A representação do conhecimento e competências: contributos da
psicologia cognitiva para sistemas de aprendizagem apoiados por
computador
Inês Direito1,2, Anabela M. Sousa Pereira1 & A. Manuel de Oliveira Duarte 2
1
Departamento de Ciências da Educação, Universidade de Aveiro
2
Departamento de Electrónica, Telecomunicações e Informática, Universidade de Aveiro
A psicologia cognitiva desempenha um papel fundamental na aprendizagem apoiada por computador e em registo a distância. Os modelos teóricos e as abordagens empíricas desenvolvidos neste domínio têm possibilitado, entre outros: (a) a optimização da aprendizagem de conhecimentos e competências através da adaptação do sistema e-learning aos conhecimentos prévios do aprendente, aos seus objectivos de aprendizagem e grau de desempenho requerido; (b) a optimização dos processos de aprendizagem individual considerando estratégias de aprendizagem; e (c) minimização de exigências cognitivas que ocorram durante o processo de aprendizagem, respeitando o background cultural do aprendente, as suas preferências de interface e de ambiente de aprendizagem. Serão revistos os principais contributos da Teoria dos Espaços de Conhecimento baseada em Competências para a implementação de propostas formativas personalizadas em sistemas de aprendizagem com suporte tecnológico.
Palavras-chave: Teoria dos Espaços do Conhecimento baseada em Competências, aprendizagem apoiada por computador, roteiro de aprendizagem.
1. ENQUADRAMENTO
A sociedade do conhecimento exige ao indivíduo um investimento permanente na aprendizagem e na renovação dos saberes. Para tal, é necessário que este possa tomar decisões sobre o seu desenvolvimento pessoal e profissional ao longo de diferentes fases da sua vida, isto é, que seja gestor das suas competências. As instituições de ensino procuram, cada vez mais, implementar metodologias de aprendizagem baseadas em competências, destacando-se aqui o modelo Aalborg muitas vezes associado ao processo de Bolonha. Nas empresas, a necessidade de apoiar a formação e qualificação contínuas dos seus quadros tem suscitado uma atenção crescente pelos processos de gestão de competências. Neste dois cenários, o recurso a plataformas de e-learning, que possibilitam o acesso permanente a recursos de aprendizagem, tem sido cada vez mais privilegiado. No entanto, as soluções propostas tendem a não responder a necessidades individuais de aprendizagem e de actualização de conhecimentos, nomeadamente à
facilitação do estudo autónomo e à construção de percursos personalizáveis de formação.
1.1. Contributos da psicologia cognitiva para sistemas de aprendizagem apoiados por computador
De acordo com Albert, Hockemeyer e Wesiak (2002) a psicologia cognitiva tem contribuído para o desenvolvimento de sistemas de e-learning por diversos motivos:
Contributos de modelos da aprendizagem, raciocínio, resolução de problemas, recuperação do conhecimento, memória, e retenção.
Metodologias para desenvolver e apresentar objectos de aprendizagem. Por exemplo, os diferentes tipos de representação cognitiva (visual, verbal) são de extrema importância para o desempenho cognitivo na aprendizagem em sistemas multimédia (Mayer, 2001).
Metodologias para recolha, análise e interpretação de dados comportamentais (desde questionários de escolha múltipla e resolução de problemas, a intervalos de latência, eye-tracking, registos vídeo e registos psicofisiológicos).
Metodologia experimental de avaliação e modelagem do comportamento, dos processos e estruturas subjacentes ao comportamento.
Mais concretamente, a psicologia cognitiva desempenha um papel fundamental em projectos de personalização de processos de aprendizagem. Os modelos teóricos e as abordagens empíricas desenvolvidos neste domínio têm possibilitado, entre outros, os seguintes resultados (Albert & Mori, 2001):
A optimização da aprendizagem de conhecimentos e competências através da adaptação do sistema e-learning aos conhecimentos prévios do aprendente, aos seus objectivos de aprendizagem e grau de desempenho requerido;
A optimização dos processos de aprendizagem através da adaptação de processos de controlo e estratégias de aprendizagem;
A minimização de outras exigências cognitivas que ocorram durante o processo de aprendizagem, respeitando o background cultural do aprendente, as suas preferências de interface e de ambiente de aprendizagem.
Assim, e de acordo com Albert e colaboradores (2002), os contributos da psicologia cognitiva estão presentes nos diversos níveis da seguinte categorização tecnológica:
Base de conhecimento: estrutura o conhecimento sobre um determinado domínio;
Modelo do aprendente: representa uma hipótese do estado de conhecimento do aprendente bem como outros atributos. Este modelo apoia as intervenções pedagógicas procurando ajustar-se ao progresso da aprendizagem e tem em consideração, entre outros, o conhecimento do aprendente, conceitos errados e competências gerais.
Modelo do professor/formador: decide as intervenções pedagógicas em conjunto com a base de conhecimento e o modelo do aprendente.
Interface Interactiva Humano-Computador: apresenta e recebe informação do aprendente.
A aprendizagem programada, a modelação matemática da memorização (mathematical modelling of rote learning), e a modelação cognitiva são alguns exemplos dos contributos da psicologia cognitiva para o desenvolvimento de sistemas de e-learning. A Teoria do Espaço do Conhecimento (Knowledge Space Theory) é considerada um dos desenvolvimentos mais recentes da psicologia cognitiva aplicada ao e-learning. Trata-se de uma teoria psicológica e matemática baseada na Order and
Lattice Theory que estabelece relações de dependência entre objectos de aprendizagem
num determinado domínio de conhecimento, permitindo estruturar o processo de avaliação e sequenciar o processo de ensino-aprendizagem (Albert, Hockemeyer, & Wesiak, 2002).
2. OBJECTIVOS
O desenvolvimento de uma ferramenta para a organização de sequências pedagógicas que respondam às necessidades de formação previamente identificadas – Compositor de Roteiros de Formação – reveste-se de especial importância para a aquisição de competências críticas e na promoção da aprendizagem autónoma e contínua.
3. DESENVOLVIMENTO DO TEMA
Uma teoria frequentemente referida na literatura que relaciona os objectos de aprendizagem e necessidades de formação com as competências relevantes identificadas é a Teoria dos Espaços de Conhecimento baseada em Competências (Competence-based
Knowledge Spaces Theory – CbKST) (Heller, Steiner, Hockemeyer & Albert, 2006).
Esta teoria tem sido aplicada no desenvolvimento de propostas formativas personalizadas em sistemas de aprendizagem com suporte tecnológico, fazendo referência explícita às competências e aptidões subjacentes e integrando os objectos de aprendizagem numa teoria psicológica cognitiva-comportamental cujo foco é a avaliação do conhecimento. Projectos como o ALEKS (Assessment and Learning in
Knowledge Spaces) e o iClass (Intelligent Distributed Cognitive-based Open Learning System for Schools), este último iniciativa da Comissão Europeia, têm sido
desenvolvidos à luz da CbKST. Mais especificamente outros projectos europeus, APOSDLE (Advanced Process-Oriented Self-Directed Learning Environment) e PROLIX (Process-oriented Learning and Information eXachange), têm procurado relacionar a aprendizagem às necessidades das empresas na concepção de plataformas e ferramentas de suporte à aprendizagem personalizada no contexto de trabalho.
O Compositor de Roteiros de Formação e Aprendizagem desenhará sequências formativas tendo por base a extensão da Teoria do Espaço do Conhecimento – a CbKST (e.g. Heller, Steiner, Hockemeyer, & Albert, 2006; Korossy, 1999) – estabelecendo relações cognitivas de pré-requisito entre competências.
3.1. Teoria do Espaço do Conhecimento
A Teoria do Espaço do Conhecimento (Doignon & Falmagne, 1999; Falmagne, Koppen, Villano, Doignon, & Johannesen, 1990) constitui um referencial teórico para a personalização da experiência de aprendizagem, permitindo representar o conhecimento do aprendente em determinado domínio. Esta teoria possibilita, ainda, avaliar e representar o estado de conhecimento de um aprendente individual, tendo por base a análise do comportamento observável. Deste modo, a associação entre os problemas colocados e os conhecimentos necessários para a sua realização conduz ao diagnóstico de competências – CbKST.
capacidades, assegurando que cada formando alcança os melhores padrões de desempenho. Tal pode ser concretizado através de processos efectivos e adaptativos de avaliação de conhecimento e da personalização de roteiros de aprendizagem
O domínio de conhecimento, estado de conhecimento e espaço de conhecimento, são conceitos centrais desta teoria, e que serão descritos tendo por base o artigo de Heller e colaboradores (2006).
O domínio do conhecimento é caracterizado por um conjunto de problemas de avaliação e é representado simbolicamente por Q. Estes problemas podem ser colocados ao formando e são de natureza dicotómica, ou seja, a resposta a estes problemas é avaliada como sendo correcta ou incorrecta. A teoria parte do princípio que existem relações de dependência entre os problemas que compõem um domínio de conhecimento específico. Isto é, alguns problemas podem ser resolvidos pelo formando apenas se este dominar outros problemas. Assim, a noção de relação de pré-requisito identifica as dependências mútuas entre problemas de um domínio de conhecimento. Do ponto de vista formal uma relação de pré-requisito é uma relação binária, reflexiva e transitiva. Por exemplo, dois problemas a e b apresentam numa relação de pré-requisito sempre que a resolução correcta do problema b pressuponha a mestria do problema a. Deste modo, facilmente se compreende que as relações de pré-requisito restringem o número possível de estados de conhecimento de um indivíduo.
Nesta teoria o conhecimento do formando assume um papel de relevo. Entende-se por estado de conhecimento de um indivíduo o conjunto de problemas do domínio Q que este é capaz de resolver. Para um domínio de conhecimento de n problemas existem
2n potenciais estados de conhecimento. No entanto, as dependências mútuas cobertas
por uma relação de pré-requisito reduzem o número de estados de conhecimento possíveis. A colecção dos estados de conhecimento possíveis de um domínio Q é denominado estrutura de conhecimento (K) sempre que contenha o conjunto vazio Ø e completo de Q.
A representação gráfica de uma estrutura de conhecimento (figura 1) sugere de diversas possibilidades de percursos de aprendizagem desde um estado de conhecimento nulo até um estado de conhecimento de mestria, o que permite, consequentemente, estruturar a aprendizagem gradual num domínio de conhecimento específico.
Figura 1. Esstrutura de conhecimento K resultante das relações de pré-requisito.
De acordo com a Figura 1 os estados {a,b,c,d} e {a,b,c,e} são os sucessores imediatos do estado de conhecimento {a,b,c}. Deste modo, o conjunto {d,e} constitui a franja externa (outer fringe) do estado de conhecimento {a,b,c}, e consiste nos problemas exactos que o aprendente com o estado de conhecimento {a,b,c} deve procurar resolver de seguida. Por outro lado, o estado de conhecimento {a,b,c} tem dois predecessores, {a,b} e {a,c}. Assim, o conjunto {b,c} é denominado franja interna (inner fringe) do estado de conhecimento {a,b,c}. Estes problemas correspondem aos conteúdos aprendidos recentemente, e que devem ser apresentados ao aprendente quando o objectivo é a revisão de aprendizagens prévias.
Além de disponibilizar a informação relevante para a construção de percursos de aprendizagem personalizáveis, a estrutura de conhecimento pode ainda servir de base para um eficiente procedimento de avaliação do conhecimento. Esta avaliação tem início com um problema de dificuldade média, e a progressão para outros problemas depende da resposta obtida: em caso de sucesso, o problema seguinte será mais difícil e complexo, em caso de erro, o problema seguinte será mais fácil. Esta avaliação termina quando se reunir informação suficiente em relação ao estado de conhecimento do formando. Um procedimento deste tipo permite encurtar o processo de avaliação, evitando apresentar ao formando um número exaustivo de problemas.
3.2. Teoria do Espaço do Conhecimento baseada em Competências
Contudo, a formalização original da Teoria do Espaço do Conhecimento é restritamente comportamental, não se fazendo referência aos objectos de aprendizagem e competências que se pretendem ensinar. Neste sentido, várias abordagens (e.g. Albert & Lukas, 1999) procuraram explicar o comportamento observado tendo em consideração constructos cognitivos. Estas abordagens têm-se centrado na dificuldade dos itens, necessidades e competências subjacentes, bem como nos processos para o seu desempenho. Uma extensão desta teoria, a CbKST, tem sido sugerida como um referencial teórico base para a implementação da aprendizagem personalizada num sistema de aprendizagem com suporte tecnológico (Heller et al., 2006). Esta nova abordagem faz referência explícita às competências e aptidões subjacentes e integra os objectos de aprendizagem numa teoria psicológica cognitiva-comportamental cujo foco é a avaliação do conhecimento.
Esta extensão da Teoria dos Espaços de Conhecimento opera três componentes: O conjunto Q de problemas avaliados
O conjunto L de objectos de aprendizagem
O conjunto S de competências relevantes para resolver os problemas, que são ensinadas pelos objectos de aprendizagem
Deste modo, uma estrutura de competências de um indivíduo resulta explicitamente da identificação de relações de pré-requisito entre competências que restringem o conjunto de estados de competência, ou pode ser resultado indirecto da correspondência das competências aos objectos de aprendizagem ou problemas avaliados. As estruturas de aprendizagem e de competências são definidas de modo análogo à estrutura do conhecimento referida anteriormente para a Teoria do Espaço do Conhecimento, e facilitam a construção de percursos personalizáveis de formação baseada em competências. Desta forma, o primeiro passo a realizar é a identificação das competências que compõem estas estruturas.
Heller e colaboradores (2006) sugerem que as competências subjacentes aos objectos de aprendizagem sejam identificadas a partir de ontologias e, a partir delas, se construam as respectivas estruturas. Uma ontologia possibilita a organização conceptual de um domínio de conhecimento, especificando conceitos e relacionando-os numa hierarquia, definindo um vocabulário comum. As ontologias são frequentemente representadas por mapas conceptuais. Outras metodologias, como a grelha de repertório
de George Kelly, desenvolvida no âmbito da Teoria dos Constructos Pessoais (Kelly, 1955), têm sido usadas para a identificação de competências (e.g. Ley & Albert, 2003).
4. DISCUSSÃO
De forma sucinta, a construção de roteiros de formação, segundo a CbKST, obedece às seguintes considerações. Num primeiro momento avalia-se o estado de conhecimento de um aprendente, tendo por base a observação do seu desempenho. Num segundo momento estabelece-se a correspondência entre o estado de conhecimento e o estado de competência. Assim que este último esteja definido é possível conceber um percurso de aprendizagem personalizado para o aprendente. Na formulação de objectos de aprendizagem torna-se conveniente recorrer às noções anteriormente apresentadas de franja interna e franja externa. Deste modo, a franja interna de um estado de competência pode ser interpretado como “o que o aprendente é capaz de fazer”, e a franja externa como “o que o aprendente está pronto para aprender”. Assim, a progressão na sequência de aprendizagem deve basear-se na franja externa do estado de competência actual do aprendente. Quando o material pedagógico prévio tem de ser revisto, deve-se privilegiar a franja interna do estado de competência actual, uma vez que esta contém as competências mais sofisticadas adquiridas pelo indivíduo até ao momento.
5. CONCLUSÃO
A psicologia cognitiva e educacional oferecem contributos consideráveis para o desenvolvimento de tecnologias educativas que procuram modelar-se ao conhecimento dos aprendentes. Questões como, por exemplo, a adaptatividade e desenvolvimento de módulos de formação personalizáveis são particularmente relevantes numa sociedade que, cada vez mais, exige a constante actualização de conhecimentos e competências dos indivíduos, e na qual a aprendizagem autónoma ao longo da vida assume um papel central. Deste modo, as estruturas, os modelos e os resultados da investigação neste domínio permitem concertar as necessidades da educação com base tecnológica com as práticas pedagógicas mais adequadas.
CONTACTO PARA CORRESPONDÊNCIA
Inês Direito ines.direito@ua.pt
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Albert, D., & Mori, T. (2001). Contributions of cognitive psychology to the future of e-learning. Bulletin of the Graduate School of Education, Hiroshima University,
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Doignon, J. P., & Falmagne, J. C. (1999). Knowledge Spaces. Berlin: Springer-Verlag. Falmagne, J. C., Koppen, M., Villano, M, Doignon J. P., & Johannesen, L. (1990).
Introduction to Knowledge Spaces: How to build, test and search them.
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Heller, J., Steiner, C., Hockemeyer, C., & Albert, D. (2006). Competence-based knowledge structures for personalized learning. International Journal on
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Korossy, K. (1999). Extending the theory of knowledge spaces: A competence-performance approach. Zeitschrift für Psychologie, 2005, 53-82.
Ley, T., & Albert, D. (2003). Identifying employee competencies in dynamic work domains: methodological considerations and a case study. Journal of Universal
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