Utilização da realidade aumentada no ensino das ciências biológicas

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1 Utilização da realidade aumentada no ensino das ciências biológicas José Santos de Oliveira Júnior 1, Mary Caroline Skelton 2 1. Bacharel em Ciências Biológicas. Universidade Nove de Julho UNINOVE, São Paulo (SP), Brasil. 2. Professora Doutora, de Endodontia na FOUSP; Pós-doutora em Tele odontologia pela FMUSP; Coordenadora do Núcleo de Teleodontologia da FOUSP. Resumo Objetivo: Verificar quais os avanços na utilização da realidade virtual e como ela pode contribuir no aprendizado dos alunos e profissionais da área das ciências biológicas. Método: Revisão bibliográfica. Foram consultadas as seguintes bases de dados: google acadêmico, BVS e de domínio livre. Também foram pesquisados livros. Incluindo artigos, livros com temas relacionados com educação na área de saúde, com ênfase nas ciências biológicas, softwares de aprendizagem virtual como o microscópio virtual e excluindo os textos com mais de 20 anos, que não estavam relacionados com tema. Resultados: As tecnologias interativas como a realidade virtual, a realidade aumentada e os jogos digitais, fazem parte do cotidiano das pessoas, e são cada vez mais crescentes suas aplicações em um mundo informatizado. As tecnologias interativas tornam a educação mais produtiva, interferindo nas percepções de distância e interatividade, principalmente no que relaciona o ensino na área da saúde. Conclusão: A Realidade Virtual e a Realidade Aumentada nos conceitos e na forma que são aplicadas são tecnologias análogas. Tecnologias interativas como realidade virtual, realidade aumentada, jogos digitais e ambientes virtuais tridimensionais possibilitam interação no treinamento de alunos e profissionais da área das ciências biológicas. Exemplos atuais ambientes virtuais de aprendizagem (AVA), o projeto MIRA e o VIDA, utilizados no aperfeiçoamento dos futuros profissionais no processo de ensino-aprendizagem. Descritores: Telemedicina, Terapia com Exposição à Realidade, aumentada,, Bioinformática, Tecnologia Biomédica, microscopia eletrônica. 1. Introdução A escola é fundamental na disseminação e multiplicação do conhecimento, e a aprendizagem colaborativa, muitas vezes em um sistema autoritário na relação professor-aluno, impedindo a interação entre o ensino tradicional com a utilização de ferramentas tecnologias, como a Realidade Aumentada, que pode contribuir para que os alunos obtenham uma melhor assimilação entre o conteúdo teórico e o que é 1

2 aplicado na pratica. A tecnologia também abre espaço para atividades em grupos por meios digitais, promovendo interação entre os alunos e professores, sobretudo entre os profissionais da área das ciências biológicas Realidade Virtual Realidade Virtual é definida como a forma avançada de interface do usuário com o computador até agora disponível, pois dá ao ser humano condições de vivenciar uma realidade que não existe (virtual), buscando a captação dos movimentos do corpo do usuário (braços, pernas, cabeça e olhos), gerando uma interação entre o real e virtual com esses dados obtidos, envolvendo controle tridimensional interativo de processos computacionais 1. Realidade Virtual (RV) e Realidade Aumentada (RA) são um campo da computação que estuda a percepção do mundo real com informações e dados gerados eletronicamente por meio de um computador, através de equipamentos empregados nos diversos setores com agilidade e conforto aos usuários. A RV e a RA utilizam representações tridimensionais possibilitando interações mais naturais, mas limitadas quando se leva em conta o custo-benefício dos equipamentos que são necessários para utilização, como luvas, óculos, mouses 3D, entre outros, sendo que a maioria dos equipamentos dos ambientes de RV são projetados para locais fechados. Entre esses e outros motivos a tecnologia ainda não se popularizou. A RA possui uma vantagem em relação a RV, pois pode ser usada tanto em ambientes fechados quanto em abertos, não dependendo de equipamentos caros e treinamentos dos usuários, sendo então uma forma de tecnologia mais aceita e inclusiva Realidade Aumentada A realidade aumentada se diferencia da realidade virtual por não ser imersiva como característica principal 3. A Realidade Aumentada (RA) enfatiza a visualização em conjunto com a interação, visualizando objetos virtuais com aparência altamente realista, com percepção da interface computacional. Utilizando as mãos como elementos de interação, sobrepondo objetos virtuais no mundo real, manipulando esses objetos, trazendo assim benefícios ao treinamento dos alunos e/ou profissional, motivando 2

3 nas tarefas que serão cumpridas. A utilização de dispositivos sensoriais de RV contribui muito para o desenvolvimento da Realidade Aumentada, com dispositivos, como: capacetes ou Head Mounted Display (HMD) ótico ou de vídeos, estereoscópico ou stereo glasses e monitores (dispositivos visuais); fones de ouvido e microfones externos (dispositivos auditivos). O manuseio desses objetos com as próprias mãos sem a necessidade de equipamentos especiais, garantindo interação natural com o ambiente mencionado, possibilitando a ele uma interação atrativa e motivadora com o ambiente (fig.1) 4. Figura 1. Objetos virtuais sobrepostos ao mundo real Bibliotecas Gráficas Para que a Realidade Aumentada (RA) tenha funcionalidade é necessário o suporte de bibliotecas gráficas. A biblioteca gratuita GLUT (OpenGLUTility ToolKit), fornece suporte para a biblioteca OpenGL, permitindo a criação de modelos gráficos. A GLUT oferece uma Interface de Programação de Aplicação (API Aplication Programming Interface) com funcionalidades para implementação e uso de menus, botões e suporte para joystic. A biblioteca de software ARToolKit, processa imagens e programação para o desenvolvimento de aplicações de RA com base na tecnologia Adobe Flash. Produzindo produtos gráficos em várias linguagens de programação Realidade Aumentada em Ambientes de Biologia A construção do saber no processo educativo, as tecnologias têm evoluído com grande rapidez e desempenham um papel hegemônico como elemento transformador do conhecimento, e por isso novas metodologias educativas tem sido 3

4 intensamente desenvolvida. A informática ganha destaque como estratégia pedagógica alternativa à construção do conhecimento através do virtual. No caso das aplicações educacionais, as características importantes estão relacionadas aos conteúdos e suas diferentes formas, simulações, interação com o usuário e a possibilidade de experimentação. No mundo digital, os conteúdos assumem diferentes formas, que incluem textos, gráficos, animações, vídeo e som. Dessa forma, é possível oferecer um mesmo conteúdo em diferentes formas. E com isso, diferentes estilos de aprendizagem fazem uso de diferentes formatos do mesmo conteúdo. Do ponto de vista das simulações, os ambientes virtuais possibilitam o desenvolvimento de uma experiência controlada do mundo real. Isso pode ser útil para que seja aproximado o conceito dos termos (que envolvem o abstrato) e o mundo real. Além disso, as simulações permitem que o aluno explore situações sem medo de errar, o que claramente é benéfico para o processo ensino-aprendizagem Tecnologias Utilizadas nas Ciências Biológicas Vários trabalhos vêm sendo desenvolvidos no ramo de Biologia, envolvendo as novas Tecnologias de informação e comunicação (TIC s), como o MiRa (Microscópio Simulado em Realidade Aumentada), um software que permite aos estudantes mesmo na modalidade EaD (Educação a Distância) em cursos de graduação ou pós-graduação, permitindo que os alunos façam a leitura de forma virtual das lâminas microscópicas por meio de um banco de dados contido na própria ferramenta, mesmo em locais longe de laboratório 6 : O programa Hauptseminar utiliza a RA no campo da Medicina com simulação na realização de cirurgias assistidas por via computacional 7. O projeto Scimorph, utilizando os sentidos de visão e audição dos usuários, possibilitando o desenvolvimento das atividades no contexto médico 5. Projeto VIDA os dispositivos de RV são substituídos pelo contato visual direto entre as mãos do aluno, permitindo a manipulação de estruturas anatômicas tridimensionais (3D) 8. Sendo assim, este artigo pretende verificar quais os avanços na utilização da realidade virtual e como pode contribuir no aprendizado dos alunos e profissionais da área das ciências biológicas e da saúde. 4

5 4. Metodologia 4.1. Método de estudo: Revisão bibliográfica Estratégia de busca em bases de dados Para a realização da busca dos artigos que foram utilizados no desenvolvimento da Revisão Bibliográfica foram consultadas as seguintes bases de dados: google acadêmico, BVS e de domínio livre. Também foram pesquisados livros Descritores para busca: Telemedicina, Terapia com Exposição à Realidade, aumentada,, Bioinformática, Tecnologia Biomédica, microscopia eletrônica Período de busca: de 2000 a 2016 (últimos 16 anos). Para a coleta de outros artigos, utilizando os descritores microscópios virtuais e/ou tecnologias/softwares, utilizou-se da ferramenta de busca Google. As palavraschave utilizadas foram: Realidade aumentada, Ensino de ciências, Aplicação educacional de biologia, Inteligência Artificial, Tecnologia Biomédica, microscópio virtual e Software educacional, nos idiomas inglês e português Critérios da seleção dos estudos da revisão Critérios de inclusão Artigos, livros com temas relacionados com educação na área de saúde citando a RV e/ou a RA, com ênfase nas ciências biológicas, softwares de aprendizagem virtual como o microscópio virtual Critérios de exclusão Textos com mais de 16 anos, que não estão relacionados com tema, depois de lidos. 5. Resultados 5

6 Tabela 1 Artigos localizados nas bases de dados google acadêmico, BVS e de domínio livre. Também foram pesquisados livros, sobre realidade virtual e programas desenvolvidos através dessa tecnologia. Título do Artigo/Referência VIDA: Atlas Anatômico 3D Interativo para Treinamento a Distância 8. A presença das tecnologias interativas na educação 3. Simulador de Microscópio em Realidade Aumentada - um estudo de caso 9. Realidade virtual e aumentada conceitos, tecnologias e aplicações 2. Uso de Realidade Aumentada como facilitador da Aprendizagem de Conteúdos de Biologia: Estado da Arte 1. Objetivo Apresentar a construção resultados de um atlas anatômico virtual usando tecnologias de RV, com o objetivo de proporcionar ensino de anatomia de forma tridimensional, dinâmica, interativa e imersiva. Procura ajudar a apresentar e discutir os fundamentos das principais tecnologias interativas e os conceitos de distância, presença e interatividade em educação. Desenvolver um instrumento de aprendizagem com recursos interativos de modo a aumentar a experiência de aprendizagem sobre o microscópio. Buscar o possível de informações relativas ao novo campo da computação que vem sendo falado tanto no meio acadêmico quanto para o público em geral. Fazer uma reflexão sobre os trabalhos: MiRa, Hauptseminar e o Scimorph, com o intuito destes poderem ajudar no ensino de Biologia, ou mesmo propiciar um posterior estudo desta interface de Realidade Aumentada. Resultados O ensino de anatomia requer laboratórios com altos custos de manutenção e operação. Sendo possível reduzir o tempo da sua utilização e os custos no treinamento adotando-se ferramentas virtuais. A tele presença imersiva, envolvendo visualização e manipulação direta de estruturas anatômicas, em tempo real, aumentando-se o realismo e a sensação de presença aos alunos. As tecnologias interativas como a realidade virtual, a realidade aumentada e os jogos digitais, fazem parte do cotidiano das pessoas, e é cada vez crescente em um mundo informatizado. O papel das tecnologias interativas torna a educação mais produtiva, interferindo nas percepções de distância e interatividade. Apresenta a metodologia de projeto do Microscópio Simulado em Realidade Aumentada desenvolvido como objeto de aprendizagem para o Curso de Especialização em Tecnologias Aplicadas ao Ensino da Biologia, modalidade a distância na UFG. São tecnologias que vem sendo aprimoradas com o avanço da tecnologia da informática. Em ambientes de Biologia, a RA, ganha papel significativo, permitindo aos estudantes, a manipulação de lâminas de microscopia (MiRa); investigação da vida microscópica dos micróbios ou ter suas percepções sensitivas de audição e visão aumentadas (Scimorph); ou mesmo como recurso aditivo em cirurgias assistidas no ramo da medicina (Hauptseminar). Portanto propiciando um maior conhecimento sobre assuntos relacionados à área de Biologia. No final os resultados obtidos foram percebidos que todos os pós-graduandos consideraram importante a utilização do recurso Discussão A área das ciências médicas é uma das áreas que mais vêm se beneficiando com os avanços tecnológicos nos últimos anos apresentados pela RV e RA 2. Um projeto que utiliza a RV no engrandecimento das ciências biológicas é o projeto MiRA Microscópio Simulado em RA permitindo o acesso ao aluno, em 6

7 qualquer hora e local, a equipamentos que fazem parte do cotidiano do pesquisador da área, dentre estes, o microscópio9. E com a utilização do MiRa após o treinamento dos discentes para que obtivessem conhecimento permitiu a manipulação do microscópio virtual, utilizando métodos da manipulação do microscópio real no ensino das ciências. Nas aulas o MiRa (fig. 2), assim como nas aulas laboratoriais convencional, os alunos escolhem as lâminas que serão observadas e analisadas, quanto ao que será necessário para o ensino, conteúdo, metodologia e a funcionalidade do Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA) 6. Fig. 2. Representação do módulo interativo MiRa 6 O Hauptseminar através de técnicas de RA propicia aos alunos obterem treinamentos e conhecimentos do contexto médico como fazer cirurgias assistidas por computador, que fornecerá virtualmente através de imagens reais 7. O projeto Scimorph tem aplicabilidade no ensino das ciências, a partir da utilização de ambiente de RA e RV aos alunos estimulando os sentidos visual e auditivo, desenvolvendo as atividades propostas. Nesse projeto são utilizados o acesso a um computador conectado à rede de Internet e uma câmera de vídeo. Apresenta uma investigação sobre microrganismos, os usuários utilizando no desenvolvimento das atividades o acesso a diversos sites onde a utilização de um avatar (personagem virtual), estimular as discussões alunos e professores, levando à resolução dos problemas apresentados 5. Os atlas de anatomia e fisiologia que são utilizados na formação de profissionais de saúde estão no formato bidimensional, o que não permite uma visão integrada dos órgãos e sistemas uma percepção tridimensional do corpo humano. 7

8 Uma das primeiras iniciativas elaborada pela National Library of Medicine foi, um conjunto de imagens digitalizadas de dois cadáveres congelados e posteriormente fatiados, definido como projeto Visible Human. O projeto VIDA (Virtual and Interactive Distance-learning on Anatomy) visa desenvolver a aprendizagem com base em um Atlas Anatômico Virtual, para treinamento de estudantes de medicina e outros cursos da área da saúde através da tecnologia 3D de frente do monitor do computador e com a utilização das mãos dos próprios estudantes e/ou profissionais para interagir com o modelo (figura 3) 8. Fig. 3 Interação do usuário com a estrutura anatômica tridimensionalmente 8. No projeto VIDA os dispositivos de RV são substituídos pelo contato visual direto entre as mãos do aluno, permitindo a manipulação de estruturas anatômicas tridimensionais, tendo como limitação do sistema que nem todas as pessoas conseguem sentir o efeito estereoscópico, impedindo que alguns usuários possam ter a sensação de realidade Conclusões A análise permitiu que se destaque os projetos a seguir como estratégia pedagógica dos ambientes virtuais de Biologia: MiRa (Microscópio Simulado em Realidade Aumentada), Hauptseminar (Realidade Aumentada em Medicina) e o Scimorph (Realidade Aumentada no Ensino de Ciências) A RA permite aos estudantes, a manipulação de lâminas de microscopia (MiRa); investigação da vida microscópica dos micróbios ou ter suas percepções sensitivas de audição e visão aumentadas (Scimorph); ou mesmo como recurso aditivo em cirurgias assistidas no ramo da medicina (Hauptseminar). Realidade Virtual e a Realidade Aumentada mostram-se como tecnologias análogas, que 8

9 possibilitarão o surgimento de tecnologias interativas como jogos digitais e ambientes virtuais tridimensionais, que possibilitarão a interação no treinamento de alunos e profissionais da área das ciências biológicas. Ambas as tecnologias venham a se popularizar, com a concretização de ambientes virtuais de aprendizagem (AVA), integrando a programas como o MIRA e o VIDA, no aperfeiçoamento dos futuros profissionais, proporcionando inovação no processo do ensino e na aprendizagem na área de Biologia. A realidade das nossas escolas, no entanto carece de uma verdadeira tentativa de inserção dessas tecnologias em todas as escolas do país, para que todos possam ter acesso a elas. 8. Referências 1. Ferreira BML, Macedo SH. Uso de Realidade Aumentada como facilitador da Aprendizagem de Conteúdos de Biologia: Estado da Arte 7º Congresso de Tecnologia da Informação, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia, Campos IA. Realidade virtual e aumentada conceitos, tecnologias e aplicações. Encontro de computação no Instituto Cuiabano de educação (Internet) 2010, Disponível em : albertino_realidade_virtual.pdf. 3. Tori R. A presença das tecnologias interativas na educação. Revista de Computação e Tecnologia da PUC-SP Departamento de Computação/FCET/PUC-SP, v. 2, n. 1 (2010) ISSN Zorzal, E.R.; Buccioli, A.A.B. e Kirner, C. (2006) Usando Realidade Aumentada no Desenvolvimento de Quebra-cabeças Educacionais. 5. Souza, A. R.; Sementille, A.C. e Yonewa, W. M. (2011) A Realidade Aumentada no Ensino de Ciências: tecnologias e aplicações. 6. Faria, J.C.N.; Antunes, A. M.; Oliveira, M.L.; Vigário, A.F.; Saboia-Morais, A.M.T. (2011) O Ensino de Biologia Celular e Tecidual na Educação a Distância por Meio do Microscópio Virtual. 7. Sielhorst, T. Traub, J. Navab, N, (2005) Hauptseminar: Augmented Reality in Medicine. Novembro de

10 8. Tori R, Nunes FLS, Gomes VHP, Tokunaga DM. VIDA: Atlas Anatômico 3D Interativo para Treinamento a Distância. Anais do WIE (Internet) Disponível em 9. Bandeira W, Damasceno GB. Simulador de Microscópio em Realidade Aumentada - um estudo de caso. (Internet) Disponível em: siaiap32.univali.br/seer/index.php/acotb/article/viewfile/6269/