Teoria do Processamento da Informação: Aplicações Instrucionais

Os princípios do processamento da informação têm sido cada vez mais aplicados em contextos de aprendizagem escolar. A relevância da teoria para a educação continuará a expandir-se com pesquisas futuras. Três aplicações instrucionais que refletem os princípios do processamento da informação são os organizadores prévios, as condições de aprendizagem e a carga cognitiva.

Organizadores prévios são declarações amplas apresentadas no início das aulas que ajudam a conectar o novo material com o aprendizado anterior (Mayer, 1984). Os organizadores direcionam a atenção dos alunos para conceitos importantes a serem aprendidos, destacam as relações entre as ideias e vinculam o novo material ao que os alunos já sabem (Faw & Waller, 1976). Os organizadores também podem ser mapas mostrados com texto acompanhante (Verdi & Kulhavy, 2002). Assume-se que as estruturas cognitivas dos alunos são organizadas hierarquicamente, de modo que conceitos inclusivos englobam os subordinados. Os organizadores fornecem informações em níveis altos nas hierarquias.

A base conceitual dos organizadores deriva da teoria da aprendizagem receptiva significativa de Ausubel (1963, 1968, 1977, 1978; Ausubel & Robinson, 1969). A aprendizagem é significativa quando o novo material tem uma relação sistemática com conceitos relevantes na MDL; ou seja, o novo material expande, modifica ou elabora informações na memória. A significância também depende de variáveis pessoais, como idade, experiências pregressas, status socioeconômico e formação educacional. As experiências anteriores determinam se os alunos acham o aprendizado significativo.

Ausubel defendeu o ensino dedutivo: ideias gerais são ensinadas primeiro, seguidas por pontos específicos. Isso exige que os professores ajudem os alunos a dividir as ideias em pontos menores e relacionados e a vincular novas ideias a conteúdos semelhantes na memória. Em termos de processamento de informações, os objetivos do modelo são expandir as redes proposicionais na MDL adicionando conhecimento e estabelecer links entre as redes. O ensino dedutivo funciona melhor com alunos mais velhos (Luiten, Ames, & Ackerson, 1980).

Os organizadores prévios preparam o terreno para a aprendizagem receptiva significativa. Os organizadores podem ser expositivos ou comparativos. Os organizadores expositivos fornecem aos alunos novos conhecimentos necessários para compreender a lição. Os organizadores expositivos incluem definições de conceitos e generalizações. As definições de conceitos declaram o conceito, um conceito superordenado e as características do conceito. Ao apresentar o conceito “animal de sangue quente”, um professor pode defini-lo (ou seja, animal cuja temperatura corporal interna permanece relativamente constante), relacioná-lo a conceitos superordenados (reino animal) e dar suas características (aves, mamíferos). Generalizações são declarações amplas de princípios gerais dos quais hipóteses ou ideias específicas são extraídas. Uma generalização apropriada para o estudo do terreno seria: “Menos vegetação cresce em altitudes mais elevadas.” Os professores podem apresentar exemplos de generalizações e pedir aos alunos que pensem em outros.

Organizadores comparativos introduzem novo material traçando analogias com material familiar. Os organizadores comparativos ativam e vinculam redes na MDL. Se um professor estivesse ministrando uma unidade sobre o sistema circulatório do corpo para alunos que estudaram sistemas de comunicação, o professor poderia relacionar os sistemas circulatório e de comunicação com conceitos relevantes, como fonte, meio e alvo. Para que os organizadores comparativos sejam eficazes, os alunos devem ter uma boa compreensão do material usado como base para a analogia. Os alunos também devem perceber a analogia facilmente. A dificuldade em perceber relações análogas impede o aprendizado.

Evidências sugerem que os organizadores promovem o aprendizado e a transferência (Ausubel, 1978; Faw & Waller, 1976; Mautone & Mayer, 2007). Os mapas são organizadores eficazes e se prestam bem à infusão em aulas por meio da tecnologia (Verdi & Kulhavy, 2002). Mayer (1979) relatou uma pesquisa com estudantes universitários que não tinham experiência em programação de computadores. Os alunos receberam materiais de programação para estudar; um grupo recebeu um modelo conceitual como organizador, enquanto o outro grupo recebeu os mesmos materiais sem o modelo. O grupo do organizador prévio teve um desempenho melhor em itens de pós-teste que exigiam transferência para itens diferentes daqueles discutidos no material instrucional. Os organizadores podem ajudar os alunos a relacionar o novo material a um conjunto mais amplo de experiências, o que facilita a transferência.

Uma das teorias instrucionais mais conhecidas baseada em princípios cognitivos foi formulada por Robert Gagné (1985). Esta teoria envolve as condições de aprendizagem, ou as circunstâncias que prevalecem quando a aprendizagem ocorre (Ertmer, Driscoll, & Wager, 2003). Duas etapas são críticas. A primeira é especificar o tipo de resultado de aprendizagem; Gagné identificou cinco tipos principais (discutidos posteriormente). A segunda é determinar os eventos de aprendizagem, ou fatores que fazem a diferença na instrução.

Resultados de Aprendizagem

Gagné (1984) identificou cinco tipos de resultados de aprendizagem: habilidades intelectuais, informação verbal, estratégias cognitivas, habilidades motoras e atitudes (Tabela 'Resultados de aprendizagem na teoria de Gagné.').

Habilidades intelectuais incluem regras, procedimentos e conceitos. São formas de conhecimento processual ou produções. Este tipo de conhecimento é empregado ao falar, escrever, ler, resolver problemas matemáticos e aplicar princípios científicos a problemas.

Informação verbal, ou conhecimento declarativo, é o conhecimento de que algo é o caso. Informação verbal envolve fatos ou prosa conectada de forma significativa recordada verbatim (por exemplo, palavras de um poema ou o “Star Spangled Banner”). Esquemas são formas de informação verbal.

Estratégias cognitivas são processos de controle executivo. Incluem habilidades de processamento de informações, como prestar atenção a novas informações, decidir ensaiar informações, elaborar, usar estratégias de recuperação da MTL e aplicar estratégias de resolução de problemas.

Habilidades motoras são desenvolvidas através de melhorias graduais na qualidade (suavidade, tempo) dos movimentos obtidos através da prática. Enquanto as habilidades intelectuais podem ser adquiridas abruptamente, as habilidades motoras se desenvolvem gradualmente com a prática contínua e deliberada (Ericsson et al., 1993). As condições de prática diferem: habilidades intelectuais são praticadas com exemplos diferentes; a prática de habilidades motoras envolve a repetição dos mesmos movimentos musculares.

Atitudes são crenças internas que influenciam ações e refletem características como generosidade, honestidade e compromisso com uma vida saudável. Os professores podem organizar as condições para a aprendizagem de habilidades intelectuais, informação verbal, estratégias cognitivas e habilidades motoras, mas as atitudes são aprendidas indiretamente através de experiências e exposições a modelos ao vivo e simbólicos (televisados, gravados em vídeo).

Eventos de Aprendizagem

Os cinco tipos de resultados de aprendizagem diferem em suas condições. Condições internas são habilidades pré-requisitos e requisitos de processamento cognitivo; condições externas são estímulos ambientais que apoiam os processos cognitivos do aluno. Deve-se especificar o mais completamente possível ambos os tipos de condições ao projetar a instrução.

Condições internas são as capacidades atuais dos alunos armazenadas na MTL como conhecimento. Pistas instrucionais de professores e materiais ativam o conhecimento relevante da MTL (Gagné & Glaser, 1987). Condições externas diferem em função do resultado de aprendizagem e das condições internas. Para ensinar aos alunos uma regra da sala de aula, um professor pode informá-los sobre a regra e exibi-la visualmente. Para ensinar aos alunos uma estratégia para verificar sua compreensão, um professor pode demonstrar a estratégia e dar aos alunos prática e feedback sobre sua eficácia. Leitores proficientes são instruídos de forma diferente daqueles com problemas de decodificação. Cada fase da instrução está sujeita a alteração em função dos resultados de aprendizagem e das condições internas.

Hierarquias de Aprendizagem

Hierarquias de aprendizagem são conjuntos organizados de habilidades intelectuais. O elemento mais alto em uma hierarquia é a habilidade alvo. Para elaborar uma hierarquia, começa-se no topo e pergunta-se quais habilidades o aluno deve realizar antes de aprender a habilidade alvo ou quais habilidades são pré-requisitos imediatos para a habilidade alvo. Então, faz-se a mesma pergunta para cada habilidade pré-requisito, continuando pela hierarquia até chegar às habilidades que o aluno pode realizar agora (Dick & Carey, 1985; Merrill, 1987).

Hierarquias não são ordenações lineares de habilidades. Muitas vezes, é preciso aplicar duas ou mais habilidades pré-requisitos para aprender uma habilidade de ordem superior, sem que nenhum dos pré-requisitos dependa do outro. Nem as habilidades de ordem superior são necessariamente mais difíceis de aprender do que as de ordem inferior. Alguns pré-requisitos podem ser difíceis de adquirir; uma vez que os alunos dominam as habilidades de ordem inferior, aprender uma de ordem superior pode parecer mais fácil.

Fases da Aprendizagem

A instrução é um conjunto de eventos externos projetados para facilitar os processos internos de aprendizagem. A Tabela 'Fases de aprendizagem de Gagné' mostra as nove fases de aprendizagem agrupadas nas três categorias (Gagné, 1985).

A preparação para a aprendizagem inclui atividades introdutórias de aprendizagem. Durante a atenção, os alunos se concentram em estímulos relevantes para o material a ser aprendido (audiovisuais, materiais escritos, comportamentos modelados pelo professor). A expectativa do aluno orienta o aluno para o objetivo (aprender uma habilidade motora, aprender a reduzir frações). Durante a recuperação de informações relevantes da MTL, os alunos ativam as partes relevantes para o tópico estudado (Gagné & Dick, 1983).

As principais fases da aprendizagem são aquisição e desempenho. Percepção seletiva significa que os registros sensoriais reconhecem características de estímulo relevantes e os transferem para a MT. Codificação semântica é o processo pelo qual o novo conhecimento é transferido para a MTL. Durante a recuperação e resposta, os alunos recuperam novas informações da memória e dão uma resposta demonstrando a aprendizagem. Reforço se refere ao feedback que confirma a precisão da resposta de um aluno e fornece informações corretivas conforme necessário.

As fases de transferência da aprendizagem incluem recuperação de pistas e generalização. Na recuperação de pistas, os alunos recebem pistas sinalizando que o conhecimento anterior é aplicável naquela situação. Ao resolver problemas de palavras, por exemplo, um professor de matemática pode informar aos alunos que seu conhecimento de triângulos retângulos é aplicável. A generalização é aprimorada, proporcionando aos alunos a oportunidade de praticar habilidades com conteúdo diferente e em diferentes circunstâncias (por exemplo, dever de casa, sessões de revisão espaçadas).

Essas nove fases são igualmente aplicáveis aos cinco tipos de resultados de aprendizagem. Gagné e Briggs (1979) especificaram tipos de eventos instrucionais que podem acompanhar cada fase (Tabela 'Eventos instrucionais que acompanham as fases de aprendizagem (Gagné)'). Eventos instrucionais que aprimoram cada fase dependem do tipo de resultado. A instrução procede de forma diferente para habilidades intelectuais do que para informações verbais.

Uma questão é que o desenvolvimento de hierarquias de aprendizagem pode ser difícil e demorado. O processo requer experiência no domínio do conteúdo para determinar as habilidades pré-requisitos sucessivas—o escopo e a sequência da instrução. Mesmo uma habilidade aparentemente simples pode ter uma hierarquia complexa se os alunos tiverem que dominar vários pré-requisitos. Para aquelas habilidades com estruturas menos bem definidas (por exemplo, escrita criativa), desenvolver uma hierarquia pode ser difícil. Outra questão é que o sistema permite pouco controle do aluno porque prescreve como os alunos devem proceder. Apesar dessas questões, a teoria oferece sugestões sólidas sobre maneiras de aplicar os princípios de processamento de informações ao design da instrução (Ertmer et al., 2003).

O sistema de processamento de informação pode lidar apenas com uma certa quantidade de processamento por vez. Se muitos estímulos incidirem simultaneamente, os observadores perderão muitos deles devido à sua capacidade atencional limitada. A capacidade da MT é limitada. Como o processamento de informação leva tempo e envolve múltiplos processos cognitivos, em qualquer momento, apenas uma quantidade limitada de informação pode ser mantida na MT, transferida para a MLT, ensaiada e assim por diante.

A teoria da carga cognitiva leva em consideração essas limitações de processamento no design da instrução (DeLeeuw & Mayer, 2008; Schnotz & Kürschner, 2007; Sweller, van Merriënboer, & Pass, 1998). A carga cognitiva, ou as demandas sobre o sistema de processamento de informação, pode ser de dois tipos. A carga cognitiva intrínseca depende das propriedades inalteráveis da informação a ser aprendida e só é aliviada quando os alunos adquirem um esquema cognitivo eficaz para lidar com a informação. A carga cognitiva extrínseca é causada pela maneira como o material é apresentado ou pelas atividades exigidas do aluno (Bruning et al., 2004). Por exemplo, ao aprender relações trigonométricas chave (por exemplo, seno, tangente), uma certa carga cognitiva (intrínseca) é inerente ao material a ser aprendido, nomeadamente, desenvolver conhecimento sobre as razões dos lados de um triângulo retângulo. Como o material é ensinado influencia a carga cognitiva extrínseca. Os professores que fazem apresentações claras ajudam a minimizar a carga cognitiva extrínseca, enquanto aqueles que explicam esses conceitos de forma inadequada aumentam a carga extrínseca.

De maneira semelhante, Mayer e Moreno (2003) distinguiram três tipos de demandas cognitivas. O processamento essencial refere-se aos processos cognitivos necessários para entender o material (semelhante à carga intrínseca). O processamento incidental refere-se ao processamento não necessário para a aprendizagem, mas que pode ajudar a aumentar a compreensão. A retenção representacional denota a retenção temporária de informação na memória enquanto outra informação está sendo processada. Mayer e Moreno sugeriram que a aprendizagem avança melhor quando os alunos podem concentrar seus recursos no processamento essencial e poucos ou nenhuns recursos nos outros tipos.

Uma ideia chave é que os métodos de instrução devem diminuir a carga cognitiva estranha para que os recursos existentes possam ser dedicados à aprendizagem (van Merriënboer & Sweller, 2005). O uso de andaimes deve ser benéfico (van Merriënboer, Kirschner, & Kester, 2003). Inicialmente, o andaime ajuda os alunos a adquirir habilidades que provavelmente não adquiririam sem a assistência. O andaime ajuda a minimizar a carga extrínseca para que os alunos possam concentrar seus recursos nas demandas intrínsecas da aprendizagem. À medida que os alunos desenvolvem um esquema para trabalhar com as informações, a assistência do andaime pode ser eliminada gradualmente.

Outra sugestão é usar o sequenciamento de material do simples para o complexo (van Merriënboer et al., 2003), em linha com a teoria de Gagné. A aprendizagem complexa é dividida em partes simples que são adquiridas e combinadas em uma sequência maior. Este procedimento minimiza a carga cognitiva, para que os alunos possam concentrar seus recursos cognitivos na aprendizagem em questão.

Uma terceira sugestão é usar tarefas autênticas na instrução. A teoria da elaboração de Reigeluth (1999), por exemplo, exige a identificação de condições que simplifiquem o desempenho da tarefa e, em seguida, o início da instrução com um caso simples, mas autêntico (por exemplo, um que possa ser encontrado no mundo real). As tarefas que têm significado no mundo real ajudam a minimizar a carga extrínseca porque não exigem que os alunos se envolvam em processamento estranho para entender o contexto. É mais significativo, por exemplo, para os alunos determinar o seno do ângulo formado pela junção de um ponto a 40 pés do mastro da escola ao topo do mastro do que resolver problemas trigonométricos comparáveis em um livro didático.

Essas considerações também sugerem o uso da aprendizagem colaborativa. À medida que a carga cognitiva aumenta, a aprendizagem por indivíduos torna-se menos eficaz e eficiente (Kirschner, Paas, & Kirschner, 2009). Com maior complexidade da tarefa, dividir as demandas de processamento cognitivo entre os indivíduos reduz a carga cognitiva sobre os alunos individuais. Essas ideias se encaixam bem com a ênfase construtivista na colaboração entre pares.

As teorias de processamento da informação focam na atenção, percepção, codificação, armazenamento e recuperação do conhecimento. O processamento da informação tem sido influenciado por avanços nas comunicações, tecnologia da computação e neurociência.

Influências históricas importantes nas visões contemporâneas de processamento da informação são a psicologia da Gestalt e o aprendizado verbal. Os teóricos da Gestalt enfatizaram o papel da organização na percepção e no aprendizado. Pesquisadores de aprendizado verbal usaram aprendizado serial, recordação livre e tarefas de pares associados. Várias descobertas importantes foram obtidas na pesquisa de aprendizado verbal. Estudos de recordação livre mostraram que a organização melhora a recordação e que as pessoas impõem sua própria organização quando nenhuma está presente. Uma das principais contribuições foi o trabalho em interferência e esquecimento.

Um modelo de memória de dois armazenamentos (dual) tem sido amplamente aplicado. A informação entra pelos registros sensoriais. Embora exista um registro para cada sentido, a maioria das pesquisas tem sido conduzida nos registros visual e auditivo. Em qualquer momento, apenas uma quantidade limitada de informação pode ser atendida. A atenção pode atuar como um filtro ou uma limitação geral na capacidade do sistema humano. As entradas atendidas são percebidas ao serem comparadas com a informação na MLP.

A informação entra na MCP (MT), onde é retida através de repetição e ligada com informação relacionada na MLP. A informação pode ser codificada para armazenamento na MLP. A codificação é facilitada através de organização, elaboração, significado e ligações com esquemas. A MLP é organizada por conteúdo, e a informação é referenciada cruzadamente com conteúdo relacionado. Processos de controle monitoram e direcionam o fluxo de informação através do sistema.

Visões alternativas de memória a concebem em termos de níveis de processamento, nível de ativação, conexionismo e processamento distribuído paralelo. Cada uma dessas visões tem vantagens e desvantagens, e alguma integração de visões pode melhor caracterizar a memória.

Os processos de atenção e percepção envolvem características críticas, modelos e protótipos. Enquanto a MT é limitada em capacidade e duração, a MLP parece ser muito grande. A unidade básica de conhecimento é a proposição, e as proposições são organizadas em redes. Tipos de conhecimento incluem declarativo, procedural e condicional. Grandes porções de conhecimento procedural podem ser organizadas em sistemas de produção. As redes também são ligadas de forma conexionista através da ativação disseminada para melhorar a referência cruzada e a transferência. A recuperação do conhecimento depende de ser acessado na MLP. A falha em recuperar pode resultar do decaimento da informação ou interferência. A informação pode ser melhor recuperada com dicas presentes durante a codificação (especificidade da codificação).

Uma área que ilustra o armazenamento e recuperação de informação na MLP é a compreensão da linguagem, que envolve percepção, análise e utilização. As comunicações são incompletas; os falantes omitem informação que esperam que os ouvintes saibam. A compreensão eficaz da linguagem requer que os ouvintes possuam conhecimento proposicional e esquemas adequados e compreendam o contexto. Para integrar a informação na memória, os ouvintes identificam a informação dada, acessam-na na MLP e relacionam a nova informação a ela. A compreensão da linguagem é um aspecto central da alfabetização e se relaciona fortemente com o sucesso acadêmico: especialmente em disciplinas que requerem leitura extensiva.

Embora exista muita evidência de que a informação é armazenada na memória em forma verbal (significados), também existe evidência de armazenamento de imagens. As imagens são representações análogas: são semelhantes, mas não idênticas aos seus referentes. A teoria do código duplo postula que o sistema imaginal armazena principalmente objetos e eventos concretos e o sistema verbal armazena informação mais abstrata expressa em linguagem. Inversamente, as imagens podem ser reconstruídas na MT a partir de códigos verbais armazenados na MLP. Evidências do desenvolvimento mostram que as crianças são mais propensas do que os adultos a representar o conhecimento como imagens, mas a representação imaginal pode ser desenvolvida em pessoas de qualquer idade.

Embora muita pesquisa inicial sobre processamento da informação fosse de natureza básica e conduzida em laboratórios experimentais, os pesquisadores estão cada vez mais conduzindo pesquisas em ambientes aplicados e especialmente sobre o aprendizado de conteúdo acadêmico. Três aplicações instrucionais que refletem os princípios do processamento da informação envolvem organizadores prévios, as condições de aprendizado e a carga cognitiva.