PRECISO PLANEJAR UM SOFTWARE PARA TRABALHAR CONTEÚDOS DE MATEMÁTICA: COMO FAZER?

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1 PRECISO PLANEJAR UM SOFTWARE PARA TRABALHAR CONTEÚDOS DE MATEMÁTICA: COMO FAZER? Joelene Lima e Lucia M.M. Giraffa Mestrado em Educação Ciências e Matemática -MEDUCEM Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS) Av. Ipiranga, 6681 Prédio Porto Alegre RS Brasil giraffa@inf.pucrs.br RESUMO Este artigo apresenta um conjunto de diretivas para auxiliar desenvolvedores de softwares educacionais na tarefa de planejamento e projeto de um sistema educacional a serem utilizados como recurso pedagógico nas aulas de Matemática. As diretivas são resultantes de uma pesquisa que analisou os programas mais usados em escolas do ensino médio brasileiro onde foram identificados os requisitos e funcionalidades presentes nestes softwares e, após a categorização destes elementos os resultados foram validos através de experimentos e entrevistas com professores de escolas publicas e privadas do ensino médio que participam de grupos de pesquisa interdisciplinares que desenvolvem aplicações nesta área. PALAVRAS-CHAVES Projeto de Software Educacional, Educação de Matemática, Informática na Educação. 1. INTRODUÇÃO A associação entre o ensino de Matemática e o uso de recursos associados à Informática permite aos jovens de hoje explorar conceitos e construir conhecimento de forma mais atrativa e diversificada. Além de ser uma atividade prazerosa e criativa, o uso de softwares educacionais permite o desenvolvimento de competências relacionadas à resolução de problemas tão necessários para o aprendizado de Matemática. Muito se tem pesquisado e criado em termos de Informática no ensino da Matemática. Existe uma grande diversidade de material disponível sobre o assunto na Internet e fora dela. Apesar da variedade de ambientes disponibilizados (tanto na Internet como outros meios), o maior desafio enfrentado pelo professor é o de relacionar a tecnologia disponível na instituição de ensino com sua metodologia de trabalho a fim de proporcionar aos educandos uma aprendizagem significativa na área de Matemática. Logo, os requisitos e funcionalidades que o professor deseja que estejam presentes no programa devem ser associados às atividades do contrato didático estabelecido com os alunos. Para que a escolha seja bem sucedida é necessário ter bem claro estes aspectos. Os Requisitos Funcionais definem o comportamento do sistema (o que o software fará), especificando as funções oque seus componentes deverão ser capazes de executar, usando as entradas dos processos para obter as saídas esperadas, enquanto os Requisitos Não Funcionais expressam de que forma o sistema fará aquilo que foi definido pelos requisitos funcionais, apontando as restrições de qualidade, abrangência e operação que o sistema deverá satisfazer (Pressman, 2001). Sendo assim, um software educacional precisa observar um conjunto de requisitos e características para que seu funcionamento aconteça conforme se deseja. Cabe ao professor definir o objetivo do programa, o cenário de utilização, a forma de condução e os tipos de atividades, bem como utilizar as informações oriundas da interação de seus alunos com o sistema, como feedback do estado cognitivo corrente do aluno. Esta não é uma tarefa trivial e a maioria dos professores não tem, ainda, preparo suficiente para enfrentá-la. Para utilizarmos tais recursos de Informática no ensino de Matemática, é fundamental que professores e

2 alunos estejam motivados, contudo, motivação, por si só, não garante qualidade ao trabalho. É necessário, também, que o professor conheça os recursos disponíveis, planeje em que momentos devem ser introduzidos e, como resultado dessa interação, reaproveite-os na sala de aula (Lyra et al,2003). Todas as etapas (institucionais, pedagógicas, tecnológicas, de design de interface, de avaliação, de gestão, de recursos de apoio e éticas) do processo de desenvolvimento de softwares educacionais requerem uma análise completa, bem como uma investigação sobre como usar esse enorme potencial aliado à concepção educacional. Nesta pesquisa, especificamente, realizamos uma engenharia reversa, ou seja, partimos da análise do que está pronto para especificar como gostaríamos que fosse desenvolvido um novo software. Este artigo está dividido em 4 seções. A seção 2 apresenta a descrição do processo de levantamento de requisitos, a seção 3 a organização das categorias encontradas em função das funcionalidades identificadas. A seção 4 apresenta as considerações finais e os trabalhos futuros. A seção 5 contém as referências bibliográficas utilizadas para redação deste texto. 2. A PESQUISA REALIZADA NOS SOFTWARES EDUCACIONAIS PARA SUPORTE AO ENSINO DE MATEMÁTICA A fim de sistematizar a pesquisa na busca da lista de requisitos e funcionalidades que devem ser considerados no projeto e escolha de um programa educacional, realizou-se uma investigação com professores do Ensino Médio. Esta atividade foi dividida em duas fases. Na primeira fase fez-se um levantamento de escolas que possuíam laboratórios de Informática para uso em atividades pedagógicas. Uma vez identificadas estas escolas, solicitou-se o nome e dos professores de Matemática que utilizavam o local para atividades com seus alunos, e a lista dos programas instalados. Com este levantamento foi possível elaborar uma lista de programas mais utilizados pelos docentes da área. Salienta-se que os sujeitos nesta fase da pesquisa foram apenas os professores que possuíam os prérequisitos necessários. Isto é, possuíam conhecimento de Informática na Educação aplicada ao ensino de Matemática, razão pela qual o numero de sujeitos foi pequeno. Sabe-se que a realidade das escolas ainda é muito distante do desejável no que concerne à formação dos docentes para uso de tecnologias como recurso adicional no processo de ensino-aprendizagem. Apesar dos esforços realizados pelo governo e iniciativa privada, a formação docente ainda carece de uma reformulação no que tange a capacitação voltada para uso de TICs (tecnologias da Informação). O passo seguinte foi analisar cada um dos softwares a fim de identificar seus recursos e características. Os softwares mais utilizados são: Cabri Geometre II: fabricado pela Universidade de Grenoble, França disponível em Excel: fabricado pela Microsoft disponível em Régua e Compasso: software de Geometria Dinâmica disponível em Maple: comercializado pela Command Software Systems, Inc. do Canadá, disponível em Graphmatica: construído por Keith Hetzer e Carlos Malaca nos EUA em 1999, solicitado por em khertz@pacbell.net; Poly: desenvolvido pela Pedagoguery Software, disponível em Shafari:fabricado e distribuído pela Spelunk Computing desde 1998, em Slogo: uma ferramenta desenvolvida na década de 60 por Seymour Papert no MIT, EUA, disponível em Tangram: uma ferramenta desenvolvida pela Tema Informática do Brasil, disponível em Tess: produzido no Canadá pela Pedagoguery Software, disponível em mat.absolutamente.net/r_soft.html; Winmat :criado pelo Dr. Richard Parris, disponível em Winplot: produzido pela Peanut Software, disponível em

3 Na seqüência foram criadas categorias para agrupar as funcionalidades por similaridade de função no contexto do programa. A partir destas categorias pode-se identificar uma proposta inicial de requisitos e funcionalidades que os softwares educacionais devem possuir para serem utilizados como ferramentas de apoio ao processo de ensino-aprendizagem, tendo por base uma proposta pedagógica que contemple atividades e tarefas onde a participação do aluno é fundamental. Foram identificadas 472 funcionalidades, isto é, recursos disponíveis nas interfaces que permitem a exploração dos programas e as atividades a eles relacionadas. Após uma análise, observou-se que havia a possibilidade de agrupá-las por categorias que expressam requisitos comuns. Foram criadas cinco categorias: A Ajuda, CA Configuração do Ambiente, CR Configuração do recurso; I Informação sobre Hardware & Software (H&S), OB Operação básica. A tabela 1 apresenta o resumo deste trabalho. Tabela 1 Nome SOFTWARES PESQUISADOS Função Cabri Excel Régua e Compasso Graphmática Maple Poly Shapari Slogo Tangram Tess Winmat Winplot Total Configuração do Ambiente (CA) X X 5 Recurso (R) X X X X X X X X X X X X 199 Configuração do Recurso (CR) X X X X X X X X X X X X 195 Ajuda (A) X X X X X X 11 Informações sobre o software (I) X X X X X 16 Operações Básicas (OP) X X X X X X X X X X X X 66 Resumo da análise dos softwares pesquisados. Os requisitos observados na construção de ambientes educacionais envolvem os seguintes aspectos: 1. Os ambientes necessitam ter interfaces configuráveis conforme o tipo de trabalho a ser desenvolvido pelo professor. Esta possibilidade de configurar a interface tornando disponíveis apenas os recursos que o aluno vai utilizar num determinado trabalho é importante para os professores. Isto evita uma sobrecarga cognitiva por parte do aluno. Isto é, ele usa apenas aquilo que vai necessitar; 2. Todos os ambientes devem ter recursos variados que permitam a elaboração e/ou resolução dos exercícios de forma variada. Os professores selecionam programas que permitam a solução de problemas usando diferentes alternativas que levem ao mesmo resultado. Esta variabilidade é importante para construção do conhecimento e a observância do estilo cognitivo dos alunos; 3. Estes recursos mencionados no item dois devem, também, ser configurados. Ou seja, quanto mais possibilidades de personalização do ambiente, maiores suas possibilidades pedagógicas; 4. A importância da existência de algum tipo de ajuda no ambiente. Esta ajuda se refere ao uso do sistema e também aos conteúdos e assuntos trabalhados no programa; 5. A disponibilização de informações gerais sobre o software e o hardware necessários, equipe que desenvolveu e o tipo de licença do sistema são fatores importantes na escolha do ambiente. Embora isto não seja contemplado em todos os ambientes; 6. Operações básicas encontradas no ambiente Windows, tais como: abrir, fechar, salvar, imprimir, recortar, colar e outras, são funcionalidades que os professores esperam estarem

4 contempladas nos programas. Para validar as categorias e elaborar o conjunto de diretivas, foi utilizado um questionário eletrônico com disponibilização de perguntas na Web, a fim de os professores pudessem responder com mais facilidade o instrumento. Após a coleta, foram tabulados na planilha Excel, gerando gráficos para cada questão analisada e o resultado de cada questão descreve agora. A questão 1 buscou identificar o motivo da escolha de um determinado software associado à metodologia do professor. 71% dos respondentes afirmaram que utilizam softwares que fixem o conteúdo, 64% dos professores realizam pesquisa sobre assuntos relacionados ao conteúdo com seus alunos, 50% dos respondentes apresentam conteúdos que serão estudados e 14% dos respondentes realizam uma exploração livre dos recursos de informática com seus alunos. Os professores afirmaram que, na maioria das vezes, realizam atividades utilizando recursos computacionais para fixar conteúdos, e apresentar conteúdos. Na questão 2 indagava qual o tipo de atividade realizada pelos professores, dos que utilizam para fixar conteúdos, 78% dos respondentes fazem exercícios e 64% realizam simulações com seus alunos, apenas 14% dos respondentes não utilizam softwares para apresentar conteúdos. A questão 3 solicitava ao professor que indicasse as características (requisitos) desejadas para um software educacional. As respostas indicaram que 64% dos professores desejam um ambiente computacional específico de Matemática e que aborde o conteúdo estudado; 57% afirmaram que os softwares devem apresentar facilidade de navegação com uma interface (tela) simples e funcional e, que traga a possibilidade de salvar a atividade realizada pelos alunos; 36 % dos professores indicaram que os softwares devem possuir manual específico e 29% que permita a inserção de questões pelo professor. Os itens interação professor aluno e usar os softwares que existem na escola foram escolhidos por 36% dos respondentes, 29% desejam softwares que priorizem a interação entre alunos e que mostrem acertos e erros, já apenas 7% sugerem que seja priorizada a metodologia e que sejam utilizados softwares comuns. Na questão 4, foi apresentada para os respondentes uma lista como os softwares educacionais de Matemática encontrados na primeira fase da pesquisa e foi solicitado que indicassem dentre estes quais que o professor utilizava. Caso o software que o professor utilizava não estivesse especificado, ele poderia informar. Os softwares indicados pelos professores foram 71% utilizam Cabri e Excel, 43% Graphmatica, 29% Tangram e Winplot, 14% Maple e Poly, e apenas 7% Geogebra, Winmat e Shapari. Podemos observar que, os softwares Slogo e Tess, embora estejam disponíveis nas escolas, não são utilizados pelos professores que participaram desta pesquisa. A questão 5 apresentava uma relação de funcionalidades de um software educacional e solicitava que o respondente indicasse quais desses atributos considerava essencial em um software de Matemática. As operações básicas mais citadas são abrir, apagar, salvar e novo arquivo, funcionalidades que os professores esperavam estarem contempladas. O item mais votado foi o Salvar com 79%, seguido por 43% Abrir e Novo e finalmente com 29% o item Apagar. Nesta questão, 71% dos respondentes ressaltaram a importância da existência de algum tipo de ajuda no ambiente. Esta ajuda se refere ao uso do sistema e também aos conteúdos com 29% gostariam de ter exemplos dos assuntos trabalhados no programa. Os professores destacaram a necessidade da existência de recursos variados que permitam a elaboração e/ou resolução dos exercícios e a solução de problemas usando diferentes alternativas que levem ao mesmo resultado uma variabilidade tão importante para construção do conhecimento e a observância do estilo cognitivo dos alunos. Apareceram ainda as preferências pelos recursos: 86% Desfazer, 79% Desenha gráficos, 71% Colar, 57% Copiar, 50% Importar e exportar objetos, bem como o Excluir, 43% Girar, 36% Cores, 29% Esconder, 14% Cor de Preenchimento e Correio eletrônico e 7% Hyperlink. E preferências de 71% Inserir texto, 64% Tabela, 57% impressão, recortar, reiniciar, símbolos e verificar erros, 50% Mover e Zoom, 36% Executa na WEB e executa em XP, 29% executa em rede. Ao serem indagados quanto à necessidade de interfaces configuráveis, conforme o tipo de trabalho a ser desenvolvido, os professores indicaram que gostariam de poder configurar os recursos, conforme indicado no gráfico 10. Apresentamos, em porcentagem as preferências dos respondentes: 7% gostariam de escolher os Estilos de fontes, 21% configurar o item Fim, 29% Reduzir tamanho da imagem, 43% Níveis de dificuldade e

5 executar, 57% Refazer. Os professores ainda consideraram importante obter informações e dados sobre o programa e ter a disponibilização de informações gerais sobre o software e o hardware. Na questão 6 foi indagado que critério o professor utiliza para escolher um software: se procura escolher softwares gratuitos, livre e outros; se costuma indicar programas para a escola adquirir ou se costuma adquirir ou fazer download do software e instalar na escola. Os resultados indicam que 79% dos professores dão preferência de uso aos softwares não proprietários e 21% aos indicados pela escola. Porém, quando questionados sobre quais softwares utilizam nas suas aulas, indicam o Cabri e o Excel como os mais utilizados, ou seja, aqueles que são proprietários. Este dado pode indicar a preferência dos professores por softwares não proprietários, ou ainda a impotência do professor diante do sistema operacional escolhido pela instituição onde trabalha, como também o desconhecimento por parte do professor dessa diferença. A questão 7 indagava sobre a preferência por um determinado ambiente computacional; tinha como objetivo identificar que sistema operacional existe nas instituições de ensino, questão relevante para a programação de um software. A maioria, 64% dos professores, responderam que utilizam o sistema operacional proprietário e 21% mostraram-se indiferente quanto ao sistema operacional. As questões 8 e 9, em aberto, existentes no questionário, referem-se à opinião do respondente sobre aspectos relevantes e irrelevantes relacionados à escolha de software educacional para suporte às aulas de Matemática que não tenham sido consideradas no questionário dessa pesquisa. 3. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS A amostragem que respondeu ao questionário relatou que todas as questões de pesquisa consideraram aspectos indispensáveis para a escolha de um software para as aulas de Matemática e consideraram que existem programas interessantes, porém, na maioria das vezes, desvinculados aos assuntos trabalhados em sala de aula. E alguns softwares que simplesmente resolvem problemas, nos quais o aluno não tem de construir suas próprias soluções. A modelagem e o projeto de softwares educacionais estão diretamente ligados às metodologias e às praticas docentes. Logo, eles necessitam estar em sintonia com o modelo pedagógico da escola e auxiliar os professores e alunos a obterem da tecnologia o suporte que necessitam para realizar suas tarefas pedagógicas. Um bom programa educacional requer a participação de uma equipe com postura interdisciplinar que trabalhe de forma coordenada e cooperativa. Para que esse diálogo seja produtivo é necessário que as partes possuam uma linguagem comum que facilite a troca de experiências e informações relevantes e precisas. Dada à natureza diversa dos interlocutores no que tange a sua formação, os profissionais de Ciência da Computação e Ciências da Educação devem procurar adquirir vocabulário e experiências que lhes possibilitem o trabalho conjunto de forma produtiva. A variedade e quantidade de softwares educacionais voltados para a área de Matemática permitem aos professores e alunos diversificarem a forma como trabalham e constroem o conhecimento. No entanto, esta variedade traz consigo uma série de questionamentos quanto a sua qualidade técnica e/ou pedagógica (Gomes et al, 2002). Segundo (Cano, 2001), software educativo pode ser definido como: um conjunto de recursos informáticos projetados com a intenção de serem usados em contextos de ensino e de aprendizagem. Tais programas abrangem finalidades muito diversas que podem ir da aquisição de conceitos até o desenvolvimento de habilidades básicas ou resolução de problemas. O software educacional é determinado pelas teorias de aprendizagem que o suportam (Giraffa, 1999). Elas distinguem os ambientes educacionais e definem o grau de participação e controle do aluno no processo de construção do conhecimento. A associação de Matemática e Informática permitem explorar certos conceitos de forma mais atrativa e na linguagem dos jovens de hoje. Além de ser uma atividade prazerosa e criativa, o uso de softwares educacionais permite o desenvolvimento de habilidades cognitivas, bem como, desenvolver a atenção e a concentração, tão necessárias para o aprendizado de Matemática e para resolução de problemas em geral. Para se utilizar tais recursos no ensino de Matemática é fundamental a criatividade e interesse de professores e alunos. O ensino de Matemática mediado por ambientes computadorizado pode contribuir para uma aprendizagem significativa onde o aluno além de compreender deve saber fazer, o que remete ao saber pensar matematicamente. O professor tem um papel preponderante na utilização destes ambientes, pois,

6 além do domínio de conteúdo deve buscar mudanças metodológicas que vinculem a construção do conhecimento matemático com problemas do cotidiano. Através da análise do software que melhor se adequar a sua proposta de trabalho. Muitos softwares reproduzem na tela os exercícios dos livros didáticos tradicionais sem agregar atividades interativas que efetivamente desafiem os alunos. Entretanto, muitos destes softwares conseguem ser utilizado de maneira satisfatória devido a propostas metodológicas criativas desenvolvidas pelos professores experientes na exploração de recursos computacionais para suas atividades docentes. O domínio de conteúdo é fator fundamental para criação de novas metodologias para o ensino. Ele é um fator determinante para criação de novos ambientes que incentivem o desenvolvimento da autonomia e a capacidade de argumentação dos educandos. Dentro deste contexto de busca de desafios e alternativas para trabalhar a matemática, encontramos os softwares educacionais. A participação mais efetiva de profissionais de Ciências da Educação no projeto de softwares educacionais requer o domínio da linguagem e forma de representação de suas idéias e expectativas que lhes possibilite aos profissionais de Ciência da Computação organizá-las de forma a gerar o programa compatível com as reais necessidades que o professor possui. Muitos cursos já prevêem disciplinas de Informática na Educação. A fim de ampliar a divulgação desse trabalho, foi construída uma página na Internet onde estão disponibilizados todos os materiais oriundos da mesma. Acredita-se que este site auxiliará a todos aqueles que necessitam encontrar material acerca do ensino de Matemática suportado por softwares educacionais. Espera-se com este trabalho auxiliar a equipe de projeto de software educacional, especialmente os professores de Matemática, a agilizar seus trabalho e agregar qualidade ao produto gerado. E, também, auxiliar os professores a identificarem se um determinado software atende ou não determinada característica, resultando uma melhor seleção de programas a serem usados com seus alunos. 4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Cano C. A., Os recursos da Informática e os contextos de ensino e aprendizagem. In: Sancho, Juana Maria. Para uma tecnologia educacional. 2ª edição, Artmed, Porto Alegre, Brasil. Carvalho, Ariadne M.B.R. e Chiossi, Thelma C. dos Santos, Introdução à engenharia de software. Editora Unicamp, Campinas, Brasil. Giraffa, L. M., Uma Arquitetura de Tutor Utilizando Estados Mentais. Porto Alegre, Brasil. Gravina, M. A. e Santarosa, L., A Aprendizagem da Matemática em Ambientes Informatizados. In: Revista Informática e Educação: Teoria e Prática. UFRGS, Porto Alegre, Brasil. Gomes A. et al, Avaliação de software educativo para o ensino de Matemática. Anais do WIE 2002, Florianópolis, Brasil. Lyra, A.R.de L. et al, Ambiente Virtual para Análise de Software Educativo, In: WIE 2003 Workshop Brasileiro de Informática Educativa, Anais. Campinas, Brasil. Pressman, Roger S., Software Engineering: a practitioner s approach. McGraw Hill, EUA.