Nova ciência do aprendizado oferece uma prévia do amanhã

17 de julho de 2009

Nova ciência do aprendizado oferece uma prévia do amanhã

17 de julho de 2009

LA JOLLA, CA—De todas as qualidades que distinguem os humanos de outras espécies, a forma como aprendemos é uma das mais importantes. Na edição de 17 de julho de 2009 da revista Ciência, pesquisadores que estão na vanguarda da neurociência, psicologia, educação e aprendizado de máquina sintetizaram uma nova ciência do aprendizado que já está remodelando a forma como pensamos sobre o aprendizado e criando oportunidades para reimaginar a sala de aula para o século XXI.

“Para entender como as crianças aprendem e melhoram nosso sistema educacional, precisamos entender como todos esses campos podem contribuir”, explica o pesquisador do Howard Hughes Medical Institute Terrence J. Sejnowski, Ph.D., professor e chefe do Laboratório de Neurobiologia Computacional do Salk Institute for Biological Studies e codiretor do Temporal Dynamics of Learning Center (TDLC) da University of California, San Diego, que é patrocinado pelo National Fundação de Ciências. “Nossos cérebros evoluíram para aprender e se adaptar a novos ambientes; se conseguirmos criar o ambiente certo para uma criança, a mágica acontece.”

O artigo é a primeira grande publicação a surgir de uma colaboração única entre o TDLC e o Centro de Aprendizagem em Ambientes Informais e Formais (LIFE) da Universidade de Washington. O TDLC se concentra no estudo da aprendizagem - de neurônios a humanos e robôs - tratando o elemento do tempo como um componente crucial do processo de aprendizagem. Este trabalho complementa a pesquisa psicológica sobre o desenvolvimento infantil que é o foco principal do Centro LIFE. Ambos foram financiados como parte da iniciativa Science of Learning da NSF.

Entre os principais insights que os autores destacam estão três princípios para orientar o estudo da aprendizagem humana em diversas áreas e idades: aprender é computacional— o aprendizado de máquina fornece uma estrutura única para entender as habilidades computacionais que bebês e crianças pequenas possuem, permitindo que eles infiram modelos estruturados de seu ambiente; aprender é social—uma descoberta apoiada por estudos que mostram que até que ponto as crianças interagem e aprendem com um robô depende de quão social e responsivo é seu comportamento; e a aprendizagem é suportada por circuitos cerebrais que ligam a percepção e a ação— a aprendizagem humana baseia-se na maquinaria cerebral incrivelmente complexa que suporta a percepção e a ação e que requer adaptação e plasticidade contínuas.

Como a única espécie a se envolver em aprendizagem organizada, como escolas e aulas particulares, Homo sapiens também se valem de três habilidades sociais exclusivamente humanas que são fundamentais para a forma como aprendemos e nos desenvolvemos: imitação, que acelera o aprendizado e multiplica as oportunidades de aprendizado; atenção compartilhada, que facilita o aprendizado social; e empatia e emoções sociais, que são fundamentais para a compreensão da inteligência humana e parecem estar presentes mesmo em crianças pré-linguísticas.

Esses e outros avanços em nossa compreensão do aprendizado estão agora contribuindo para o desenvolvimento de máquinas capazes de aprender e, mais significativamente, de ensinar. Esses “robôs sociais”, que interagem com os humanos por meio do diálogo ou outras formas de comunicação e se comportam de maneira que os humanos se sintam confortáveis, estão sendo usados ​​em caráter experimental como professores substitutos, ajudando crianças em idade pré-escolar a dominar habilidades básicas, como o nomes das cores, novo vocabulário e cantar canções simples (ver imagem).

“A interação social é a chave para tudo”, diz Sejnowski. “A tecnologia para mesclar o social com o instrucional está disponível, mas não foi aplicada na sala de aula para criar um ambiente personalizado e individualizado para cada aluno.” Ele prevê um momento em que esses robôs sociais poderão oferecer pedagogia personalizada adaptada às necessidades de cada criança e ajudar a acompanhar o domínio do currículo do aluno. “Ao desenvolver um modelo computacional muito sofisticado da mente de uma criança, podemos ajudar a melhorar o desempenho dessa criança.”

“Para que essa nova ciência tenha impacto, é fundamental que os pesquisadores e engenheiros se incorporem em ambientes educacionais por períodos prolongados de tempo”, diz o coautor Javier Movellan, Ph.D., co-PI da Rede de Interação Social do TDLC e diretor do Laboratório de Percepção de Máquinas na UC San Diego. “A velha abordagem de cientistas fazendo experimentos de laboratório e dizendo aos professores o que fazer simplesmente não funcionará. Cientistas e engenheiros têm muito a aprender com os educadores e com a vida cotidiana na sala de aula.” A Movellan está colaborando com os professores do Centro de Educação Infantil da UC San Diego para desenvolver robôs sociais que auxiliam os professores e criam novas oportunidades de aprendizado para as crianças.

O que torna a interação social um catalisador tão poderoso para o aprendizado, como incorporar elementos-chave na tecnologia para melhorar o aprendizado e como capitalizar os fatores sociais para ensinar melhor as crianças e estimular sua curiosidade inata permanecem questões centrais na nova ciência do aprendizado.

“Nossa esperança é que a aplicação desse novo conhecimento ao aprendizado aumente a capacidade dos educadores de proporcionar uma vida intelectual e cultural muito mais rica e interessante para todos”, diz Sejnowski.

Os pesquisadores que também contribuíram para este trabalho incluem Andrew N. Meltzoff, D.Phil., e Patricia K. Kuhl, Ph.D., co-PI e PI, respectivamente, do Learning in Informal and Formal Environments (LIFE) Center at a Universidade de Washington

Sobre a Dinâmica Temporal do Centro de Aprendizagem:
O Temporal Dynamics of Learning Center, em operação desde 2006 como um dos seis centros de Ciência da Aprendizagem em todo o país, é financiado pela National Science Foundation.

A missão do TDLC é desenvolver uma nova ciência da aprendizagem que trate o tempo como um componente crucial no processo de aprendizagem, em escalas de tempo que variam de milissegundos a anos. Há também um foco particular no alcance da sala de aula para os laboratórios e na tradução da ciência de volta para a sala de aula.

A UC San Diego é a universidade líder, mas o Centro é composto por mais de 150 pesquisadores e estagiários que colaboram de várias universidades. Atualmente, estão em andamento cerca de 90 projetos de pesquisa exclusivos, que vão desde formas como o cérebro organiza e usa informações até robôs sociais em salas de aula que interagem com crianças.

Sobre o Instituto Salk de Estudos Biológicos:
O Salk Institute for Biological Studies é uma das mais proeminentes instituições de pesquisa básica do mundo, onde professores de renome internacional investigam questões fundamentais das ciências da vida em um ambiente único, colaborativo e criativo. Com foco na descoberta e na orientação de futuras gerações de pesquisadores, os cientistas da Salk fazem contribuições inovadoras para nossa compreensão do câncer, envelhecimento, Alzheimer, diabetes e distúrbios cardiovasculares, estudando neurociência, genética, biologia celular e vegetal e disciplinas relacionadas.

As realizações do corpo docente foram reconhecidas com inúmeras honras, incluindo Prêmios Nobel e associações na Academia Nacional de Ciências. Fundado em 1960 pelo pioneiro da vacina contra a poliomielite Jonas Salk, MD, o Instituto é uma organização independente sem fins lucrativos e um marco arquitetônico.