Libros de texto inteligentes: pasado, presente y futuro

Brusilovsky, Peter, y Sergey Sosnovsky. 2024. «Intelligent Textbooks: Past, Present, and Future.» International Journal of Artificial Intelligence in Education. https://link.springer.com/article/10.1007/s40593-024-00451-9.

Los libros de texto siguen siendo una herramienta clave en la educación, pero han evolucionado significativamente en las últimas décadas en términos de creación, publicación, formato, acceso y mantenimiento. Actualmente, la mayoría tiene versiones digitales y se pueden consultar en línea, con un número creciente de recursos educativos abiertos. Además, muchos incluyen bibliotecas de materiales complementarios e incluso se integran en plataformas educativas digitales.

El paso de los libros impresos a los digitales ha impulsado la incorporación de funciones interactivas como búsquedas avanzadas, anotaciones, contenido interactivo, evaluaciones automatizadas y chatbots. Estas mejoras han generado nuevos desafíos y oportunidades para aplicar inteligencia artificial (IA) en el desarrollo y uso de los libros de texto digitales.

Algunas cuestiones clave en este ámbito incluyen cómo mejorar el acceso y la lectura, extraer conocimiento implícito en los textos para optimizar el aprendizaje, analizar los registros de interacción de los estudiantes, enriquecer el contenido con información externa y utilizar tecnologías de lenguaje avanzado para personalizar la experiencia educativa.

En este contexto, el campo de los Libros de Texto Inteligentes ha pasado por distintas generaciones de desarrollo. La primera generación, basada en sistemas de tutoría inteligente e hipertexto educativo, ofrecía personalización a través de estructuras predefinidas por expertos en el dominio. Con el avance de la web, estos libros adoptaron formatos tradicionales con tablas de contenido y glosarios, incorporando técnicas como navegación adaptativa, recomendación de contenido y personalización del aprendizaje. Sin embargo, operaban en entornos cerrados con materiales cuidadosamente seleccionados y estructurados.

Este desarrollo ha generado diversas generaciones de «libros de texto inteligentes»:

Primera Generación: Inteligencia Diseñada

Esta fase inicial surgió de la intersección entre los sistemas de tutoría inteligentes y los hipermedios educativos adaptativos. Los primeros prototipos no presentaban el formato tradicional de los libros de texto; en su lugar, proporcionaban a los estudiantes acceso adaptativo a elementos de información o «hiper-tarjetas» en respuesta al rendimiento en ejercicios asociados. Con la popularización de la web, estos libros adoptaron una estructura más convencional, incorporando técnicas de personalización como soporte de navegación, manipulación adaptativa de páginas, recomendación de contenido y secuenciación de contenidos. Estos sistemas eran entornos de corpus cerrado, ofreciendo colecciones limitadas de textos y ejercicios diseñados meticulosamente.

Segunda Generación: Inteligencia Integrada

En esta etapa, la atención se centró en aspectos prácticos como arquitecturas abiertas, integración con recursos educativos externos y estandarización de modelos semánticos. El desarrollo de tecnologías de la Web Semántica permitió la representación de conocimientos compartibles y soluciones arquitectónicas para software inteligente. Esto facilitó la implementación de modelos de conocimiento como ontologías y la integración de materiales educativos interconectados, permitiendo a los libros de texto «comprender» su contenido y participar en interacciones más significativas con los estudiantes, como responder preguntas y crear mapas conceptuales.

Tercera Generación: Inteligencia Extraída

Con el avance de técnicas de Procesamiento de Lenguaje Natural (PLN) y Aprendizaje Automático (AA), los investigadores comenzaron a ver los libros de texto no solo como herramientas educativas, sino también como fuentes ricas de contenido de alta calidad. Se aplicaron métodos para extraer automáticamente temas, conceptos, relaciones e incluso modelos completos de conocimiento de los textos digitales. Esta capacidad permitió transformar automáticamente libros de texto en versiones inteligentes, enlazándolos con contenido interactivo externo y conectándolos entre sí.

Cuarta Generación: Inteligencia Minada de Datos

La adopción creciente de libros de texto digitales generó una abundancia de datos sobre la interacción de los estudiantes. Se emplearon métodos de minería de datos para analizar estos registros, permitiendo comprender mejor los comportamientos de lectura y su relación con el progreso académico. Los patrones de navegación y las actividades de anotación se utilizaron para predecir el éxito o fracaso de los estudiantes, facilitando intervenciones oportunas. Además, estos datos ayudaron a modelar el conocimiento de los estudiantes sobre conceptos específicos y mejorar la organización y presentación de los contenidos.

Quinta Generación: Inteligencia Generada

Recientemente, la incorporación de modelos de lenguaje de gran escala (LLMs) ha revolucionado los libros de texto inteligentes. Estos modelos, entrenados con vastas cantidades de datos textuales, pueden extraer y sintetizar información de los libros de texto, ofreciendo respuestas automáticas a preguntas y reduciendo problemas como las «alucinaciones» en las respuestas generadas. Además, se han utilizado para crear experiencias interactivas, como chatbots que simulan conversaciones tutor-estudiante, mejorando la interacción y personalización del aprendizaje.

Conclusiones

A pesar de su larga historia, los libros de texto inteligentes siguen siendo un campo de innovaciones en el que se introducen y exploran nuevos enfoques en diversos estudios. Los investigadores de libros de texto inteligentes adoptan con entusiasmo tecnologías desarrolladas fuera de este campo y plantean casos de uso y escenarios de aplicación que amplían las capacidades y la eficacia potencial de los prototipos de libros de texto. Los libros de texto siguen siendo una de las principales fuentes de conocimiento para los estudiantes, a pesar de que los contenidos más interactivos y no textuales están ganando popularidad en muchas otras tareas y contextos.

Ha llegado el momento de que los libros de texto aumenten su funcionalidad con características interactivas que mejoren la eficacia general de los libros de texto como herramientas de aprendizaje. Las interfaces adaptables de los libros de texto, los contenidos inteligentes, los servicios inteligentes y las herramientas centradas en la comunidad para interactuar con otros usuarios transformarán el estudio de los alumnos con libros de texto en una experiencia de aprendizaje más interactiva y social. La nueva ola de IA generativa que ya alimenta la actual generación de libros de texto inteligentes abre un amplio abanico de posibilidades para hacer que el aprendizaje con libros de texto sea aún más interactivo y atractivo. Los LLM son muy capaces de transferir eficazmente lo que aprenden del preentrenamiento en textos a escala web a diferentes contextos, lo que se traduce en altos niveles de fluidez y coherencia del texto generado. Actualmente, la dirección más popular de estos trabajos es utilizar los LLM para producir automáticamente preguntas de evaluación para libros de texto inteligentes, con resultados iniciales prometedores. Además, se están construyendo nuevos prototipos de libros de texto inteligentes que emplean IA generativa para apoyar nuevas formas significativas de interacción. Esperamos más trabajos interesantes que utilicen el potencial de estos modelos en diversas formas de apoyo al alumno en torno a los libros de texto inteligentes, especialmente si se basan en el éxito de la investigación anterior.