Raymundo Carlos Machado Ferreira Filho
Universidade Federal do Rio Grande do Sul – paka@ufrgs.br
Nilo César Consoli
Universidade Federal do Rio Grande do Sul – nilo@ufrgs.br
Flávia Ataíde Pithan
Universidade Federal do Rio Grande do Sul – fpithan@terra.com.br
Lucas Festugato
Universidade Federal do Rio Grande do Sul – lufega@bol.com.br
Planejamento, Elaboração e Avaliação de Materiais Didáticos para Educação a Distância - Educação Universitária
Resumo:
Este artigo descreve o planejamento e produção de um conjunto de atividades
relacionadas à estruturação do conhecimento envolvido no domínio Fundações,
subárea da Geotecnia, área da Engenharia Civil, mais precisamente do conteúdo
referente à Patologia de Fundações. O projeto descreve o desenvolvimento de
recursos educacionais baseados em padrões de descrição de learning objects (metadados
do padrão Dublin Core) e tecnologias para arquiteturas cliente-servidor que
possibilitam produzir ambientes de ensino/aprendizagem dinâmicos e adaptativos.
O projeto está integrado à pesquisas desenvolvidas no Núcleo de Multimídia e
Educação a Distância da Escola de Engenharia da UFRGS (NMEAD) e ao Grupo de
Inteligência Artificial e Tecnologia Educacional (IATE). Serão apresentados
neste artigo os resultados preliminares de modelagem de base de informações,
do repositório de objetos educacionais que atende aos critérios de reusabilidade,
interoperabilidade, acessibilidade, estruturação e categorização desses objetos
integrados ao Ambiente de Ensino proposto.
Os sistemas de EAD comportam e até solicitam a utilização de mais de uma tecnologia
de maneira integrada, que viabilizam desde textos a audiovisuais, fazendo interagir
através de videoconferências, salas de bate-papo (chats), exercícios interativos
e espaços de operação compartilhada de edição de textos, planilhas ou imagens,
além de acionamento de plantas remotas, reais ou simuladas.
Palavras-chave:
Tecnologia Educacional, Objetos de Aprendizado, Ensino de Engenharia, Ambientes
Adaptativos, Ensino Tecnológico, Metadados, Reusabilidade.
1 Introdução
Um dos principais focos da equipe do NMEAD é a pesquisa relacionada ao uso de novas Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs) aplicadas ao processo educacional. Do Grupo IATE, além da aplicação das TICs, o uso de técnicas de Inteligência Artificial em sistemas de ensino baseados na WEB, conhecidos como Ambientes Inteligentes de Ensino (ILE - 1 -s - Intelligent Learning Environment) e o compartilhamento e re-uso de objetos educacionais. Neste artigo, descreve-se e analisa-se o processo de produção de um projeto de aplicação dessas tecnologias educacionais, relacionando-as a objetivos e estratégias pedagógicas, na disciplina de Fundações, produzido pela equipe do NMEAD sob coordenação do professor Nilo César Consoli, do Departamento de Engenharia Civil da Escola de Engenharia da UFRGS, com participação do Grupo IATE.
1.1 Considerações sobre ambientes educacionais baseados na WEB e o papel educacional das TICs
Segundo Moran (1998), construir conhecimento, hoje, significa compreender todas as dimensões da realidade, captando e expressando essa totalidade de forma ampla e integral. Acredita que o processo de construção do conhecimento é mais bem desenvolvido quando um determinado objeto é acessado de forma conectada, inter-relacionada, com seus múltiplos fatores interferentes, a partir de múltiplos pontos de vista, múltiplos caminhos, integrados da forma mais rica possível. Esta e outras idéias dessa natureza, que proliferaram na área de pesquisa educacional ao longo da última década, levam a considerar a importância da Web como instrumento de acesso a informações e de construção de um conhecimento com a referida natureza múltipla, multi-facetada. Trata-se de um instrumento, portanto, que não pode ser negligenciado no que diz respeito a sua utilização como meio para o ensino a distância (EAD) e semi-presencial, uma vez que possibilita esse tipo de construção de conhecimento não linear e inter-relacionado. Moran (idem) diz ainda que se deve buscar nas áreas da Pedagogia e da Psicologia a fundamentação para a utilização educacional da rede, através de teorias e estratégias pedagógicas que fundamentem o processo de aprendizado mediado por computador. Teorias e estratégias que se agregam, através da rede, às possibilidades abertas pelos conhecimentos das Ciências da Computação e da Comunicação Social.
O ambiente planejado para comportar o conteúdo de Patologias de Fundações tem por finalidade atender a essa base didático-pedagógicas. Os alunos deverão ser envolvidos em um ambiente estimulante, criativo e interativo, composto de clipes de vídeo, animações, simulações, emulações da realidade, associados a outros elementos de apoio, como textos e indicação de endereços na Web relacionados ao tema. Além de disponibilizar conteúdos do domínio, o ambiente (destinado prioritariamente a alunos de graduação e pós do curso de Engenharia Civil) tem também como meta, testar as estratégias desenvolvidas, para justificar (ou não) a expansão da mesma idéia para outras áreas. Em especial, para testar a chamada natureza interativa da Internet, oferecendo aos estudantes acesso remoto para aplicações e exercícios com várias possibilidades de acesso, por área de interesse dentro do domínio, por tipos de mídia específico ou por assunto.
Cada mídia ou ferramenta de interação/cooperação oferecida ao aluno no ambiente virtual deverá contar sua respectiva equação do que Alava (Alava e outros, 2000) identifica como uma potencialidade da educação em ambiente virtual: o binômio método/mídia. Isso significa que cada tecnologia escolhida pelo planejador/professor deve agregar ao universo pedagógico sua própria contribuição. Um vídeo, cuja característica normalmente costuma estar associada a uma postura de simples recepção do aluno, pode ter sido planejado para mostrar a ele os detalhes do mundo real, da prática profissional à qual o conteúdo se refere, através da documentação de imagens e, se possível, a identificação da relação existente entre essa realidade e o universo de conteúdos.
Neste contexto, um aprendiz é potencialmente, e simultaneamente, um professor de si mesmo e de seus colegas no mundo virtual, com os quais estiver interagindo, dependendo, é claro, de seu próprio envolvimento e de sua capacidade de participar de operações desse tipo, que exigem alguma destreza e rapidez de raciocínio. Esse último raciocínio serve também para chamar a atenção da importância de que o professor/tutor aprenda a operar através dessa nova tecnologia, que demanda destreza, rapidez de raciocínio e ainda, no seu caso, a atenção de um mediador do mundo virtual, que deve monitorar todas as participações de uma conversa por chat, procurar responder a todas as demandas e, simultaneamente, dar conta da precisão da informação (que ficará escrita, ao contrário da sala de aula, onde é apenas falada), se ater aos objetivos de cada unidade e não perder de vista o nível dos alunos e o universo global dos conteúdos. Em outras partes do ambiente o aluno poderá ser solicitado a interagir exclusivamente com o ambiente e fazer anotações pessoais, que poderão ou não ser publicadas para o conjunto do grupo, dependendo, novamente, do planejamento do curso e do objetivo definido pelo professor em cada etapa.
2 Objetos educacionais e metadados
Objetos educacionais podem ser descritos como qualquer recurso utilizado para apoio ao processo de aprendizagem. Este termo geralmente aplica-se a materiais educacionais planejados e produzidos com metodologia orientada a objetos (Tarouco et alli, 2003). A idéia é que os objetos educacionais sejam construídos em unidades básicas e que possam ser combinadas formando conjuntos instrucionais para serem utilizados nos mais diversos contextos. A produção de material educacional exige tempo, recursos financeiros e recursos humanos e existe uma demanda no sentido de otimizar a aplicação destes recursos. Desta forma o compartilhamento e o reuso de objetos educacionais se torna justificável e sua adoção é recomendada pelos autores. Adicionalmente à questão da produção de material educacional aparece a necessidade de catalogação e descrição dos recursos educacionais produzidos. O esforço de definição de padrões para catalogação de objetos surgiu do grande volume de informações disponibilizadas na Internet e da dificuldade quanto à localização e recuperação das informações buscadas pelos usuários da rede. A partir dessas dificuldades, as ferramentas apropriadas à organização dessa informação tem sido melhoradas, bem como os padrões que estão sendo empregados para sua catalogação. Instituições que trabalham na definição de padrões têm trabalhado neste sentido. É o caso do IEEE (1484.12.1-2002 Standard for Learning Object Metadata) e ISO (SC 36 WG 2 - Information Technology for Learning, Education and Training).
Os descritores, isto é, os diversos campos que descrevem um recurso eletrônico, seja ele educacional ou não, chama-se metadado, e são informações estruturadas que resumem, enriquecem ou complementam os objetos ou serviços referenciados, produzindo um potencial incremento de informação, auxiliando na eficiência e otimização dos mecanismos de busca e na recuperação de informações. Catalogar recursos eletrônicos é uma forma de organizar a informação e tornar mais fácil e rapidamente acessível o recurso. Conforme Souza (2000), a catalogação das informações em banco de dados permite a recuperação dessas informações disponibilizadas on-line.
O padrão de metadados escolhido para desenvolver a base de dados deste trabalho foi o Dublin Core (DC). Este padrão inclui dois níveis: simples e qualificado. O DC simples especifica 15 elementos e o nível qualificado inclui um elemento adicional e pode ser definido como sendo o conjunto de elementos de metadados planejado para facilitar a descrição de recursos eletrônicos (Hillmann, 2003). Os campos serão apresentados e descritos nos próximos parágrafos deste texto. A expectativa é que, a partir de um sistema de catalogação on-line, professores e tutores sem conhecimento de catalogação sejam capazes de usar o DC para descrição de recursos eletrônicos, tornando suas coleções mais visíveis pelos mecanismos de busca e sistemas de recuperação informação dos ambientes de ensino e pelos sistemas de armazenamento de informação em geral, e pelos usuários do sistema, no caso os alunos do curso de Fundações.
3 Integração dos recursos educacionais e as estratégias pedagógicas
A modelagem da base de dados que contém os objetos educacionais deste projeto e suas descrições foi desenvolvida com base no padrão DC e nos critérios de objetos educacionais. Alguns destes recursos foram desenvolvidos a partir de outros projetos e já foram descrito em SCHNAID et alli (2002a e 2002b).
O banco de dados usado no repositório de objetos possui cinco tabelas para tratamento do conteúdo, onde serão armazenadas as informações de cada objeto educacional que ficarão registradas na base de dados, dando aporte ao desenvolvimento da base de conhecimento. Além dessas tabelas, foram criadas mais quatro tabelas dão suporte às necessidades funcionais do ambiente de aprendizado, ou seja, interação dos alunos e professores com a base de dados (Figura 1) além da validação do usuário no ambiente e informações referentes ao curso. Estas funcionalidades são descritas abaixo:
Figura 1: tabelas do banco de dados com seus relacionamentos. As tabelas de cima armazenam a base de conhecimento. As tabelas de baixo são as tabelas que serão utilizadas para o funcionamento dinâmico do ambiente de aprendizado, checagem de usuário, privilégios de acesso, etc.
As tabelas figuras, livros, cds, vídeos e animações, que compõem a base de dados propriamente dita, possuem os elementos definidos pelo padrão Dublin Core (Hillmann, 2003), acrescidas de metacampos identificados como necessários para o funcionamento do mecanismo proposto. O campo “acesso_eletrônico” é um dos casos. Guarda o apontamento para o endereço físico do objeto educacional armazenado no disco rígido. No resultado de uma consulta esse metacampo fornece o link para o usuário poder acessar o objeto educacional. Além desse elemento algumas tabelas receberam outros metacampos dependendo da necessidade de descrição do tipo de objeto armazenado ou da necessidade de suporte ao funcionamento do sistema. Os elementos do DC e os adicionais podem ser observados nas tabelas do banco de dados na Figura 1.
O mecanismo de busca de objetos educacionais utiliza como filtros as informações armazenadas no BD. Por exemplo, na tabela figuras foram cadastradas nos campos estabelecidos pela DB as informações das imagens que serão disponibilizadas no ambiente de aprendizado (como título, autor, resumo, palavras-chave, formato, tipo, data, língua,...). Na Figura 2 temos o exemplo de uma imagem que será disponibilizada na base de conhecimento. Ela possui informações que a relacionam ao seu assunto no campo de metadado subject, neste caso preenchida com o valor “ensaios de campo”, bem como palavras-chave que exprimem os conceitos principais envolvidos. O usuário poderá fazer a pesquisa procurando, por exemplo, por assunto, entrando com os parâmetros desejados na tela de busca. O sistema acessa as informações do banco de dados, compara os parâmetros solicitados com as informações armazenadas nos campos do BD e disponibiliza as informações encontradas para o usuário através da interface WEB. Os próprios campos definidos pelos metadados servirão de filtro para as buscas no sistema, restringindo os tipos de busca aos valores previamente cadastrados nos metacampos.
Além do preenchimento dos campos das tabelas com informações referentes aos objetos educacionais (metadados), uma preocupação especial foi dada à adequação dos diversos tipos de arquivos eletrônicos à padrões compatíveis com as tecnologias utilizadas na Internet. Desta forma, as imagens e os vídeos foram adequadas para a visualização on-line. Os artigos foram disponibilizados em formato PDF (portable document file), os audiovisuais e animações foram codificados para transmissão por streaming, para serem visualizados pelos padrões Windows Media da Microsoft ou Realmedia da empresa Real Networks e as imagens e ilustrações convertidas em formato GIF ou JPG. Ainda, dois e-books complementam o conteúdo disponibilizado e estão acessíveis mediante a validação do usuário no ambiente.
Para possibilitar o acesso aos recursos e informações do curso de Fundações, um ambiente virtual educacional foi desenvolvido baseando-se na tecnologia Java da empresa Sun (http://java.sun.com), em especial Java Server Pages (JSP) e Servlets. A base de informações, também chamado repositório de objetos educacionais, foi estruturada na versão final em um servidor de base de dados MySQL (http://www.mysql.com). O layout do ambiente foi idealizado levando-se em consideração todas essas características. Sabe-se que a interface é de muita importância para a interação homem-computador, sendo assim, o layout foi desenvolvido de forma adequada para prover ao usuário a melhor forma de interagir e explorar as informações armazenadas no banco de dados. A interface é compatível com a estrutura interna do ambiente de aprendizado, ou seja, com a distribuição das informações em tabelas do banco de dados.
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| Figura 2: ilustração do ensaio SPT, retirada do livro Ensaios de Campo e suas aplicações à Engenharia de Fundações, Fernando Schnaid. |
Figura 3: Esquema do processo de busca de informações pelo usuário do ambiente de aprendizado no banco de dados. |
4 Perspectivas futuras
Os processos de ensino/aprendizagem devem ser modelados e tratados como um sistema complexo envolvendo basicamente a interação do sujeito com o seu meio ambiente, principalmente com outros indivíduos, exercendo diferentes papéis. Nem os sujeitos nem o meio ambiente podem ser encarados de forma passiva no processo e as interações que ocorrem são de natureza dinâmicas e complexas. Portanto, no processo de ensino/aprendizagem, considera-se impossível estabelecer todas as variantes ou prever todas as situações envolvidas. Por isso, um modelo computacional adequado não consegue modelar, previamente, todas as situações. Principalmente quando se trata de um ambiente no qual muitos usuários podem estar atuando simultaneamente. Neste trabalho, assume-se que o modelo computacional de um ambiente de ensino (SMA) deve ser elaborado como um problema a ser solucionado de forma cooperativa e colaborativa, ou seja, os objetivos educacionais devem ser encarados como objetivos ou metas a serem atingidas por uma sociedade de agentes inteligentes composta por alunos e softwares. A proposta de continuidade deste projeto baseia-se, assim, na hipótese de que os ambientes de ensino podem efetivamente ser decompostos em coleções de agentes independentes, ou de diferentes papéis que um agente pode desempenhar, e que trocam informações e cooperam mutuamente. O processo de aprendizagem resulta, assim, da sinergia entre agentes pedagógicos, especializados em diferentes funções, e sua interação com os alunos.
Uma vez que o SMA proposto baseia-se nas idéias de Piaget, deverá, em primeiro lugar, respeitar a idéia básica de que o aluno é o sujeito e o verdadeiro ator do processo de aprendizagem, proporcionando um ambiente rico em conteúdo, lúdico, interativo e ativo na mediação do aprendizado do aluno e na oferta de situações de aprendizado, e não só o de “fornecedor” de conteúdos. Sua função não será a de apresentar um conjunto de informações a ser transmitidas e cobradas dos alunos, mas organizar as possibilidades do acesso dos alunos ao domínio do conhecimento em pauta, bem como registrar a navegação dos alunos (busca por conteúdo), auxiliando e mediando o aprendizado e respondendo às ações do aluno, quando for solicitado, criando situações desafiadoras, para que o aluno desequilibre seus conhecimentos pré-existentes e perceba quais suas certezas e suas dúvidas sobre o tema, atuando para resolvê-las. Através dessas ações pedagógicas, o SMA estará problematizando o aluno, para que surjam as dúvidas que vão gerar o movimento de curiosidade do estudante e levá-lo a tomar consciência de qual conhecimento necessita.
O processo de avaliação deve ser repensado, uma vez que o foco da ação pedagógica construtivista não está na reprodução de conteúdos. Caberá ao autor desenvolver instrumentos para monitorar o processo de aprendizagem do aluno, durante todo o tempo em que estiver navegando no SMA, através de feedback do aluno ou do próprio SMA. Devem ser estimuladas também as interações dos estudantes com os colegas, tutores e professor, para que possam não apenas aprender uns com os outros, mas aprender a avaliar a si mesmo e aos demais.
O presente trabalho pretende trazer contribuições em três tópicos específicos: o ensino em engenharia, identificando características específicas do ensino em áreas técnológicas; o uso de sistemas de ensino/aprendizagem baseados na WEB, que utiliza a arquitetura tradicional de Tutores Inteligentes, incluindo, mecanismos de aprendizagem cooperativa e colaborativa; e as arquiteturas que utilizam agentes inteligentes, como no caso da arquitetura proposta neste projeto.
Todas elas, no entanto têm em comum uma forte dependência de uma correta modelagem do aluno. É o modelo do aluno o principal instrumento, pelo qual, é possível prover táticas de ensino individualizadas, que reflitam o nível de conhecimento individual de cada aluno, suas habilidades de aprendizagem e seus objetivos. O Modelo de aluno registra os erros do aluno de tal modo que o sistema possa prover estratégias de ensino adequadas para revisar os conteúdos. Assim, quanto mais preciso for, este modelo, maior e melhor é a adaptabilidade do sistema.
Espera-se com este trabalho trazer algumas contribuições importantes no sentido de aprimorar a eficácia dos ambientes computacionais voltados ao processo educacional, agregando conceitos de diferentes áreas através do estabelecimento de uma metodologia e da implementação de sistemas de Educação a Distância nos projetos de EAD.
5 Conclusões
Pretende-se com este projeto, a melhoria da qualidade do ensino na disciplina de Fundações da Engenharia Civil da UFRGS, e do ensino em Engenharia de modo geral, com possibilidade de compartilhamento, do conteúdo e do Ambiente de Ensino desenvolvido, com a Faculdade de Engenharia e Arquitetura da Universidade de Passo Fundo e da Universidade Federal de Pelotas. No ensino, dada a natureza heurística do problema da escolha do tipo de fundação, acrescida da limitação do tempo disponível de uma disciplina, da pouca experiência na solução de problemas reais por inúmeros professores e da dificuldade dos especialistas em explicitar o conhecimento heurístico, é complexo, e muitas vezes inexistente no processo de ensino-aprendizagem desse conhecimento.
O SE desenvolvido por Azevedo trata o conhecimento heurístico da prática regional de engenharia de fundações que tem um enorme potencial de utilização acadêmico. Uma das justificativas de desenvolvimento desse projeto é tornar permanentemente acessível o conhecimento nas atividades do usuário, através da oferta do AEAC juntamente com o SE. Sabe-se que a educação à distância (EAD) se apresenta hoje como uma modalidade de educação que possibilita a inovação dos procedimentos de ensino, o desenvolvimento de uma educação extra-escolar que utiliza os diversos meios de comunicação, possibilitando o acesso de novos públicos em locais distantes e dispersos geograficamente. Esta diversidade de usuários vem acompanhada de diversos níveis de instrução, para um mesmo domínio de conhecimento.
O objetivo do AEAC proposto seja para o apoio às atividades presenciais ou a distância, é oferecer espaços onde os estudantes poderão ter experiências de aprendizagem individualizadas e experiências sócio-interativas, isto é, experiências que levem em consideração suas diferenças individuais ou vivências anteriores e a interação social entre os próprios alunos e entre alunos, tutores e professores. Corroborando essa idéia, Depover (2000, p. 153) argumenta que “... a escolha fundamental não se situa no fato de optar por tal tecnologia, mas na decisão de conceber uma seqüência ou um ambiente de aprendizagem segundo um modelo pedagógico adequado...”. Ainda dentro desta mesma concepção, Vicari (2003 p.155) acrescenta: “Todo programa pode ser considerado um programa educacional, desde que utilize uma metodologia que o contextualize no processo de ensino-aprendizagem”.
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