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Enseñanza de Inteligencia Artificial
e Ingeniería del Conocimiento
Asunción Gómez-Pérez,, Cesar Montes Gracia
Departamento de Inteligencia Artificial
Facultad de Informática
Universidad Politécnica de Madrid
Campus de Montegancedo sn.
28660 Boadilla del Monte, Madrid
Tel: 91-336-74-44, Fax: 91-336-74-12
Email: {asun, cmontes} @fi.upm.es
1. INTRODUCCION
En los últimos años ha habido un creciente interés a
nivel mundial en la unificación de los contenidos que se
imparten en el primer curso que un estudiante de
Informática recibe en Inteligencia Artificial e Ingeniería
del Conocimiento (INCO). El alcance y la diversidad de
problemas a los que estas materias están dirigidas
incrementa aun más la necesidad de crear un programa
coherente e integrado en sí mismo, y con el Plan de
Estudios de la Institución en la que se imparte.
Evidentemente, la unión de todos los temas tratados en
los libros de Inteligencia Artificial e Ingeniería del
Conocimiento, "comúnmente aceptado", sería
demasiado extenso, mientras que la intersección de
todos ellos no suele incluir todo aquello que es
considerado importante.
En 1991, un informe realizado por ACM e IEEE
[ACM/IEEE, 91 refleja, rotunda y
contundentemente, esta diversidad, y la ausencia
de un núcleo coherente, unificado, y aceptado por
la mayoría de las Instituciones relativo a qué debe
enseñarse y cómo debe enseñarse. Con el fin de
resolver algunos de estos problemas, en 1994 la
"American Association for Artificial Intelligence"
organizó el workshop "Improvingn Instruction for
Artificial Intelligence" [IIIA, 94 para mejorar la
enseñanza de Inteligencia Artificial en cursos básicos
impartidos en los Estados Unidos.
En el marco de las III Jornadas sobre la Enseñanza
Universitaria de Informática (JENUI'97)1
, el 16 y
17 de Junio se celebró en Madrid el primer panel
sobre Enseñanza de Inteligencia Artificial e
Ingeniería del Conocimiento. El objetivo de este
panel era doble. Por un lado, reunir a gran número
de docentes de distintas Universidades en estas
materias. Por otro, recolectar experiencias
docentes e intentar elaborar un índice de
contenidos básicos que sirviera como punto de
referencia.
La respuesta no se hizo esperar, un total de 21
ponencias de 14 Universidades (Universidad
Autónoma de Madrid, Universidad Carlos III de
Madrid, Universidad de A Coruña, Universidad de
Extremadura, Universidad de Granada,
Universidad de Las Palmas de Gran Canaria,
Universidad de Oviedo, Universidad de Zaragoza,
Universidad del País Vasco, Universidad Nacional
de Educación a Distancia, Universidad Politécnica
de Cataluña, Universidad Politécnica de Madrid,
Universidad Politécnica de Valencia, Universidad
Ramón Llull) fueron recibidas, y más de 40
profesores asistieron al panel. Las ponencias
1
Organizado con el soporte de la Facultad de
Informática de la Universidad Politécnica de
Madrid
recogidas en un acta2
[JENUI, 971 describen, al menos,
los siguientes puntos:
• Objetivos de los cursos que se imparten.
• Contenidos que se están enseñando y en qué
orden.
• Métodos de enseñanza utilizados.
• El papel que la programación y las
herramientas tienen en su curso.
• Los lenguajes de programación que utilizan en
los trabajos prácticos.
• Tipos de trabajos prácticos que se plantean a los
estudiantes.
• Estrategias para incorporar la programación en
el curriculum de la asignatura.
• Material didáctico más utilizado.
Desde un principio, el panel se organizó enfatizando la
importancia del debate. Así, el primer día, en tres
sesiones muy intensas, las 21 ponencias fueron
presentadas, dejando para el segundo día asuntos tales
como: La elaboración de una lista con los contenidos
imprescindibles. Cómo determinar el orden en el que
deben impartirse los contenidos de representación de los
conocimientos y búsqueda en la asignatura de IA. La
proporción de teoría y práctica en los trabajos prácticos.
Cuáles deben ser los dominios de aplicación de los
trabajos, y conveniencia de usar "problemas de juguete"
o problemas reales simplificados. En lo relativo a los
lenguajes de programación, se trató sobre la adecuación
de impartir LISP y Prolog en la asignatura de IA y si se
deben usar en las prácticas lenguajes que permitan la
programación de interfaces de usuarios vistosos.
Este artículo se organiza en dos partes. La primera parte,
pretende resumir las ponencias, organizadas en función
de si presentan programas docentes a nivel
departamental, descripciones detalladas de las
asignaturas de IA y de INCO, o si presentan otras
asignaturas más especializadas. La segunda, mostrará las
conclusiones alcanzadas durante el segundo día de
debate.
2. RESUMEN DE LAS ACTAS
La mayoría de las ponencias recogen experiencias
diversas en la docencia de IA e Ingeniería de
Conocimiento y cómo están integradas en el plan
de estudios de su Universidad. La mayoría llevan
años impartiéndose, otras se están poniendo en
marcha y algunas están transitando hacia los nuevos
planes de estudios y reorganizando sus contenidos.
2.1. La IA e INCO en los Planes de Estudio
2
El acta también incluye otros paneles sobre Ingeniería
del Software, Matemáticas, Arquitectura y
Programación.
Es útil tener, para cualquier curso, un programa
unificado y coherente que ayude a los estudiantes a
conocer el papel individual de cada tema y sus
contenidos en el "gran cuadro" de la disciplina, y
el papel de ésta en el conjunto de la Informática.
El alcance y la diversidad de problemas a los que
la Inteligencia Artificial está dirigida, incrementa
aún más, la necesidad de crear un programa
coherente e integrado en sí mismo, y con el Plan
de Estudios de la Institución en la que se imparte.
Es un problema difícil distribuir a lo largo y ancho
del plan de estudios, en asignaturas
independientes, los conocimientos básicos de
Inteligencia Artificial e Ingeniería del
Conocimiento. Por ello, aunque la mayoría de las
ponencias describen brevemente las relaciones de
estas asignaturas con otras del plan de estudios, las
siguientes aportaciones pueden servir como punto
de referencia a la hora de elaborar programas
docentes en estos temas. En este sentido, caben
destacar:
• Miguel Delgado y Antonio González
presentan, en el marco de las nuevas
titulaciones de la Universidad de Granada,
las asignaturas troncales, obligatorias y
optativas. Cabe destacar dentro de esta
estructura, la enseñaza de los lenguajes
LISP y PROLOG en una asignatura
independiente a las de IA e Ingeniería del
Conocimiento.
• Ana García Serrano expuso la estructura
general y la organización del plan docente
de¡ Departamento de Inteligencia
Artificial para los estudios de Ingeniería
Informática del nuevo plan de estudios
que se imparte en la Facultad de
Informática de la Universidad Politécnica
de Madrid.
• Alejandro Pazos proporciona una
panorámica general del programa docente
en IA e INCO en la Universidad de A
Coruña y la problemática asociada al
cambio del plan de estudios.
• K. Sarasola, J. Pikaza, M. Urretavizcaya y
colaboradores describen la línea
formativa de Inteligencia Artificial en el
nuevo plan de estudios de la Facultad de
Informática de la Universidad del País
Vasco.
2.2. Cursos de IA
Qué y córno debe enseñarse Inteligencia Artificial
viene determinado por la Institución que imparte el
curso y por sus Planes de Estudio. En el panel se
presentaron cursos de Inteligencia Artificial que se
imparten en planes de estudios de tres, de cinco y
seis años.
A) Contenidos de IA
La tabla l resume los contenidos de algunos curso
de Inteligencia Artificial que fueron presentados en
el panel. Dado que en algunas ponencias se
describen vados cursos, dicha tabla sólamente
recoge la descripción del primer curso que un
alumno recibe en IA. Como no todos los autores
tratan las mismas cuestiones con la misma
profundidad, en algún mornento, la tabla puede
parecer incompleta. Esta tabla tampoco refleja el
orden cronológico en que se imparten los
contenidos. Sólamente se pretende mostrar, a
grandes rasgos, qué contenidos se imparten, los
cuales vienen condicionados por otras asignaturas
cercanas a éstas en los planes de estudio de cada
Universidad.
Cada curso se ha clasificado en función de la
duración de los estudios. Para cada uno se
muestran, en primer lugar, datos generales como:
el número de créditos, número de horas de teoría y
práctica, si es anual o no lo es, curso en el que se
encuentra la asignaturas frente al número total de
cursos del plan de estudios, y su carácter troncal.
Posteriormente, se presentan los contenidos:
búsqueda, representación de conocimientos,
aprendizaje, planificación, procesamiento del
lenguaje natural, introducción a sistemas expertos
y otros temas. Finalmente, la última columna
recoge los lenguajes y herramientas usados para
hacer las prácticas. El análisis de las actas revela
que:
1 . Los contenidos tratados en los cursos de
Inteligencia Artificial dependen de la duración
del curso. En los cursos cuatrimestrales de 4
créditos, los contenidos impartidos son
búsqueda y representación de conocimientos.
Sin embargo, en los cursos de 9 créditos,
además de búsqueda y representación de
conocimientos se imparte o bien LISP y
Prolog, o bien procesamiento del lenguaje
natural, planificación y aprendizaje.
2. El análisis de las actas revela que en los cursos
de 6 y 9 meses el tiempo dedicado a trabajos
de programación es superior, y que los
programas desarrollados por los alumnos son
más complejos.
Finalmente, decir que la mayoría de los cursos
siguen un enfoque docente basado en primeros
principios donde se presentan el conjunto de
contenidos de manera independiente del resto,
unos pocos presentan los contenidos bajo la
perspectiva de agentes cada vez más inteligentes, y
sólo uno utiliza un enfoque híbrido de los dos
anteriores.
B) Prácticas
Como dice un famoso refrán chino, Escuché y
olvidé, vi y recordé, hice y aprendí". Esto es
especialmente cierto en IA e INCO porque, aunque
aparentemente parezca simple, los conocimientos y
el razonamiento realizado por los humanos, el
alumno se da cuenta rápidamente de la dimensión
del problema cuando modela dicho
comportamiento en la computadora y compara sus
respuestas con las del humano inteligente.
Los trabajos prácticos (de modelización o de
programación) fueron reconocidos en el panel
como una parte esencial de un curso de IA e INCO
para estudiantes de Informática, pues incrementan
significativamente el nivel de compresión de la
materia y el interés del alumno por ella al
permitirle verificar de manera empírica los
conocimientos teóricos adquiridos en la asignatura
Además:
• Es didáctico el uso de las computadora
durante la clase y después de la clase en los
trabajos prácticos que los estudiantes
realizan en casa.
• Es útil que los alumnos usen y vean cómo
trabajan los programas y herramientas de
IA e INCO ya existentes para ayudar a
comprender los conceptos presentados en el
curso.
• Es esencial en la enseñanza y en el
aprendizaje de la IA convertir teorías
enseñadas en clase en programas útiles que
resuelven problemas del mundo real.
• Es positivo que los alumnos realicen
prograrnas, de modo que el alumno perciba
la dificultad de construir entes que
manifiesten una conducta inteligente.
• Es conveniente que los programas sean
fácilmente extensibles. Debe existir un
equilibrio entre el uso de código ya existente
y el código que el alumno tiene que
desarrollar si se quiere tratar problemas que
requieran cierta complejidad.
• Es deseable que los trabajos prácticos tengan
una componente de diseño.
Corno resumen de este epígrafe, es conveniente
estimular a los alumnos con competiciones de
rondas eliminatorias con el fin de detectar los
mejores programas.
C/ Lenguajes de programación y herramientas
No existe un consenso en lo referente a los
lenguajes y herramientas de programación. No
obstante, LISP, Prolog y CLISP fueron los más
mencionados. En lo relativo a las herramientas,
Pedro Isasi y Daniel Borrajo presentan las ventajas
de elegir herramientas de dominio público. Estas
son: independencia del desarrollador, desarrollo
distribuido de la herramienta, existencia constante
de actualizaciones adecuadas a las necesidades de
entornos reales, existencia de listas de distribución y
disponibilidad del software para diferentes
plataformas.
D) Documentación y materiales didácticos más
utilizados
A lo largo del panel se discutió el papel de la
documentación en la asignatura, y el papel de
Internet para divulgar información sobre: los
profesores, las horas de tutoría, normativa de la
asignatura, contenidos, exámenes, bibliografía
básica, prácticas, etc. En la dirección
http://www.aic.uniovi.eslamdia/almacen.html puede
encontrarse un almacén docente sobre Inteligencia
Artificial.
Los libros más nombrados en la enseñanza de la
Inteligencia Artificial son:
• Artificial Intelligence, Winston (1992).
• Artificial Intelligence, Rich y Knight (1991).
• Artificial Intelligence: A Modern Approach.
Russell, S.; Norvig, P (1995).
• Inteligencia Artificial: Métodos y Técnicas,
Borrajo, Juristo, Martínez, Pazos (1993).
• Logical Foundations of Artificial
Intelligence Genesereth y Ni1sson (1987).
2.3 Cursos de INCO
Curiosamente, durante las jornadas se pudo
comprobar que en la enseñanza de la Ingeniería del
Conocimiento se reproduce el mismo debate que
existe a la hora de definir el campo en sí mismo. Es
conocido que, a la hora de definir la Ingeniería del
Conocimiento, si bien se acepta su definición más
global, no hay acuerdo entre los autores cuando se
trata de especificar su dominio de acción.
Una ingeniería se define como "la aplicación de
principios y conocimientos científicos al diseño y
construcción sistemático de un dispositivo, máquina
o sistema de valor económico" [Baber, 81]. Por lo
tanto, la definición más general de la Ingeniería del
Conocimiento será "la ingeniería de sistemas
informáticos que utilizan conocimientos para
resolver problemas del mundo real". Con pequeños
matices, en esta definición están de acuerdo todos
los autores.
Pero la discrepancia surge al llenar de contenido a
la ingeniería, pues hay dos perspectivas desde las
que contemplarla: como la parte de la Inteligencia
Artificial que aplica las teorías del área en construir
sistemas que exhiben comportamiento inteligente o
que "piensan" [McCorduck, 791 [Dougherty et al.,
88] [White et al., 90], o como la ingeniería dedicada
a la construcción de un tipo específico de sistemas
denominados Sistemas Basados en Conocimientos
[Stefik, 951, [Scott et al., 9 11.
No existen diferencias radicales entre ambas
definiciones, sino más bien de nombre. Para los
primeros, la Ingeniería del Conocimiento no difiere
de la Inteligencia Artificial en su rama aplicada.
Para los segundos, la Ingeniería del Conocimiento
es parte de la Inteligencia Artificial, y se abastece
de sus teorías para aplicarlas en la construcción de
sistemas que contienen conocimientos modelados y
explícitos de algún dominio.
Esta diferencia aparece muy bien definida en el
escrito de White [White, 901. Basándose en los
puntos de vista de diversos autores, hace una
definición en niveles de la Ingeniería del
Conocimiento, dentro de la Inteligencia Artificial,
de la siguiente manera:
Las diferencias de concepción mencionadas se
reflejan, obviamente, en los enfoques dados a las
asignaturas y, por tanto, en sus contenidos. A "grosso
rnodo", se pueden diferenciar dos tipos de
planteamiento: el que concibe la enseñanza de la IC
como la aplicación práctica de la IA en dominios del
mundo real, por lo que se centra en los métodos o
formalismos que lo hacen posible, y el que plantea la
enseñanza de la IC desde la perspectiva del proceso de
construcción de sistemas inteligentes, por lo cual
tienen contenidos que abundan más en aspectos
metodológicos, arquitectónicos y de procesos.
Evidentemente, estos enfoques, que se les pueden
llamar "orientado al método" y "orientado al proceso",
no son extremos, pero repercuten en la ausencia o
presencia de determinados temas en los programas.
En el caso de la IC, es muy difícil elaborar una tabla
similar a la de la IA, ya que los programas de cada
universidad dependen mucho de la existencia o no de
otras asignaturas complementarias, normalmente
optativas, en los respectivos planes de estudios, de
manera que se da el caso de que, aparentemente al
menos, no se trata algún tema que, en realidad, es
abordado con gran extensión en otra asignatura. Lo
mismo sucede con la extensión con la que se presentan
determinados temas, que, además de ser función del
enfoque dado a la asignatura en su planteamiento,
depende en gran medida de la existencia de
asignaturas más específicas.
En cuanto al resto de contenidos existe una gran
diversidad entre las distintas universidades. Los que
optan por el enfoque "orientado al proceso" suelen pt,
hacer más hincapié en temas como la planificación y
docurnentación, estudios de viabilidad, inetodologías,
técnicas de adquisición de conocirnientos, análisis y
síntesis de conocimientos o evaluación de sistemas:
Por su parte, en los enfoques "orientados al método"
son más frecuentes cuestiones como los modelos de
resolución de problemas, el aprendizaje,
conexionismo lenguajes de programación o
herrarnientas de construcción de sistemas basados en
conocimientos.
En lo referente a las prácticas se mantienen los
mismos tipos de diferencias. En los enfoques
"orientados al método", se concede mayor importancia
a las prácticas en las que el alumno debe utilizar
lenguajes de programación o herramientas de
desarrollo para construir programas que apliquen los
métodos vistos en las clases teóricas o para resolver
pequeños problemas de¡ mundo real. Sin embargo, en
los enfoques "orientados al proceso" se confiere
rnayor importancia a las prácticas consistentes en la
aplicación de técnicas de adquisición de
conocimientos, el análisis de los conocimientos y la
construcción de los consiguientes modelos
conceptuales.
Eso sí, en todos los casos el trabajo práctico se
considera como la pieza clave de la enseñanza de esta
asignatura, y es normal que se reduzca la carga teórica
para que el alumno disponga del máximo posible de
horas dedicadas a la praxis.
2.4. Cursos con otros contenidos
En las actas también se puede encontrar información
sobre cursos con otros contenidos. Por ejemplo, Julián
Dorado presenta cómo se está enseñando el enfoque
conexionista de la Inteligencia Artificial en la Facultad
de Informática de la Universidad de A Coruña.
3. DEBATE Y CONCLUSIONES
La segunda sesión de las jornadas se dedicó a debatir
aspectos docentes y de programa que habían quedado
planteados en la sesión anterior. Debido al tipo y
número de ponencias presentadas, el intercambio de
opiniones se centró, casi por completo, en temas
referentes a la enseñanza de la IA.
Uno de los objetivos de esta jornada consistió en
construir, en líneas generales, un programa de
referencia consensuado entre todos los asistentes para
una asignatura "ideal" de IA. La totalidad de los
asistentes estuvo de acuerdo en que el núcleo de la
asignatura debería estar formado por dos temas
fundamentales: Búsqueda y Representación de
Conocimientos. Ahora bien, surgieron discrepancias
en cuanto a la extensión de los contenidos y en lo
concerniente al orden en que deberían aparecer en el
programa, aunque la mayor parte parecía inclinarse
por que los temas de búsqueda se expliquen en primer
lugar, de manera que facilite al alumno la
comprensión de los temas de inferencia que se
incluyen en representación de conocimientos.
En cuanto al resto de contenidos, una vez más, las
diferencias de entorno e incluso de enfoque dieron
lugar a distintas opiniones, por lo que se decidió ceñir
la propuesta a los contenidos en los que existía un
acuerdo casi general, resultando, como mínimo, los
siguientes contenidos:
1. Introducción a la IA
1.1. Definiciones de IA
1.2. Revisión histórica
1.3. Breve panorámica de áreas de aplicación
2. Caracterización de problemas en espacios de
estados.
3. Búsqueda
3.1. Caracterización
3.2. Búsqueda no informada
3.3. Búsqueda Informada:
3.3.1. Métodos genéricos de resolución
3.3.2. Búsqueda sin adversarios
3.3.3. Búsqueda con adversarios
4. Representación de Conocimientos
4.1. Caracterización
4.2 Lógica
4.3 Sistemas de Producción
4.4 Representaciones Taxonómicas
4.4.1. Redes Semánticas
4.4.2. Marcos
Para terminar con lo relativo a los contenidos de la
asignatura, merece la pena hacer una observación
relativa a la presencia de la Lógica dentro de los
programas. El sentir casi general de los docentes de
IA es que dicha materia no debería aparecer
directamente dentro de los programas de IA. Ahora
bien, la ausencia de asignaturas previas que traten
dicho aspecto obliga, en muchos casos, a dedicar parte
del temario a que el alumno comprenda la capacidad
de inferencia que proporciona la Lógica
Computacional. No se trata de suprimir su enseñanza
de los planes de estudio, sino de desligarla de las
asignaturas específicas de IA.
Durante la sesión se dedicó también un énfasis
especial a intercambiar opiniones respecto a cómo y
sobre qué temas deben plantearse las prácticas de IA.
Existió unanimidad al considerar los trabajos prácticos
como el medio ideal para:
• Fomentar la capacidad evaluadora y de
decisión de los alumnos
• Comprender y asentar los conocimientos
adquiridos en las clases teóricas
• Conseguir que los alumnos tomen conciencia
de la aplicabilidad de las técnicas aprendidas
En este sentido, se coincidió en que las prácticas de
los alumnos no debían consistir en meros esfuerzos de
programación. Su planteamiento debería primar el que
el alumno se vea obligado a evaluar distintas
posibilidades de solución, seleccionar e integrar
técnicas, comprobar que las soluciones obtenidas
responden a lo esperado, comparar los resultados
obtenidos con técnicas distintas y, en definitiva,
aprender a aplicar la IA en dominios cotidianos.
Según esto, la programación de técnicas no debe
considerarse como un fin en sí mismo, sino más bien
como un medio para alcanzar los objetivos
mencionados. Además existe una preferencia
generalizada por la utilización de problemas reales,
para potenciar la capacidad de análisis del alumno.
En este sentido, se coincidió en resaltar la dificultad
que supone elegir, acotar y adecuar ejemplos del
mundo real para que sean adecuados como práctica de
la asignatura. Por ello, se tomó la decisión de
potenciar la creación de un repositorio donde los
docentes puedan intercambiar ejemplos prácticos e
implementaciones de distintas técnicas de IA, de
modo que puedan ser reutilizados en distintos centros.
En la actualidad, la Universidad de Oviedo, en Gijón,
gestiona una lista de correo electrónico
(ia_docencia@aic.uniovi.es) especializada sobre
enseñanza de IA.
Si bien se ha podido comprobar que en general existe
una preocupación por posibilitar una modernización
constante de contenidos y de trabajos prácticos, en lo
referente a los métodos y medios de enseñanza y
aprendizaje la implantación de nuevos mecanismos es
rnás lenta. Gran parte de las ponencias siguen el
esquema tradicional Lección Magistral + Prácticas
Tutoradas. Tan sólo tres de las ponencias presentan
otro tipo de esquema. La principal causa de esta
realidad es la masificación generalizada que sufre la
universidad española, y que hace imposible la
implantación de métodos de enseñanza aprendizaje
más adecuados. Los asistentes coincidieron en señalar
la utilización de medios electrónicos, como las
páginas web, -las listas de distribución o los grupos de
news, como un medio que debe implantarse para
fomentar el intercambio de experiencias entre
profesores y alumnos o entre los mismos alumnos.
4. BIBLIOGRAFÍA
[ACM/IEEE, 9 11 "ACM Computing Curricula
1991." Report No. 201910 of the ACM/IEEE-CS
Joint Curriculum Task Force. 199 1.
[Baber, 81] Baber, R.L. "Software Enginecring vs
Software Engineering: the Open Charmel". Computer.
Mayo, 1981.
[Dougherty et al., 881 Dougherty, E. y Giardina, C.R.
"Mathematical Methods for Artificial Intelligence and
Autonomous Systems". Englewood Cliffs. NJ.
Prentice Hall. 1988.
[IIIA, 94] "Improving Instruction of Introductory
Artificial Intelligence". Fall symposium of the
American Association for Artificial Intelligence New
Orleans (Louisiana), EE.UU. 1994.
[JENUI, 971 '111 Jornadas sobre la Enseñanza
Universitaria de Informática en España". Facultad de
Informática. Universidad Politécnica de Madrid.
Madrid. España. 1997
[McCorduck, 791 McCorduck, P. "Machines who
Think: A Personal Inquiry into the History and
Prospects of Artificial Intelligence". San Francisco.
W.H. Freeman. 1979.
[Scott et al., 911 Scott, A.C., Clayton, J.E. y Gibson,
E.L. "A Practical Guide to Knowledge Acquisition".
Addison-Wesley Publishing Co. 1991.
[Stefik, 951 Stefik, M. "Introduction to Knowledge
Systems". Morgan Kaufmann Publishers. San
Francisco, California. 1995.
[White et al., 901 White, M. y Go1dsmith, J. (Eds.)
"Standards and Review Manual for Certification in
Knowledge Engineering". IAKE. 1990.
[White, 90] White, M. "Knowledge Engineering for
the 1990s". In White, M. y Go1dsmith, J. (Eds.)
"Standards and Review Manual for Certification in
Knowledge Engineering". IAKE. 1990.

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Ensenanza de ia_e_ing_con

  • 1. Enseñanza de Inteligencia Artificial e Ingeniería del Conocimiento Asunción Gómez-Pérez,, Cesar Montes Gracia Departamento de Inteligencia Artificial Facultad de Informática Universidad Politécnica de Madrid Campus de Montegancedo sn. 28660 Boadilla del Monte, Madrid Tel: 91-336-74-44, Fax: 91-336-74-12 Email: {asun, cmontes} @fi.upm.es 1. INTRODUCCION En los últimos años ha habido un creciente interés a nivel mundial en la unificación de los contenidos que se imparten en el primer curso que un estudiante de Informática recibe en Inteligencia Artificial e Ingeniería del Conocimiento (INCO). El alcance y la diversidad de problemas a los que estas materias están dirigidas incrementa aun más la necesidad de crear un programa coherente e integrado en sí mismo, y con el Plan de Estudios de la Institución en la que se imparte. Evidentemente, la unión de todos los temas tratados en los libros de Inteligencia Artificial e Ingeniería del Conocimiento, "comúnmente aceptado", sería demasiado extenso, mientras que la intersección de todos ellos no suele incluir todo aquello que es considerado importante. En 1991, un informe realizado por ACM e IEEE [ACM/IEEE, 91 refleja, rotunda y contundentemente, esta diversidad, y la ausencia de un núcleo coherente, unificado, y aceptado por la mayoría de las Instituciones relativo a qué debe enseñarse y cómo debe enseñarse. Con el fin de resolver algunos de estos problemas, en 1994 la "American Association for Artificial Intelligence" organizó el workshop "Improvingn Instruction for Artificial Intelligence" [IIIA, 94 para mejorar la enseñanza de Inteligencia Artificial en cursos básicos impartidos en los Estados Unidos. En el marco de las III Jornadas sobre la Enseñanza Universitaria de Informática (JENUI'97)1 , el 16 y 17 de Junio se celebró en Madrid el primer panel sobre Enseñanza de Inteligencia Artificial e Ingeniería del Conocimiento. El objetivo de este panel era doble. Por un lado, reunir a gran número de docentes de distintas Universidades en estas materias. Por otro, recolectar experiencias docentes e intentar elaborar un índice de contenidos básicos que sirviera como punto de referencia. La respuesta no se hizo esperar, un total de 21 ponencias de 14 Universidades (Universidad Autónoma de Madrid, Universidad Carlos III de Madrid, Universidad de A Coruña, Universidad de Extremadura, Universidad de Granada, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, Universidad de Oviedo, Universidad de Zaragoza, Universidad del País Vasco, Universidad Nacional de Educación a Distancia, Universidad Politécnica de Cataluña, Universidad Politécnica de Madrid, Universidad Politécnica de Valencia, Universidad Ramón Llull) fueron recibidas, y más de 40 profesores asistieron al panel. Las ponencias 1 Organizado con el soporte de la Facultad de Informática de la Universidad Politécnica de Madrid
  • 2. recogidas en un acta2 [JENUI, 971 describen, al menos, los siguientes puntos: • Objetivos de los cursos que se imparten. • Contenidos que se están enseñando y en qué orden. • Métodos de enseñanza utilizados. • El papel que la programación y las herramientas tienen en su curso. • Los lenguajes de programación que utilizan en los trabajos prácticos. • Tipos de trabajos prácticos que se plantean a los estudiantes. • Estrategias para incorporar la programación en el curriculum de la asignatura. • Material didáctico más utilizado. Desde un principio, el panel se organizó enfatizando la importancia del debate. Así, el primer día, en tres sesiones muy intensas, las 21 ponencias fueron presentadas, dejando para el segundo día asuntos tales como: La elaboración de una lista con los contenidos imprescindibles. Cómo determinar el orden en el que deben impartirse los contenidos de representación de los conocimientos y búsqueda en la asignatura de IA. La proporción de teoría y práctica en los trabajos prácticos. Cuáles deben ser los dominios de aplicación de los trabajos, y conveniencia de usar "problemas de juguete" o problemas reales simplificados. En lo relativo a los lenguajes de programación, se trató sobre la adecuación de impartir LISP y Prolog en la asignatura de IA y si se deben usar en las prácticas lenguajes que permitan la programación de interfaces de usuarios vistosos. Este artículo se organiza en dos partes. La primera parte, pretende resumir las ponencias, organizadas en función de si presentan programas docentes a nivel departamental, descripciones detalladas de las asignaturas de IA y de INCO, o si presentan otras asignaturas más especializadas. La segunda, mostrará las conclusiones alcanzadas durante el segundo día de debate. 2. RESUMEN DE LAS ACTAS La mayoría de las ponencias recogen experiencias diversas en la docencia de IA e Ingeniería de Conocimiento y cómo están integradas en el plan de estudios de su Universidad. La mayoría llevan años impartiéndose, otras se están poniendo en marcha y algunas están transitando hacia los nuevos planes de estudios y reorganizando sus contenidos. 2.1. La IA e INCO en los Planes de Estudio 2 El acta también incluye otros paneles sobre Ingeniería del Software, Matemáticas, Arquitectura y Programación. Es útil tener, para cualquier curso, un programa unificado y coherente que ayude a los estudiantes a conocer el papel individual de cada tema y sus contenidos en el "gran cuadro" de la disciplina, y el papel de ésta en el conjunto de la Informática. El alcance y la diversidad de problemas a los que la Inteligencia Artificial está dirigida, incrementa aún más, la necesidad de crear un programa coherente e integrado en sí mismo, y con el Plan de Estudios de la Institución en la que se imparte. Es un problema difícil distribuir a lo largo y ancho del plan de estudios, en asignaturas independientes, los conocimientos básicos de Inteligencia Artificial e Ingeniería del Conocimiento. Por ello, aunque la mayoría de las ponencias describen brevemente las relaciones de estas asignaturas con otras del plan de estudios, las siguientes aportaciones pueden servir como punto de referencia a la hora de elaborar programas docentes en estos temas. En este sentido, caben destacar: • Miguel Delgado y Antonio González presentan, en el marco de las nuevas titulaciones de la Universidad de Granada, las asignaturas troncales, obligatorias y optativas. Cabe destacar dentro de esta estructura, la enseñaza de los lenguajes LISP y PROLOG en una asignatura independiente a las de IA e Ingeniería del Conocimiento. • Ana García Serrano expuso la estructura general y la organización del plan docente de¡ Departamento de Inteligencia Artificial para los estudios de Ingeniería Informática del nuevo plan de estudios que se imparte en la Facultad de Informática de la Universidad Politécnica de Madrid. • Alejandro Pazos proporciona una panorámica general del programa docente en IA e INCO en la Universidad de A Coruña y la problemática asociada al cambio del plan de estudios. • K. Sarasola, J. Pikaza, M. Urretavizcaya y colaboradores describen la línea formativa de Inteligencia Artificial en el nuevo plan de estudios de la Facultad de Informática de la Universidad del País Vasco.
  • 3. 2.2. Cursos de IA Qué y córno debe enseñarse Inteligencia Artificial viene determinado por la Institución que imparte el curso y por sus Planes de Estudio. En el panel se presentaron cursos de Inteligencia Artificial que se imparten en planes de estudios de tres, de cinco y seis años. A) Contenidos de IA La tabla l resume los contenidos de algunos curso de Inteligencia Artificial que fueron presentados en el panel. Dado que en algunas ponencias se describen vados cursos, dicha tabla sólamente recoge la descripción del primer curso que un alumno recibe en IA. Como no todos los autores tratan las mismas cuestiones con la misma profundidad, en algún mornento, la tabla puede parecer incompleta. Esta tabla tampoco refleja el orden cronológico en que se imparten los contenidos. Sólamente se pretende mostrar, a grandes rasgos, qué contenidos se imparten, los cuales vienen condicionados por otras asignaturas cercanas a éstas en los planes de estudio de cada Universidad. Cada curso se ha clasificado en función de la duración de los estudios. Para cada uno se muestran, en primer lugar, datos generales como: el número de créditos, número de horas de teoría y práctica, si es anual o no lo es, curso en el que se encuentra la asignaturas frente al número total de cursos del plan de estudios, y su carácter troncal. Posteriormente, se presentan los contenidos: búsqueda, representación de conocimientos, aprendizaje, planificación, procesamiento del lenguaje natural, introducción a sistemas expertos y otros temas. Finalmente, la última columna recoge los lenguajes y herramientas usados para hacer las prácticas. El análisis de las actas revela que: 1 . Los contenidos tratados en los cursos de Inteligencia Artificial dependen de la duración del curso. En los cursos cuatrimestrales de 4 créditos, los contenidos impartidos son búsqueda y representación de conocimientos. Sin embargo, en los cursos de 9 créditos, además de búsqueda y representación de conocimientos se imparte o bien LISP y Prolog, o bien procesamiento del lenguaje natural, planificación y aprendizaje. 2. El análisis de las actas revela que en los cursos de 6 y 9 meses el tiempo dedicado a trabajos de programación es superior, y que los programas desarrollados por los alumnos son más complejos. Finalmente, decir que la mayoría de los cursos siguen un enfoque docente basado en primeros principios donde se presentan el conjunto de contenidos de manera independiente del resto, unos pocos presentan los contenidos bajo la perspectiva de agentes cada vez más inteligentes, y sólo uno utiliza un enfoque híbrido de los dos anteriores. B) Prácticas Como dice un famoso refrán chino, Escuché y olvidé, vi y recordé, hice y aprendí". Esto es especialmente cierto en IA e INCO porque, aunque aparentemente parezca simple, los conocimientos y el razonamiento realizado por los humanos, el alumno se da cuenta rápidamente de la dimensión del problema cuando modela dicho comportamiento en la computadora y compara sus respuestas con las del humano inteligente. Los trabajos prácticos (de modelización o de programación) fueron reconocidos en el panel como una parte esencial de un curso de IA e INCO para estudiantes de Informática, pues incrementan significativamente el nivel de compresión de la materia y el interés del alumno por ella al permitirle verificar de manera empírica los conocimientos teóricos adquiridos en la asignatura Además: • Es didáctico el uso de las computadora durante la clase y después de la clase en los trabajos prácticos que los estudiantes realizan en casa. • Es útil que los alumnos usen y vean cómo trabajan los programas y herramientas de IA e INCO ya existentes para ayudar a comprender los conceptos presentados en el curso. • Es esencial en la enseñanza y en el aprendizaje de la IA convertir teorías enseñadas en clase en programas útiles que resuelven problemas del mundo real.
  • 4.
  • 5. • Es positivo que los alumnos realicen prograrnas, de modo que el alumno perciba la dificultad de construir entes que manifiesten una conducta inteligente. • Es conveniente que los programas sean fácilmente extensibles. Debe existir un equilibrio entre el uso de código ya existente y el código que el alumno tiene que desarrollar si se quiere tratar problemas que requieran cierta complejidad. • Es deseable que los trabajos prácticos tengan una componente de diseño. Corno resumen de este epígrafe, es conveniente estimular a los alumnos con competiciones de rondas eliminatorias con el fin de detectar los mejores programas. C/ Lenguajes de programación y herramientas No existe un consenso en lo referente a los lenguajes y herramientas de programación. No obstante, LISP, Prolog y CLISP fueron los más mencionados. En lo relativo a las herramientas, Pedro Isasi y Daniel Borrajo presentan las ventajas de elegir herramientas de dominio público. Estas son: independencia del desarrollador, desarrollo distribuido de la herramienta, existencia constante de actualizaciones adecuadas a las necesidades de entornos reales, existencia de listas de distribución y disponibilidad del software para diferentes plataformas. D) Documentación y materiales didácticos más utilizados A lo largo del panel se discutió el papel de la documentación en la asignatura, y el papel de Internet para divulgar información sobre: los profesores, las horas de tutoría, normativa de la asignatura, contenidos, exámenes, bibliografía básica, prácticas, etc. En la dirección http://www.aic.uniovi.eslamdia/almacen.html puede encontrarse un almacén docente sobre Inteligencia Artificial. Los libros más nombrados en la enseñanza de la Inteligencia Artificial son: • Artificial Intelligence, Winston (1992). • Artificial Intelligence, Rich y Knight (1991). • Artificial Intelligence: A Modern Approach. Russell, S.; Norvig, P (1995). • Inteligencia Artificial: Métodos y Técnicas, Borrajo, Juristo, Martínez, Pazos (1993). • Logical Foundations of Artificial Intelligence Genesereth y Ni1sson (1987). 2.3 Cursos de INCO Curiosamente, durante las jornadas se pudo comprobar que en la enseñanza de la Ingeniería del Conocimiento se reproduce el mismo debate que existe a la hora de definir el campo en sí mismo. Es conocido que, a la hora de definir la Ingeniería del Conocimiento, si bien se acepta su definición más global, no hay acuerdo entre los autores cuando se trata de especificar su dominio de acción. Una ingeniería se define como "la aplicación de principios y conocimientos científicos al diseño y construcción sistemático de un dispositivo, máquina o sistema de valor económico" [Baber, 81]. Por lo tanto, la definición más general de la Ingeniería del Conocimiento será "la ingeniería de sistemas informáticos que utilizan conocimientos para resolver problemas del mundo real". Con pequeños matices, en esta definición están de acuerdo todos los autores. Pero la discrepancia surge al llenar de contenido a la ingeniería, pues hay dos perspectivas desde las que contemplarla: como la parte de la Inteligencia Artificial que aplica las teorías del área en construir sistemas que exhiben comportamiento inteligente o que "piensan" [McCorduck, 791 [Dougherty et al., 88] [White et al., 90], o como la ingeniería dedicada a la construcción de un tipo específico de sistemas denominados Sistemas Basados en Conocimientos [Stefik, 951, [Scott et al., 9 11. No existen diferencias radicales entre ambas definiciones, sino más bien de nombre. Para los primeros, la Ingeniería del Conocimiento no difiere de la Inteligencia Artificial en su rama aplicada. Para los segundos, la Ingeniería del Conocimiento es parte de la Inteligencia Artificial, y se abastece de sus teorías para aplicarlas en la construcción de sistemas que contienen conocimientos modelados y explícitos de algún dominio. Esta diferencia aparece muy bien definida en el escrito de White [White, 901. Basándose en los puntos de vista de diversos autores, hace una definición en niveles de la Ingeniería del Conocimiento, dentro de la Inteligencia Artificial, de la siguiente manera:
  • 6. Las diferencias de concepción mencionadas se reflejan, obviamente, en los enfoques dados a las asignaturas y, por tanto, en sus contenidos. A "grosso rnodo", se pueden diferenciar dos tipos de planteamiento: el que concibe la enseñanza de la IC como la aplicación práctica de la IA en dominios del mundo real, por lo que se centra en los métodos o formalismos que lo hacen posible, y el que plantea la enseñanza de la IC desde la perspectiva del proceso de construcción de sistemas inteligentes, por lo cual tienen contenidos que abundan más en aspectos metodológicos, arquitectónicos y de procesos. Evidentemente, estos enfoques, que se les pueden llamar "orientado al método" y "orientado al proceso", no son extremos, pero repercuten en la ausencia o presencia de determinados temas en los programas. En el caso de la IC, es muy difícil elaborar una tabla similar a la de la IA, ya que los programas de cada universidad dependen mucho de la existencia o no de otras asignaturas complementarias, normalmente optativas, en los respectivos planes de estudios, de manera que se da el caso de que, aparentemente al menos, no se trata algún tema que, en realidad, es abordado con gran extensión en otra asignatura. Lo mismo sucede con la extensión con la que se presentan determinados temas, que, además de ser función del enfoque dado a la asignatura en su planteamiento, depende en gran medida de la existencia de asignaturas más específicas. En cuanto al resto de contenidos existe una gran diversidad entre las distintas universidades. Los que optan por el enfoque "orientado al proceso" suelen pt, hacer más hincapié en temas como la planificación y docurnentación, estudios de viabilidad, inetodologías, técnicas de adquisición de conocirnientos, análisis y síntesis de conocimientos o evaluación de sistemas: Por su parte, en los enfoques "orientados al método" son más frecuentes cuestiones como los modelos de resolución de problemas, el aprendizaje, conexionismo lenguajes de programación o herrarnientas de construcción de sistemas basados en conocimientos. En lo referente a las prácticas se mantienen los mismos tipos de diferencias. En los enfoques "orientados al método", se concede mayor importancia a las prácticas en las que el alumno debe utilizar lenguajes de programación o herramientas de desarrollo para construir programas que apliquen los métodos vistos en las clases teóricas o para resolver pequeños problemas de¡ mundo real. Sin embargo, en los enfoques "orientados al proceso" se confiere rnayor importancia a las prácticas consistentes en la aplicación de técnicas de adquisición de conocimientos, el análisis de los conocimientos y la construcción de los consiguientes modelos conceptuales.
  • 7. Eso sí, en todos los casos el trabajo práctico se considera como la pieza clave de la enseñanza de esta asignatura, y es normal que se reduzca la carga teórica para que el alumno disponga del máximo posible de horas dedicadas a la praxis. 2.4. Cursos con otros contenidos En las actas también se puede encontrar información sobre cursos con otros contenidos. Por ejemplo, Julián Dorado presenta cómo se está enseñando el enfoque conexionista de la Inteligencia Artificial en la Facultad de Informática de la Universidad de A Coruña. 3. DEBATE Y CONCLUSIONES La segunda sesión de las jornadas se dedicó a debatir aspectos docentes y de programa que habían quedado planteados en la sesión anterior. Debido al tipo y número de ponencias presentadas, el intercambio de opiniones se centró, casi por completo, en temas referentes a la enseñanza de la IA. Uno de los objetivos de esta jornada consistió en construir, en líneas generales, un programa de referencia consensuado entre todos los asistentes para una asignatura "ideal" de IA. La totalidad de los asistentes estuvo de acuerdo en que el núcleo de la asignatura debería estar formado por dos temas fundamentales: Búsqueda y Representación de Conocimientos. Ahora bien, surgieron discrepancias en cuanto a la extensión de los contenidos y en lo concerniente al orden en que deberían aparecer en el programa, aunque la mayor parte parecía inclinarse por que los temas de búsqueda se expliquen en primer lugar, de manera que facilite al alumno la comprensión de los temas de inferencia que se incluyen en representación de conocimientos. En cuanto al resto de contenidos, una vez más, las diferencias de entorno e incluso de enfoque dieron lugar a distintas opiniones, por lo que se decidió ceñir la propuesta a los contenidos en los que existía un acuerdo casi general, resultando, como mínimo, los siguientes contenidos: 1. Introducción a la IA 1.1. Definiciones de IA 1.2. Revisión histórica 1.3. Breve panorámica de áreas de aplicación 2. Caracterización de problemas en espacios de estados. 3. Búsqueda 3.1. Caracterización 3.2. Búsqueda no informada 3.3. Búsqueda Informada: 3.3.1. Métodos genéricos de resolución 3.3.2. Búsqueda sin adversarios 3.3.3. Búsqueda con adversarios 4. Representación de Conocimientos 4.1. Caracterización 4.2 Lógica 4.3 Sistemas de Producción 4.4 Representaciones Taxonómicas 4.4.1. Redes Semánticas 4.4.2. Marcos Para terminar con lo relativo a los contenidos de la asignatura, merece la pena hacer una observación relativa a la presencia de la Lógica dentro de los programas. El sentir casi general de los docentes de IA es que dicha materia no debería aparecer directamente dentro de los programas de IA. Ahora bien, la ausencia de asignaturas previas que traten dicho aspecto obliga, en muchos casos, a dedicar parte del temario a que el alumno comprenda la capacidad de inferencia que proporciona la Lógica Computacional. No se trata de suprimir su enseñanza de los planes de estudio, sino de desligarla de las asignaturas específicas de IA. Durante la sesión se dedicó también un énfasis especial a intercambiar opiniones respecto a cómo y sobre qué temas deben plantearse las prácticas de IA. Existió unanimidad al considerar los trabajos prácticos como el medio ideal para: • Fomentar la capacidad evaluadora y de decisión de los alumnos • Comprender y asentar los conocimientos adquiridos en las clases teóricas • Conseguir que los alumnos tomen conciencia de la aplicabilidad de las técnicas aprendidas En este sentido, se coincidió en que las prácticas de los alumnos no debían consistir en meros esfuerzos de programación. Su planteamiento debería primar el que el alumno se vea obligado a evaluar distintas posibilidades de solución, seleccionar e integrar técnicas, comprobar que las soluciones obtenidas responden a lo esperado, comparar los resultados obtenidos con técnicas distintas y, en definitiva, aprender a aplicar la IA en dominios cotidianos. Según esto, la programación de técnicas no debe considerarse como un fin en sí mismo, sino más bien como un medio para alcanzar los objetivos mencionados. Además existe una preferencia generalizada por la utilización de problemas reales, para potenciar la capacidad de análisis del alumno. En este sentido, se coincidió en resaltar la dificultad que supone elegir, acotar y adecuar ejemplos del mundo real para que sean adecuados como práctica de la asignatura. Por ello, se tomó la decisión de potenciar la creación de un repositorio donde los docentes puedan intercambiar ejemplos prácticos e implementaciones de distintas técnicas de IA, de modo que puedan ser reutilizados en distintos centros. En la actualidad, la Universidad de Oviedo, en Gijón, gestiona una lista de correo electrónico (ia_docencia@aic.uniovi.es) especializada sobre enseñanza de IA.
  • 8. Si bien se ha podido comprobar que en general existe una preocupación por posibilitar una modernización constante de contenidos y de trabajos prácticos, en lo referente a los métodos y medios de enseñanza y aprendizaje la implantación de nuevos mecanismos es rnás lenta. Gran parte de las ponencias siguen el esquema tradicional Lección Magistral + Prácticas Tutoradas. Tan sólo tres de las ponencias presentan otro tipo de esquema. La principal causa de esta realidad es la masificación generalizada que sufre la universidad española, y que hace imposible la implantación de métodos de enseñanza aprendizaje más adecuados. Los asistentes coincidieron en señalar la utilización de medios electrónicos, como las páginas web, -las listas de distribución o los grupos de news, como un medio que debe implantarse para fomentar el intercambio de experiencias entre profesores y alumnos o entre los mismos alumnos. 4. BIBLIOGRAFÍA [ACM/IEEE, 9 11 "ACM Computing Curricula 1991." Report No. 201910 of the ACM/IEEE-CS Joint Curriculum Task Force. 199 1. [Baber, 81] Baber, R.L. "Software Enginecring vs Software Engineering: the Open Charmel". Computer. Mayo, 1981. [Dougherty et al., 881 Dougherty, E. y Giardina, C.R. "Mathematical Methods for Artificial Intelligence and Autonomous Systems". Englewood Cliffs. NJ. Prentice Hall. 1988. [IIIA, 94] "Improving Instruction of Introductory Artificial Intelligence". Fall symposium of the American Association for Artificial Intelligence New Orleans (Louisiana), EE.UU. 1994. [JENUI, 971 '111 Jornadas sobre la Enseñanza Universitaria de Informática en España". Facultad de Informática. Universidad Politécnica de Madrid. Madrid. España. 1997 [McCorduck, 791 McCorduck, P. "Machines who Think: A Personal Inquiry into the History and Prospects of Artificial Intelligence". San Francisco. W.H. Freeman. 1979. [Scott et al., 911 Scott, A.C., Clayton, J.E. y Gibson, E.L. "A Practical Guide to Knowledge Acquisition". Addison-Wesley Publishing Co. 1991. [Stefik, 951 Stefik, M. "Introduction to Knowledge Systems". Morgan Kaufmann Publishers. San Francisco, California. 1995. [White et al., 901 White, M. y Go1dsmith, J. (Eds.) "Standards and Review Manual for Certification in Knowledge Engineering". IAKE. 1990. [White, 90] White, M. "Knowledge Engineering for the 1990s". In White, M. y Go1dsmith, J. (Eds.) "Standards and Review Manual for Certification in Knowledge Engineering". IAKE. 1990.