De acordo com Flavell (1979), uma das características da cognição humana é a capacidade de monitorar e regular os próprios processos cognitivos, ou seja, a ca- pacidade de metacognição. Estudos empíricos mostram que estudantes com um maior desenvolvimento metacongnitivo têm um melhor desempenho do que os com menor desenvolvimento Paris e Winograd (1990 apud GAMA, 2004).
Alguns trabalhos na área de Informática na Educação vêm abordando a me- tacognição no âmbito de ambientes interativos de aprendizagem (AIA), como o de Gama (2004), que propõe a utilização de modelos metacognitivos do estudante e apresenta um modelo de assistente de reflexivo (RA - Reflection Assistant) para AIA voltados para resolução de problemas. A Figura 2 ilustra o modelo proposto. Nesse modelo, são armazenadas informações sobre uma ou mais habilidades metacogniti- vas do estudante, inferidas e/ou coletadas a partir da interação sistema-estudante durante atividades de ensino-aprendizagem. Pelo modelo, são propostas ao estu- dante algumas atividades de reflexão sobre o seu próprio processo de aprendiza- gem e sobre sua habilidade de monitorar o seu próprio conhecimento como meca- nismo de promover suas habilidades metacognitivas. O RA incorpora ainda um me- canismo chamado Monitoramento do Conhecimento (Knowledge Monitoring) que infere a habilidade metacognitiva do estudante.
O RA incorpora parcialmente o modelo hierárquico de metacognição proposto por Tobias e Everson (2002) mostrado na Figura 3.
Segundo o modelo de Gama (2004), a capacidade de monitorar o próprio co- nhecimento é visto como a habilidade metacognitiva mais básica, seguido da capa- cidade de se avaliar da experiência de aprendizagem. Além disso, a aquisição de habilidades de monitoramento do conhecimento desencadeiam a atenção seletiva, facilitando uma melhor alocação de recursos cognitivos (seleção de estratégias de aprendizagem). Por exemplo, uma avaliação eficaz da sua própria compreensão dos problemas pode levar a uma leitura mais detalhada da descrição do problema para
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uma compreensão exata do que é solicitado.
Figura 2: Integração do Assistente Reflexivo a um Ambiente Interativo de Aprendizagem (GAMA, 2004)
Figura 3: Modelo hierárquico metacognitivo (TOBIAS e EVERSON, 2002)
Gama (2004) limita sua contribuição ao tratamento dos aspectos cognitivos envolvidos na resolução de problemas, não tratando, assim daqueles aspectos en- volvidos no planejamento de suas atividades de aprendizagem. As atividades pro- postas no modelo objetivam, então, desenvolver consciência do comportamento du- rante a resolução dos problemas. Espera-se que o profissional planeje melhor no futuro suas interações de aprendizagem, com base no conhecimento consciente da-
Interface do usuário Atividades de resolução de problemas Biblioteca de problemas Base de conhecimento do domínio Atividades reflexivas Modelos metacognitivos do estudante Bases de conhecimento sobre metacognição Estudante Ambiente de aprendizagem
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quilo que funciona para ele e o que poderia ser melhorado.
Para Halpern (1996 apud Gama, 2004), um pressuposto é a resolução de problemas tanto a nível cognitivo ou metacognitivo passa por três estágios:
Preparação para resolução do problema. Esta primeira etapa é gasta na
compreensão da natureza do problema: como o objetivo do problema e os dados conhecidos sobre o mesmo. Esta é uma etapa crucial na resolução de problemas, porque uma solução correta não pode ser apresentada sem uma compreensão adequada do problema. Também é chamada de fase de familiarização.
Real solução do problema. Esta etapa é também chamada estágio de pro- dução. Durante esta fase, o responsável pela resolução do problema produz os caminhos da solução que define o escopo do problema.
Verificação da resolução dos problemas, também chamada de julgamento
ou fase de avaliação. Durante esta fase, o responsável pela resolução do problema avalia os caminhos de solução, a fim de selecionar a melhor.
Em seu modelo de assistente de reflexão, Gama (2004) acrescenta a esses mais dois estágios: pré-reflexão da ação e pós-reflexão da ação. A Figura 4 repre- senta esse novo modelo. Na figura são apresentadas: (i) uma linha de tempo com os estágios conceituais típicos de resolução de problemas, (ii) as habilidades cognitivas exercidas sobre o processo com o passar do tempo e (iii) as habilidades metacogni- tivas utilizadas ao longo do caminho.
Figura 4: Estágios para a resolução de problemas (GAMA, 2004) Gama (2004, p. 673) descreve assim o estágio da pré-reflexão:
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Considera-se normalmente que a auto-reflexão é uma tarefa realizada após a atividade. Reflexão no modelo RA, também acontece antes da realização da atividade de aprendizagem. Abrange os aspectos metacognitivos neces- sários antes de se iniciar a resolução do problema, também prevê condi- ções adequadas para que o aluno esteja consciente na utilização de suas estratégias, dos recursos disponíveis, e do grau de atenção necessária para que o problema seja solucionado com sucesso.
Collins e Brown (1988) afirmam que, por vezes a auto-reflexão não ocorre naturalmente, em parte porque os alunos não estão realmente motivados para realizar uma reflexão após a resolução do problema e por outro lado, porque o problema baseado em papel e lápis, realmente não são apropria- dos para esse tipo de atividade.
Ao colocar a auto-reflexão antes da atividade de aprendizado, esperamos reduzir os problemas de baixa motivação.
O acompanhamento do conhecimento e a seleção de estratégias metacogniti- vas são principalmente explorados na fase de familiarização, quando o profissional deve, naturalmente, passar algum tempo a compreender a natureza do problema, reconhecendo as metas, e identificando os fatos do problema. Nota-se que a carga cognitiva é maior na fase de produção. Estudos anteriores Rutz et al (1999 apud GAMA, 2004) mostram que, por exemplo, saber quando interromper os aprendizes durante a resolução do problema e apresentar uma boa correspondência entre a reflexão e a tarefa em curso é uma possível chave para fazê-lo refletir. Em modelos como o RA, isso é inviável, uma vez que não é possível ter acesso aos pensamentos do aprendiz. Portanto, o modelo RA não busca interferir na fase de produção.
O estágio da pós-reflexão é assim descrito por Gama (2004, p. 674):
A auto-reflexão após a resolução de problema tem um objetivo diferente. Envolvendo principalmente a mais recente tentativa de resolução do pro- blema, mas também associada à reflexão do aluno antes do início da ativi- dade. Em outras palavras, na fase de pós-reflexão é criado um espaço onde o aluno pensa sobre suas ações no desenvolvimento da última atividade, comparando-as com suas reflexões expressas pouco antes do início da re- solução do problema.
Com a tarefa realizada em mãos, o aluno abstrai seu pensamento a um ní- vel metacognitivo, pensando como um solucionador de problemas gerais e sobre sua aprendizagem. O objetivo é provocar um auto-questionamento sobre a experiência de aprendizagem, tais como: Será que eu utilizo todos os recursos disponíveis para solução do problema? Como posso assim ad- ministrar meu tempo? Gastei tempo suficiente entendendo o problema e cri- ando um plano adequado de ação? O que eu poderia ter feito diferente?
Em relação ao treinamento metacognitivo, o RA apresenta três dimensões, conforme mostrado na Figura 5: (i) timing, referente ao momento escolhido para a promoção do treinamento das habilidades metacognitivas, (ii) dimensão-alvo, refe- rente ao grau de ligação das habilidades metacognitivas treinadas no domínio, e (iii) abordagem instrucional, referente à representação da escolha dos mecanismos para fornecer o treinamento.
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Figura 5: Dimensões do treinamento metacognitivo (GAMA, 2004)
O RA é considerado por Gama (2004) como um mecanismo de inferência simples, uma vez que infere apenas uma habilidade metacognitiva: o monitoramento do próprio conhecimento. Dois aspectos da capacidade de monitoramento são con- siderados no modelo: precisão e desvio no monitoramento do conhecimento, respec- tivamente KMA (Knwoledge Monitoring Accuracy) e KMB (Knowledge Monitoring Bias).
Proposto por Tobias e Everson (2002), o KMA refere-se à habilidade em se predizer como se irá executar uma tarefa de aprendizagem que reflita a consciência do próprio conhecimento. Ao coletar um número significativo de avaliações do mes- mo indivíduo, é produzido um perfil estatístico de sua percepção sobre o próprio co- nhecimento. A escala das pontuações possíveis para KMA varia entre -1 e 1, onde - 1 significa precisão muito baixa de acompanhamento do conhecimento, e 1 significa uma precisão absoluta. Valores em torno de 0 significam que ele por vezes falha e por vezes consegue ser preciso na sua avaliação.
A fórmula utilizada para cálculo final do KMA é a seguinte: d c b a c b d a
onde a é o número de vezes que o indivíduo disse que teria sucesso e realmente o teve, b é o número de vezes que disse que falharia e resolveu, c é o número de ve- zes que disse que resolveria e falhou e d é o número de vezes que disse que falha- ria e falhou. O KMA é obtido mediante os valores definidos na Tabela 1. Sob essa perspectiva, atribui-se o valor 1 quando a avaliação é correta (ou seja, previu corre- tamente que seria ou não capaz de resolver o problema) e o valor -1 quando a avali- ação está incorreta (não previu corretamente que seria ou não capaz de resolver o problema).
reificação gráfica auto-avaliação
estrutura metacognitiva Domínio: nível relacionado Tarefa: nível específico
Antes da tarefa de aprendizagem Durante a tarefa de aprendizagem Após a tarefa de aprendizagem
TIMING DIMENSÃO-ALVO ABORDAGEM INSTRUCIONAL Quando O que Como
Escolha de valores para o RA Dimensão
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Estimativa Desempenho
Resolve Não Resolve
Correto 1 -1
Incorreto -1 1
Tabela 1: Valores KMA propostos por Tobias e Everson (2002)
Gama (2004) propõe que se atribua também valores para resolução parcial dos problemas, conforme apresentados na Tabela 2. Em função disso, o KMA obtido é classificado qualitativamente em três categorias: KMA baixo, KMA médio e alto KMA de acordo, por exemplo, com o Quadro 4.
Predição
Performance Não resolve
Resolve
parcialmente Resolve
Incorreto 1 -0.5 -1
Parcialmente correto -0.5 1 -0.5
Correto -1 -0.5 1
Tabela 2: Valores KMA propostos por Gama (2004)
Valor do KMA Classificação Interpretação
[-1, -0.25] Baixo KMA Estudante não estimou corretamente seu conhecimento na maioria das situações
[-0.25, 0.5] Médio KMA O estudante, por vezes, estimou corretamente, mas pouco freqüentes foram as estimativas parcialmente erradas ou completamente erradas. [0.5, 1] Alto KMA O estudante estimou corretamente seus conhecimentos na maioria das vezes.
Quadro 4: Classificação qualitativa do KMA proposta por Gama (2004)
A fim de descrever o padrão ou desvio da capacidade de monitoramento do aprendiz, Gama (2004) elaborou a medida do KMB, que fornece uma medida esta- tística para identificar e medir o desvio do aprendiz ao monitorar seu conhecimento. A medida do KMB foi criada a partir das medidas do KMA, que não detalha o tipo de imprecisões que o aprendiz apresenta, mas apenas o nível de desvio apresentado pelo aprendiz referente às suas estimativas. Gama cita o exemplo de alguém para o qual foi atribuído um perfil "KMA baixo", porque constantemente prediz que ele vai resolver problemas corretamente, mas as soluções são, invariavelmente, erradas. No entanto, este caso é diferente daquele que tende a considerar que não vai resol- ver os problemas de forma completamente correta, mas na maioria das vezes chega a uma solução correta. Para descrever o padrão, ou desvio, na capacidade de moni-
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toramento de conhecimento do aprendiz, Gama (2004) propõe o KMB.
O KMB leva em consideração a precisão na auto-avaliação. Se não houver desvio, pode-se dizer que há precisão. Nesse sentido, três outros casos são possí- veis:
(i) o indivívuo prevê que vai resolver os problemas, mas não tem êxito nas resolu- ções, demonstrando assim uma avaliação otimista de seu conhecimento, (ii) ele prevê que não vai resolver os problemas, mas consegue resolvê-los, de-
monstrando assim uma visão pessimista de seu conhecimento,
(iii) por vezes, é otimista em sua avaliação e em outras é pessimista, demonstran- do assim um padrão aleatório.
As pontuações KMB são dependentes das pontuações KMA. Assim, os pos- síveis valores do KMB também estão entre -1 e 1, incluindo agora os valores inter- mediários -0.5, 0 e 0.5, conforme mostrado na Tabela 3.
Predição
Performance Não Resolve
Resolve
Parcialmente Resolve
Incorreto 0 0.5 1
Parcialmente correto -0.5 0 0.5
Correto -1 -0.5 0
Tabela 3: Matriz de valores KMB Gama (2004)
As possíveis pontuações KMB têm um significado diferente do KMA. Estimati- vas precisas recebem a pontuação nula (0), enquanto o valor 1 é atribuído à estima- tiva mais otimista e o valor -1 é atribuído à estimativa mais pessimista; -0,5 é atribuí- do a uma estimativa de pessimismos moderado e 0,5 a uma estimativa de otimismo moderado. A classificação KMB em relação ao desvio de suas previsões é realizada com base na média das pontuações KMB sobre todos os problemas resolvidos até ao momento.
Também foi definida uma representação qualitativa do KMB, conforme mos- trado no Quadro 5. Se a alguém foi atribuído um valor correspondente a "alto KMA", então ele é classificado como realista, o que significa que não há nenhum desvio na avaliação de seu conhecimento. No entanto, se ele obteve uma "média KMA" ou uma "baixa KMA", isso significa que há algum tipo de desvio em sua avaliação e um valor KMB é calculado. Nestes casos, o valor KMB corresponde ao intervalo corres- pondente aos valores do KMA.
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Valor KMB Classificação Interpretação
0 Realista O aprendiz faz uma estimativa exata de seu conhecimento, tendo uma alta KMA. [0.25, 1] Otimista O aprendiz tende a estimar que pode resolver os problemas, mas ele não consegue, na maioria das
situações
[-1, -0.25] Pessimista O aprendiz tende a estimativa de que não pode resolver os problemas, mas ele consegue [-0.25, 0.25] Randômico As estimativas do aprendiz variam frequentemente entre otimistas e pessimistas.
Quadro 5: Classificação qualitativa dos valores KMB Gama (2004)
Alguém com um KMA baixo (baixa acurácia do acompanhamento de seu co- nhecimento) e, por exemplo, com um KMB igual a -0,7, pode-se concluir que ele é pessimista em relação a seu próprio conhecimento, pois diz que não é capaz de re- solver os problemas, mas consegue resolve-los completamente ou parcialmente.
Na Figura 6 é apresentado um exemplo de reflectômetros para os valores KMA e KMB de um indivíduo.
Figura 6: Exemplo de reflectômetros para KMA e KMB (Gama 2004)
O modelo RA, segundo Gama (2004), segue os princípios de ferramentas fa- cilitadoras, sendo um instrumento que visa apoiar a auto-regulação da aprendiza- gem.
Para validar seu RA, Gama (2004) implementou um ambiente interativo de aprendizagem (AIA) denominado MIRA (Metacognitive Instruction with a Reflective Approach) que apresenta problemas de álgebra e oferece recursos para elaboração de equações linerares. No MIRA, são monitoradas as ações dos aprendizes e pro- postas atividades de reflexão antes e após cada problema. Este ambiente aplica os conceitos do RA, contendo assim atividades de reflexão, atividades de auto- monitoramento e seleção de estratégias, além de recursos de ajuda relacionados ao domínio abordado.
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tacognitivo. Seu Modelo do Estudante propõe representações referentes às habili- dades metacognitivas do aprendiz.
O MIRA é um ambiente de aprendizagem baseado em problemas. Ele adota um modelo de aprendizagem reflexiva, incorporando atividades de reflexão sobre o processo de resolução de problemas e sobre as ações e estratégias do aprendiz, buscando, assim, seu desenvolvimento metacognitivo.
O MIRA também oferece recursos de ajuda na resolução de problemas, pro- curando assim incentivar a regulação do aprendizado pelo próprio aprendiz.
Os estágios de resolução de problemas propostos no MIRA ao aprendiz estão representados na Figura 7.
1. Pré-reflexão. Inicialmente, o aprendiz realiza uma reflexão sobre seu compor- tamento em resoluções de problemas anteriores. Nesta etapa, é mostrado o contraste entre a avaliação prévia do problema feita pelo aprendiz e o aprovei- tamento demonstrado na resolução. Também se fornece a avaliação da habili- dade metacognitiva de monitoramento do conhecimento (habilidade metacogni- tiva do aprendiz de predizer o que sabe ou não).
2. Predição. Sempre que um novo problema é apresentado, o aprendiz avalia seu nível de entendimento sobre o problema e prevê o nível de dificuldade em se obter uma solução.
3. Estratégias. Em seguida, o aprendiz planejar as estratégias que usará para monitorar e regular sua resolução do problema em questão.
4. Resolução. Somente após a definição das estratégias, o aprendiz começa a re- solver o problema. Neste momento, são apresentados recursos de ajuda, bibli- oteca de problemas já resolvidos, resumo dos conceitos e glossário do domí- nio, relógio com o tempo restante para resolver o problema e, em alguns casos, a resposta do problema.
5. Pós-reflexão. Após concluir o problema (ou desistir de resolvê-lo), o aprendiz é convidado a refletir sobre sua resolução. Esta reflexão aponta o tempo gasto em cada etapa do sistema, notificando as estratégias escolhidas e convidando o aprendiz a comentar suas ações.
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Assim, o RA proposto por Gama (2004) é um modelo computacional genérico para a instrução metacognitiva que, por meio de ações reflexivas, auxilia aprendizes a aprimorarem suas habilidades metacognitivas. Sua implementação foi feita de for- ma tão genérica quanto possível, para que possa ser adaptado de acordo com o domínio específico e de AIA que serão incorporados. A Figura 8 apresenta sua ar- quitetura geral, onde se observa a comunicação do modelo RA com a resolução de problemas no ambiente de aprendizagem e sua interação com o aprendiz.
Legenda: = Entrada/Saída = Atividade = Sistema = Motor de inferência
= Interação do usuário = Módulo = Repositório
Figura 8: Arquitetura do modelo RA (GAMA, 2004)
Essa arquitetura do RA pode ser descrita como tendo sua base de funcionamen- to vinculada a um ambiente de aprendizagem por resolução de problemas composta de 5 elementos: (i) Biblioteca de problemas, com os problemas pré-desenvolvidos para determinado domínio, (ii) Base de conhecimento do domínio, tanto para a pro- posição como para a correção de problemas, (iii) Ferramentas de solução de pro- blemas (SP), (iv) Desempenho SP dos estudantes, com os históricos do desempe- nho do aprendiz organizados por atividade e domínio, e (v) Histórico das ações SP dos estudantes com ações dos estudantes para verificação de comportamentos co- muns para determinada atividade.
Assistente Reflexivo Assistente de pós-reflexão da tarefa Assistente de pré-reflexão da tarefa e familiarização Ambiente de aprendizagem
por resolução de problemas
Base de Conhecimento do Domínio Histórico de ações SP de estudantes Desempenho SP dos estudantes Biblioteca de problemas
Ferramentas de solução de problemas (SP) Biblioteca de estratégias metacognitivas Estratégias metacognitivas do estudante Biblioteca de resposta metacognitiva Modelo KMA/KMB do estudante Histórico de ações reflexivas dos estudantes Comparação do monitoramento do conhecimento e desempenho
Análise do estado de monitoramento do conhecimento (KMA/KMB) Avaliação da compreensão do problema e dificuldade Seleção de estratégias metacognitivas Avaliação da experiência da resolução do problema Auto-avaliação da estratégia utilizada
Motor de inferência metacognitiva
1 2
3 Estudante
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O RA é composto por um motor de inferência metacognitiva, dois módulos e cin- co repositórios. O motor de inferência metacognitiva realiza a interface básica entre o repositório de modelo KMA/KMB do estudante ao ambiente de aprendizagem por resolução de problemas.
O módulo Assistente de pré-reflexão da tarefa e familiarização alimenta o histó- rico de ações reflexivas dos estudantes, e efetua as seguintes tarefas:
Comparação do monitoramento do conhecimento e desempenho, que efetua o primeiro contato entre o repositório de desempenho SP dos estudantes do am- biente de aprendizagem e o repositório do modelo KMA/KMB do estudante no RA.
Avaliação da compreensão do problema e dificuldade, que estará registrando no repositório do modelo KMA/KMB do estudante no RA, a compreensão e difi- culdades do problema.
Análise do estado de monitoramento de conhecimento (KMA/KMB) que estará recebendo as informações contidas no repositório do modelo KMA/KMB do es- tudante no RA e da Biblioteca de resposta metacognitiva.
Seleção de estratégias metacognitivas, que estará recebendo os dados da bi- blioteca de estratégias metacognitivas e das estratégias metacognitivas do es- tudante naquele momento.
O módulo Assistente de pós-reflexão da tarefa é formado pelos dois itens abai- xo:
Avaliação da experiência da resolução do problema, a maior carga de ativida- des metacognitivas do modelo, está neste item, onde estará recebendo as in- formações armazenadas no repositório de desempenho SP dos estudantes e histórico de ações SP de estudantes, do ambiente de aprendizagem por reso- lução de problemas. E também, dos repositórios Modelo KMA/KMB do estu- dante, biblioteca de resposta metacognitiva e do histórico de ações reflexivas dos estudantes, do assistente reflexivo.
Auto-avaliação da estratégia utilizada, que estará armazenando seus resulta- dos no histórico de ações reflexivas dos estudantes.
Os cinco repositórios do RA, descritos, são: (i) o Modelo KMA/KMB do estudan- te, (ii) a Biblioteca de resposta metacognitiva, (iii) a Biblioteca de estratégias meta- cognitivas, (iv) as Estratégias metacognitivas do estudante e (v) o Histórico de ações
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reflexivas dos estudantes.
Essa arquitetura é bastante genérica, o que a torna passível de adaptação em