Richard Hamming: Capítulo 22. Aprendizagem Baseada em Computador (CAI)

"O que você aprende de outras pessoas pode seguir;
O que você aprende por si mesmo pode usar para liderar.
- Richard Hamming

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Instrução Auxiliada por Computador (CAI) - aprendizado de máquina. O uso de computadores no processo educacional. O computador no modo interativo oferece ao aluno material na forma de textos e imagens gráficas, atribui tarefas e verifica sua realização e permite realizar experimentos educacionais.

Islam Rasulov Tradução

Como os computadores foram instalados em muitas universidades, mais cedo ou mais tarde surgiria a questão sobre o uso de computadores para treinamento. Antes de avançarmos para as reivindicações modernas, seria útil estudar teorias anteriores sobre esse assunto.

Desde os tempos da Grécia antiga, há uma história sobre matemática, dizendo ao governante sobre a existência de estradas reais para passear, mensageiros reais para enviar correspondência ao governante, mas não havia como geometria. Você também sabe que dinheiro e treinamento não ajudarão muito se você quiser percorrer uma milha em 4 minutos. Não há uma maneira fácil de fazer isso. E isso se aplica a absolutamente todas as pessoas.

A história conhece um grande número de pessoas que procuravam maneiras fáceis de aprender alguma coisa. Aldous Huxley em seu livro “Admirável Mundo Novo” discute a idéia de aprender durante o sono quando você coloca um microfone embaixo do travesseiro e toca algo através dele. Ele também revela as sérias limitações desse processo.

Durante meu trabalho no laboratório Bell Telephone, a Dianética surgiu no mundo, prometendo que poderia "limpar" sua mente de todos os seus erros, após os quais você pode raciocinar perfeitamente. Ainda existem institutos de Dianética, mas o principal problema é que as pessoas criadas por eles parecem não ter sucesso em nenhuma área da vida humana, sem mencionar todas as áreas. Outra organização promete revelar os segredos dos povos antigos (que talvez fossem muito mais espertos do que somos agora). Ao nosso redor, há um número infinito de anúncios sobre o ensino de leitura rápida, técnicas de aprendizado rápido etc., cada um dos quais promete, em um grau ou outro, melhorar significativamente nossa mente, sem fazer os esforços que muitos de nós somos forçados a exercer para alcançar o sucesso. O teste de tais propostas mostrou que nenhuma delas ainda levou ao surgimento de um número significativo de pessoas destacadas (o que, de fato, sabemos no momento). Como Fermi disse sobre inteligência supermundana e alienígenas OVNI: "Onde eles estão e por que não os conhecemos?"

Consequentemente, a história toda, com suas muitas alegações de aprendizado fácil, fala eloquentemente contra a atual onda de promessas, mas isso, é claro, não significa que algum novo truque não funcione. Você deve ter cuidado com cada uma dessas propostas, mas, ao mesmo tempo, a aparência de coisas novas, até agora desconhecidas, e de novas ferramentas, como computadores baratos, que atualmente estão amplamente disponíveis, mas recentemente não era assim. E essas ferramentas podem variar. Freqüentemente leio ou ouço que preciso acreditar que o computador mudará nossa vida drasticamente, apesar de todas as promessas do passado que obviamente falharam. Cuidado com a tentação de ter ilusões - você gostaria que fosse verdade, assim você assume que é verdade!

Há outro fator importante que precisa ser explicado - o efeito Hawthorne. Há muito tempo, em várias fábricas da Western Electric em Hawthorne, vários psicólogos tentaram aumentar a produtividade dos trabalhadores através de várias mudanças ambientais. Eles pintaram as paredes em uma cor atraente e a produtividade dos trabalhadores aumentou. Eles reduziram a iluminação e aumentaram a produtividade do trabalhador. Cada mudança contribuiu para o aumento da produtividade. Um dos homens, um pouco desconfiado, retornou a mudança ao seu estado original e a produtividade melhorou novamente! Porque Verificou-se que, quando você cuida de uma pessoa, ela responde da mesma maneira. Todos os trabalhadores acreditavam que as mudanças foram feitas para o bem e reagiram de acordo.

No que diz respeito ao processo de aprendizagem, quando você diz aos alunos que está usando um novo método de treinamento, eles aumentam sua eficácia em resposta, o que, a propósito, é feito pelo professor. O novo método pode ou não ser melhor; na verdade, pode até ser pior do que os métodos de ensino existentes, mas o efeito Hawthorne, que não é tão insignificante no campo da educação, provavelmente indica um novo, importante e melhor método de ensino. E não importa qual é esse método, se os alunos entenderem que esse método é para seu benefício, certamente levará a melhorias.

Assim, o efeito Hawthorne distorce a maioria das experiências educacionais. Lembremos da minha discussão anterior, discutida no capítulo 20, sobre a necessidade de experimentos "duplos cegos" na medicina; portanto, esse é o mesmo sentimento quando os entrevistados sentem uma atitude especial e cuidados especiais. Aqueles que mais tarde avaliam as conseqüências também devem desconhecer quem sentiu ou não essa atitude em particular. Tais experimentos são um fato inegável na vida, mas geralmente são ignorados. Portanto, você nunca deve acreditar nos resultados de experimentos realizados de forma descuidada quando eles envolvem pessoas. A credibilidade do pesquisador, a complexidade do equipamento, o grau de compactação de dados e, principalmente, sua fé, não devem abalar você. Mais uma vez, tenha muito, muito cuidado ao realizar tais experimentos.

O Efeito Hawthorne nos mostra que o método de ensino correto sempre estará em um estado de mudança experimental, apesar do que já foi feito. Tudo o que importa é que tanto o professor quanto os alunos acreditem na mudança.

Deixe-me voltar à história do uso de computadores para melhorar o processo de aprendizado. Em 1960, quando eu estava de licença criativa em Stanford, um programa de graduação trabalhava lá. Qualquer tarefa de programação para os alunos exigia que o professor fornecesse um programa de computador completo, os nomes dos parâmetros de entrada, a faixa do valor dos parâmetros de entrada e os valores de saída aceitáveis. Quando os alunos sentiram que seus programas estavam prontos para a entrega, ligaram para o professor, confirmaram sua identidade, após o que o computador gerou alguns parâmetros de entrada válidos e executou os dois programas (professores e alunos) e depois comparou os resultados. Cada parâmetro de saída foi identificado como Verdadeiro ou Falso. Assim, o professor poderia avaliar facilmente o tempo de compilação e o tempo de execução do programa, uma vez que os parâmetros eram números comuns, mas ele não precisava julgar o estilo de implementação do programa.

Esse método era flexível, facilmente adaptável às mudanças e, de ano para ano, era aplicado na solução de certos problemas. O programa salvou a revista em um banco de dados fechado, a pedido do professor, forneceu dados brutos, deixando a definição de estimativas reais à mercê do professor. Obviamente, a partir desse banco de dados, o professor poderia obter notas médias, a diferença de notas e a distribuição de notas em grupos.

Quando visitei Stanford, alguns anos depois, perguntei sobre o destino desse programa. E descobriu-se que não é mais usado. Você pergunta por quê? Porque, como me disseram, o primeiro professor que começou a usar este programa se foi, e as alterações feitas no sistema de monitoramento exigiriam algumas alterações no programa! Observações e pesquisas cuidadosas mostraram que uma situação semelhante se desenvolveu em muitos campi. O computador está programado para ajudar, aparentemente, o professor, mas logo o programa foi esquecido.

Agora, vamos ao projeto PLATO, desenvolvido por meu amigo na Universidade de Illinois. Costumo encontrá-lo em várias conferências, uma vez que ele e eu viajamos de avião por um longo tempo, e cada vez que ele me conta sobre seu maravilhoso projeto PLATO. Por exemplo, ele me disse uma vez que, de acordo com o sistema PLATO, um aluno da Escócia, Canadá e Kentucky está estudando simultaneamente. Eu disse a ele que uma companhia telefônica comum poderia fazer o mesmo, mas o que ele me respondeu não tinha nada a ver com o quanto o PLATO funcionava melhor do que as pessoas. Ele nunca, em minha memória, forneceu qualquer evidência séria de que PLATO melhora significativamente o processo de aprendizado - é isso que você espera do efeito Hawthorne.

Uma das alegações foi que um estudante que usa o sistema é 10% maior em seu nível de escolaridade do que alguém que não usa o sistema. Quando perguntei se o crescimento de 10% é típico de todo o sistema educacional ou é inerente apenas a um determinado assunto, ele não conseguiu responder a essa pergunta para mim! O que ele fez com o efeito Hawthorne? Nada! Portanto, não sei se essas metas foram alcançadas ou não, para as quais foram gastos milhões e milhões de dólares do orçamento federal.

Certa vez, quando eu era editor-chefe da ACM Publications, o livro “Programmable Book” chegou à minha publicação. Este livro fazia perguntas regularmente ao leitor e, em seguida, dependendo da resposta, o leitor era redirecionado para uma das páginas do livro. Em princípio, os erros nas respostas foram capturados e explicados, após o que as respostas corretas foram enviadas ao leitor como novo material. Isso parece legal! Cada aluno trabalhou em seu próprio programa. Mas veja, com essa abordagem, não havia como rastrear e pesquisar o que o aluno já havia lido várias páginas atrás e, no momento, não está claro como e onde ele alcançou sua posição atual. Não havia uma maneira sensata de rastrear isso através do texto. Este não é realmente um livro, embora pareça assim. Outro fato terrível da observação cuidadosa dos alunos durante a leitura do livro foi que os alunos fortes escolheram as respostas erradas para as perguntas simplesmente por causa do tédio ou por diversão. Então eles queriam descobrir para onde o livro os enviaria. Com base nisso, o livro nem sempre cumpria a função que deveria cumprir; alunos fortes não mostraram necessariamente progresso significativo na aprendizagem em comparação com alunos fracos!

Como não queria me recusar a imprimir este livro, confiando apenas na minha própria opinião, fui ao departamento de psicologia do laboratório Bell Telephone e encontrei um especialista local. Entre outras coisas, ele disse que uma grande conferência sobre o "Livro Programável" foi planejada na próxima semana e sugeriu que eu participasse. No dia da abertura da conferência, nos sentamos um ao lado do outro. Ele me empurrou e disse: "Observe, nenhum deles forneceu qualquer evidência concreta a favor do livro, eles apenas alegam que o texto programado é melhor". E ele estava certo - todos eles apenas expressaram sua opinião sem fornecer nenhuma evidência. Recusei-me a imprimir o livro e, olhando para trás, acho que fiz a coisa certa. Agora, temos discos de computador projetados para fazer a mesma coisa que um “livro programável”, mas suspeito que o formato do disco tenha diferenças significativas, embora possam rastrear o caminho que você percorreu.

Examinamos o lado negativo do CAI. Agora vamos ao positivo. Não tenho dúvidas de que o ensino de aritmética chata, por exemplo, tabelas de adição e multiplicação, é melhor realizado por um computador do que por um professor, especialmente depois de incluir um programa simples para detectar erros e gerar mais exemplos, como a multiplicação por 7. Acho que em você concorda comigo Infelizmente, no futuro, esperamos que as empresas e outras grandes organizações recusem esse método de treinamento (os computadores lidam com isso melhor e mais barato), e a decisão de adotar essa abordagem dependerá inteiramente de você.

Agora considere o processo de treinamento de um piloto de avião em simuladores modernos. Os simuladores mostram bons resultados em comparação com qualquer experiência de vida e, como regra, durante o treinamento, os pilotos têm pouca experiência no treinamento de interações interativas. O vôo, em grande parte, e aponto isso, é um reflexo condicionado que é incorporado à pessoa no processo de aprendizado. Eles não pensam muito nisso, embora às vezes seja necessário, mas o treinamento físico e mental contribui para uma reação rápida e correta em caso de emergências imprevistas.

Parece-me que esse treinamento, no qual o reflexo condicionado é instilado em uma pessoa, é realizado muito bem pelos computadores. Aconteceu que na infância eu estava envolvido em esgrima. Não há tempo para pensar em um duelo, você deve agir rapidamente de forma reflexiva. De fato, um duelo geralmente é cuidadosamente planejado, mas no momento crucial é necessário agir sem demora no pensamento.

Quando cheguei à Escola de Pós-Graduação Naval, em 1976, o reitor do departamento trabalhava lá, preocupado com a educação. Em alguns tópicos importantes relacionados à educação, nossos pontos de vista eram diferentes. Um dia, cheguei ao escritório dele e disse que ensinava aos alunos o levantamento de peso (ele sabia que isso não era verdade). Eu disse aos alunos que apenas um que pudesse empurrar 250 libras passaria no exame do curso. Minhas palavras desencorajaram muitos alunos, e eles desistiram, alguns foram treinar e apenas alguns concluíram o curso com sucesso. Continuei minha história. Ontem à noite, pensei por um longo tempo e decidi simplificar a tarefa, simplesmente dividindo o peso pela metade. Considera-se que os alunos concluíram o curso se conseguirem levantar 125 libras, fixar o peso e, em seguida, levantar novamente as 125 libras restantes, totalizando 250 libras.

Esperei um pouco até ele parar de rir (como você fez), após o que notei quando encontrei uma prova mais simples do teorema e usei os alunos para isso, reduzi o peso pela metade ou não? Qual será a sua resposta? Não há verdade no fato de que quanto mais fácil facilitamos o processo de aprendizado para os alunos, mais reduzimos o peso pela metade? Não decorre daí que os alunos recebam tarefas mais fáceis para que trabalhem mais. A evidência da capacidade das pessoas de dar uma contribuição significativa nos leva à conclusão: o famoso professor era um péssimo professor e os alunos precisam trabalhar mais para estudar os assuntos por conta própria.

Novamente, proponho prestar atenção à regra:

O que você aprendeu de outras pessoas pode seguir.
O que você aprendeu, pode usar para liderar.

Até que ponto será correto comparar músculos físicos com músculos "mentais"? Certamente, esses dois tipos de músculos não são os mesmos, mas até quando serão considerados análogos? Pense sobre esta questão você mesmo.

Meu outro argumento no confronto com o mesmo reitor foi sua crença de que os alunos deveriam ter permissão para fazer cursos que estavam em sua área de responsabilidade. Em resposta a isso, respondi que a velocidade da aprendizagem desempenha um papel significativo para as organizações - ceteris paribus, os estudantes que dominam rapidamente o material têm maior valor do que aqueles que aprendem lentamente o material; Uma das tarefas do nosso trabalho foi justamente aumentar a velocidade do treinamento e destacar esses alunos para a sociedade. Novamente, essa é uma opinião, mas é certo que você não vai querer lidar com alunos muito lentos. É claro que a velocidade para aprender coisas novas não é tudo, mas me parece que esse é um elemento importante.

O principal problema na avaliação do valor do CAI é que não estamos prontos para dizer o que é uma pessoa educada e como estamos alcançando esse estado (se estivermos!). Podemos dizer o que fazemos, mas não é o mesmo que devemos fazer. Portanto, posso contar apenas mais algumas piadas.

Considere esta afirmação: um bom material gráfico fornece assistência significativa no estudo de conceitos básicos. Parece ótimo, mas vamos voltar à história que contei sobre meu amigo Kaiser. Ele, tendo estudado a teoria dos filtros em termos de tempo e voltagem, não conseguiu lidar com uma variável variável - energia. Deve-se notar aqui que Kaiser era uma pessoa muito inteligente, mas sua educação o limitava no que estudava. Quanto melhor implementamos a ideia com figuras desenhadas pelo professor, mais impedimos que o aluno depois espalhe idéias para áreas completamente novas nas quais o professor não pensou (e não foi estabelecido por ele nas figuras).

Deixe-me contar uma história sobre a chamada teoria da “transferência de treinamento” - a aplicação de idéias de um campo do conhecimento para as idéias de outro campo do conhecimento. No começo da Segunda Guerra Mundial, ministrei um curso de computação na Escola de Engenharia de Louisville.Os alunos tiveram problemas com um curso de termodinâmica, ministrado pelo reitor da Faculdade de Engenharia, ex-comandante de submarino, e também por estudantes assustadores. Com a permissão do reitor, decidi participar de uma lição para entender os motivos do mau desempenho do aluno. E assim o reitor escreve a seguinte fórmula no quadro:



e pergunta o que isso significa. Houve um silêncio na platéia, ninguém sabia a resposta. Algumas horas depois, em minha lição, escrevi no quadro



e os alunos já sabiam a resposta: era o logaritmo de x mais uma constante. Quando escrevi no quadro



os alunos souberam a resposta novamente. "Por que você não respondeu a essa pergunta na aula do reitor?", Perguntei aos alunos. O fato é que o que eles sabiam em uma classe em particular em uma hora específica de um professor em particular não se transferia para o conhecimento em outra hora em particular em outra classe de outro professor. Parece estranho, mas também é chamado de "transferência de aprendizado", ou seja, a capacidade de usar as mesmas idéias em uma nova situação. Graças a essa teoria, dei uma contribuição significativa ao desenvolvimento dos Laboratórios Bell Telephone, fiz isso com bastante frequência, embora, é claro, não saiba quantas chances perdi.

Voltemos agora ao meu curso de computação, que muitas vezes lecionei na Escola de Pós-Graduação Naval, embora esses pensamentos tenham se formado em mim muito antes disso. Os alunos são capazes de memorizar seus caminhos notavelmente através de um grande número de aulas de matemática, e muitos o fazem. Mas quando recorro à integração analítica (dou aos alunos uma função e pergunto a eles sobre sua integral indefinida), eles não conseguem se lembrar de seu caminho no curso em que os ensino. Eles devem aprender a reconhecer



em qualquer situação sem fim. Pela primeira vez em sua carreira, eles são forçados a aprender a reconhecer formas que não dependem de uma idéia específica, que por sua vez é a principal característica da matemática e da inteligência geral. Remover a integração analítica de um curso ou transferi-lo para rotinas de computador em sub-rotinas significa o colapso da ideia da fase de estudo, na minha opinião, algo significativo até que algo equivalente complexo seja inventado e implementado. Os alunos devem aprender técnicas abstratas de reconhecimento de imagem se quiserem avançar mais e usar modelos matemáticos ao longo de suas futuras carreiras.

Um erro muito semelhante foi cometido há muitos anos quando eu era estudante na Universidade de Chicago. O Departamento de Educação lançou uma escola primária para pesquisa. Eles descobriram que os alunos aprendem a ler por sílabas, em vez de letras, e então decidiram pular o aprendizado do alfabeto e começar a ler imediatamente. O que eles, de fato, fizeram. Tudo correu muito bem até o final do ensino médio, quando descobriram que os alunos não conheciam o alfabeto completamente e, portanto, não podiam usar dicionários, listas telefônicas etc. Na idade atual, era quase impossível fazer com que memorizassem o alfabeto para que pudessem usar facilmente essas fontes de informação. Portanto, desconfio das mudanças propostas, desde queaté que as conseqüências dessas mudanças sejam estudadas minuciosamente por meio de previsões de longo prazo de todos os requisitos necessários para que o material seja pulado.

Para resumir. Acredito que em situações de baixo nível, geralmente associadas ao treinamento, onde é necessário um reflexo condicionado, os computadores darão uma contribuição significativa para melhorar o processo de aprendizado. Quanto ao pensamento de alto nível, ou seja, Sou cético aqui, principalmente porque nós mesmos não temos idéia do que queremos fazer ou do que estamos fazendo atualmente. Agora, simplesmente não sabemos o que queremos dizer quando dizemos "pessoa instruída", sem mencionar o significado dessa expressão até 2020. Sem esse conhecimento, como posso julgar o sucesso das soluções propostas? Organizações e universidades devem explorar o vasto campo de conhecimento existente entre a educação de baixo nível e a de alto nível. Especialistas raramente fazem uma contribuição significativa para o desenvolvimento desta área,Progresso significativo geralmente vem de fora. Discutiremos isso com você no capítulo 26. O papel da CAI nas organizações que usam amplamente os programas de treinamento aumentará, pois o progresso leva à constante obsolescência dos antigos e à criação de novas ferramentas, geralmente mais tecnicamente difíceis de usar.

Considere programas de computador projetados para ensinar disciplinas como gerenciamento de negócios ou, ainda mais seriamente, assuntos militares. Os computadores podem realizar um grande número de pequenas tarefas, isolar o reprodutor e, ao mesmo tempo, fornecer soluções úteis e de alto nível. Também é necessário incluir alguns elementos do treinamento de baixo nível no processo, bem como o pensamento de nível superior. Conforme observado nos três capítulos dedicados à simulação, também precisamos saber se a simulação é adequada para resolver problemas futuros, para os quais, de fato, o treinamento é destinado. A presença e, possivelmente, a distribuição de programas de jogos levarão a uma deterioração na qualidade do treinamento? No entanto, você pode ter certeza de que, mesmo que as pessoas que oferecem esses programas não possam responder a essas perguntas,eles ainda criarão e anunciarão programas relevantes. Você pode ser vítima do aprendizado errado!

Algumas centenas de anos atrás, o ensino superior padrão consistia no ensino de leitura, escrita e latim falado, bem como, em menor grau, no ensino do grego e no conhecimento dos clássicos. Essa foi a formação básica com a qual os britânicos, por exemplo, criaram um império. Nosso sistema educacional atual tem muito, muito pouco em comum com o sistema clássico. Estou firmemente convencido de que a educação futura terá tão pouco em comum com o sistema educacional atual, na medida em que o sistema atual difere do sistema clássico. Uma tentativa de fazer pequenas alterações em nosso sistema educacional atual não ajudará a resolver o problema que enfrentamos ao preparar os alunos para 2020, quando os computadores de mesa se tornam igualmente acessíveis e têm enormes capacidades para armazenar e processar informações.Sem uma idéia clara de qual educação será relevante até então, como devemos avaliar os projetos de CAI propostos? Só porque algo pode ser feito, especialmente usando computadores, não significa que precisa ser feito. Precisamos criar uma visão do que uma pessoa educada será no futuro e só então poderemos abordar com confiança os problemas que surgem com a CAI.

Para ser continuado ...

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