Proposta de uma estratégia holística para a engenharia de softwares educativos
 

Gilberto Lacerda Santos, Ph. D.
Professor Adjunto da Faculdade de Educação da Universidade de Brasília
Diretor do Centro de Educação Aberta, Continuada e a Distância
Campus Universitário Darcy Ribeiro, FE3
70910-900 - Brasília - DF
glacerdaÓ guarany.unb.br


Resumo

Em um processo de engenharia de softwares educativos, o analista ou o engenheiro de sistemas se vê confrontado a situações de ensino e de aprendizagem que não podem ser traduzidas sob a forma de sequências de instruções previsíveis e rotineiras e que são, por definição, maleáveis, ímpares e complexas. Neste trabalho, nós descrevemos uma estratégia de apoio ao processo de desenvolvimento de um software educativo, o ambiente ESCale. Inicialmente, nós abordamos os objetivos do ambiente ESCale e a problemática justificando seu desenvolvimento. Em seguida, à medida em que apresentamos a estrutura física do ambiente, nós abordamos os princípios gerais que nortearam a estratégia de engenharia de softwares que adotamos e que tem por base uma abordagem holística de modelagem da cooperação entre o sistema e seus usuários. Finalmente, nós concluímos fazendo algumas observações gerais sobre aspectos ecológicos e econômicos do procedimento adotado.

Introdução
 

A aquisição de conceitos científicos por alunos que seguem a via da formação profissional é um problema de grande envergadura sobre o qual muitos pesquisadores concentram seus esforços. No entanto, ainda não se encontrou soluções satisfatórias para os problemas de aprendizagem que surgem quando indivíduos essencialmente interessados pela dimensão prática de uma profissão são confrontados com os conhecimentos científicos que constituem a base da mesma. Aliás, a aprendizagem de conteúdos de natureza científica constitui um problema de peso para todos os níveis de ensino (Lacerda Santos, 1997). Com relação à formação profissional, trata-se de um problema que Gonciar (1990) atribui ao distanciamento existente entre a teoria e a prática e que Gagnon e al. (1986) associam à pouca ênfase que é dada à utilidade efetiva dos conhecimentos científicos na resolução de problemas técnicos. A problemática exposta nos permite indicar a existência de uma pista de pesquisa ligada ao desenvolvimento de sistemas de formação profissional voltados para a diminuição do distanciamento entre a teoria e a prática. Em um sistema de formação desta natureza, o ensino de conceitos e de princípios científicos seria sustentado por uma abordagem teórica e por uma abordagem experimental ou aplicada que, combinadas, favoreceriam a aquisição de um saber funcional.

Tal pista de pesquisa delimita, desde 1986, os trabalhos de um grupo de estudos em didática das ciências aplicadas à formação profissional, na Universidade Laval, na cidade de Quebéc (Canadá), e conduziram à identificação de uma estratégia de intervenção pedagógica suscetível de favorecer a aprendizagem funcional de conceitos e de princípios científicos. Esta estratégia de intervenção pedagógica é constituída por um modelo didático identificado pela sigla ESC (E para experiêncial, S para científico e C para construtivista) e por uma dinâmica de estruturação do conteúdo sob a forma de uma rede conceitual. A estratégia de intervenção ESC tem por objetivo inserir o aluno em uma situação de ensino e de aprendizagem organizada em função de uma alternância constante entre a teorização e a experimentação, entre a compreensão e a aplicação, à partir de uma percepção objetiva de situações problemáticas, instrumentando-o para a resolução de problemas técnicos concretos.

Esta estratégia de intervenção pedagógica foi utilizada como parâmetro para o desenvolvimento de um ambiente multimediatizado de formação denominado ESCale, nome que faz referência à noção de aprendizagem gradual e por escalas, e à própria estratégia de intervenção ESC (Lacerda Santos, 1995, Lacerda e Gagnon, 1996, Gagnon e Simian, 1990). O ambiente ESCale, concebido à partir dos trabalhos de Midoro e al. (1988), é essencialmente voltado para a chamada «alfabetização científica» de futuros técnicos e tem a seguinte estrutura física:
 
 





Para levar a termo o processo de desenvolvimento do ambiente ESCale, constituído por uma série de recursos informáticos, humanos e materiais, nós adotamos uma estratégia globalizante, suscetível de apoiar nosso objetivo de criar um sistema de formação essencialmente voltado para o estabelecimento de uma congruência sólida entre as dimensões teórica e prática dos conhecimentos científicos e para o desenvolvimento de conhecimentos funcionais. Para tanto, nós abordamos o processo de engenharia de softwares a partir de uma abordagem holística, como veremos a seguir.
 
 

A engenharia de softwares educativos: um processo holístico
 
 

A engenharia de softwares, enquanto disciplina, tem por objetivo a compreensão e o controle da complexidade inerente ao processo de desenvolvimento de softwares. Em se tratando de softwares educativos, este processo de desenvolvimento tem que abraçar tanto o funcionamento do sistema propriamente dito quanto os mecanismos pedagógicos e didáticos que constituem a base de todo instrumento de ensino e de aprendizagem. De fato, um processo de desenvolvimento de softwares educativos tem especificidades que o distinguem completa e absolutamente de um procedimento de desenvolvimento de aplicativos comerciais, bancários ou domésticos. O analista de sistemas educativos, vamos chamá-lo assim, tem diante de si não um sistema fechado onde usuários e proprietários de sistemas e subsistemas interagem entre si através de procedimentos pré-estabelecidos, previsíveis e perfeitamente traduzíveis em operações automáticas e, consequentemente, informatizáveis. Pelo contrário, um sistema educativo, por mais simples que seja, traduz e delimita uma lição, uma aula, um curso, um programa de formação, uma unidade curricular, uma atividade didática, um aprendizado qualquer. Consequentemente, o analista de sistemas educativos tem que lidar com um conjunto de aspectos subjetivos que caracterizam tais procedimentos pedagógicos e que vão desde a consideração da natureza dos conhecimentos a serem veiculados e das estratégias mais adequadas para fazê-lo até a compreensão do próprio processo de ensino-aprendizagem e das interações entre um indivíduo em processo de aprendizagem e um saber de referência, através de um mediador informatizado.

Para definirmos então os procedimentos de desenvolvimento do ambiente ESCale, nós procuramos abordar tal sistema à partir da consideração da dinâmica interativa que visávamos informatizar, o que nos levou a colocar em evidência os atores envolvidos do diálogo pedagógico informatizado e suas interrelações. Para tanto, esquematizamos o funcionamento do ambiente ESCale através da identificação exaustiva das ações a serem executadas pelas partes envolvidas (aluno, formador, didático e sistema computacional). Desse modo, obtivemos uma espécie de mapa de funções humanas (de aprendizagem, de ensino e de gerenciamento) e automáticas (de mediação e de interface), sempre considerando a natureza do conhecimento veiculado, as dimensões construtivista, científica e experiencial do modelo didático adotado e as interrelações passadas, presentes e futuras entre o saber do aluno e o saber de referência. Adotando esta abordagem holística enquanto processo de engenharia de softwares, nós realizamos um estudo detalhado da dinâmica interativa que almejávamos instaurar e das condições necessárias para atingi-la. Em outras palavras, e utilizando a expressão de Breuker e De Greef (1993), nós procedemos à uma "modelagem da cooperação" entre o sistema informático e seus usuários.
 
 

A modelagem da cooperação entre o sistema e seus usuários
 
 

A modelagem da cooperação serve fundamentalmente para delimitar os procedimentos necessários para que um sistema baseado em conhecimentos (SBC) seja operacional. Trata-se de um procedimento que tem como objetivo traduzir o funcionamento do sistema visado sob a forma de uma rede hierárquica de tarefas a serem executadas pelos diferentes atores implicados. Esta rede hierárquica de ações e de comportamentos deve cobrir todas as dimensões do sistema e a totalidade das interações entre este último e seus usuários, permitindo a obtençãočo de uma espécie de maquete ou visão de conjunto, suscetível de orientar o procedimento de desenvolvimento do software propriamente dito. A modelização da cooperação compreende três etapas sucessivas e complementares: a decomposição de tarefas, a interrelação das tarefas e sua distribuição entre o sistema e seus usuários (fig. 2). Tais etapas permitem a chamada «modelagem das tarefas» que, por sua vez, conduz à modelagem do conhecimento e à modelagem da interface.
 
 





A modelagem da cooperação no contexto do ambiente ESCale
 
 

A decomposição das tarefas consiste na identificação dos diferentes sistemas e subsistemas que caracterizam o funcionamento do SBC e em sua organização hierárquica. Para realizar a decomposição das tarefas do ambiente ESCale, nós partimos da definição de seu objetivo global enquanto sistema baseado em conhecimentos. Tal objetivo global foi delimitado como sendo o de colaborar na formação de futuros técnicos em eletromecânica. A decomposição deste objetivo global nos conduziu à identificação de 65 tarefas, representadas sob a forma de uma árvore de tarefas, como nos mostra a figura 3:
 
 





Este tipo de representação fornece diversas informações fundamentais para o prosseguimento do processo de engenharia de softwares, informando o analista de sistemas educativos sobre a natureza das interações que darão suporte ao processo de ensino-aprendizagem, sobre a distribuição de tarefas entre os atores implicados no processo e também sobre a dimensão da ação do sistema tutorial no gerenciamento dos conhecimentos em torno dos quais as interações ocorrerão.

A interdependência das tarefas consiste em se colocar em evidência as relações de dependência entre certas tarefas e entre os diferentes processos implicados no desenvolvimento das interações. Trata-se de uma etapa de identificação das relações de dependência entre as tarefas hierarquizadas. Esta etapa serve também para indicar as tarefas que se repetem e cuja rotina é semelhante (figura 4):
 
 





Finalmente, a distribuição das tarefas consiste em se identificar os atores implicados no desenvolvimento de cada tarefa. Trata-se de uma etapa que permite colocar em evidência as tarefas próprias ao sistema tutor (o modelo do conhecimento) e as tarefas próprias aos seus usuários (o modelo da interface). Esta etapa permite a obtenção de uma aproximação das relações interativas entre o sistema e seus usuários e o avanço do processo de análise em direção a um procedimento tradicional de análise do sistema, seja por meio de uma estratégia estruturada seja por meio de uma estratégia orientada a objetos (figura 5).
 
 





Este conjunto de informações serve de base para a abordagem de um procedimento tradicional de análise de sistemas. No caso do ambiente ESCale, optou-se por uma abordagem estruturada que foi realizada de maneira bastante enriquecida, tanto do ponto de vista da ecologia do sistema quanto do ponto de vista da economia do mesmo. Estes aspectos serão abordados a seguir, à guisa de conclusão.
 
 

As repercussões da modelagem da cooperação sobre a ecologia e a economia de um SBC
 
 

A principal vantagem inerente ao processo de modelagem da cooperação está na obtenção de um recorte funcional rigoroso do sistema visado. Em outras palavras, quando o analista de sistemas ou o engenheiro de softwares educativos, durante o processo de compreensão de um processo pedagógico a ser informatizado, consegue explorar e evidenciar toda a estrutura interativa a ser implementada, ele obtém uma espécie de modelo do sistema. Tal modelo permite e apoia a tomada de decisões com relação à própria organização futura do sistema (sua ecologia) e também com relação à quantidade de processos e de subprocessos que dele farão parte (sua economia). A modelagem da cooperação é, na verdade, um processo de metacognição que, no caso de softwares educativos, deve anteceder os procedimentos de análise de sistemas. Através deste processo de metacognição, o engenheiro de softwares educativos se distancia de seu objeto de pesquisa para analisá-lo do exterior, incluindo em sua análise não somente as ações automatizáveis mas também aquelas que não o são. Deste modo, obtém-se uma maquete da interface entre o sistema e seus usuários, definida à partir de uma compreensão exata do papel atribuído ao sistema e daquele atribuído ao aluno e ao formador e, principalmente, da identificação da interdependência entre tais papéis, da qual depende o próprio sucesso ou o fracasso das interações. Por outro lado, esta separação de papéis informa o analista sobre o tipo de conhecimento que será gerenciado pelo software educativo e sobretudo sobre os limites da ação deste último enquanto instrumento de ensino.

Trabalhos que consideramos de referência na área do desenvolvimento de sistemas tutores, como o de Wenger (1987), deixam claro que um dos principais problemas neste campo de pesquisa está justamente no fato de que não há ainda metodologias de engenharia de softwares que permitam uma interação efetiva com a maleabilidade de uma situação de ensino-aprendizagem, caracterizado por processos cognitivos complexos, por reações imprevisíveis e particulares a cada indivíduo em aprendizagem, pelo tratamento de informações subjetivas de comunicação de conhecimentos (Lacerda Santos, 1993). A estratégia da modelização da cooperação entre o sistema tutor e seus usuários pode contribuir para o avanço desta questão, à medidas em que permite um verdadeiro mergulho na situação pedagógica, favorisando a compreensão de seus objetivos, de seu desenrolar e de seus componentes.
 

Referências
 
 

Breuker, J. e de Greef, P. (1993). Modelling System-User Cooperation in KADS. In G. Schreiber, B. Wielinga et J. Breuker (editores.), KADS - a Knowledge Approach to Knowledge-Based System Development (p. 48-70). New York: Academic Press.

Gagnon, R. e Simian, G. (1990). The domain knowledge acquisition step in the construction of an intelligent tutoring system: A Method. Anais do «Second European congress on Artificial Intelligence, Multimedia, cognitive Psychology and Training» (p. 38-53 ). Lille, France.

Gagnon, R., Besançon, J. e Collard, G. (1986). Concepts et principes de base comme facilité d'apprentissage en agro-technique et en électromécanique. Anais do 5e colloque sur la recherche en formation professionnelle (p. 266-277). Chicoutimi: Université du Québec à Chicoutimi.

Gonciar, M. (1990). Le besoin d'un processus de formation technique et professionnelle intégral. Anais do symposium «Intégration de la micro-informatique à la formation technique et professionnelle», Tome 2 (p. 25-39). Bordeaux: Agence de coopération culturelle et technique.

Lacerda Santos, G. (1993). Cognitive modeling and intelligent tutoring systems. Revue des sciences de l'éducation, XIX(3), 501-509.

Lacerda Santos, G. (1995). Developpement díun savoir fonctionnel à líaide díun environnement de formation technique assisté par ordinateur intégrant une approche didactique adaptée. Tese de doutorado em educação, Universidade Laval (Quebéc, Canadá), Departamento de Didática.

Lacerda Santos, G. (1997). Formação Continuada e a Distância via Rede de Computadores. Solução Viável para a Atualização Científico-Tecnológica de Professores das Instituições Federais de Formação Tecnológica. Tecnologia Educacional, 134/135, ano XXVI, p. 12-18.

Lacerda Santos, G. e Gagnon, R. (1996). Formação à distância de professores de ciências, via rede de computadores, para uso de um sistema multimediatizado de formação profissional voltado para a alfabetização científica: o sistema ESCale. Anais do I Workshop em Educação à Distância, durante o 14o Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores, Fortaleza, Ceará.

Midoro, V., Chioccariello, G. O., Persico, D., Sarti, L. et Tavella, M. (1988). Interactive Video and Artificial Intelligence. A Convenient Mariage. Programmed Learning and Educational Technology, 25(4), 299-309.

Wenger, E. (1987). Artificial intelligence and tutoring systems. Computational and cognitive approaches to the communication of knowledge. Los Altos, California: Morgan Kaufmann publishers.