O USO DE TEORIAS COGNITIVAS NA CONSTRUÇÃO DE OBJETOS DE APRENDIZAGEM PARA SUPORTE AO ENSINO DE MATEMÁTICA

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1 O USO DE TEORIAS COGNITIVAS NA CONSTRUÇÃO DE OBJETOS DE APRENDIZAGEM PARA SUPORTE AO ENSINO DE MATEMÁTICA Maria Lucia Pozzatti Flores Profª Ulbra-SM, Doutoranda no PGIE-UFRGS, Brasil. Leila Maria Araújo Santos Profª Ulbra-SM, Doutoranda no PGIE-UFRGS, Brasil Antonio Nei Bandeira Prof. Ulbra-SM, Especialista em Matemática, Brasil Gilse Antoninha Morgental. Falkembach Profª Ulbra-SM, Doutora em Inf. na Educação, Brasil Fausto Vilanova Reis, Acad. Curso de Sistema de Informações da Ulbra-SM, Brasil RESUMO Este artigo relata uma abordagem baseada nas teorias cognitivas Teoria da Carga Cognitiva e da Flexibilidade Cognitiva que está sendo usadas na elaboração de objetos de aprendizagem construídos pelo Projeto COASE. Este projeto consiste do estudo, concepção, construção e distribuição de objetos de aprendizagem, que servirão de suporte ao ensino junto aos alunos do ciclo básico da Universidade Luterana do Brasil Campus Santa Maria/RS, Brasil. Os objetos de aprendizagem, que estão sendo projetados, possuem a finalidade de potencializar habilidades de raciocínio lógico dos alunos, bem como possibilitar aos professores envolvidos a ampliação de seus conhecimentos sobre o uso dos recursos tecnológicos na educação. O desenvolvimento deste projeto tem proporcionado aos seus participantes uma nova área de atuação e de conhecimento, o qual vem ao encontro do enriquecimento da prática docente. PALAVRAS-CHAVE Teorias Cognitivas, Objetos de aprendizagem. 1. INTRODUÇÃO Percebe-se, cada vez mais, que os estudantes que chegam ao ensino superior, mais especificamente na Universidade Luterana do Brasil Campus Santa Maria (ULBRA - SM), apresentam problemas nas competências mínimas de seu aprendizado relacionado aos conhecimentos Matemáticos. De uma maneira geral, os alunos não apresentam desenvoltura na organização de raciocínio, elaboração de estratégias de resolução de problemas, atenção, concentração e estímulo ao processo de cálculo mental. Sendo assim, as habilidades envolvidas nesse processo, tais como, tentar, observar, conjeturar, deduzir, e, que, compõem o que se chama de raciocínio lógico, acaba exigindo uma maior atenção por parte dos professores, o que muitas vezes atrasa o conteúdo programado para ser trabalhado durante o semestre. Em contrapartida, muitos desses alunos, demonstram uma desenvoltura ímpar na utilização de recursos 328

2 Conferência IADIS Ibero-Americana WWW/Internet 2006 tecnológicos no seu dia a dia, seja para estudo, trabalho ou diversão. Baseado nisso, quatro professores, das áreas de Matemática, Informática e Educação, uniram-se para estudar e desenvolver objetos de aprendizagem que estejam diretamente ligados às suas necessidades e que possibilitem ao aluno uma interação mais dinâmica e sedutora com a finalidade de potencializar suas habilidades de raciocínio lógico e aprendizagem. Para isto foi criado o Projeto < CØ Σ >. Este artigo tem por objetivo apresentar o projeto, os estudos realizados e a metodologia que está sendo utilizada para a construção dos objetos de aprendizagem. 2. O PROJETO < CØ Σ > O Projeto teve origem no segundo semestre de 2005 das observações e necessidades, sentidas em sala de aula, pelos professores. Ele consiste do estudo, concepção, construção e distribuição de objetos de aprendizagem, que servirão para suporte de ensino junto aos alunos do ciclo básico da ULBRA - Santa Maria/RS. O desenvolvimento deste projeto visa aproximar a tecnologia do ensino, com o objetivo de otimizar e/ou potencializar as habilidades dos alunos, tornando mais dinâmica e atraente a aprendizagem. Este projeto encontra-se em fase de desenvolvimento do primeiro objeto de aprendizagem, estando este na fase de programação. Com o incremento deste projeto pretende-se responder algumas questões, tais como: a)alunos que interagem com objetos de aprendizagem conseguem ter melhor rendimento no conteúdo das disciplinas de formação básica? b) O uso de um objeto de aprendizagem potencializa o processo de ensino e aprendizagem dos conteúdos das disciplinas de formação básica? 3. ESTUDOS REALIZADOS Os estudos para o desenvolvimento desse projeto contemplam a análise de duas teorias cognitivas a Teoria da Carga Cognitiva e a Teoria da Flexibilidade Cognitiva e sua contribuição para nortear o projeto e elaboração de objetos de aprendizagem. 3.1 Objetos de aprendizagem São definidos, genericamente, por organismos de padronização, tais como o IEEE (Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos do Comitê de Padrões de Tecnologia de Aprendizagem) como objetos de aprendizagem qualquer entidade, digital ou não, que pode ser utilizada, reutilizada ou referenciada durante o processo de aprendizagem que utilize tecnologia (IEEE, 2005). Já outras organizações como a IMS (Instructional Management System) entendem objetos de aprendizagem como um conjunto de rotinas e estruturas de dados que interagem com outros objetos Segundo Konrath (2006), estas organizações concordam quando se trata das características comuns à todos os objetos de aprendizagem, tais como, reusabilidade, portabilidade, modularidade e interatividade. A reusabilidade permite um tempo maior de uso desses recursos, já que permite a utilização dos objetos de aprendizagem de diferentes formas, trabalhando conteúdos distinto e em contextos diferenciados. Portabilidade é a capacidade que um objeto de aprendizagem tem de ser executado em diferentes arquiteturas de sistemas computacionais. Já a modularidade trata da forma como ele deve ser apresentado: módulos independentes e não seqüenciais, ou seja, podendo ser utilizado em conjunto com outros recursos e em diferentes contextos. A interatividade é um dos atributos mais importantes em relação aos objetos de aprendizagem e diz respeito à interação do usuário com este recurso. Esta interação pode ser desde o simples clicar do mouse participação menos ativa, ou até mesmo exigir que o sujeito analise e resolva problemas, o que requer participação mais ativa. Segundo Singh (2001), um objeto de aprendizagem deve ser bem estruturado e dividido em três partes: Objetivo: que tem como intenção demonstrar ao aluno o que ele poderá aprender a partir do estudo desse 329

3 objeto; conteúdo instrucional e feedback; Conteúdo instrucional: que deverá ser apresentado para que no término o aluno possa atingir os objetivos citados no item anterior; e Feedback: através do qual o aprendiz verifica se o seu desempenho atingiu as expectativas. Objetos de aprendizagem devem ser projetados para serem úteis sem causar problemas de atualização de hardware ou de software. Eles podem ser armazenados em banco de dados chamados de repositórios. Os repositórios asseguram que o usuário pode encontrar conteúdos com padrões em termos de nível, qualidade e formato. 3.2 A Teoria da Carga Cognitiva A teoria da Carga Cognitiva baseia-se na impossibilidade natural do ser humano em processar muitas informações na memória a cada momento. O excesso de informação gera um esforço maior de todo o processo cognitivo, criando, assim, uma sobrecarga cognitiva. Essa sobrecarga impõe uma restrição fundamental no desempenho e na capacidade de aprendizado. De acordo com Nunes & Giraffa (2003), a estrutura cognitiva humana inclui três sistemas de memória: Memória sensorial: serve apenas como o canal de comunicação com o meio ambiente, situa-se antes da consciência. Sua função é capturar todos os fenômenos externos cabendo às memórias seguintes classificar quais desses fenômenos serão armazenados por algum tempo. Sua duração é inferior a um segundo. Memória de curta duração ou memória de trabalho: têm uma capacidade muito limitada. É o centro de processo ativo do cérebro, onde são processadas as informações capturadas pela memória sensorial ou recuperadas da memória de longa duração. Memória de longa duração: com uma capacidade enorme e que atua como repositório organizado de conhecimentos. Esses sistemas de memória trabalham juntos e segundo Sweller et all (2003), a aprendizagem se dá de maneira melhor se o processo de informação estiver alinhado com o processo cognitivo humano, ou seja, se o volume de informações oferecidas ao aluno for compatível com a capacidade de compreensão humana. Baseando-se nisso, a Teoria da Carga Cognitiva (TCC) se fundamenta na impossibilidade natural do ser humano em processar um número elevado de informações de forma simultânea. O excesso de informação pode gerar um esforço maior do que a capacidade mental do indivíduo, ocasionando sobrecarga cognitiva. Este limite impõe uma restrição fundamental no desempenho e na capacidade de aprendizado. A TCC defende que a elaboração de materiais didáticos, principalmente os que utilizam multimídia, deve seguir alguns princípios para, assim, diminuir a sobrecarga cognitiva do aluno e potencializar seu aprendizado, tais como: Princípio de Representação Múltipla: os alunos aprendem melhor quando se combinam palavras e imagens, do que quando se usa somente palavras. Princípio de Proximidade Espacial: é quando palavras e imagens correspondentes estão próximas em vez de afastadas. Princípio da Não Divisão ou da Proximidade Temporal: quando palavras e imagens são apresentadas simultaneamente em vez de sucessivamente, uma vez que a apresentação de um texto e de uma animação na mesma tela divide a atenção do aluno. Princípio das Diferenças individuais: estudantes com maior nível de conhecimento, sobre um determinado assunto e com grau maior de orientação espacial possuem maiores condições de organizar e processar seu próprio conhecimento ao interagir com o assunto. Princípio da Coerência: quando palavras, imagens ou sons não relevantes para o assunto são excluídos. Quanto mais simples e objetiva for a apresentação do conteúdo, mais livre ficará a memória de trabalho para processar um número maior de conhecimentos relevantes. Princípio da Redundância: quando se utiliza animação e narração, ocorre aprendizagem mais efetiva do que se forem usados animação, narração e texto. Esses princípios foram elaborados por Richard Mayer, professor pesquisador da Universidade de Califórnia, Santa Bárbara, dando continuidade à pesquisa sobre a Teoria da Carga Cognitiva de Sweller. 330

4 Conferência IADIS Ibero-Americana WWW/Internet A Teoria da Flexibilidade Cognitiva. A Teoria da Flexibilidade Cognitiva (TFC), desenvolvida por Rand Spiro (1990) e colaboradores, tem como objeto a aquisição de conhecimentos avançados em domínios complexos ou mal estruturados. Um domínio mal estruturado do conhecimento é todo aquele que apresenta cada caso ou exemplo de aplicação de um conhecimento e envolve a participação interativa e simultânea das estruturas conceituais de ampla aplicação várias perspectivas do conceito como um todo também aquelas de aplicação específica para aquele exemplo, ou seja, em domínios mal-estruturados, um conceito amplo deveria ser abordado e analisado através de vários casos e exemplos. Assim, a idéia de flexibilidade cognitiva se liga à necessidade de dar resposta a situações que habitualmente têm soluções muito variadas, destacando a importante participação da apresentação das informações em perspectivas diferentes e o estudo de diferentes casos que exemplifiquem as diversas possibilidades de aplicação dos conceitos. De acordo com os autores, o desenvolvimento da flexibilidade cognitiva também requer múltiplas representações do conhecimento que favoreçam a transferência do conhecimento para novas situações. Como o objetivo principal é promover a flexibilidade cognitiva nos sujeitos, o fundamental então é desenvolver nesses a capacidade de, perante uma situação nova, reestruturar o conhecimento prévio necessário para solucioná-la. Para se obter êxito, deve-se fazer uma abordagem complexa da nova situação, começando por conhecer o assunto na íntegra e depois analisá-lo nas suas partes constituintes. Spiro et all (1990) consideram que para favorecer a flexibilidade cognitiva, o assunto deve ser dividido em pequenas partes, para destacar os aspectos que poderiam se perder no todo, sendo cada uma dessas partes analisada segundo diferentes perspectivas. Partindo desta idéia, desenvolveram um processo para representar o conteúdo que chamaram de desconstrução de conceitos, em que o assunto é exposto segundo vários tipos de representação e dividido em pequenas unidades, de onde se inicia a aprendizagem. Ao oferecer esquemas múltiplos de organização e representação do conhecimento, os recursos tecnológicos, se bem projetados e planejados podem concretizar a proposta da teoria da flexibilidade cognitiva. 4. METODOLOGIA DESENVOLVIDA NESSE PROJETO A construção desse objeto de aprendizagem, cujo domínio de conhecimento é a Matemática I, versará sobre a Matemática elementar. O conteúdo desse objeto será arranjado de acordo com os paradigmas das teorias cognitivas estudadas, ou seja, serão usadas todas as estratégias para que o conteúdo esteja adequado ao processo cognitivo humano. O objeto contará com uma série de interfaces, onde deverão constar: a) Introdução: descreve-se o objetivo que será trabalhado com o conteúdo específico de Matemática. Teve-se o cuidado para que os objetivos e conteúdos fossem relevantes para o aluno, o que aumenta a chance de se estabelecerem vínculos afetivos entre o sujeito e os objetos; b) Histórico: mostra como surgiu cada parte estudada em Matemática. Mostra a Matemática em nosso cotidiano. c) Técnicas de aprendizado dos tipos: aquisição direta de novo conhecimento; aprendizado por descoberta d) Arquitetura do Componente de Aprendizado; e) Elemento de aprendizado: montar uma biblioteca de conteúdo e exercícios de Matemática, em uma ordem lógica dos conceitos. Montar uma biblioteca de situações em que aparece algum conceito de Matemática e a sua fórmula. Montar uma biblioteca somente de exercícios apropriados a cada conceito, mostrando o desenvolvimento dos mesmos, o nível de dificuldade e a área em que eles são aplicados. Montar uma biblioteca com pastas de testes sobre cada conceito e outra contendo as respectivas soluções. f) Feedback: para reforçar o aprendizado, será construída uma interface para a visualização de exercícios resolvidos, em que o estudante comanda, passo-a-passo, a execução da solução do exercício que aparece na forma de animação, ao mesmo tempo em que uma janela de texto apresenta uma explicação sobre cada etapa da solução. Para validar o objeto de aprendizagem, será realizado um estudo estatístico em que serão comparados dois grupos. O primeiro grupo terá conteúdo de Matemática I trabalhado sem o apoio de objetos de aprendizagem, o segundo grupo será motivado através do uso de objeto de aprendizagem de Matemática I e concomitantemente cursar a disciplina de Matemática I. 331

5 Essa metodologia será aplicada nos alunos dos Cursos de: Sistema de Informações e de Arquitetura da Ulbra-SM, durante primeiro semestres de 2007, após será reavaliado todo o objeto de aprendizagem com vistas a melhoria. Até o momento encontra-se modelado o layout das interfaces, o storyboard navegacional, e os conteúdos, ou seja, está pronto o modelo conceitual, o de navegação e o de interface. A implementação está sendo feita com o software Macromedia Flash MX Professional. 5. AS CONTRIBUIÇÕES DAS TEORIAS COGNITIVAS Ao confrontar os recursos disponíveis atualmente, tais como, softwares e objetos educacionais, hipertextos, sites, ambientes educacionais, entre outros, com os princípios das teorias cognitivas aqui apresentadas, percebe-se em muitos casos um descompasso entre o que é apresentado ao educando e o processo cognitivo humano. Este descompasso se deve em muito dos casos, ao fato dos recursos tecnológicos chamarem a atenção pelo volume de informações, animações, sons e imagens, que apesar de tornar a interface e a interação mais atraentes não se preocupam com a sobrecarga cognitiva, o que pode vir a comprometer o aprendizado. A teoria da carga cognitiva aporta contribuições que permitem melhorar a qualidade do projeto instrucional, ou seja, criar materiais educativos digitais mais adequados ao processo cognitivo humano, utilizando recursos multimídia (cores, animações, sons e imagens), usando de forma equilibrada e de maneira que venha a auxiliar o processo de aprendizagem do aluno. Esta teoria também reforça que os novos conhecimentos sejam apresentados aos alunos em quantidade alinhada ao seu processo cognitivo de modo que o processo de aprendizagem possa ocorrer de maneira natural e sem sobrecarga. Já a teoria da flexibilidade cognitiva mostra que quanto mais variados forem os contextos para a apresentação de um mesmo conteúdo, mais o raciocínio lógico do educando é estimulado. Ressalta a importância da divisão do conteúdo em pequenas unidades que possibilitem a reconstrução de representações próprias pelo aluno. Estas duas teorias aplicadas no planejamento e elaboração de recursos tecnológicos de apoio à Educação contribuirão para promover uma educação que irá além da informação de conteúdo ou da apresentação de um recurso bonito e moderno em sala de aula. Este estudo serve de base para o planejamento, elaboração e análise de recursos tecnológicos de apoio à Educação. REFERÊNCIAS CARVALHO, Ana A.A. A Teoria da Flexibilidade Cognitiva na Formação à Distancia: um estudo da www. Disponível em: < Acessado em 08 maio de IEEE Learning Tecnology Standard Committee (LTSC). (2005) In: WG12 Learning Object Metadata. Disponível em < Acesso em 10/01/2006. KONRATH, Mary Lúcia Pedroso; Nós no Mundo : Explorando estratégias Pedagógicas. Projeto de Dissertação. UFRGS, Porto Alegre, NUNES, Marcelo; GIRAFFA, Lúcia A educação na ecologia digital. PPGCC/FACIN, PUCRS. PARREIRAS, Maria C. O O Enfoque da Psicológica Cognitiva Atual. Belo Horizonte, Ed.Ufmg. SINGH. H Introduction to Learning Objects. IMSPROJECT. Disponível em: < Acessado em: 28 maio SPIRO, R. et all Cognitive Flexibility Theory: Advanced Knowledge Acquisition. In: Tenth Annual Conference of the Cognitive Science Society. Proceedings Hillsdale, NJ: Erlbaum. p WILEY, D. A Connecting learning objects to instructional design theory: A definition a metaphor, and a taxonomy. Disponível em: < Acessado em: 28 mai