• Fernando Giannini

A tecnologia de aprendizagem cognitiva para um mundo melhor.

No outono de 2016, um professor de ciência da computação da Georgia Tech usou um assistente de ensino digital, movido por inteligência artificial (IA), para ajudá-lo a responder a milhares de perguntas enviadas por estudantes ao longo do semestre. Sua habilidade de linguagem natural era tão avançada que os estudantes o descreveram como tendo um toque de personalidade. Muitos estudantes nem perceberam que estavam interagindo com uma máquina. O experimento foi elogiado pelo Backchannel como "operações secretas de IA com o objetivo de salvar a educação", e descrito pelo próprio professor como uma "micro-sociedade na qual humanos e Inteligência Artificial estão trabalhando juntos".

Esta aplicação perfeita de IA para aumentar a capacidade humana é conhecida como tecnologia cognitiva e sinaliza o futuro da educação assistida por máquina. A ampla visão de inteligência aumentada é ideal para transformar a educação global - não apenas a educação formal, mas também o aprendizado que ocorre fora da sala de aula.


Ao combinar as capacidades únicas de seres humanos e máquinas, a tecnologia cognitiva está posicionada para alcançar grandes segmentos populacionais que os educadores não conseguem, incluindo cerca de 800 milhões de pessoas em todo o mundo que são analfabetas funcionais.


Esperamos uma simbiose sem precedentes entre humanos e máquinas que promova experiências de aprendizagem personalizadas, envolventes e onipresentes. Esta era cognitiva na educação também é um canal para amplas conversas sobre a teoria da educação, a noção de igualdade, a ética da administração de dados e a marca social global de uma cidadania informada.


Aprendizagem personalizada em um novo nível


O aprendizado personalizado é o Santo Graal da educação. O forte interesse em tecnologia cognitiva revela o profundo desejo do setor educacional de seguir adiante neste caminho. O paradigma da aprendizagem personalizada é intuitivo, pois o vemos modelado na relação professor-estudante. "A maioria de nós tinha um professor que realmente nos impactou", diz Chalapathy Neti, vice-presidente da IBM Watson Education.


"O que tornou aquele professor excelente é que eles reconheceram que somos únicos e nos deixaram mais confiantes sobre quem somos." As ferramentas de aprendizagem cognitiva imitam essas experiências de aprendizagem altamente satisfatórias e eficazes e permitirão que ocorram em escala para os estudantes em qualquer lugar e a qualquer momento.


"Os computadores não têm o bom senso e a empatia emocional que os grandes professores têm. Mas os professores também não podem fazer muito do que os computadores podem. Essas características complementares irão surpreender e encantar os alunos com o tempo".

Chalapathy Neti, vice-presidente, IBM Watson Education


Ferramentas cognitivas estão sendo implementadas pelo Coppell Independent School District (CISD) perto de Dallas, Texas. A superintendente assistente Marilyn Denison testemunhou o desafio histórico de compreender os estudantes individuais em um nível mais profundo. Os dados dos estudantes são armazenados em locais diferentes e capturados de maneira muito diferente. A demanda por professores já é alta, e montar uma visão abrangente de cada estudante é demorado e complexo.


O CISD está testando aplicativos cognitivos que fornecem aos professores uma visão derivada de dados sobre os interesses pessoais, características e traços de aprendizagem dos estudantes. Conforme os professores usam esses dados para interação personalizada, “as crianças já estão sentindo que importam mais do que apenas uma nota”, diz Denison. No futuro, esses aplicativos usarão tecnologia cognitiva para analisar os dados dos estudantes e combiná-los com vários métodos de transmissão conteúdo do curso, ajudando os professores a criar roteiros/planos de aprendizagem altamente sofisticados e personalizados.


Os sistemas de tutoria inteligentes são aplicações poderosas da tecnologia cognitiva. Os tutores cognitivos interagem com os estudantes por meio do processamento de linguagem natural (PNL). Idioma e aprendizagem estão profundamente interligadas. A linguagem é a base da tradição socrática de aprendizagem por meio de discussão aberta, argumentação e pensamento crítico. O cérebro humano está programado para absorver informações por meio do diálogo. Até recentemente, no entanto, a conversa era um desafio para as máquinas. A linguagem natural é fluida. Não é rígido e estereotipado como álgebra, cálculo ou código. Com a capacidade de conversar na linguagem do dia-a-dia, os sistemas cognitivos tornam viável a entrega de instruções individuais em grande escala.


Com base em uma compreensão mais profunda do estudante, educadores e tutores cognitivos podem adaptar suas abordagens de ensino para acomodar a forma como o cérebro do estudante está programado para receber e processar as informações. As ferramentas cognitivas discernem padrões e encontram grupos de estudantes.


Com base em como os estudantes semelhantes reagiram a certos métodos de ensino/aprendizagem, essas ferramentas oferecem caminhos de aprendizagem que provavelmente ajudarão cada estudante a ter sucesso. Uma das maiores vantagens da tecnologia cognitiva é que ela pode ajudar a avaliar o progresso do estudante. Estabelecer uma pirâmide de conhecimento é crucial para uma aprendizagem eficaz. Se os estudantes forem empurrados muito além de sua base de conhecimento, eles não serão capazes de progredir.


"A aprovação em um teste reflete a habilidade de fazer o teste, não necessariamente o aprendizado. A linguagem natural é o sinal mais preciso do conhecimento em nosso cérebro. Se pudermos usar a tecnologia cognitiva para entender o progresso de um aluno todos os dias, não precisaremos mais fazer todos esses exames de alto risco".

Mike King, VP e Gerente Geral, IBM Global Education Industry


Os tutores cognitivos têm muitas outras vantagens, incluindo a paciência. Mesmo os educadores mais imperturbáveis ​​podem ficar frustrados com os estudantes que apresentam dificuldades. Mas a tecnologia é incansável, objetiva e sem julgamentos. Está sempre disponível, ao contrário dos professores ou pais, que podem não ter tempo para se envolver. Os tutores cognitivos também são equipados com uma notável força bruta de computação, com acesso imediato a bilhões de conceitos.


A Pearson Education está planejando aplicar esse conceito ao ensino superior, oferecendo tutores cognitivos para disciplinas que vão desde psicologia e ciências ambientais até falar em público. A qualquer hora do dia ou da noite, os estudantes universitários poderão fazer perguntas em suas próprias palavras, e os tutores cognitivos irão sugerir conteúdo para revisar ou fornecer mais explicações.


Onde o aprendizado floresce, as pessoas também


A sala de aula engajada


Educação e aprendizagem não são necessariamente iguais. É fácil medir as pontuações dos testes e a conclusão das tarefas, mas a aprendizagem não é imediatamente evidente. Pela primeira vez, os cientistas estão descobrindo a mecânica neurológica do aprendizado permanente. O cérebro humano é projetado para reter informações por meio de interação, estimulação visual e experiências práticas, modalidades que tendem a formar impressões e memórias duradouras.


As experiências multimodais são poderosas porque usam várias entradas sensoriais simultaneamente para envolver os estudantes e estimular a mente. Esse estímulo é auxiliado por táticas como narrativa, descoberta e exploração, jogo e imersão.


"A comunidade científica está começando a perceber que, de muitas maneiras, entendemos errado como espécie. O modelo de sentar em uma sala de aula olhando para um quadro-negro, ouvindo uma aula e fazendo testes - é provavelmente uma das maneiras menos eficazes de se aprender".

Satya Nitta, chefe global, Ciência cognitiva e tecnologia educacional, IBM Research


Os jogos são um meio de aprendizagem surpreendentemente poderoso. David Conover ensina ciência da computação na John B. Connally High School em Austin, Texas. Os estudantes de Conover estão explorando novas modalidades de educação integrando recursos de IA aos videogames. De acordo com um estudo da UNESCO , os videogames “exigem uma participação ativa e imersiva, que pode produzir uma absorção cognitiva e afetiva mais profunda e sustentada”.


Trabalhando com Phaedra Boinodiris, IBM Cognitive Design Leader e outros cientistas e designers da IBM, os estudantes de Conover criaram um jogo fascinante chamado" Medical Minecraft". Os jogadores voam pelo corpo humano. Quando os jogadores encontram patógenos, eles interagem com o sistema cognitivo usando a PNL para obter o conhecimento de que precisam para progredir no jogo. Os desafios são aumentados com base na competência.

Medical Minecraft

Os recursos de IA do jogo não apenas aumentam o envolvimento e a retenção, mas também fornecem conteúdo educacional mais profundo por meio do conhecimento enciclopédico da literatura médica do IBM Watson Health. Esse tipo de experiência motiva e capacita os estudantes a compreender assuntos difíceis, como doenças infecciosas.


"Para os alunos, é só brincar. Se dissermos a eles que estão aprendendo ciência, tecnologia, artes e matemática, você mata a magia".

David Conover, professor, John B. Connally High School


A lacuna de trinta milhões de palavras


Uma parte importante da missão geral é implantar a tecnologia cognitiva como uma arma na guerra contra a desigualdade. As crianças marginalizadas frequentemente começam a escola equipadas com vocabulários fracos. Há um estudo famoso intitulado “ The Early Catastrophe ”, descobriu que, aos três anos, as crianças de famílias de baixa renda ouviram cerca de 30 milhões de palavras a menos do que seus colegas mais favorecidos. As consequências dessa lacuna de palavras são devastadoras. Os primeiros cinco a sete anos de vida são os mais importantes para construir uma base de aprendizagem.


Durante esses anos, o cérebro humano passa por um período de desenvolvimento crítico. Se não for exposto a certos estímulos, não pode formar as conexões sinápticas de que precisa para amadurecer adequadamente. Um vocabulário fraco é um indicador de deficiências estruturais. A formação da rede neural impacta funções cognitivas de ordem superior, como o raciocínio. O resultado, algumas crianças que ficam para trás cedo nunca o alcançam, abandonam a escola e não conseguem ter uma vida digna.


O Sesame Workshop está trabalhando para estimular o envolvimento do estudante na primeira infância, com o objetivo específico de ensinar vocabulário básico por meio de experiências multimodais. Na plataforma de aprendizagem cognitiva que a empresa está desenvolvendo atualmente, as crianças em idade pré-escolar podem criar personagens semelhantes a Sesame que se tornam seus tutores digitais. Os personagens então envolvem as crianças em uma interação lúdica e apropriada à idade, projetada para ser divertida e educacional. À medida que o tutor cognitivo interage com a criança, ele observará o progresso, ajustará quando a criança tiver dificuldades e aumentará os desafios à medida que os tópicos forem dominados.


A Connally High School tem objetivos sociais semelhantes. De acordo com DoSomething.org , cerca de 7.000 estudantes nos Estados Unidos abandonam o ensino médio todos os dias. Por causa de sua porcentagem relativamente alta de estudantes em desvantagem econômica, o risco de evasão na Connally High é particularmente agudo.


Os alunos de Conover demonstram que experiências de jogo adaptáveis ​​ajudam a equilibrar o campo de jogo. Ele espera ver uma mudança dramática nos currículos, com base no que ele descreve como o novo ABC da análise, big data e computação cognitiva.


"Não estamos apenas usando tecnologia cognitiva para aumentar a forma de como ensinamos, mas também incluindo tecnologia cognitiva e ciência de dados como o conteúdo que ensinamos".

Phaedra Boinodiris, líder sênior de design cognitivo, IBM Digital Business Group


Aprendizagem ao longo da vida viabilizada


Uma das grandes vantagens da tecnologia cognitiva é que ela permite a mudança para um modelo de aprendizagem ao longo da vida centrado no estudante. O objetivo mais amplo é não apenas otimizar escolas e universidades, mas também cultivar a experiência de aprendizagem do indivíduo, um modelo que é muito diferente do padrão único projetado para preparar os estudantes para programas regulares de graduação de quatro anos .


O aprendizado não termina com a graduação. O aprendizado e o re-treinamento da força de trabalho também são alvos cruciais para a tecnologia cognitiva. “Muitas habilidades profissionais se tornaram obsoletas”, diz Satya Nitta, Chefe Global, Ciência Cognitiva e Tecnologia Educacional, IBM Research. “As ferramentas cognitivas que orientam os trabalhadores desempregados em direção a novas habilidades e planos de carreira serão um grande foco no futuro. Para mim, isso é mais do que encantador; é uma afirmação da vida. ”


Considerações importantes


A comunidade de IA está lutando com conversas mais amplas sobre a ética de introduzir novas tecnologias com segurança no mundo. "Em uma época em que a informação é a moeda do reino" , pergunta o escritor Todd Leopold , "quem pode dizer que o sistema não será abusado?"


Antes da era cognitiva, já existia um sentimento de desconfiança no setor educacional. Alguns programas de análise de dados do passado foram projetados para identificar escolas e professores de baixo desempenho, o que causou suspeitas quanto aos motivos da coleta de dados pessoais. Os primeiros usuários devem reafirmar à comunidade educacional que a tecnologia cognitiva trata de melhores resultados para os estudantes e de apoio positivo para os educadores.


Os críticos da coleta de dados pessoais expressam preocupações em relação à questão da privacidade. A propriedade de dados pessoais é um direito cívico, muitos acreditam, e não deve ser compartilhada involuntariamente ou explorada para ganho comercial. Um sistema de classificação formalizado para dados de estudantes, modelado de acordo com a Lei de Portabilidade e Responsabilidade de Seguros de Saúde dos EUA no setor de saúde, é uma medida possível para preservar a privacidade dos dados.

"As crianças estão crescendo em um mundo com um enorme mar de dados pessoais seguindo-as em todos os lugares. Se ignorarmos os problemas de dados até se tornarem adultos, nossos filhos perderão oportunidades de aprender como gerenciar o big data. Sobre o que é a política de dados? Como devo assumir o controle de meus próprios dados?

Mike King, VP e Gerente Geral, IBM Global Education Industry


De acordo com alguns estudos, a superexposição ao tempo de tela na primeira infância pode estar ligada a certos problemas de saúde e distúrbios sociais. Educadores e pais - e talvez a própria tecnologia - podem monitorar o uso para evitar exposição excessiva, e os legisladores podem optar por definir padrões para uma quantidade aceitável.


Uma cidadania educada


No geral, o sonho de uma cidadania global altamente educada é uma causa valiosa para nosso bem comum e futuro coletivo. Uma comunidade global educada terá efeitos em cascata que permeiam as causas humanitárias da segurança pública ao meio ambiente. “Todos os desafios globais podem ser resolvidos com a educação”, afirma King, “mas nenhum deles pode ser resolvido sem ela. Não sei como será o mundo em 30 anos, mas um cidadão educado é aquele que pode ter os debates certos e definir as políticas certas para o bem maior. "



Fonte: IBM

Artigo na íntegra: https://www.ibm.com/watson/advantage-reports/ai-social-good-education.html?mhsrc=ibmsearch_a&mhq=education




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