Ferramenta De Quadro-Branco Para Um Ambiente De Suporte À Aprendizagem

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1 Ferramenta De Quadro-Branco Para Um Ambiente De Suporte À Aprendizagem Ícaro Cavalcante Dourado 1, Roberto Almeida Bittencourt 2, 1 Departamento de Tecnologia Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS) BR-116, Km 03, CEP: Feira de Santana, BA - Brasil 2 Departamento de Ciências Exatas Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS) BR-116, Km 03, CEP: Feira de Santana, BA - Brasil icarocd@gmail.com, roberto@uefs.br Abstract. This article describes the project and development of a groupware based on interaction and distributed learning through a shared whiteboard. Shared whiteboard is a tool that consists of a drawing screen associated to a distributed execution model based on client-server communication, and it aims at providing a remotely shared interaction medium. Keywords: whiteboard, distance education, CSCL Resumo. Este artigo descreve a elaboração de um groupware voltado à interação e aprendizado distribuído através de um quadro-branco compartilhado. Quadro-branco compartilhado é uma ferramenta que consiste de uma infra-estrutura de tela de desenho associada a um modelo de execução distribuída, baseada em comunicações cliente-servidor, e visa prover um meio remoto compartilhado de interação. Palavras-chave: quadro-branco, educação à distância, CSCL 1. Introdução A constante expansão tecnológica em que a sociedade está hoje inserida tem fortalecido e aprimorado as técnicas usadas para se prover educação. Com o advento da internet cada vez mais acessível às pessoas, o espaço físico tem deixado de ser uma barreira na comunicação de longa distância. Usando-se de tais tecnologias e pela crescente necessidade de se prover educação de qualidade e cômoda às diversas instituições e modalidades de ensino, a educação à distância vem ganhando progressivamente mais espaço no contexto atual [Bittencourt 2000]. Visando a melhoria e expansão das formas de educação à distância, muitas pesquisas em desenvolvimento de sistemas para educação à distância vem sendo desenvolvidas [EduWeb 2006]. Tais trabalhos são baseados em ambientes virtuais de chat, fóruns, áreas de disposição e acesso a documentos, etc. Apesar disso, muitos destes sistemas não apresentam atualmente um uso amplo dos recursos disponíveis para se prover interação multimídia atrelada à comunicação assíncrona, em seus ambientes. Assim, parece haver uma carência sob os mecanismos em proporcionar, de forma flexível, uma estrutura de gravação e reprodução, síncrona ou assíncrona, de conteúdo dinâmico interativo, como palestras em tempo real ou apresentações manuscritas. A proposta deste trabalho é desenvolver um sistema de quadro-branco, o Shared WhiteBoard, integrado ao ambiente ASA (Ambiente Multimídia Assíncrono de Suporte

2 à Aprendizagem) [Bittencourt 2000][Bittencourt e Carr 2001], que permita estabelecer comunicação visual direta à distância entre seus usuários, tais como professores e alunos, através da transposição de textos e imagens variadas por eles mesmos sobre uma tela virtual compartilhada. Ainda, o projeto tem como proposta a inserção de funcionalidades para reprodução temporal de formação de imagens, a partir de seções de desenho feitas sobre o Whiteboard. Isso possibilita a disposição de conteúdos inteiros de aulas préelaboradas aos alunos e demais usuários, sob uma forma assíncrona. O trabalho desenvolvido, portanto, consiste em um sistema simples de desenho, Whiteboard, associado a uma estrutura de execução distribuída, baseada em comunicações cliente-servidor. Este permite a interação remota dos usuários através de uma tela de desenho compartilhada. As figuras e quaisquer outras formas de desenho feitas por um usuário sobre a tela de um Whiteboard são distribuídas e recriadas nos demais, fazendo com que cada usuário enxergue e modifique, de forma simples e dinâmica, o que é desenhado/escrito sobre os outros. 2. Trabalhos Relacionados Nesta seção são discutidos diferentes modelos e técnicas, propostos em pesquisas recentes, que oferecem suporte a trabalho cooperativo apoiado por computador (Computer-supported cooperative work - CSCW) [Reinhard et. al. 1994] [Moeckel 2003] e à interação e aprendizagem à distância. Diferentes modelos de Groupware têm sido desenvolvidos em diversas linhas e objetivos, como inteligência artificial, sistemas síncronos e assíncronos, hipermídia, entre outros [Moeckel 2003]. Também, há um interesse efetivo em alguns desses trabalhos em proporcionar benefícios a pesquisas em aprendizagem cooperativa apoiada por computador (Computer-supported cooperative learning CSCL). Sistemas de edição cooperativa são um importante componente de ambientes para CSCW e CSCL. Nesta área, uma quantidade variada de pesquisas tem sido desenvolvida com o intuito de proporcionar ambientes simples e eficientes de trabalho e aprendizagem remotos em grupo. Dentre tais pesquisas, destacam-se propostas de sistemas de chat, fóruns, videoconferências, blogs, entre outros. Um esforço de pesquisa da comunidade científica mundial envolvendo aprendizagem e trabalho colaborativos é o projeto MBone (Internet Multicast Backbone), que trabalha sobre protocolos de multicast e permite criar seções de encontros de grupos de usuários remotamente. Uma destas formas é a realização de aulas através de videoconferências e whiteboards compartilhados [Miller et. al. 1998]. O MediaBoard [Tung 1998] é uma ferramenta de desenho compartilhada, baseada em multicast, voltada ao MBone, e que possui alguns recursos similares aos desenvolvidos neste trabalho do Shared Whiteboard, como suas opções de desenho de imagens, gravação em arquivo e importação de imagens. Também conta com recursos como gravação de seções de desenho, e aplicações de zoom à tela. Como exemplos de ambientes de conferência atuais, e que possuem recursos de multimídia, pode-se citar o AulaNet [EduWeb 2006] e o Cu-SeeMe [Han e Smith 1997]. A importância de tais ambientes se dá tanto para a criação de cursos e

3 conferências à distância como para servir como suporte complementar a cursos presenciais. O AulaNet é uma ferramenta voltada para criar e manter cursos à distância, e possui basicamente recursos de e-learning, videoconferência e correio eletrônico. Foi desenvolvida no Laboratório de Engenharia de Software - LES - do Departamento de Informática da PUC-Rio, em Tem sido usada atualmente em universidades do Brasil e do exterior, e tem como algumas de suas premissas a facilidade de uso e uma alta capacidade de interatividade. O Cu-SeeMe é um software que tem como objetivos proporcionar comunicação interativa na Internet por voz, vídeo e texto. Além disso, permite conferências tanto em multicast quanto em unicast. Embora, conforme analisado, existam ferramentas que compõem sistemas completos para suporte a educação à distância, nem todos apresentam uma vasta gama de recursos que explorem as atuais tecnologias multimídia disponíveis. Tanto o AulaNet como o Cu-SeeMe não dispõem atualmente, como exemplo, de um sistema de whiteboard. Apesar de, como descrito em [Tung 1998], diferentes modelos de whiteboards estarem sendo desenvolvidos, percebe-se ainda uma carência na integração deste tipo de ferramenta a um ambiente de suporte à aprendizagem amplo e atrelado ao uso de multimídia tanto síncrona como assíncrona, tal como é proposto no escopo deste presente trabalho. 3. Requisitos de Sistema No início do projeto, foram planejados um conjunto de requisitos para o sistema, o que permitiu um acompanhamento mais sistemático sobre o desenvolvimento e evolução de cada um deles. Estes requisitos basicamente se relacionam a dois componentes fundamentais da aplicação: seu sistema de desenho em quadro-branco, e a arquitetura de comunicação distribuída. As funcionalidades requeridas inicialmente, ao sistema de desenho do quadrobranco são: Opções básicas de escrita de texto; Desenho de formas geométricas tais como retângulos, linhas e elipses; Seleção e movimentação de figuras e formas presentes na tela ao longo da área; Possibilidade de inclusão de imagens de outros formatos à tela, tal como uma importação à seção de desenho; Gravação e leitura em arquivo de seções de desenho. Quanto ao mecanismo de comunicação distribuída, o requisito básico é, em suma, o de fazer com que alterações feitas por um usuário em seu quadro-branco sejam refletidas nos demais conectados ao primeiro. Assim, a idéia é permitir que, a cada atualização de desenho, todos os quadros-brancos estejam automaticamente sincronizados entre si, dando a impressão que estão todos compartilhando uma mesma tela de desenho. Na seção a seguir, serão descritas em mais detalhes as implantações de tais funcionalidades.

4 4. Funcionamento 4.1 Sistema de Desenho Para compor o sistema de desenho da aplicação, faz-se necessário um conjunto de medidas para lidar com os problemas mais comuns de edição e manutenção do quadrobranco. Dentre tal conjunto de problemas, destaca-se: Capturar ações do usuário sobre a tela de desenho; Manter a tela atualizada à medida que o usuário a modifique; Permitir a edição de um texto enquanto é escrito; Manter o histórico de posicionamento e propriedades de cada imagem, e a ordem de criação das mesmas. O sistema mantém um conjunto de estados de desenho - necessários para a construção das imagens - como a cor atual, seleções de tipos de preenchimento de formas geométricas e espessura de traçados, e o tipo de imagem a se criar. Baseando-se nestes estados e na ação do usuário sobre o quadro-branco através de dispositivos como mouse e teclado, o sistema interpreta tais entradas para criar as imagens na tela, conforme especificações do usuário da aplicação. A cada inserção ou edição de novas imagens, a aplicação efetua a atualização da tela de desenho, respeitando a ordem em que cada imagem foi inserida. A ordem de inserção é importante para manter um histórico de construção de desenho devido à condição de sobreposição de imagens: mantendo-se a ordem, evita-se a ocorrência de que imagens mais recentes sobreponham as que foram criadas a mais tempo, no processo de renderização do quadro. Além do conjunto de opções de desenho básicas e de especificações de propriedades às mesmas, o sistema possui funções de mover imagens sobre a tela, importar à seção imagens de formatos populares como GIF ou JPEG, e armazenar/ler em arquivo seções de desenho. A figura abaixo ilustra a tela de desenho da aplicação. Figura 1 tela de desenho da aplicação.

5 Os processos de renderização e composição das imagens são realizados pelo uso do Java2D, tecnologia que provê um conjunto de funcionalidades para criação e manipulação avançada de imagens. Suas características incluem efeitos diversos aplicáveis a imagens, textos e formas [Knudsen 1999] [Santos 2005]. 4.2 Arquitetura de comunicação distribuída O sistema de comunicação do Shared WhiteBoard é formado por grupos independentes de quadros-brancos conectados entre si, onde em cada grupo são estabelecidas as conexões entre seus constituintes. Cada grupo é formado por três componentes básicos: um gerenciador de comunicação, um registro de objetos remotos e um conjunto variável de aplicações clientes. O gerenciador é o responsável por prover a comunicação entre os whiteboards; o registro de objetos armazena as referências aos quadros-brancos em execução logicamente conectados sob um mesmo grupo, e a aplicação cliente corresponde ao quadro-branco propriamente dito, usado por cada usuário do sistema. O estabelecimento da comunicação entre os whiteboards se dá por invocação de métodos remotos, pelo uso da tecnologia de invocação remota de métodos (Remote Method Invocation - RMI) [Sun Microsystems 2005]. O RMI é uma técnica adotada pelo Java para prover a construção de sistemas distribuídos. Isto se dá através de interações entre objetos Java presentes em diferentes máquinas virtuais, através de modelos de comunicação cliente-servidor. São definidas interfaces remotas, que declaram o conjunto de serviços a serem oferecidos pelos objetos servidores, e acessíveis aos clientes por chamadas remotas [Horstman 2004]. Cada whiteboard de um grupo é associado a um mesmo gerenciador, que se encarrega de efetuar a distribuição de imagens entre os whiteboards deste grupo, garantindo a consistência e integridade das telas de desenho de cada cliente. O registro de objetos fica localizado no mesmo host da aplicação gerenciadora, e armazena as referências aos whiteboards. Por meio do armazenamento de tais referências, o gerenciador pode, através das mesmas, se comunicar com cada aplicação cliente. Com os clientes interagindo com o gerenciador, e este podendo se comunicar com cada whiteboard cliente, o ambiente de comunicação distribuído já pode ser devidamente estabelecido, através de um modelo de comunicação distribuído mediante um controlador único e centralizado. Assim, ao um cliente efetuar alguma alteração sobre sua tela de desenho, ele envia ao gerenciador as alterações que efetuou, o qual se encarrega de encaminhar as alterações aos demais clientes. A seguir são indicados os passos relativos ao envio de uma imagem de um quadro-branco ao restante do grupo. A figura a seguir indica as etapas do processo: 1º Passo: whiteboard cliente cria a imagem, e a envia ao gerenciador de comunicação; 2º Passo: gerenciador obtém referências aos whiteboards do grupo no registro de objetos remotos; 3º Passo: gerenciador envia uma cópia da imagem recebida aos outros whiteboards do grupo.

6 2º 3º 3º 1º Figura 2 Diagrama de comunicação do sistema. A invocação de operações entre cliente-gerenciador e gerenciador-clientes segue uma especificação simples descrita em uma interface remota, denominada Whiteboard. Esta interface de comunicação contém três assinaturas de métodos, relativos à adição de uma imagem, remoção de uma imagem, e remoção de todas as imagens. A figura a seguir ilustra a interface responsável pela comunicação remota, a qual é implementada pelos whiteboards-clientes e pelo gerenciador: import java.rmi.remote; import java.rmi.remoteexception; public interface Whiteboard extends Remote { public void adddraw(drawable draw) throws RemoteException; public void removelastdraw() throws RemoteException; public void clearscreen() throws RemoteException; } 5. Conclusão Figura 3 interface remota de comunicação. Através da elaboração deste trabalho, foi possível implantar um sistema de quadrobranco compartilhado, o Shared WhiteBoard, que possui todas as especificações propostas inicialmente, tais como os requisitos de desenho e de comunicação distribuída. Com isso, pôde-se também atender a um dos importantes requisitos do ambiente ASA, através da implementação de um mecanismo de interação remota dinâmico e eficiente. Outros trabalhos também vêm sendo atualmente desenvolvidos para o ambiente, como a implantação de um sistema de indexação e busca de registros de apresentações, e um sistema de mensagens instantâneas. Como finalidade básica de tais trabalhos, espera-se atender à demanda crescente de ferramentas de suporte à aprendizagem, sobretudo fortalecendo a utilização de mecanismos de multimídia a estes ambientes. Um conjunto de trabalhos futuros e melhorias à presente ferramenta também têm sido analisados, como a ênfase em segurança através da implantação de grupos privados com mecanismos de autenticação; melhoria do armazenamento e envio remoto das imagens, utilizando-se de tecnologias mais flexíveis (e.g.: baseados em XML) para suporte a ambientes heterogêneos; funcionalidade de gravar e reproduzir execuções de seções de desenho, tal como um vídeo-aula manuscrita; e uma maior integração da

7 ferramenta com outros mecanismos para suporte à aprendizagem, como Chat e envio de arquivos. Dentre essas propostas de trabalho, destaca-se o de interação do ambiente do Shared WhiteBoard com áudio e vídeo sincronizados, para possibilitar gravações de seções de desenho atrelados, por exemplo, ao áudio de um professor enquanto este realiza a construção das imagens na tela. Referências Bittencourt, R. (2000) An Asynchronous Environment for Delivering Lectures through the Internet (Master s Thesis), Linkoping University. Bittencourt, R. A. e Carr, D. A. (2001) A Method for Asynchronous, Web-Based Lecture Delivery In: Proceedings, 31st ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference, Reno, p. F2F12-F2F17. Reinhard, W., Schweitzer, J. e Volksen, G. (1994) CSCW Tools: Concepts and Architectures, IEEE Computer, v.27 (5), p Moeckel, A. (2003) CSCW: conceitos e aplicações para cooperação, Curitiba: CEFET-PR. Miller, T., Mirka, G., Gloster, C., Alderman, C., Holder, T., Crawley, T., Hewitt, K., Rettinger, L., e Brawner, C. (1998) MBone Virtual Classroom for Engineering Distance Education, Proceedings, International Conference on Engineering Education, Rio de Janeiro, Brasil, Agosto. Tung, T. (1998) MediaBoard: A Shared Whiteboard Application for the MBone (Master s Thesis), University of California. EduWeb (2006) Abril. Han, J., Smith, B. (1997) CU-SeeMe VR Immersive Desktop Teleconferencing, International Multimedia Conference, Proceedings of the fourth ACM international conference on Multimedia. Knudsen, J. (1999) Java 2D Graphics, O Reilly. Santos, R. (2005) Processamento de Imagens em Java, Novembro. Sun Microsystems (2005) Getting Started Using RMI, Dezembro. Horstman, C. e Cornell, G. (2004) Core Java 2: Advanced Features, v. 2, Prentice Hall, 7 th Edition.