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Tecnologia, Cognição e
                      Aprendizagem

                     Liane Margarida Rockenbach Tarouco
Centro Interdisciplinar de Novas Tecnologias na Educação
                                                  UFRGS




                                                           1
2




    Tecnologia, Cognição e Aprendizagem
    • Quais os impactos do contexto permeado de
      dispositivos tecnológicos sobre a forma como
      ocorre a cognição e a aprendizagem?
3




          Nativos digitais
    • Adolescentes lideram aumento de
      uso de celular no Brasil (IBGE -
      PNAD Pesquisa Nacional por
      Amostra de Domicílios 2011 )

     – 41,9% dos entrevistados na faixa de 10 a 14 anos
       tinham celular próprio em 2011
     – 115,4 milhões de pessoas de 10 anos ou mais de idade
       (69,1%) disseram ter telefone celular para uso pessoal
4



    Nativos digitais
5




    Nativos digitais
6




         Acesso à Internet no Brasil
    • PC com internet é bem
      durável que mais cresceu nos
      lares (IBGE)
7



    TIC na Educação (CETIC/CGI)
8



    TIC na Educação
9



                    TIC na Educação
    • 82% dos alunos fazem suas pesquisas para a escola com
      computador e Internet (CETIC/CGI 2011)
10




                 TIC na Educação - 2011
Local de realização × uso do
  computador e da
  Internet com os alunos
11
12




     The 2-Sigma Problem




         The 2 Sigma Problem: The Search for Methods of Group Instruction as
                                            Effective as Ono-to-One Tutoring
                             Benjamin Bloom , Educational Researcher 1984
13




              Ensino individualizado
     • Tutoria individual x Aulas para classes
       – Custo
       – Interatividade
       – Individualização
       – Intensidade
14


     Sigma problem
15




              Multimídia e cognição




                                       Animation as an Aid to Multimedia Learning
     Richard E. Mayer - Educational Psychology Review, Vol. 14, No. 1, March 2002
16




           A tecnologia e a cognição
     • A tecnologia modifica a expressão criativa
       do homem, modificando sua forma de
       adquirir conhecimento, interferindo assim
       em sua cognição
17




     Impacto da tecnologia na educação

     • A Educação recebeu considerável impulso em sua
       disseminação a partir da incorporação de novas
       tecnologias.
     • O desenvolvimento dessas tecnologias promoveu
       transformações na prática educativa.
18




                     Neurosciência
     • Fatores que influenciam na
       aprendizagem
       – atenção
       – emoção
       – motivação
     • O papel que os meios
       eletrônicos desempenham no
       aprendizado
       – computador
       – televisão
19




               Mudanças e variáveis
     • Multimídia interativa
     • Qualidade dos recursos de ensino aprendizagem
     • Interações dos sujeitos envolvidos
20




         Tecnologia na educação
     • Como acontece a aprendizagem?
     • De que modo a tecnologia pode afetar
       o processo de aprendizagem?
       – a eficiência da aprendizagem
       – estratégias de aprendizagem
     • Maior atenção sobre os processos de
       interação com a tecnologia.
21




             Teoria da carga cognitiva
     • Um conjunto universal de princípios que resultam
       em um ambiente de aprendizagem eficiente e que
       conseqüentemente promovem um aumento na
       capacidade do processo de cognição humana.
     • Princípios que tem como objetivo tornar a
       interação humana com a tecnologia mais alinhada
       ao processo cognitivo.
                                            John Sweller
22


     Arquitetura cognitiva
                 • Recebe a informação
                    • Limitada capacidade
                    • Limitada duração


                 • Processadores separados
                 para informação visual e
                 auditiva

                 • Armazenamento
                 permanente de todo o
                 conhecimento e habilidades
                 em uma rede hierárquica
                 (esquemas)
23




      Sistema de aquisição de informação
     • A aquisição da informação ocorre
       neste primeiro estágio e desaparece
       em poucos segundos.
     • Natureza verbal acústica
     • O agrupamento de segmentos de
       informação em fragmentos altamente
       ordenados diminuem a sobrecarga da
       memória
24




        Memória de curto alcance
     • Memória de trabalho é limitada
     • Processa estímulos provenientes do
       ambiente via órgãos sensoriais
     • Limite : 7  2 elementos de informação
25




               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
26




                  Sobrecarga cognitiva
     • É preciso respeitar a quantidade de
       informação que uma pessoa pode
       processar é essencial para uma
       aprendizagem eficaz
     • Sobrecarga cognitiva ocorre quando
       muita informação é apresentada ao
       estudante
27


                    Carga cognitiva
     • Intrínseca
       – esforço que contribui para a construção dos
         esquemas
       – derivada da natureza do conteúdo a ser aprendido
     • Externa ao conteúdo
       – esforço requerido para processar o conteúdo em
         decorrência de sua estruturação e organização
       – derivada da formatação do material de
         aprendizagem
28




                      Carga cognitiva
     Carga cognitiva intrínseca
           imposto pela complexidade do conteúdo do material de
             ensino
      Carga cognitiva natural (Relevante)
        – imposto pelas atividades de ensino que beneficiam o
          objetivo da aprendizagem
      Carga cognitiva externa ao conteúdo (Irrelevante)
        – não interfere na construção e automação de esquemas
        – desperdiça recursos mentais limitados que poderiam ser
          usados no atendimento da carga intrínseca
29




             Carga cognitiva e design
     • Design de telas e interfaces de computador
       – cada um dos elementos da tela deve ser interpretado
         pelo usuário e ocupa energia mental do usuário
     • O objetivo de um bom
       design de página para
       uso educacional é
       – reduzir a quantidade de processamento
         direcionado à interação com o sistema
       – maximizar o processamento do conhecimento
30


          Princípios para redução da
                carga cognitiva
     • Princípio de representação múltipla
     • Princípio de proximidade espacial
     • Princípio da não divisão ou da
       Proximidade temporal
     • Princípio das diferenças individuais
     • Princípio da coerência
     • Princípio da redundância
                                  Richard Mayer
31




           Revoluções da aprendizagem
     1ª Revolução – escrita e livros
       •    Liberaram o estudante da necessidade da
            interação face a face com sábios e outras fontes
            humana de conhecimento, erudição e
            informação
       •    Conteúdo passou a estar disponível em qualquer
            lugar, qualquer momento
       •    Livros era escritos a mão
            por monges, alunos e escribas
32


         Revoluções da aprendizagem
     • 2ª Revolução – tipos móveis
       – Desenvolvimento dos tipos móveis para impressão
         de livros
       – Conteúdo educacional disponível a custo reduzido
          • Ex.: De cometis tractatvs novvs methodicvs
            Abraham Rockenbach (1611)
33




         Revoluções da aprendizagem
     • 3ª Revolução – computadores
       – Os computadores podem adaptar a sequência e do tipo de
         operações que executam em função das condições do
         momento.
       – Individualização - adaptar o conteúdo, seqüência, tipo,
         dificuldade, granularidade para os alunos
       – Adaptação e interatividade - apresentar recursos
         multimidia sob demanda
       – Intensidade da aprendizagem – quantidade de questões
         apresentadas, respondidas, formuladas
       – Ritmo próprio
34




            Impacto uso da tecnologia
     • Individualização – diferença 2 σ favorecendo ensino individualizado
     • Adaptação – ramificação x linear - 2.16 σ favorecendo a ramificação
     • Intensidade da aprendizagem
        – 0,11 questões propostas em classe tradicional (por estudante por
           hora)
        – 117 a 147 questões em tutoria individual (por estudante por hora)
        – 120 questões apresentadas em ensino apoiado em computador
     • Ritmo próprio – 1:5 é a relação do tempo necessário para os
       estudantes mais lentos dominarem o conteúdo
       Tédio para os mais rápidos e ficar perdido para os mais lentos


            Technology, the Columbus Effect, and the Third Revolution in Learning
                                                               J.D. Fletcher 2004
35




           Objetos de aprendizagem
     • Palavras importantes na definição de
       objetos de aprendizagem:
       – digital
       – reutilizável
       – aprendizagem
     • Uso intencional
36




             Objetos de aprendizagem
     •Pequenos componentes instrucionais que podem ser
     reusados diversas vezes em diferentes contextos de
     aprendizagem
     •Metáfora Lego x átomo
37


     Reuso e atualização
38




                 Novas tecnologias
     • Objetos de aprendizagem no contexto de
       novas tecnologias
       – Interoperabilidade entre OAs e AVAs
       – mLearning
       – Agentes conversacionais
       – Mundos virtuais e imersão
39


                        mLearning




     Objetos educacionais:
           Vídeo-aulas; quiz; pequeno material didático em
              formato de texto para consulta (máx 10 linhas)
           Estilos de aprendizagem preferencial
     Comunicação usando SMS
40




                 Estilos de aprendizagem




     •   KOLB, A. Y.; KOLB, D. A. Learning style and learning spaces: A review of the
         multidisciplinary application of experiential learning theory in higher education. In
         Sims, R., and Sims, S. (Eds.). Learning styles and learning: A key to meeting the
         accountability demands in education. Hauppauge, NY: Nova Publishers, 2006.
41




     Contexto tecnológico
     Situação em um curso tecnológico (IF)

      100% dos alunos possuíam celular,
     independente de curso e turno;

      Celulares detectados pelo sistema implantado
        Bluetoth
        WIFI
42




     Alguns resultados com mLearning
      Cerca de 80% dos alunos acessaram
     os objetos educacionais fora do ambiente
     escolar.

      90% responderam a pelo menos uma
     mensagem de SMS.

      95% aprovaram receber as
     respostas dos testes realizados
     em sala pelo SMS.

     Indice de reprovação
43



            Agentes conversacionais




     •Simulam uma conversação usando linguagem
     natural
     •Acesso a sistemas externos

                                             43
44




           Agente conversacional Blaze
     • Alunos talentosos (OBMEP – Olimpíada Brasileira de
       Matemática das Escolas Públicas)
     • Elicitar conhecimento  organizar em AIML  disponibilizar
       para os demais estudantes
45




     Blaze




                                    Desempenho
                              10
       Notas dos Estudantes    9
                               8
                               7
                               6
                               5
                               4
                               3
                               2
                               1
                               0
                                           Estudantes
                                                            45
                                   sem Blaze    com Blaze
46


     Realidade virtual
47



             Aprendizagem imersiva
     • Immersive Education Initiative -
     • Harvard Graduate School of Education - Chris
       Dede – Harward University
     • ecomuve.gse.harvard.edu/
       – Identificação de problema
       – Experimentação
       – Comparação de resultados
       – Avaliação formativa com
         base nos registros da trilha
         de aprendizagem percorrida
         pelo estudante
48


         Mundos virtuais e aprendizagem
               contextualizada
     • Desenvolver capacidade para identificar relações de
       causa e efeito não triviais
49




                      Open Sim
     • Objetos com comportamentos interdependentes
     • Ferramentas de autoria para objetos
     • Colaboração
50


                Dispositivos digitais
     • 6º sentido digital – Chris Dede

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  • 1. Tecnologia, Cognição e Aprendizagem Liane Margarida Rockenbach Tarouco Centro Interdisciplinar de Novas Tecnologias na Educação UFRGS 1
  • 2. 2 Tecnologia, Cognição e Aprendizagem • Quais os impactos do contexto permeado de dispositivos tecnológicos sobre a forma como ocorre a cognição e a aprendizagem?
  • 3. 3 Nativos digitais • Adolescentes lideram aumento de uso de celular no Brasil (IBGE - PNAD Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílios 2011 ) – 41,9% dos entrevistados na faixa de 10 a 14 anos tinham celular próprio em 2011 – 115,4 milhões de pessoas de 10 anos ou mais de idade (69,1%) disseram ter telefone celular para uso pessoal
  • 4. 4 Nativos digitais
  • 5. 5 Nativos digitais
  • 6. 6 Acesso à Internet no Brasil • PC com internet é bem durável que mais cresceu nos lares (IBGE)
  • 7. 7 TIC na Educação (CETIC/CGI)
  • 8. 8 TIC na Educação
  • 9. 9 TIC na Educação • 82% dos alunos fazem suas pesquisas para a escola com computador e Internet (CETIC/CGI 2011)
  • 10. 10 TIC na Educação - 2011 Local de realização × uso do computador e da Internet com os alunos
  • 11. 11
  • 12. 12 The 2-Sigma Problem The 2 Sigma Problem: The Search for Methods of Group Instruction as Effective as Ono-to-One Tutoring Benjamin Bloom , Educational Researcher 1984
  • 13. 13 Ensino individualizado • Tutoria individual x Aulas para classes – Custo – Interatividade – Individualização – Intensidade
  • 14. 14 Sigma problem
  • 15. 15 Multimídia e cognição Animation as an Aid to Multimedia Learning Richard E. Mayer - Educational Psychology Review, Vol. 14, No. 1, March 2002
  • 16. 16 A tecnologia e a cognição • A tecnologia modifica a expressão criativa do homem, modificando sua forma de adquirir conhecimento, interferindo assim em sua cognição
  • 17. 17 Impacto da tecnologia na educação • A Educação recebeu considerável impulso em sua disseminação a partir da incorporação de novas tecnologias. • O desenvolvimento dessas tecnologias promoveu transformações na prática educativa.
  • 18. 18 Neurosciência • Fatores que influenciam na aprendizagem – atenção – emoção – motivação • O papel que os meios eletrônicos desempenham no aprendizado – computador – televisão
  • 19. 19 Mudanças e variáveis • Multimídia interativa • Qualidade dos recursos de ensino aprendizagem • Interações dos sujeitos envolvidos
  • 20. 20 Tecnologia na educação • Como acontece a aprendizagem? • De que modo a tecnologia pode afetar o processo de aprendizagem? – a eficiência da aprendizagem – estratégias de aprendizagem • Maior atenção sobre os processos de interação com a tecnologia.
  • 21. 21 Teoria da carga cognitiva • Um conjunto universal de princípios que resultam em um ambiente de aprendizagem eficiente e que conseqüentemente promovem um aumento na capacidade do processo de cognição humana. • Princípios que tem como objetivo tornar a interação humana com a tecnologia mais alinhada ao processo cognitivo. John Sweller
  • 22. 22 Arquitetura cognitiva • Recebe a informação • Limitada capacidade • Limitada duração • Processadores separados para informação visual e auditiva • Armazenamento permanente de todo o conhecimento e habilidades em uma rede hierárquica (esquemas)
  • 23. 23 Sistema de aquisição de informação • A aquisição da informação ocorre neste primeiro estágio e desaparece em poucos segundos. • Natureza verbal acústica • O agrupamento de segmentos de informação em fragmentos altamente ordenados diminuem a sobrecarga da memória
  • 24. 24 Memória de curto alcance • Memória de trabalho é limitada • Processa estímulos provenientes do ambiente via órgãos sensoriais • Limite : 7  2 elementos de informação
  • 25. 25 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
  • 26. 26 Sobrecarga cognitiva • É preciso respeitar a quantidade de informação que uma pessoa pode processar é essencial para uma aprendizagem eficaz • Sobrecarga cognitiva ocorre quando muita informação é apresentada ao estudante
  • 27. 27 Carga cognitiva • Intrínseca – esforço que contribui para a construção dos esquemas – derivada da natureza do conteúdo a ser aprendido • Externa ao conteúdo – esforço requerido para processar o conteúdo em decorrência de sua estruturação e organização – derivada da formatação do material de aprendizagem
  • 28. 28 Carga cognitiva Carga cognitiva intrínseca imposto pela complexidade do conteúdo do material de ensino  Carga cognitiva natural (Relevante) – imposto pelas atividades de ensino que beneficiam o objetivo da aprendizagem  Carga cognitiva externa ao conteúdo (Irrelevante) – não interfere na construção e automação de esquemas – desperdiça recursos mentais limitados que poderiam ser usados no atendimento da carga intrínseca
  • 29. 29 Carga cognitiva e design • Design de telas e interfaces de computador – cada um dos elementos da tela deve ser interpretado pelo usuário e ocupa energia mental do usuário • O objetivo de um bom design de página para uso educacional é – reduzir a quantidade de processamento direcionado à interação com o sistema – maximizar o processamento do conhecimento
  • 30. 30 Princípios para redução da carga cognitiva • Princípio de representação múltipla • Princípio de proximidade espacial • Princípio da não divisão ou da Proximidade temporal • Princípio das diferenças individuais • Princípio da coerência • Princípio da redundância Richard Mayer
  • 31. 31 Revoluções da aprendizagem 1ª Revolução – escrita e livros • Liberaram o estudante da necessidade da interação face a face com sábios e outras fontes humana de conhecimento, erudição e informação • Conteúdo passou a estar disponível em qualquer lugar, qualquer momento • Livros era escritos a mão por monges, alunos e escribas
  • 32. 32 Revoluções da aprendizagem • 2ª Revolução – tipos móveis – Desenvolvimento dos tipos móveis para impressão de livros – Conteúdo educacional disponível a custo reduzido • Ex.: De cometis tractatvs novvs methodicvs Abraham Rockenbach (1611)
  • 33. 33 Revoluções da aprendizagem • 3ª Revolução – computadores – Os computadores podem adaptar a sequência e do tipo de operações que executam em função das condições do momento. – Individualização - adaptar o conteúdo, seqüência, tipo, dificuldade, granularidade para os alunos – Adaptação e interatividade - apresentar recursos multimidia sob demanda – Intensidade da aprendizagem – quantidade de questões apresentadas, respondidas, formuladas – Ritmo próprio
  • 34. 34 Impacto uso da tecnologia • Individualização – diferença 2 σ favorecendo ensino individualizado • Adaptação – ramificação x linear - 2.16 σ favorecendo a ramificação • Intensidade da aprendizagem – 0,11 questões propostas em classe tradicional (por estudante por hora) – 117 a 147 questões em tutoria individual (por estudante por hora) – 120 questões apresentadas em ensino apoiado em computador • Ritmo próprio – 1:5 é a relação do tempo necessário para os estudantes mais lentos dominarem o conteúdo Tédio para os mais rápidos e ficar perdido para os mais lentos Technology, the Columbus Effect, and the Third Revolution in Learning J.D. Fletcher 2004
  • 35. 35 Objetos de aprendizagem • Palavras importantes na definição de objetos de aprendizagem: – digital – reutilizável – aprendizagem • Uso intencional
  • 36. 36 Objetos de aprendizagem •Pequenos componentes instrucionais que podem ser reusados diversas vezes em diferentes contextos de aprendizagem •Metáfora Lego x átomo
  • 37. 37 Reuso e atualização
  • 38. 38 Novas tecnologias • Objetos de aprendizagem no contexto de novas tecnologias – Interoperabilidade entre OAs e AVAs – mLearning – Agentes conversacionais – Mundos virtuais e imersão
  • 39. 39 mLearning Objetos educacionais:  Vídeo-aulas; quiz; pequeno material didático em formato de texto para consulta (máx 10 linhas)  Estilos de aprendizagem preferencial Comunicação usando SMS
  • 40. 40 Estilos de aprendizagem • KOLB, A. Y.; KOLB, D. A. Learning style and learning spaces: A review of the multidisciplinary application of experiential learning theory in higher education. In Sims, R., and Sims, S. (Eds.). Learning styles and learning: A key to meeting the accountability demands in education. Hauppauge, NY: Nova Publishers, 2006.
  • 41. 41 Contexto tecnológico Situação em um curso tecnológico (IF)  100% dos alunos possuíam celular, independente de curso e turno;  Celulares detectados pelo sistema implantado Bluetoth WIFI
  • 42. 42 Alguns resultados com mLearning  Cerca de 80% dos alunos acessaram os objetos educacionais fora do ambiente escolar.  90% responderam a pelo menos uma mensagem de SMS.  95% aprovaram receber as respostas dos testes realizados em sala pelo SMS. Indice de reprovação
  • 43. 43 Agentes conversacionais •Simulam uma conversação usando linguagem natural •Acesso a sistemas externos 43
  • 44. 44 Agente conversacional Blaze • Alunos talentosos (OBMEP – Olimpíada Brasileira de Matemática das Escolas Públicas) • Elicitar conhecimento  organizar em AIML  disponibilizar para os demais estudantes
  • 45. 45 Blaze Desempenho 10 Notas dos Estudantes 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Estudantes 45 sem Blaze com Blaze
  • 46. 46 Realidade virtual
  • 47. 47 Aprendizagem imersiva • Immersive Education Initiative - • Harvard Graduate School of Education - Chris Dede – Harward University • ecomuve.gse.harvard.edu/ – Identificação de problema – Experimentação – Comparação de resultados – Avaliação formativa com base nos registros da trilha de aprendizagem percorrida pelo estudante
  • 48. 48 Mundos virtuais e aprendizagem contextualizada • Desenvolver capacidade para identificar relações de causa e efeito não triviais
  • 49. 49 Open Sim • Objetos com comportamentos interdependentes • Ferramentas de autoria para objetos • Colaboração
  • 50. 50 Dispositivos digitais • 6º sentido digital – Chris Dede