Ambientes de ensino Ambientes de ensino aprendizagem apoiados por aprendizagem apoiados por

computador e redescomputador e redes

Liame TaroucoLiame TaroucoPGIEPGIE

UFRGSUFRGS

Evolução

Evolução do cenário

1960s Mainframe Programador comodesenvolvedor

1970s Minicomp.ComputaçãoDistribuída

Orientação da aprendizagemobjetivista

1980s RedesPCsLANs

Projetista de sistemasinstrucionaisOrientação objetivista

1990s Web based Desenvolvimento centradono estudanteOrientação construtivista

Primeiros sistemas de ensino usando computador e/ou

redes• Ambientes de aprendizagem baseados

em mainframe• Ensino baseado no instrutor

– CAI- Computer Aided Instruction– Abordagem pedagógica: behaviorismo

•pequenos passos•ritmo próprio•resposta ativa•feedback imediato

Objetivismo

• CBT - Computer Based Training• Treino e prática• Ensino em módulos• Estudante é suposto “absorver” o conteúdo• Ênfase à avaliação orientada a verificação

objetivos • Material pré-selecionado• Currículum sequência instrucional

Objetivismo

• Replica ensino tradicional em ambiente apoiado por tecnologia

Exemplo: SISCAI

• Início da década de 80• B6700 teleprocessamento• Ensino de FORTRAN• Instrução programada ramificada• Cerca de 1000 etapas• Duração do curso: 11 horas• Aproveitamento: ligeiramente superior ao

obtidos pelos alunos nos cursos tradicionais

CAIMI

• SISCAI para microcomputador• Conversão para BASIC• Facilidades para entrada e edição de

textos interativamente • Usado em simulações de

procedimentos médicos

PILOT

• Programmed Inquiry Learning Or Teaching• Linguagem de autoração para CAI• Facilidades para comparação de respostas• Desvios condicionais na sequência

instrucional• Cálculos

Surge a multimídia no computador

• Recursos variados disponíveis para o professor e para o estudante

Popularidade da multimídia

• A multimídia é popular porque:– muitas pessoas usam recursos multimídia no

trabalho, na escola, em casa– Como as pessoas tem mais contacto com tais

recursos existe a natural expectativa de que os mesmos sejam usados em todas as situações possíveis:

• compras• home-banking• educação

Porque usar multímídia

• Os jovens aprendem mais da metade do que sabem a partir de informação visual

• Numa sociedade onde interesses poderosos empregam dados visuais para persuadir (Alvin Toffler chamou de info-tatics) os educadores devem ser capazes de empregar multimídia nos ambientes de ensino-aprendizagem que constroem.

Elementos para a produção de multimídia

CBT

• Computer Based Training• Orientação básica: comportamentalismo

– pequenas etapas– ritmo próprio– resposta ativa– feedback imediato

• Multimídia

CBT - ferramentas

• Ferramentas avançadas de autoração reduzem as dificuldades técnicas para desenvolver sistemas interativos

• O desenvolvedor pode concentrar-se no objetivo educacional de usar múltiplas mídias.

• Exemplos: – Toolbook– Winwise (registra interações com um dado software)

Evolução do ensino apoiado em computação

Construtivismo: alternativa epistemológica de como as pessoas aprendem e assimilam novos conhecimentos

TreinarDar aula Ajudar a aprender

AntesAntesAtualmente

Construtivismo

• Seres humanos são criaturas ativas na busca de conheciemento– Transformam e interpretam experiência usando

estruturas mentais– Assimilam novo conhecimento produzindo

estruturas cognitivas – Acomodam-se a estas novas estruturas de

conhecimento desenvolvidas– Usam-nas com sua coleção de experiências

Aprender

• A meta para o estudante é construir ou reinventar o conhecimento

– ordenando e re-ordenando– testando– justificando sua interpretação

Práticas construtivistas

Papel do estudante

• Ativo• Auto-dirigido• Aprender a aprender• Interações colaborativas

Exemplo desenvolvido por alunos de EDU3375: Baricentro

As três medianas de um triângulo interceptam-se num mesmo As três medianas de um triângulo interceptam-se num mesmo ponto que divide em duas partes tais que aquela que contém o ponto que divide em duas partes tais que aquela que contém o vértice é o dobro da outra. vértice é o dobro da outra.

X = Y = G

M2M3

M1B C

A

O que é baricentro?Baricentro é o ponto de

encontro das três medianas de um triângulo!!

.

Internet e a Educação

• Novas possibilidades, desafios e incertezas no processo de ensino-aprendizagem.

• Não podemos esperar da Internet a solução mágica para modificar profundamente a relação pedagógica

WBT-Web Based Training

• Auto-instrução, auto-dirigida• Usa facilidades permitidas pelos browsers• Veículo ideal para a apresentação de CBT

– atualização centralizada– multimidia, 3D, realidade virtual– animação, filmes– interação, audio, video

Educação neste novo cenário?

•Educar através da Rede não é transpor para outro ambiente modelos tradicionais, já existentes de Educação

•video aula•estudo dirigido (auto-instrução)

Educação via WWW

• Colocar informação do WWW é relativamente fácil mas isto pouco pode ter a ver com educar

•O mais deslumbrante site WWW pode ser completamente inefetivo, sob o ponto de vista educacional, se não for construído com o embasamento teórico apropriado.

Interações via WWW

ALUNO Colegas

Material deaprendizagem

Fontes deinformação

Ferramentas

Professor Monitor

Um novo cenário

• A aula se converte num espaço real de interação, de troca de resultados, de comparação de fontes, de enriquecimento de perspectivas, de discussão das contradições, de adaptação dos dados à realidade dos alunos.

Um novo papel

• O professor não é o "informador", mas o coordenador do processo de ensino-aprendizagem.

• Estimula, acompanha a pesquisa, debate os resultados.

• Ensinar é orientar, estimular, relacionar, mais que informar.

Novos cenário• Só orienta aquele que conhece, que tem uma

boa base teórica e que sabe comunicar • O professor vai ter que atualizar-se

– abrir-se para as informações que o aluno vai trazer– aprender com o aluno– interagir com ele

Construindo o conhecimento

• Cognição: ato de adquirir conhecimento – interação do sujeito com o objeto do conhecimento– construção do conhecimento

• Psicologia cognitiva se refere a todo processo pelo qual o input sensório é transformado, reduzido, elaborado, armazenado, recuperado e usado

Ciência da cognição

• A ciência da cognição surgiu através da insatisfação com o Behaviorismo e com a influência dos avanços tecnológicos.

• Os psicólogos cognitivistas estudam a resolução de nossas tarefas mentais e desenvolvem modelos para essas explicações.

Ciência da cognição

• Ciência da Cognição – aquisição de novos conhecimentos– a forma como serão incorporados pelos sujeitos.

• Compreender as capacidades, os processos, as estratégias e as representações mentais no decorrer das realizações das tarefas.

Modelo de armazenamento de memória

Memória de longa duração

Transferência da informação a partir do armazenamento sensorial

Memória de curta duração

Etapas no armazenamento de

informação• Entrada da informação e armazenamento

sensorial• Transferência da informação a partir do

armazenamento sensorial• Armazenamento primário ou memória de

curto prazo• Memória de longa duração• Chamada da informação a partir da memória

Aquisição de informação

• A aquisição da informação ocorre neste primeiro estágio e desaparece em poucos segundos.

• Verbal acústica• O agrupamento de pedaços de

informação em fragmentos altamente ordenados ("chunks") diminuem a carga da memória

Memória de curto prazo

• A informação aqui armazenada é um reflexo dos estímulos originais.

• A duração da informação nesta etapa é curta e usualmente desaparece após 15 segundos.

• Capacidade limitada: 7 mais ou menos 2• A informação pode ser copiada ou

transferida daqui para a memória de longo prazo.

Lembrar x esquecer

• Quais as informação que serão lembradas ou esquecidas dependem dos eventos que ocorreram antes e depois da informação

• Habilidade de codificar e lembrar de uma nova informação é afetada por. – Interferência pró-ativa:

• conhecimento prévio sobre um tópico – Interferência reativa

• eventos que ocorrem após o armazenamento da informação e que também podem afetá-la

Memória de longo prazo

• A retenção da informação na memória de longa duração é muito mais eficiente se identificarmos temas super ordenados que reunam e organizam outros itens discretos de informação

Esquemas

Esquemas

• construção cognitiva que categoriza a informação de forma que ela possa ser tratada.

• blocos fundamentais do conhecimento• tem a função de reduzir a sobrecarga

da memória de trabalho.

Processamento automático

• O processamento automático permite que a informação seja automaticamente processada, com pouco ou quase nenhum esforço consciente.

Enquanto a aquisição de esquemas é o componente essencial na solução de problemas e exercícios semelhantes àquelas já aprendidos, a automação parece ser o ingrediente chave quando se lida com novos problemas.

Aplicação no ensino ?

• Embora estes conceitos sejam largamente aceitos, o ensino raramente é estruturado tendo isto em mente.

• Os programas de treinamento freqüentemente sobrecarregam a memória de trabalho dos aprendizes e dificultam a aquisição de esquemas e a automação.

Uma nova maneira de adquirir o conhecimento

• Aprender-fazendo (simulação)• A dimensão lúdica ganha cada vez mais espaço

(jogos)• O educando assume uma postura ativa

– Interage– Dialoga– Vê-se diante do desafio de selecionar informações e

atribuir-lhes significados.

Acentuadores de cognição

• Blowman sugeriu o uso de acentuadores de cognição pelos quais o estudante é estimulado a reorientar ou reformular materiais existentes

• Ensinando o computador ...– Inteligência artificial– Exemplo

• Fragata sabe tudo

Interação

• Interatividade é um fator crítico no desenvolvimento de ambientes de ensino-aprendizagem

• Há um largo espectro de possibilidades e modos para o envolvimento do estudante no processo de aprendizagem.

Graus de engajamento, controle e síntese em aprendizagem baseada

em computador (Hammond)

Novas formas de interação• Professores podem visitar o ambiente do aluno

– câmaras digitais – remotamente comandadas – ler o trabalho do aluno– controlar o ambiente de trabalho

• Os alunos podem ir até a escola ou centro de suporte remoto. – Chat, videoconferência– Compartilhamento de dúvidas com os colegas

Colaboração e ensino(groupware & learningware)

• Tecnologias para debates virtuais em tempo real e com utilização de recursos multimídia, em alta velocidade – Quadros brancos compartilhados

(whiteboard)– Telepresença– Realidade virtual

Videoconferência no ensino à distância

Comunicação visualmais

Suporte do computador para interagir, cooperar, compartilhar mensagens e

arquivos.

Interatividade no ambiente hipertexto

• Embora, em programas de hipertexto o estudante seja solicitado constantemente a apertar teclas e avançar pelas unidades de informação, o estudante pode cognitivamente permanecem bastante passivo.

Nível de atividade

• Até mesmo apresentações de multimedia qualificadas e persuasivas, são raramente interativas no sentido real, em que exigem que o estudante que envolva o julgamento e intuição própria ao lidar com o conteúdo do programa.

• Cognitivamente passivo

Relacionamento interpessoal

• Realimentação mais intensa é a proveniente do relacionamento interpessoal– Reações face-a-face são mais vívidas do

que informação gráfica ou impressa– Reações são mais personalizadas

Aprendizado por investigação

O professor não é mais o sábio no estágio de fornecedor de um corpo fixo de informações, ele torna-se um facilitador da aprendizagem por descoberta de seus alunos, através de conferências progressivas.

Problem Based Learning

• Estratégia pedagógico/didática centrada no aluno.

• Ele é exposto a situações motivadoras nos grupos tutoriais, onde, através dos problemas, é levado a definir objetivos de aprendizado cognitivo sobre os temas do currículo.

• Estágios e atividades laboratoriais completam sua formação

Aprender a aprender

• Um dos fundamentos principais do método PBL é que deve-se ensinar o aluno a aprender, permitindo que ele busque o conhecimento nos inúmeros meios de difusão do conhecimento hoje disponíveis e que aprenda a utilizar e a pesquisar estes meios.

Colaboração

• A colaboração, o trabalho em grupo é uma constante no processo de aprendizagem apoiado por computador

• Ferramentas de suporte à atividade de grupo são necessárias

• CSCW - Computer Supported Cooperative Work

• Groupware

Colaboração

Comunicação

• Intercâmbio de todas as formas de dados• Síncrona e assíncronamente• Várias formas:

– email (em combinação com anexos MIME)– audio e vídeo conferência– apresentação remota– quadro branco eletrônico– compartilhamento de aplicações

Cooperação

• Permitir tornar os resultados intermediários disponíveis para outros com controle de acesso– mecanismo de upload– catalogação automática– indexação e suporte à pesquisa– anotação de documentos multimídia– compartilhamento de aplicações– espaço virtual compartilhado

Coordenação

• gerenciamento de composição de grupos• agendamento (scheduling)• controle de participação• avaliação de performance

– avaliação formativa– avaliação somativa

Interatividade e feedbackcom o computador

• Escolha simples• Múltipla escolha

• Resposta objetiva

Resposta aberta

Programs CGI para corrigir e prover índice de acertos

Java e javascriptSistemas que empregam

Inteligência ArtificialInterveniência humana

Videoconferência

• FULL MOTION VIDEO - Transmissão de áudio e imagem animada com qualidade de TV– TV 30 quadros/seg– CINEMA 24 quadros/seg– Videoconferência 15 quadros/seg ou menos

• VIDEOCONFERÊNCIA– Audio e vídeo bidirecional

Desktop videoconferencing

• Computador pessoal• Pode incluir compartilhamento de documentos• Salas de videoconferência podem ser usadas• Multiponto (muitos para muitos)

– refletor (CuSeeMe)– multicast (IP classe D) - MBONE– MCU (multipoint control unit)

Software de videoconferência• CuSeeMe - Universidade de Cornell• Enhaced CuSeeMe - White Pine

Reuniões virtuais• Uma videoconferência onde cada pessoa

está no foco de uma câmara distinta e o professor pode ver múltiplos locais ao mesmo tempo.

Outras soluções para vídeo

• Real Vídeo– plugin que vai apresentando o vídeo

enquanto o mesmo vai sendo recebido• Live MPEG Vídeo

– Recepção contínua de vídeo codificado segundo padrão MPEG

Quadro branco

• Ferramenta de suporte a “brain storm”• Co-autoração• Pode ser concomitante com

videoconferência

Netmeeting da Microsoft

Realidade Virtual

• Ambientes virtuais colaborativos– presença virtual

• avatar• representações estáticas ou móveis

– simulação e apresentação dos resultados– imersão total

Realidade virtual

• Imersão– HMD (head mounted display)– Luvas– Acionadores tacteis

• VRML - Virtual Reality Modeling Language

Exemplo

• Exemplo: passeio pelo corpo humano

• Enorme volume de dados requerem redes de alta velocidade: > 100 MBPS

Ambientes virtuais simplificados

• Talk• IRC• Janela de CHAT• Adição de cenário

– Exemplo:The Palace

Realidade virtual e ensino à distância

• Colaboração e interação

• Ambiente– avatares– imersão– sensores– acionadores

Realidade Virtual

• Sensor de proximidade

Conclusões

• A tecnologia de computação e redes está evoluindo e tornando viável cenários até bem pouco pareciam ficção científica

• Os requisitos para a aplicação destas tecnologias na educação está impulsionando a Internet para uma patamar acima em termos de arquitetura de rede : Internet2