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Uma análise sobre o desenvolvimento de sistemas para Educação a Distância: um enfoque na interoperabilidade An Analysis on Distance Learning Systems development Ronnie Fagundes de Brito1 EGC / UFSC Alice Cybis Pereira2 EGC / UFSC Resumo Os sistemas de informação vêm sendo continuamente modificados desde sua origem e estas modificações se devem tanto aos constantes novos recursos das tecnologias informatizadas de comunicação (TICs) quanto aos requisitos determinados por novas situações de uso. Na Educação a Distância (EaD), os sistemas de informação são capazes de permitir desde novas ferramentas em cursos presenciais até formas mais sofisticadas de cursos a distância. O trabalho busca analisar um novo enfoque dado ao desenvolvimento de sistemas para EaD, o qual objetiva otimizar seu ciclo de vida a partir do desenvolvimento de software reutilizável e interoperável entre diferentes cenários. Palavras-chave: Sistemas de Informação, Arquitetura de Sistemas, Educação a Distância. Abstract Information systems are constantly being modified. These modifications are due to the continuously evolving information and communication technologies and also due to new requirements discovered on new use scenarios. In the Distance Learning and Teaching, information systems are able to provide since new possibilities in local courses up to enable more sophisticated types of distance learning courses. Due to this fact, the adoption of Information and Communication Technologies becomes an element of interest of different research teams. This paper aims to analyse the new approach on the development of information systems applied on distance education scenarios whose is intended to optimize the development of such systems by developing interoperable educational software. Key-words: Information Systems, System´s Architecture, Distance Learnign and Teaching Systems. 1 2 [email protected] [email protected] 2 1 Sistemas para EaD Novas abordagens para o desenvolvimento de sistemas para EaD surgem da necessidade de se extraírem dos recursos já desenvolvidos o máximo de ganho para o desenvolvimento de novos recursos, não desconsiderando esforços desempenhados e resultados provenientes de experiências anteriores na aplicação de recursos informatizados em cenários de EaD. Entre os recursos em questão podem ser enumerados os materiais para estudos, ferramentas para interação entre estudantes, a organização de sistemas acadêmicos e demais recursos presentes em ambientes de educação. A necessidade em se buscar um desenvolvimento racional e a reutilização destes recursos origina-se principalmente da constante evolução das TICs e das conseqüentes modificações nos sistemas de apoio a educação. Como passo na apresentação desta nova forma de concepção de sistemas é caracterizada a educação a distância, descrevendo-se em seguida diferentes configurações que sistemas de apoio a essa modalidade de ensino/aprendizagem podem assumir. Posteriormente é apresentado o novo enfoque que visa permitir a evolução dos sistemas para EaD de forma mais organizada e promover a integração destes com outros sistemas, além de oferecer bases para a concepção de sistemas compatíveis entre diferentes instituições. Em conclusão são discutidos os benefícios e as dificuldades na adoção deste novo modo de concepção de sistemas para EaD. 2 Caracterização da EaD A EaD consiste em uma modalidade de ensino e aprendizagem em que se configura o distanciamento geográfico e temporal entre aluno e professor. As TICs vêm possibilitando inovações na entrega de materiais para estudo e nas formas de interação entre alunos, geralmente superando as limitações provocadas pelos distanciamentos característicos modalidade de ensino. desta Na EaD pode se observar a forma mais completa e variada de uso dos recursos das TICs para prover a independência de tempo e espaço. Esta variedade leva a existência de diferentes terminologias relacionadas à área, segundo (Paulsen, 2002) o termo e-learning (que remete a uma abordagem de ensino/aprendizagem onde os materiais de cursos são disponibilizados aos alunos, mas não ocorre interação aluno/aluno), costuma ser adotado num sentido mais amplo do que seu significado restrito. Já o termo Educação On-line engloba situações de ensino/aprendizagem muito mais complexas de cenários de EaD. Termos presentes para denominar sistemas para Educação On-line são Comunidades Virtuais de Aprendizagem, Ambientes Virtuais de Aprendizagem, Sistemas de Gerência de Aprendizagem e Sistemas Integrados de Aprendizagem. Cada variação combina diferentes ferramentas em situações de ensino/aprendizagem onde os usuários podem, ou não, desempenhar e interagir com diferentes papéis, tais como professores, tutores, alunos e administradores. Estes papéis podem apresentar diferentes responsabilidades determinadas pelas ferramentas disponibilizadas aos usuários que os desempenham. Assim os ambientes de EaD configuram-se sob diferentes aspectos. Como forma de auxiliar na compreensão dos diferentes cenários possíveis em sistemas de EaD são definidos diferentes modelos e referências para a concepção e gerenciamento de sistemas de EaD. Alguns destes modelos e uma abordagem para sua implementação são vistos nas sessões seguintes. 3 Modelos para cenários de EaD Os sistemas de EaD tornam-se cada vez mais críticos para instituições de ensino e considera-se estarem causando o mesmo 3 impacto na educação que os sistemas para gerenciamento de empresas tiveram para a administração (Kumar, 2001). A adoção da EaD em diferentes universidades e organizações fez surgir uma gama de modelos voltados a concepção e compreensão de cenários, com o objetivo de permitir uma referência base para a discussão de iniciativas de estruturação de processos, atores, ferramentas e conteúdos envolvidos. Mason, 2001 apresenta um conjunto de modelos de cenários de EaD. Mason caracteriza e apresenta as suas vantagens e desvantagens de cada modelo, assim como exemplos de sua aplicação. Os 6 modelos apresentados são denominados Brokerage, Partnership, Umbrella, Greenfield, Network e Dual Mode, e constituem uma estruturação de cenários onde a EaD é aplicada com o objetivo de promover a aprendizagem de forma continuada. Resumidamente os modelos são descritos a seguir: • Brokerage: situação onde ocorre uma parceria ente organizações para a formação de uma nova instituição que oferta cursos utilizando-se de recursos de cursos já existentes. Os estudantes utilizam a nova instituição criada, que funciona como um corretor (broker) para acessar os cursos oferecidos pelas instituições de ensino que formaram a parceria; • Partnership: este modelo define parcerias entre duas instituições já existentes e seu funcionamento consiste na oferta de cursos de uma instituição junto aos cursos da instituição parceira; • Umbrella: o modo de colaboração Umbrella é semelhante ao modelo Brokerage, entretanto não se limita a duas instituições. Esta característica induz as instituições a se organizarem sob uma estrutura comum, refletindo o pensamento de que “sozinhos somos pequenos e vulneráveis; juntos podemos ser mais do que a soma das partes”; • Greenfield: o modelo Greenfield consiste na criação de uma nova instituição de ensino para o oferecimento de novos • • cursos. Este cenário é favorável à inovação e a adoção de novas tecnologias, pois a nova instituição não está vinculada a sistemas e processos já existentes; Network: neste cenário, instituições existentes organizam-se de modo colaborarem entre si e oferecerem novos cursos. Não existe uma instituição central, o que torna o modelo mais robusto em relação aos demais, pois se baseia em relações de trabalho mais naturais; Dual Mode: o modelo Dual Mode ocorre em uma instituição já existente e que visa oferecer seus cursos na modalidade a distância. Uma forma eficaz para a concepção de sistemas de EaD envolve o design destes sistemas a partir de uma arquitetura orientada a componentes e serviços. Um exemplo desta é citada por (Paulsen,2002), em sua análise Paulsen apresenta dois modelos de sistemas: o modelo Jigsaw e o modelo Hub. Nos modelos apresentados por Paulsen são levadas em consideração as especificações de padrões IMS, tidas como referência para a integração de sistemas de EaD. O modelo Jigsaw trata um sistema de EaD como uma composição de 4 subsistemas: Ferramentas de Criação de Conteúdos (Content Creation Tools), Sistemas de Gestão de Aprendizagem (Learning Management Systems), Sistemas de Gestão de Alunos (Student Management Systems) e Sistemas de Contabilidade (Accounting Systems). Os padrões IMS são aplicados na interligação destes sub-sistemas, especificando quais os formatos e convenções para trocas de dados operacionais e informações sobre processos. Como alternativa, o modelo Hub apresenta o Sistema de Gestão de Alunos como sistema central e com o qual os demais sistemas interagem. Este modelo justifica-se na idéia de que o Sistema de Gestão de Alunos é geralmente o primeiro a ser implementado e já esta presente nas instituições de ensino. Como demais sistemas, Paulsen cita os sistemas de Contabilidade, ferramentas de 4 criação de conteúdos, sistemas de relacionamento com clientes e identifica a perspectiva de interação com outros sistemas ainda não modelados. Um elemento comum nos modelos apresentados é a economia de esforços para a oferta de cursos na modalidade a distância. Esta economia é derivada da reutilização de conteúdos, modelagem de processos e ferramentas. Outros tipos de modelos podem emergir em função da possibilidade de novos tipos de cenários, entretanto um dos objetivos principais do estabelecimento de parcerias entre instituições permanecerá o mesmo: racionalizar recursos por meio da reutilização e desenvolvimento comum. A sessão seguinte demonstra uma abordagem que permite o desenvolvimento comum de recursos para EaD, fornecendo diretrizes para a concepção de sistemas interoperáveis. 4 Frameworks aplicados a sistemas de EaD Uma das maneiras de se permitir o uso e desenvolvimento comum de recursos é a criação de um conhecimento distribuído (Bessy, 2002) que fomente o estabelecimento de especificações e padrões comuns entre instituições. São os padrões que permitem o fortalecimento de parcerias por meio do compartilhamento de conteúdos, aplicativos e know-how sobre os processos de EaD. Esta teoria aplicada a sistemas de Educação a Distância é refletida em (Wilson, 2004), onde o entendimento comum sobre os processos de EaD e a criação de artefatos que refletem esses conhecimentos é feito em níveis decrescentes de abstração a partir de Frameworks, Modelos de Referência e Design de sistemas de EaD. Esta relação decrescente pode ser analisada na figura um, adaptada de (Wilson, 2004). No contexto da análise de Wilson, um framework consiste em um conjunto prédeterminado de serviços, onde estes serviços oferecem aos sistemas de EaD funções por meio de interfaces e comportamentos préestabelecidos. Desde modo, um framework é capaz de prover um vocabulário utilizado para modelar conceitos recorrentes em ambientes relacionados, como uma analogia, um framework “oferece uma gramática com a qual as organizações podem descrever seus sistemas de EaD”. Nesses sistemas os processos do negócio consistem em processos de EaD que operam sobre modelos de dados e envolvem funcionalidades que têm uma concepção e uso compartilhado. Um framework é capaz de oferecer melhorias na diversidade pedagógica pois promove o diálogo e colaboração entre equipes pedagógicas e de desenvolvimento na criação Figura 1: Níveis de entendimento comum sobre sistemas em diferentes níveis de abstração. 5 de novos sistemas por meio do conhecimento comum a respeito dos processos e serviços envolvidos na operacionalização dos processos de EaD. Em um nível de maior detalhe e menor abstração está o Modelo de Referência. Este modelo envolve a seleção de serviços que implementam os processos descritos em um framework e a definição de como estes serviços estarão agrupados para oferecerem funcionalidades a uma organização, levando em consideração as regras e restrições específicas de cada cenário de aplicação. O nível de Design especifica tecnologias específicas que serão utilizadas, adicionando descrições e restrições aos artefatos dos sistemas. Como artefato entenda-se um aplicativo de software, uma porção de conteúdo ou um processo dentro do sistema de EaD. Em uma mesma organização, os artefatos provêm a infra-estrutura tecnológica e de processos para a realização dos objetivos dos usuários do sistema. Com um modelo formal compartilhado as arquiteturas de sistemas para EaD passam a permitir o desenvolvimento de ferramentas reutilizáveis a um custo que apresenta maior retorno sobre investimento. Assim os requisitos de diferentes disciplinas e pedagogias podem ser melhor atendidos por se possibilitar a integração entre artefatos de software, como por exemplo bibliotecas digitais e sistemas acadêmico-administrativos (Kumar, 2001). Ao fim, novos sistemas que reimplementariam serviços elementares para atender a aplicações pedagógicas específicas passam a reutilizar componentes de software já desenvolvidos, passando a ter custos de implementação mais baixos. Aspectos principais na abordagem de desenvolvimento a partir de frameworks e modelos de referência são a recusa a sistemas monolíticos e centralizados e a separação entre a definição dos processos de EaD das bases tecnológicas especificas que permitem que estes processos sejam realizados. Esta manutenção do design dos sistemas de modo independente de tecnologia é desejável pois esta tende a mudar rapidamente e é custosa a remodelagem de um sistema de EaD para se aproveitarem os recursos de tecnologias mais recentes. A realização da abordagem em questão exige a adoção de protocolos de comunicação abertos, interfaces de programação documentadas e padrões. Padrões podem ser aplicados a áreas distintas dos sistemas, englobando desde conteúdos, informações sobre os alunos, ferramentas e design instrucional (IMSLD, 2003). 5 O E-Learning framework A definição de um framework segundo as diretrizes descritas acima para a área de EaD é objeto de trabalho de diferentes instituições de pesquisa. Um dos frameworks definidos para a área é denominado E-Learning Framework (Wilson,2004). Este framework foi projetado a partir de experiências com projetos e sistemas de equipes de gestão e engenharia do conhecimento como MIT Open Knowledge Initiative (OKI, 2005), Sun Microsystems’ E-Learning Framework (SUN, 2005), UK e-University, Carnegie-Mellon Learning Systems Architecture Laboratory (LSAL, 2005), IMS Global Learning Consortium (IMS, 2005) e JISC Managed Learning Environment and Information Environment (JISC, 2005). A intenção da equipe do E-Learning Framework é criar um entendimento comum a respeito dos serviços que podem ser encontrados em ambientes de EaD e formalizar a forma com que estes serviços estão envolvidos dentro dos processos de educação, promovendo a criação de ferramentas com as quais equipes de desenvolvimento possam desenvolver sistemas para EaD de forma mais eficiente. Os serviços do E-Learning Framework estão subdivididos em quatro camadas: Agentes do Usuário, Serviços para Aplicativos, Serviços 6 Comuns e de Infra-estrutura. Na camada de Agentes do Usuário ocorrem agentes que interagem diretamente com o usuário, como ferramentas de autoria, sistemas para acesso a conteúdos ou bibliotecas digitais. Estes agentes podem ser aplicativos pequenos e focados em uma etapa de um processo ou podem englobar diferentes processos em um fluxo de trabalho que ocorre por todo um ambiente de aprendizagem. Uma análise sobre ferramentas de ambientes de aprendizagem colaborativa pode ser vista em (Brito, 2004), onde cada ferramenta pode ser estudada com sendo um Agente de Usuário. A camada inferior à de Agentes do Usuário é a de Serviços para Aplicativos, a qual oferece as funcionalidades exigidas pelos aplicativos dos usuários, tais como a busca de informações sobre o armazenamento de conteúdos em repositórios. Os Serviços para Aplicativos expõem uma funcionalidade que pode ser reutilizada em diferentes Agentes do Usuário de sistemas de EaD ou mesmo no desenvolvimento de outros Serviços para Aplicativos. Em um nível de menor abstração estão os Serviços Comuns, que oferecem funcionalidades como autenticação e autorização, as quais podem ser oferecidas a sistemas que não apenas os de EaD e que são utilizados pelos serviços ou aplicativos das camadas superiores. Uma última camada, a de Infra-estrutura, consiste nos recursos fisicos disponíveis para a criação de um sistema para EaD, e é tida como implicita no modelo, não tendo suas características definidas pelo framework. Com o uso de um framework o desenvolvimento dos sistemas deixa de ser focado na criação de uma plataforma única e monolítica e passa a ser encarado como a montagem de um ambiente modular a partir de componentes que implementam os serviços delineados nos processos presentes em um cenário de EaD e identificados no framework, muitos deles já podendo ter sido implementados, como serviços de matrícula ou de verificação de acesso a bibliotecas digitais. Esta abordagem de desenvolvimento visa criar uma base tecnológica flexível e modular, que pode ser recombinada para a criação de novos sistemas ou para a evolução de sistemas em operação. 6 Serviços do E-Learning framework em um cenário real Aplicação do E-Learning framework em um caso real ocorre na modelagem de um cenário de Aprendizagem Baseada em Problemas dentro de um Ambiente Virtual de Aprendizagem em Arquitetura e Design. No projeto de sua arquitetura, o sistema prevê estar integrado a serviços das camadas de Application Services e de Common Services definidos no E-Learning Framework. Podem ser vários os serviços utilizados, de modo que a modelagem do sistema consiste em organizar a forma com que estes serviços são utilizados pelos atores do ambiente de EaD. Assim, a identificação dos atores dentro do sistema é o passo inicial, pois para cada papel desempenhado haverá uma organização especifica. Neste caso temos o professor que propõe um problema e os alunos que em grupos propõem uma solução ao problema apresentado. O uso dos serviços pelos atores é descrito a seguir. a) Exemplos de uso de Application Services Nesta sessão é analisada a atuação do professor e dos alunos que utilizarão aplicativos que fazem uso dos serviços definidos pelo framework E-Learning. Os itens a seguir descrevem estes serviços e os contextualizam ao cenário da Aprendizagem Baseada em Problemas: Criação de Atividades (Activity Author): este serviço apóia o processo de criação de atividades de aprendizado, e é utilizado no momento em que o professor estiver criando o problema para seus alunos. 7 Gerenciamento de Atividades (Activity Management): permite o gerenciamento das atividades de aprendizado criadas pelo Activity Author. No caso, o professor utiliza o serviço para disponibilizar o enunciado do problema aos alunos ou acompanhar etapas de sua resolução. Os alunos fazem uso do Gerenciamento de Atividades ao administrarem suas propostas de soluções. Avaliações (Assessment): caso o problema for utilizado como forma de avaliação, o serviço de Assesment deve apoiar a publicação e registro das avaliações e feedback do professor. Notas (Grading): este serviço permite o registro de notas, que podem ser derivadas das avaliações. No cenário apresentado o serviço pode ser utilizado caso seja necessária a publicação de notas finais para fins de integração com sistemas acadêmicos, por exemplo. Fluxo de Aprendizagem (Learning Flow): este serviço pode ser utilizado caso o professor queira definir um cenário onde a resolução do problema deve ocorrer em diferentes etapas, definindo momentos de interação entre os alunos ou com ele e atribuinda ferramentas a cada etapa de interação. Este serviço é baseado na especificação IMS Learning Design (IMSLD, 2003). Portfólio Eletrônico (ePortfolio): o serviço de portfólio eletrônico atua como repositório onde cada aprendiz pode armazenar os resultados de seus projetos e trabalhos desenvolvidos dentro do ambiente virtual. Este portfólio pode então ser utilizado a partir de diferentes ambientes virtuais de ensino/aprendizagem. de EaD quanto para outros tipos de sistemas. Tratam-se de serviços básicos que podem ser utilizados na implementação de serviços da camada de Application Services exemplificada anteriormente. Os serviços definidos nesta nível de abstração são: Alertas (Alerts): o serviço de alertas pode ser utilizado para a notificação dos alunos sobre a publicação do enunciado do problema, de novas avaliações ou conteúdos. Pode também ser utilizado em conjunto com o serviço de fóruns, para a notificação dos usuários sobre respostas a mensagens publicadas. Arquivamento (Archiving): O serviço de arquivamento permite o armazenamento de dados a longo prazo. É um serviço comum utilizado pelos serviços de Portfólio Eletrônico e Criação de Atividades. Autenticação (Authentication): o serviço de autenticação é utilizado pelo sistema para a identificação de seus usuários, que integrado ao sistema acadêmico-administrativo, impede o acesso de alunos não matriculados. Autorização (Authorisation): permite estabelecer os direitos e permissões que cada usuário terá sobre os recursos do sistema, por exemplo quais artefatos poderá modificar ou visualizar. No cenário apresentado professores podme modificar o enunciado do problema, já alunos podem apenas visualizálo. Calendário (Calendaring): este serviço pode ser utilizado para definição de prazos quando o problema for publicado aos alunos ou para a criação de datas para finalização de etapas de resolução. b)Exemplos de uso de Common Services Bate-papo (Chat): durante a resolução do problema os alunos utilizam este serviço como meio de interação síncrono, baseado na comunicação por texto ou envio de imagens. Os serviços definidos no conjunto de Common Services são serviços que oferecem funcionalidades aplicadas tanto para sistemas Contexto (Context): o serviço de contexto serve para informar sobre a natureza do problema, como a qual módulo de conteúdo 8 este está associado ou que ferramentas podem auxiliar na sua resolução. O serviço de Contexto serve para o registro de informações contextuais utilizadas em outros serviços ou artefatos. Fórum: utilizado como meio de interação semelhantemente ao chat, porém de modo assíncrono. Grupos (Group): esse serviço permite a criação de grupos e seus relacionamentos com cursos, módulos e atividades. Este serviço é baseado na especificação IMS Enterprise Services no documento Group Information Model. Mensagens (Messaging): permite o envio de mensagens para usuários e grupos. Perfil (Person): Este serviço permite gerenciar informações básicas sobre pessoas, como nome e informações de contato. Tele-presença (Presence): Permite aos usuários perceberem o status (on-line/off-line) de seus colegas. Papéis (Role): Suporta o gerenciamento de tipos de papéis com fins de acesso ou de organização Whiteboard: Este serviço apóia o uso de ferramentas colaborativas que focam em edição compartilhada, como a de quadrobranco compartilhado. Com este serviço os alunos podem confrontar versões diferentes de soluções para o problema apresentado no cenário criado por meio do serviço de Criação de Atividades. 7 Conclusões O desenvolvimento de sistemas de informação é uma tarefa que demanda a integração de diferentes equipes e o estabelecimento de uma linguagem comum a partir do qual se possibilite o diálogo entre estas equipes. O uso de um framework promove o desenvolvimento dessa linguagem, assim como promove a criação de artefatos reutilizáveis em cenários de EaD, o que garante maior retorno sobre os investimentos aplicados e maior qualidade nos ambientes, incluindo-se a possibilidade de maior diversidade pedagógica nos mesmos. Essa busca pela interoperabilidade dos artefatos entre sistemas pode englobar aplicativos ou funcionalidades inerentes não somente a sistemas de EaD, mas também a sistemas administrativos das organizações de ensino. Este fator é capaz de aumentar ainda mais a taxa de retorno sobre custos de implementação, dado que artefatos de software desenvolvidos para um sistema de EaD poderão ser também aplicados a outros tipos de sistemas na organização. Entretanto para se atingir uma situação onde as instituições de ensino possam colaborar para criar sistemas de EaD integrados e de maior eficiência, deve ocorrer uma mudança cultural dentro destas organizações, a qual ocorre num processo que evolui lentamente frente às sempre novas opções tecnológicas e à necessidade de acomodação de novos conceitos, como quais as funcionalidades associadas aos serviços citados neste artigo. Na intenção de viabilizar a criação de aplicativos interoperáveis para EaD, grupos como IMS e ADLNet já desenvolvem padrões e especificações para sistemas de educação on-line. Entretanto estas especificações ainda têm seus focos fortemente voltados a conteúdos estáticos e modelados para aprendizes isolados, característicos de treinamentos militares ou comerciais, sendo incipientes as especificações aplicadas a cenários onde a aprendizagem ocorre de forma mais interativa, a partir de atividades de maior complexidade como em ambientes de aprendizagem baseada em problemas. Outro ponto a respeito de padrões e especificações para sistemas de educação online é a sua complexidade conceitual, o que dificulta a escolha de metáforas para a criação de aplicativos de criação de conteúdos ou 9 cenários de interação baseados nestes padrões, como exemplo o seqüenciamento de conteúdos e atividades e seus relacionamentos com grupos de alunos. Outro passo necessário para o real desenvolvimento de frameworks para EaD e sua adoção em sistemas com um ciclo de vida de maior aproveitamento é a oferta de aplicativos desenvolvidos sob as especificações e padrões adotadas nestes frameworks. Assim diferentes sistemas originados de um mesmo framework serão nativamente integrados e a interoperabilidade entre estes poderá oferecer um ganho significativo para a criação e evolução de soluções das bases tecnológicas para os processos em ambientes de EaD, permitindo um melhor gerenciamento estratégico das organizações e realização de mudanças estruturais. 8 Referências Bibliográficas Kumar M.S.V., Merriman J. e Long D.P. Bulding “Open” Frameworks for Education. New Horizons EDUCASE Review, 2001. Disponível em: <http://www.educause.edu/ir/library/pdf/erm0 169.pdf>. Acesso em: 01 setembro 2005. Brito, R. F., Pereira, A. T. 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