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Espacios. Vol. 36 (Nº 07) Año 2015. Pág. 18

Aspectos Cognitivos da Visualização do Conhecimento Aplicados ao Aprendizado

Cognitive Aspects of Knowledge Visualization Applied to Learning

Denise Santin EBONE 1, Júlio César Costa CASAES 2, Luciano Antônio COSTA 3, Francisco Antônio Pereira FIALHO 4

Recibido: 30/11/14 • Aprobado: 01/02/15

Contenido

1. Introdução

2. Visualização do conhecimento

3. Ferramentas da visualização do conhecimento

4. Teoria da carga cognitiva

5. Visualização e aprendizado

6. Considerações finais

Referências

1. Introdução

Com o desenvolvimento da sociedade, o ser humano é cercado de conhecimentos cada vez mais complexos, interligados e abstratos, em contrapartida o ser humano tem uma capacidade cognitiva limitada, já que a memória, pensamento e raciocínio dependem muito de suporte externo. Podemos demonstrar a necessidade de utilizar suporte externo por meio da resolução de um cálculo matemático. Sem ajuda de um lápis e papel, para anotar os resultados parciais, ficaria quase impossível resolver a equação.

Nesse cenário o ser humano desenvolveu inúmeros instrumentos que auxiliam a cognição, mas o grande avanço veio com o advento das tecnologias computacionais e dispositivos eletrônicos, cada vez mais simples de utilizar. Atualmente conhecimentos complexos não são apenas repassados de forma verbal, mas também por representações visuais.

Diante do exposto surge o questionamento: qual a importância da visualização do conhecimento para cognição? Este artigo tem por objetivo apresentar a aplicação da visualização do conhecimento no processo de aprendizagem.

Esse objetivo é alcançado por meio de uma revisão bibliográfica dos principais autores da área. O artigo está dividido em seis sessões, sendo a primeira a introdução; na sessão seguinte são definidos os conceitos da visualização do conhecimento e cognição; na terceira sessão são apresentados exemplos de ferramentas de visualização do conhecimento; a quarta sessão trata da teoria da carga cognitiva; na quinta sessão é debatida a importância da visualização para o aprendizado; e finaliza com as considerações finais.

2. Visualização do conhecimento

Devido ao grande volume de informação, existe uma demanda no aumento da capacidade do ser humano em absorver novos conhecimentos. Para tanto, é eminente a necessidade de complementar as representações verbais com representações visuais.

As ciências cognitivas buscam entender a forma como o cérebro percebe, aprende, recorda e pensa sobre toda informação captada através dos cinco sentidos. Dessa forma na literatura encontramos autores (Paivio, 1986; Mayer, 2001) que afirmam que a cognição humana inclui, além de um sistema auditivo, também um sistema visual.

Baddeley (1986) em seu modelo de memória de trabalho demonstra a importância de um sistema responsável pelo armazenamento de informação auditiva. E também do armazenamento de informações visuais e espaciais que pode ser usadas, por exemplo, para construir e manipular imagens visuais e para a representação de mapas mentais.

A importância do sistema visual para cognição torna a disciplina de visualização do conhecimento fundamental para o aprendizado, porque ela foca principalmente no processo de transferência de conhecimento entre duas ou mais pessoas.

A visualização do conhecimento estuda o uso das representações visuais para melhorar a criação e transferência de conhecimento entre, pelo menos, duas pessoas, por meios gráficos que podem ser utilizados para construir e expressar conhecimentos complexos (Eppler, Burkard, 2004).

Segundo Hansen e Johnson (2005) a visualização desempenha um papel crucial na nossa capacidade de compreender uma grande quantidade de dados complexos, em duas, três ou mais dimensões, transmitindo uma visão sobre diversas aplicações como procedimentos médicos, ciências da terra e espaciais, o fluxo complexo de fluidos, processos biológicos, entre muitas outras áreas.

A visualização é o processo de transformar dado, informação e conhecimento em representações gráficas para suportar a análise de dados, a exploração da informação, a previsão de tendência, a detecção de padrões, e assim por diante (Zhang, 2008). Corroborando com esta definição também temos a visão da visualização como:

"a representação gráfica dos dados de um determinado domínio de modo que a representação visual gerada explore a capacidade de percepção do homem e este, a partir das relações espaciais exibidas, interprete e compreenda as informações apresentadas e, finalmente deduza novos conhecimentos" (Freitas et. al. 2001).

De uma forma geral podemos dizer que a visualização do conhecimento é a junção de vários campos, onde temos a informação quantitativa exposta de forma gráfica, o design responsável pelas artes e ilustrações, e finalmente as ciências cognitivas responsáveis por entender o processo de percepção, raciocínio, integração e comunicação do conhecimento (figura 1).

Figura 1 - Áreas que integram a visualização do conhecimento

Fonte: adaptado pelos autores <http://www.idiagram.com/ideas/knowledge_visualization.html>

Segundo Burkard (2005) na visualização o conhecimento tem que ser reconstruído para cada individuo. Esse processo acontece através da comunicação e interação da informação explícita - verbal e visual. Para melhorar a efetividade do processo de transferência do conhecimento, a visualização do conhecimento se concentra em:

1) destinatários que personaliza os formatos visuais para as necessidades e experiências dos diferentes indivíduos;

2) diferentes tipos de conhecimento que são identificados pelos "know-why" ou "know-how"; 

3) processo de comunicação deste conhecimento; e,

4) uso de visualizações complementares para combinar diferentes métodos de visualização que se complementam.

3. Ferramentas da visualização do conhecimento

Para melhorar a eficiência na transferência de conhecimentos entre duas ou mais pessoas Burkhard (2005) resume seis funções que são beneficiadas pela visualização:

1. coordenação: representação visual ajuda a coordenar os indivíduos no processo de comunicação, como exemplo, mapas do conhecimento;
2. atenção: representações visuais chamam a atenção por atingir emoções e manter a atenção identificando padrões ou tendências;
3. recordação: representações visuais melhoram a memorização porque pensamos em imagens, por exemplo, a metáforas visuais, mapas conceituais;
4. motivação: representações visuais inspiram, motivam, energizam e ativam espectadores, por exemplos, mapas metais;
5. elaboração: representações visuais fomentam a elaboração de conhecimentos em equipes, por exemplo, esboços heurísticos; e,
6. novos insights: representações visuais apoiam a criação de novos insights por meio da incorporação de detalhes no contexto e mostrando relações entre objetos, por exemplos, metáforas visuais.

Dessa forma, podemos ver que dentro de cada função de Burkhard (2005) existem exemplos práticos de visualização do conhecimento. Abaixo são apresentados os principais conceitos dessas ferramentas:

A) Mapas do Conhecimento: ilustram tanto uma visão geral e detalhada e as relações entre esses detalhes. Jafari et. al. (2009) afirma que um mapa do conhecimento é o processo de levantamento, avaliação e ligação das informações, conhecimentos, competências e proficiências detidos por indivíduos e grupos dentro de uma organização. Para transferência e criação de conhecimento, os mapas ajudam a obter uma visão global sobre as fontes de informação disponíveis (figura 2).

Figura 2 - Exemplo de mapa do conhecimento

Fonte: <http://the-web-of-knowledge.blogspot.com.br/2010/11/knowledge-maps-part-v-propositions.html>

B) Mapas Conceituais: representa conhecimento através de setas que mostram a relação entre conceitos, ou entre palavras que usamos para representar os conceitos. Zhang et. al. (2010) afirma que mapas conceituais tem se demonstrado uma efetiva e poderosa ferramenta de aprendizado (figura 3).

Figura 3 - Exemplo de mapa conceitual

Fonte: <http://www.moodle.ufba.br/mod/book/view.php?id=74558&chapterid=19334>

C) Mapas Mentais: criado por Tony Buzan são ferramentas de pensamento que permitem refletir o que se passa na mente, sendo uma forma de organizar os pensamentos e utilizar ao máximo as capacidades mentais (Keidann, 2013). Possui componentes como os tópicos com seus conteúdos, símbolos, palavras e desenhos (figura 4).

Figura 4 - Exemplo de mapa mental

Fonte: adaptado pelos autores <http://www.mapasmentais.idph.com.br/>

D) Metáforas Visuais:ajudam a entender uma coisa nova com a representação visual de outra coisa conhecida. É possível alcançar uma expressão visual do significado da informação através da transformação da forma com a ajuda de algumas características semelhantes formando um significado visual entre conhecidos e desconhecidos (Zhang et. al. 2010) (Figura 5).

Figura 5 - Exemplo de metáfora visual

Fonte: <http://www.wowbranding.com/process-cake-theory.htm>

4. Teoria da carga cognitiva

Atualmente existe uma grande preocupação com a forma em que o conhecimento é transmitido pelo emissor e absorvido pelo receptor.  Esta forma é o meio pelo qual ocorre a transferência de conhecimento, também conhecida como ambientes de aprendizagem, que devem ser eficientes e competentes. A teoria da carga cognitiva possui princípios que atendem estes requisitos.

Em Santos e Tarouco (2003) é apresentada a definição de John Sweller sobre a teoria de carga cognitiva como "um conjunto universal de princípios que resultam em um ambiente de aprendizagem eficiente e que promovem um aumento na capacidade do processo de cognição humana". Princípios estes que tem como objetivo tornar a interação humana com a tecnologia mais alinhada ao processo cognitivo.

 Um ambiente de aprendizagem apropriado minimiza recursos mentais desnecessários, e em troca disso, coloca-os para trabalhar de modo a maximizarem a aprendizagem (Santos, Tarouco, 2003). A teoria de carga cognitiva corrobora com todos os tipos de conteúdo e todos os tipos de mídias, visto que, sua finalidade é elaborar e aplicar as ferramentas de ensino – texto, imagens e áudio – a todo o conteúdo de ensino. Tem como finalidade também, utilizar as plataformas de aprendizagem a distância, visando potencializar a aprendizagem e desenvolver habilidades flexíveis por meio da criação e uso de recursos em ambientes de aprendizagem, que estejam em sintonia com processo cognitivo humano.

 A teoria de carga cognitiva preconiza que o uso de materiais didáticos, principalmente os que utilizam multimídia. No entanto estes devem seguir alguns princípios a fim de diminuir a sobrecarga cognitiva do aluno e maximizar seu aprendizado. Santos e Tarouco (2003) apresentam os princípios elaborados por Richard Mayer que corroboram com a teoria:

1. princípio de representação múltipla: os alunos aprendem melhor quando combinam palavras e imagens, do que no momento em que se utilizam somente de palavras;
2. princípio de proximidade espacial: esse princípio diz respeito à proximidade de palavras e imagens, ou seja, é quando palavras e imagens correspondentes estão próximas em vez de afastadas;
3. princípio da não divisão ou da proximidade temporal: nesse princípio tem a apresentação de palavras e imagens simultaneamente em vez de sucessivamente, uma vez que a apresentação de um texto e de uma animação na mesma tela divide a atenção do aluno;
4. princípio das diferenças individuais: sabe-se que estudantes com maior nível de conhecimento, sobre um determinado assunto e com grau maior de orientação espacial possuem maiores condições de organizar e processar seu próprio conhecimento ao interagir com o assunto;
5. princípio da coerência: refere-se à exclusão de palavras, imagens ou sons não relevantes para o assunto. Quanto mais simples e objetiva for à apresentação do conteúdo, mais livre ficará a memória de trabalho para processar um número maior de conhecimentos; e,
6. princípio da redundância: nesse princípio, ressalta-se que o uso da animação e narração, quando usadas simultaneamente no processo de ensino, potencializa o conhecimento, diferente de quando usadas separadamente.

O uso e a facilidade dos recursos digitais empregados, hoje, tornam os materiais educacionais pesados e consequentemente sobrecarregam a memória humana dificultando a criação ou aquisição do conhecimento.

Numa análise baseada nos princípios da teoria da carga cognitiva só reforça a ideia de que os recursos tecnológicos por mais atraente que possam parecer, nem sempre estão de acordo com o processo cognitivo humano e, por isto, nem sempre qualificam o processo de aprendizagem (Santos, Tarouco, 2003).

5. Visualização e aprendizado

Para Burkhard (2004), os arquitetos, como generalistas, são especialistas em transferir conhecimentos entre áreas diversas, usando para tanto representações visuais de diversos tipos combinadas, ilustrando assim diferentes níveis de detalhes. O autor destaca que a abordagem de combinar formas tradicionais de visualização com outras inovadoras aumenta a qualidade da transferência de conhecimento, em termos de efetividade e motivação, e aumenta também a atenção dos receptores, reduzindo a sobrecarga de informação e contribuindo para a tomada de decisão.

Sob um ponto de vista prático, o estudo realizado por Schnotz e Kürschner (2008) indica que a escolha da forma da visualização para desenvolvimento de ambientes de aprendizagem deve ser realizada com cautela. Os autores, por meio de um estudo quantitativo para validação de um framework, afirmam que a visualização afeta diretamente a estrutura mental dos modelos adquiridos durante a aprendizagem.

A visualização é percebida por Duval (2014) como uma ferramenta epistemológica de aprendizado, em geral descrita nas publicações sob o ponto de vista cognitivo construtivista e relacionada com frameworks baseados em Piaget. Em seu artigo, busca explorar o uso da visualização no aprendizado da matemática e, nesse contexto, indica que seu uso contribui para o desenvolvimento da imaginação e criatividade, mas ainda faltam estudos sobre o impacto sobre o desenvolvimento do pensamento e capacidade de uso espontâneo do conhecimento matemático para resolver problemas fora da matemática.

O uso de técnicas de visualização no aprendizado não é novidade, já que mapas e desenhos são empregados desde a antiguidade. Porém há uma mudança no contexto quando, passado para ambientes colaborativos distribuídos, além do incremento na quantidade de informação disponível.

Klerkx et. al. (2014) afirmam que o papel da visualização no âmbito educacional é, potencialmente, muito mais versátil do que simplesmente aumentar a conscientização informações, trata-se, dentre outros, da busca por recursos, colaboração ou reflexão. Entretanto os autores ressaltam que há várias técnicas disponíveis, que carecem de experimentos em cenários reais para avaliar seus benefícios no aprendizado, mas que uma das razões dessa falta de estudos é justamente a dificuldade de entender e medir o impacto da visualização no aprendizado.

6. Considerações finais

Este artigo buscou apresentar a aplicação da visualização do conhecimento no processo de aprendizagem, discutindo as técnicas e seus usos, bem como as limitações no ambiente de ensino. A discussão foi contextualizada sob a visão das ciências cognitivas, pois estas contribuem com a base teórica para o entendimento sobre a forma como o cérebro percebe, aprende, recorda e pensa sobre toda informação captada pelos sentidos.

A disponibilização de um ambiente de aprendizagem adequado as necessidades, contribui com um processo mais eficiente de aprendizado. Uma das teorias que apoia a definição desse ambiente é a teoria da carga cognitiva que indica um conjunto universal de princípios voltados para a efetividade do processo de transferência do conhecimento. 

Ao empregar a visualização para a transferência do conhecimento, há benefícios em ao menos seis funções cognitivas: coordenação, atenção, recordação, motivação, elaboração e novos insights. Seu uso não é novidade, mas a grande variedade de técnicas e o volume crescente de informação disponível estão criando novos espaços de uso. A combinação de formas tradicionais de visualização com outras inovadoras aumenta a qualidade da aquisição e transferência de conhecimento, além de melhorar a atenção dos receptores.

Por fim, ainda há poucos estudos com experimentos em cenários reais que possam avaliar seus benefícios no aprendizado e também a influência no pensamento humano. Dentre as possíveis dificuldades para a exploração desse problema está a dificuldade de entender e medir o impacto dos aspectos da visualização no aprendizado.

Referências

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1 Universidade Federal de Santa Catarina, UFSC, Brasil.

2 Universidade Federal de Santa Catarina, UFSC, Brasil.

3 Universidade Federal de Santa Catarina, UFSC, Brasil.

4 Universidade Federal de Santa Catarina, UFSC, Brasil.