Projeto Didático-Pedagógico

Aprendizagem baseada em problemas e em projetos

Um dos referenciais teóricos bastante discutidos nos dias de hoje, principalmente nos currículos mais modernos de cursos de engenharia (e.g.: Universidade de Linköping, na Suécia, Universidades de Sherbrooke e McMaster, no Canadá, ou a proposta inovadora de plano pedagógico em Ciência da Computação de Ferreira et al. in Nunes, 2001, considerada como uma das referências pela Sociedade Brasileira de Computação), é o da aprendizagem baseada em projetos e em problemas. Já se falou antes que os alunos participarão de projetos em todo o curso (seja em projetos temáticos anuais ou dentro de disciplinas tradicionais ou integradoras) e como estes projetos podem contribuir para o aprendizado significativo. Pretende-se aqui, tecer algumas considerações sobre duas metodologias de ensino que serão aplicadas neste curso em substituição às tradicionais aulas expositivas, embora não se pretenda aqui dizer que estas são soluções definitivas para o modelo atual, mas antes uma tentativa, embasada na experiência positiva e bem-sucedida de várias escolas e universidades, de fugir do estereótipo do professor que tudo sabe e dos alunos passivos que apenas escutam o mestre professar a sua sabedoria.

Na aprendizagem baseada em problemas, cria-se um ambiente de aprendiazagem no qual o problema dirige o aprendizado. Isto é, antes de os estudantes aprenderem um certo conteúdo, é dado a eles um certo problema. O problema é colocado de modo que os estudantes descobrem que precisam aprender novos conhecimentos antes de poder resolver o problema. Colocar o problema antes do aprendizado tende a motivar os estudantes. Eles sabem por que estão aprendendo o novo conhecimento. Aprender no contexto de precisar-resolver-um-problema também tende a armazenar o conhecimento em padrões de memória que facilitam a futura recuperação quando da solução de novos problemas. Alguns exemplos de aprendizagem baseada em problemas são os projetos de pesquisa, projetos de engenharia e estudo de casos, desde que não sejam apenas a sintetização de conhecimentos previamente adquiridos, pois o problema é colocado para motivar a aprendizagem.

No modelo McMaster de aprendizagem baseada em problemas, estudantes se encontram em pequenos grupos com um tutor que age como um facilitador. Embora o facilitador seja tipicamente um membro do corpo docente, monitores também podem ser bem-sucedidos se treinados. Os estudantes são apresentados a um ou mais problemas durante o curso e aprendem a formular questionamentos, encontrar respostas e auto-avaliar seu progresso durante o processo. O professor muda seu papel de centro de atenção e fonte de todo o conhecimento para o de apontador de direções e facilitador da aquisição do conhecimento. A aprendizagem torna-se centrada no estudante e não no professor. Do ponto de vista da alocação de tempo para a aprendizagem, pode-se fazer um misto de encontros de grupos (tutelados ou não-tutelados) com reuniões maiores de todos os alunos da disciplina ou projeto com o professor ou professores. No encontro de grupo, o professor atua como tutor, não interferindo demais na aquisição do conhecimento, apenas guiando os aprendizes na busca de soluções. Já nos encontros com todos os alunos, o professor tem a oportunidade de atuar como o especialista, respondendo perguntas dos grupos que surgiram provocadas pela necessidade de resolução do problema. De modo prático, pode-se aplicar este modelo na UEFS, dividindo-se a turma na já tradicional alocação de aulas "teóricas" e "práticas" existente na universidade. As aulas "teóricas" seriam os encontros gerais, enquanto que as aulas "práticas" (em grupos de, no máximo, 16 alunos) seriam os encontros de grupo, tutelados por um professor, onde se pode dar uma atenção mais individualizada ao aluno ou ao pequeno grupo de alunos. No quesito avaliação, os alunos relatam periodicamente o seu progresso (oralmente ou, principalmente, por escrito) de maneira individual, o que permite ao professor um acompanhamento da evolução de cada um.

O modelo de aprendizagem baseada em problemas é bastante interessante e pode ser aplicado em disciplinas de cunho teórico ou prático. Por outro lado, uma modificação deste modelo para adequá-lo às funções que os engenheiros exercem tem sido trabalhada na Universidade de Sherbrooke, no Canadá e é chamada de aprendizagem baseada em projetos. Os projetos podem ser vistos como uma variante dos problemas, com a especificidade de que a implementação de um projeto é o trabalho normalmente feito por engenheiros, geralmente realizado em equipes e o projeto implementado é a própria realização do aprendizado, sendo utilizado inclusive para a avaliação. Nesta pedagogia de projetos, o projeto é um motivador para o aprendizado de novos conteúdos, o que o torna diferente dos projetos já tradicionais usados em nossas universidades, que servem como síntese de conhecimentos prévios e que costumam vir após a explanação e avaliação teórica através de provas. O que também torna a aprendizagem baseada em projetos diferente da aprendizagem baseada em problemas é que um projeto de engenharia é geralmente realizado em equipe, onde existe divisão explícita do trabalho, através de alocação de recursos humanos a tarefas específicas. As tarefas são realizadas cooperativamente, e não competitivamente como em alguns modelos tradicionais de ensino. Porém, do ponto de vista de execução em sala de aula, o modelo de projetos não é muito diferente do modelo de problemas, exigindo também as reuniões dos grupos e as reuniões gerais, adicionando-se aí o componente de coordenação do projeto, sem o qual torna-se difícil a execução do mesmo nos prazos propostos.

Integração através de estudos integrados

A integração das disciplinas em um currículo tem sido debatida na comunidade acadêmica (Ferreira et al. in Nunes, 2001), ocorrendo normalmente na forma horizontal, dentro de um mesmo período letivo, sendo possível também a forma vertical, ao longo de vários períodos letivos. No presente currículo, adotamos as duas possibilidades, ou seja, trabalhar com os conteúdos dos componentes curriculares que compõem o curso de engenharia da computação de tal forma que assegure a articulação entre teoria e prática e um tratamento indisciplinar. Disciplinas de um mesmo período letivo devem ser trabalhadas em conjunto, compartilhando trabalhos, desafios e oportunidades de aprendizado. Para o bom funcionamento deste modelo, é necessário reagrupar o corpo de conhecimentos ao longo dos anos de aprendizado, de modo que disciplinas que já possuam elos normalmente estejam agrupadas num mesmo período letivo. Assim, pode-se, por exemplo, agrupar a disciplina de linguagens formais e autômatos com a tradicional disciplina de compiladores, já que as linguagens formais dão subsídios para a construção dos compiladores. O aprendizado das linguagens formais torna-se muito mais significativo, pois o aprendiz usa as linguagens formais para resolver um problema real de software. O mesmo vale para as estruturas matemáticas discretas, quando trabalhadas em conjunto com os algoritmos e estruturas de dados. Uma vez reagrupado o corpo de conhecimentos ao longo dos anos, pode-se agrupar em torno de um tema e num mesmo período disciplinas tradicionais que compartilham elos, criando-se o que definimos por estudo integrado, uma nova forma de componente curricular. O estudo integrado é uma forma muito mais abrangente de componente curricular, casando-se muito bem com a aprendizagem baseada em problemas e projetos e com o ciclo de aprendizagem situação-fundamentação-realização, discutidos anteriormente. Um problema real de sistemas de informação, por exemplo, pode ser apresentado aos alunos, exigindo que os mesmos aprendam novos modelos de organização de dados (Bancos de Dados) e novas técnicas de produção de software (Engenharia de Software), para resolver o problema proposto. O projeto integrador é a realização do engenheiro de computação, é a solução do problema proposto, e o mesmo demandou a compreensão de um novo corpo teórico (do ponto de vista do aluno) para fundamentar a realização da solução do problema, no qual o aluno situou-se anteriormente.

Flexibilização curricular

A principal motivação para a flexibilização curricular é velocidade das transformações que ocorrem na sociedade contemporânea e, mais especificamente, na área de computação. Novas sub-áreas surgem a todo momento dentro da computação. Por exemplo, várias ferramentas e linguagens hoje no auge de popularidade simplesmente não existiam há alguns anos; C++ teve sua estrutura atual delineada em 1990, WWW surgiu em 1993 e Java se tornou "relevante" em 1995. Nestas circunstâncias é impossível manter atualizado um currículo muito rígido, assim como é impossível querer expor todos os alunos a todas as sub-áreas da computação.

Pode-se entender a idéia de flexibilização curricular como "a possibilidade:

  1. de desamarrar a estrutura rígida de condução do curso;
  2. de o aluno poder imprimir ritmo e direção ao seu curso;
  3. de se utilizar, mais e melhor, os mecanismos que a instituição já oferece em termos de opções de atividades acadêmicas na estruturação dos currículos."

Propomos aqui a flexibilização do currículo do curso de Engenharia de Computação de vários modos. Antes de explicitá-los, porém, cumpre definir os conceitos de currículo e atividade acadêmica.

Currículo: "qualquer conjunto de atividades acadêmicas previstas para a integralização de um curso".

Atividade acadêmica curricular: "aquela considerada relevante para que o estudante adquira, durante a integralização curricular, o saber e as habilidades necessárias à sua formação e que contemple processos avaliativos".

Flexibilização Vertical

Deseja-se uma flexibilização vertical do curso, que é a possibilidade de organização flexível do saber ao longo de semestres e anos. Para tanto, dividimos o conhecimento do curso em núcleo básico (matemática, física, etc.), núcleo profissional (fundamentos e técnicas básicas da computação) e núcleo específico (tecnologia da computação e aplicações multidisciplinares).

A definição dos pré-requisitos do ponto de vista estrito, sem permitir o uso de pré-requisitos administrativos, permitirá que esses três núcleos possam ser estudados ao mesmo tempo, acabando com as distorções geradas pela separação entre ciclo básico e ciclo profissional. A oferta de disciplinas profissionalizantes já no início do curso também contribuirá para esta flexibilização vertical.

O núcleo específico, que envolve tecnologias e conhecimentos muito específicos e/ou voláteis será contemplado através de um elenco de componentes curriculares optativos. Tais disciplinas podem ser cursadas isoladamente ou em conjunto (formando blocos coerentes, tornando o aluno elegível a receber um Certificado de Estudos numa sub-área específica). O oferecimento de disciplinas de tópicos, seminários e projetos completa a flexibilização proposta, permitindo o acompanhamento de tendências e a atualização curricular. Deve ser cumprida uma carga horária mínima destes componentes curriculares optativos, conforme estabelecido nos componentes curriculares. A composição dos componentes optativos oferecidos ao curso de Engenharia de Computação pode ser mudada pelo Colegiado do Curso de Engenharia de Computação, o qual pode criar novos componente optativos, alterar ou extinguir componentes optativos existentes, criar ou extinguir Certificados de Estudos em sub-áreas da engenharia de computação de acordo com a composição e qualificação de seu corpo docente e atendendo às demandas da sociedade e do mercado de trabalho. A carga horária mínima, entretanto deve ser mantida, só podendo ser alterada mediante processo de reformulação curricular.

Flexibilização Horizontal

Definiu-se também a opção pela flexibilização horizontal, que consiste em ampliar o conceito de currículo, possibilitando o aproveitamento de várias atividades acadêmicas, além das disciplinas, para integralização curricular. Chamaremos tais atividades de "atividades complementares", as quais devem corresponder, no curso de Engenharia de Computação a 5% da estrutura curricular.

Formação humanística e complementar

Pretende-se buscar uma formação ampla do engenheiro de computação, abordando outros aspectos que não somente a formação técnica. Tais aspectos envolvem conhecimentos humanos que permitem ao estudante compreender melhor a realidade que o cerca, perceber os aspectos morais, éticos e filosóficos envolvidos na convivência em sociedade e ganhar uma formação cultural mais ampla, compreendendo o papel do ser humano enquanto produtor e disseminador de conhecimento e cultura. Chamaremos a estes aspectos de formação humanística. Por outro lado, existem aspectos outros, que não estão diretamente ligados às tecnologias da computação, mas que permitem ao profissional se integrar melhor nas organizações e na sociedade, instrumentalizando mais facilmente o seu dia-a-dia no trabalho. Exemplos destes últimos seriam a capacidade de trabalho em equipe, desenvoltura na comunicação verbal e escrita, capacidade de administração de órgãos e organizações, etc. Chamaremos a estes aspectos de formação complementar.

Olhando por outro ângulo, não se pode ignorar o fato de que os componentes de formação humanística e complementar são comumente deixadas de lado pelos cursos de engenharia e pelos próprios estudantes, o que tem repercussões negativas em sua futura carreira. Nos dias de hoje, as organizações exigem cada vez mais pessoas com ampla visão da sociedade e melhor compreensão do ser humano, especialmente quando se pensa que a maioria dos trabalhos é feita em equipes multidisciplinares. Esta visão é também essencial para o indivíduo compreender melhor o seu papel no meio em que vive e as transformações que se processam na sociedade. O que se propõe é que estes componentes sejam contextualizados na realidade em que vivem os estudantes e profissionais de computação. Além disso, tais componentes devem refletir também os interesses individuais dos alunos, permitindo uma livre escolha dentre blocos de componentes optativos. Definiu-se então duas categorias específicas de componentes optativos, que devem ser integralizadas com uma carga horária mínima definida nas componentes curriculares do curso:

  • componentes optativos de formação humanística;
  • componentes optativos de formação complementar.

A composição dos blocos de disciplinas de formação humanística e complementar é de atribuição do Colegiado do Curso de Engenharia de Computação, podendo o mesmo incluir novas disciplinas ou excluir disciplinas existentes da composição destes blocos.

Formação técnica: interação entre teoria e prática

A economia mundial tem sofrido mudanças em função do extraordinário crescimento da automação das atividades humanas modernas, sejam elas industriais, administrativas, científicas, médicas, artísticas, dentre muitas outras, proporcionando um grande progresso nesse final de século e criando novas oportunidades de trabalho, principalmente na eletrônica e na informática mas, devido a particularidade deste crescimento, e pela forma multidisciplinar deste movimento, ele tem requisitado mudanças nas estruturas curriculares de preparação de profissionais para que se tornem capazes de se manterem com desenvoltura neste novo mercado de trabalho.

Em função destas observações, optou-se por criar um curso de Engenharia de Computação com um perfil capaz de atender a estas exigências sociais. Um engenheiro com tal perfil requer um ensino onde a teoria e a prática estejam fundamentalmente interligadas como corpo único de saber, onde a prática funciona como elemento motivador e a teoria uma reflexão sobre esta prática, capazes de produzirem alterações comportamentais que o levem a elaborar e criar soluções próprias.

Teoria da aprendizagem

Segundo Ausubel, o "fator isolado mais importante influenciando a aprendizagem é aquilo que o aprendiz já sabe" isto é, a aprendizagem adquire significado por interação com aspectos relevantes preexistentes na estrutura cognitiva do aprendiz. Como sabemos ser o corpo de conhecimentos do curso praticamente novo, é necessário o uso de organizadores prévios que façam a ponte entre o que ele já sabe e o que precisa saber para ter uma aprendizagem significativa do novo material.

Tendo como princípio esta teoria da aprendizagem, a proposta didática do curso como um todo é pensado como duas ações: uma realizada através da prática, momento de contato com os fenômenos e objetos motivadores, entrando em contato com conteúdos a fim de tornar-se apto a compreendê-los e usá-los significativamente; a outra, a teoria, momento de reflexão, onde a prática é valorizada no que ela pode fornecer de conceitos relevantes, adequadamente claros e disponíveis na estrutura cognitiva do indivíduo, tornando a aprendizagem um processo dinâmico no qual novos e velhos significados estão constantemente interagindo e resultando em uma estrutura cognitiva mais diferenciada.

A conceituação teoria-prática

Percebe-se em grande parte dos cursos hoje ministrados, a existência de uma dicotomia entre a teoria e a prática e, na maior parte das vezes, esta é vista como uma reprodução de experiências onde as informações são aprendidas sem interagir com conceitos relevantes, já que todo o processo é indicado passo a passo como deve ser realizado através de um roteiro. Também pode-se constatar que a prática habitual, aquela do dia a dia, não é levada em consideração.

Propomos neste curso que a prática assuma seu verdadeiro papel. Que não se restrinja apenas ao laboratório, mas se torne um hábito como a própria vida. No dia a dia estamos em uma prática constante e, refletindo sobre esta ação, teorizamos. Agir e pensar, pensar e agir são relações indivisíveis e que se mantém presentes em nossas ações.

Etapas da aprendizagem: situação – fundamentação – realização

Levando em conta a discussão anterior sobre a teoria e a prática, buscamos a criação de mecanismos que permitam a realização da interação desejada entre teoria e prática para o bem da aprendizagem. Propõe-se, diferente da maioria dos cursos de graduação atuais, que o aluno entre em contato com a prática desde o início, onde ele irá se situar no contexto da matéria em questão ou mesmo do curso como um todo. Nesta fase inicial ele conhecerá os problemas em sua face real e visível, verá de modo simplificado quais as soluções dadas para tais problemas, manterá o contato com os fenômenos e objetos motivadores de estudo mais aprofundado. Na maioria das vezes, tornar-se-á indispensável a visita a campo para conhecer as situações reais dentro do contexto em que elas se inserem.

A segunda fase é a fundamentação em termos da aquisição de estruturas teóricas necessárias à resolução dos problemas previamente conhecidos na fase de situação. Diferente do ciclo convencional de ensino, onde se aprende primeiro a solução do problema para depois se aprender o problema, aqui o estudante já iniciou uma reflexão crítica em cima dos problemas em questão além de estar motivado para adquirir a base teórica que lhe falta para compreendê-los melhor.

Por fim, retorna-se à prática, agora renovada através de fundamentos teóricos que permitirão ao aprendiz avançar na compreensão da realidade em questão. A realização de soluções para os problemas estudados anteriormente sedimenta definitivamente a compreensão do assunto. Tais realizações vem necessariamente na forma de projetos, atividades práticas, vivências, onde se espera um esforço muito maior por parte do aluno que do professor.

Em relação à organização curricular, estas etapas podem acontecer dentro de uma disciplina, sendo abordado o conteúdo descrito na ementa através de, por exemplo, unidades de situação, fundamentação e realização. É claro que cada disciplina tem suas características (algumas são mais teóricas, outras seguem um viés mais experimental, etc.). Porém, tais unidades podem ainda ser dimensionadas (em termos de tempo ou de atividades) de acordo com a disciplina. Não descartamos, entretanto, outras formas de organização alternativas, quando estas vierem em prol de uma melhor aprendizagem.

Esse modelo se aplica também a um curso inteiro. O mais comum nos cursos de engenharia é usar uma abordagem que começa por uma sólida formação em física e matemática, que dura dois anos, em seguida, uma teoria da engenharia, com disciplinas básicas para as demais disciplinas de engenharia e somente nos últimos anos é que é apresentada a engenharia propriamente dita. Esse formato traz em si deficiências intrínsecas. Uma delas é apresentar a solução antes do problema. O estudante mal compreende ainda os problemas da engenharia e já é forçado a aprender as soluções, ou seja, a matemática e a física. Como ele não conhece os problemas, ele questiona constantemente a necessidade, a utilidade, a validade do estudo das disciplinas básicas. Esse estudo é por demais desmotivante. Daí a grande desistência na fase inicial dos cursos. Esse formato não contempla a dialética teoria/prática.

Propomos um modelo onde teoria e prática coexistem mais constantemente ao longo do curso. A primeira grande novidade desse formato é a inclusão já nos dois primeiros anos de diversas disciplinas de engenharia e computação. Essas disciplinas não exigem grande fundamentação teórica anterior. Elas têm um caráter similar ao da informação cotidiana. Pode-se estudar os circuitos elétricos sem mesmo ter o conhecimento avançado de equações diferenciais, enfatizando o raciocínio combinatório da análise de malhas e dos teoremas de superposição e linearidade. Pode-se aprender a fazer o projeto e implementação de uma rede local, sem conhecer a fundo as camadas do modelo OSI.

Essas disciplinas não têm no entanto um caráter de superficialidade. Esse tipo de informação busca principalmente motivar o estudante e colocá-lo dentro do processo da engenharia, fazê-lo se sentir engenheiro desde cedo. Tais disciplinas dependem da produção elaborada de material didático, abordando aspectos históricos, econômicos, tendências de mercado, etc.

As disciplinas teóricas, parte delas, seriam deslocadas para o meio do curso, deixando assim mais tempo para maturação desse tipo de formação e liberando espaço para inserção das disciplinas de engenharia no início do curso.

Laboratórios abertos

A organização proposta para os laboratórios, tanto de hardware como de software, envolve o conceito de laboratórios abertos. Conforme discutido anteriormente na conceituação teoria-prática, as atividades de laboratório (em especial as de hardware) são normalmente vistas como uma reprodução de experiências guiadas por um roteiro pré-definido num espaço de tempo resumido e com a escrita de um relatório, fundamentando as bases do experimento e discutindo o observado na prática. Tal organização não privilegia a criatividade, por prender os alunos aos limites do roteiro, nem leva em conta as diferenças entre os indivíduos, que possuem um ritmo diferenciado de aprendizado.

Propomos a organização dos laboratórios como espaços abertos aos estudantes para verificar na prática os conceitos teóricos em diferentes graus de profundidade, de acordo com a capacidade e disponibilidade do aluno. Problemas que levem mais tempo para serem resolvidos na prática são aqui contemplados, permitindo a execução de atividades de maior complexidade. As disciplinas que estejam ligadas a atividades de laboratório podem se utilizar do espaço dos laboratórios abertos, para orientação dos alunos em suas atividades, bem como na familiarização com os equipamentos de laboratório, durante o horário das aulas normais ou em períodos extras. Mas a maior parte das atividades de laboratório é desempenhada mesmo pelo aluno individualmente, ou pela equipe responsável pelo tema em estudo. É claro que tal organização implica na existência da orientação no laboratório, realizada pelos professores, técnicos ou alunos mais avançados (monitores). Este modelo procura desatrelar o aluno do professor, diminuindo o esforço despendido pelo professor em atividades práticas, que passa a atuar mais como orientador, e não como o único detentor do conhecimento em questão, enquanto que o ensino passa a ser mais centrado no aluno, concretizando as modernas técnicas pedagógicas de construção do conhecimento pelo aprendiz.

Vale observar que os laboratórios de software já utilizam, em sua maioria, a filosofia por nós preconizada. Deve-se, nestes casos, apenas tornar mais efetivo o conceito de laboratórios abertos.

Em relação aos horários, deve-se buscar ao máximo manter os laboratórios abertos durante todo o período de atividades escolares (de preferência, durante os três turnos).

Com tal conceito de laboratórios abertos aplicados, consegue-se uma diminuição da carga horária efetiva do curso, já que as atividades de laboratório seriam vistas como exercícios da teoria e complementação da formação do aluno. Isto está de acordo com as últimas tendências das associações de ensino de engenharia, que procuram agora reduzir a carga horária total dos cursos de engenharia.

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