A Computação em Nuvem na Educação: Recursos da Khan Academy Aplicados para o Ensino da Matemática na Escola Pública 1. José Roberto MADUREIRA JÚNIOR 3

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1 A Computação em Nuvem na Educação: Recursos da Khan Academy Aplicados para o Ensino da Matemática na Escola Pública 1 Henderson Tavares de SOUZA 2 José Roberto MADUREIRA JÚNIOR 3 Erik Alonso Araya de SOUZA 4 Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Campinas, SP Pontifícia Universidade Católica de São Paulo (PUCSP), São Paulo, SP Escola Técnica Estadual Vasco Antônio Venchiarutti (ETECVAV), Jundiaí, SP Resumo Este artigo apresenta a conceituação da Cloud Computing e sua infraestrutura básica associada a aplicações educacionais desenvolvidas para o ensino da matemática na era digital. Apresentamos o projeto Khan Academy correlacionando sua filosofia e aplicação com a realidade das escolas públicas brasileira de ensino fundamental, além de fomentar a necessidade única de aprendizado de cada indivíduo considerando aspectos primordiais de cada um, apresentando possibilidades de planejamento de atividades customizadas para cada perfil de aluno. Palavras-chave: cloud computing; inovação tecnológica na educação; ensino de matemática Introdução Como em muitas as áreas do conhecimento e na educação, as transformações tecnológicas modificam posturas e desenvolvem possibilidades de novas descobertas mediadas por tecnologias aprimorando a maneira de agir dos profissionais envolvidos, com isso é necessário que o docente envolvido esteja à frente do seu tempo, atualizando-se continuamente e não utilizando ferramentas digitais somente por questões atuais e sim por utilidade (RICOY; COUTO, 2011). Para dar sentido na utilização das tecnologias de Cloud Computing (ou computação em nuvem) aplicadas diretamente no processo educacional da matemática, precisamos entender intrinsecamente onde, como realizar essa fusão e de que maneira será aplicada 1 Trabalho apresentado ao II Simpósio de Inovação Tecnológica na Educação, Campinas, SP, 26 e 27/08 de Mestrando da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC), da UNICAMP, Campinas, SP. henderson.tavares@gmail.com 3 Mestrando em Tecnologias da Inteligência e Design Digital pela PUCSP, São Paulo, SP. madujr@gmail.com 4 Professor da Escola Técnica Estadual Vasco Antônio Venchiarutti (ETECVAV), Jundiaí, SP. erik.alonso04@gmail.com

2 pensando no resultado final, que é: o aprendizado sistematizado focado no perfil do aluno e suas particulariedades, considerando suas habilidades e competências. Na revisão de literatura realizada, nada foi encontrando com valor significativo para este estudo no que diz especificamente sobre a ligação entre as áreas de educação e ensino de matemática e Cloud Computing, contudo diversas pesquisas consultadas foram importantes para a composição da nossa proposta que equaliza a dinâmica entre áreas do conhecimento distintas. Este estudo se mostra relevante tanto para os profissionais da educação ligados diretamente ao ensino da matemática no ensino fundamental, quanto para profissionais de tecnologia da informação (TI), pois apresenta recursos fundamentais das novas tecnologias para Cloud Computing e para o ensino de matemática mediado por inovadores recursos de mídias, metodológicos e computacionais. Outro ponto alto deste artigo é a ligação direta entre tecnologia, educação e profissionais da educação, onde sem essa interdisciplinariedade apresentada nada seria passível de criação e aplicação diretamente na sala aula, assim elevando o nível de ensino dos alunos através das muitas possibilidades de utilização, alcançando um ensino focado no aluno protagonista da sua própria descoberta do conhecimento exacerbado levando em primeiro plano as suas habilidades e competências. Os objetivos desta deste trabalho, além de apresentar a infraestrutura fundamental para disponibilização de serviços web para uma grande quantidade de pessoas com acessos simultâneos, consiste também em apresentar os componentes necessários para que os serviços aqui apresentados tenham alto indice de disponibilidade, interoperabilidade de plataformas entre outras características, contudo não deixando de apresentar a interdisciplinariedade destes recursos quando utilizados na escola, suas ferramentas, potencialidades, recursos, facilidades de uso e características fudamentais para focar o no ensino customizado da matemática para alunos com desempenho acima e abaixo da média. Cloud Computing Serviços básicos e essenciais de utilidade pública como água e eletricidade são entregues a seus usuários finais de forma transparente e com o custo pago de acordo com o consumo. O modelo de Cloud Computing trouxe recentemente está realidade para o ambiente de TI.

3 A promessa de que a computação seria oferecida ao público como um utilitário seguindo os moldes da eletricidade, não é recente. Em 1961, John McCarthy, do Massachusetts Institute of Technology (MIT), previu em seu trabalho em este modelo. Mas somente em 2006, Eric Schmídt (CEO do Google) usou o termo para definir o modelo de negócio de prestação de serviços através da Internet, sendo então considerado por muitos autores como o "pai" desse termo. O conceito de Computação em Nuvem gera grande confusão já este não se trata de uma tecnologia, mas sim da evolução natural e convergência de varias tecnologias e conceitos. Entre eles o Utility Computing (comercializar serviços computacionais como serviços), Grid Computing, virtualização, Web 2.0, SOA (Services Oriented Architecture) e o modelo de software como serviço (Software as a Services) (LOPES, 2011; SOUSA et al., 2009; TAURION, 2009; ZHANG et al., 2010). Neste trabalho, adotamos a definição fornecida pelo National Institute of Standards and Technology (NIST) onde a Computação em Nuvem é definida como: Computação em Nuvem é um modelo para permitir que conveniente, o acesso à rede sob demanda e a um conjunto compartilhado de recursos de computação configurável (por exemplo, redes, servidores, armazenamento, aplicativos e serviços) que podem ser rapidamente fornecidos e liberados com a gestão mínima, esforço ou interação fornecedor de serviços. (MELL; GRANCE, 2009, tradução nossa). A pressão dos clientes sobre exigências técnicas, de negócio e da disponibilidade de novas capacidades técnicas fixam um palco para a próxima geração da TI nas empresas e instituições de ensino, amplamente caracterizada como uma era em que os recursos tornam-se mais automatizados, ágeis e sincronizados com os processos de negócios. Nesse cenário, os gigantes da indústria de TI tal como Amazon, Google, Microsoft e IBM ampliaram suas ofertas de data centers pelo mundo, oferecendo serviços de infraestrutura com capacidade de provisionamento bem além das possibilidades das empresas. Um novo cenário na TI é fixado, operando de forma dinâmica, flexível e híbrida, com custo de operação dinâmico, pago por demanda, pelo volume de uso. Os tipos de oferta de Cloud Computing são os mais diversos, que podem ser divididos em duas vertentes: grau de compartilhamento e modelo de entrega. Este modelo ocorre em três graus de compartilhamento diferentes, são eles (TAURION, 2009; REESE, 2009):

4 Nuvens públicas são centros de dados virtualizados fora do firewall da empresa. Geralmente, um provedor de serviços disponibiliza recursos para empresas, sob demanda, através da internet; Nuvens privadas são centros de dados virtualizados dentro do firewall da empresa. Pode também ser um espaço privado dedicado a uma determinada empresa dentro de um centro provedor de nuvem de dados; Nuvens comunitárias ocorrem quando diversas organizações compartilham os recursos de infraestrutura de nuvem; Nuvens híbridas combinam aspectos de ambas as nuvens públicas e privadas. Quanto a modelos de entregas, que também podem ser vistos como camadas, podemos dividir os serviços de Cloud Computing em (BAUN et al., 2011; REESE, 2009): SaaS (Software as a Service), que é o modelo de implantação de software, em que uma aplicação é licenciada para ser usada como serviço que será provido para clientes sob demanda através da internet. Exemplos: Google Docs, Salesforce CRM e WebEx; PaaS (Platform as a Service), que é o modelo que fornece uma plataforma para o desenvolvimento, suporte e entrega de aplicações e serviços disponíveis através da internet. Exemplos: Microsoft Azure e Google App Engine; IaaS (Infrastructure as a Service), que é o modelo que fornece infraestrutura de hardware (servidores, storage, redes), tipicamente é um ambiente virtualizado, disponível como serviço através da internet. Exemplos: Rackspace Cloud Servers, GoGrid Cloud Storage, e Amazon EC2 (Elastic Compute Cloud). A Figura 1 exemplifica os modelos de entrega, a sua composição e define a responsabilidade de gestão de cada modelo de entrega de Cloud Computing, em comparação com o modelo On-Premises (ambiente tradicional de TI com hospedagem em servidores internos).

5 Figura 1. Exemplos de modelos de entrega Fonte: INFRADAPT (2013) Khan Academy Com sede em Mountain View, Califórnia, USA, a Khan Academy é uma organização sem fins lucrativos que disponibiliza gratuitamente uma vasta coleção de vídeos on-line para o ensino de matemática e ciências com temas que vão desde a álgebra e trigonometria para biologia e economia. Atendendo atualmente milhões de estudantes, educadores e auto-alunos em todo o mundo assistem aos vídeos e respondem a questões práticas. A ideia da Khan Academy teve origem no ano de 2004, quando o primo Sal Khan perguntou-lhe remotamente se ele poderia ser tutor de sua filha em matemática. Mais parentes e amigos começaram a perguntar sobre o seu acompanhamento e assistência, ele começou a filmar as lições curtas e publicá-las no YouTube (GOOGLE, 2012; KHAN ACADEMY, 2013). Graças a sua capacidade de traduzir conceitos complexos em tutoriais fácies de seguir os seus vídeos tornaram-se virais, ganhando a atenção da mídia e líderes da indústria de tecnologia, incluindo Bill Gates (fundador da Microsoft) e John Doerr (capitalista de risco do Vale do Silício), que começaram a prestar apoio à missão evangelizadora em que

6 Khan trabalhava. Foi neste ponto que Khan deixou seu emprego como analista de fundos para dedicar-se a sua atenção em tempo integral para o potencial de crescimento do site. Khan manteve um website para a sua biblioteca de vídeo em crescimento por vários anos, mas sua plataforma começou a apresentar limitações à medida que tráfego aumentava. Para poder crescer era importante eliminar a preocupação com coisas como problemas de implantação e executar o seu próprio servidor, para poder trabalhar no que era importante como fazer mais vídeos para a sua biblioteca e concentrar esforços na construção de recursos para melhorar a experiência do usuário (GOOGLE, 2012). Para resolver está questão Khan escolheu o Google App Engine, serviço de Cloud Computing no modelo de entrega PaaS, como sua hospedagem e plataforma de desenvolvimento de aplicações. Esse serviço fornece uma plataforma para o desenvolvimento, suporte e entrega de aplicações e serviços disponíveis através da internet e hospedados nos data centers do Google (GOOGLE, 2012; KHAN ACADEMY, 2013). Informações sobre o tempo de reposta estão disponíveis no dashboard do Google App Engine, que permite monitorar o desempenho de site, bem como trabalhar para manter baixo. O Khan Academy recebe mais de 3,8 milhões de visitas únicas por mês, durante o ano letivo EUA o que levaria ter pessoal dedicado, em um ambiente On-Premises. Utilizando o serviço de Cloud Computing elimina a necessidade de um pessoal dedicado a administração de sistemas, sendo que a equipe de desenvolvimento do Khan Academy gasta seu tempo trabalhando na aplicação, cuidando da melhoria da experiência do usuário e da variedade de conteúdo, o que faz dele uma potência (GOOGLE, 2012). Outra vantagem do serviço Google App Engine está na sua facilidade de implantação de aplicação, uma vez que a Khan Academy chega a realizar dez implantações ao dia. Muito do que a Khan Academy é hoje vem dos dados coletados por um sistema em segundo plano sobre a forma com que o aluno escolhe aprender. Esses dados são analisados e sobre eles a equipe realiza alterações na aplicação para poder ensiná-los cada vez melhor. Por meio dos perfis construídos através do Google App Engine é possível traçar perfis para os alunos para descobrir onde eles apresentaram mais dificuldades e descobri qual vídeo é mais eficaz.

7 A coleta de dados sobre o comportamento de seus alunos é algo fundamental para que a equipe de desenvolvimento Khan Academy realizar ajustes no site para ensiná-los cada vez melhor. A funcionalidade permite aos alunos traçar seu progresso por meio de perfis construídos através do Google App Engine. Para que seja possível descobrir quais os vídeos mais eficazes, ou onde os alunos apresentam mais dificuldades (GOOGLE, 2012). Ensino focado no perfil do aluno Se compararmos as salas de aula de anos atrás e as salas de aulas atuais, podemos certamente afirmar que a escola pouco ou nada mudou em relação a composição da sua estrutura física e metodológica tradicional, contudo a sociedade se transforma ao logo do tempo e a escola não consegue acompanhar as transformações no mesmo ritmo, deixando o aluno desorientado e fora de foco na sequencia da sua vida. [...] porque cada vez sai mais do espaço físico da sala de aula para muitos espaços presenciais e virtuais; porque tende a modificar a figura do professor como centro da informação para que incorpore novos papéis como os de mediador, de facilitador, de gestor, de mobilizador. Desfocalizará o professor para incorporar o conceito de que todos aprendemos juntos, de que a inteligência é mais e mais coletiva, com múltiplas fontes de informação. A educação continuará na escola, mas se estenderá a todos os espaços sociais, principalmente aos organizacionais [...]. (MORAN, 2004). Hoje deixar o aluno no centro da sua trajetória acadêmica é primordial para que sua formação seja vendedora e alcance melhores resultados, focando nos atributos do processo de ensino, de maior interesse do aluno, para o sucesso do aprendizado mediado por tecnologias da informação e pelo professor. Para que isso possa ser possível contamos com o apoio da plataforma de ensino Khan Academy.

8 Figura 2. Interface inicial Khan Academy O primeiro passo para utilização do sistema em sala de aula ou laboratório de informática, é a criação de login e senha para que os alunos tenham acesso ao ambiente online, onde estão os vídeos e os exercícios. Enquanto os alunos exploram a ferramenta e realizam os exercícios, o professor consegue acompanhar, em tempo real, o percentual de acertos dos estudantes, o número de vezes que eles tentaram um exercício até conseguir chegar ao resultado correto e aos vídeos que eles assistiram durante a aula e fora dela. A informática quando adotada nas escolas deve se integrar ao ambiente e a realidade dos alunos, não só como ferramenta, mas como recurso interdisciplinar, constituindo-se também em alguma coisa a mais que o professor possa contar para bem realizar seu trabalho, desenvolvendo com os alunos atividades, projetos e questionamentos (VEIGA, 2001). Existe uma plataforma de exercícios, onde cada aluno evolui de acordo com seu nível de aprendizagem. Os professores e as escolas utilizam a plataforma aliada ao currículo e ao planejamento da turma em consonância com o projeto político pedagógico da unidade escolar.

9 Figura 3. Khan Academy (Videos) Com os recursos que esta plataforma oferece o professor em conjunto com a equipe pedagógica multidisciplinar da escola, pode focar nas dificuldades dos alunos e prosseguir com o aprendizado customizado para determinados grupos, e avançando com o aprendizado com os alunos que tiveram melhores desempenhos apresentados e registrados pelo sistema, que irá fornecer aos profissionais dados que serão úteis para planejamento de atividades futuras potencializando o ensino focado especificamente para determinados grupos de alunos, desta forma sistematizando a maneira de aplicar o conteúdo e evitando a frustação do aluno com ser em desenvolvimento. Considerações Finais e Trabalhos Futuros Consideramos que ainda temos que aprimorar nossos estudos sobre Cloud Computing e educação, pois a inter-relação entre elas será cada dia maior e a interdisciplinaridade proverá sobre a individualização entre as áreas e profissionais nelas envolvidos, sobre tudo quando falamos em indivíduos em fase de desenvolvimento intimamente relacionado com a construção de uma nação cientificamente soberana através da educação fundamental. Aliando esforços da tecnologia e maior interesse por profissionais da educação por ela, novos avanços surgirão no que concerne para o ensino do aluno, este protagonista da sua identidade, participante ativo do seu aprendizado para a vida e para o trabalho.

10 Nossos estudos caminharão para articular melhores condições técnicas pedagógicas para os profissionais da educação no estudo, preparo e aplicação das aulas subsidiadas por recursos da Cloud Computing e Khan Academy para prover melhor utilização e resultados com esses novos recursos gratuitamente disponíveis, evitando que tamanho avanço nessas áreas seja subutilizado principalmente nas escolas públicas brasileiras. Referências BAUN, Christian et al. Cloud computing: web-based dynamic IT services. Berlin: Springer, p. GOOGLE. The Khan Academy scales and simplifies with Google App Engine Disponível em: < Acesso em: 29 jan INFRADAPT. Cloud computing and communication is safer, more cost-effective, and incredibly flexible Disponível em: < Acesso em: 27 jun KHAN ACADEMY. Khan Academy Disponível em: < /about/>. Acesso em: 25 jun LOPES, Sérgio. Aspectos arquiteturais na adoção de cloud computing. MundoJ, Curitiba, v. 8, n. 47, p , maio MELL, Peter; GRANCE, T. The NIST definition of cloud computing Disponível em: < Acesso em: 20 out MORAN, José Manuel. Perspectivas (virtuais) para a educação. Rio de Janeiro Disponível em: < Acesso em: 20 jun REESE, George. Cloud application architectures: building applications and infrastructure in the cloud. Sebastopol, CA: O'Reilly Media, p. RICOY, María Carmen; COUTO, Maria João V. S. As TIC no ensino secundário na matemática em Portugal: a perspectiva dos professores. Revista Latinoamericana de Investigación en Matemática Educativa (Relime), México, DF, v. 14, n. 1, p , mar Disponível em: < >. Acesso em: 15 jun SOUSA, Flavio Rubens de Carvalho; MOREIRA, Leonardo O.; MACHADO, Javam de Castro. Computação em nuvem: conceitos, tecnologias, aplicações e desafios. In: SANTOS NETO, Pedro de Alcantara (Org.). II Escola Regional de Computação Ceará, Maranhão e Piauí (ERCEMAPI) Cap. 7, p Disponível em: < Acesso em 01 ago TAURION, Cezar. Cloud computing: computação em nuvem transformando o mundo da tecnologia da informação. São Paulo: Brasport, p. VEIGA, Marise Schmidt. Computador e Educação? Uma ótima combinação Disponível em: < Acesso em: 10 set ZHANG, Qi; CHENG, Lu; BOUTABA, Raouf. Cloud computing: state-of-the-art and research challenges. Journal of Internet Services and Applications, London, v. 1, p. 7-18, May Disponível em: < Acesso em: 01 ago