MODELAGEM DE UM AMBIENTE INTELIGENTE PARA A EDUCAÇÃO
BASEADO EM REALIDADE VIRTUAL (RV)

(1) Luis Alberto Alfaro Casas, M. Eng.
(2) Francisco Antonio Pereira Fialho, Dr. Eng.
(3) Luiz Fernando Jacintho Maia, Dr. Eng.
E-mail : casas@mbox1.ufsc.br
ffialho@matrix.com.br
maia@eps.ufsc.br

Fax : 0055-483-317071

(1) Universidad Nacional de San Agustin de Arequipa
Santa Catalina 117 - Arequipa - Peru

(2), (3) Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção - UFSC
Campus Trindade - Florianópolis- SC. CEP: 88040-970

 
 
Resumo

O objetivo deste artigo é analisar a utilização potencial do computador como ferramenta de ensino/aprendizagem para enriquecer a organização dos programas educacionais com ambientes modernos. A idéia é que as atividades contínuas e abertas na educação são necessárias, e que as modernas tecnologias podem contribuir para isto. A base teórica deste projeto está centrada na cognição humana, sendo levada em consideração sua base biológica. Foram pesquisadas as características da Realidade Virtual imersiva e suas contribuições na construção de conhecimento. Foram analisados também os ambientes inteligentes para a aprendizagem, que servirão de fontes para formular a arquitetura de um modelo de Ambiente Inteligente para a Aprendizagem Baseado em Realidade Virtual. Finalmente são estabelecidas as conclusões e sugestões.
 

1) Introdução

O aparecimento de novas tecnologias no campo técnico, as variações no meio econômico e legal dos países ao integrarem-se em organizações supranacionais, unidos às mudanças na mentalidade da sociedade atual, fazem com que o ensino recebido na escola ou universidade tornem-se obsoletos com o transcorrer do tempo, sendo insuficientes para fazer frente às novas situações que se apresentam no âmbito laboral e na vida cotidiana. (Fernandez, Lopez, Kumpel,Villa, 1992, p. 333). A obsolescência e o esquecimento natural dos conhecimentos adquiridos supõem uma redução na eficácia total da força laboral da empresa. O sistema educacional, responsável pela formação mais ampla do indivíduo, não está preparado para avançar no ritmo das trocas tecnológicas e do processo que ocorreu no sistema produtivo. O segmento da educação que cresce mais rapidamente está dentro da indústria, que enfrenta a questão de como fazer com que a força laboral ande no mesmo ritmo (Reinhardt, 1995). Torna-se uma necessidade das organizações preparar o indivíduo para um novo papel mais ativo nas tomadas de decisões e na participação direta no processo de direção.

A instrução ou o adestramento nos moldes em que eram feitos dentro de um sistema de produção em massa, já não são suficientes e não captam as necessidades de formação do pessoal das novas empresas, no denominado "Sistema Enxuto" de produção. Ao mesmo tempo, a natureza altamente rotatória e a crescente diversidade da força de trabalho, requerem novas abordagens de capacitação, onde o novo paradigma é aprender enquanto se trabalha (real ou virtualmente) (Borges, Borges, Baranauskas, 1995, p. 154). Portanto, é necessário buscar novas abordagens para a capacitação dos funcionários, que resultem interessantes, estimulantes e possam propiciar resultados dentro da nova visão empresarial. Expandir a visão dos funcionários além de seus labores rotineiros, em busca de uma visão global da participação de seu trabalho específico no processo como um todo, levantando questões do tipo como interpretar e tentar otimizar os processos, é um desafio que pode ser facilitado pelos recursos mediadores do computador e das tecnologias modernas.

2) Plasticidade

Maturana e Varela (1972), em sua proposta, ressaltam que os organismos vivos ou máquinas autopoiéticas, incluindo os humanos, não tomam, simplesmente, informações do exterior; antes reagem às "perturbações" do meio ambiente através de adaptações das estruturas interiores. A interação com o meio ambiente não efetua adição direta de "ingredientes" na estrutura física de um organismo e nem símbolos na sua estrutura mental, mas causa trocas qualitativas e quantitativas nestas estruturas já existentes. A habilidade para detectar perturbações e a classe de troca estrutural que elas produzem está determinada pela filogenia das espécies e pela história das adaptações individuais ou ontogenia (Maturana, Varela, 1992). O acoplamento estrutural é a base, não só das mudanças ocorridas em uma unidade autopoiética ou indivíduo ao longo de sua vida (aprendizagem), senão também, das levadas a cabo através da reprodução (evolução) (Flores, Winograd, 1989, p. 77). A interpretação e a representação (simbolização) do mundo dependem das adaptações estruturais em função da interação com as perturbações de um meio simbólico e real.

A riqueza plástica do sistema nervoso não está no sentido de guardar as representações dos fatos do mundo, mas sim em que sua contínua transformação permanece congruente com as transformações do meio, como resultado de que cada interação o afeta. Do ponto de vista do observador, isso se vê como aprendizagem adequada. Mas o que ocorre é que os neurônios, o organismo que integram e o meio em que este interage operam reciprocamente como seletores das suas correspondentes mudanças estruturais, e se acoplam estruturalmente entre si : o operar do organismo, incluindo seu sistema nervoso, seleciona as trocas estruturais que lhe permite seguir operando ou se desintegra (Maturana,Varela, 1992, p. 111).

Os humanos se comunicam, usualmente, com quaisquer outros, de maneira simbólica. Isto significa que a experiência de um, com o mundo de qualquer outro, pode ser somente a experiência de uma descrição deste mundo em terceira-pessoa (Winn, 1993). A comunicação se torna possível através do que Maturana e Varela (1992) chamam de "acoplamento estrutural". Os organismos de espécies semelhantes possuem, basicamente, aparelhos semelhantes para detectar e adaptar-se às perturbações. Além disso, eles habitam meio-ambientes semelhantes e provavelmente estão propensos a encontrar perturbações semelhantes. Como resultado, a história de suas adaptações estruturais podem ser similares. Suas estruturas são "acopladas", por isso é possível a comunicação com outros seres humanos. Segundo Vygotsky (1978), para tornar a comunicação possível, deve-se ter uma aproximação a respeito dos significados dos símbolos. A negociação entre membros de um grupo sobre um significado pode conduzir a compromissos (Flores, Winograd, 1989) e resultar em concordâncias somente temporárias. Por isso, segundo Mc. Mahom e O’Neil (1993), na prática construtivista insiste-se freqüentemente em prover oportunidades, para o aprendizado, que requerem que os estudantes trabalhem em grupos e cheguem a um consenso a respeito de um dado significado.

3) O ensino auxiliado por computador

O ensino auxiliado por computador teve três gerações e com o advento da Realidade Virtual (RV), está entrando na quarta.

· A primeira geração baseava-se na teoria comportamentalista implementando as abordagens tradicionais do planejamento instrucional. A asserção subjacente a esta "primeira geração" da educação auxiliada por computador foi (Winn, 1993, p. 5):

ç Para Reigeluth (1983), o comportamento do estudante é predizível, se o conhecimento a cerca do resultado pretendido da instrução, sobre os métodos empregados e sobre as condições sob as quais este ocorre é suficiente

ç Para Landa (1983), o conhecimento e habilidades dos estudantes que estão além do mestre podem ser padronizados e reduzidos, usando técnicas analíticas apropriadas para componentes "atômicos", cujo domínio, em agregação, produzirá o comportamento pretendido.

ç Segundo Gagne & Dick (1983), a teoria instrucional prescritiva é suficientemente confiável para que os procedimentos de projeto instrucional assegurem que a instrução, desenvolvida pela sua aplicação sistemática, trabalhará efetivamente sem a intervenção adicional dos projetistas ou professores. Os argumentos desta hipótese foram seriamente refutadas em uma variedade de formas por Streibel (1991) e Winn (1990, 1993). Apesar disso, a grande idéia da educação assistida por computador, até agora, continua seguindo esta abordagem baseada nos procedimentos tradicionais do projeto instrucional.

A "segunda geração" do ensino auxiliado por computador sofreu algumas mudanças da ênfase centrada no conteúdo do projeto instrucional para a ênfase de como a informação é apresentada aos estudantes (Flemming & Levie apud Winn, 1993, p.5). Esta ênfase, resultante da percepção de como os estudantes processam a informação, tem um impacto maior naquilo que eles aprendendo que na precisão da redução da tarefa e da prescrição de estratégias instrucionais baseadas no conteúdo ensinado. O foco no projeto de mensagens instrucionais surgiu da percepção de alguns psicólogos de que a teoria comportamental tem uma concepção incompleta do aprendizado humano, conduzindo a uma prescrição inadequada para estratégias instrucionais e que as teorias cognitivas de aprendizagem humana e instrução são fontes mais satisfatórias aos projetistas instrucionais ao projetarem formas de orientação ao invés de induzirem as formas de comportamento (Bonner (1988); Campagne, Klopfer & Gunstone (1982); DiVesta & Rieber (1987); Tennyson & Rasch (1988), Winn (1990)). A emergência da segunda geração conseguiu uma significativa impulsão a partir das considerações feitas por Gardner (1983, 1993), de que dois estudantes não são semelhantes em sua constituição psicológica, por Cronbach & Snow (1977) de que algumas vezes estas diferenças individuais entre estudantes são suficientemente importantes para requerer a prescrição de métodos instrucionais diferenciados que considerem suas aptidões e, segundo Tobias (1976, 1989) também habilidades.

A "terceira geração" do ensino auxiliado por computador surgiu da crença de que a natureza da interação entre o estudante e a instrução é determinante na aprendizagem, de igual ou maior importância que o conteúdo ou a forma como a informação é apresentada. Esta orientação é fortemente baseada na ciência cognitiva. Na verdade, teorias cognitivas tais como a ACT (Anderson apud Guine, 1991, p. 253) têm formado as bases apropriadas para todas as tentativas de desenvolver um tutor "inteligente" baseado em computador, altamente interativo (Wenger, 1987). Um das mais fortes e recentes expressões desta abordagem é a de Merrill (1991, 1993), "Instructional Transaction Theory", baseada na idéia de que toda aprendizagem resulta da interação ("transação") entre o estudante e o programa.

Uma abordagem de ensino auxiliado por computador que aposta em um entendimento do modo pelo qual o estudante interage com os recursos de aprendizagem, parece primeiramente um pequeno passo para a hipótese da quarta geração, na qual o conhecimento é construído pelos próprios estudantes e não fornecido pelos recursos de aprendizagem. Bartlett (1932) foi o primeiro a propor que o aprendizado ocorre quando a pessoa constrói os "esquemas" que representam o mundo para ela. Neisser (1976) sugere que os esquemas guiam a forma como as pessoas procuram a informação no meio, orientando-as para antecipar isto que elas podem encontrar. Recentes teorias da construção do conhecimento estão baseadas na teoria cognitiva, como as das obras de Spiro (1991) "Cognitive Complexity Theory" e Bransford (1990) "Anchored Instruction".

As considerações de aprendizagem providas pela Ciência Cognitiva são construídas em torno de idéias como a de que a mente humana trabalha de forma semelhante a um computador e que a cognição consiste na manipulação mental de símbolos (Boden (1988); Jackendoff (1987); Johnson-Laird (1988); Pylyshym (1984)). Marr (1982), no seu trabalho seminal sobre a visão, se baseia na premissa de que o cérebro é demasiado complexo para ser entendido e que portanto nós precisamos explicar a cognição por meio de computações baseadas em funções matemáticas que possam conter o modelo de processo cognitivo.

O criticismo na Ciência Cognitiva apontou, particularmente, para a metáfora computacional da mente humana e para as inevitáveis conseqüências desta suposição de que a cognição depende das estruturas e funções simbólicas. A presença das interfaces computacionais limitam as experiências dos estudantes como experiência na "terceira pessoa". O corolário é de que a atividade psicologia na primeira pessoa, não-reflexiva, não-simbólica, que ocorre quando a pessoa interage diretamente com mundos, reais o virtuais, não tem lugar nas teorias da Ciências Cognitivas (Winn, 1993, p.7). Esta é uma omissão fatal conforme os construtivistas e críticos da ciência cognitiva em geral (Dreyfus (1972); Edelman (1992), Searle (1992)).

O construtivismo descreve os modos de conhecimento e o processo de constituição das estruturas e funções cognitivas e os processos de aprendizagem correlatos.

Crê-se, em geral, que os grandes motivos pelos quais se pretende promover o desenvolvimento no ensino com recursos de informática são expostos por Tavares (1991, p. 491): aumentar a motivação dos sujeitos cognoscentes despertando mais interesse e curiosidade pelo ensino; reduzir assimetrias de qualidade média do ensino e do aprendizado; reduzir assimetrias de qualidade garantindo a utilização de certos módulos de ensino com qualidade semelhante em diversos centros de estudos; apoiar sistemas de educação à distância.

Adicionalmente, a utilização de software educacional pode trazer também outras conseqüências pedagógicas desejáveis, tais como(Giraffa, Oliveira, 1995, p. 144): individualização no aprendizado; estímulo e motivação para o sujeito cognoscente; promoção da autoestima no sujeito cognoscente; apresentação dos tópicos educativos de modo atrativo, criativo e integrado;

4) A realidade virtual (RV).

Dos novos ramos da informática, a RV é uma das mais desconhecidas e seu nome sugere uma grande variedade de interpretações, as mesmas que se prestam a especulação e fantasia. Existem diversos termos para referirmos ao mesmo conceito, tal é o caso de "Realidade Sintética" e " Ciberespaço".

Ainda não existe uma definição totalmente aceita de RV, poderíamos dizer que consiste em "a simulação de meios ambientes e dos mecanismos sensoriais do homem por computador, de maneira tal que se busca proporcionar ao usuário a sensação de imersão e a capacidade de interação com meios ambientes artificiais" (Rios, 1994, p. 1). Outra definição é a seguinte : RV é um modelo matemático que descreve um "espaço tridimensional", que contém objetos, que podem representar qualquer coisa, desde uma simples entidade geométrica, por exemplo um cubo ou uma esfera, até uma forma sumamente complexa como pode ser um projeto de desenvolvimento arquitetônico, um novo estado físico da matéria ou o modelo de uma estrutura de DNA. Ou ainda: "Realidade Virtual" é uma maneira mediante a qual os humanos visualizam, manipulam e interagem com o computador e dados extremamente complexos".

Para muitos, a RV é uma simulação interativa; por esta definição, se usarmos um mouse, joystick ou o simples teclado para voar sobre um modelo texturizado, (por exemplo um simulador de vôo) então fazemos uso da realidade virtual. Mas, para outros isto não basta e afirmam que uma RV é estarmos em um ambiente de rede e várias pessoas colocam suas realidades entre sim; tal é o caso das comunidades virtuais (BBS) e os esquemas MUD (Multi User Dungeon). Outros limitam o conceito de RV ao uso de equipamento sofisticado (Head Mount Devices) que permitem ao usuário submergir ainda mais nos novos mundos artificiais, ou seja realidades, sintéticas tridimensionais com interfaces homem-máquina, mediante métodos específicos de interação. Baseados nesta declaração, RV é um método específico de interface com uma realidade artificial tridimensional. Para outros pesquisadores, mediante a Realidade Virtual, se permite aos usuários experimentar modelos tangíveis de lugares e coisas, donde por tangível se entende que o modelo pode ser percebido diretamente pelos sentidos - não como se faz, por meio da linguagem ou o uso de modelos matemáticos, mas sim com o uso de estímulos multisensoriais: através da vista, do olfato, do tato, do gosto e do ouvido - .

Na ausência de um consenso fica muito difícil definir as fronteiras entre o que é e o que não é Realidade Virtual. Não obstante, todos os autores coincidem em que mediante a realidade virtual se leva a cabo a união homem-máquina de uma maneira mais estreita. A RV é um passo além do que seria a simulação por computador, tratando-se de uma simulação interativa, dinâmica, em tempo real de um sistema.

As características que distinguem um sistema de Realidade Virtual, de outros sistemas informáticos são (Rios, 1994, p. 2):

· A imersão, propriedade mediante a qual o usuário tem a sensação de encontrarse dentro de um mundo tridimensional.

· Existência de um ponto de observação ou referencia, que permite determinar a situação e posição de observação do usuário dentro de um mundo artificial ou virtual.

· Navegação, ou propriedade que permite ao usuário trocar sua posição de observação.

· Manipulação, ou característica que possibilita a interação e transformação do meio ambiente virtual.
 
 

Os elementos presentes em qualquer sistema de RV serão:

· Interação: permite o controle da exploração deste sistema; de não ter interação. O sistema não deixa de ser uma simples película ou visita guiada. Para a interação existem diversas interfaces, que vão desde teclados até luvas ou trajes sensores.

· A percepção : vem a ser o fator mais importante. Alguns sistemas de RV se dirigiram principalmente aos sentidos (visual, auditivo, tato), outros tentaram chegar diretamente ao cérebro, evitando assim as interfaces sensoriais externas, e outros , os mais humildes, recorreram a toda a força da imaginação do ser humano para viver a experiência de uma realidade virtual.

· Simulação : os mundos simulados não devem necessariamente, devem adaptar-se às leis físicas naturais. É por esta característica que a RV se presta a ser aplicada em qualquer campo da atividade humana. Se bem é certo que abra algumas aplicações muito mais apropriadas que outras, a RV é algo mais que uma simples simulação , já que ao oferecer a interação com o modelo, outorga uma "presença" nele mesmo; mediante esta faceta se poderiam realizar tarefas dentro de um mundo real remoto, ou um mundo gerado por computador ou em uma combinação de ambos. (Rios, 1994, P. 2).

Segundo W. Robinnett, os modelos a serem usados nos sistemas de RV podem ser agrupados nas seguintes categorias:

· Modelos capturados por Scanners, digitalizados, transferidos do mundo real. O sistemas de tele-presença utilizam câmaras de vídeo (uma por cada olho). Para explorar o mundo real em um lugar remoto, gravações de som por cada ouvido registram um modelo de áudio de mundo real à distância.

· Modelos calculados, matematicamente e posteriormente construídos - visualizados- manipulados, geralmente utilizados em modelos complexos ou demasiado abstratos, por exemplo, o modelado dos fluxos de ar em uma turbina, ou dos fluxos de lava de um vulcão por um vale.

· Modelos construídos por artistas, que são poligonais, geralmente gerados em sistemas CAD, criados com estruturas coordenadas completas. Estes modelos podem se basear em espaços reais ou fictícios , por exemplo, uma cozinha do futuro ou um paisagem espacial.

· Modelos editados a partir de uma combinação de conteúdos capturados por SCANNER, calculados ou criados por artistas.

Em função aos elementos envolvidos, a RV pode ser classificada nas seguintes categorias:

· Sistemas DESKTROP de RV : Englobam aquelas aplicações que mostram uma imagem 2D ou 3D em um vídeo de computador em lugar de projetá-la a um Head Mounted Device (HMD). Posto que representam mundos de 3 dimensões, os exploradores podem viajar em qualquer direção dentro destes mundos. Os exemplos caraterísticos destes ambientes são os simuladores de vôo para computador. Em resumo, os sistemas de RV DESKTROP mostram mundos tridimensionais através de monitores de 2D. Alguns incorporam interfaces sofisticadas, como luvas, comandos de controle, cabinas, mas todas terão em comum a característica antes mencionada (3D em 2D).

· Sistemas de imersão : são aqueles que submergem ou introduzem o explorador de maneira estreita no mundo virtual que está tratando, mediante a utilização de sistemas visuais de tipo HMD, equipamentos seguidores de gestos e movimentos, assim como elementos processadores de som. Dando desta maneira, ao participante, estreito relacionamento com o ambiente virtual, e isolado até certo ponto do mundo "real".

A remoção das interfaces entre o computador e o usuário é uma condição necessária para a imersão em RV. O participante "veste o computador", ele está dentro dos dados. Como resultado, os participantes podem interagir com o mundo virtual, o qual pode viver uma simulação de alguns aspectos do mundo real, uma instanciação de alguma abstração, aquela que de outra maneira só é acessível como dado numérico, ou a criação da fantasia ou imaginação, assim como naturalmente eles fazem com o mundo real. Esta é uma vantagem grande sobre as interações naturais que ocorrem quando a interface desaparece, muitas das quais estão baseadas na figuração da RV (Winn, 1993 : p. 2).

Existem mundos de imersão em 3 dimensões, assim mediante o envio de imagens ligeiramente diferentes a cada olho se habilita a sensação de profundidade, perspectiva e dimensão. O que cada participante vê e experimenta precisa ser recomputado (para cada olho) em cada movimento que se detecte; isto para mostrar as visões e sons apropriados para a nova posição.

Os sistemas de imersão em RV permitem ao explorador ir a qualquer parte dentro da estrutura, atravessar paredes, boiar e elevar-se em direção ao céu, penetrar nas entranhas da terra ( se que existe céu e terra nesse mundo).

· VR em segunda pessoa : A diferença da imersão dos sistemas em segunda pessoa (ou unencumbered systems) envolvem percepções e respostas em tempo real, ações dos humanos envolvidos, os quais estão liberados ou não submetidos ao uso de capacetes, luvas, HMD's, fios condutores ou qualquer outro tipo de interface que atrapalhe.

Mas, nos sistemas em segunda pessoa, o explorador sabe que está dentro do mundo virtual porque vê a si mesmo dentro da cena, ou seja dizer é um integrante do mundo virtual. Para lograr isto o participante, é localizado frente a um monitor de vídeo, no qual é projetada a imagem mesma do participante mas chroma-keyed (somada sua imagem de vídeo) com outra imagem utilizada como fundo ou ambiente; então o participante visualiza no monitor o mundo virtual completo. Mediante um software que realiza detecção de contornos é possível realizar manipulações dentro da cena, as quais são visualizadas no monitor de vídeo. Mas imitam as sensações do mundo real, um sistema de segunda pessoa muda as regras e aplica a velha noção de "ver para acreditar" para induzir a sensação de presença.

· Sistemas de telepresença. Os sistemas de imersão simulam as percepções do mundo real, o viajante sabe que está ali porque os sons do mundo virtual respondem de maneira similar, como respondem do mundo real aos movimentos da cabeça.

5) A Realidade Virtual imersiva e a construção de conhecimento

A possibilidade de que a RV possa se converter em outro recurso educacional, onde não seja a teoria quem dirige o projeto e uso de sistemas educacionais baseados em tecnologia, está atualmente submetendo-se a uma revisão radical.

Com algumas exceções (M. Bricken (1991); Bricken & Byrne (1993); W. Bricken (1990); Winn & Bricken (1992)), os educadores não têm feito uma conexão entre as teorias construtivistas da aprendizagem e a RV. Deste modo, perdeu-se a oportunidade de prover as bases teóricas para a aplicação da RV em educação.

Atualmente, o uso da tecnologia da informação para melhorar os ambientes de aprendizagem construtivista tem-se centrado na criação de ferramentas computacionais e representações virtuais que os estudantes possam manipular (Dede, 1995, p. 1). Por exemplo, muitos argumentos e pontos de discussão dos artigos em tecnologia educacional descrevem as instanciações da classificação de tecnologia de informação, da parafernália construtivista de Perkins’ (1991): Bancos de informação, plataformas de símbolos, kits de construção, phenomenaria e administração de tarefas. Como interpretação da experiência dos aprendizes para o refinamento do seu modelo mental, as ferramentas computacionais que podem complementar a memória e a inteligência humana estão disponíveis. Paralelamente, objetos transicionais (semelhantes às "tartarugas" Logo) são usados para facilitar a transferência de experiência pessoal em símbolos abstratos (Papert (1988); Fosnot (1992)). Assim, a aprendizagem construtivista melhorada pela tecnologia correntemente focaliza o modo como as representações e aplicações podem mediar interações entre os aprendizes e os fenômenos naturais e sociais.

A chave da compatibilidade da RV com o construtivismo reside na noção de imersão. As experiências de primeira - pessoa consideram um grande tratamento de nossa atividade no mundo e em nossa aprendizagem acerca deste. As experiências de primeira pessoa ocorrem quando nossa interação com o mundo não envolve reflexo de consciência ou uso de símbolos. De acordo com a teoria construtivista, a construção de conhecimento surge das experiências em primeira-pessoa, aquela que nunca pode ser enteiramente compartilhada. A RV imersiva permite experiências de primeira-pessoa pela eliminação de interfaces que atuam na interação usuário - computador (Winn, 1993, p. 15). Nisto a RV é singular. Ela permite uma experiência sintética para capturar a essência do real o significado para a pessoa que se aproxima para conhecer o mundo.

A imersão em um mundo virtual nos permite construir conhecimento a partir de uma experiência direta e não de uma descrição da experiência. Qualquer aprendizado é mediado por um sistema de símbolos, seja texto, linguagem falada ou computador, que são inevitavelmente, uma reflexão da experiência do outro. Qualquer requerimento que nós usamos num sistema simbólico para comunicar a cerca do mundo que temos construído para alguma outra pessoa nunca pode permitir que outra pessoa conheça nosso mundo como nós o conhecemos. A teoria construtivista descreve como os mundos da primeira pessoa chegam a ser internalizados e argumenta que a imposição de representações simbólicas para o motivo de comunicação requer negociação a respeito da significação dominante para o compromisso da comunicação (Flores, Winograd, 1989, p. 79).

A imersão em RV permite uma classe de interação semelhante à interação natural com os objetos com os quais os participantes interagem no mundo real. Se a cognição é não simbólica e a aprendizagem vinculada para a ação, então através da interação com o mundo virtual é que o conhecimento é construído. A imersão ou sentido de "presença", ou sentimento de estar dentro e circundado pelo meio ambiente virtual é analisado em termos de diferenças individuais, motivação, características visuais do meio ambiente, interatividade e o papel das sensações vestibulares na organização de uma Gestalt, fora do mosaico de instantâneos visuais de nosso meio - ambiente (Psotka, 1996, P. 1).

Contudo, a RV multi-participante, na qual um grupo de participantes habita o mesmo mundo, ao mesmo tempo, permitindo que a negociação de significação (Flores, Winograd, 1989, p. 100) aconteça, deveria requerer a comunicação entre participantes ou conversação (Witney-Smith, 1996, p.3).

Papert (1991) e seus colegas usam a palavra "construcionismo" para descrever a construção do conhecimento que surge da interação física com os objetos no mundo. A RV imersiva permite que as interações físicas e perceptuais ocorram.

A extensão da RV pode simular o mundo real; ela permite que os estudantes aprendam quando eles estão situados no contexto onde o que eles aprendem será aplicado. Como nós temos visto, o caso que tem sido realizado como aprendizagem situada é mais relevante e bem sucedida que a aprendizagem descontextualizada (Brown, Collins & Duguid (1989); Lave & Wenger (1991)).

Devido ao fato de que o meio ambiente virtual é computado a partir de dados, este permite ao participante três classes de experiência de construção de conhecimento que não estão disponíveis no mundo real, mas que tem um inestimável potencial na educação : Esses conceitos são denominados "Dimensão", "Transdução" e "Reificação" (Winn, 1993, p. 16).

· A imersão em RV permite mudanças radicais nas dimensões relativas do participante e dos objetos virtuais. No mundo real, um objeto parece maior quando eu me aproximo e menor quando me desloco para longe. Contudo, existem limites para ambos os extremos. Há um ponto no qual um indivíduo não pode se aproximar mais de um objeto físico e este ponto marca a dimensão máxima aparente de um objeto. Igualmente, há um ponto onde o objeto desaparece enquanto o indivíduo se distancia dele. Em um mundo virtual, de outra forma, o indivíduo pode se aproximar infinitamente e afastar-se dos objetos, permitindo grandes mudanças de dimensão. Por exemplo, preferivelmente antes de bater contra a parede virtual, o indivíduo pode obter aproximações, de maneira que detalhes cada vez menores do material do qual é constituído pode ser revelado. Este pode ver a estrutura celular de um painel de madeira, e igualmente entrar nas moléculas e átomos com os quais é composto. No outro extremo, pode-se ampliar desde uma parede, o exterior de uma casa, de uma cidade, de um país ou até de um planeta, se ainda se quiser, não violando nenhuma das quatro condições para a imersão.

As vantagens de semelhantes mudanças na dimensão, para a educação, são significativos. De outra forma, é possível para os estudantes entrar em um átomo, inspecioná-lo e trocar os elétrons nas suas órbitas, alterar as valências dos átomos e sua capacidade de combinar-se para formar moléculas. No outro extremo, é possível para os estudantes terem noção das dimensões e distâncias relativas entre os planetas do sistemas solar por vôos de um para outros.

· Os transdutores semelhantes aos eyephones e earphones são usados em hardware de RV para apresentar informação aos participantes, e para converter o comportamento dos participantes em comandos de interpretação de software. Os transdutores são dispositivos que convertem informações não disponíveis aos nossos sentidos em outras formas que o são.

· Mudanças em dimensão e transdução dão acesso em primeira pessoa às experiências que os estudantes que de outra maneira não poderiam ter. Algumas destas experiências surgem das simulações de aspectos de objetos reais e eventos. Outras surgem de representações em formas perceptíveis, através da transdução, de objetos e eventos que não têm uma forma física, tais como equações algébricas ou população dinâmica. "Reificação" é o processo de criação dessas formas perceptíveis. A reificação é colocada em contraste com a simulação. Na simulação, o mundo virtual contém facsímiles de objetos reais e de seus comportamentos. Sua vantagem é que os estudantes podem interagir com eles seguramente e amiúdo a RV é mais barata para se construir simuladores físicos. Contudo, freqüentemente, é desperdiçado o poder da RV quando é usada para simulações. A que podem ser realizadas por meio de simuladores tradicionais.

6) Alguns problemas da imersão virtual em aberto

As características da imersão foram estudadas a partir dos resultados experimentais da pesquisa no U.S. Army Research Institute, através de questionários feitos para acessar susceptibilidades individuais para a imersão e a profundidade da experiência imersiva. A extensão do campo visual mostrado num HMD (campos de visão menores que 60° FOV são referidos como produtores de sentido pobre de imersão), a precisão da localização egocêntrica, a informação vestibular precisa (sincronizada com mudanças visuais como rotações e movimentos de cabeça de afirmação, ou aceleradores) são fatores determinantes da profundidade da imersão. Um paradigma de "cognitive tracking" foi usado para descobrir interações visual-vestibular. A sincronização precisa do movimento espacial da cabeça e as mudanças na perspectiva visual resultam numa imersão mais profunda mesmo com um acoplamento impreciso entre o movimento da cabeça e mudanças na apresentação visual (Psotka, 1996, p. 1).

Na pesquisa reportada por Psotka, as questões foram cuidadosamente designadas para cobrir fatores cognitivos que foram fundamentados na literatura sobre os meio-ambientes da RV, usando uma escala de respostas categóricas de cinco pontos. Os fatores psicológicos considerados como dominantes na predição da profundidade da imersão foram: a imaginação necessária para aceitar uma outra realidade (um imaginário vívido que torna a participação integral e satisfatória), a concentração, atenção, e o autocontrole para excluir os efeitos de distração do mundo real.

Os fatores cognitivos foram agrupados em duas categorias: a susceptibilidade para a imersão e a qualidade da imersão. A susceptibilidade para a imersão depende da Imaginação (resistência da imaginação visual, sonhos, consciência de si, absorção em sonhos quando acordado, habilidade para de boa vontade suspender a descrença, profundidade de envolvimento em livros, teatro, etc.), Imaginário vívido (sonhando, expectativas prévias sobre meio-ambientes de RV, claustrofobia), Concentração e Atenção (filtragem atencional, conflito cognitivo ao sustentar duas imersões recursivas, navegação espacial, claustrofobia) e Autocontrole (autocontrole, participação ativa e catarse). A Qualidade da Imersão depende dos Recursos do Meio - ambiente da RV para Imersão (persistência do objeto, perfeição sensorial, interatividade, realismo do meio - ambiente, montante de retardamento ou atraso, tamanho do campo de visão, localização precisa do egocentro ou imagem corporal, prazer e satisfação com a novidade da experiência), Distrações devido ao Meio - ambiente Real (presença de distratores sonoros ou táteis, fadiga e irritação pelo volumoso equipamento, restritividade do equipamento, similaridade entre o mundo real e o mundo da RV), efeitos psicológicos (distúrbios pelo simulador, desorientação após a imersão), efeitos outros (preferência de imersão isolada de outras pessoas, surpresa quando o HMD é removido).

Os movimentos no meio - ambiente virtual freqüentemente apresentam muitos erros (extrema lentidão e muitos insucessos). As principais causas de erros de movimento são: cenário impreciso para a distância interocular, falta de sinais de convergência e acomodação, falta de bons gradientes de textura para profundidade e modelos desenhados impropriamente (eles são facilmente percebidos e permanecem fatores de distúrbios em muitas aplicações em RV).

Postka (1996, p. 3) reporta que com uma visão da exibição maior que 60 ° field of view (FOV) muitos indivíduos referem algum grau de desconforto, embora ninguém se torne nauseado (efeito que pode estar relacionado com a compressão não linear de 140° em 18 ou 45° FOV). Para Wertheim (1993) e Wolpert (1990), o relacionamento entre o comportamento com os estudos das emoções próprias orientadas são fortemente dependentes do FOV, com campos de visão muito mais potentes, induzindo aos efeitos de orientação ótico-cinética

O pré-requisito mais influente para imersão é o acoplamento firme entre o movimento da cabeça e a exibição visual. Retardos ou demoras na entrada de dados na exibição visual em imersão HMD resulta numa profunda interrupção na orientação espacial e experiência pobre de imersão (Psotka, 1996).

A imersão pode ser vista como um fenômeno dual: por um lado, depende de processos biológicos subconscientes ou implícitos ou habilidades que invocam nossa maquinaria cognitiva somente quando os meios de agrupamento ecológico são adequados; e de outro lado, depende de habilidades atencionais voluntárias, que dependem de auto controle, auto consciência, dificuldade para o tratamento, atenção, expectativa e força de vontade. Esses dois fatores (implícito versus controle consciente de imersão) são capturados numa correlação: a imersão é mais completa em alguém que sonha colorido (Psotka, 1996a). Como estes dois componentes interagem é um mistério poderoso. Os componentes implícito e consciente parecem fazer coisas diferentes e podem não ser capazes de afetar um ao outro diretamente . Estes fatores aparecem tão brusca e inesperadamente que se tornam visíveis em todos os três conjuntos de correlações: nos fatores de susceptibilidade, nos fatores de imersão, e em suas intercorrelações. Fatores implícitos com um tipo de dominância, como o atraso entre a intenção e o feedback visual de um movimento percebido da mão, na RV, são muito grandes. Nenhuma quantidade de filtragem da imagem é suficiente para reduzir o atraso, e pode levar a vários graus de distúrbios causados pelo simulador ou, quando o sistema visual indica que o egocentro ou imagem corporal está em um local, mas os sentidos cinestésicos localizam-no em algum lugar próximo, pode não haver nenhum caminho para perceber ou integrar estas duas posições sozinhas. Processos de longo tempo de aprendizagem e adaptação que mude a maquinaria cognitiva podem ser requeridos (Psotka, 1996a).

Em vez de fornecer acesso para um grande Cyberespaço, o equipamento atual ainda está evocando sensações de claustrofobia de enclausuramento, restrição, náuseas e confusão após a experiência (Psotka, 1996a)

Substancializar os componentes cognitivos e perceptuais da imersão promete ser uma tarefa longa, mas compensatória. Ela é particularmente satisfatória para treinamentos e propostas educacionais porque já sabemos que muitas das representações cognitivas estão na forma de modelos mentais para o entendimento de sistemas complexos. A RV promete transformar o conhecimento em experiência e tornar a educação e o treinamento muito mais diretos e efetivos (Psotka, 1996b).

7) Ambientes Inteligentes para a aprendizagem

As pesquisas na construção de Ambientes Inteligentes para a Aprendizagem Assistida por Computador, ou Sistema Tutorial Inteligente (STI), Intelligent Learning Environment (ILE), Intelligent Computer Assisted Instruction (ICAI), Intelligent Computer Assisted Trainning (ICAT), etc., incluem trabalhos bastante conhecidos como o Guidon de Clancey (1993) e suas revisões, os tutores ACT de Anderson, et. al. (1985), o PROUST de Johnson (1990), ETOILE de Dillenbourg, et. al. (1993) e muitos outros, que mostraram as características de Sistemas Tutoriais e as suas habilidades para diagnosticar concepções erradas do aprendiz durante o processo de ensino e, baseados nestes diagnósticos, fornecer aos estudantes, ensino subsidiário. Contudo, muitas questões psicológicas subjacentes à aprendizagem, ensino e compreensão não têm recebido respostas convincentes. Adicionalmente, existem dificuldades enormes na representação exata dos estágios da aprendizagem do estudante e na identificação das possíveis concepções erradas, fatos que contribuem para uma diversificação das pesquisas nos STI. Apesar das dificuldades das pesquisas em STI, acredita-se que o ensino por computador é uma alternativa atrativa para o fornecimento de assistência aos professores ou instrutores, responsáveis pelo aprendizado dos estudantes e para os estudantes que pretendem aprender de forma autônoma (Wu, 1995).

Um STI pode ser descrito como um software que leva junto: (Djamen, Frasson, Kaltenbach, 1996, p. 1).

· um computador que codifica domínios pedagógicos e de conhecimento de professores humanos (trainer) como um bom mecanismo para comunicá-los a outros humanos;

· um aprendiz humano (trainee) que inter-atua com o computador para adquirir algumas habilidades nesses domínios.

Ao longo do extenso trabalho com STIs para cenário acadêmico tem havido um desenvolvimento de sistemas dirigidos ao treinamento. Entre eles se resgata o tutor Boiler (Woolf, Bleguen, Jansen, Verloop, 1986), SOPHIE (Brown, Burton, Kleer, 1982) e STEAMER (Hollan, Hutchins, Weitzman, 1981). Esses diferem dos tutores mencionados acima, que fornecem um modelo de simulação no qual o estudante ou treinando interage. Embora cada um desses sistemas treinadores inteligentes usem a abordagem de simulação interativa, cada um tem diferentes arquiteturas internas. Além disso, parece que não existe, atualmente, concordância, em relação a uma arquitetura geral para tais sistemas treinadores de simulação. Este projeto serviu para auxiliar o projeto e refinamento de uma arquitetura para sistemas de treinamentos inteligentes, que possuam um domínio independente e significativo de elementos, geralmente aplicáveis no para o treinamento de tarefas procedurais comuns no ambiente da NASA. A arquitetura do Sistema ICAT é modular e consiste em 5 componentes básicos:

A arquitetura ICAT foi originalmente aplicada para sistemas de treinamento, para controladores de vôo da NASA. A mesma arquitetura foi usada na construção de um sistema ICAT para treinamento de astronautas em missões de Spacelab e engenheiros que testam os principais sistemas de propulsão dos Space Shuttle. Embora essas tarefas sejam diferentes e executadas em ambientes não muito semelhantes, a mesma arquitetura do sistema tem provido adaptação para cada um.

8) Conclusões

· As novas tecnologias disponíveis na RV devem ser usadas para:

ç Captar a atenção do sujeito , motivá-lo ao estudo e reforçar sua aprendizagem, mediante o uso interativo dos diversos recursos, através do uso de Materiais Educativos Computadorizados em Ambientes Virtuais.

ç Ministrar a educação à distância.

· É primordial insistir em uma educação contínua, aberta, à distância, personalizada e colaborativa, que permita ao indivíduo a atualização e adequação de conhecimentos ao longo de toda sua vida profissional.

· A criação de sistemas didáticos inteligentes é um assunto complexo que demanda o concurso de diversas fontes de experiência. Propor a arquitetura de um Modelo de Ambiente Inteligente para a Educação que englobará aspectos da Telemática Educativa, Realidade Virtual (RV), Ciência Cognitiva, Inteligência Artificial e Ergonomia.

· A Imersão Virtual introduz a novos recursos para a intercomunicação que envolvem interpretações da realidade. Neste projeto tenta-se esboçar o princípio de uma longa viagem de exploração de como o poder da imaginação pode ser usado para a criação coletiva de universos que facilitam a aprendizagem. Um dos objetivos é propor os modelos de implementação de situações de ensino baseados em RV, fundamentados nos pressupostos da abordagem construtivista do ensino/aprendizagem colaborativa e da teoria socio-biológica de Maturana e Varela, que facilitem e incentivem a aprendizagem.

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