Uma Base Teórica para Construção de Sistemas RBC Educacionais

Carmen D. de F. de Lacerda
Leandro J. Komosinski
Lúcia H. M. Pacheco
e-mail: {carmen, leandro, lucia}@inf.ufsc.br
Laboratório de Integração de Software e Hardware
Departamento de Informática e de Estatística
Centro Tecnológico
Universidade Federal de Santa Catarina
CP 476 Florianópolis/SC CEP 88040-900

Os autores analisam, do ponto de vista teórico, a aplicação da técnica de Raciocínio Baseado em Casos (RBC) na área educacional no contexto do ensino superior. A análise está centrada em torno da seguinte questão: de que forma Vygotsky, com sua psicologia sociocultural, e Feuerstein, com sua Teoria da Modificabilidade Cognitiva Estrutural, podem contribuir para a construção de sistemas computacionais de apoio à aprendizagem baseados em RBC, uma técnica de resolução de problemas de Inteligência Artificial. Os argumentos apresentados fundamentam-se em dois pilares estreitamente inter-relacionados: a compreensão da função da educação no nível superior nos dias de hoje; e a compreensão da cognição humana sob o ponto de vista da Psicologia Cognitiva. Em essência, um Sistema de RBC Educacional (SRBCE) torna-se mais efetivo quando permite que o estudante universitário use conscientemente suas funções cognitivas superiores para atingir seus objetivos. Para tanto a técnica tradicional de RBC deve ser adaptada de forma que a responsabilidade no processo de aprendizagem, seja compartilhada pelo estudante e pelo sistema.
 
 

1. Introdução





O ato de ensinar é uma prática que remonta aos princípios da história da humanidade e, em essência, significa a transferência do legado cultural de uma geração para outra. Neste sentido, o processo educativo pode ser visto como um dos traços exclusivos da espécie humana [Oliveira93] p. 29 pois ensina-se, entre outras coisas, a construção e o uso de instrumentos com finalidade específica.

Ao longo da história, o incremento quantitativo e qualitativo da complexidade da sociedade humana implicou no desenvolvimento de ferramentas proporcionalmente mais complexas. Nos dias de hoje, quando a "revolução" da informação torna-se cada vez mais intensa, a relação do homem com o conhecimento começa a se modificar. Até pouco tempo, a qualificação profissional era avaliada prioritariamente pela posse de informações por parte do indivíduo. Atualmente, na medida em que o conhecimento está cada vez mais disponível, a tendência é valorizar o profissional que saiba usar criteriosamente e eficientemente uma grande quantidade de informações.

Do ponto de vista da Educação, a mudança do tipo de relação do homem com a informação implicará, inevitavelmente, na mudança da função das tecnologias educacionais que terão como objetivo, além da transmissão de conteúdo sobre um determinado domínio de conhecimento, incorporar conhecimentos relativos às estratégias de uso desse conhecimento. Por exemplo, diante de centenas de fontes de informação pertinentes para a resolução de um problema, como o estudante deve proceder? Que critérios ele deve usar para fazer o melhor uso de tanta informação? Se o uso de todas as informações é algo impossível, qual o critério para descartar algumas delas?

As considerações anteriores conduziram para uma linha de investigação centrada na idéia de ferramentas informatizadas de apoio à aprendizagem classificadas na categoria de Aprendizagem Apoiada em Computador (Computer-Aided Learning - CAL), Aprendizagem Inteligente Apoiada por Computador (Intelligent Computer-Aided Learning - ICAL) e Sistemas Tutores Inteligentes (Intelligent Tutoring Systems - ITS). O princípio destas ferramentas consiste em incorporar dois tipos de conhecimentos: o conhecimento curricular que deve ser ensinado ao aluno e o conhecimento pedagógico, de uso exclusivo do sistema, que define como aquele conhecimento deve ser ensinado.

Em geral, observa-se, como nos sistemas CAL e ICAL investigados por Khan [Khan96] e nos sistemas ITS investigados por Wenger [Wenger87], poucos esforços para incluir no sistema um modelo sobre as estratégias de aprendizagem do aluno em que ele possa aprender, além do conhecimento curricular, o conhecimento sobre suas próprias estratégias de aprendizagem. Uma exceção é o sistema McBAGEL [Hmelo??], um sistema ICAL, utilizando a técnica de Raciocínio Baseado em Casos. A multidisciplinaridade do McBAGEL, envolvendo Educação, Psicologia Cognitiva e Inteligência Artificial, é, na visão dos autores deste artigo, o melhor caminho para se obter resultados consistentes.

Na mesma linha de pensamento, pretende-se, neste artigo, investigar as possíveis contribuições que a teoria psicológica de Vygotsky [Oliveira93] sobre aprendizagem e a Teoria da Modificabilidade Cognitiva Estrutural de Feuerstein [Feuerstein??] podem oferecer no desenvolvimento de sistemas do tipo ICAL e que empreguem a técnica de Raciocínio Baseado em Casos.

Para atingir seu objetivo, o artigo está estruturado da seguinte forma: a seção 2 apresenta a posição dos autores sobre a função da educação universitária, enfatizando a necessidade dos alunos adquirirem habilidades que lhes permitam continuar o processo de aprendizagem para além dos anos acadêmicos; a seção 3 apresenta as funções cognitivas que segundo Vygotsky e Feuerstein, possibilitarão ao aluno adquirir as referidas habilidades; a seção 4 apresenta os princípios pedagógicos que implementam as funções psicológicas definidas na seção anterior; a seção 5 descreve como as considerações das seções anteriores podem ser incorporadas à técnica de RBC, permitindo a construção de Sistemas RBCs educacionais; finalmente a seção 6 apresenta algumas conclusões.
 
 

2. Função da Educação Universitária





A compreensão da função da educação universitária pode ser obtida analisando-se a história da evolução da espécie humana. Defende-se, neste artigo, a idéia de que a universidade dos dias atuais, assim como os antigos "conselhos tribais", é um local onde privilegia-se a aprendizagem de habilidades que ampliam as possibilidades de sobrevivência dos indivíduos. A questão central então é compreender qual a natureza e quais os melhores métodos para ensinar e aprender tais habilidades. O conceito de trabalho permite entender, ao longo da história da espécie humana, de que forma os indivíduos organizam-se para sobreviver.

A espécie humana, como qualquer espécie, sobrevive graças ao instinto de sobrevivência existente em cada um dos seus indivíduos. Na pré-história, a tarefa de sobreviver implicava, além da reprodução, na capacidade de obter alimentos disponíveis na natureza. Sob um certo ponto de vista, a relação do homem com a natureza era igual àquela existente nas outras espécies. A "escola da vida" consistia em aprender a distinguir entre alimento e veneno. Mais tarde, a espécie humana diferencia-se das demais por estabelecer outro tipo de relação com o ambiente: através do trabalho, ela é capaz de "dominar" a natureza. Ocorre, com isso, uma mudança fundamental no significado do que representa ser um ser humano: na sua relação com a natureza, a espécie descobre que não está mais restrita às suas potencialidades determinadas por sua filogênese, que são basicamente o instinto e as percepções sensoriais.

As possibilidades de sobrevivência ampliam-se para aqueles indivíduos que saibam compreender o conceito de ferramenta e as relações que se estabelecem entre ferramenta e indivíduo. Este padrão parece acompanhar toda a história da civilização humana.

Nos dias atuais, privilegia-se, em termos de qualidade de vida, o trabalho intelectual em detrimento do trabalho braçal. É natural, pois, que os indivíduos desejem, no contexto brasileiro, uma formação universitária como sendo sinônimo de sobrevivência através do esforço mental. Então a questão que imediatamente se coloca é: na relação indivíduo-ambiente-ferramenta-trabalho quais são as habilidades necessárias e como adquiri-las num ambiente educacional formal.

A velocidade das transformações tecnológicas, atualmente ocorrendo, afetam fortemente o processo de qualificação profissional, levando para um contexto onde não há tempo, dinheiro e interesse em fazer com que o indivíduo passe pelo processo normalmente lento de aprendizagem que o tornaria apto a exercer uma nova atividade.

O conceito de aprendizagem durante toda a vida (life-long learning) parece resumir a tendência mundial em relação à função do ensino superior. Os indivíduos que passam por uma universidade deveriam adquirir habilidades que lhes permitissem aprender a trabalhar e a usar ferramentas sem terem que depender de reciclagens formais, como as atualmente existente nas universidades. Esta tendência permite a resolução parcial do problema gerado com a relação entre trabalho intelectual e mudança.

Tanto a capacidade para mudar quanto a natureza das atividades intelectuais pressupõem que os indivíduos tenham, na terminologia de Vygotsky e Feuerstein, suas funções psicológicas superiores consolidadas. A seção seguinte define estas funções.
 
 

3. As Funções Psicológicas Superiores





No início do século, duas tendências se apresentavam na psicologia: a Psicologia como ciência natural e a Psicologia como ciência mental. A primeira, mais experimental, aproximava-se das demais ciências, pois, ao analisar o homem basicamente através de seu comportamento observável, explicava processos elementares sensoriais e reflexos, buscando a quantificação destes comportamentos; a segunda, mais próxima da filosofia, considerava o homem como sendo formado por mente, consciência e espírito, apresentando uma abordagem mais subjetiva, referenciando funções denominadas de funções psicológicas superiores.

Do ponto de vista científico, a psicologia experimental não abordava as funções psicológicas mais complexas do ser humano, enquanto a psicologia mentalista não descrevia as funções psicológicas superiores em termos cientificamente aceitáveis.

3.1 Psicologia Sociocultural de Vygotsky Uma abordagem alternativa da psicologia, considerando o ser humano como uma entidade formada por mente e corpo, ser biológico e social, aparece através de Vygotsky [Oliveira93] p. 23, cujas idéias centrais de seu pensamento poderão ser descritas através das seguintes afirmações: Para Vygotsky, as funções psicológicas superiores, são típicas do ser humano, envolvendo o controle consciente do comportamento, ação intencional e liberdade do indivíduo em relação as características do contexto presente. As funções psicológicas superiores se diferenciam das ações reflexas, das reações automatizadas ou simples associações entre eventos, pois envolvem atividades psicológicas consideradas superiores, tais como: a capacidade de pensar em objetos ausentes, imaginar situações não ocorridas, planejar atos futuros.

A intervenção de um elemento intermediário numa relação faz com que esta deixe de ser direta e passe a ser mediada, sendo este processo denominado de mediação. Para Vygotsky, a relação do homem com seu ambiente não é uma relação direta sob o ponto de vista de Vygotsky, mas uma relação mediada. Existem dois tipos de mediadores, os instrumentos e os signos, que apresentam características bastante distintas; enquanto os instrumentos são criados com finalidades específicas, carregando consigo uma determinada função, sendo desta forma um objeto social mediador entre o homem e o mundo físico, os signos agem como instrumento da atividade psicológica, auxiliando o homem em tarefas que exijam controle voluntário.

Os processos de mediação são construídos e transformam-se ao longo do desenvolvimento do indivíduo. Vygotsky define ainda o mecanismo que denomina de processo de internalização, como sendo a transformação do uso de marcas externas em processos internos de mediação. O indivíduo, ao longo do seu processo de desenvolvimento, se liberta de marcas externas e passa a utilizar representações mentais para os objetos do mundo real, passando desta forma a operar mentalmente sobre o seu mundo. Pode-se citar como exemplo as operações de planejamento, comparação, lembranças, onde libertos de espaço e tempo presentes, e através de representações mentais o homem pode imaginar, planejar e ter intenções, sem uma relação direta com o mundo real físico. Esta relação é mediada por signos internalizados que representam o mundo.

A partir da experiência com o mundo, e com a sua cultura é que o indivíduo constrói um referencial interior, ou seja, seu sistema de signos, através do qual terá, para si uma representação da realidade. Aquele indivíduo que não tiver sido exposto a um determinado objeto, não terá condição de interpretá-lo corretamente, pois não disporá da representação mental e do instrumental psicológico necessários para tal.

Para Vygotsky, a interação, seja ela entre indivíduos ou entre indivíduos e elementos do ambiente culturalmente estruturado, é que fornecerá a base para o desenvolvimento psicológico do indivíduo. Acentua que "o processo pelo qual o indivíduo internaliza a matéria prima fornecida pela cultura não é um processo de absorção passiva, mas de transformação, de síntese" [Oliveira93] p. 38. Este processo, pelo qual o indivíduo toma posse das formas de comportamento fornecidos pela sua cultura, transforma as atividades externas e as funções interpessoais em atividades mentais, tornando o processo de desenvolvimento do ser humano, acontecendo de fora para dentro. O indivíduo realiza uma ação externa, a qual é interpretada pelos outros indivíduos através de seu significado cultural estabelecido; desta forma o indivíduo, atribuirá significados às suas próprias ações, e desenvolverá seus processos psicológicos internos que serão compreendidos por ele mesmo e pelos demais indivíduos que compartilham do mesmo contexto social.

Nas relações sociais entre indivíduos é que se encontra a origem das funções psicológicas superiores, ou seja, para Vygotsky, o fundamento do funcionamento psicológico humano é social e portanto, histórico.

3.2 Teoria da Modificabilidade Cognitiva Estrutural de Feuerstein Feuerstein [Feuerstein??] compartilha muitas das idéias defendidas por Vygotsky, principalmente com relação à importância da mediação na qualidade da aprendizagem. Para ele, inteligência é um processo de aprendizagem e adaptação cuja qualidade depende, necessariamente, da intervenção humana sobre o aprendiz.

Com relação ao sistema educacional, Feuerstein advoga a idéia de que ela deva ter como meta o desenvolvimento de habilidades cognitivas que aparecem em todas as áreas de conhecimento [Ben-Hur94] p. x. Para tanto, ele criou o conceito teórico de Experiências de Aprendizagem Mediada (EAM), materializado através de um programa, formado por um conjunto de exercícios, denominado Enriquecimento Instrumental (EI).

Uma das diferenças nos trabalhos de Feuerstein e Vygotsky está no fato de que o segundo priorizou a função do mediador humano como sendo um veículo de mediações simbólicas enquanto que o primeiro avançou para a questão do estudo das situações de comunicação entre o mediador e o mediado [Ben-Hur94] p. 60.

Uma experiência de aprendizagem é categorizada como uma EAM se atender a doze critérios ou parâmetros, dos quais destaca-se os três principais:

A mediação da intencionalidade tem por objetivo transformar uma experiência de aprendizagem aleatória e incidental em uma experiência intencional. O mediador modifica algumas características do objeto de conhecimento de forma a assegurar que o estudante registre as informações relevantes e, como conseqüência, altere o seu nível de vigília e atenção. Além disso, o mediador informa ao estudante sobre os objetivos da mediação. O aspecto da reciprocidade visa explicitar, para o estudante, que o objetivo principal da experiência é trabalhar com os seus processo cognitivos, suas estratégias e o objeto a ser conhecido vem em segundo plano. Logo, a mediação só será efetiva quando for estabelecido um diálogo e as conseqüências são alterações dos estados mental, emocional e motivacional do estudante.

A mediação da transcendência faz com que o estudante aumente a quantidade de conexões possíveis relativas à uma informação. Assim, toda demanda de informação solicitada pelo estudante não deve gerar uma resposta limitada ao contexto da pergunta mas aproveitar a situação para criar ligações com outros conceitos que nem mereceram a atenção do estudante. Para Feuerstein, a capacidade de transcender é um dos traços mais característicos da espécie humana.

Por fim, a mediação do significado é o "combustível" de todo processo interativo de aprendizagem, pois é o gerador dos comportamentos emocionais, motivacionais, atitudinais e orientados pelo valor do estudante. Pelo significado descobre-se porque e para que algo precisa acontecer ou ser feito.

As questões levantadas nesta seção pertencem a esfera da psicologia cujas conseqüências pedagógicas são analisadas na seção seguinte.
 
 

4. Princípios de um Ambiente Educacional





A capacidade do ser humano para compreender, pensar, indagar sobre o mundo e os processos que o relacionam a ele, faz com que adote uma postura dita filosófica. O significado, a origem, a essência de todas as coisas são questionamentos presentes, assim como a busca de respostas. O uso da razão, ao invés do senso comum, na busca destas respostas, seguindo uma metodologia que opera sistematicamente com coerência e lógica caracteriza a reflexão filosófica. Como o ser humano é um ser pensante, que interage socialmente com o mundo a sua volta, é através desta interação que se processa a construção do seu saber ou a formação do seu conhecimento.

Na construção deste saber e conhecer, o ser humano, adota objetividade, busca relações de causa e efeito e leis gerais de funcionamento dos fenômenos, caracterizando desta forma um comportamento científico.

A necessidade de compreender é uma característica inata no ser humano, devendo ser fomentada em qualquer prática pedagógica, independentemente do uso ou não de tecnologia. Nenhum procedimento pedagógico atualmente desenvolvido pelas escolas garante que o aprendizado ocorra e que a simples introdução de dispositivos de base tecnológica implique na imediata capacidade de aprender. Compreender ou aprender algum conhecimento novo começa ao se fazerem relações com conhecimentos anteriores. A principal implicação pedagógica deste fato é que o ato de ensinar deve começar no nível intelectual real dos estudantes [Ausubel80], [Perkins95].

Várias pesquisas têm apontado para o fato de que aprender é um processo construtivo onde o estudante adquire novas informações e deve integrá-las ao seu conhecimento anterior. Para compreender um fenômeno físico é preciso assumir uma atitude ativa, contrária à escola tradicional onde a atitude desejada é a passividade, que poderia ser traduzida na frase "para aprender é preciso prestar atenção no professor todo o tempo". Deseja-se que o estudante seja igualmente capaz de descobrir, construir seu conhecimento, e aprender por instrução.

A compreensão exige, entre outras coisas, que se faça a sua representação. Numa relação professor-estudante, é natural que o professor possua uma representação mental própria de quem conhece profundamente seu domínio de conhecimento, enquanto que o estudante possui uma representação mental mais simples e, pelo menos inicialmente, formada por conceitos secundários ou insuficientes.

O conceito de ambiente, posiciona o estudante dentro de um contexto social, reconhecendo assim a parcela de influência que o meio social exerce sobre o indivíduo [Perkins95].

Kolodner apresenta pontos específicos que devem ser considerados na estruturação de ambientes de aprendizado tais como: o aprendizado sendo aumentado pela resolução de problemas; o trabalho colaborativo considerado como ponto central para o aprendizado; o acesso a múltiplos casos facilitando o aprendizado flexível; a aprendizagem e a aquisição da habilidade de resolver problemas devendo ser assegurada; e um espaço eletrônico de trabalho partilhado composto por uma variedade de funcionalidades aumentando o aprendizado. No último caso as funcionalidades do espaço eletrônico compartilhado inclui além de uma biblioteca de casos, ferramentas de simulação, visualização, comunicação e multimídia.

Além das idéias de Kolodner existem estudos de Khan e Yip que discorrem sobre os princípios pedagógicos da aprendizagem assistida por computador (CAL) e sobre sistemas de aprendizagem inteligente assistidos por computador (ICAL). Estes princípios, quando incorporados a um sistema, facilitam a assimilação de novas informações, estimulam o aprendizado por descoberta, propiciam a conexão entre idéias e conscientizam o aluno de novas buscas quando necessário.

Khan e Yip propõem o aprendizado baseado em tarefas, incentivando a aprendizagem com as falhas decorrentes da realização destas tarefas. Propõem ainda a assistência de uma memória externa que auxilia no raciocínio analógico.

Como conseqüências, um Sistema RBC Educacional (SRBCE) que consiga incorporar tais princípios, propiciará ao aluno, uma mudança de atitude em relação ao objeto de conhecimento, caracterizada por uma postura ativa e reflexiva durante todo o processo de aprendizagem.

Pode-se citar ainda o método de Aprendizagem Baseada em Problemas (ABP) [Woods94], um método pedagógico que, como o próprio nome já indica, usa problemas como fio condutor de todo o processo de aprendizagem. Embora o método tradicional também trabalhe com problemas, este método poderia ser definido como aprendizagem baseada em assunto, pois os problemas aparecem para ajudar a fixar um assunto previamente exposto.

No método ABP, a função do professor é elaborar problemas reais e solicitar aos alunos que os resolvam, antes de qualquer tipo de exposição prévia do conteúdo da disciplina. Normalmente, o conhecimento já adquirido pelos estudantes não será suficiente para resolver os problemas. Surge, então, a necessidade de adquirir outros conhecimentos, cujo processo será mais objetivo e intencional do que aquele onde o estudante simplesmente lê para aprender.

Neste contexto, Woods [Woods94] p. 2-1 propõe uma estratégia de aprendizagem baseada em oito tarefas, descritas a seguir.

    1. Explorar o problema, criar hipóteses, identificar questões relevantes.
    2. Tentar resolver o problema com o conhecimento atual. Com isso, ficará mais claro o que se sabe e é relevante para a solução do problema.
    3. Identificar o que não se sabe e, portanto o que será necessário saber para poder resolver o problema.
    4. Priorizar as necessidades de aprendizagem, definir os objetivos e alocar recursos de modo que se saiba o que esperar. Para aprendizagem em grupo, definir as tarefas de cada membro.
    5. Estudar a tarefa especificada e preparar uma apresentação sobre o que foi aprendido.
    6. Compartilhar o conhecimento aprendido com os demais membros do grupo.
    7. Aplicar o conhecimento para resolver o problema.
    8. Avaliar o novo conhecimento, a solução encontrada e a efetividade do processo utilizado. Refletir sobre todo o processo.
Analisando-se a breve descrição da técnica de ABP constata-se dois pontos de contato com os demais conceitos apresentados neste artigo. Em primeiro lugar, a ligação direta entre ABP e RBC onde um problema corresponde a um caso. A divergência está associada ao processo de resolução de problemas. Há aqui, na verdade, uma complementaridade nas técnicas. Os princípios de RBC são excepcionais para a caracterização de um problema, evidenciando as informações relevantes do problema e de sua solução. Já a ABP explicita todo o complexo processo de produção desta solução. Isto leva ao segundo ponto de contato que é a ênfase data ao trabalho em grupo postulado por Vygotsky e a ênfase sobre os critérios de mediação de Feuerstein.

Com base nas teorias e estudos descritos anteriormente, os princípios considerados relevantes são relacionados abaixo:

Do ponto de vista da Engenharia de Software, o sistema RBC Educacional proposto neste artigo, descrito na seção seguinte, constitui-se na primeira especificação de requisitos. Tal especificação tem nos princípios relacionados acima sua principal fonte de informação.
 
 

5. Um SRBC Educacional





A especificação de um SRBC Educacional (SRBCE) é feita por meio da análise dos principais conceitos da técnica RBC tradicional. O objetivo da análise, discutida nas seções a seguir, é compreender de que maneira a intenção educacional afeta cada parte. Para nortear a reinterpretação da técnica de RBC é preciso explicitar a função que o sistema passa a ter quando contextualizado no ambiente educacional.

Como já foi colocado na seção 4, o principal aspecto de um ambiente educacional diz respeito à mudança de atitude por parte do aluno. Para adquirir as habilidades necessárias para a resolução de problemas de natureza científica é preciso adotar uma atitude científica. Como conseqüência, a efetividade do ato de aprender é uma responsabilidade compartilhada entre o sistema e os estudantes. Esta noção de compartilhamento é inspirada nos trabalhos de Dillenbourg [Dillenbourg92], que por sua vez inspira-se na psicologia vygotskyana. Sendo assim, o objetivo principal de um SRBCE é estimular a postura reflexiva do estudante. Esta postura reflexiva não é passiva, mas decorrente da iteração interativa do processo ação-avaliação-reflexão.

A estratégia utilizada no desenvolvimento deste sistema consiste na reinterpretação das etapas de um RBC tradicional.

5.1 Representação do Caso Discutir a questão da representação envolve dois fatores: o que deve ser representado e qual a sua estrutura. A adaptação para o contexto educacional da questão de representação baseia-se em algumas idéias da técnica de ABP e no conceito de Funções Psicológicas Superiores de Vygotsky.

Uma das aplicações tradicionais dos SRBC é a resolução de problemas [Aamodt96], onde os casos representam problemas já resolvidos. Sua estrutura é formada por três tipos de atributos: aqueles que descrevem o problema, aqueles que descrevem a solução encontrada para o problema e aqueles que descrevem as estratégias usadas para a produção da solução.

A técnica de ABP centra o processo de aprendizagem na resolução de problemas. A relação de ABP com RBC, neste caso, é quase direta. Na técnica de RBC os casos representam problemas reais de graus de complexidade variados e são incluídos na Base de Casos sempre que se julgar que possam trazer novas informações. A idéia aqui é que a qualidade da Base de Casos está diretamente relacionada com o grau de diversidade dos casos. A política, em alguns sistemas, é de automaticamente incorporar toda experiência que houver. Na técnica de ABP, por sua vez, a seleção dos problemas que serão apresentados aos alunos é uma tarefa fundamental e complexa. O professor deve ter absoluta clareza das relações entre a teoria e a prática existentes em cada problema. O ponto em comum entre RBC e ABP é que ambos utilizam problemas reais.

No campo da Inteligência Artificial, a área de Representação do Conhecimento propõe muitas formas de codificação de conhecimento que sejam passíveis de um uso considerado inteligente. Uma das formas clássicas é chamada de Conhecimento Declarativo [Mattos91] p. 33 e é formada por um conjunto de asserções consideradas verdadeiras. Inspirada por evidências empíricas da Psicologia Cognitiva [Richard92], esta forma pode ser usada na composição de casos cuja função seja estritamente representar um problema. E, contrariando a recomendação tradicional de RBC, deve conter todas as informações relativas ao problema, mesmo aquelas que não sejam relevantes. A justificativa para isso reside no fato de que, segundo a técnica de ABP, uma das habilidades desejáveis para o estudante é a sua capacidade de "separar o joio do trigo", isto é, sua capacidade de distinguir quais informações são relevantes e quais não são. Woods [Woods94] dedica o terceiro capítulo do seu livro para tratar desta e de outras habilidades inerentes à resolução de problemas.

A natureza declarativa dos casos caracterizados no parágrafo anterior permite a existência de mais dois tipos de casos: casos que representem soluções de problemas e casos que representem estratégias de resolução de problemas.

Como a Base de Casos passa a ter três tipos de casos diferentes, o ato de aprender é análogo à montagem de um quebra-cabeça. O estudante deve ser capaz de montar uma tríade de casos: caso problema, caso solução, caso estratégia.

5.2 Indexação A questão da indexação, nos SRBC tradicionais, está relacionada com a recuperação e a representação dos casos e, consequentemente, tem dois objetivos. Primeiro, otimizar o processo de recuperação de casos organizando-os numa estrutura específica. Segundo, caracterizar cada caso através dos atributos que lhe são peculiares. Claramente a primeira função diz respeito à questões computacionais enquanto a segunda relaciona-se à questões epistemológicas. Para um SRBCE, parece ser relevante apenas este segundo aspecto.

Para se resolver um problema certamente existem vários caminhos, todos igualmente válidos. Embora o ponto de chegada possa ser o mesmo, isto é, chegue-se a uma mesma solução, certamente o uso de diferentes estratégias implica em diferentes valorizações por parte do estudante, das informações que fazem parte do problema. Assim, do ponto de vista pedagógico, é interessante que o estudante seja capaz de, por conta própria ou com o auxílio de colegas, identificar os atributos que ele julgue relevantes em termos de particularização para o caso. Desta forma, a indexação deve ser um processo dinâmico, definido pelo estudante através da sua compreensão e elaboração mental de solução, acontecendo durante o uso do sistema.

5.3 Recuperação Nos SRBC tradicionais a recuperação é executada por meio de um algoritmo que compara o caso de entrada, ou atual, com os casos existentes na Base de Casos, e retorna aqueles considerados mais semelhantes ao atual. O princípio é o mesmo utilizado em consultas à Bases de Dados, diferenciando-se apenas na forma mais complexa de considerar duas informações como sendo semelhantes.

Do ponto de vista pedagógico, considera-se que os atuais algoritmos de recuperação são adequados e não necessitam de modificações. A única, e fundamental, implicação educacional da questão de recuperação está no fato de que, se o estudante tiver uma compreensão equivocada em relação à indexação, então é provável que o sistema não consiga encontrar casos semelhantes, ou então recupere casos não pertinentes.

No caso do SRBCE não funcionar de acordo com o esperado pelo estudante, este deve refletir individualmente, com os colegas e com o professor sobre as causas que justificam o "erro" do sistema. É muito importante que o sistema seja flexível o suficiente para que o usuário possa elaborar hipóteses sobre como corrigir a indexação mal elaborada. Por exemplo, deve ser oferecida a possibilidade do sistema guardar o conjunto de casos recuperados a partir de cada esquema de indexação para que o estudante tenha melhores condições para interpretar o significado de cada índice.

O princípio apresentado nos parágrafos anteriores aplica-se, naturalmente, para os três tipos de casos identificados na seção de representação.

5.4 Adaptação A adaptação implica em reconhecer que a solução contida no caso recuperado mais semelhante não é adequada, em algum grau, ao problema (caso) atual. Nos SRBC tradicionais o processo de adaptação usa alguma técnica de Inteligência Artificial, em geral algum Sistema Baseado em Conhecimento (SBC), como os Sistemas Especialistas, para definir de que forma a adaptação deve ser feita.

Novamente, seguindo a filosofia adotada neste trabalho, considerar a questão da adaptação do ponto de vista pedagógico implica em que ela seja feita de forma compartilhada entre os estudantes e o sistema. Como nos SBCs existe o princípio da separação explícita entre a Base de Conhecimentos e o Algoritmo de Inferência, parece interessante que o sistema fique encarregado de gerenciar a Base de Conhecimentos e o estudante a use seguindo métodos de inferência pré-definidos.

5.5 Aplicação da Solução Adaptada A questão da aplicação da solução adaptada é relevante, tanto nos SRBCs como nos SRBCEs, pois não há como garantir que a adaptação seja feita de forma correta.

O tratamento desta questão consiste na interação do SRBC ou SRBCE com outro sistema, por exemplo, de simulação, de modo que se possa observar o resultado obtido.

5.6 Avaliação do Resultado Obtido A avaliação do procedimento descrito na seção anterior pode ou confirmar a linha de raciocínio do estudante ou fazer com que ele retroceda no seu pensamento e procure identificar o ponto e as causas da sua inconsistência.

A função pedagógica desta etapa é permitir que o estudante reavalie todo o seu processo, podendo chegar, por exemplo, ao ponto de rever os atributos escolhidos para caracterizar o caso.

5.7 Aprendizagem A aprendizagem, no contexto dos SRBCs tradicionais, visa incrementar a capacidade do sistema em resolver problemas futuros. A forma para atingir este aumento de desempenho está baseada no aumento da quantidade e, principalmente, diversidade dos casos da Base de Casos. Assim, ao término da resolução de um problema, este deve ser incorporado à Base de Casos.

Do ponto de vista pedagógico, a questão da aprendizagem talvez seja a mais próxima, conceitualmente e funcionalmente, do termo aprendizagem contido na técnica de RBC. Este fato, na verdade, não deve causar surpresa pois as origens da técnica estão justamente fundamentadas nas pesquisas da Psicologia Cognitiva sobre a aprendizagem humana.

A explicitação do que foi aprendido por parte do estudante pode ser feita criando-se um arquivo personalizado que registre todas as sessões de trabalho. O conteúdo relevante de cada sessão deve consistir nas tríades de casos criados juntamente com um relato textual, produto da reflexão do estudante.

A função da reflexão expressa na forma textual é registrar as estratégias cognitivas usadas para a resolução dos problemas. Com isso, cria-se um registro que, nos usos futuros do sistema, funcionará como um elemento mediador para o próprio estudante e também para os seus colegas. Esta idéia constitui-se, pois, numa implementação concreta do conceito de Experiência de Aprendizagem Mediada [Feuerstein??] existente na teoria de Feuerstein.
 
 

6. Conclusões





No sistema proposto neste artigo a relação do estudante com o conhecimento é marcada pela ênfase sobre ações que situam-se no nível de metaconhecimento, uma vez que o sistema, embora empregue técnicas de Inteligência Artificial, não julgue o raciocínio adotado pelo estudante. Esta função, que tradicionalmente é de competência do sistema, é implementada por meio do conceito de mediação. A mediação semiótica definida por Vygotsky aparece nas relações dos estudantes com o conhecimento e a mediação "comunicativa" definida por Feuerstein aparece nas relações entre os estudantes e entre os estudantes e o professor.

É interessante observar que o conceito de trabalho cooperativo, tão fortemente enfatizado nas teorias de Vygotsky e Feuerstein, já está incorporado no contexto da Informática. Contudo suas motivações são completamente distintas: na Informática o trabalho individual não era mais viável para o tipo de tarefas existentes; na Educação o trabalho colaborativo é um pressuposto para o processo de aprendizagem.

O conteúdo deste artigo evidencia a inerente interdisciplinaridade da área de software educacional, notadamente as concepções oriundas da Filosofia, Psicologia, Educação, Semiótica e Informática. Este aspecto justifica a inevitável parcialidade nas opções adotadas quanto aos requisitos funcionais especificados para o SRBC. Naturalmente o grau de qualidade e validade destas idéias só poderão ser avaliados no momento em que se dispuser de um primeiro protótipo implementado.

Referências

[Aamodt96] A. Aamodt & E. Plaza, "Case-Based Reasoning: Foundational Issues, Methodological Varations, and System Approaches", Institut d’Investigación en Intelligència Artificial, CSIC, Spain, http://www.iiia.csic.es/People/enric/ AICom.html (7/7/97)

[Ausubel80] D.P. Ausubel, J.D. Novak & H. Hanesian, Psicologia Educacional, Ed. Interamericana, 2a edição, Rio de Janeiro, 1980.

[Ben-Hur94] M. Ben-Hur(ed.), On Feuerstein’s Instrumental Enrichment, Ed. SkyLight, Palatine, IL, USA, 1994.

[Dillenbourg92] P. Dillenbourg & J. A. Self, "A computational approach to socially distributed cognition", em Journal of Psychology of Education, vol VII, no 4, pág. 252-373

[Feuerstein??] R. Feuerstein, The Theory of Structural Cognitive Modifiability, National Education Association, Washington, pág. 67 - 134.

[Hmelo??] C. Hmelo, H. Narayanan & J. Kolodner, "A Multiple-Case-Based Approach to Generative Environments for Learning", Georgia Institute of Technology, http://www.cc.gatech.edu/cogsci/edutech/cases&problems/philo_mcbagel.html (1/7/97)

[Khan96] T. Khan & Y.J. Yip, "Pedagogic principles of case-based CAL", em Journal of Computer Assisted Learning(1996) 12, p. 172-192.

[Mattos91] N. M. Mattos, An Approach to Knowledge Base Managment, Lecture Notes in Artificial Intelligence, Ed. Springer-Verlag, Berlim, 1991.

[Oliveira93] M.K. de Oliveira, Vygotsky - Aprendizado e Desenvolvimento, Um Processo Sócio-Histórico, Ed. Scipione, São Paulo, 1993.

[Perkins95] D.N. Perkins et alli (eds), Software Goes to School - Teaching for understanding with new technologies, Oxford University Press, New York, 1995.

[Richard92] J.-F. Richard, As atividades mentais. (tradução do original Les activités Mentales, Ed. Armand Pollin, Paris, 1990)

[Wenger87] E. Wenger, Artificial Intelligence and Tutoring Systems. Computational and Cognitive Approaches to the Communication of Knowledge, Ed. Morgan Kaufmann, Los Altos, CA, USA, 1987.

[Woods94] D. R. Woods, Problem-Based Learning: How to Gain the Most from PBL, Hamilton, Canada, 1994.