É possível Recomendar Objetos de Aprendizagem Físico-Virtuais?

Resumo

Introdução Garantir estudantes entusiasmados pela ciência e pela pesquisa científica requer iniciativas que envolvam os estudantes em experiências científicas interessantes e motivadoras. Hoje os estudantes podem investigar fenômenos científicos, usando diversas ferramentas, técnicas, modelos e teorias da ciência, a partir de laboratórios físicos que suportam interações com o mundo material, ou em laboratórios virtuais que se utilizam simulações. Mas será que é possível unir as duas coisas? Isto é, unir o aspecto físico com o virtual de tal forma que haja comunicação do componente físico com o seu respectivo componente virtual e vice-versa? É possível que essa interação entre os componentes físicos e os componentes virtuais possa ser, de alguma forma, útil para o ensino-aprendizagem? Advogamos que é possível fazer ambos, ou seja, a investigação física, a investigação virtual e, além disso, oferecer recomendações para a combinação dos dois. Entretanto, há diversos desafios que ainda precisam ser superados. Alinhado com os sistemas físico-cibernéticos (cyber-physical systems), que integram sistemas computacionais com objetos do mundo físico, surgiu o conceito de objeto de aprendizagem físico-virtual, que é qualquer tipo de recurso, seja digital ou não, que integre aspectos físicos e virtuais no mesmo recurso, que possua o intuito de auxiliar o processo de ensino-aprendizagem, e que possa ser reutilizado em diferentes contextos. Sistemas de recomendação são ferramentas automatizadas que usam algoritmos de filtragem para coletar dados e informações, a fim de realizar recomendações inteligentes, isto é, as mais relevantes, baseada no perfil, gostos e preferências de seus clientes. O foco desse projeto está em plataformas educacionais que usem tecnologia a partir de ambientes físico-cibernéticos, de tal forma que objetos de aprendizagem físico-virtuais possam ser integrados no ensino e que seja avaliado a sua eficácia e que possa ser gerado recomendações para os alunos. Desafios Os grandes desafios, tanto para os experimentos físicos quanto para os virtuais, são: (i) como registrar as interações entre os estudantes e o ambiente físico-virtual, e como usar tais informações para avaliar a experiência de aprendizado e das condições do ambiente de ensino; (ii) como identificar as eventuais ações corretivas a serem tomadas; (iii) quais recomendações podem ser feitas para melhorar a qualidade da aprendizagem; e (iv) como definir o progresso, ou falta dele. Para tanto, dentro do contexto de ambientes físico/virtuais, ainda carecemos de métodos, técnicas e ferramentas que consigam medir o progresso de cada aluno individualmente e em grupo, e como recomendar experimentos físico-virtuais para que um aluno venha a melhorar o seu desempenho acadêmico. Importância e Benefícios Tanto os laboratórios físicos quanto os virtuais podem alcançar objetivos semelhantes, como explorar a natureza da ciência, desenvolver habilidades de trabalho em equipe, cultivar o interesse pela ciência, promover a compreensão conceitual e desenvolver habilidades de pesquisa. Usando equipamento físico, os alunos podem desenvolver habilidades práticas, incluindo a solução de problemas de configuração de equipamentos. Além disso, os laboratórios físicos podem tirar proveito de informações táteis que, de certa forma, ajudam a estimular o desenvolvimento do conhecimento conceitual. Por outro lado, os laboratórios virtuais podem simplificar os modelos de aprendizagem, removendo os detalhes menos importantes. Os alunos podem realizar experimentos sobre fenômenos não facilmente observáveis sem a necessidade de ter os respectivos objetos físicos, o que é mais fácil e mais barato a médio/longo prazo. Os laboratórios virtuais possibilitam que os alunos também possam vincular os processos físicos com equações matemáticas, o que possibilita fazer abstrações sobre diferentes representações físicas. Além disso, as experiências virtuais oferecem eficiência, pois normalmente exigem menos tempo de preparação e fornecem resultados praticamente instantâneos, enquanto os experimentos físicos incluem atrasos reais e encorajam um planejamento cuidadoso. Formas de Suscitar Colaborações A principal forma de suscitar colaborações para trabalhar no desafio é através das discussões sobre este assunto. Acreditamos que o DesafIE é um veículo ideal para isso. Dificuldades Atuais e Vindouras Algumas dificuldades potenciais inerentes ao desafio foram identificadas e estão descritas a seguir: (i) na base de dados do CBIE há apenas um único artigo que trata desse tema e que propõe uma plataforma básica para implementação de sistemas físico-virtuais[Santos et al. 2014]; (ii) há um problema de se fazer recomendações e avaliações desses objetos físico-virtuais uma vez que não há um repositório dos mesmos; (iii) há um problema para a criação e descrição de objetos de aprendizagem físico-virtuais porque não há um padrão de metadados e/ou ontologias; e (iv) há uma problema de sistematização da execução desses objetos, visto que os objetos criados não estão integrados a nenhuma plataforma ou a quaisquer ambientes de aprendizagem. Ações para Enfrentar o Desafio Este é um tópico de pesquisa que precisa ser mais investigado, principalmente por causa dos benefícios propostos para o ensino-aprendizagem. Além disso, para se enfrentar o desafio, precisamos discutir como gerar repositórios de objetos de aprendizagem físico-virtuais para servir como base para a recomendação desses objetos diante de uma situação de desempenho fraco em um assunto. Adicionalmente, é preciso estender os padrões de objetos de aprendizagem (provavelmente o OBAA) no sentido da geração de novos metadados e/ou ontologias específicas para tais objetos. E finalmente, precisamos definir como deve ser a execução os objetos físico-virtuais em sala de aula/laboratório, ressaltando o aspecto de execução simultânea (físico e virtual) e da comunicação. Referências: Santos, R., Botelho, S., and Bichet, M. (2014). Ambientes fısico-virtuais de aprendizagem. Simpósio Brasileiro de Informática na Educacação, 25(1):70