Tecnologia e Instrução: Processos de Aprendizagem Cognitiva

Nos últimos anos, testemunhamos uma rápida explosão da tecnologia na instrução através do aprendizado eletrônico e a distância (Bernard et al., 2009; Brown, 2006; Campbell, 2006; Clark, 2008; Jonassen, 1996; Jonassen et al., 1999; Larreamendy-Joerns & Leinhardt, 2006; Roblyer, 2006; Winn, 2002). A tecnologia frequentemente é equiparada a equipamentos (por exemplo, computadores), mas seu significado é muito mais amplo. Tecnologia se refere aos designs e ambientes que envolvem os aprendizes (Jonassen et al., 1999). A pesquisa sobre os efeitos da tecnologia na aprendizagem está aumentando, assim como os esforços para remover barreiras à infusão de tecnologia na instrução (Ertmer, 1999).

A tecnologia tem o potencial de facilitar a instrução de maneiras que antes eram inimagináveis. Não muito tempo atrás, as aplicações tecnológicas em sala de aula eram limitadas a filmes, televisões, projetores de slides, rádios e similares. Hoje, os alunos podem experimentar simulações de ambientes e eventos que nunca poderiam em aulas regulares, receber instrução e se comunicar com outros a longas distâncias e interagir com grandes bases de conhecimento e sistemas de tutoria especializada.

Um desafio para os pesquisadores é determinar como a tecnologia afeta os processos cognitivos dos aprendizes durante a codificação, retenção, transferência, resolução de problemas e assim por diante. O material desta seção sobre ambientes de aprendizado baseados em computador e educação a distância não é um guia prático sobre como usar a tecnologia na educação. Em vez disso, esta seção se concentra no papel que a tecnologia desempenha na aprendizagem. Os leitores interessados em aplicações aprofundadas da tecnologia devem consultar outras fontes (Brown, 2006; Kovalchick & Dawson, 2004a, 2004b; Roblyer, 2006; Winn, 2002).

Os alunos estão aprendendo cada vez mais em ambientes baseados em computador. Os pesquisadores estão altamente interessados nos papéis que os computadores desempenham no ensino e na aprendizagem. Embora a aprendizagem em ambientes baseados em computador não seja uma teoria da aprendizagem, é importante saber se os computadores melhoram o desempenho escolar e ajudam a desenvolver o pensamento crítico e as habilidades de resolução de problemas.

É tentador avaliar a aprendizagem baseada em computador comparando-a com a aprendizagem que não envolve computadores, mas tais comparações podem ser enganosas porque outros fatores (por exemplo, autenticidade do conteúdo, interações professor-aluno/aluno-aluno) também podem diferir. Em vez de focar nessa questão, parece mais produtivo examinar os tipos de processos cognitivos que podem ocorrer em ambientes baseados em computador e a partir de outras aplicações tecnológicas.

Jonassen et al. (1999) apresentaram uma perspectiva dinâmica sobre o papel da tecnologia na aprendizagem. Os máximos benefícios da tecnologia derivam quando ela energiza e facilita o pensamento e a construção do conhecimento. Nesta conceituação, a tecnologia pode servir as funções mostradas nos objetivos listados 'Funções da tecnologia'. As aplicações tecnológicas relevantes para a aprendizagem descritas nesta seção são diferencialmente eficazes na realização dessas funções.

• Ferramenta para apoiar a construção do conhecimento
• Veículo de informação para explorar o conhecimento para apoiar a aprendizagem através da construção
• Contexto para apoiar a aprendizagem através da prática
• Meio social para apoiar a aprendizagem através da conversação
• Parceiro intelectual para apoiar a aprendizagem através da reflexão

Instrução Baseada em Computador (IBC)

Até alguns anos atrás, quando foi suplantada pela Internet, a instrução baseada em computador (IBC) (ou CAI—instrução assistida por computador) era a aplicação mais comum da aprendizagem por computador nas escolas (Jonassen, 1996). A IBC é frequentemente usada para exercícios e tutoriais, que apresentam informações e feedback aos alunos e respondem com base nas respostas dos alunos.

Embora a IBC seja limitada no que pode fazer, vários recursos da IBC estão firmemente fundamentados na teoria e pesquisa da aprendizagem (Lepper, 1985). O material pode atrair a atenção dos alunos e fornecer feedback de resposta imediata. O feedback pode ser de um tipo não frequentemente dado na sala de aula, como a comparação do desempenho atual dos alunos com seus desempenhos anteriores (para mostrar o progresso na aprendizagem). Os computadores individualizam o conteúdo e a taxa de apresentação.

Outra vantagem da IBC é que muitos programas permitem a personalização; os alunos inserem informações sobre si mesmos, pais e amigos, que são então incluídas na apresentação instrucional. A personalização pode produzir um desempenho mais alto do que outros formatos (Anand & Ross, 1987). Personalizar a instrução pode melhorar a significância e facilitar a integração do conteúdo nas redes da MTL. A construção do conhecimento deve ser auxiliada com referenciais familiares.

Simulações e Jogos

Simulações representam situações reais ou imaginárias que não podem ser trazidas para o ambiente de aprendizagem. Exemplos são programas que simulam voos de aeronaves, expedições subaquáticas e a vida em uma cidade fictícia. Os aprendizes podem construir redes de memória melhores quando têm referentes tangíveis durante a aprendizagem. Jogos são projetados para criar um contexto de aprendizagem agradável, ligando o material com esporte, aventura ou fantasia. Os jogos podem enfatizar habilidades de pensamento e resolução de problemas, mas também podem ser usados para ensinar conteúdo (por exemplo, jogo de basquete para ensinar frações).

Lepper (1985; Lepper & Hodell, 1989) sugeriu que os jogos também influenciam a aprendizagem, aumentando a motivação. A motivação é maior quando existe uma relação endógena (natural) entre o conteúdo e os meios (“efeitos especiais”) pelos quais o jogo ou simulação apresenta o conteúdo. Frações estão endogenamente relacionadas a um jogo de basquete, por exemplo, quando os alunos são solicitados a determinar quanta quadra é coberta por jogadores driblando na quadra. Tal relação endógena melhora a significância e a codificação e o armazenamento na MTL. Em muitos jogos e simulações, no entanto, a relação entre conteúdo e meios é arbitrária, como quando a resposta correta de um aluno a uma pergunta produz elementos de fantasia (por exemplo, personagens de desenhos animados). Quando a relação é arbitrária, o jogo não produz melhor aprendizado do que o ensino tradicional, embora o primeiro possa ser mais interessante.

Como um tipo de ambiente baseado em computador, as simulações parecem adequadas para aprendizagem por descoberta e investigação. Em sua revisão de estudos que utilizam simulações de computador na aprendizagem por descoberta, de Jong e van Joolingen (1998) concluíram que as simulações eram mais eficazes do que o ensino tradicional para incutir o processamento cognitivo “profundo” (intuitivo) dos alunos. As simulações também podem ser benéficas para o desenvolvimento de habilidades de resolução de problemas. Semelhante aos resultados para o CBI, Moreno e Mayer (2004) descobriram que mensagens personalizadas de um agente na tela durante as simulações melhoraram a retenção e a resolução de problemas melhor do que mensagens não personalizadas. Woodward, Carnine e Gersten (1988) descobriram que a adição de simulações de computador ao ensino estruturado produziu ganhos na resolução de problemas para alunos do ensino médio com educação especial em comparação com o ensino tradicional sozinho. Os autores observaram, no entanto, que o mecanismo que produz esses resultados não era claro e que os resultados podem não se generalizar para simulações de computador independentes.

Multimídia/Hipermídia

Multimídia refere-se à tecnologia que combina as capacidades de várias mídias, como computadores, filmes, vídeos, som, música e texto (Galbreath, 1992); hipermídia refere-se à mídia vinculada ou interativa (Roblyer, 2006). A aprendizagem multimídia e hipermídia ocorre quando os alunos interagem com informações apresentadas em mais de um modo (por exemplo, palavras e imagens; Mayer, 1997). As capacidades dos computadores para interagir com outras mídias avançaram rapidamente. Vídeo streaming, CDs e DVDs são comumente usados com computadores para fins instrucionais (Hannafin & Peck, 1988; Roblyer, 2006).

Multimídia e hipermídia têm implicações importantes para o ensino, porque oferecem muitas possibilidades de infusão de tecnologia na instrução (Roblyer, 2006). Evidências de pesquisa fornecem algum suporte para os benefícios da multimídia para a aprendizagem. Em sua revisão de estudos de pesquisa, Mayer (1997) descobriu que a multimídia aprimorava a resolução de problemas e a transferência dos alunos; no entanto, os efeitos foram mais fortes para alunos com pouco conhecimento prévio e alta capacidade espacial. Dillon e Gabbard (1998) também concluíram de sua revisão que os efeitos dependiam em parte da habilidade: alunos com menor habilidade geral tiveram a maior dificuldade com multimídia. O estilo de aprendizagem foi importante: alunos dispostos a explorar obtiveram os maiores benefícios. A multimídia parece especialmente vantajosa em tarefas específicas que exigem busca rápida por informações.

Pesquisadores investigaram as condições que favorecem o aprendizado com multimídia. Quando informações verbais e visuais (por exemplo, narração e animação) são combinadas durante a instrução, os alunos se beneficiam da codificação dual (Paivio, 1986). A apresentação simultânea ajuda os aprendizes a formar conexões entre palavras e imagens, porque elas estão na MT ao mesmo tempo (Mayer, Moreno, Boire, & Vagge, 1999). A multimídia pode facilitar o aprendizado melhor do que adaptar a mídia às diferenças individuais dos alunos (Reed, 2006). Ao usar diferentes mídias, os professores aumentam a probabilidade de que pelo menos um tipo seja eficaz para cada aluno. Alguns dispositivos instrucionais que auxiliam o aprendizado multimídia são: sinais de texto que enfatizam a estrutura do conteúdo e sua relação com outros materiais (Mautone & Mayer, 2001); mensagens personalizadas que se dirigem aos alunos e os fazem sentir como participantes da lição (Mayer, Fennell, Farmer, & Campbell, 2004; Moreno & Mayer, 2000); permitir que os aprendizes exerçam controle sobre o ritmo da instrução (Mayer & Chandler, 2001); animações que incluem movimento e simulações (Mayer & Moreno, 2002); ser capaz de interagir com um palestrante na tela (Mayer, Dow, & Mayer, 2003); fazer um teste prático sobre o material (Johnson & Mayer, 2009); e ser exposto a um orador humano em vez de um orador gerado por máquina (Mayer, Sobko, & Mantone, 2003).

Os benefícios máximos da multimídia exigem que algumas questões logísticas e administrativas sejam abordadas. As capacidades interativas são caras para desenvolver e produzir, embora sejam muito eficazes (Moreno & Mayer, 2007). Os custos podem impedir que muitos sistemas escolares comprem componentes. O vídeo interativo pode exigir tempo de instrução adicional, porque apresenta mais material e exige maior tempo do aluno. Mas os ambientes de aprendizagem multimodais interativos oferecem um grande potencial para aumentar a motivação dos alunos (Scheiter & Gerjets, 2007). A maior quantidade de controle do aluno que é possível produz melhores benefícios na aprendizagem e pode promover a autorregulação (Azevedo, 2005b).

Apesar das potenciais questões envolvendo custos e habilidades tecnológicas necessárias, multimídia e hipermídia parecem beneficiar o aprendizado dos alunos, e a pesquisa está mostrando cada vez mais que essa tecnologia pode ajudar a desenvolver o aprendizado autorregulado dos alunos (Azevedo, 2005a, 2005b; Azevedo & Cromley, 2004; Azevedo, Guthrie, & Siebert, 2004). As aplicações continuarão a ser desenvolvidas à medida que a tecnologia avança (Roblyer, 2006). Mais pesquisas são necessárias sobre os efeitos da multimídia na motivação e como vinculá-la a uma sequência de aquisição de habilidades autorregulatórias (por exemplo, influência social para auto-influência; Zimmerman & Tsikalas, 2005).

E-learning

E-learning refere-se à aprendizagem por meio de recursos entregues eletronicamente. O termo é frequentemente usado para se referir a qualquer tipo de comunicação eletrônica (por exemplo, videoconferência, e-mail); no entanto, aqui é usado no sentido mais restrito de instrução pela Internet (baseada na Web).

A Internet (uma coleção internacional de redes de computadores) é um sistema de recursos compartilhados que ninguém possui. A Internet fornece acesso a outras pessoas (usuários) por meio de e-mail e conferências (salas de bate-papo), arquivos e a World Wide Web (WWW) — um recurso multimídia interativo multi-computador. Ela também armazena informações que podem ser copiadas para uso pessoal.

A Internet é um recurso maravilhoso de informações, mas a questão relevante aqui é seu papel na aprendizagem. Superficialmente, a Internet tem vantagens. A instrução baseada na Web oferece aos alunos acesso a mais recursos em menos tempo do que é possível nas formas tradicionais; no entanto, mais recursos não significam automaticamente melhor aprendizagem. Esta última é alcançada apenas se os alunos adquirirem novas habilidades, como métodos para conduzir pesquisas sobre um tópico ou pensamento crítico sobre a precisão do material na Web. Os recursos da Web também podem promover a aprendizagem quando os alunos pegam informações da Web e as incorporam em atividades de sala de aula (por exemplo, aprendizagem por descoberta).

Os professores podem auxiliar no desenvolvimento das habilidades de Internet dos alunos com o andaime. Os alunos devem ser ensinados sobre estratégias de busca (por exemplo, maneiras de usar navegadores), mas os professores também podem conduzir a busca inicial na Web e fornecer aos alunos nomes de websites úteis. Grabe e Grabe (1998) oferecem outras sugestões.

Um perigo em os alunos usarem a Internet é que a grande variedade de informações disponíveis poderia inculcar a crença de que tudo é importante e confiável. Os alunos então podem se envolver em “escrita associativa” tentando incluir muita informação em relatórios e trabalhos. Na medida em que o e-learning ajuda a ensinar aos alunos as habilidades de nível superior de análise e síntese, eles adquirirão estratégias para determinar o que é importante e mesclar informações em um produto coerente.

A aprendizagem a distância (educação a distância) ocorre quando a instrução que se origina em um local é transmitida para alunos em um ou mais locais remotos. As capacidades interativas permitem que o feedback bidirecional e as discussões se tornem parte da experiência de aprendizagem. A aprendizagem a distância economiza tempo, esforço e dinheiro, pois instrutores e alunos não precisam fazer longas viagens para as aulas. As universidades, por exemplo, podem recrutar alunos de uma ampla área geográfica. Há menos preocupação com os alunos que viajam grandes distâncias para frequentar as aulas. Os distritos escolares podem conduzir programas de serviço transmitindo de um local central para todas as escolas. A aprendizagem a distância sacrifica o contato presencial com os instrutores, embora, se o vídeo interativo bidirecional for usado, as interações sejam em tempo real (síncronas). Em sua revisão de programas de educação a distância, Bernard et al. (2004) descobriram que seus efeitos na aprendizagem e retenção dos alunos são comparáveis aos da instrução tradicional. Os efeitos da instrução síncrona favoreceram a instrução em sala de aula, enquanto a educação a distância foi mais eficaz para aplicações assíncronas (envolvendo tempo de atraso).

Outra aplicação de rede é o quadro de avisos eletrônico (conferência). Pessoas conectadas em rede com computadores podem postar mensagens, mas, mais importante para a aprendizagem, podem fazer parte de um grupo de discussão (chat). Os participantes fazem perguntas e levantam questões, além de responder aos comentários de outros. Uma boa quantidade de pesquisa examinou se tais trocas facilitam a aquisição de habilidades de escrita (Fabos & Young, 1999). Se esse meio assíncrono de troca de telecomunicações promove a aprendizagem melhor do que a interação face a face é problemático porque grande parte da pesquisa é conflitante ou inconclusiva (Fabos & Young, 1999); no entanto, a revisão de Bernard et al. (2004) sugere que a educação a distância pode ser mais eficaz com a aprendizagem assíncrona. A telecomunicação tem o benefício da conveniência, pois as pessoas podem responder a qualquer momento, não apenas quando estão reunidas. O ambiente de aprendizagem receptivo pode promover indiretamente a aprendizagem.

Sendo formas de comunicação mediada por computador (CMC), a aprendizagem a distância e a conferência por computador expandem muito as possibilidades de aprendizagem por meio da interação social. Mais pesquisas são necessárias para determinar se as características pessoais dos alunos e os tipos de conteúdo instrucional podem afetar a aprendizagem e a motivação dos alunos.

A aprendizagem baseada na web (online) é comumente incorporada ao ensino tradicional como um modelo misto de ensino (ou seja, algum ensino presencial e o restante online). A aprendizagem baseada na web também é útil em conjunto com projetos multimídia. Em muitos programas de preparação de professores, os futuros professores usam a web para obter recursos e, em seguida, incorporam seletivamente esses recursos em projetos multimídia como parte dos projetos de aula.

Em sua revisão de cursos online, Tallent-Runnels et al. (2006) descobriram que os alunos gostavam de avançar no seu próprio ritmo, os alunos com mais experiência em informática expressavam maior satisfação e a comunicação assíncrona facilitava discussões aprofundadas. A educação a distância que incorpora interações (aluno-aluno, aluno-professor, aluno-conteúdo) ajuda a aumentar o desempenho do aluno (Bernard et al., 2009). Outros tipos de interações (por exemplo, wikis, blogs) também podem ser úteis. A infusão de apresentações multimídia na educação a distância aumenta sua personalização e, assim, a torna mais semelhante à instrução presencial (Larreamendy-Joerns & Leinhardt, 2006), o que pode aumentar a motivação do aluno.

Tentar comparar cursos online com cursos tradicionais é difícil porque existem muitas diferenças, uma das quais é que, até o momento, a maioria dos cursos online matriculou principalmente alunos americanos brancos e não tradicionais. Essa demografia mudará à medida que os cursos online se tornarem mais prevalentes, o que permitirá uma melhor avaliação dos resultados da aprendizagem online e das características ambientais que facilitam a aprendizagem.

A partir das evidências precedentes, podemos concluir que a tecnologia pode aprimorar o aprendizado. A comparação entre o ensino aprimorado tecnologicamente e o ensino convencional é difícil de avaliar, e as comparações podem apresentar resultados enganosos (Oppenheimer, 1997). Nenhum meio instrucional é consistentemente superior a outros, independentemente do conteúdo, dos alunos ou do ambiente (Clark & Salomon, 1986). A tecnologia não é uma causa do aprendizado; em vez disso, é um meio para aplicar princípios de instrução e aprendizado eficazes.

Clark e Salomon (1986) recomendaram que os pesquisadores determinassem as condições sob as quais os computadores facilitam a instrução e o aprendizado. Isso ainda é verdade hoje e pode ser dito para a tecnologia em geral. O uso da tecnologia deve depender dos objetivos de aprendizado. Embora a tecnologia tenha o potencial de promover diferentes objetivos de aprendizado, pode não ser a melhor maneira de promover a interação dos alunos por meio de ensino entre pares, discussões em grupo ou aprendizado cooperativo.

Mais pesquisas avaliando a eficácia de ambientes de aprendizado baseados em computador e educação a distância são claramente necessárias. Algumas pesquisas mostram que a resolução de problemas baseada em computador é diferencialmente eficaz para alunos do sexo masculino e feminino (Littleton, Light, Joiner, Messer, & Barnes, 1998). Explorar as diferenças de gênero e étnicas deve ser uma prioridade de pesquisa.

Outra área que precisa ser abordada são os efeitos motivacionais da tecnologia sobre professores e alunos (Ertmer, 1999; Lepper & Gurtner, 1989). Lepper e Malone (1987) observaram que os computadores podem focar a atenção na tarefa por meio de aprimoramentos motivacionais, manter o nível de excitação em um nível ideal e direcionar os alunos a se envolverem no processamento de informações direcionado à tarefa, em vez de se concentrarem em aspectos irrelevantes da tarefa. A ideia é que princípios motivacionais eficazes podem aprimorar o processamento profundo (em vez de superficial) (Hooper & Hannafin, 1991).

Prever o futuro da tecnologia na educação é difícil. Há alguns anos, poucos teriam previsto que os laptops substituiriam os desktops ou que os dispositivos portáteis acabariam por substituir os laptops. À medida que a tecnologia se torna mais elaborada, ela oferecerá uma gama muito maior de possibilidades instrucionais (Brown, 2006). Seremos capazes de acessar e criar conhecimento de maneiras novas e sofisticadas. A pesquisa explorará os efeitos desses desenvolvimentos no aprendizado dos alunos, bem como maneiras eficazes de infundir tecnologia na instrução.

Desenvolvimentos interessantes são prováveis em várias frentes (Roblyer, 2006). A conectividade sem fio agora é comum, o que expande muito a conveniência de usar laptops na instrução. O sem fio e a portabilidade dos dispositivos (por exemplo, laptops, dispositivos portáteis) ajudam os instrutores a infundir tecnologia na instrução. A fusão de tecnologias continuará (por exemplo, telefones celulares que podem executar múltiplas funções), o que pode, em última análise, levar os alunos a exigir hardware mínimo para executar diferentes aplicações. Os avanços tecnológicos continuarão a melhorar a acessibilidade para pessoas com deficiência, e a tecnologia assistiva deverá se tornar mais comum nas escolas. A educação a distância e as oportunidades de aprendizado online aumentarão. Hoje temos universidades e escolas de ensino médio virtuais, que podem ser expandidas para níveis anteriores (por exemplo, ensino fundamental e médio). Finalmente, à medida que a conveniência da tecnologia continua a melhorar, podemos ver um afastamento gradual do ensino tradicional e uma mudança para um modelo contendo menos reuniões de aula e mais comunicações eletrônicas.

Em um nível de pesquisa básica, investigações sobre inteligência artificial (IA) podem fornecer insights importantes sobre o aprendizado, o pensamento e a resolução de problemas humanos. Inteligência artificial refere-se a programas de computador que simulam habilidades humanas para inferir, avaliar, raciocinar, resolver problemas, entender a fala e aprender (Trappl, 1985). John McCarthy cunhou o termo em 1956 como tema de uma conferência.

Sistemas especialistas são uma aplicação de IA. Sistemas especialistas são grandes programas de computador que fornecem o conhecimento e os processos de resolução de problemas de um ou mais especialistas (Anderson, 1990; Fischler & Firschein, 1987). Análogos a consultores humanos, os sistemas especialistas foram aplicados a diversos campos, como medicina, química, eletrônica e direito. Os sistemas especialistas têm uma vasta base de conhecimento consistindo em conhecimento declarativo (fatos) e conhecimento processual (sistema de regras usadas para tirar inferências). Uma interface faz perguntas aos usuários e dá recomendações ou soluções. Uma aplicação comum de sistemas especialistas é ensinar, fornecendo expertise aos alunos. A instrução muitas vezes emprega descoberta guiada; os alunos formulam e testam hipóteses e experimentam as consequências.

Futuros sistemas especialistas serão aplicados a uma gama mais ampla de domínios. Um desafio é melhorar as capacidades dos sistemas de entender línguas naturais, especialmente a fala. Embora os sistemas especialistas possam executar tarefas de reconhecimento de padrões, a maioria dessas tarefas envolve apenas estímulos visuais. Mas os sistemas de reconhecimento de voz continuam a melhorar. O uso de tecnologia assistiva na educação está se expandindo, à medida que os alunos com deficiência são integrados o máximo possível na instrução regular em sala de aula. Os sistemas especialistas devem aprimorar as capacidades dos computadores de tal forma que eles sejam acessíveis a todos os alunos (por exemplo, auditivos, visuais, múltiplas deficiências).

A IA oferece possibilidades interessantes para nos ajudar a entender os processos de pensamento humano. Esta aplicação envolve programar computadores com algum conhecimento e regras que lhes permitam alterar e adquirir novos conhecimentos e regras com base em experiências. No aprendizado de conceitos, por exemplo, um computador pode ser programado com uma regra elementar e, em seguida, ser exposto a instâncias e não instâncias do conceito. O programa se modifica armazenando as novas informações na memória e alterando sua regra. O aprendizado também pode ocorrer a partir da exposição a históricos de casos. Um computador pode ser programado com fatos e históricos de casos de uma doença. À medida que o computador analisa esses históricos, ele altera sua memória para incorporar a etiologia, os sintomas e o curso da doença. Quando o computador adquire uma extensa base de conhecimento para uma determinada doença, ele pode diagnosticar casos futuros com precisão.