Uma abordagem para o desenvolvimento de jogos inteligentes para educação ambiental

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1 Uma abordagem para o desenvolvimento de jogos inteligentes para educação ambiental Descrição Detalhada Carla Taciana Lima Lourenço Silva Schuenemann Maio de

2 Conteúdo 1. Introdução Metas e Ações Adaptação e Evolução do Framework Tropos para o desenvolvimento de Jogos Inteligentes para Educação (M1) Observação do uso de recursos ambientais pela população da região do Litoral Norte da Paraíba, principalmente no Estuário do Rio Mamanguape (M2) Investigação sobre programas de educação ambiental nas instituições de ensino da região do Litoral Norte da Paraíba (M3) Desenvolvimento e Implantação de um jogo inteligente para educação ambiental (M5) Avaliação do impacto do uso de jogos inteligentes na educação ambiental em instituições de ensino da região do Litoral Norte da Paraíba (M6) Metodologia Principais contribuições científicas ou tecnológicas Identificação dos participantes do projeto Disponibilidade Efetiva de Infra-estrutura e de apoio técnico Referências

3 Resumo A educação ambiental tem sido um tema bastante focado ultimamente devido aos efeitos que estamos sofrendo como conseqüência do uso inadequado durante anos dos recursos naturais providos pelo planeta. Tornase urgente implantar programas de educação ambiental nas intituições de ensino fundamental, médio e superior para formar cidadãos conscientes do seu papel na sociedade no que diz respeito à preservação da natureza e do uso sustentável de seus recursos. A educação ambiental pode envolver várias áreas da ciência, como por exemplo, a Ecologia e a Ciência da Computação que, ao serem combinadas, podem ser tornar uma ferramenta poderosa. Este projeto propõe a criação de uma metodologia baseada em agentes de software para o desenvolvimento de jogos inteligentes para a educação ambiental. Para tanto, será necessário realizar uma investigação sobre o meio-ambiente nos arredores do Campus IV da Universidade Federal da Paraíba, onde se encontra o Estuário do Rio Mamanguape. Também é preciso investigar a existência de programas de educação ambiental nas instituições de ensino desta região. Estas informações serão usadas para o desenvolvimento de um jogo interativo para educação ambiental e posterior implantação deste nas escolas e universidades da região. Espera-se que após a realização deste projeto, a população da região do litoral norte da Paraíba, onde a UFPB Campus IV está situada, comece a realizar uma interação sustentável com os recursos naturais da região. Além disso, os resultados deste projeto poderão ser aplicados a outras regiões que ainda não utilizem um programa de educação ambiental eficaz. Palavras-chave: Jogos Educativos, Educação Ambiental, Desenvolvimento de Software Orientado a Agentes 3

4 1. Introdução Nos últimos anos, o planeta tem enfrentado uma grande mudança climática, decorrente do desmatamento florestal, da poluição do ar, das águas e do solo, do uso de combustíveis fósseis, entre outros fatores. Estes problemas de degradação ambiental demonstram a necessidade de inserirmos ferramentas e métodos adequados nas escolas e universidades para a formação de cidadãos conscientes das conseqüências dos seus atos com relação à natureza. De fato, a falta de cuidados com o meio ambiente tem aumentado o aquecimento global, causando enchentes, secas, pandemias, destruição da camada de ozônio, contaminação de rios, a extinção de espécimes animais e vegetais, dentre outros problemas, o que nos revela o impacto nocivo da sociedade contemporânea sobre o meio ambiente. Diante desta situação, destacamos a necessidade de inserir um programa de educação ambiental nas escolas de nível fundamental e médio, como também em universidades. Este programa serviria como atividade transformadora de noções sobre a responsabilidade do indivíduo em relação aos efeitos de suas ações sobre o meio ambiente e promoveríamos uma relação sustentável entre a sociedade humana e a natureza. A educação ambiental é uma área interdisciplinar na qual participam disciplinas tais como história, geografia, biologia, física, química, ciências sociais, ecologia e tecnologia da informação. O uso combinado das duas últimas disciplinas nos permitiria desenvolver um ambiente de aprendizagem, visualmente rico, para simular o comportamento do meio-ambiente de uma região e apresentar de forma interativa, para o indivíduo, o efeito de uma determinada ação sobre a natureza [Silva, A. et al., 2007]. Em particular, o uso de um ambiente educativo na região no litoral norte da Paraíba, onde se encontra o campus IV da Universidade Federal da Paraíba (UFPB), iria promover uma conscientização da população local, no que diz respeito à preservação da fauna, flora e recursos hídricos locais. Atualmente, esta região sofre com problemas de poluição de rios, degradação de mangues, pesca em época ilegal, criação de viveiros de camarão (carcinicultura) de forma irregular, acúmulo de lixo, cultivo da cana-de-açúcar de forma indiscriminada, entre outros problemas. Por exemplo, próximo ao campus IV da UFPB, Litoral Norte, fica o baixo curso do rio Mamanguape que compreende a região dos tabuleiros costeiros e dos manguezais. Nos tabuleiros costeiros estão os grotões, pequenos vales encaixados, cujos riachos alimentam a bacia do rio Mamanguape e suprem a população de água. A vegetação é de cactáceas e de cerrados, ricos em mangabeiras, cajueiros e outras espécies de cerrado. O problema ambiental atual do tabuleiro é o cultivo da cana-de-açúcar de forma abusiva, inclusive nas margens do rio, não sendo poupadas do desmatamento sequer as mata ciliares. Na área do tabuleiro, nas imediações de Mamanguape há ainda a Reserva Florestal dos Guaribas, gerenciada pelo IBAMA. Essa reserva tem por objetivo a proteção de amostras representativas da Mata Atlântica do Nordeste, sendo sua utilização para fins científicos e de pesquisa [Paraiwa, 2009]. O Estuário do Rio Mamanguape é uma das maiores áreas de manguezal da Paraíba. O complexo estuário-manguezal serve como berçário, meio nutritivo, centro de multiplicação de numerosas espécies animais e fonte de recursos naturais para as comunidades costeiras que deles utilizam produtos vitais para a sua subsistência ou para a economia local [Bezerra et al., 2008]. A área de mangue do Estuário do Rio Mamanguape equivale a cerca de seis mil hectares e faz parte da Área de Proteção Ambiental (APA) do Rio Mamanguape e está na mira dos cuidados do Centro de Estudo de Peixe Boi Marinho. Na margem do Estuário, tanto do lado direito como do esquerdo, existem aproximadamente 32 comunidades, cada um com uma população entre 300 e um mil moradores. O mangue fornece produtos de boa qualidade como peixes, mariscos e crustáceos. Alguns usam a carcinicultura como meio de complementação de 4

5 renda. Em sua maioria, essas atividades são desenvolvidas pelos membros das comunidades que margeiam o rio, que fazem parte de municípios como Mamanguape, Marcação e Rio Tinto [Ecodebate, 2009]. Sem uma educação ambiental apropriada, essa comunidade não terá consciência sobre os efeitos que uma exploração insustentável dos recursos ambientais poderá causar, levando a uma destruição deste meio-ambiente em curto prazo. Para promover a inserção da educação ambiental na região do litoral norte da Paraíba, este projeto propõe a criação de técnicas e métodos para o desenvolvimento de uma ferramenta de aprendizagem na forma de um jogo interativo para educação. Uma metodologia de desenvolvimento deste tipo de software permitirá a construção de um jogo para educação ambiental, que poderá ser implantando nas escolas e universidades da região. De fato, é preciso desde cedo formar cidadãos conscientes de suas responsabilidades para um desenvolvimento sustentável e para uma relação saudável entre a sociedade e a natureza. Utilizar jogos para educação ambiental permitirá a conscientização ambiental da população de forma divertida e agradável. Este jogo deverá ser capaz de simular o meio-ambiente da região através de uma modelagem computacional deste ambiente. Para tanto, este sistema deverá manipular grandes informações, representadas de maneiras diversas, através de imagens, textos, sons, filmes etc. Um jogo de simulação deverá ser uma representação funcional da realidade, podendo ser um modelo computacional simplificado misturando características de um jogo competição, cooperação, regras etc com aquelas de um simulador, que é a incorporação de características críticas da realidade [Silva, A. et al., 2007] Podemos citar alguns simuladores de grande sucesso comercial como o The Sims (2000), The Sims 2 (2004), que possui um ambiente totalmente 3D onde o jogador, possui um controle total do cenário, podendo comandar a vida de pessoas virtuais, construir suas casas e controlar desde suas carreiras profissionais até as atividades mais básicas do dia-a-dia, como tomar banho ou cozinhar [Silva, A. et al., 2007].E o "Second Life" (2006), um mundo virtual onde o freqüentador ganha um avatar, um ser virtual que irá representá-lo no universo virtual. À medida que os jogos se tornam mais complexos, os desenvolvedores de jogos estão começando a reconhecer a necessidade de se construir personagens mais inteligentes e, portanto, eles são obrigados a colocar maior ênfase no desenvolvimento da IA de seus jogos [Laird & van Lent, 1999]. Um dos objetivos fundamentais da IA, é entender e implementar sistemas inteligentes que apresentem todas as capacidades de um ser humano. A metodologia desenvolvida ao longo deste projeto considera jogos somente sob a forma de ambientes virtuais com regras e restrições específicas que possam ser populados por agentes inteligentes [Silva, F., 2005]. Isto exclui jogos de tabuleiro e semelhantes. Como o ambiente virtual onde o jogo acontece pode ser tão complexo quanto se queira, implementar comportamento inteligente nos agentes que vivem nesse ambiente é que motiva a necessidade de adaptar uma metodologia de desenvolvimento de sistemas multi-agentes para o desenvolvimento de jogos interativos. O aumento no interesse em agentes de software e sistemas multi-agentes tem levado ao desenvolvimento de técnicas e métodos baseados nos conceitos de agentes [Silva et al., 2007a; Silva et al., 2007b; Silva et al., 2008; Silva et al.; 2009a; Silva et al., 2009b]. Tropos [Castro et al., 2002; Giorgini et al., 2005] é um framework que propõe uma metodologia de desenvolvimento de software orientado a agentes para ambientes dinâmicos e distribuídos. Um dos nossos objetivos é adaptar o framework Tropos para que ele guie o desenvolvimento de jogos interativos e inteligentes para educação. Como estudo de caso desta adaptação, vamos desenvolver um jogo inteligente para educação ambiental, onde o eco-sistema da região do litoral norte será computacionalmente modelado, permitindo que os usuários do jogo aprendam sobre este meio ambiente e sobre os efeitos de uma ação não sustentável poderá causar no mesmo. O framework Tropos apóia cinco fases do desenvolvimento de software: 5

6 Requisitos iniciais: a análise de requisitos iniciais foca nas intenções dos stakeholders. Preocupa-se com o entendimento de um problema pelo estudo de um ambiente organizacional [Alencar et al., 2008a]; Requisitos finais: O sistema a ser desenvolvido é descrito dentro do seu ambiente de execução, juntamente com funções e qualidade relevantes (ex. desempenho, segurança, disponibilidade). A análise de requisitos finais resulta em uma especificação de requisitos que descreve todos os requisitos funcionais e não-funcionais do futuro sistema [Alencar et al., 2008b]; Projeto arquitetural: A arquitetura global do sistema é definida em termos de subsistemas, interconectados através de dados, controle e dependências. Um estilo arquitetural específico é selecionado dentre um catálogo usando com critério as qualidades desejadas do sistema [Silva et al., 2007a; Silva et al., 2009b]; Projeto detalhado: A fase de projeto detalhado introduz detalhes em cada componente arquitetural do sistema. Consiste na definição de como os componentes presentes no modelo arquitetural vão cumprir suas responsabilidades de acordo com os padrões de projeto [Silva et al., 2007b; Silva et al., 2008]; Implementação: É realizado um mapeamento entre a especificação do projeto detalhado e os elementos da plataforma de implementação. Esse mapeamento gera um esqueleto para a implementação [Silva et al., 2009a]. Além de cobrir várias fazes do ciclo de vida do software, o Tropos também adota várias técnicas que visam o desenvolvimento de software de qualidade, sendo elas: Orientação à metas: visa preencher as lacunas existentes no desenvolvimento de software, baseando-se nos objetivos dos stakeholders, de modo que o software a ser desenvolvido corresponda ao que realmente os stakeholders desejam. Segundo [Lamsweerde, 2001], um objetivo é aquilo que o sistema deverá atingir. Orientação a agentes: Um novo paradigam de software é a orientação a agentes. Um agente é um sistema de computador encapsulado que está situado em algum ambiente e que é capaz de agir de forma autônoma e flexível naquele ambiente de forma a atender seus objetivos de projeto [Wooldridge, 2002]. A orientação a agentes oferece um nível mais alto de abstração quando pensamos sobre características e o comportamento de sistemas de software. Orientação a aspectos: O desenvolvimento orientado a aspectos [Kiczales et al., 1997] é um paradigma para modularizar interesses que outros paradigmas não conseguem capturar explicitamente e, por isso, são chamados de interesses transversais. A orientação a aspectos encoraja descrições modulares de software complexo provendo suporte para a clara separação entre a funcionalidade do sistema e seus interesses transversais. Estilos arquiteturais e padrões de projeto: Um estilo arquitetural consiste de um vocabulário de elementos de projeto e um conjunto de regras de configuração que governam a combinação desses elementos [Sommerville, 2007]. Padrões de projeto descrevem problemas recorrentes e soluções no projeto de software e seu uso contribui para reduzir custos do desenvolvimento e aumentar a qualidade do produto desenvolvido [Gamma et al., 1994]. Desenvolvimento dirigido por modelos: o desenvolvimento dirigido por modelos (do inglês, Model Driven Development MDD) [Bezivin, 2004] Consiste no uso de tecnologias de software capazes de gerar um produto final a partir de modelos, com reusabilidade, manutenibilidade e que atenda às necessidades dos stakeholders. É baseado na especificação e transformação de modelos. Para a realização deste projeto, contaremos com a cooperação de pesquisadores do Centro de Ciências Aplicadas e Educação (CCAE) da UFPB, como também do Centro Centro de 6

7 Informática da Universidade Federal de Pernambuco (CIn-UFPE) e do Departamento de Sistemas e Computação da Universidade De Pernambuco (UPE). Os pesquisadores envolvidos neste projeto possuem diversas especialidades nas áreas de Ecologia e Ciência da Computação. Em particular, na área de Ciência da Computação, contaremos com especialistas em engenharia de requisitos, desenvolvimento de sistemas multi-agentes, desenvolvimento de jogos inteligentes, desenvolvimento de software orientado a aspectos, desenvolvimento de interfaces humano-computador e desenvolvimento dirigido por modelos. Em Ecologia, contaremos com especialistas em desenvolvimento rural sustentável e em estudos na reserva biológica Guaribas, que fica também próxima ao campus IV da UFPB, no litoral norte. Promover a educação ambiental na região do litoral norte da Paraíba é a condição necessária para modificar um quadro crescente de degradação ambiental nesta região, onde as instituições de ensino terão uma função de mediadoras na construção de referenciais ambientais que possibilitarão uma prática social centrada no conceito de sustentabilidade entre a sociedade e a natureza. Assim, a educação ambiental tem um papel transformador na formação de cidadãos conscientes de suas responsabilidades ambientais no mundo contemporâneo, visto que o mau uso dos recursos naturais terá impacto direto na sua qualidade de vida. Usar um software como ferramenta educacional neste processo de conscientização ambiental, permitirá que o indivíduo possa observar em um ambiente virtual as conseqüências nocivas de seus atos contra a natureza e, consequentemente, possa perceber quais atitudes evitariam a degradação do meio-ambiente que o circunda. Um software de simulação que permite a interação do usuário na forma de um jogo inteligente auxiliará na educação sem deixar de lado o entretenimento proporcionado pelos jogos interativos. Portanto, é preciso definir uma metodologia apropriada para o desenvolvimento destes jogos educativos. Com o desenvolvimento destes jogos educativos, outras comunidades, em situação semelhante, também poderão se beneficiar dos resultados alcançados neste projeto. 2. Metas e Ações Neste projeto concentraremos a pesquisa em cinco grandes metas: 1. Adaptação e Evolução do Framework Tropos para o desenvolvimento de Jogos Inteligentes para Educação; 2. Observação do uso de recursos ambientais pela população da região do Litoral Norte da Paraíba, principalmente no Estuário do Rio Mamanguape; 3. Investigação sobre programas de educação ambiental nas instituições de ensino da região do Litoral Norte da Paraíba; 4. Desenvolvimento e Implantação de um jogo inteligente para educação ambiental; 5. Avaliação do impacto do uso de jogos inteligentes na educação ambiental em instituições de ensino da região do Litoral Norte da Paraíba. Nas subseções a seguir, cada meta encontra-se detalhada e relacionada às ações necessárias para a sua satisfação. Os recursos humanos, necessários ao desenvolvimento de cada tarefa, também serão especificados. Também incluiremos uma estimativa do prazo de sua execução. O cronograma geral de realização de todo o projeto será apresentado na seção 3 (Metodologia) Adaptação e Evolução do Framework Tropos para o desenvolvimento de Jogos Inteligentes para Educação (M1) Esta meta visa extender o framework Tropos através da adaptação de suas técnicas, métodos e ferramentas CASE (Computer Aided Software Engineering), que foram originalmente 7

8 definidos para o desenvolvimento de sistemas de informação, para permitir a especificação e o desenvolvimento de jogos inteligentes para educação. Ação 1: Adaptação de uma técnica de modelagem de requisitos apropriada para a identificação das necessidades dos stakeholders e elicitação dos requisitos de um Jogo Inteligente para Educação. Duração: 2 meses. Descrição: Muitas técnicas de modelagem de requisitos estão disponíveis atualmente [Lamsweerde, 2000], mas ainda é preciso identificar aquelas que são mais apropriadas para a especificação de requisitos de um jogo educativo. Recursos humanos: Carla Silva, Jaelson Castro, Fernanda Alencar, Maria Lencastre, Márcia Lucena e Patrícia Tedesco. Ação 2: Definição ou adaptação de estilos arquiteturais para o projeto de Jogos Inteligentes para Educação. Duração: 2 meses. Descrição: Vários estilos arquiteturais para sistemas de informação foram propostos ao longo dos anos [Shaw & Clements, 2006; Castro et al., 2002]. No entanto ainda é preciso investigar quais dos estilos existentes podem ser adaptados para suportar o desenvolvimento de jogos educativos. Recursos humanos: Carla Silva, Márcia Lucena, Jaelson Castro. Ação 3: Uso do desenvolvimento dirigido por modelos para gerar modelos de requisitos, arquitetura e projeto detalhado, como também código fonte. Duração: 2 meses. Descrição: Adotaremos a abordagem MDD para gerar modelos arquiteturais a partir de modelos de requisitos, modelos de projeto a partir de modelos arquiteturais e código fonte a partir de modelos de projeto detalhado. O uso de técnicas MDD permite que a rastreabilidade seja feita de forma mais direta do que usando outras abordagens de desenvolvimento. O uso de uma abordagem MDD desde o nível mais alto de abstração até o nível de código, automatizadas através de ferramentas, permite uma maior produtividade no desenvolvimento. Recursos humanos: Carla Silva, Jaelson Castro, Fernanda Alencar, Maria Lencastre, Márcia Lucena. Ação 4: Uso da orientação a aspectos para aumentar a separação de interesses, principalmente em modelos de arquitetura, modelos de projeto detalhado e código fonte. Duração: 2 meses. Descrição: Usaremos técnicas de especificação e implementação orientadas a aspectos para permitir que interesses transversais sejam localizados e modularizados apropriadamente, evitando espalhamento e entrelaçamento destes interesses em vários artefatos de software. Os interesses transversais são propriedades que não se alinham bem com o critério de decomposição de uma abordagem adotada e, portanto, não podem ser modularizados pelos paradigmas de desenvolvimento tradicionais. Recursos humanos: Carla Silva, Ayla Rebouças, Jaelson Castro, Alexandre Duarte. 8

9 Ação 5: Desenvolvimento de ferramentas CASE de suporte às fases de arquitetura e projeto detalhado, bem como a integração destas com a ferramenta de modelagem de requisitos IstarTool [Siqueira, 2008]. Duração: 4 meses. Descrição: Ferramentas CASE são essenciais para o desenvolvimento de software com alta produtividade, além de apoiar a documentação e comunicação do software. Por isso, precisamos construir ferramentas CASE de apoio às fases do Tropos e a posterior integração destas ferramentas com a ferramenta de modelagem de requisitos IstarTool. Todas estas ferramentas poderão ser construídas com a tecnologia Eclipse [Eclipse, 2009]. Recursos humanos: Carla Silva, Alexandre Scaico, Josias Paes, Pasqueline Dantas, Bolsista de Iniciação Científica Observação do uso de recursos ambientais pela população da região do Litoral Norte da Paraíba, principalmente no Estuário do Rio Mamanguape (M2) Ação 6: Observação do uso de recursos ambientais no Estuário do Rio Mamanguape Duração: 4 meses. Descrição: Na região do Litoral Norte da Paraíba fica localizado o baixo curso do Rio mamanguape que supre a população de água. A costa do rio possui vegetação de cactáceas e de cerrados, ricos em mangabeiras, cajueiros e outras espécies de cerrado. O mangue que faz parte do estuário do rio mamanguape fornece produtos de boa qualidade como peixes, mariscos e crustáceos. Precisamos investigar com maior profundidade o mau uso destes recursos ambientais, como o plantio da cana-deaçucar, a carcinicultura, a falta de coleta e reciclagem do lixo, como também a pesca fora de época. Tudo isto pode provocar desmatamento, extinção de crustáceos como a lagosta e caranguejo, como também a poluição do rio que, consequentemente, provocará a poluição do mar e dos manguezais. Recursos humanos: Carla Silva, Zelma Quirino, Evelise Souza, Pasqueline Dantas, Bolsista de Iniciação Científica Investigação sobre programas de educação ambiental nas instituições de ensino da região do Litoral Norte da Paraíba (M3) Ação 7: Investigação sobre programas de educação ambiental nas instituições de ensino da região do Litoral Norte da Paraíba. Duração: 4 meses. Descrição: Precisamos descobrir as necessidades de educação ambiental nas instituições de ensino da região do Litoral Norte da Paraíba. Através de visitas a estas instituições, poderemos identificar algum programa de educação ambiental já em uso, observar o perfil da população estudantil local, bem como observar a insfra-estrutura tecnológica disponível para uma futura implantação de software. Nesta oportunidade, a equipe deste projeto deverá fazer uma entrevista sobre a relação entre os estudantes e a natureza local. Estas informações serão essenciais para as próximas fases do projeto. Recursos humanos: Carla Silva, Alisson Brito, Alexandre Scaico, Ayla Rebouças, Alexandre Duarte, Pasqueline Dantas, Bolsista de Iniciação Científica. 9

10 2.5. Desenvolvimento e Implantação de um jogo inteligente para educação ambiental (M5) Ação 8: Modelagem Computacional em alto nível do Estuário do Rio Mamanguape Duração: 4 meses. Descrição: A modelagem computacional é a área que trata da simulação de soluções para problemas científicos, analisando os fenômenos, desenvolvendo modelos matemáticos para sua descrição, e elaborando códigos computacionais para obtenção daquelas soluções [Wikipedia, 2009]. A modelagem computacional já foi utilizada para estudar o ecossistema de manguezais em [Mulinari et al., 2006] e será utilizada neste projeto para estudar o Estuário do Rio Mamanguape. Recursos humanos: Carla Silva, Alisson Brito, Alexandre Scaico, Ayla Rebouças, Alexandre Duarte, Pasqueline Dantas, Zelma Quirino, Evelise Souza, Bolsista de Iniciação Científica. Ação 9: Desenvolvimento do Jogo Inteligente para Educação Ambiental usando o Tropos. Duração: 16 meses. Descrição: O desenvolvimento do Jogo deverá ser feito de acordo com a metodologia Tropos. Utilizaremos boas práticas de desenvolvimento de software, tais como: (i) elicitação de requisitos guiada por metas, para garantir que o software atenda às reais necessidades dos stakeholders; (ii) desenvolvimento dirigido por modelos, para aumentar a produtividade do processo de desenvolvimento; (iii) desenvolvimento orientado a aspectos, para aumentar o reuso e a manutenibilidade do software, e; (iv) desenvolvimento orientado a agentes, para incorporar inteligência nos jogos desenvolvidos. Recursos humanos: Carla Silva, Alisson Brito, Alexandre Scaico, Ayla Rebouças, Alexandre Duarte, Pasqueline Dantas, Zelma Quirino, Evelise Souza, Bolsista de Iniciação Científica. Ação 10: Implantação do Jogo Inteligente para Educação Ambiental nas instituições de ensino da região. Duração: 4 meses. Descrição: Após o desenvolvimento do Jogo Inteligente para Educação Ambiental, precisamos implantá-lo nas instituições de ensino na região de forma que ele possa ser amplamente usado pela população estudantil. Recursos humanos: Carla Silva, Alisson Brito, Alexandre Scaico, Ayla Rebouças, Alexandre Duarte, Pasqueline Dantas, Zelma Quirino, Evelise Souza, Bolsista de Iniciação Científica Avaliação do impacto do uso de jogos inteligentes na educação ambiental em instituições de ensino da região do Litoral Norte da Paraíba (M6) Ação 11: Estudo empírico do uso do Jogo Inteligente na educação ambiental local. Duração: 8 meses. Descrição: Após um período de utilização do Jogo Inteligente para Educação Ambiental, precisaremos avaliar o impacto do uso deste software na educação da pouplação 10

11 estudantil local. Para tanto, a equipe deste projeto deverá repetir a entrevista sobre a relação entre os estudantes e a natureza local de forma a avaliar se houve alguma mudança de postura e se a mudança foi benéfica. Recursos humanos: Carla Silva, Alisson Brito, Alexandre Scaico, Ayla Rebouças, Alexandre Duarte, Pasqueline Dantas, Zelma Quirino, Evelise Souza, Bolsista de Iniciação Científica. 3. Metodologia Para evolução e acompanhamento deste projeto, realizar-se-ão reuniões semanais com a equipe, onde os seus membros farão apresentações sobre temas relacionados ao projeto, bem como realizaremos workshops semestrais para formalizar o cumprimento das metas apresentadas anteriormente. O cronograma apresentado na Tabela 1 demonstra o período de tempo necessário para executar cada uma das 11 ações detalhadas na seção anterior. Ao final de 12 meses espera-se ter uma metodologia completa e com suporte ferramental para o desenvolvimento de jogos educativos com a tecnologia de agentes. Em paralelo às atividades relacionadas à adaptação da metodologia de desenvolvimento de jogos educativos, iniciaremos as atividades de investigação do uso dos recursos ambientais na região, como também da utilização de programas de educação ambiental nas instituições de ensino fundamental e médio. Após produzir os relatórios resultantes destas atividades, poderemos iniciar a modelagem computacional do Estuário do Rio Mamanguape e, em seguida, o desenvolvimento do jogo educativo, que será concluído após 20 meses contados a partir do início da modelagem computacional. Por volta do vigésimo quarto mês, poderemos implantar a primeira versão do jogo nas escolas da região. Após a implantação, aguardaremos quatro meses, período no qual os estudantes e profissionais das escolas poderão usar o jogo livremente. Após este período iniciaremos a investigação sobre os efeitos que o uso do jogo proporcionou na educação ambiental destes indivíduos. Após o primeiro mês, poderemos iniciar a escrita de artigos científicos reportando os resultados alcançados em cada etapa e submetê-los aos principais eventos científicos das áreas envolvidas neste projeto. Tabela 1. Cronograma Ações Quadrimestre A1. Adaptação de uma técnica de modelagem de requisitos apropriada para a identificação das necessidades dos stakeholders e elicitação dos requisitos de um Jogo Inteligente para Educação A2. Definição ou adaptação de estilos arquiteturais para o projeto de Jogos Inteligentes para Educação A3. Uso do desenvolvimento dirigido por modelos para gerar modelos de requisitos, arquitetura e projeto detalhado, como também código fonte A4. Uso da orientação a aspectos para aumentar a separação de interesses, principalmente em modelos de arquitetura, modelos de projeto detalhado e código fonte 11

12 A5. Desenvolvimento de ferramentas de suporte às fases de arquitetura e projeto detalhado, bem como a integração destas com a ferramenta de modelagem de requisitos IstarTool A6. Observação do uso de recursos ambientais no Estuário do Rio Mamanguape A7. Investigação sobre programas de educação ambiental nas instituições de ensino da região do Litoral Norte da Paraíba A8. Modelagem Computacional em alto nível do Estuário do Rio Mamanguape A9. Desenvolvimento do Jogo Inteligente para Educação Ambiental usando o Tropos A8. Implantação do Jogo Inteligente para Educação Ambiental nas instituições de ensino da região. A9. Estudo empírico do uso do Jogo Inteligente na educação ambiental local Redação e submissão de artigos científicos para eventos relevantes na área 4 Principais contribuições científicas ou tecnológicas A realização deste projeto de pesquisa pretende trazer vários benefícios no contexto institucional, regional e nacional: I. Institucional: (i) intensificar da interação entre os membros (estudantes e pesquisadores) do grupo de Pesquisa em Computação Aplicada (Applied), (ii) integrar de pesquisadores de vários cursos dentro do CCAE, visto que há pesquisadores que atuam no curso de Ecologia e outros que atuam no curso Licenciatura em Ciência da Computação, ambos com trabalhos reconhecidos nos meios de divulgação científica, (iii) estabelecer colaborações com instituições de ensino superior de outros estados, (iv) motivar estudantes de graduação a desenvolverem trabalhos científicos, (v) evoluir/adaptar de técnicas e métodos da engenharia de software para o desenvolvimento de jogos educativos, (vi) desenvolver/evoluir o suporte ferramental disponível para estas abordagens, (vii) especializar pessoal nas técnicas incluídas no Tropos para o desenvolvimento de jogos educativos, e (viii) desenvolvimento de jogos educativos que serão implantados em instituições de ensino da região do litoral norte da Paraíba. II. Regional: (i) investigação do estado atual da educação ambiental na região do litoral norte da Paraíba, (ii) investigação de problema relacionados a degradação ambiental nesta região, causado principalmente pela falta de conscientização ambiental, (ii) desenvolvimento e implantação de jogos educativos para conscientização ambiental nesta região, (iii) desenvolvimento sustentável a longo prazo na região mediante a conscientização da população local, aumentar a inclusão digital na região através da implantação de um software educativo. III. Nacional: (i) criação de conhecimento científico validado em aplicações do mundo real (jogos para educação ambiental efetivamente implantados e usados), e (ii) aumento da 12

13 participação do Brasil nas comunidades científicas dedicadas as áreas de pesquisa envolvidas no projeto (Jogos Educativos, Ecologia e Engenharia de Software). 5 Identificação dos participantes do projeto Este projeto será conduzido pela Prof.ª Carla Silva. Vários pesquisadores e estudantes dos cursos de Ecologia e Ciência da Computação do CCAE também atuarão nas diversas ações do projeto. Em particular, o grupo de Pesquisa em Computação Aplicada (Applied) do CCAE conta com pesquisadores especialistas nas áreas de desenvolvimento de software orientado a agentes e Tropos (Carla Silva), desenvolvimento de software orientado a aspectos (Carla Silva e Ayla Rebouças), desenvolvimento de sistemas pervasivos (Alisson Brito), usabilidade e interface humano-computador (Alexandre Scaico), desenvolvimento de aplicações distribuídas e testes de software (Ayla Rebouças e Alexandre Duarte), desenvolvimento de software de apoio à decisão (Alexandre Duarte), desenvolvimento de software auto-adaptável (Ayla Rebouças), desenvolvimento de software dirigido por modelos (Carla Silva) e Engenharia de Linhas de Produtos de Software (Pasqueline Dantas). No curso de Ecologia do CCAE, contaremos com a colaboração de pesquisadores especialistas em desenvolvimento rural sustentável e na reserva biológica Guaribas. Dentre estes pesquisadores, destacamos a Prof.ª Zelma Quirino e Prof.ª Evelise Locatelli, que atuam nestas áreas nos últimos anos. Também pretendemos atingir as metas deste projeto através do desenvolvimento de pesquisas em colaboração com pesquisadores do grupo LER (Laboratório de Engenharia de Requisitos do Centro de Informática da Universidade Federal de Pernambuco (CIn-UFPE). Estes pesquisadores são especialistas em Tropos e Engenharia de Requisitos, onde podemos destacar a Prof.ª Fernanda Alencar, Prof.ª Maria Lencastre e Prof. Jaelson Castro, bem como a Prof.ª Patrícia Tedesco que é especialista em Inteligência Artificial e Jogos para Educação. A Prof.ª Maria Lencastre, em particular, é professora adjunta do Departamento de Sistemas e Computação da Universidade de Pernambuco (DSC-UPE). Contaremos também com a colaboração de estudantes de mestrado e doutorado, especialistas no desenvolvimento orientado a agentes e desenvolvimento dirigido por modelos, tais como Josias Paes e Márcia Lucena. Márcia Lucena é professora da Universidade Federal do Rio Grande do Norte e atualmente está fazendo doutoramento no CIn-UFPE. Josias Paes atualmente é mestrando no CIn-UFPE. A seguir, encontra-se um resumo do curriculum vitae de cada membro da equipe deste projeto. Prof.ª Carla Silva é doutora em Ciência da Computação pela Universidade Federal de Pernambuco (2007), na área de Desenvolvimento Orientado a Agentes. Recentemente, ela participou de um estágio Pós-Doutoral na Universidade Nova de Lisboa, na área de Desenvolvimento de Software Orientado a Aspectos e Linhas de Produtos de Software. Acabou de realizar um estágio Pós-Doutoral na UFPE, atuando na área de Desenvolvimento de Software Orientado a Aspectos, Desenvolvimento de Software Orientado a Agentes e Desenvolvimento de Software Dirigido por Modelos. Atualmente é professora adjunta do Centro de Ciências Aplicadas e Educação da Universidade Federal da Paraíba. Prof. Alexandre Duarte está no último ano do Doutorado em Ciências da Computação da Universidade Federal de Campina Grande. Recentemente realizou um estágio de 18 meses no CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire). Atua em projetos relacionados com grades computacionais e sistemas distribuídos. Tem experiência em várias áreas da Ciência da Computação, em particular, nas áreas de Sistemas Distribuídos e Engenharia de Software. 13

14 Atualmente é professor assistente do Centro de Ciências Aplicadas e Educação da Universidade Federal da Paraíba. Prof. Alexandre Scaico é doutor em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Campina Grande (2007). Realizou um período de doutorado sanduíche na Universite Paul Cezanne Aix-Marseille 3, França. Tem experiência na área de Engenharia Elétrica e Engenharia da Computação, atuando principalmente nos seguintes temas: Linhas de Produtos de Software, Engenharia de Software, Segurança da Informação, Interface Humano-Computador, Usabilidade e Redes de Petri. Atualmente é professor adjunto do Centro de Ciências Aplicadas e Educação da Universidade Federal da Paraíba. Prof. Alisson Brito doutor em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) (2008). Realizou um período de doutorado sanduíche na Universidade de Karlsruhe, na Alemanha. Tem experiência na área de Ciência da Computação, com ênfase em Arquitetura de Sistemas de Computação e Sistemas Embarcados, atuando principalmente nos seguintes temas: Simulação, Transmissão de Vídeo, Redes Sem Fio, Circuitos Integrados e Sistemas Pervasivos. Atualmente é professor adjunto do Centro de Ciências Aplicadas e Educação da Universidade Federal da Paraíba. Prof.ª Ayla Rebouças está no último ano do Doutorado em Ciências da Computação da Universidade Federal de Campina Grande. Realizou um período de três meses de summer internship na Google. Atuou como desenvolvedora e coach no Projeto OurGrid pela Universidade Federal de Campina Grande. Tem experiência na área de Ciência da Computação, com ênfase em Sistemas Distribuídos e Engenharia de Software, atuando principalmente nos seguintes temas: Grades Computacionais, Programação Orientada a Aspectos, Teste de Software e Adaptabilidade de Sistemas. Atualmente é professora assistente do Centro de Ciências Aplicadas e Educação da Universidade Federal da Paraíba. Prof.ª Evelise Locatelli é doutora em Biologia Vegetal pela Universidade Federal de Pernambuco (2003). Atualmente é professora adjunta do Centro de Ciências Aplicadas e Educação da Universidade Federal da Paraíba. Tem experiência na área de Botânica, com ênfase em Biologia Floral e Ecologia da Polinização, atuando principalmente nos seguintes temas: botânica geral, biologia floral, fenologia e ecologia da polinização. Prof. Fernanda Alencar concluiu seu doutorado em Ciência da Computação pela Universidade Federal de Pernambuco (1999), na área de Engenharia de Requisitos. Ela é professora adjunta do Departamento de Eletrônica e Sistemas da UFPE. É pesquisadora do grupo LER, onde tem atuado na área de Engenharia de Requisitos, Engenharia de Software e Teleinformática, orientando alunos em nível de mestrado e iniciação científica. Recentemente concluiu estágio Pós-Doutoral na Universidade Nova de Lisboa, na área de Desenvolvimento de Software Orientado a Aspectos. Atualmente está em estágio pós-doutoral na Universidade Politécnica de Valência, Espanha, na área de Desenvolvimento Dirigido por Modelos. Prof. Jaelson Castro conclui seu Ph.D. em Computação no Imperial College, University of London, England, Ele é professor adjunto na Universidade Federal de Pernambuco e já realizou três estágios pós-doutorais, sendo o primeiro em Londres, Inglaterra (1996), o segundo em Toronto, Canadá (2000) e o último em Trento, Itália (2007). Seus principais temas de pesquisa são engenharia de requisitos, engenharia de software orientado a agentes, arquitetura de software, metodologias de análise e projeto orientados a objetos e desenvolvimento orientado a aspectos. Josias Paes possui grau de Bacharel em Ciência da Computação pelo Centro Universitário de João Pessoa. Tem experiência na área de desenvolvimento com ênfase para dispositivos móveis. Segue hoje a vertente acadêmica realizando atualmente mestrado em Engenharia de Requisitos e Desenvolvimento Dirigido por Modelos no CIn-UFPE e cursando especialização em Desenvolvimento de Dispositivos Móveis na Fatec-PB. 14

15 Prof.ª Márcia Lucena é professora assistente do Departamento de Informática e Matemática Aplicada da Universidade Federal do Rio Grande do Norte desde 1999 Atualmente está em doutoramento no Centro de Informática (UFPE) na área de Engenharia de Requisitos. Seus atuais interesses são em Engenharia de Requisitos, Arquitetura de Software, Desenvolvimento orientado a Agentes, Desenvolvimento orientado a Aspectos e Desenvolvimento Dirigido por Modelos. Prof.ª Maria Lencastre concluiu seu doutorado em Ciência da Computação pela Universidade Federal de Pernambuco (2004) na área de Problem Frames. Atualmente é professora adjunta do Departamento de Sistemas Computacionais da Universidade de Pernambuco (UPE). Recentemente realizou estágio pós-doutoral na Universidade Nova de Lisboa nas áreas de Problem Frames e Desenvolvimento orientado a Aspectos. Tem experiência na área de Ciência da Computação, com ênfase em Engenharia de Requisitos, Banco de Dados e Simulação. Prof.ª Pasqueline Dantas é mestre em Ciência da Computação pela Universidade Federal de Campina Grande (2004) na área de Desenvolvimento Global de Software. Atualmente é professora assistente do Centro de Ciências Aplicadas e Educação da Universidade Federal da Paraíba. Tem experiência na área de Ciência da Computação, com ênfase em Engenharia de Software, atuando principalmente nos seguintes temas: Engenharia de Linhas de Produtos de Software, Desenvolvimento Web e Sistemas Móveis e Desenvolvimento Global de Software. Prof.ª Patrícia Tedesco é doutora em Ciência da Computação pela University Of Leeds Computer Based Learning Unit (2001). Atualmente é professora adjunta do Centro de Informática - UFPE. Tem experiência na área de Ciência da Computação, com ênfase em Inteligência Artificial, atuando principalmente nos seguintes temas: Sistemas Multiagentes e Atores Sintéticos, Trabalho Colaborativo Apoiado por Computador, Contexto Computacional e Educação a Distância. Prof.ª Zelma Quirino é doutora em Biologia Vegetal pela Universidade Federal de Pernambuco (2006). Atualmente é professora adjunta do Centro de Ciências Aplicadas e Educação da Universidade Federal da Paraíba. Tem experiência na área de Botânica, com ênfase em Biologia Floral, atuando principalmente nos seguintes temas: fenologia, caatinga, e mata atlântica, polinização, dispersão e anatomia vegetal. 6. Disponibilidade Efetiva de Infra-estrutura e de apoio técnico Nesta seção, caracterizamos a infra-estrutura disponível nas instituições de ensino as quais os pesquisadores envolvidos no projeto estão afiliados: Centro de Ciências Aplicadas e Educação UFPB e Centro de Informática - UFPE. Centro de Ciências Aplicadas e Educação UFPB Campus IV Este projeto irá ser executado no Centro de Ciências Aplicadas e Educação (CCAE), situado no campus IV da UFPB. O cumprimento das metas do projeto contará com o apoio do Grupo de Pesquisa em Computação Aplicada (Applied), que inclui pesquisadores nas áreas de Informática, Matemática e Química, como também teremos a participação de pesquisadores da área de Ecologia. Além disso, para apoiar as ações envolvidas neste projeto, o CCAE dispõe de um Laboratório de Informática no qual podemos encontrar computadores, softwares, impressoras e materiais de consumo necessários para o cumprimento das metas estabelecidas. O CCAE também conta com uma equipe de técnicos responsáveis pela operação e manutenção dos três laboratórios de informática. Centro de Informática da UFPE (CIn-UFPE) 15

16 Este projeto também contará com o apoio dos pesquisadores do Grupo LER do CIn-UFPE. Este grupo inclui pesquisadores influentes nas áreas de Engenharia de Requisitos, Modelagem de Software, Sistemas Multi-agentes, Jogos e Modelagem Computacional. Algumas atividades poderão ser realizadas também no CIn-UFPE, alguns dos pesquisadores do grupo LER estarão envolvidos diretamente com a realização da meta 1 do projeto. O CIn conta com uma equipe de técnicos de várias especialidades, responsáveis pela operação e manutenção dos laboratórios de informática. 7. Referências Alencar, F., Silva, C., Lucena, M., Castro, J., Santos, E., Ramos, R. Improving the Understandability of I* Models. ICEIS (3-1) 2008: Alencar, F., Castro, J., Moreira, A., Araujo, J. Silva, C., Ramos, R., Mylopoulos, J. Integration of Aspects with i* Models. In AOIS 06 Post-Proceedings, Lecture Notes in Artificial Intelligence (LNAI) series. Springer-Verlag, Bezerra, D., Mourão, J., Soares, S., Basílio, P. Ecologia, Pescadores e Peixes: Uma Abordagem Etnoictiológica no Estuário do Rio Mamanguape (ERM) PARAÍBA, BRASIL. 60ª Reunião Anual da SBPC, Disponível em: Bezivin, J. In Search of a Basic Principle for Model Driven Engineering. In: Novatica Special Issue on UML (Unified Modeling Language), p March Castro, J., Kolp, M., Mylopoulos, J. Towards Requirements-Driven Information Systems Engineering: The Tropos Project. Information Systems Journal, Elsevier, 27(6): Eclipse. Eclipse - an open development platform, Último acesso em agosto de 2008 Ecodebate. Esgoto e criação de camarão destroem manguezais da Paraíba. Disponível em: Último acesso: Maio de Gamma, E., Helm, R., Johnson, R. and Vlissides, J., Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software, Addison-Wesley, Giorgini, P., Kolp, M., Mylopoulos, J., Castro, J. Tropos: A Requirements-Driven Methodology for Agent-Oriented Software. Book Chapter. In: Agent-Oriented Methodologies. Ed.: Idea Group, Kiczales, G., Lamping, J., Mendhekar, A., Maeda, C., Lopes, C., Loingtier, J., Irwin, J. Aspect-Oriented Programming. In: European Conference on Object-Oriented Programming. (ECOOP 97), Finland, Springer-Verlag, Laird, J. and van Lent, M. Intelligent agents in computer games. In Proceedings of the National Conference on Artificial Intelligence, pages AAAI Press, July Lamsweerde, A. Requirements Engineering in the Year 00: A Research Perspective. 22nd Proceedings of International Conference on Software Engineering, Limerick, Ireland, 2000 Lamsweerde, A. Goal-Oriented Requirements Engineering: A Guided Tour. RE'01, 5th IEEE International Symposium on Requirements Engineering, Toronto, Canada, Mulinari, M. H., Goes, P, Ferracioli, L. Proposta de Utilização da Modelagem Computacional em Educação Ambiental: Um Estudo do Ecossistema Manguezal. In: Anais do IV Encontro 16

17 Estadual de Educação Ambiental e II Encontro da Rede Capixaba de Educação Ambiental, Vitória, Paraiwa. Baixo Curso do rio Mamanguape. Disponível em: Último acesso: Maio de Shaw, M. and Clements, P. The Golden Age of Software Architecture: A Comprehensive Survey. Technical report CMU-ISRI February Disponivel em Silva, F. Agentes Inteligentes em Jogos de Computador. Monografia. Instituto de matemática e estatística. Universidade de são Paulo Silva, A., Passerino, L. A Fazenda - Software Educativo para a Educação Ambiental. RENOTE. Revista Novas Tecnologias na Educação, v. 5, p. 1-12, Silva, C., Castro, J., Tedesco, P., Araújo, J., Moreira, A., Mylopoulos, J. Improving Multi- Agent Architectural Design, In Choren, R., Garcia, A., Giese, H., Leung, H., Lucena, C., Romanovsky, A. (eds.): Software Engineering for Multi-Agent Systems V: Research Issues and Practical Applications. LNCS, Vol. 4408, Springer-Verlag, pp , 2007a. Silva, C., Araújo, J., Moreira, A., Castro, J. Designing Social Patterns using Advanced Separation of Concerns, In Krogstie, J., et al. (eds.): 19th Intl. Conf. on Advanced Information Systems Engineering (CAiSE 07). LNCS, Vol Springer-Verlag, pp , 2007b. Silva, C., Araújo, J., Castro, J., Moreira, A., Lucena, M.; Sarmento, L. A Modeling Language for Advanced Separation of Concerns in Multi-Agent Systems In: Iberoamerican Workshop on Requirements Engineering and Software Environments, Recife, 2008 Silva, C., Castro, J., Araújo, J., Moreira, A., Tedesco, P., Mylopoulos, P.: Advanced separation of concerns in agent-oriented design patterns. IJAOSE 3(2/3): , 2009a. Silva, C., Lucena, M., Castro, J., Araújo, J., Moreira, A., Alencar, F. Support for Aspectual Modeling to Multiagent System Architecture. In: Early Aspects at ICSE: Aspect-Oriented Requirements Engineering and Architecture Design (EA 2009), 2009, Vancouver, 2009b. (to appear) Siqueira, B. IStar Tool - Uma proposta de ferramenta para modelagem de i*, Dissertação de Mestrado. Centro de Informática. Universidade Federal de Pernambuco, Sommerville, I. Software Engineering. Addison Wesley (Pear), 8ª Ed Wikipedia. Modelagem Computacional. Wooldridge, M. Introduction to Multiagent Systems, John Wiley and Sons, New York,