades introducir y con qué elementos. Para apoyar al maestro, el sistema cuenta con un proyección dinámica
del aprendizaje que informa del estado del niño y le sugiere actividades y elementos adecuados. Estas sugerencias
instruccionales constan de dos partes: la información usada para tomar la decisión (estado del niño) y el consejo o
sugerencia consiguiente. Así se consigue no sólo que el educador siga el consejo del sistema, sino que además se le
permite internalizar las reglas contenidas en el sistema, pudiendo posteriormente transferirlas a otras situaciones
educativas. Estas sugerencias aparecen sólo cuando el profesor las solicita.
Los siguientes son ejemplos de las sugerencias que puede hacer el sistema:
Cuando el objetivo anterior fue logrado, y se pasa al siguiente objetivo: "Andrea ya ha logrado (objetivo
logrado). A continuación sugerimos ejercitar (siguiente objetivo) jugando (siguiente juego)".
Cuando se permite escoger al niño, para aumentar la motivación:
"Andrea ha trabajado muy bien. Sugerimos invitarla a entretenerse un rato jugando el juego que ella elija".
Si se introduce unjuego de error específico:
"Aunque Andrea demuestra buen logro en otras áreas, sistemáticamente (invierte las sgtes. letras;
confunde las sgtes. letras; o lo que corresponda). Sugerimos enfocar específicamente ese problema,
jugando (juego)".
Estos mismos mensajes pueden ser solicitados por el educador durante el modo automático, en cuyo caso actúan como
justificaciones de las decisiones del sistema. Además de los mensajes en línea, el sistema da la posibilidad de solicitar un
informe, basado en la lista de objetivos que usa el modelo del alumno. El informe indica cuáles objetivos han sido
logrados por el niño, con el fin de proporcionar una visión global de su rendimiento en el sistema.
e) Proyección estática del aprendizaje.
Para posteriormente utilizar el sistema como una herramienta de investigación acerca del proceso de aprendizaje de la
lectura, éste cuenta con un registro de la historia de aprendizaje de cada niño. El registro incluye:

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nº de ejercicios realizados en cada juego
elemento de cada ejercicio (por ejemplo, qué letra, palabra o frase)
nº de aciertos positivos por ejercicio
nº de aciertos negativos por ejercicio
nº de errores positivos por ejercicicio
nº de errores negativos por ejercicio
nivel de ayuda del ejercicio
logro del ejercicio (logrado-no logrado)
tiempo empleado en cada ejercicio
frecuencia de cada error específico
salida de la actividad (éxito-fracaso-voluntario-tiempo)
nº de elementos conocidos al final de la actividad categoría
En estos momentos, la información es almacenada sin ningún nivel de agregación que facilite su interpretación. Si bien
esto es suficiente para fines de procesamiento estadístico, no lo es para realizar interpretaciones rápidas del proceso de
aprendizaje. En este sentido, se pretende a futuro desarrollar un segundo nivel de acceso a la información, consistente en
gráficos de rápida lectura que puedan ser interpretados sin previo análisis estadístico.
4. Discusión y conclusiones
El sistema propuesto presenta una serie de aportes a lo existente en el área de los de los Sistemas Instruccionales
Inteligentes (ITS). Estos aportes se pueden sintetizar como sigue:
1. Intervención conjunta profesor-alumno. Como ya se dijo antes, el sistema no sólo actúa en la zona de
desarrollo próximo (ZDP) del educando (Vygotsky, 1979), sino también en la ZDP del educador, ya que,
al entregarle constantemente información acerca del niño y sugerencias instruccionales, le transfiere parte
de su conocimiento pedagógico experto encapsulado. Esto tiene dos ventajas sobre un ITS tradicional: a)
se reducen los costos asociados al entrenamiento de profesores en el uso del sistema y b) se transfieren los
efectos del sistema más allá del contexto de interacción máquina-niño, ya que lo aprendido por el profesor
puede ser generalizado a otros contextos.
2. Posibilidad de evaluar sus propios resultados instruccionales. El modelo aquí propuesto presenta la
posibilidad de generar un informe exhaustivo del curso del aprendizaje de los niños, lo cual permite
realizar una evaluación precisa y poco costosa de la efectividad del sistema como método instruccional.
Al respecto, es importante señalar lo que mencionan Reiser y Dick (1990), en relación a la escasez de
modelos de evaluación de software orientados a los resultados instruccionales reales, ya que la mayoría se
centra en evaluar los contenidos abordados en el software o sus cualidades técnicas. Un sistema como el
aquí propuesto permite realizar la evaluación de resultados instruccionales desde el mismo sistema, a
través de la proyección estática del aprendizaje, lo que a su vez permite analizar la validez de las
heurísticas de enseñanza utilizadas por el sistema.
Sin embargo, el modelo presenta aún algunas debilidades, especialmente en cuanto a conceptualizar y evaluar el avance
del profesor en su capacidad mediadora. A este fin, sería conveniente incluir un "modelo del mediador" que permita
llevar un registro de las decisiones tomadas independientemente por el mediador y la distancia entre estas decisiones y
las que el sistema sugeriría en base a su conocimiento experto. Así, la proyección de resultados se extendería a un
informe acerca de cómo ha variado la conducta del profesor a lo largo del proceso de enseñanza aprendizaje, con el fin
de poder evaluar el impacto del sistema en términos de capacitación de los docentes.
5. Referencias
Condemarín, M. (1992) Lectura Temprana. Santiago: Andrés Bello.
Gerber, M.; Semmel, D.; Semmel, M. (1994) Computer Based Dynamic Assessment of Multidigit Multiplication.
Exceptional Children. Vol.61.No.2. pp.114-125.
Greenwood, R. & Reith, H. (1994) Current Dimensions of Technology Based Assessment in Special Education.
Exceptional Children. Vol. 61, No.2, pp. 105-113.

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Lugger, F., Stubblefield, W. (1993): Artificial Intelligence. The Benjamin/Cummings Publishing Company
Marston, D., Deno, S., Kim, D. Diment, K., Rogers, D. (1995) Comparison of reading Intervention Approches for
Students with Mild Disabilities. Exceptional Children , V62, Nº 1, p. 20-37.
Orey, M. & Nelson, W. (1994) Development Principles for Intelligent Tutoring Systems: Integrating Cognitive Theory
into the Development of Computer Based Instruction. Educational Technology Research and Development.Vol 41, No.1,
pp.59-72
Reiser, R. y Dick, W. (1990) Evaluating Instructional Software. Educational Technology Research and Development,
Vol. 38, No.3, pp.43-50.
Rosas, R. (1995) Cantaletras: Sistema Multimedial de Apoyo al Proceso de Enseñanza de la Lectoescritura para Niños
Ciegos. Ponencia presentada en las II Jornadas de Infancia y Aprendizaje CL&E. Madrid, España.
Rosas, R., Strasser, K., Zamorano, R. (en prensa) Evaluación preliminar de un Sistema Multimedial de apoyo al proceso
de enseñanza de la lectoescritura para niños ciegos. Psykhé.
Vygotsky, L.S. (1979) El Desarrollo de las Funciones Psicológicas Superiores. Barcelona, Ed. Crítica.
Wenger, E. (1987) Artificial Intelligence and tutoring systems. Los Altos, CA: Morgan Kaufmann