Mindstorms

06 de Outubro de 2013

A tecnologia preenche o nosso quotidiano e é desde muito cedo que interagimos com equipamentos electrónicos que suscitam fascínio na descoberta das suas funções ou apenas na própria experiência de utilização/interacção. No entanto, as funções disponibilizadas são limitadas e o interlocutor é um agente passivo na interacção – apenas o que o dispositivo permite fazer é que pode ser descoberto. Após o encanto da descoberta inicial o dispositivo passa a ser apenas um novo meio de entretenimento¹ e o que acontece, perversamente, é que à medida que o uso desta tecnologia se torna mais e mais acessível, mais complexa é a tarefa de a entender, e logo, de a dominar².

O computador tornou-se gradualmente em mais um destes dispositivos. Mas um computador não é um dispositivo electrónico qualquer – é um instrumento da mais moderna tecnologia cujo domínio está ao nosso alcance. “O computador é o Proteus das máquinas. A sua essência é a sua universalidade, o seu poder é simular” (Papert, 1993). E dominar esta máquina é dominar a ciência que lhe está subjacente e a ciência (e arte) que se podem praticar na exploração dos seus mecanismos e do que eles permitem.

Em Mindstorms, Seymour Papert³ apresenta uma visão extraordinária de como estas máquinas podem ser usadas para estimular a aprendizagem, de como o computador pode ser “um veículo de ideias poderosas e da semente de uma mudança cultural, de como pode ajudar-nos a estabelecer uma nova relação com o conhecimento, transversal às áreas da ciência e das humanidades, quebrando barreiras que separam o nosso conhecimento sobre estas”. Faz-nos questionar a forma como estão estruturados os currículos escolares, como encaramos a aprendizagem e o que é possível aprendermos desde tenra idade⁴.

Este artigo é sobre esta visão radicalmente diferente do uso que se pode dar a um computador, sobre a LOGO e como o Magalhães⁵ pode ser uma oportunidade de novas formas de estimular o pensamento, o entusiasmo pelo conhecimento, de estimular novas formas de encarar como aprendemos e como ensinamos.

Matética

O termo é apropriado por Papert e pode definir-se etimologicamente (e por oposição a didáctica) como a arte de aprender⁶.

Papert contrapõe o uso dado hoje aos computadores em ambientes educativos, em que este é usado como um auxiliar de educação (o computador ensina a criança), a uma visão em que “a criança programa o computador e, ao fazê-lo, adquire simultaneamente um sentido de domínio sobre esta poderosa tecnologia e estabelece um contacto íntimo com algumas das ideias mais profundas da ciência, da matemática, e da arte de construção de modelos intelectuais”.

Numa interpretação pessoal sobre o trabalho de Jean Piaget⁷, com quem trabalhou durante cinco anos, Papert assume um modelo em que a criança “é o construtor das suas próprias estruturas de pensamento”, um tipo de aprendizagem que desenvolvemos individualmente ainda antes de entrarmos no sistema de ensino, numa fase em que aprendemos sem sermos ensinados: a andar, a falar, a interagir com os objectos que nos rodeiam… É o que Papert designa de “aprendizagem piageciana”.

É deste modelo, aqui apresentado de forma redutora, em conjunto com a observação do potencial apresentado pelo computador como máquina programável, permitindo “uma infinidade de actividades possíveis numa permanente descoberta que se reflecte numa descoberta dos próprios processos de pensamento”, que Papert desenvolve a LOGO, simultaneamente uma linguagem de programação e uma filosofia de educação.

LOGO: dialecto da ciência

Programar computadores é uma experiência estimulante: erra-se, chega por vezes a ser frustrante, mas conseguir que a máquina faça aquilo que queremos que ela faça (que a instruímos a fazer) é intelectualmente recompensador – é talvez o tal sentido de mestria sobre a tecnologia, que Papert refere, que induz no programador este sentimento de satisfação. É como se fosse um jogo, uma luta homem-máquina, mas um jogo em que a comunicação ocorre numa linguagem formal (uma linguagem de programação), que obriga o programador a pensar antes de dar instruções já que estas têm de ser precisas, estruturadas, sob pena de a máquina não as entender e, como tal, não obedecer às instruções que recebe. O computador é assim entendido metaforicamente como uma entidade que fala matemática.

A LOGO imaginada por Papert permite que a criança, mesmo em idade pré-escolar, programe um computador, fale com esta entidade matemática. É sua missão ensinar o computador a pensar e, ao fazê-lo, “a criança embarca numa exploração sobre como ela própria pensa”. O relevante é esta inversão – é a criança que fala com a máquina, que a instrui, não o contrário. Não é um jogo que a ensina, que a guia, é ela que aprende ensinando, tendo que dar instruções claras para atingir um objectivo que é, além do mais, pessoal.

Que linguagem (língua?) é adequada? Qual a melhor forma de uma criança dar instruções a uma máquina, que seja simultaneamente simples e expressivamente rica?

Papert desenvolve a LOGO durante um longo período (cerca de 10 anos) em que atende, por exemplo, às diversas críticas e cepticismos em relação ao computador na escola: por exemplo, o computador não deve ser uma entidade antropomórfica – não deve falar com a criança. O medo da mecanização do próprio pensamento, também apontado como um perigo da introdução do computador na escola é atendido quer na linguagem definida quer na abordagem proposta – é sugerido que se pense deliberadamente como uma máquina que opera passo a passo, mecanicamente.

Tarta-Geometria

Estabelecendo um paralelo com os diferentes estilos de geometria: o lógico/axiomático de Euclides, o algébrico/analítico de Descartes, Papert define um estilo computacional de geometria que designa de Geometria da Tartaruga. À semelhança do Ponto euclidiano, entidade fundamental caracterizada pela sua posição, estática (e de certa forma abstracta, e logo estranha, para os iniciantes nas artes matemáticas), na Tarta-Geometria a Tartaruga caracteriza-se também por uma posição. Só que esta posição é imediatamente tangível já que a Tartaruga é um elemento visual numa tela de computador e, vivendo num computador, é uma entidade dinâmica: possui uma direcção – em qualquer instante a Tartaruga está virada para uma determinada direcção –, pode mover-se (em frente) ou reorientar a sua direcção (rodar/virar). É uma entidade com que nos podemos identificar – estou aqui e estou virado para a frente, posso andar (em frente) ou virar-me para a direita – e é deste conjunto de propriedades que nasce a capacidade da Tartaruga para actuar como “um primeiro representante da matemática formal para a criança”. A fácil identificação com a Tartaruga permite algo de extraordinário: uma sintonia entre as propriedades desta e o conhecimento do próprio corpo e dos seus movimentos, que permite uma transposição natural do mundo conhecido para o mundo matemático, formal, da Geometria. Papert designa este fenómeno de aprendizagem sintónica – a movimentação da Tartaruga no ecrã, pintando os pontos por onde passa, desenhando figuras geométricas, está em sintonia com o conhecimento que a criança tem do seu próprio corpo e da sua movimentação no espaço (real, quotidiano).

A Tartaruga caminha em passos (10 passos, 100 passos, 3 passos, que em fases mais avançadas poderão ser identificados com unidades de medida típicas de um ecrã de computador). Para fazer a Tartaruga a mover-se para a frente 100 passos diremos, por exemplo, FRENTE 100 (ou, abreviadamente⁸, FR 100). Para fazer a Tartaruga virar-se noutra direcção, por exemplo rodar para a direita, diremos DIREITA 10 ou DIR 10 (estes 10 não são passos mas o movimento que fazemos quando rodamos sobre nós próprios – graus, em Tarta-Geometria, os mesmos que na geometria tradicional, e que em 360 unidades perfazem o círculo).

Um exemplo: como fazer a Tartaruga desenhar um quadrado? Partindo de um Estado Inicial em que a Tartaruga é representada por um triângulo isósceles, com a direcção facilmente identificada pelo vértice mais agudo, em Tartaruguês diremos:

FRENTE  100
DIREITA  90
FRENTE  100
DIREITA  90
FRENTE  100
DIREITA  90
FRENTE  100
DIREITA  90

Graficamente:

Parecendo simples, este exemplo está repleto de conceitos importantes: o ângulo recto, as propriedades fundamentais de um quadrado, a diferença de escala entre os passos humanos e os passos de Tartaruga, nenhum dos quais tem de ser explicitamente ensinado mas que são mateticamente interiorizados por via da experimentação e do retorno obtido pela movimentação da Tartaruga no ecrã em resposta aos comandos introduzidos.

Não é expectável que haja um entendimento inicial claro do que significam os 90 movimentos para a direita – embora não seja por acaso que representem o ângulo recto – nem que se consiga instruir a Tartaruga a desenhar um quadrado à primeira tentativa. Até chegar aqui há um caminho de descoberta e experimentação a fazer e é inevitável que nesse caminho a Tartaruga faça coisas inesperadas, decorrentes de um erro de instrução ou até de digitação (um bug no programa). Papert tem uma posição muito interessante sobre estes erros (e que faz parte da cultura do programador de computadores): na presença de um comportamento inesperado de um programa, a questão a colocar não é se o programa (o conjunto de instruções) está certo ou errado mas antes se/como é possível consertá-lo, o que está em contraste com a cultura educacional actual que penaliza o erro e que leva o aprendiz a sentir-se intimidado perante a possibilidade de errar. Num contexto LOGO o erro é entendido como um elemento motivador – “Que instrução foi mal entendida pela Tartaruga? Porquê? Como a posso corrigir?”.

Há também, na anterior sequência de instruções, uma repetição entediante de comandos. Como seria um programa para desenhar um pentágono → um hexágono → um heptágono… → um círculo?! A Tartaruga conhece comandos de repetição, é possível instruí-la a repetir determinada acção n vezes:

REPETE 4 [ <sequência de acções> ]

Voltando ao exemplo do quadrado, e conhecendo agora esta função de repetição, este poderia ser desenhado recorrendo a uma formulação mais sucinta:

REPETE 4 [ FR 100 DIR 90 ]

São muitas as construções (sintácticas) possíveis em Tartaruguês, numa escalada de sofisticação expressiva cujos construtores podem mesmo ser enriquecidos pelo seu interlocutor humano, algo que é tornado possível pela própria natureza do computador e das linguagens de programação. Determinadas sequências de instruções podem ser agrupadas em Funções ou Procedimentos que podem ser reutilizados no futuro, conjugados, parametrizados. Não é necessário estar sempre a repetir a mesma sequência de comandos sempre que queremos fazer a Tartaruga desenhar um quadrado. Podemos definir um procedimento QUADRADO que reutilizamos sempre que necessário:

DEFINE QUADRADO
  REPETE 4 [ FR 100 DIR 90 ]
FIM

Ou, para desenhar um quadrado de qualquer comprimento de lado que se pretenda:

DEFINE QUADRADO :LADO
  REPETE 4 [ FR :LADO DIR 90 ]
FIM

Quadrados, triângulos, rectângulos, círculos, todos estes construtores podem ser compostos, conjugados. O número de desenhos que se consegue fazer com combinações de figuras tem apenas o limite da imaginação do pequeno programador. No processo adquirem-se conceitos fundamentais da geometria, da matemática, exercita-se o pensamento estruturado e modular.

Micromundos

Podem existir diferentes tipos de Tartaruga, enriquecidas com diferentes atributos:

• Velocidade, aceleração: exploração das leis da física
• Dicionário: Tartarugas linguísticas, capazes de gerar conjugações verbais, procurar palavras que rimem com outras
• Som: Tartarugas musicais que sabem interpretar comandos-pautas e transformá-los em som

Em Mindstorms, Papert deixa-nos diversos exemplos interessantes: um poema gerado com palavras aleatórias, obviamente desconexo, que faz salientar a relevância das regras gramaticais; Tartarugas-Espelho, que reflectem as acções (desenhos) de outras e que possibilitam atractivos desenhos caleidoscópicos; uma reformulação das Leis de Newton, em Leis da Tartaruga, que permitem ao estudante formular uma noção qualitativa e intuitiva das duas primeiras leis:

1. Uma Tartaruga que está em repouso ficará em repouso até que um COMANDO DE TARTARUGA a faça mudar de estado.

2. a) O número de passos de um comando FRENTE corresponde à alteração do estado da Tartaruga por alteração do seu atributo POSIÇÃO.
   b) O número de passos de um comando DIREITA (ou ESQUERDA) corresponde à alteração do estado da Tartaruga por alteração do seu atributo DIRECÇÃO.

Em física, apenas a Força muda o estado de um objecto. O seu efeito é alterar a velocidade (ou o momento) do objecto. No Mundo da Tartaruga o seu estado é alterado via as suas duas propriedades, direcção e posição. Este contraste leva a um entendimento qualitativo da física de Newton mas é principalmente um veículo de conceitos fundamentais como os de Estado e de Operador que muda esse mesmo estado, conceitos não tão facilmente assimilados quando apenas se lêem as leis, abstractas, no papel.

É este o grande papel do computador na visão de Papert. Um instrumento de concretização de conceitos abstractos, via exemplos construídos, dinâmicos. O computador como instrumento de simulação, de experimentação, responde também a um problema pedagógico – o da construção de teorias individuais falsas (ou melhor, transicionais). Todos nós construímos teorias (hipóteses) sobre o mundo que nos rodeia, os eventos que ocorrem, e que nem sempre estão correctas, mas que fazem parte do processo de aprendizagem. São importantes porque fazem parte desse mesmo processo (interno, individual). O nosso sistema de ensino rejeita normalmente estas teorias transicionais, penaliza-as, o que está em desacordo com a forma como aprendemos. O próprio processo científico é feito de hipóteses que podem revelar-se falsas. No entanto, no caminho cimentam-se conceitos, formulam-se novas hipóteses, aprende-se. Na LOGO o Erro não é penalizado – é parte integrante do processo que faz de nós melhores aprendizes, pensadores.

Tecnicalidades

Tecnicamente a LOGO é um dialecto de Lisp. Estamos nos anos finais de 60 e o seu maior período de desenvolvimento ocorre durante as próximas duas décadas, um período em que o Lisp é o expoente máximo da expressividade, da computação simbólica, das ciências da computação – domina nos meios académicos, na computação algébrica, na inteligência artificial e pouco tempo depois até nas primeiras startups da era da internet. Atendendo às características de ambas as linguagens este paralelismo continua actual.

LOGO, hoje

Quão actual é a LOGO? Quão pertinente é a LOGO nos dias de hoje? Tanto ou mais do que há 30 anos atrás – a evolução tecnológica trouxe-nos uma cultura cibernética que se enraíza via utilização massiva de dispositivos, redes sociais, troca instantânea de mensagens, etc., num frenesi que mal nos dá tempo para escutar o nosso próprio pensamento. Usamos tecnologia que não dominamos, que se torna cada vez mais intangível. O conhecimento tecnológico torna-se assim um imperativo para o homem moderno, que tem de entender este mundo que o invade sob pena de se tornar num mero produto digital cujas acções são objecto de análise por máquinas, as mesmas que alimentam o seu entusiasmo ciber-social. O domínio da tecnologia é assim um aspecto crucial para pessoas e nações. Mas não quero relegar a principal função da LOGO, ao mesmo tempo linguagem de programação e filosofia de ensino. E essa função é a de prover mecanismos de experimentação de conceitos abstractos, no domínio da ciência, das artes, da linguística, que trazidos para uma máquina capaz de os materializar, simular, potencia a capacidade de apreensão desses mesmos conceitos.

Existem hoje ambientes de programação visual que derivam dos primeiros LOGOS: Scratch, Alice, Etoys, Kodu⁹… Existem também livros e sítios que pretendem ensinar as crianças a programar. O espírito da LOGO, no entanto, parece não ter ultrapassado uma barreira invisível que impede que os seus princípios (matéticos) tenham vingado. Há por um lado uma infantilização destes ambientes de programação e, por outro, uma sofisticação tecnológica excessiva – tudo é conseguido com cliques de rato; os ícones, as bibliotecas de imagens, são compostas de atractivos gráficos, coloridos, pueris, factores que acabam por desviar a atenção do que é fundamental e que é o processo de construir coisas (visuais, atractivas também, porque não) por via de conjuntos de instruções que obrigam a uma articulação da linguagem, a uma estruturação em texto que se transforma em imagens, sons, novo texto, movimento.

Por outro lado, os LOGOs existentes padecem de diversos problemas:

• Antiguidade: muitos pararam no tempo. Existindo ainda versões disponíveis estão muitas vezes desactualizadas face ao imparável desenvolvimento das plataformas computacionais (sistemas operativos, ambientes gráficos, etc.) Mesmo assim persistem alguns projectos, notavelmente o LOGO da Universidade de Berkeley, uma versão de código-aberto do professor Brian Harvey¹⁰.

• Língua: na sua grande maioria são desenvolvidos tendo como base o inglês; a adaptação a outras línguas é normalmente conseguida por dedicação de um ou outro interessado/curioso não parecendo sustentada num critério científico: do FORWARD inglês temos as variantes FRENTE e PARAFRENTE – qual a mais correcta na perspectiva de quem aprende a instruir uma máquina em português? Deve, por exemplo, existir uma consistência na definição e uso das categorias gramaticais usadas para a definição de comandos/instruções?

• Preço: a única versão de um LOGO aparentemente actualizada parece ser a da LCSI¹¹ e que tem origem, aliás, no LOGO original desenvolvido no MIT, mas que é paga – entre $49 e $139, na versão norte-americana, para uma licença individual. As versões para Português (do Brasil) e para Espanhol parecem ter desaparecido.

Pode criar-se um LOGO português? Para a comunidade de língua portuguesa? Claro que sim. Os desafios são muitos e multidisciplinares: há aspectos linguísticos, técnicos, psicológicos, que têm de ser estudados e experimentados; implementados e implantados. O maior desafio, no entanto, é a interiorização da visão de Seymour Papert – a do uso do computador como um veículo de ideias poderosas, uma ponte para o mundo do conhecimento que é adaptada a cada indivíduo, construída por ele próprio.

Referências

1. Papert, S. (1993), Mindstorms: Children, Computers, and Powerful Ideas. Basic Books, New York.

Notas