Descrição
Projeto ARCA - Ambiente de Realidade Virtual Cooperativo de Aprendizagem

A evolução de ambientes de aprendizagem construtivistas: imersão em mundos virtuais distribuídos

Até bem recentemente, o uso da tecnologia da informação para aperfeiçoar ambientes de aprendizagem construtivistas centraram seu foco na criação de ferramentas computacionais e representações virtuais que o estudante pudesse manipular. Usualmente o conjunto de ferramentas construtivistas incluiria: À medida em que os estudantes experimentam refinar seus modelos mentais, ferramentas computacionais que complementam a memória humana são disponibilizadas. As perspectivas das pesquisas mais recentes, que vêm sendo realizadas no campo da Informática na Educação, indicam que os resultados avançam na direção de estudar a solução dos seguintes problemas: Em se tratando da utilização da Internet, como instrumento no auxílio à uma prática pedagógica diferenciada, busca-se ensejar condições para uma aprendizagem significativa. De acordo com Jonassen, quando o ambiente de ensino aprendizagem, no qual o estudante se envolve, propicia as condições apresentadas na figura 1, a aprendizagem significativa surge naturalmente.

Figura 1: Aprendizagem significativa

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Através de modelos de software, tais como simulação com vizualização gráfica em tempo real, um estudante pode ser imerso em um ambiente sintético construtivista capaz de oferecer muitas destas condições. O estudante atua e coopera não como ele próprio, mas via um avatar, um pessoa que o representa no mundo virtual e que pode realizar experimentos e se "mover". Esta abordagem aperfeiçoa a habilidade dos estudantes para aplicar conhecimento abstrato situando a educação em contexto virtual similar ao ambiente em que as habilidades dos estudantes possam ser usadas.

Assim como no mundo real a aprendizagem se dá em várias frentes, ou seja, mesmo quando estamos aprendendo uma disciplina específica o conteúdo pode levantar questões pessoais de experiências anteriores tornando o tema mais significativo, o mesmo acontece com a realidade virtual, à medida que trata com sensações e sentidos à semelhança do real com o qual se estabelece analogias. A visão e a audição, que se desenvolvem no mundo físico de maneira quase inconsciente são, dentro do ambiente virtual, estimuladas de forma diferente e mais profunda; os nossos sentidos são como que 're-educados', adaptando-se a uma realidade diferente, habituando-se a ver, ouvir e sentir de uma forma nova, mais cuidada e consciente.

A realidade virtual não-imersiva é mais restritiva, porém economicamente mais viável, por dispensar os periféricos específicos que potencializam a sensação do usuário de estar imerso num ambiente sintético. Se por um lado esta modalidade é mais restritiva sensorialmente, por outro pode gerar menos enganos na aprendizagem, decorrentes de um emprego não equilibrado de fenômenos peculiares nestes mundos, como ausência de resistência dos sólidos, deslocamento aéreo do observador no instante que desejar, rotação de objetos, etc. A demonstração através de simulações de projetos, equações, moléculas, universos reais ou imaginários infinitamente grandes ou pequenos, é apenas o primeiro passo para a experimentação da realidade virtual; enganando nossa percepção com um ambiente do qual podemos nos aproximar ao máximo, explorando-o por diferentes ângulos, distâncias e posições, independentemente das suas dimensões, podem-se produzir situações profundamente desestabilizadoras, mesmo que inadvertidamente, por isso deve-se estar atento para as proposições e usos dos ambientes de realidade empregados na educação.

A realidade virtual além de favorecer a experimentação de situações apenas viáveis na imaginação humana, incentiva a participação ativa dos estudantes à medida que oferece um espaço virtual tridimensional para ser explorado criativa e intencionalmente, e é esta a característica que mais interessa neste estudo.

COOPERAÇÃO

Através deste tipo de infraestrutura, as interações cooperativas no mundo sintético, podem ocorrer à distância entre avatares. A dinâmica interpessoal proporcionada provê aprimoramento às situações de ensino aprendizagem de uma formas diferente do que pode ser conseguido em ambientes típicos de cooperação face-a-face ou via videoconferência. Personalidades sintéticas, geradas computacionalmente no mundo sintético podem proporcionar realimentação intelectual e social aos estudantes mimetizando tipos de interações que ocorrem num ambiente de aprendizagem construtivista.

Sentir-se integrado a um ambiente qualquer, seja virtual seja real, é o primeiro passo para a participação cooperativa. A construção do conhecimento é resultado de uma interação contínua do sujeito com o objeto num processo de relações recíprocas, que Piaget (1990) denomina de adaptação/organização. O processo de adaptação é a busca do sujeito de interação com o meio do qual faz parte, sabendo-se que as transformações do sujeito em função do meio conduz a continuidade do intercâmbio sujeito/objeto, estando a elaboração de conhecimentos novos diretamente relacionada a esta rede de relações recíprocas que se estabelece entre os dois. A interação leva o aluno a uma postura mais reflexiva em relação ao conteúdo que está sendo desenvolvido, como conseqüência da sua atitude ativa na construção do conhecimento que não lhe é fornecido pronto, mas construído cooperativamente entre todos os integrantes do ambiente de realidade virtual. O ambiente de realidade virtual, mais que qualquer outro ambiente virtual propicia a interação e cooperação, à medida que propõe um cenário tridimensional para a atuação do usuário que terá de fazer suas escolhas num espaço, à semelhança da realidade que ele habita, e não num plano de representação bidimensional.

Como em todo o ambiente construtivista, projeto top-down centralizado não é o adequado porque os usuários preferem projetar e construir seus próprios artefatos. Desenvolver uma retórica para os intercâmbios entre avatares num ambiente construtivista que apoie a cooperação, é vital para que se efetive o processo de ensino e aprendizagem. O paradigma do processo da comunicação em tempos de teoria da informação era compreendido como um fluxo linear, de mão única. Com o desenvolvimento da teoria da comunicação, esse entendimento passou para um modelo de ênfase na interação. Se o primeiro paradigma se fundamenta na transmissão linear e consecutiva de informações e na superioridade do emissor, o segundo valoriza a dinamicidade do processo, onde todos os participantes são atuantes na relação.

Induzir imersão ativa, envolve aumentar as capacidades de cada um, num ambiente artificial em que podem iniciar ações que tenham consequências novas e intrigantes. Descobrir novas capacidades para reformatar o ambiente pode ser altamente motivador e focalizar a atenção. Ambientes sintéticos distribuídos oferecem grande potencial para imersão ativa e simbólica requerendo moderada banda passante em comparação com interações de videoconferência em tempo-real. O projeto ora proposto, visa o projeto, desenvolvimento, teste e implantação de um Ambiente Imersivo de Ensino Aprendizagem Cooperativa tal como diagramado na figura 2 que apresenta a visão geral do sistema.

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O projeto é composto de sub-projetos:

Implementando e integrando agentes pedagógicos em ambientes imersivos de aprendizagem cooperativa

A vida artificial na construção de um ambiente de realidade virtual

A percepção na construção do conhecimento em ambiente de realidade virtual

Análise operatória de um ambiente virtual imersivo cooperativo de aprendizagem

Especificação e construção de software para o ambientes imersivo de aprendizagem cooperativa

O processo de avaliação em um ambientes imersivos de aprendizagem cooperativa

Avaliação de Qos requerida por ambientes imersivos de aprendizagem cooperativa em redes de computadores para fins de gerenciamento e otimização de acesso

Participam do projeto pesquisadores/professores das universidades UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, ULBRA-Universidade Luterana do Brasil e UCPel-Universidade Católica de Pelotas, sob a coordenação da primeira, os quais tem como elemento em comum estarem em sua maioria ligados ao Pós-Graduação Informática na Educação da UFRGS.

A ÁREA DE APLICAÇÃO

Desde tempos imemoriais, a humanidade busca preservar seus alimentos, na constante batalha contra a fome. As primeiras informações que se tem a este respeito datam da pré-história, quando o homem colocava suas caças perto do fogo conservando-as durante os períodos de estiagem. Posteriormente, os egípcios utilizavam ácidos para conservar seus alimentos e os chineses empregavam barras de gelo. A necessidade de preservar os alimentos provém de duas características muito importantes, inerentes a estes produtos: a sazonabilidade e a perecibilidade. Estas, por sua vez, são conseqüência direta da ação de enzimas e microrganismos, presentes na quase totalidade das matérias-primas alimentares. As enzimas e os microrganismos possuem características bem diferenciadas; as primeiras são compostos bioquímicos normalmente já presentes nos alimentos, sobretudo nos de origem vegetal, responsáveis pela catalização de todos os fenômenos bioquímicos que acontecem em seu interior, sendo agentes tanto do amadurecimento quanto da senescência do alimento; já os microrganismos, são entidades vivas que, na maiorias dos casos, contamina a matéria-prima durante uma das fases de seu processamento, causando com isto sua deterioração, podendo até causar problemas patológicos no homem.

Além de ambos serem os principais competidores do homem na batalha por uma boa alimentação, estes agentes possuem em comum o fato de terem seus fenômenos de desenvolvimento, ação e até de procriação (no caso dos microrganismos), controlados por processos que sofrem influência de parâmetros externos que variam com o tempo. As principais variáveis envolvidas são a temperatura, a umidade e a acidez do meio. O controle destes parâmetros e sua ação sobre os alimentos é uma exigência primordial para todo aquele que deseje entender um pouco mais sobre os alimentos que consome.

Assim sendo, o domínio deste conhecimento é fundamental para os mais diversos tipos e classes de indivíduos, que relacionam-se com o processamento de alimentos. Para o engenheiro de alimentos este é um conteúdo básico, pois todos os processos que ele irá desenvolver, todos os equipamentos que ele irá projetar ou qualquer tecnologia que ele irá implantar dependerão do perfeito entendimento da influência que a modificação de um ou mais destes parâmetros terá sobre seu produto, ao longo do tempo. Similarmente, o pequeno produtor rural que deseja prolongar a vida de prateleira de produtos de sua propriedade ou o extensionista rural / técnico agrícola que pretende disseminar esta cultura em seu meio também precisarão dominar estes mesmo fenômenos, para poder aplicá-los corretamente. Em empresas de processamento agro-industrial, de pequeno, médio ou grande porte, todos os funcionários, graduados ou não, devem ter idéias muito claras do que representa a alteração de qualquer um dos parâmetros de seu processo para a qualidade do produto final.

Prosseguindo na cadeia produtiva, um bioquímico, químico, veterinário, ou outro técnico qualquer que tem a incumbência de controlar a qualidade de um certo produto alimentício deverá ter total conhecimento sobre as alterações que podem ter sido provocadas pelo processamento anterior, de forma a melhor avaliar o resultado obtido em suas análises. Em um outro lado da mesma cadeia alimentícia, o nutricionista precisa saber como um certo processamento irá alterar a qualidade nutricional de uma certa matéria-prima para poder elaborar corretamente sua dieta. Da mesma forma, uma dona-de-casa interessada em sua boa alimentação desejará entender o que ocorre com o passar do tempo, em termos nutricionais e de deteriorações, com os alimentos que ela armazena em seu refrigerador.

Esta gama de conhecimentos tão importantes na sociedade atual será o tema que o Ambiente de Realidade Virtual Cooperativo de Aprendizagem - ARCA utilizará para o desenvolvimento do protótipo de teste. Nesta primeira versão pretende-se que o aprendiz (definindo-se como aprendiz todos os sujeitos cognoscentes mencionados anteriormente) irá penetrar em um ambiente de realidade virtual (com ou sem imersão) de forte interação onde poderá manipular objetos aos quais estarão associados conceitos e relações entre parâmetros como temperatura e umidade e o desenvolvimento de microrganismos e enzimas levando às conseqüentes alterações que irão provocar nos alimentos, sejam elas de aumento de sua vida de prateleira, de surgimento de deteriorações ou de perda de valor nutricional.

A tônica desta nova ferramenta de ensino aprendizagem será a utilização da realidade virtual como forma de promover a aprendizagem colaborativa através de uma grande parcela de interação (conectar com as pesquisas de interação). A interação poderá ser sujeito - computador pois lhe será possibilitado manipular virtualmente objetos, a exemplo do que acontece no mundo real, facilitando a assimilação dos novos conhecimentos; o sistema a ser criado também terá uma arquitetura mais aberta, de forma que o sujeito poderá alimentá-lo com novos dados provenientes de suas descobertas, enriquecendo o ambiente para os futuros aprendizes. A utilização do Ambiente via Internet ou mesmo Intranet possibilitará a interação aprendiz-aprendiz e mesmo aprendiz-aprendiz-intrutor (quando for o caso) uma vez que dois ou mais sujeitos poderão percorrer o mesmo ambiente, compartilhando sua dúvidas, conhecimentos e descobertas promovendo uma verdadeira aprendizagem colaborativa. Finalmente, os desafios a serem propostos ao aprendiz tem a intenção de desequilibrar suas estruturas cognitivas, facilitando, porém, a equilibração num novo patamar por pequenas e sucessivas adaptações que se darão através da manipulação de situações que podem ser relacionadas a seu dia-a-dia promovendo a interação sujeito-sujeito nas tentativas de equacionar o binômio acomodação-assimilaçao.

Dentro desta perspectiva, o Ambiente de Realidade Virtual Cooperativo de Aprendizagem pretende em sua primeira versão simular, em realidade virtual, uma loja de alimentos onde o aprendiz será desafiado a compreender os fenômenos que regem as relações de deterioração e conservação destes materiais. O aprendiz poderá "pegar" estes alimentos e manipulá-los livremente em situações com diferentes temperaturas, acidez do meio, umidade, embalagem, avaliando a influência causada com o decorrer do tempo, também por ele controlado, nas condições sensoriais, nutritivas e de comercialização destes produtos.

É importante salientar-se que o tema alimentos foi escolhido apenas como modelo da primeira testagem do ARCA, que por suas características de construção poderá ser utilizado para o ensino aprendizagem de qualquer área onde ocorram alterações que possam ser parametrizadas com um fator comum, neste caso o tempo utilizando técnicas de Inteligência Artificial e Vida Artificial. Com a introdução de uma base de conhecimentos do domínio específico, o Ambiente poderia ser utilizado para promover a aprendizagem da evolução de certas doenças com a aplicação de diferentes fármacos ou condições de saúde do paciente; partindo para um campo de domínio de objetos inanimados é possível criar-se um ambiente que simulasse a resistência de diferentes materiais de construção sujeitos a variadas condições ambientais, ou até mesmo a influência da seleção de um material na transposição de um sentimento durante a execução de uma escultura.

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