Aprendizagem Ativa na Educação em Engenharia Profa. Valquíria Villas-Boas PUC-Rio – CTC- Núcleo de Educação em Ciências e Engenharia Prof. Marcos Azevedo.

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2 Aprendizagem Ativa na Educação em Engenharia Profa. Valquíria Villas-Boas PUC-Rio – CTC- Núcleo de Educação em Ciências e Engenharia Prof. Marcos Azevedo da Silveira 26 de Maio de 2011 Universidade de Caxias do Sul Centro de Ciências Exatas e Tecnologia

3 O contexto Com certeza, você já se perguntou: Se as aprendizagens alcançadas por seus estudantes estão à altura dos esforços que você realiza para ensinar bem? Por que todos os estudantes não parecem espontaneamente motivados pelos assuntos que interessa a você? Por que um grande número de estudantes parece estudar “para a prova” ao invés de estudar para adquirir uma compreensão profunda dos assuntos tratados? Porque as aprendizagens alcançadas não parecem duráveis?

4 O contexto Por que certos estudantes não parecem capazes de compreender conceitos relativamente simples e de aplicá-los em situações diferentes daquelas ilustradas na disciplina (ao passo que esta situação não é problema algum para outros estudantes)? Por que os resultados das provas lhe deixam de tão mau humor? Se este tipo de perguntas lhe tira o sono, talvez você tenha chegado à conclusão de que não se deve de forma alguma culpar nem os estudantes e nem os colegas, mas sim se perguntar sobre as estratégias de ensino-aprendizagem que estão sendo usadas nos cursos nos quais você atua.

5 Principal objetivo deste bate- papo (ou seminário interativo) Compartilhar com os presentes alguns fundamentos da Aprendizagem Ativa bem como algumas estratégias que têm sido usadas na educação em engenharia (e na educação superior de forma geral). Discutir a eficácia da Aprendizagem Ativa.

6 Outline deste bate-papo (seminário interativo) Conhecendo-nos uns aos outros Apresentando algumas características sobre os nossos estudantes de hoje e dos que estão por vir Mas o que é Aprendizagem Ativa? Algumas Estratégias de Aprendizagem Ativa

7 Caxias do Sul Caxias do Sul localiza-se na região da Serra Gaúcha e é o segundo maior polo metal-mecânico e o terceiro polo polimérico do Brasil. Tem uma população de 435.482 habitantes (Censo 2010 do IBGE) Na região da Serra Gaúcha, tem-se 1 empresa para cada 14,5 habitantes. Somente a região do sul da Suíça e do norte da Itália tem um índice superior a este que é de 1 empresa para cada 12 habitantes.

8 UCS A Universidade de Caxias do Sul é uma universidade privada, sem fins lucrativos, que é composta de 8 campi espalhados pelas cidades da região da Serra Gaúcha. Seu campus central está localizado na cidade de Caxias do Sul. Tem um total de 37 mil estudantes (sendo que destes 6000 são alunos de Engenharia), 1200 professores, 1500 funcionários, mais de 60 cursos de graduação, 9 programas de pós-graduação Strito-Sensu (3 doutorados, 9 mestrados acadêmicos e 2 mestrados profissionais)

9 Quem sou eu??? Bacharel em Física, Mestre em Física da Matéria Condensada, Doutora em Ciências pelo Instituto de Física da Universidade de São Paulo; Pos-doc no Laboratoire de Magnétisme Louis Néel- CNRS de 1992 a 1994 na área de Materiais Magnéticos; Professor Assistante no Instituto de Física da Universidade de São Paulo de 1995 to 2001; Professor Visitante na University of San Diego, San Diego, California, USA, de 2001 a 2002; Professor Assistante no Evergreen Valley College, San Jose, California, USA, de 2002 a 2003; Professor Associado na Universidade de Caxias do Sul, Caxias do Sul, RS, de 2003 até o presente; Coordenadora dos projetos “Engenheiro do Futuro” e PETROFUT; Chairperson do ALE Steering Committee E finalmente, mas não menos importante, sou uma professora que adora ser professora!

10 Quem são vocês??? Se você conhece bem as pessoas que estão sentadas ao seu lado, por favor, sente-se próximo a uma pessoa que você não conhece ou conhece muito pouco; Troque informações sobre sua formação acadêmica (você é engenheiro, físico, matemático, químico, da área das Ciências da Computação, da área das Humanas?) e sobre suas expectativas em relação a este seminário com a pessoa ao lado. Vocês são todos do estado do Rio de Janeiro?

11 Quem são (ou serão) os nossos estudantes??? O “Homo Sapiens” ou o “Homo Zappiens”?

12 “Homo Zappiens” aquele que aprende brincando

13 Homo Zappiens adora controles remotos e joy sticks

14 Geração Multi-Tarefa Ouvindo a música favorita Fazendo a lição de Matemática Falando com a mãe ao telefone Surfando e/ou se communicando via MSN A TV deve estar ligada atrás dele

15 Esta geração tem uma falta de concentração que aumenta a cada dia devido à excessiva exposição à televisão durante a infância De acordo com Wankat, o intervalo de atenção dos estudantes durante a aula é de 15 minutos (“The Effective Efficient Professor: teaching, Scholarship and Service”, P. Wankat, Allyn and Bacon: Boston, MA, 2002) De acordo com Christakis e colaboradores, o atual intervalo de atenção das crianças é de 11 minutos (“Early Television Exposure and Subsequent Attentional Problems in Children”, Dimitri A. Christakis, Frederick J. Zimmerman, David L. DiGiuseppe, and Carolyn A. McCarty, Pediatrics Vol. 113 No. 4 April 2004, pp. 708-713.

16 O comportamento de nossos estudantes tem mudado radicalmente. Os estudantes de hoje não são o tipo de pessoas que os sistemas educacionais vigentes foram planejados para ensinar. Neste contexto, professores de engenharia devem estar se perguntando: “O que eu devo fazer para auxiliar esta nova geração de estudantes de engenharia a aprender os conteúdos que nós acreditamos que eles devem aprender ?”

17 Antes que isto aconteça...

18 Com certeza vocês já pensaram sobre tudo o que foi dito até agora. Neste contexto, por favor, vocês dividiriam seus pontos de vista conosco???

19 18 A mudança de papéis das escolas e estudantes no processo educativo de acordo com o pesquisador J. Pelgrum – Apresentado ao Parlamento Europeu em um curso de treinamento em Tecnologia da Informação em Março/ 1999 Ator Educação na Sociedade Industrial (the traditionally important paradigm) Educação na Sociedade da Informação ( the emerging paradigm) EscolaIsolada da sociedadeIntegrada à sociedade A maioria das informações que estão sob a responsabilidade da escola é confidencial Informação é disponível abertamente ProfessorEnsinaAjuda os alunos a encontrar o caminho apropriado para aprender Ensina toda a classeGuia os estudantes para que aprendam de forma independente respeitando o ritmo de cada um Avalia os alunosAjuda o aluno a avaliar o seu próprio progresso Coloca POUCA ênfase nas habilidades ligadas à comunicação Coloca MUITA ênfase nas habilidades ligadas à comunicação EstudantePrincipalmente passivoPrincipalmente ativo Aprende principalmente na escolaAprende tanto na escola quanto fora dela Dificilmente trabalha em grupoTrabalha em grupo a maior parte do tempo Responde perguntas dos livros e dos professoresFaz perguntas Aprende respostas para perguntasEncontra respostas para perguntas BAIXO interesse em aprenderALTO interesse em aprender

20 Neste contexto, que tal tentarmos identificar que tipo de professor somos e que tipo de ensino praticamos??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

21 Professor Estilo 1

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23 Professor Estilo 2

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26 Professor Estilo 2 usa Estratégias de Aprendizagem Ativa Professor Estilo 1 usa Estratégias Tradicionais de Ensino Lição de Casa, laboratórios, projetos Encontra/ refina solução Define problema, necessidades Centrado no Professor Centrado no Estudante Fundamentos (princípios científicos, métodos analíticos) ExemplosDeduções Desafios (perguntas, problemas, observações, dados) Ensino (princípios, métodos)

27 MUITOS estudos realizados têm apontado que a implementação de estratégias de Aprendizagem Ativa em sala de aula é uma das soluções mais eficazes para: engajar ativamente os estudantes em seus processos de aprendizagem e para contribuir para a formação de profissionais mais criativos. Mas afinal, o que é Aprendizagem Ativa???

28 qualquer processo através do qual o estudante deixa de ser audiência para ser o ator principal do seu processo de aprendizagem qualquer método instrucional que engaja os estudantes em seu processo de aprendizagem Aprendizagem Ativa é…

29 que os estudantes façam atividades de aprendizagem que tenham significado e que os faça pensar criticamente a respeito do que estão fazendo que as atividades sejam introduzidas em sala de aula Aprendizagem Ativa requer…

30 Com o uso de as estratégias de Aprendizagem Ativa busca-se engajar os estudantes de forma interativa, encorajando-os a ativamente “trabalhar” os assuntos a serem estudados. A ideia básica é que os estudantes aprenderão melhor os assuntos a serem estudados se eles realmente pensarem a respeito, discutirem sobre e usarem o que eles estão aprendendo. As estratégias de Aprendizagem Ativa são baseadas na filosofia construtivista que afirma que os estudantes aprendem melhor quando eles constroem seu próprio entendimento, ao invés de simplesmente “receber” conhecimento. Estratégias de Aprendizagem Ativa mais conhecidas: Aprendizagem Cooperativa, Problem Based Learning, Project Oriented Learning e Estudos de Caso. Por que introduzir AA?

31 I listen and I forget, I see and I remember, I do and I learn (Confucius)

32 Alguns professores se apegam a certas “verdades” para não introduzir a Aprendizagem Ativa em seus cursos.… “Se eu uso estratégias em que os estudantes ficarão ativamente envolvidos em sala de aula, …… –Eu nunca cobrirei a ementa. –Eu vou perder o controle da classe. –Os alunos vão reclamar de que eu não estou os ensinando. –Alguns estudantes vão se recusar a participar.”

33 No 8th ALE Workshop, o Prof. Mark Steiner, do Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY, USA, apresentou alguns pontos que devem ser considerados para se “fazer” aprendizagem ativa : Vai requerer um pouco de fé. Pode ser desconfortável para os que estão começando. É melhor quando envolve um fato real em tempo real. Integra as pessoas envolvidas. Requer reflexão e iteração.

34 Atividade 1 Formar duplas, onde um estudante se coloca na frente do outro. O estudante da frente fecha os olhos. Em seguida o estudante da frente solta seu corpo para trás e será apoiado por quem está atrás.

35 Atividade 1 Conclusão: Aprendizagem Ativa pode requerer um pouco de fé

36 Atividade 2 Vire-se para a pessoa que está ao seu lado. Ensine esta pessoa a dançar a Macarena. Você tem três minutos para isso. Haverá um prêmio para a dupla que apresentar a melhor performance.

37 Atividade 2 Conclusão: Aprendizagem Ativa pode ser desconfortável para os que estão começando.

38 Atividade 3 1.Em primeiro lugar, leia todas as instruções abaixo. 2. Fique em pé. 3. Gire 180 graus. 4. Levante os dois braços e diga bem alto VIVA!. 5. Sente-se novamente. 6. Não execute os passos 3 e 4.

39 Atividade 3 Conclusão: Aprendizagem Ativa é melhor quando envolve um fato real em tempo real, ou seja, através do qual você aprende com os seus erros.

40 Atividade 4 Trabalhe, em equipe, com os seus dois vizinhos mais próximos. Tomem as duas folhas de papel que receberam. De quantas formas vocês podem prender e manter juntas as duas folhas de papel? Pensem, discutam e experimentem. Elejam a melhor idéia que tiveram.

41 Atividade 4 Conclusão: Aprendizagem Ativa integra as pessoas envolvidas.

42 Atividade 5 A sua compreensão em relação ao exercício com as duas folhas de papel foi completa? Pense sobre o assunto e tente novamente.

43 Atividade 5 Conclusão: Aprendizagem Ativa requer reflexão e iteração.

44 Que tal explorarmos algumas estratégias de Aprendizagem Ativa que têm sido usadas em educação em engenharia e, em educação superior de forma geral, que podem nos ajudar a melhorar nossas aulas e contribuir para a formação de profissionais mais criativos???

45 Forme grupos de 2 a 4 estudantes, escolha um secretário e dê de 30 segundos a 5 minutos para: a i.Relembrar o material que foi estudado. ii.Responder uma questão. iii.Começar a solução de um problema. iv.Trabalhar o próximo passo de uma dedução. v.Pensar em um exemplo ou em uma aplicação para o assunto que está sendo estudado. 1. Resolvendo Exercícios em classe e em grupo (In-Class Exercise Teams)

46 vi.Entender o porquê um certo resultado pode estar errado vii. Tempestade de Ideias (principal objetivo é quantidade de ideias e não qualidade) viii. Produzir uma pergunta ix. Resumir uma aula Professor: colete algumas ou todas as contribuições. Esta estratégia sempre funciona independentemente do tamanho da turma.

47 i.Excelente para ser usado em classes com muitos alunos para trabalhar concepções alternativas; ii.Períodos de aulas são intercalados com questões conceituais, conhecidas como ConcepTests, preparadas para expor dificuldades comuns no entendimento de um determinado conteúdo. 2. Peer-instruction (Aprendizagem por pares) iii.Para cada questão, são dados de um a dois minutos para que, individualmente, os estudantes pensem a respeito da questão e formulem uma resposta. iv.Em algumas universidades, “clickers” são usados para registrar as respostas dos estudantes.

48 v. Na sequência, os estudantes devem passar de dois a três minutos discutindo suas respostas em grupos de 3 a 4 pessoas, tentando chegar a um consenso sobre a resposta correta. vi. Clickers podem ser usados novamente para registrar as respostas dos grupos e avaliar a melhoria na compreensão advinda do trabalho cooperativo. vii. Chame alguns grupos para compartilhar a resposta com o grande grupo. viii. Este processo força os estudantes a pensarem sobre o conteúdo que está sendo desenvolvido e os habilita (bem como aos professores) a acessar sua compreensão dos conceitos mesmo antes de deixarem a sala de aula. 2. Peer-instruction

49 i.Faça uma pergunta ii.Peça aos estudantes que pensem em uma resposta individualmente e que a escreva em seus cadernos iii.Na sequência os estudantes devem formar pares e que sintetizarem suas respostas iv.Os pares compartilham suas respostas. v.Peça a alguns pares que compartilhem suas respostas com o grande grupo Consome mais tempo, mas é mais eficaz do que simplesmente uma discussão em grupo. 3. Think-pair-share

50 Em vários momentos durante a aula, estudantes aos pares resumem e comparam suas anotações. Objetivo: Anotações mais completas e acuradas Esta estratégia é especialmente útil em cursos em que se necessita tomar notas. 4. Cooperative Note-Taking Pairs

51 i.O professor apresenta o assunto rapidamente para os estudantes (10 a 20 min) e em seguida lhes dá uma lista de pontos essenciais sobre o assunto apresentado. ii.Estudantes trabalham individualmente preparando questões sobre esses pontos, não sendo necessário que os estudantes sejam capazes de responder as questões por eles formuladas. iii.Separe os alunos em pequenos grupos para que possam discutir as questões uns com os outros. Enquanto isso o professor passa de grupo em grupo levantando as questões mais significativas. iv.Amplie a discussão das questões mais interessantes com toda a turma. 5. Guided Reciprocal Peer Questioning

52 6.TAPPS (Thinking-Aloud Pair Problem Solving) i. O professor propõe uma questão ou um problema. ii. Estudantes se agrupam em pares - um será o explicador (ou solucionador do problema) e o outro será o questionador. iii. O explicador apresenta a solução passo-a-passo. O questionador questiona, sugere, anota erros que ele venha a detectar. iv. O professor faz algumas perguntas para saber em que estágio de resolução está o problema. v. Os estudantes trocam de papel e continuam. Consome tempo, mas é uma estratégia poderosíssima!!!

53 7. Problem-Based Learning Cada pessoa nesta sala deve pensar em uma vantagem em ter alunos trabalhando com PBL Compartilhem suas ideias em grupos de 3 a 5 pessoas. Apresente a melhor ideia de seu grupo. Que tal premiarmos a melhor ideia?

54 PBL i.Problemas reais, complexos e de diferentes possíveis soluções são o cenário para a aprendizagem dos conteúdos. ii.Os estudantes trabalham em grupo para encontrar uma solução para o problema iii.O professor é quem define qual será o problema. iv.Os alunos constroem hipóteses para iniciar o processo de solução do problema

55 PBL Os estudantes sob a supervisão do professor: i.Identificam o que é sabido, o que deve ser determinado e como devem proceder para solucionar o problema. ii.Propõem possíveis soluções e decidem qual deve ser a melhor. iii.Trabalham para chegar à melhor solução e a defendem junto ao grande grupo. iv. Refletem sobre o que foi aprendido no processo

56 Diferentes versões de PBL P B L i.Problem Based Learning ii.Phenomenon Based Learning iii.Project Oriented (or Organized) Learning iv.Practice OrientedLearning

57 Diferentes versões de PBL

58 PBL se alicerça em tradições pedagógicas tais como: Confúncio: Eu ouço e eu esqueço, eu vejo e eu me lembro, eu faço e eu aprendo Maria Montessori: Aprender fazendo e brincando Jerôme Bruner: Aprendizagem por descoberta William Kilpatrick: Aprendizagem baseada em Projetos Carl Rogers: Aprendizagem centrada no estudante O método Harvard: Aprendizagem baseada em Estudo de Casos

59 Características do PBL Estrutura curricular temática Integração de conhecimento e competências Integração de diferententes domínios Focaliza no processo de aprendizagem Aprendizagem Cooperativa em pequenos grupos Os estudantes são responsáveis pela sua própria aprendizagem

60 PBL implica: Quebra de paradigma do Ensino para a Aprendizagem da Aprendizagem de Conteúdos para Atividades de Estudo

61 Razões para o uso do PBL: O Triângulo da Aprendizagem ou A Pirâmide da Aprendizagem de Bales

62 Estudo experimental: Dada uma aula de 50 minutos, os alunos foram testados imediatamente após sobre o conteúdo trabalhado em aula. Vejam o resultado: 70% 20% % de conhecimento retido 0 50 t (min) t = momento na aula em que a informação foi apresentada Resultado para aula com pausas e atividades AA (Ruhl et al,1987) “Using the Pause Procedure to Enhance Lecture Recall”, Teacher Education and Special Education, Vol.10, Winter 1987, pp.14-18.

63 Source:

64 PBL: O papel do professor O professor atua como: Expert Facilitador Planeja um ambiente de aprendizagem estimulante Gerencia o processo de aprendizagem, incluindo avaliação Estimula os estudantes a definir suas próprias metas de aprendizagem e a guiar seus próprios processos de aprendizagem

65 PBL: mas o que é um problema? Uma dificuldade Alguma coisa complicada Um quebra-cabeças Uma charada Um desafio Uma tarefa Em Engenharia: Um projeto

66 Pontos importantes para o sucesso do PBL Students responsible for their own learning process A clear purpose of all learning activities Sufficient attention for Communication Skills Balanced support from Technical experts to overcome knowledge barriers

67 PBL: Um exemplo de problema https://www.dlsweb.rmit.edu.au/eng/beng0001/PBL-LIST/pbl- aaee.htm#CanberraWaterConsumption Canberra Water Consumption In 1993 in their Systems Engineering subject, students at Monash University in Melbourne, Australia, were given monthly per capita water consumption for Canberra, together with monthly rainfall, temperature and evaporation data. They were also given streamflow at some possible dam sites together with related storage information. They were asked to determine a suitable method, size and timing of augmentation of Canberra's water supply. Non-traditional methods could be included such as on-site detention in tanks, and water reuse either on-site or on-estate.

68 The students found that they had to use least squares fitting to determine a model of consumption, and spent much time discussing among themselves and with the lecturer how this could be done. They indicated that they could now see why they'd done all that statistics! In fact, this problem nicely integrated curve fitting, data analysis and behaviour analysis. Many fruitful discussions were held as to how the data were to be analysed, rather than just cranking a calculator for some standard technique. Different groups devised slightly different analysis strategies. The enthusiasm displayed was very different from the way in which they tackle tutorial style problem sheets. PBL: Um exemplo de problema https://www.dlsweb.rmit.edu.au/eng/beng0001/PBL-LIST/pbl- aaee.htm#CanberraWaterConsumption

69 Results of a Survey among employers of engineering graduates (Ingeniøren, 2008) Questions: Are there one or more institutions which you find particular good at developing engineering education according to the needs of society and companies? Source: Erik De Graaff

70 Overall assessment of Danish Engineering Institutions by companies (Ingeniøren, 2008) Source: Erik De Graaff

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73 Duration rates for Danish universities, 2007, Official statistiscs Source: Erik De Graaff

74 Estratégias de Aprendizagem Ativa são eficazes? Does Active Learning Work? A Review of the Research Michael Prince (Department Chemical Engineering - Bucknell University) Journal of Engineering Education, 93, 223 – 231, 2004.

75 O que pode acontecer se você começar a implementar estratégias AA nas suas aulas? Um desconforto inicial (tanto para você quanto para os estudantes) Níveis muito mais altos de energia & participação Melhoria na habilidade de resolver problemas Melhoria nas habilidades de comunicação Melhoria nas atitudes e nos hábitos de estudo Estudantes aprendendo a aprender (desenvolvimento das chamadas “life-long learning skills”)

76 Vocês gostariam de compartilhar alguma estratégia que vocês têm utilizado e que tem ajudado o processo de ensino-aprendizagem com o um todo?

77 A escolha é nossa Tradicional ou AA ?

78 That is all for today folks !!! Muito borigada por sua presença e participação!!!

79 Uma mensagem da Comunidade ALE http://www.ale-net.org/ ALE needs you! The Active Learning in Engineering Education network wishes to expand its membership and intensify its activities. If you are already involved in active learning or are interested in exploring new approaches to engineering education please join the action.