KANAKAPURA, Karnataka, Índia – Nesta escola de cinco salas cercada por coqueiros, o professor Ravindra K. Nagaiah tem hoje uma surpresa para sua aula de ciências do 7º ano.
O tema do dia é “Ácidos, Bases e Sais”. Juntamente com o fornecimento habitual de tiras de tornassol, ácido clorídrico e bicarbonato de sódio, Ravindra preparou pequenos copos de suco de flor de hibisco e de limão. Os alunos se aglomeram em volta da mesa para observar um deles misturar limão com suco de hibisco. A solução fica verde, indicando acidez. Outro aluno mistura bicarbonato de sódio e suco de hibisco, que fica rosado.
Quem diria, crianças, que o suco de hibisco era um indicador natural de pH?
Ravindra tirou a ideia da atividade do copiloto Shiksha, um assistente digital generativo de IA que elabora planos de aula – incluindo atividades, vídeos e questionários – em minutos. O software está sendo desenvolvido com a Fundação Sikshana, sem fins lucrativos, e testado em inglês, bem como no idioma local kannada, por 30 professores em 30 escolas no estado de Karnataka, com professores relatando resultados promissores.
O antigo método de giz e quadro negro não é mais suficiente. O tempo economizado por Shiksha, estou gastando com as crianças.
Ravindra K. Nagaiah, mestre de escola pública
O copiloto Shiksha faz parte do Projeto VeLLM, plataforma da Microsoft Research India para desenvolver copilotos de IA generativos especializados que são acessíveis a todos, desde professores a agricultores e proprietários de pequenas empresas. “Shiksha” significa “educação” em sânscrito.
Ele é baseado no Microsoft Azure OpenAI Service e combinado com o currículo escolar e os objetivos de aprendizagem dos alunos. O Azure Cognitive Service é usado para incorporar o texto nos livros didáticos, incluindo como o conteúdo é organizado.
Com o copiloto Shiksha, os pesquisadores esperam que os professores de escolas públicas indianos que estão sobrecarregados possam em breve ter uma pausa – e os seus alunos possam desfrutar de aulas mais animadas e ricas.
Do ponto de vista do professor, o maior benefício é a economia de tempo na preparação para as aulas. Ravindra, que ensina ciências e matemática na Escola Primária Superior Governamental Venkatarayanadoddi há 15 anos, diz que costumava gastar até 40 minutos colocando a caneta no papel para escrever um único plano de aula. “Agora podemos ter uma nova aula em 10 minutos”, disse ele.
Nesta escola de cinco professores e 69 alunos, cujos pais cultivam principalmente mangas ou criam bichos-da-seda para viver, os recursos podem ser escassos. Então, Ravindra modifica o plano conforme necessário. Se ele não tiver os materiais necessários para uma atividade sugerida, ele pede outra ideia ao copiloto Shiksha, especificando o que ele tem em mãos. Se um vídeo for muito longo, ele pede um mais curto. Ele também pode modificar tarefas e fazer perguntas.
“O antigo método de giz e quadro negro não é mais suficiente”, disse Ravindra. “O tempo economizado por Shiksha, estou gastando com as crianças.”
Turmas grandes
Criar planos de aula sempre foi um trabalho árduo. Um professor começa com a grade curricular do governo, geralmente livros didáticos, e depois cria uma com base nos recursos da escola, na composição dos alunos e na capacidade e experiência do próprio professor. Se isso não for difícil o suficiente, tente agora captar a atenção de uma geração alimentada pelas redes sociais e pelos vídeos online.
Aqui, os professores também enfrentam turmas maiores do que em outros lugares. Nas escolas primárias indianas, há um professor para cada 33 alunos, contra a média mundial de 23, segundo dados de 2020 da UNESCO. Na China, a proporção é de 1:16; no Brasil é 1:20 e na América do Norte é 1:14.
Na Índia, à medida que as pessoas se deslocam das aldeias para as cidades, o tamanho das turmas urbanas pode aumentar para entre 40 e 80 alunos, de acordo com a Fundação Sikshana, sediada em Bengaluru.
Ao longo dos anos, isso levou até pessoas com rendas mínimas a recorrer a empréstimos para enviar os seus filhos para escolas privadas, disse o CEO Prasanna Vadayar.
Vadayar cresceu em Karnataka e mudou-se para os EUA para fazer mestrado em engenharia da computação na Texas A&M University antes de iniciar um negócio de software de sucesso em Austin, Texas. Ele retornou à Índia para chefiar o Sikshana em 2007, durante um período sabático, onde reside até hoje.
A missão da Fundação Sikshana é reverter o cenário atual das escolas públicas, aumentando a qualidade da educação – de forma permanente. “Quando as pessoas me perguntam por que entrei para Sikshana”, disse Vadayar, “eu digo a eles ‘para encerrar isso’”.
Sikshana é conhecida pelas suas intervenções eficazes e de baixo custo que podem ser adotadas pelo governo. Atualmente funciona em seis estados da Índia, abrangendo 50 mil escolas e impactando três milhões de estudantes.
O seu projeto Prerana, por exemplo, oferece oportunidades para os alunos serem líderes entre seus pares e recompensa os alunos por pequenas conquistas diárias, desde a frequência regular ao bom desempenho acadêmico e esportivo. Os alunos recebem estrelas brilhantes de papel alumínio colorido que podem colecionar e prender com alfinetes em suas camisas, além de adesivos coloridos indicando as lições aprendidas. As crianças ficam motivadas e os pais podem ver facilmente o que seus filhos alcançaram.
O Prerana foi adotado pelo governo de Karnataka em 2018 e implementado em todo o estado.
Há alguns anos, Vadayar percebeu como os professores estavam atolados na preparação das aulas e tentaram encontrar uma solução, mas desistiram, aguardando a tecnologia certa. No início de 2023, quando a Microsoft Research India bateu à porta com o copiloto Shiksha, Vadayar lembra-se de ter pensado: “Boom!”
IA generativa para as massas
Na Microsoft, a Sikshana encontrou um parceiro com a solução tecnológica que procurava. Em Sikshana, a Microsoft encontrou um caminho para testar a solução nas escolas e, esperançosamente, para a adoção em massa, possivelmente fora da Índia.
“Este é um problema global”, disse Vadayar. “O ecossistema de aprendizagem não é capaz de acompanhar a tecnologia na sala de aula e os professores não são capazes de manter o ritmo de aprendizagem. As crianças esperam algo mais.”
Akshay Nambi e Tanuja Ganu são pesquisadores do copiloto Shiksha na Microsoft Research India e trabalharam em estreita colaboração em outros projetos.
“Há um ano, queríamos ver como poderíamos aplicar GenAI para resolver problemas do mundo real em escala populacional”, disse Ganu. Nambi acrescentou: “O copiloto Shiksha é um veículo de pesquisa para entendermos como os usuários os usam e obter feedback para melhorar a experiência geral do copiloto”.
As ferramentas de IA generativa são construídas em grandes modelos de linguagem (LLMs) que sintetizam grandes quantidades de dados para gerar texto, código, imagens e muito mais. Mas os resultados podem ser imperfeitos. Nos últimos meses, os investigadores têm procurado melhorar a precisão adicionando conhecimentos de domínios específicos – neste caso, o currículo educacional do estado de Karnataka.
A recuperação de informações dessa base de conhecimento reduz o risco de erros, disse Nambi. Essa informação é então trazida para o LLM que gera o plano de aula. O copiloto é multimodal, o que significa que inclui imagens e vídeos, além de texto, e extrai vídeos disponíveis publicamente na Internet. Por fim, os filtros de conteúdo do Serviço Azure OpenAI e os prompts integrados impedem a entrada de conteúdo impróprio, por exemplo, questões raciais ou relacionadas a castas. Apesar de tudo, o professor é o “especialista no circuito”, disse Nambi, e os alunos não têm contato direto com o copiloto Shiksha.
No final de dezembro de 2023, a Fundação Sikshana entrevistou os professores sobre sua experiência com Shiksha. Cinco eram de escolas urbanas e 25 de escolas rurais. A maioria ensinava em kannada, com apenas seis ensinando em inglês.
A maioria dos entrevistados disse que o copiloto Shiksha reduziu a preparação do plano de aula de uma hora ou mais para entre 5 e 15 minutos e 90% disseram que só precisavam fazer pequenas modificações, se houver, nos planos gerados. Cada professor gerou em média três a quatro planos de aula por semana.
“Todas as aulas estão começando a ficar animadas”
Para o pequeno grupo de professores que está testando o sistema, ele já está fazendo a diferença.
A Escola Primária Superior do Governo Basavanahalli, na cidade de Nelamangala, nos arredores de Bengaluru, é um edifício em forma de L pintado de laranja e verde limão, com um pátio empoeirado onde os alunos do primeiro ao oitavo ano se reúnem e brincam. A escola tem 13 professores, 438 alunos e turmas médias de 30 pessoas.
A professora de ciências e matemática Mahalakshmi Ashok, que tem testado o copiloto Shiksha, diz que isso liberou tempo para ela adicionar atividades nas aulas.
Sentada na sala de reuniões dos professores, onde as paredes estão repletas de retratos de personalidades de Karnataka, Mahalakshmi liga seu laptop e abre o copiloto Shiksha.
A primeira página é uma série de campos com menus suspensos: ela seleciona quadro educacional, médio (inglês ou kannada por enquanto, com outros idiomas locais por vir), turma, semestre, disciplina (atualmente inglês, matemática, ciências sociais e ciências) e tópico.
Ela escolhe Ciência, digita “Sistema Circulatório” e seleciona Duração: 40 minutos. Instantaneamente, o copiloto Shiksha gera um plano de aula – com a opção de gerar PDF, slides em PowerPoint ou apostila – junto com sugestões de atividades, vídeos e avaliação. Após cada subseção, há uma escolha de três emojis para avaliar o que foi gerado.
No passado, disse Mahalakshmi, ao ensinar o sistema cardiovascular, ela poderia ter desenhado o diagrama de um coração no quadro e falado sobre sua função. Recentemente, ela tentou uma nova atividade sugerida pelo copiloto Shiksha. Cada aluno colocou um dedo no pulso e mediu as batidas por minuto. Eles compararam os resultados e discutiram porque alguns podem ter batimentos cardíacos mais rápidos ou mais lentos do que outros.
Uma atividade sugerida pelo copiloto – um laboratório de tipagem sanguínea – estava fora de questão. Mas outra atividade – medir a pressão arterial – pode ser possível. Mahalakshmi acha que pode trazer de casa um medidor de pressão arterial na próxima vez para as crianças experimentarem.
“Obviamente, eles gostam desses experimentos”, disse Mahalakshmi, que leciona há 20 anos e é o atual diretor interino da escola. “Cada aula está ficando ainda mais animada. O aprendizado ficou mais fácil.”
Numa recente aula de ciências sobre “Separação de Substâncias”, ela trouxe pequenos sacos de arroz, trigo, areia e água para ilustrar a lição. A turma do 6º ano, com uniforme todo branco e as meninas com cabelos presos em tranças, já conheciam os conceitos. Eles gritaram em uníssono enquanto Mahalakshmi fazia os movimentos: “Escolha a dedo! Separe o joio do trigo! Sedimente! Filtre!” e assim por diante.
Questionada se já havia ensinado assim antes, ela disse “Não”, inclinou a cabeça e acrescentou: “Porque estou tendo mais tempo, não?”
Além dos planos de aula
A próxima fase é expandir o piloto para 100 escolas até o final do ano letivo em março, disse Smitha Venkatesh, diretora de programas da Fundação Sikshana. A partir de abril, a equipe começará a selecionar os planos de aula com melhor classificação, para que os professores possam modificar os planos existentes em vez de criar novos.
Smitha, que ingressou na Sikshana há 11 anos, depois de estudar e trabalhar nos EUA, disse que passou a compreender os inúmeros desafios que os professores enfrentam.
“Há a percepção de que as escolas públicas não são boas”, disse ela. “Mas reconhecemos que os professores estão fazendo muito mais do que apenas ensinar. Não apenas certifique-se de que os alunos aprendam, mas também certifique-se de que eles recebam seus uniformes, certifique-se de que tenham suas refeições, realizem censos, etc. O copiloto Shiksha pode ajudar os professores a entregarem melhor dentro dos limites de tempo.”
Talvez no futuro, o copiloto Shiksha também possa ajudar em outras tarefas, como agendar aulas ou acompanhar o aprendizado, disse Smitha. Talvez também possa ajudar os alunos que estão com dificuldades.
“A IA é emocionante, sim”, disse ela. “Mas, no final das contas, isso pode ajudar o professor e a criança?”
Imagem em capa: Professor Ravindra K. Nagaiah em sua aula de ciências para a 7ª série na Escola Primária Superior do Governo Venkatarayanadoddi em Kanakapura, estado de Karnataka, Índia. Foto de Selvaprakash Lakshmanan para Microsoft.