Claudia Akemi Izeki, José Carlos de Andrade Soares

Transcrição

1 Estímulo à Capacidade de Resolução de Problemas através de uma Metodologia de Aprendizagem Significativa em Jogos e Animações Digitais: Uma Experiência em um Projeto de Extensão Claudia Akemi Izeki, José Carlos de Andrade Soares Universidade Federal de Itajubá Campus Avançado de Itabira claudiaizeki@unifei.edu.br, jandradesoares@gmail.com Abstract. This work aims stimulating and improving the ability of students to solve problems using a computational environment playfulness, which also stimulates other learning skills, such as creativity, collaboration and autonomy. To achieve this goal, were passed basic programming concepts and animation using previous organizers, which are meaningful learning techniques. For the application of these techniques was carried out with an extension course high school students of a public school. The main results are the planning of lessons and tutorials designed and developed to promote meaningful learning. Resumo. O objetivo principal deste trabalho foi estimular e melhorar a capacidade de resolução de problemas de alunos usando um ambiente computacional lúdico, que também estimula outras competências de aprendizagem, como a criatividade, autonomia e colaboração. Para atingir esse objetivo, foram trabalhados conceitos básicos de programação e de animação utilizando-se organizadores prévios, que são técnicas de aprendizagem significativa. Para a aplicação dessas técnicas foi realizado um curso de extensão com alunos do ensino médio de uma escola pública. Como principais resultados estão o planejamento das aulas e os tutoriais elaborados e desenvolvidos visando à aprendizagem significativa. 1. Introdução Uma das teorias de aprendizagem amplamente estudadas e aceitas é a teoria construtivista de aprendizagem significativa de David Ausubel [Moreira & Masini 2006; Novak & Cañas 2009], que propõe que a tarefa de aprendizagem deve relacionar uma nova informação a outros conceitos relevantes já existentes na estrutura cognitiva. Essa teoria ajuda a explicar e a entender como as pessoas aprendem e constroem sua estrutura cognitiva. Um dos recursos instrucionais potencialmente facilitadores da aprendizagem significativa são os organizadores prévios [Moreira 2008] que, elaborados corretamente, conseguem manipular a estrutura cognitiva tornando-a mais capaz de assimilar e reter informações subsequentes. Os organizadores prévios são materiais instrucionais utilizados antes dos materiais de aprendizagem em si, em um nível mais elevado de abstração, generalidade e inclusividade.

2 Segundo a organização americana Partnership for 21st Century Skills [Partnership for 21st Century Skills 2003], são listadas várias competências de aprendizagem importantes do século XXI, como a capacidade de resolução de problemas, pensamento crítico, comunicação, colaboração e criatividade. Atualmente, uma ferramenta computacional criada e lançada pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) que apoia e promove o desenvolvimento dessas competências de aprendizagem é o Scratch. O Scratch [Resnick et al. 2009] é um ambiente de programação destinado à criação de jogos simples, animações e histórias interativas que podem ser compartilhados através de um site do próprio instituto. A programação é realizada com blocos gráficos coloridos que se conectam como se fossem peças de brinquedos de blocos de montar. Um crescente número de escolas ao redor do mundo e ainda algumas universidades, incluindo Harvard e a Universidade da Califórnia, utilizam o Scratch como primeira linguagem de programação. Entretanto, é fato na comunidade acadêmica de computação que o aprendizado de algoritmos e programação é um problema em muitos colégios e universidades. Assim, para a obtenção de uma aprendizagem significativa, serão empregadas estratégias instrucionais da teoria de David Ausubel como os organizadores prévios. O objetivo principal deste trabalho foi estimular e melhorar a capacidade de resolução de problemas de adolescentes utilizando um ambiente computacional lúdico, que também estimula outras competências de aprendizagem, como a criatividade, autonomia e colaboração. Para atingir esse objetivo, foram elaborados tutoriais com conceitos básicos de programação e de animação como estruturas de controle, variáveis, sprites e palcos, além de utilização de mídias. Assim, outro objetivo foi a aprendizagem de conceitos básicos de programação utilizando-se técnicas da aprendizagem significativa. Para a aplicação dessas técnicas foi realizado um curso de extensão com alunos do ensino médio de uma escola pública do município mineiro de Itabira. 2. Revisão da Literatura 2.1. Aprendizagem Significativa e Organizadores Prévios Uma das teorias de aprendizagem mais aceitas no mundo, sendo tema de inúmeras dissertações e teses de doutorado, é a aprendizagem significativa [Moreira & Masini 2006; Novak & Cañas 2009], que propõe que a tarefa de aprendizagem deve relacionar uma nova informação a outros conceitos relevantes já existentes na estrutura cognitiva. Por estrutura cognitiva entende-se o conhecimento existente de um indivíduo. David Ausubel foi um dos pioneiros no desenvolvimento dessa teoria, que ajuda a explicar e a entender como as pessoas aprendem e constroem sua estrutura cognitiva. Contrastando com a aprendizagem significativa, Ausubel define aprendizagem mecânica ou simples memorização como sendo a aprendizagem de novas informações com pouca ou nenhuma relação a conceitos relevantes existentes na estrutura cognitiva. Não há interação entre a nova informação e aquela já armazenada, o que dificulta a retenção. Na Figura 1 são apresentados os conceitos e proposições acerca da aprendizagem.

3 Figura 1 - Conceitos chave e proposições a respeito de aprendizagem. Fonte: Novak e Cañas (2009). Vale ressaltar que a experiência cognitiva não se restringe à influência direta dos conhecimentos já aprendidos sobre a nova aprendizagem, mas pode abranger modificações significativas na estrutura cognitiva preexistente. Os conceitos mais relevantes e inclusivos interagem com a nova informação funcionando como ancoradouro, ou seja, assimilando o novo material e, ao mesmo tempo, modificando-se em função dessa ancoragem [Moreira 2008]. Voltando à aprendizagem mecânica versus significativa, se a primeira é preterida à segunda, como aplicar a aprendizagem significativa quando não há conhecimento que possa servir de ancoradouro? Segundo Ausubel, 2000 apud Moreira (2008, p. 2), podem-se utilizar organizadores prévios que servem de ancoradouro provisório para a nova aprendizagem. O uso de organizadores prévios é uma estratégia elaborada pelo educador onde o conteúdo é apresentado de forma a manipular a estrutura cognitiva para que o novo conceito seja formado a partir de conceitos já existentes. Segundo Moreira (2008), organizadores prévios são materiais introdutórios apresentados antes do material de aprendizagem, cuja principal função é a de servir de ponte entre o que o aprendiz já sabe e o que ele deveria saber a fim de que o novo material pudesse ser aprendido de forma significativa. A estratégia procura apresentar o novo conceito a partir de sua idéia mais geral e depois ir detalhando-o, retornando ao conceito geral sempre que possível. Segundo Moreira e Masini (1982), organizadores prévios podem ser de dois tipos: expositório, quando o material a ser aprendido for totalmente não familiar, ou comparativo, quando se trata de aprendizagem de material relativamente familiar, sendo usado para integrar novas ideias com conceitos similares existentes na estrutura cognitiva. O interesse por organizadores prévios, segundo Rodrigues Júnior, 2002 apud Jesus e Silva (2004, p. 7) deve-se ao fato de ser uma das estratégias de ensino mais pesquisadas, por ter sólida fundamentação teórica, pela simplicidade, elegância e pela

4 vasta aplicação no ensino. Nos trabalhos de Jesus et al. (2004), Moreira (2008) e Pimentel e Omar (2008) são apresentados vários exemplos de organizadores prévios nas áreas da matemática, física, psicologia e computação Ambientes de programação para desenvolvimento da capacidade de resolução de problemas Como resultado de uma discussão iniciada em uma sessão do Simpósio sobre Educação em Ciência da Computação da ACM (Association for Computing Machinery) no ano de 2010, Utting et al. (2010) apresentaram três ambientes não proprietários que têm por objetivo suportar a aquisição de desenvolvimento de conceitos computacionais como a resolução de problemas e a programação: Alice, Greenfoot e Scratch. Todos esses três sistemas permitem ao usuário escrever programas sobre temas de seus interesses (estórias, jogos, simulações) em contraste à programação convencional, que utiliza exemplos clássicos como a geração de números primos ou a ordenação de uma lista de números. Todos eles focam na resolução de problemas, introduzindo o usuário na programação e incentivando que estudantes ingressem em cursos de computação. Além disso, esses sistemas eliminam várias dificuldades aos estudantes, embora de diferentes formas. Alice e Scratch removem questões de sintaxe. Greenfoot fornece um framework que torna possível iniciar com um código pequeno sem ter que construir uma aplicação Java do zero. Entretanto, a sintaxe da linguagem Java se torna um problema para muitos usuários. O ambiente computacional escolhido neste trabalho foi o Scratch por possuir mais facilidades em seu uso e vários relatos de sucesso com a ferramenta como descritos em Cristóvão (2008), Machado et al. (2010) e Bini e Koscianski (2009). Além disso, existe uma comunidade na Internet o ScratchEd ( iniciativa do grupo criador do Scratch, na qual educadores compartilham histórias, trocam recursos e tiram dúvidas. 3. O Projeto de Extensão A Universidade Federal de Itajubá Campus Itabira, em parceria com uma escola da rede pública, desenvolveu um projeto de extensão cujo objetivo principal foi estimular e melhorar a capacidade de resolução de problemas de seus alunos, utilizando o ambiente computacional lúdico Scratch na criação de jogos e animações digitais. O projeto de extensão foi executado no decorrer de seis meses: dois para o planejamento das aulas do curso, três para a realização das aulas e um para a finalização do projeto, incluindo análises e reflexões. É importante apresentar as responsabilidades da escola e da Universidade: coube à coordenação pedagógica da escola a seleção dos alunos e o acompanhamento de seus desempenhos; coube à professora da Universidade coordenadora do projeto juntamente com o discente orientado o planejamento das aulas e a elaboração de materiais, além da definição das formas de avaliação.

5 3.1. Perfil dos alunos A coordenação pedagógica da escola selecionou dezoito alunos para participarem do curso de extensão. Através de um questionário, foram levantadas as seguintes informações: Todos cursavam o primeiro ano do ensino médio, com idades entre 14 e 15 anos, sendo metade de cada sexo; Todos tinham conhecimentos básicos de informática, como criar documentos de texto e planilhas e navegar na Internet; Nenhum dos alunos trabalhava e declararam possuir cerca de 3 horas livres por semana para realizarem as atividades propostas no curso; Apenas quatro alunos não possuíam computador em casa, quatro possuíam computador sem acesso à Internet e dez possuíam computador em casa com acesso à Internet; Nenhum aluno possuía qualquer conhecimento em programação de computadores. É importante salientar que nem todos os alunos possuíam interesse na criação de jogos e animações digitais (apenas cinco alunos declararam possuir tal interesse) e nem todos possuíam boas notas. A coordenação pedagógica da escola assumiu essa posição na tentativa de melhorar o rendimento escolar desses alunos. Dois deles eram muito tímidos, possuíam pouca autoestima e sofriam bulling na escola. 3.2 Planejamento das aulas Na Tabela 1 é sintetizado o planejamento das aulas, juntamente com o problema proposto e os organizadores prévios. Foram planejados nove encontros de quatro horas cada e foram desenvolvidos cinco tutoriais, sendo que o quarto e o quinto deveriam ser trabalhados em dois encontros seguidos devido à sua complexidade. Cada tutorial foi elaborado apresentando-se, primeiramente, o problema a ser resolvido, e depois as estruturas de programação necessárias para a sua resolução. Ou seja, primeiro houve a tentativa de motivar os alunos para ocorrer o posterior aprendizado das ferramentas necessárias. Nesse planejamento foram utilizados problemas familiares aos alunos para que fosse possível utilizar organizadores prévios do tipo comparativo. Os tutoriais também traziam exercícios de fixação e uma atividade avaliativa desafiadora para os grupos realizarem em casa, que exigiam dedicação e pesquisa. Antes de cada encontro o material correspondente era disponibilizado no site da disciplina para o suporte das atividades em sala e estudos posteriores. Os tutoriais podem ser encontrados em: Foi criado um site para o curso de extensão, onde todos os materiais, notas, testes e informações necessárias foram postados. Assim, foi utilizado o Google sites, que permite disponibilização de documentos e criação de formulários de forma rápida e simples. O site está disponível no endereço

6 Tabela 1. Objetivos de cada aula com seus problemas e organizadores prévios Aula / Tutorial Objetivos Problema utilizado Organizadores prévios 1 / 1 Apresentar o curso, os professores e os alunos; Apresentar o software Scratch; Utilizar estruturas sequenciais e de repetição. 2 / 2 Adicionar e editar sprite 1 ; Obter dados via teclado; Utilizar variáveis, operadores relacionais, estruturas condicionais e de repetição, além de validar dados de entrada. 3 / 3 Adicionar e editar palco; Mudar traje de sprite; Enviar e receber mensagens com os comandos anuncie e ouça ; Utilizar operadores lógicos e estruturas condicionais compostas encadeadas. 4 e 5 / 4 Inserir mais de um sprite no jogo; Animar o fundo do palco; Entender plano cartesiano; Movimentar personagens no plano cartesiano; Utilizar variáveis globais e locais; Utilizar sensores de toque por cores; Utilizar os comandos apareça e desapareça ; Utilizar o comando de sorteio de números e o de deslizamento; Entender direção (direita, esquerda, para baixo e para cima). Animação de um personagem caminhando na tela por um número finito de passos. Aplicação que contém um personagem que interage com o usuário, perguntando seu nome e sua idade e dizendo se é mais velho, mais novo ou possuem a mesma idade. Enquanto o usuário digitar idade inválida, pedi-la novamente. Aplicação que contém um personagem que pede ao usuário uma data comemorativa (dia e mês). Caso a data exista no sistema, altera-se o fundo do palco e o personagem muda de traje. Jogo que simula uma nave no espaço sideral controlada pelo usuário. No início do jogo, a nave possui n vidas e deve se esquivar de mísseis e bombas. Quando atingida, sua vida é decrementada em uma unidade. Discussão sobre os movimentos humanos como o caminhar. Uso da ferramenta Paint; Discussão do conhecimento lógico para saber se uma pessoa é mais velha, mais nova ou possuem a mesma idade. Discussão de algumas datas comemorativas e da cadeia de opções de datas, incentivando o raciocínio dos operadores lógicos E e OU. Discussão de plano cartesiano (eixos X e Y); Jogar algum jogo de esquivamento de obstáculos. 6 Avaliar a interação e a capacidade de resolução de problemas em grupo. 7 e 8 / 5 Ensinar conceitos de camadas; Reforçar os conceitos anteriores; Avaliar o curso pelos alunos. 9 Apresentar todos os desafios resolvidos pelos alunos. Dois problemas que usam todos os conceitos aprendidos em sua resolução. O primeiro problema consiste, basicamente, em perguntar ao usuário as horas, mudando o traje do palco para dia, tarde ou noite. O segundo problema consiste em pedir ao usuário que adivinhe um número de 0 a 10. Jogo simples análogo ao PacMan, que consiste em um personagem comer todas as comidinhas sem se esbarrar em outro personagem. Discussão sobre faixas de horários que compreendem a manhã, a tarde e a noite. Jogar o game do PacMan. 1 Sprite é um personagem do jogo ou animação.

7 3.3. Realização do curso de extensão O curso de extensão foi ministrado no período de agosto a outubro de 2011, as aulas ocorreram em nove sábados, com carga horária total de 36 horas, sendo 4 horas de duração em cada encontro. Cada aula era ministrada por um professor com a ajuda de dois monitores e a turma foi formada por 18 alunos de uma escola pública mineira de Itabira. Na primeira aula a turma foi dividida em seis grupos compostos por três componentes. A divisão ficou a critério dos próprios alunos, eles já se conheciam, por isso puderam formar as equipes com integrantes com maior afinidade. A avaliação dos alunos se deu através de cinco testes, uma avaliação e três desafios. 4. Resultados Obtidos e Análise A avaliação do desempenho dos alunos no curso se deu da seguinte forma: I. Cinco testes teóricos e analíticos realizados após cada aula, individuais, com consulta e com questões abertas e de simples escolha, cada um valendo 20 pontos, realizados online usando o recurso de formulário do Google Docs. O objetivo foi permitir que cada aluno fixasse os conceitos de cada aula para serem usados como base de conhecimento para as próximas aulas; II. Três atividades desafiadoras para serem resolvidas em casa, que exigiam pesquisa e dedicação do grupo. O primeiro no valor de 40 pontos, e os outros dois 30 pontos. O objetivo foi estimular a integração, a criatividade e a autonomia dos grupos e domínio maior das funcionalidades do Scratch; III. Uma avaliação prática em grupo e com consulta, de forma similar a um tutorial, sendo proposto um problema que deveria ser resolvido durante o período da aula usando o Scratch, valendo 100 pontos. O objetivo desse teste foi analisar se os grupos eram capazes de resolver problemas. Foi observado que os grupos que executaram todos os desafios item II foram capazes de realizar essa avaliação facilmente, sendo que os outros enfrentaram dificuldades. A nota final de cada aluno foi calculada através da média aritmética dos itens I, II e III. Dos 18 alunos, 14 obtiveram média igual ou superior a 60, sendo 6 com média entre 60 e 70, 4 com média de 70 a menor que 80, 1 de 80 a menor que 90 e 3 com média igual ou superior a 90. Os desafios em grupo não surtiram os objetivos desejados em todas as equipes, pois três equipes mostraram interesse apenas no primeiro desafio que era mais fácil, nos dois seguintes apenas duas equipes compostas por garotos cumpriram as tarefas com eficácia. Uma das equipes conseguiu superar as expectativas, sendo capaz de manipular muito bem o Scratch, criando jogos e programas complexos com sons, variáveis locais e globais, estruturas de repetição e condicionais, operações matemáticas, além de muitos sprites e palcos. Os grupos que fizeram os desafios ou pelo menos tentaram, mostraram bastante controle das estruturas e ferramentas do Scratch quando realizaram a Avaliação (Item III), sendo capazes de analisar e resolver o problema. Dois grupos que não fizeram

8 nenhum dos desafios não foram capazes nem mesmo de identificar o problema em questão. O estudo e a dedicação, principalmente nos estudos fora de sala de aula foi fator decisivo para a realização da avaliação prática Avaliação do curso pelos alunos Na penúltima aula foi distribuído um questionário eletrônico, de forma anônima, para que todos os alunos pudessem avaliar o curso de extensão, indicando seus pontos fortes e fracos, sendo listados os resultados: Dos 18 alunos, 16 disseram que se adaptaram ao material e o classificaram como ótimo ou excelente, os outros 2 como bom; Todos os alunos ficaram satisfeitos com o acompanhamento realizado pelo aluno orientado do projeto e pela coordenação pedagógica da escola; Dos 18 alunos, 12 disseram que os exercícios propostos para a sala de aula tiveram um bom nível, os outros 6 alunos que tiveram dificuldade; Dos 18 alunos, 13 classificaram os desafios como muito difícil; Todos os alunos classificaram os testes como coerentes com o tema e com as aulas; 14 alunos disseram que o curso superou suas expectativas; Todos os alunos classificaram os monitores como bons e ótimos; Todos os alunos reclamaram das aulas serem de 4 horas seguidas, segundo eles é muito difícil manter a concentração. Alguns alunos sugeriram um encontro de 2 horas. 5. Conclusões Apesar das análises dos testes e avaliações por dados quantitativos, é muito difícil mensurar a melhoria nas habilidades de resolução de problemas de cada aluno. No entanto, os jogos e as animações desenvolvidos pelos que se dedicaram às aulas e realizaram as atividades propostas para casa, apresentaram uma complexidade muito superior aos dos que não levaram as atividades a sério. Alguns alunos fizeram jogos tão complexos que, além de empregarem todos os conceitos e ferramentas ensinados, foram capazes de adicionar elementos de som, níveis de dificuldade e até mesmo inserir história e contexto nos jogos superando, assim, as expectativas do curso. O estudo em casa mostrou-se necessário, logo é desejável que todos os participantes tenham acesso ao computador fora de sala. Visto que nenhum dos alunos possuía conhecimento em programação de computadores, os resultados foram satisfatórios, pois cerca de 80% dos alunos foram capazes de analisar um programa. Apenas uma aluna desistiu do curso, no entanto, acredita-se que o número seria maior se não houvesse um acompanhamento contínuo da coordenação da escola e do discente orientado do projeto. O entusiasmo e a responsabilidade da coordenação pedagógica fizeram diferença na permanência dos alunos.

9 A seleção dos participantes ainda é uma questão delicada, apenas ser indicado pode não ser eficaz, já que um aluno pode ser selecionado para fazer o curso sem conhecer os objetivos do projeto e, após iniciar o curso, se suas expectativas não forem supridas, as aulas se tornam pouco motivadoras, o que leva a pouco interesse. A divisão em grupos, apesar de incentivar a integração e a comunicação, não se mostrou eficaz para trabalhos fora de sala de aula, já que alguns alunos mostraram uma atitude passiva e outros que realizaram todo o trabalho. Um problema detectado foi a distância entre as casas dos alunos, já que os mesmos eram carentes e nem todos possuíam computador com acesso à Internet. Os pontos fortes do curso foram: o material que foi elaborado pelos responsáveis no qual todos os alunos declararam se adaptar muito bem; o modelo de teste após cada aula que ajudava a fixar os conceitos; além do uso de materiais e testes no formato digital, sem o uso de papel. Referências Bini, E. M.; Konscianski, A. (2009) O Ensino de Programação de Computadores em um Ambiente Criativo e Inovador. In: VIII Encontro Nacional de Pesquisa Educação em Ciências, 8 nov. 2009, Florianópolis. Disponível em: < Acessado em: 09/09/2012. Cristóvão, H. M. (2008) Aprendizagem de Algoritmos num Contexto Significativo e Motivador: Um Relato de Experiência. XXVIII Congresso da Sociedade Brasileira de Computação (Workshop sobre Educação em Computação), Anais. Jesus, M. A. S de.; Silva, R. C.O. (2004) A Teoria de David Ausubel O uso dos Organizadores Prévios no Ensino Contextualizado de Funções. In: VIII Encontro Nacional de Educação Matemática jul. 2004, Recife. Anais. Machado, E. Z. de A.; Vasconcelos, I. R.; Amorim, K. M.; Andrade, A. M. S.; Barreto, L. P. (2010) Trabalhando com alunos de ensino fundamental e médio para a descoberta de talentos em computação: um relato de experiências. In: 10a. Escola Regional de Computação Bahia-Alagoas-Sergipe abr. 2010, Maceió-AL. Anais. Disponível em: < Acessado em: 09/09/2012. Moreira, M. A. (2008) Organizadores prévios e aprendizagem significativa. Revista Chilena de Educación Científica, Santiago, v.7, n.02, p , Disponível em: < Acessado em: 09/09/2012. Moreira, M. A.; Masini, E. A. F. S. (2006) Aprendizagem Significativa: a Teoria de David Ausubel. São Paulo: Centauro, 2006, 6a. ed. Novak, J. D. & Cañas, A. J. (2009) How People Learn. Disponível em: < Acessado em 09/09/2012. Partnership for 21st Century Skills. Learning for the 21st Century. (2003). Disponível em: < Acessado em: 09/09/2012.

10 Pimentel, E. P.; Omar, N. (2008) Ensino de Algoritmos baseado na Aprendizagem Significativa utilizando o Ambiente de Avaliação NetEdu. XXVIII Congresso da Sociedade Brasileira de Computação (Workshop sobre Educação em Computação), Anais. Disponível em < Acessado em: 19/05/2011. Resnick, M., Maloney, J., Monroy-Hernàndez, A., Rusk, N., Eastmond, E., Brennan, K., Millner, A., Rosenbaum, E., Silver, J., Silverman, B., Kafai, Y. (2009) Scratch: Programming for All. Communications of the ACM, November Disponível em < Acessado em: 09/09/2012. Rosa, V. S. D. da; Vecchia, R. D. (2009) Scratch: Um Software para Construir Jogos Eletrônicos, Desenvolver Matemática e se Divertir. X Encontro Gaúcho de Educação Matemática, 2-5 jun. 2009, Ijuí. Minicurso. Disponível em: < Acessado em: 09/09/2012. Utting, I., Cooper, S., Kölling, M., Maloney, J., Resnick, M. (2010) Alice, Greenfoot, and Scratch - A Discussion. Communications of the ACM, November 2010.