Neurociência da Aprendizagem: Aplicações Instrucionais | [Nome da Instituição]

Nos últimos anos, tem havido um aumento no interesse pela pesquisa neurofisiológica que explora o desenvolvimento e o funcionamento do cérebro. Muitos educadores veem a pesquisa cerebral com interesse, pois acreditam que ela pode sugerir maneiras de tornar os materiais e a instrução educacional compatíveis com a forma como as crianças processam informações e aprendem.

Infelizmente, a história da ciência comportamental reflete uma desconexão entre a pesquisa cerebral e as teorias de aprendizagem. A pesquisa sobre o cérebro e o comportamento não é nova; recorde a teoria neurofisiológica de Hebb (1949) discutida anteriormente neste capítulo. Teóricos da aprendizagem em várias tradições, embora reconheçam a importância da pesquisa cerebral, têm tendido a formular e testar teorias independentemente das descobertas da pesquisa cerebral.

Esta situação está claramente mudando. Pesquisadores educacionais acreditam cada vez mais que a compreensão dos processos cerebrais fornece insights adicionais sobre a natureza da aprendizagem e do desenvolvimento (Byrnes & Fox, 1998). De fato, algumas explicações cognitivas para a aprendizagem (por exemplo, ativação de informações na memória, transferência de informações da MT para a MLT) envolvem processos do SNC, e a psicologia cerebral começou a explicar as operações envolvidas na aprendizagem e na memória. As descobertas da pesquisa cerebral realmente apoiam muitos resultados obtidos em estudos de pesquisa sobre aprendizagem e memória (Byrnes, 2001; Byrnes & Fox, 1998).

É lamentável que alguns educadores tenham generalizado demais os resultados da pesquisa cerebral para fazer recomendações instrucionais injustificadas. Embora as funções cerebrais estejam, em certa medida, localizadas, há muitas evidências de que as tarefas exigem a atividade de ambos os hemisférios e que suas diferenças são mais relativas do que absolutas (Byrnes & Fox, 1998). A identificação de alunos “com predominância do hemisfério direito” e “com predominância do hemisfério esquerdo” geralmente se baseia em observações informais, em vez de medidas e instrumentos cientificamente válidos e confiáveis. O resultado é que alguns métodos educacionais estão sendo usados com alunos não por causa dos efeitos comprovados na aprendizagem, mas sim porque presumivelmente usam as supostas preferências cerebrais dos alunos.

Questões educacionais relevantes para a pesquisa cerebral.

• Papel da educação infantil
• Complexidade dos processos cognitivos
• Diagnóstico de dificuldades específicas
• Natureza multifacetada da aprendizagem

A pesquisa sobre o cérebro e a pesquisa sobre o SNC em geral levantam muitas questões relevantes para a educação. Com respeito às mudanças de desenvolvimento, uma questão envolve o papel crítico da educação infantil. O fato de que os cérebros das crianças são superdensos implica que mais neurônios não são necessariamente melhores. Provavelmente existe um estado ideal de funcionamento no qual os cérebros têm o número “correto” de neurônios e sinapses — nem muitos nem poucos. O desenvolvimento físico, emocional e cognitivo envolve o cérebro se aproximando de seu estado ideal. O desenvolvimento atípico — resultando em deficiências de desenvolvimento — pode ocorrer porque esse processo de redução não ocorre normalmente.

Este processo de moldagem e formação no cérebro sugere que a educação infantil é criticamente importante. Os períodos de desenvolvimento da infância e da pré-escola podem preparar o terreno para a aquisição de competências necessárias para ter sucesso na escola (Byrnes & Fox, 1998). Programas de intervenção precoce (por exemplo, Head Start) demonstraram melhorar a prontidão escolar e o aprendizado das crianças, e muitos estados implementaram programas de educação pré-escolar. A pesquisa cerebral justifica essa ênfase na educação infantil.

Uma segunda questão diz respeito à ideia de que a instrução e as experiências de aprendizado devem ser planejadas para levar em consideração as complexidades dos processos cognitivos, como atenção e memória. A pesquisa em neurociência mostrou que a atenção não é um processo unitário, mas inclui muitos componentes (por exemplo, alertar para uma mudança no estado atual, localizar a fonte da mudança). A memória é igualmente diferenciada em tipos, como declarativa e procedural. A implicação é que os educadores não podem presumir que uma determinada técnica instrucional “capta a atenção dos alunos” ou “ajuda-os a lembrar”. Em vez disso, devemos ser mais específicos sobre quais aspectos da atenção a instrução apelará e qual tipo específico de memória está sendo abordado.

Uma terceira questão envolve a correção das dificuldades de aprendizagem dos alunos. A pesquisa cerebral sugere que a chave para corrigir deficiências em uma disciplina específica é determinar com quais aspectos da disciplina o aluno está tendo dificuldade e, em seguida, abordar especificamente esses aspectos. A matemática, por exemplo, inclui muitos subcomponentes, como compreensão de números e símbolos escritos, recuperação de fatos e a capacidade de escrever números. A leitura compreende processos ortográficos, fonológicos, semânticos e sintáticos. Dizer que alguém é um mau leitor não diagnostica onde reside a dificuldade. Somente avaliações precisas podem fazer essa identificação e, então, um procedimento corretivo pode ser implementado que abordará a deficiência específica. Um programa geral de leitura que aborda todos os aspectos da leitura (por exemplo, identificação de palavras, significados de palavras) é análogo a um antibiótico geral administrado a alguém que está doente; pode não ser a melhor terapia. Parece educacionalmente vantajoso oferecer instrução corretiva nas áreas que mais precisam de correção. Por exemplo, a instrução de estratégia cognitiva nas fraquezas das crianças pode ser combinada com a instrução de leitura tradicional (Katzir & Paré-Blagoev, 2006).

A questão final diz respeito à complexidade das teorias de aprendizagem. A pesquisa cerebral mostrou que teorias multifacetadas de aprendizagem parecem capturar o estado real das coisas melhor do que modelos parcimoniosos. Há muita redundância nas funções cerebrais, o que explica a descoberta comum de que, quando uma área do cérebro conhecida por estar associada a uma determinada função é traumatizada, a função pode não desaparecer completamente (outra razão pela qual as distinções entre “cérebro direito” e “cérebro esquerdo” não têm muita credibilidade). Ao longo do tempo, as teorias de aprendizagem tornaram-se mais complexas. As teorias de condicionamento clássico e operante são muito mais simples do que a teoria sociocognitiva, a teoria do processamento de informações cognitivas e a teoria construtivista. Essas últimas teorias refletem melhor a realidade cerebral. Isso sugere que os educadores devem aceitar a complexidade dos ambientes de aprendizagem escolar e investigar maneiras de coordenar os muitos aspectos dos ambientes para melhorar o aprendizado dos alunos.

Este capítulo sugere algumas práticas educacionais específicas que facilitam o aprendizado e que são comprovadas por pesquisas cerebrais. Byrnes (2001) argumentou que a pesquisa cerebral é relevante para a psicologia e a educação na medida em que ajuda psicólogos e educadores a desenvolver uma compreensão mais clara do aprendizado, desenvolvimento e motivação; isto é, é relevante quando ajuda a comprovar as previsões existentes das teorias de aprendizado.

Aprendizagem Baseada em Problemas

A aprendizagem baseada em problemas é um método de aprendizado eficaz. A aprendizagem baseada em problemas envolve os alunos no aprendizado e ajuda a motivá-los. Quando os alunos trabalham em grupos, eles também podem melhorar suas habilidades de aprendizado cooperativo. A aprendizagem baseada em problemas exige que os alunos pensem criativamente e apliquem seus conhecimentos de maneiras únicas. É especialmente útil para projetos que não têm uma solução correta.

Práticas educacionais comprovadas por pesquisas cerebrais.

• Aprendizagem baseada em problemas
• Simulações e dramatizações
• Discussões ativas
• Gráficos
• Clima positivo

A eficácia da aprendizagem baseada em problemas é comprovada por pesquisas cerebrais. Com suas múltiplas conexões, o cérebro humano é programado para resolver problemas (Jensen, 2005). Alunos que colaboram para resolver problemas tornam-se conscientes de novas maneiras pelas quais o conhecimento pode ser usado e combinado, o que forma novas conexões sinápticas. Além disso, a aprendizagem baseada em problemas tende a apelar à motivação dos alunos e gerar envolvimento emocional, o que também pode criar redes neurais mais extensas.

Simulações e Dramatizações

Simulações e dramatizações têm muitos dos mesmos benefícios que a aprendizagem baseada em problemas. As simulações podem ocorrer por meio de computadores, na aula normal ou em ambientes especiais (por exemplo, museus). A dramatização é uma forma de modelagem onde os alunos observam os outros. Tanto as simulações quanto as dramatizações proporcionam aos alunos oportunidades de aprendizado que normalmente não estão disponíveis. Esses métodos têm benefícios motivacionais e chamam a atenção dos alunos. Eles permitem que os alunos se envolvam ativamente com o material e se invistam emocionalmente. Coletivamente, esses benefícios ajudam a promover o aprendizado.

Discussões Ativas

Muitos tópicos se prestam bem a discussões de alunos. Os alunos que fazem parte de uma discussão são forçados a participar; eles não podem ser observadores passivos. Esse nível aumentado de engajamento cognitivo e emocional leva a um melhor aprendizado. Além disso, ao participar de discussões, os alunos são expostos a novas ideias e as integram com suas concepções atuais. Essa atividade cognitiva ajuda a construir conexões sinápticas e novas maneiras de usar informações.

Gráficos

O corpo humano é estruturado de forma que recebemos mais informações visualmente do que por meio de todos os outros sentidos (Wolfe, 2001). Exibições visuais ajudam a promover a atenção, o aprendizado e a retenção. As descobertas coletivas do aprendizado e da pesquisa cerebral apoiam os benefícios dos gráficos. Professores que usam gráficos em seu ensino e fazem com que os alunos empreguem gráficos (por exemplo, transparências, apresentações PowerPoint©, demonstrações, desenhos, mapas conceituais, organizadores gráficos) capitalizam o processamento de informações visuais e tendem a melhorar o aprendizado.

Clima Positivo

Vimos na seção sobre emoções que o aprendizado avança melhor quando os alunos têm uma atitude positiva e se sentem emocionalmente seguros. Por outro lado, o aprendizado não é facilitado quando os alunos estão estressados ou ansiosos, como quando temem se voluntariar para responder porque o professor fica zangado se suas respostas estiverem incorretas. A pesquisa cerebral comprova o efeito positivo que o envolvimento emocional pode ter no aprendizado e na construção de conexões sinápticas. Professores que criam um clima positivo na sala de aula descobrirão que os problemas de comportamento são minimizados e que os alunos se tornam mais investidos no aprendizado.

A neurociência da aprendizagem é a ciência da relação do sistema nervoso com a aprendizagem e o comportamento. Embora a pesquisa em neurociência tenha sido conduzida por vários anos na medicina e nas ciências, recentemente tornou-se de interesse para os educadores devido às implicações instrucionais das descobertas da pesquisa. A pesquisa em neurociência aborda o sistema nervoso central (SNC), que compreende o cérebro e a medula espinhal e regula o comportamento voluntário, e o sistema nervoso autônomo (SNA), que regula as ações involuntárias.

O SNC é composto por bilhões de células no cérebro e na medula espinhal. Existem dois tipos principais de células: neurônios e células gliais. Os neurônios enviam e recebem informações através de músculos e órgãos. Cada neurônio é composto por um corpo celular, milhares de dendritos curtos e um axônio. Os dendritos recebem informações de outras células; os axônios enviam mensagens para as células. A bainha de mielina envolve os axônios e facilita o trânsito de sinais. Os axônios terminam em estruturas ramificadas (sinapses) que se conectam com as extremidades dos dendritos. Neurotransmissores químicos nas extremidades dos axônios ativam ou inibem reações nos dendritos contraídos. Esse processo permite que os sinais sejam enviados rapidamente através de estruturas neurais e corporais. As células gliais apoiam o trabalho dos neurônios removendo produtos químicos desnecessários e células cerebrais mortas. As células gliais também estabelecem a bainha de mielina.

O cérebro humano adulto (cérebro) pesa cerca de três quilos e tem aproximadamente o tamanho de um melão. Sua textura externa é enrugada. Cobrindo o cérebro está o córtex cerebral, uma camada fina que é a massa cinzenta enrugada do cérebro. As rugas permitem que o córtex tenha mais neurônios e conexões neurais. O córtex tem dois hemisférios (esquerdo e direito), cada um com quatro lobos (occipital, parietal, temporal, frontal). Com algumas exceções, a estrutura do cérebro é aproximadamente simétrica. O córtex é a principal área envolvida na aprendizagem, memória e processamento de informações sensoriais. Algumas outras áreas-chave do cérebro são o tronco encefálico, a formação reticular, o cerebelo, o tálamo, o hipotálamo, a amígdala, o hipocampo, o corpo caloso, a área de Broca e a área de Wernicke.

O hemisfério esquerdo do cérebro geralmente governa o campo visual direito e vice-versa. Muitas funções cerebrais são localizadas até certo ponto. O pensamento analítico parece estar centrado no hemisfério esquerdo, enquanto o processamento espacial, auditivo, emocional e artístico ocorre principalmente no hemisfério direito. Ao mesmo tempo, muitas áreas do cérebro trabalham juntas para processar informações e regular ações. Há muita sobreposição entre os dois hemisférios, pois eles são unidos por feixes de fibras, o maior dos quais é o corpo caloso.

O trabalho conjunto de várias áreas do cérebro é visto claramente na aquisição e uso da linguagem. O lado esquerdo do córtex cerebral do cérebro é fundamental para a leitura. Regiões cerebrais específicas estão associadas ao processamento ortográfico, fonológico, semântico e sintático necessário na leitura. A área de Wernicke no hemisfério esquerdo controla a compreensão da fala e o uso da sintaxe adequada ao falar. A área de Wernicke trabalha em estreita colaboração com a área de Broca no lobo frontal esquerdo, que é necessária para falar. No entanto, o hemisfério direito é fundamental para interpretar o contexto e, portanto, o significado de grande parte da fala.

Várias tecnologias são usadas para conduzir pesquisas cerebrais. Isso inclui raios-X, tomografias computadorizadas, EEGs, tomografias PET, ressonâncias magnéticas e fMRIs. O campo da pesquisa cerebral está mudando rapidamente, e novas tecnologias de maior sofisticação continuarão a ser desenvolvidas.

De uma perspectiva neurocientífica, a aprendizagem é o processo de construir e modificar conexões e redes neurais (sinápticas). As entradas sensoriais são processadas nas porções de memórias sensoriais do cérebro; aquelas que são retidas são transferidas para a MT, que parece residir em várias partes do cérebro, mas principalmente no córtex pré-frontal do lobo frontal. As informações podem então ser transferidas para a MLD. Diferentes partes do cérebro estão envolvidas na MLD, dependendo do tipo de informação (por exemplo, declarativa, processual). Com apresentações repetidas de estímulos ou informações, as redes neurais se fortalecem de modo que as respostas neurais ocorram rapidamente. O processo de estabilização e fortalecimento das conexões sinápticas é conhecido como consolidação, e através da consolidação a estrutura física e a organização funcional do cérebro são alteradas.

Fatores influentes no desenvolvimento do cérebro são a genética, a estimulação ambiental, a nutrição, os esteroides e os teratógenos. Durante o desenvolvimento pré-natal, o cérebro cresce em tamanho, estrutura e número de neurônios, células gliais e sinapses. O cérebro se desenvolve rapidamente em bebês; crianças pequenas têm conexões neurais complexas. À medida que as crianças perdem sinapses cerebrais, aquelas que retêm dependem em parte das atividades em que se envolvem. Parece haver períodos críticos durante os primeiros anos de vida para o desenvolvimento da linguagem, emoções, funções sensório-motoras, capacidades auditivas e visão. O desenvolvimento precoce do cérebro se beneficia de experiências ambientais ricas e laços emocionais com pais e cuidadores. Grandes mudanças também ocorrem no cérebro dos adolescentes em tamanho, estrutura, número e organização de neurônios.

Dois equivalentes neurais da motivação envolvem recompensas e estados motivacionais. O cérebro parece ter um sistema para processar recompensas e produz suas próprias recompensas na forma de opiáceos que resultam em um barato natural. O cérebro pode ser predisposto a experimentar e sustentar resultados agradáveis, e a rede de prazer pode ser ativada pela expectativa de recompensa. Os estados motivacionais são conexões neurais complexas que incluem emoções, cognições e comportamentos. A chave para a educação é manter a motivação para a aprendizagem dentro de uma faixa ideal.

O funcionamento das emoções no SNC é complexo. As reações emocionais consistem em estágios, como orientar-se para o evento, integrar o evento, selecionar uma resposta e sustentar o contexto emocional. A atividade emocional ligada ao cérebro pode diferir para emoções primárias e baseadas na cultura. As emoções podem facilitar a aprendizagem porque direcionam a atenção e influenciam a aprendizagem e a memória. O envolvimento emocional é desejável para a aprendizagem; mas quando as emoções se tornam muito grandes, a aprendizagem cognitiva é impedida.

As descobertas da pesquisa cerebral apoiam muitos resultados obtidos em estudos de pesquisa cognitiva sobre aprendizagem e memória. Mas é importante não generalizar demais as descobertas da pesquisa cerebral através da rotulagem de alunos como cérebro direito ou esquerdo. A maioria das tarefas de aprendizagem requer atividade de ambos os hemisférios, e as diferenças entre as funções cerebrais são mais relativas do que absolutas.

A pesquisa cerebral sugere que a educação infantil é crítica, a instrução deve levar em conta as complexidades cognitivas das crianças, a avaliação de problemas específicos é necessária para planejar intervenções adequadas e teorias complexas de aprendizagem capturam melhor o funcionamento do cérebro do que teorias mais simples. Algumas práticas educacionais eficazes baseadas no cérebro são a aprendizagem baseada em problemas, simulações e dramatizações, discussões ativas, gráficos e um clima positivo.