Alternância entre competição e colaboração para promover o aprendizado por meio de heurísticas de jogos

Abstract

Resumo: Este trabalho relata a pesquisa sobre a elaboração de conceitos e ferramentas de software para criar um ambiente facilitador da alternância entre atividades competitivas e colaborativas no ensino de Xadrez. A atuação dos alunos na fase de competição consiste na codificação de conceitos matemáticos em heurísticas de jogo, usando uma linguagem formal e ferramentas de software para edição de funções heurísticas, para participar de uma competição automática. A fase de colaboração, por sua vez, consiste no compartilhamento do conhecimento heurístico presente na competição realizada anteriormente. Os competidores interagem entre si para refinar seu conhecimento sobre o jogo, codificando-o em uma nova função heurística. O trabalho foi executado em duas frentes principais. A primeira delas consistiu em explorar a literatura da área de Informática na Educação em busca de conceitos e técnicas para o uso alternado de competição e colaboração no ensino. Dada a pequena quantidade de trabalhos integrando essas duas abordagens, o presente trabalho vem a contribuir coma elaboração de conceitos e de uma arquitetura de um sistema destinado a viabilizar a alternância entre competição e colaboração. Os conceitos e ferramentas foram focados no ensino de Xadrez no Centro de Excelência de Xadrez, mas podem ser aplicados, a princípio, ao ensino de outros jogos ou áreas do conhecimento. Propomos que a alternância entre as duas atividades pode gerar benefícios maiores do que cada uma isoladamente. A segunda frente de trabalho foi a prototipação em SWI-Prolog de um comparador genérico de funções heurísticas tendo como máquina de busca o algoritmo Minimax na sua variante com podas alfa-beta. A implementação visou definir os parâmetros da máquina de busca que flexibilizam sua execução e a tornam adaptável a simulações de campeonatos de maneira integrada ao servidor de Xadrez. Os resultados de simulação (feita para o jogo Mancalla) permitem fazer uma projeção de valores de tempo que atesta a viabilidade da simulação de torneios de Xadrez com centenas de inscritos em poucas horas.

Abstract: This work reports on the research that covers the definition of concepts and software tools to promote the alternation between competitive and collaborative activities applied to Chess teaching. The role of the apprentices in the competition consists of codifying mathematical knowledge in the form of a heuristic function, supported by a formal language and software tools. This heuristic function then takes part in simulated competitions against other students’ heuristic functions. In the collaborative phase the heuristic knowledge (that took part in a previous competition) is shared among the competitors so that each can review his/her concepts and (re-)codify his/her heuristic function, which will take part in a next competition.The work was conducted in two main fronts. The first was to survey the literature of Computers in Education looking for concepts and techniques that deal with the combination of competitive and collaborative activities in educational environments. Since there are few efforts concerning the integration of these two approaches, this work’s first and main contribution is to propose concepts and the architecture of a system aimed at promoting the alternation between competition and collaboration. The concepts and software tools are primarily focused on the teaching of Chess in cex (Centro de Excelência de Xadrez) but are in principle applicable to the teaching of other games or knowledge areas. The second line of work involved the development of a prototype software tool for generic heuristic comparison, which uses as search engine the Minimax algorithm with alpha-beta pruning. The implementation aimed to define the necessary parameters in order to make the comparator flexible and adaptable to the simulation of large competitions (integrated to the cex Chess server). Simulation results, using the Mancalla game, showed that it is feasible to simulate a competition with hundreds of heuristic functions in a few hours, and predictions indicate that it is also possible to do it with Chess.