UMA EXPERIENCIA NO ENSINO DE PROGRAMAÇÃO PARA CURSOS DE ENGENHARIA

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1 UMA EXPERIENCIA NO ENSINO DE PROGRAMAÇÃO PARA CURSOS DE ENGENHARIA Sahudy Montenegro González (UENF) Annabell del Real Tamariz (UENF) O ensino de programação está regularmente presente nas grades curriculares dos cursos de graduação de cursos relacionados à tecnologia como as engenharias, química, física e matemática. Este artigo é a conseqüência da experiência de duas prrofessoras que ensinaram programação para alunos das Engenharias, ao longo de três anos de trabalho (2005 a 2007). Os objetivos deste artigo são apresentar (1) a aplicação de uma metodologia para a iniciação da aprendizagem de programação dos alunos dos cursos de graduação das engenharias em sala de aula; (2) os resultados obtidos no ensino/aprendizagem e (3) uma comparação entre os resultados obtidos em turmas sem e com a aplicação dessa metodologia. A metodologia aplicada em sala de aula tem como objetivo oferecer uma abordagem pedagógica para a iniciação ao estudo de algoritmos e programação. Palavras-chaves: metodologia, ensino, aprendizagem, programação, algoritmos

2 1. Introdução A educação é uma das bases mais importantes na formação de um indivíduo. Através dela, a pessoa é capaz de aplicar os conhecimentos adquiridos durante a vida escolar à carreira escolhida. No caso específico do estudo de computação, por exemplo, o grande desafio consiste em desenvolver habilidades relacionadas ao raciocínio lógico-matemático. Desenvolver tal capacidade nos alunos é uma árdua tarefa, que vem causando desânimo por parte dos alunos quando se enfrentam ao estudo desta disciplina, favorecendo a ocorrência de reprovações e desistências. Neste contexto, o grande desafio do professor é procurar desenvolver em sala de aula uma maneira de criar habilidades de raciocínio lógico-matemático nos alunos, pois este não está muito presente em seu cotidiano. O ensino de programação está regularmente presente nas grades curriculares dos cursos de graduação relacionados a tecnologia como são os cursos das engenharias, química, física e matemática. Este artigo é a conseqüência da experiência de duas professoras que ensinaram programação para alunos das Engenharias, ao longo de três anos de trabalho (2005 a 2007). Segundo um levantamento realizado nos quatro semestres (2005/1 a 2006/2), da disciplina relacionada ao ensino de programação, lecionada no primeiro período do curso de Engenharia de Produção da Universidade Candido Mendes Campos, dentre os 175 alunos observados, aproximadamente 54% foram reprovados, seja por desistência ou por abaixo rendimento da média para aprovação. Este índice de reprovações é considerado alto. O gráfico apresentado na Erro! Fonte de referência não encontrada. detalha a distribuição dos alunos e respectivas situações (total, aprovação, desistência e reprovação) em cada uma das turmas analisadas Número de alunos Total de alunos Aprovados reprovados desistências 0 Turma 2005/1 Turma 2005/2 Turma 2006/1 Turma 2006/2 Figura 1 Gráfico do estado final das turmas analisadas. A partir de 2007, como parte da metodologia de ensino de programação, as professoras decidiram aplicar a metodologia descrita em Delgado (2004). Os objetivos deste artigo são apresentar (1) a aplicação desta metodologia para a iniciação da aprendizagem de programação dos alunos dos cursos de graduação das engenharias em sala de aula; (2) os resultados obtidos no ensino/aprendizagem e (3) uma comparação entre os resultados obtidos 2

3 em turmas sem e com a aplicação dessa metodologia. O artigo está organizado como a seguir. A Seção 2 apresenta trabalhos relacionados ao ensino de programação. A Seção 3 faz uma descrição da metodologia que foi aplicada. A Seção 4 apresenta a maneira em que a metodologia foi aplicada em sala de aula. A Seção 5 apresenta os resultados obtidos em sala de aula e a comparação e a análise desses resultados. Por último, a Seção 6 expõe as considerações finais do trabalho realizado. 2. Trabalhos afins De acordo com Delgado (2005), foram registradas três áreas de estudo para o ensino e aprendizagem de algoritmos: o uso de ferramentas computacionais, a utilização de metodologias ou a integração de ambas. Dentre os trabalhos que atendem essa classificação, podemos citar (Almeida, 2002), (Mendes, 2002) e (Pinto, 2000). A proposta em questão representa uma contribuição no aprendizado de programação na área de aplicação de metodologias em sala de aula. Por que utilizar a metodologia em Delgado (2004)? A razão principal é porque é uma proposta nascida de um grupo de pesquisa que tem dentre os integrantes uma professora e colega da nossa própria universidade, a Universidade Estadual do Norte Fluminense (UENF). Os resultados obtidos e apresentados em Pereira (2005) serviram como motivação para nossa proposta. Nosso objetivo é testar e avaliar os resultados da metodologia proposta no marco da nossa realidade: alunos de ensino superior. 3. Descrição da metodologia A metodologia de Delgado (2004) tem como objetivo oferecer uma abordagem pedagógica para a iniciação ao estudo de algoritmos e programação. A metodologia está dividida em três fases. A seguir uma breve descrição da mesma. Primeira fase - Resolução de Problemas: inicia com a resolução de problemas de diversos domínios para desenvolver a autonomia na busca de soluções próprias para os problemas enfrentados. Acaba na auto-afirmação do aluno para ponderar e validar suas próprias soluções. Segunda fase - Formalização: está dividida em duas etapas Primeira etapa: trata da formalização verbal em linguagem natural dos problemas. A formalização é construída, sob a intervenção dos próprios alunos da turma, de maneira progressiva e interativa, até ser considerada satisfatória pelo grupo. Segunda etapa: visa a autonomia do aluno no julgamento do nível de formalização adequado para a audiência, com recursos diversos. O proponente deve elaborar sem intervenção e deve concluir independentemente, quando julgar que atingiu um nível adequado para o propósito estabelecido. Terceira fase - Construção de Algoritmos: a passagem da segunda para a terceira fase é gradativa. Os problemas apresentados aos alunos passam a exigir soluções mais elaboradas, nas quais cada vez mais é inerente o ato de explicitar procedimentos. A linguagem melhora, as expressões das soluções refinam-se, até o ponto no qual são apresentados os conceitos de algoritmo e programa. 4. Aplicação da metodologia A metodologia foi aplicada, com os seguintes passos: Primeira fase - Resolução de Problemas 3

4 a) Jogar jogos de lógica. Acessa-se o site Os alunos, agrupados em duplas, tentam buscar a solução de vários jogos disponíveis de maneira gratuita. Por exemplo: o jogo do lobo, o bode e o maço de capins; o jogo dos jesuítas e os canibais; o jogo crise da família, dentre outros. b) Quando achada a solução do jogo, para cada jogo os alunos anotam os passos seguidos para chegar à solução. c) Uma vez escrita a solução, os alunos intercambiam os cadernos e cada dupla executa os passos seguindo a solução escrita no caderno. O objetivo é corrigir a solução dos colegas e estes aprimorarem sua solução por meio de uma escrita melhor formalizada. Nesta fase, observa-se a tendência dos alunos a numerar os passos das soluções e abreviar os objetos dos jogos. Segunda fase - Formalização d) O professor continua com a resolução dos jogos, porém, a turma e ao professor definem substantivos e verbos limitados para elaborar as soluções. Escreve-se de novo no caderno uma nova solução dos jogos anteriores e se acrescentam outros como os jogos da Torre de Hanói, dos monges perdidos na mata, entre outros. Por exemplo, sugerem-se para o jogo da Torre de Hanói seis substantivos: pinoa, pinob, pinoc, peça1, peça2, peça3 e dois verbos: mover e voltar. Terceira fase - Construção de Algoritmos e) Algoritmos em português - construção de algoritmos a partir da definição do problema, mostrando as partes importantes na construção de algoritmos: a entrada de dados, a solução e a saída da resposta. Definem-se as instruções ou comandos por meio de palavras em português, utilizando a linguagem PORTUGOL (Wikipedia, 2008). Exemplo: faça um programa que leia um número inteiro e mostre a tabuada de multiplicação do mesmo se estiver entre 1 e 9 e uma mensagem de erro em outro caso. // Algoritmo tabuada inicio inteiro i, num, tab escrever digite um numero ler num se num > 0 e num <= 9 então para i de 1 até 20 tab <- i * num escrever num, *, i, =, tab proximo senão escrever Nao eh possivel mostrar a tabuada 4

5 fimse fim f) Treinamento com exercícios de construção de algoritmos. g) Mapeamento dos comandos dos algoritmos para instruções na linguagem de programação. h) Exercícios no caderno e no computador na linguagem de programação. Essa fase requer muita prática. Os alunos refazem os exercícios resolvidos em forma de algoritmo. Novos problemas também são resolvidos. 5. Discussão dos Resultados A seguir são apresentados os resultados obtidos, após a aplicação da metodologia em seis turmas da disciplina cujo objetivo é a introdução à programação, presente nas grades curriculares dos cursos e com duração de um período letivo. As turmas incluídas nesta pesquisa fazem parte dos cursos de graduação de Engenharia de Produção na Universidade Candido Mendes campus Campos dos Goytacazes (quatro turmas) e Engenharia de Petróleo, Engenharia Metalúrgica e Materiais e Engenharia Civil da Universidade Estadual do Norte Fluminense (UENF). A metodologia foi aplicada em quatro turmas da UENF. Os resultados foram analisados a partir das notas finais obtidas pelos alunos na disciplina. A nota final é calculada a partir da aplicação de duas provas. Nas turmas onde não se aplicou a metodologia, a primeira etapa consistia na formalização direta dos problemas utilizando uma solução em uma linguagem algorítmica, que foi avaliada (de maneira escrita) na primeira prova. Já a segunda prova consistia na avaliação das habilidades de programação no computador. Nas turmas onde se aplicou a metodologia, a primeira prova incluiu a avaliação da primeira e segunda fase da metodologia até a formalização dos algoritmos, e foi aplicada de maneira escrita. A segunda prova foi aplicada de maneira prática (no computador) para testar as habilidades de programação obtidas. As disciplinas foram ministradas pelas professoras autoras deste artigo. As linguagens de programação ensinadas foram C ou Pascal, em dependência da exigência do curso. A Tabela 1 mostra o número de alunos aprovados, reprovados e as desistências por turmas. Turmas Linguagem de Programação Total de alunos aprovados reprovados desistência SEM APLICAR A METODOLOGIA EM DELGADO (2004) Eng. De Prod. /UCAM Pascal Eng. De Prod. /UCAM Pascal Eng. De Prod. /UCAM Pascal Eng. De Prod. /UCAM Pascal APLICANDO A METODOLOGIA EM DELGADO (2004) Eng. De Mat. /UENF C Eng. de Petr. /UENF Pascal Eng. Civil/UENF C Eng. de Petr. /UENF Pascal Tabela 1 - Número de alunos aprovados, reprovados e desistências. A Tabela 2 mostra a distribuição dos alunos por notas em cada turma. 5

6 Turmas Alunos classificados por faixas de notas de 9-10 de de de SEM APLICAR A METODOLOGIA EM DELGADO (2004) Eng. de Prod. /UCAM Eng. de Prod. /UCAM Eng. de Prod. /UCAM Eng. de Prod. /UCAM APLICANDO A METODOLOGIA EM DELGADO (2004) Eng. de Mat./UENF Eng. de Petr. /UENF Eng. Civil/UENF Eng. de Petr. /UENF Tabela 2 - Número de alunos por turma distribuídos por faixas de notas 5.1 Resultados da aplicação da metodologia O gráfico apresentado na Figura 2 detalha a repartição dos alunos nas respectivas situações (aprovação, desistência e reprovação) em cada uma das turmas onde foi aplicada a metodologia, além de mostrar o total de alunos por turma. Número de alunos Turma A (2007-1) Turma B (2007-1) Turma A (2007-2) Turma B (2007-2) Figura 2 Análise das turmas onde foi aplicada a metodologia Total de alunos Aprovados reprovados desistências Para um total de 102 alunos, que participaram da experiência da aplicação da metodologia em 2007, o gráfico da Figura 3 mostra que o número de alunos aprovados, quando aplicada a metodologia, é maior que o de reprovação e as desistências. Assim como, o índice de reprovação total foi de apenas 12%, para aqueles alunos que completaram a disciplina (78 alunos). 6

7 12; 12% 12; 12% Aprovados reprovados desistências 78; 76% Figura 3 - Análise da distribuição dos alunos quando aplicada a metodologia 5.2 Comparação dos resultados A Figura 4 mostra a distribuição de todos os alunos, das quatro turmas, em suas respectivas situações (aprovação, desistência e reprovação), quando ainda não tinha sido aplicada a metodologia. 28; 16% 80; 46% Aprovados reprovados desistências 67; 38% Figura 4 Análise da distribuição dos alunos quando não aplicada a metodologia Os gráficos das figuras 3 e 4 mostram que a porcentagem de aprovados aumentou 30% com a aplicação da metodologia. No entanto, faz-se necessária a aplicação de testes estatísticos que indiquem a aceitação ou rejeição da metodologia e sua influência no desempenho dos alunos. Essa análise difere da anterior, pois aqui se deseja verificar a qualidade da aplicação da metodologia. Para esta avaliação, foram definidas duas amostras e algumas variáveis indicativas relativas ao desempenho. A primeira amostra está composta pelas turmas de 2005 e 2006 e a segunda pelas turmas de As variáveis indicativas propostas são listadas a seguir e devem ser analisadas individualmente para direcionar as conclusões: a) nota média das avaliações; 7

8 b) nota média nos exercícios; c) número médio de exercícios realizados. Porém, as duas últimas variáveis indicativas de desempenho foram descartadas, pois as mesmas só foram disponibilizadas aos alunos da segunda amostra, inviabilizando a comparação dos resultados. A análise de notas médias das avaliações visa verificar se o desempenho dos alunos melhorou ou não em sala de aula, podendo ser conseqüência da aplicação da metodologia utilizada para a aula. O cálculo aplicado para cada amostra tem o seguinte roteiro: a) obteve-se a o η (tamanho da amostra); b) χ (média); c) σ (desvio padrão) da totalidade dos alunos da amostra, calculado utilizando a equação 1 da Figura 5; (1) Desvio padrão: σ = Figura 5 Fórmula do desvio padrão A Figura 6 exibe uma comparação do número de alunos por situação: aprovado, reprovado e desistência, mostrando que o número de desistências e reprovados diminui utilizando a metodologia. Observe o cálculo do desvio padrão no gráfico. 90,00 80,00 70,00 60,00 % alunos 50,00 40,00 30,00 sem metodologia com metodologia 20,00 10,00 0,00 aprovados reprovados desistências Figura 6 Comparação do número de alunos por categorias Já a Figura 7 expõe que houve um crescimento qualitativo relacionado ao desempenho 8

9 proveniente das notas obtidas nas avaliações em sala de aula pelos alunos da segunda amostra. Pode-se observar o cálculo do desvio padrão no gráfico. 70,00 60,00 50,00 % de alunos 40,00 30,00 20,00 sem metodologia com metodologia 10,00 - de 9-10 de de de Notas 6. Considerações finais Figura 7 Comparação do número de alunos por categorias O artigo apresenta um estudo comparando os resultados obtidos em sala de aula por oito turmas ao longo de três anos, sendo que a disciplina tem duração de um período. Após um ano de trabalho em sala de aula, podem-se constatar bons resultados na aplicação da metodologia para alunos que, apesar de não estudar computação, precisam aprender programação como parte de seus créditos. A diferença entre utilizar e não utilizar a metodologia se encontra na primeira parte dela, onde é fundamental o desenvolvimento da maneira de pensar, entender e aprender antes e durante a criação de algoritmos e programas. A aplicação da metodologia escolhida em sala de aula apresentou bons resultados e contribuiu à criação de habilidades de raciocínio lógico nos alunos, o que demonstram as notas atingidas pelos alunos nas provas. Os resultados positivos, tanto quantitativos quanto qualitativos, servem como uma motivação a mais para continuar aplicando a metodologia descrita no artigo. É claro que existem outros testes estatísticos e outros fatores ou variáveis indicativas a ser considerados neste tipo de avaliação, tais como o grau de interesse, a participação, o comportamento e a motivação dos alunos. Mesmo assim, os autores consideram, como professoras da disciplina, que os resultados foram satisfatórios ao aplicar a metodologia, pois sentem uma melhora na aprendizagem de algoritmos e programação. Referências ALMEIDA, E.S.; COSTA, E.B.; BRAGA, J.D.H.; Silva, K.; PAES, R.B. & ALMEIDA, A. AMBAP: Um Ambiente de Apoio ao Aprendizado de Programação. Anais do XXII Congresso da SBC X WEI (Workshop de Educação em Informática), DELGADO, C.; XEXÉO, J.A.M.; DE SOUZA, I.F.; CAMPOS, M. & RAPKIEWICZ, C.E. Uma 9

10 abordagem pedagógica para iniciação ao estudo de algoritmos. Anais do XXIV Congresso da SBC - XII WEI (Workshop de Educação em Informática), DELGADO, C.; XEXÉO, J.A.M.; DE SOUZA, I.F.; RAPKIEWICZ, C.E. & PEREIRA, J.C. Identificando competências associadas ao aprendizado de leitura e construção de algoritmos. Anais do XXV Congresso da SBC - XIII WEI (Workshop de Educação em Informática), MENDES, A.J.N. Software educativo de apoio à aprendizagem de programação. Anais do VIII Taller Internacional de Software Educativo (TISE), Santiago, Chile, PEREIRA, J.C.; RAPKIEWICZ, C.E.; DELGADO, C. & XEXÉO, J.A.M. Ensino de algoritmos e programação: uma experiência no nível médio. Anais do XXV Congresso da SBC - X WEI (Workshop de Educação em Informática), PINTO, S.C.C.S. & EVARISTO, J. Aprendendo a Programar. 1. ed. Rio de Janeiro: Book Express Ltda., WIKIPÉDIA. Desenvolvido pela Wikimedia Foundation. Apresenta conteúdo enciclopédico. Disponível em: < Acesso em: Mai,