Desenvolvimento de Um Sistema Multimídia para Autoria e Apresentação de Cursos de Controle

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1 Desenvolvimento de Um Sistema Multimídia para Autoria e Apresentação de Cursos de Controle SILVEIRA, Marcos R. Pontifícia Universidade Católica do Paraná PUC-PR/LAS Rua Imaculada Conceição 1155 Curitiba-PR silveira@ccet.pucpr.br Fax: (041) ARRUDA, Lúcia V. Centro Federal de Ensino Tecnológico do Paraná CEFET-PR/CPGEI Av. 7 de Setembro 3165 Curitiba-PR valeria@dainf.cefetpr.br Fax: (041)

2 Desenvolvimento de Um Sistema Multimídia para Autoria e Apresentação de Cursos de Controle This paper show some important aspects for the conception of a hypermedia education system apply to Control laboratory classes, starting up from the educational processes witch the pedagogical characteristics are relevant to decide the kind of system that will be developed, until the operational process, witch the physical and financial aspects limit the equipage, connect and interface process of the laboratories and of the software. This paper related too some results of experience realized with the software developed, the difficulties fond and the reactions of the pupils during the application of teach methodology choose. Neste artigo propõem-se mostrar alguns aspectos importantes para a concepção de um sistema hipermídia de ensino voltado às aulas de laboratório de Controle, partindo do processo educacional cujas características pedagógicas relevam na decisão do tipo de sistema a ser desenvolvido, até o processo operacional, cujos aspectos físicos e financeiros limitam o processo de equipagem, conexão e interface dos laboratórios e do software. Procurou-se também relatar neste artigo alguns resultados das experiência realizada com o sistema desenvolvido, as dificuldades encontradas e as reações dos alunos na aplicação da metodologia de ensino escolhida. Introdução Este trabalho apresenta uma proposta de atualização do processo de ensino e aprendizagem da teoria de controle, utilizando como base as tecnologias emergentes da Informática aplicada à educação. São descritas algumas considerações sobre a Educação, métodos de ensino que utilizam computadores, fatores que auxiliam a aprendizagem de controle e automação industrial, e características do uso da multimídia e do hipertexto como técnicas auxiliares. O desenvolvimento de um sistema multimídia para autoria de cursos de controle é descrito. Denominado ACONSYS (Authorship Control System), este sistema faz parte de uma proposta de integrar laboratórios de controle, laboratórios de computação e sala de aula. A princípio, uma aula é composta de: Parte teórica, exposta na sala de aula, e que utiliza quadro-negro, transparências, periódicos, livros-texto, etc.

3 Parte prática, experiências em laboratórios. São realizadas experiências utilizando equipamentos ou aplicativos pedagógicos que simulam processos industriais. O projeto de melhoria do sistema de ensino, via utilização do ACONSYS, é baseado na tentativa de reduzir a distância entre as duas parte de uma aula. Para isso, o projeto ACONSYS deve permitir: [SIL98/1] A criação de um sistema para edição e apresentação de aulas. A integração desse sistema com outros aplicativos. A associação de exercícios a ferramentas matemáticas e de simulação. A comunicação entre o aplicativo e equipamentos pedagógicos. A comunicação entre o aplicativo e equipamentos industriais. Nesse artigo é apresentado características do projeto e da implementação de um sistema multimídia voltado à autoria de cursos de controle, o qual atende aos três primeiros tópicos citados, resultando num primeiro protótipo do sistema ACONSYS. Os outro dois tópicos estão em fase de projeto. Para uma melhor descrição, dividiu-se o projeto em duas ênfases, a proposta pedagógica, que levantou as características que um software educativo deveria conter e a proposta técnica, que viabilizou a implementação de tais características. Aspectos Pedagógicos do Projeto ACONSYS A natureza do conhecimento e suas implicações na pesquisa e desenvolvimento de sistemas integrados de educação são campos vastos de discussão, porém pode-se relacionar um sumário dos tópicos consensuais da literatura: [ZHA96, JIN94, BRO96, BOR95] Conhecimento não pode ser reduzido a um texto. Alunos não recebem passivamente o conhecimento, eles são construtores ativos. Erros são sintomas da natureza das concepções dos alunos. A aprendizagem é um processo dinâmico. Os cuidados com a metodologia a ser aplicada nos projetos de sistemas multimídia são muitos. O projeto deve ser feito fundamentado nas dificuldades dos alunos, a implementação deve seguir seqüencialmente cada passo do projeto e o professor deve ser treinado para utilizar estas ferramentas em suas aulas. Estas regras

4 formam a base para um bom desempenho da aula, a falha de um desses quesitos pode comprometer a compreensão por parte do aluno, levando-o a acreditar que o procedimento de utilização do software é mecânico, ou seja, se o usuário seguir regras específicas obterá o mesmo resultado, quando na verdade, os problemas são heurísticos e não algorítmicos: Ambientes heurísticos - predomina a aprendizagem experimental e por descoberta. São as simulações, modelagens, jogos, linguagens de programação, sistemas de tutores inteligentes e sistemas especialistas. Ambientes algorítmicos - predomina a aprendizagem via transmissão de conhecimentos. Como exemplos temos os tutores, demonstrações e exercícios. Segundo Nunes [SAN97]: "O aprendizado ocorre quando novas estruturas são construídas via a associação de novos nós com outros já existentes. Quanto mais ligações puderem ser feitas entre o conhecimento anterior e o novo, melhor a informação será compreendida, e mais facilmente ocorrerá o aprendizado". Se for considerado que um indivíduo aprende aumentando, combinado e rearranjando mapas cognitivos, então pode-se supor que as informações teóricas são melhores compreendidas quando associadas com as informações práticas. [SIL98/1] Portanto, conclui-se que a escolha da estratégia de ensino utilizada pelo professor depende de conhecer as necessidades da classe e encontrar um equilíbrio entre o sistema e o estudante. A Integração da Informática com a Educação A informática na educação está criando fortes raízes, e a forma com que ela é usada define o tipo de sistema implementado. São propostos três tipos de sistemas, conforme mostrado na Figura 1: Sistemas de educação auxiliada por computadores. Os computadores ocupam uma posição secundária na educação, onde o educador utiliza os computadores para exemplificar ou praticar os conceitos ensinados. A utilização do computador é desvinculada do ensino. Por exemplo, o ensino de desenho técnico utilizando um CAD. Sistemas de educação baseada em computadores. O computador possui a informação a ser transmitida ao aluno. A seqüência, a metodologia e as ferramentas de transmissão de informações são determinadas pelo computador, o educador passa a ter o

5 papel de auxiliar o aluno no uso do computador, e deve sanar dúvidas ou dificuldades de compreensão do conteúdo. Por exemplo, o TUTOR_PROLOG. [VIC90] Figura 1 Aplicações da informática na educação Sistemas de educação integrada por computadores. O computador é o meio de comunicação entre o professor e o aluno. As decisões de metodologias aplicadas à aula são feitas diretamente pelo professor, possibilitando a interação de ambas as partes e a adaptação da forma de ensinar. Conforme a necessidade, a aula ocorre independentemente da localização de ambos. Por exemplo, AulaNet desenvolvido na PUC-RJ. [AUL97] Características do Sistema ACONSYS O sistema ACONSYS consiste numa ferramenta de auxílio à aula de Controle em cursos de engenharia. A proposta surgiu devido à dificuldade de compreensão do assunto e a falta de motivação do aluno pela disciplina. Por outro lado, considerou-se também a carência de módulos didáticos entre as ferramentas comumente usadas para a área de controle e automação e a complexidade de integrar sistemas profissionais com a sala de aula. A preocupação em produzir um sistema com qualidade, satisfazendo os anseios dos usuários, resultou na realização de uma pesquisa com alunos e professores. As opiniões dos usuários foram classificadas em tópicos, determinando-se uma estrutura de avaliação de sistemas educativos. Tanto o projeto quanto a implementação do

6 ACONSYS levou em conta cada item da pesquisa, a fim de satisfazer o maior número possível desses tópicos. [SIL98/2] Os principais tópicos resultantes da pesquisa são: Possibilidade de correção do conteúdo. Legibilidade das telas. Independência da linguagem. Facilidade de leitura do código do programa. Ausência de erros de processamento. Adequação do programa às necessidades curriculares. Interface em português. Independência de rede ou computadores de grande porte. Existência de recursos motivadores. Previsão de atualizações. Ausência de erros de conteúdo. Possibilidade de inclusão de novos elementos. Resistência do programa a respostas inadequadas. Existência de avaliações. Apresentação dos escores aos alunos e aos professores. Integração do programa com outros recursos ou aplicativos. Capacidade de armazenamento das respostas. Controle da seqüência do programa. Possibilidade de ramificações para enfoques alternativos. Existência de mensagens de erro. Acesso ao Ajuda. Uso de ilustrações. Uso de cor. Uso de animação. Uso de recursos sonoros. Após o levantamento de dados, o projeto do ACONSYS foi elaborado baseado no paradigma de atender o maior número possível dos itens relacionados, chegando a representação esquemática do sistema mostrada na Figura 2.

7 Usuário S i s t e m a d e A r q u i v o s 1. Ambiente de Apresentação Comentário Multimídia hipertexto Exercícios 2. Ambiente de Simulação 3. Ambiente Autoria de Cursos Ferramentas de Edição de Texto Outros Aplicativos MatLab, LabView, etc. Ferramentas de Links Texto Image Som Vídeo m Explicação Exercícios Lista de Páginas Alterações Lista de Links Partes Modelos Recursos Enunciado Questões Resposta Imagens Título Número Alternativa Simples Múltiplas Alternativas Relacionamento Local Image m Externos Outros Aplicativos Figura 2 Estrutura do ACONSYS Conforme esta representação, tem-se três ambientes distintos, os quais possuem características funcionais de suporte ao autor, ao curso, à simulação ou ao usuário. São eles: Ambiente de Autoria de Cursos, onde os cursos são montados. Dentro deste ambiente é possível montar uma aula contendo texto teórico explicativo com links para figuras, vídeos, áudios e exercícios. É possível também comunicar-se com o ambiente de simulação, integrando assim uma parte prática ao conteúdo teórico. Ambiente de Apresentação, responsável pela interface com o usuário. No ambiente de apresentação, o aluno é capaz de, ao acessar uma aula elaborada no ambiente de autoria, ler o texto teórico explicativo com todos os seus limites, resolver os exercícios e também realizar a simulação prática associada à aula

8 Ambiente de Simulação, onde os processos são simulados e os resultados apresentados. O ambiente de simulação foi projetado como um objeto integrado aos dois outros ambientes. Através do ambiente de autoria é possível configurar, criar ou testar uma simulação. No ambiente de apresentação é possível executar a simulação proposta pelo autor e alterar parte dela, se necessário. A integração entre os ambiente é possível apenas através do sistema de arquivos, com exceção do ambiente de simulação, que pode interagir com os outros dois ambientes através de comandos de configuração, provenientes do ambiente de autoria, e de execução, provenientes do ambiente de apresentação. Após implementado o primeiro protótipo, outra pesquisa foi elaborada. Desta vez, alguns professores e alunos avaliaram o sistema conforme os requisitos da pesquisa anterior, determinou-se que entre os itens listados, os itens que estão em itálico foram satisfeitos. Interface do ACONSYS Quando se deseja desenvolver ou aprimorar sistemas educacionais, deve-se buscar conhecimento necessário tanto na organização do conteúdo quanto na interface com o usuário. O primeiro passo para se projetar interfaces gráficas é o entendimento do objetivo da interface. O Windows é um exemplo prático da necessidade que o usuário tem de uma boa interface gráfica. Os aplicativos para Windows seguem sempre a mesma tendência, onde algumas interfaces são padrões, enquanto outras são projetadas para suprir necessidades específicas. A qualidade da interface não depende apenas dos recursos gráficos, mas também dos fatores humanos e ergonômicos. O resumo de algumas diretivas importantes para a criação de uma boa interface é apresentado:[nick90] Utilizar sempre que possível um vocabulário e metodologia apropriado à finalidade do aplicativo. Projetar uma seqüência de interações simples e consistente. Não sobrecarregar de informações o usuário. Orientar o usuário novato, sempre que ele requisitar. Para cada ação do usuário, o sistema deve dar uma resposta apropriada. Informar sobre o processamento, sempre que este for demorado.

9 Salvaguardar o sistema contra erros do usuário, e possibilitar um reparo do erro de forma sutil ( Graceful recorery ). Utilizar recursos que o usuário já esteja acostumado a usar. Projetar elementos que o usuário compreenda facilmente a finalidade. Utilizar figuras ou textos se necessário. Manter a mesma representação para os elementos com a mesma finalidade. As seguintes diretivas de criação de uma interface são aconselháveis: O sistema deve ser facilmente assimilável pelo usuário. As ferramentas devem oferecer simplicidade e facilidade no uso. A interface deve dificultar o erro de operação e possibilitar cancelar ou desfazer uma ação. A interface deve ser atraente ao usuário. Menus LinkMark Barra de Ferramentas Botões Interface com o MatLab Páginas de Trabalho Seleção de Exercícios Figura 3 Página Principal do Ambiente de Autoria Além de todos os objetivos citados acima, é importante ressaltar que uma interface deve procurar atender as necessidades e anseios do usuário. Deve-se oferecer um sistema voltado ao usuário, ao invés de querer fazer com que o usuário se adapte ao sistema.

10 A interface projetada para o ambiente de autoria de cursos, prevê facilidades para a manipulação de toda a aula que esteja sendo implementada ou reestruturada. Conforme mostrada na Figura 3. Como nova proposta de interface, foi criado o indicador de ligações ou LinkMarks. São figuras que caracterizam os seis tipos de links possíveis: Link para Página; Link para Explicação; Link para Imagem; Link para Som; Link para Vídeo; Link para Exercício, utilizadas com a finalidade de informar ao autor quais tipos de links estão presentes na página de trabalho. Conforme mostrado na Figura 4. Figura 4 Indicador de Ligações (LinkMarks) Para o ambiente de apresentação procurou-se projetar uma interface amigável e concisa, prevendo a manipulação desse ambiente tanto pelo aluno quanto pelo professor. Portanto, os dados gerados durante a execução de uma aula serão arquivados e restaurados cada vez que o aluno sair ou retornar a aula, respectivamente, ou poderão ser acessados pelo professor quando desejado. Comentário Marcador de página Recuar e Avançar Tempo Indicadores de páginas Interface com o MatLab Número e Título da página Indicador de comentário Figura 5 Página Principal do Ambiente de Apresentação O objetivo deste ambiente é apresentar as informações criadas pelo professor no ambiente de autoria. Para tanto, os elementos de interface disponibilizados para o aluno

11 permitem que ele percorra toda a aula sem dificuldade, imitando o ambiente da WWW (World Wide Web). Conforme mostra a Figura 5. Conclusão As novas tecnologias da informática como a multimídia, hipermídia, redes, tutores inteligentes e ferramentas para trabalho cooperativo exigem um novo modelo instrucional que possibilite o desenvolvimento de habilidades para auxiliar a busca e seleção das informações e priorizar a construção do conhecimento nos meios informáticos disponíveis. Observa-se que a tendência da educação é a construção de modelos híbridos, onde se busca a adequação do uso do computador a um modelo de ensino participativo. Independente da escolha do tipo de aprendizagem, acredita-se que ao final de todo o processo de ensino, o conhecimento adquirido pelo aluno deveria ser o mesmo. Porém, se o sistema permitir diferentes abordagens e estratégias de construção deste conhecimento, o aluno terá oportunidade de desenvolver melhor suas habilidades cognitivas, extrapolar o conteúdo definido, buscar informações em outros contextos, testar estratégias e descobrir de forma imprevista. O sistema ACONSYS descrito neste artigo vem de encontro as tendências mundiais de educação. Como uma ferramenta integradora, permite unir o conteúdo teórico exposto numa sala de aula com ferramentas que possibilitem a aplicação de recursos matemáticos para a confirmação de experiências práticas, além da tentativa de integrar outros sistemas, de uso comum pelos alunos. O projeto do ACONSYS passou por um ciclo de atividades que, apoiado em uma teoria de aprendizagem, define os objetivos educacionais, a forma de apresentar as informações da aula e os modelos de avaliação. Os problemas enfrentados durante o ciclo de vida e desenvolvimento do aplicativo determinara a melhor solução conforme os princípios socioculturais, fatores externos impostos pelo ambiente, e características do aluno cursando a disciplina de Controle num curso de Engenharia, de uma universidade brasileira. Neste trabalho implementou-se um sistema educativo protótipo para o ACONSYS com a finalidade de dar início a um projeto completo de ensino de Controle. A preocupação com a qualidade do sistema motivou o uso de conceitos de projeto e análise orientados a objetos e determinou um estudo da interface entre o aplicativo e os

12 usuários. O resultado foi um sistema composto de três módulos independentes, cada um com uma característica funcional de suporte ao autor, ao curso, à simulação e ao usuário. Um aspecto importante deste projeto está na transformação de uma idéia inicial em um projeto de ensino. A implementação desse projeto permitiu obter resultados experimentais essenciais para a validação do sistema educacional adotado. Toda a experiência adquirida ao longo deste trabalho certamente servirá de base para a continuidade dos novos objetivos. Referências Bibliográficas [SIL98/1] Silveira, M. R., Arruda, L.V., Loures, E. R. (1998) "A Utilização de Computadores no Ensino de Controle: Até que Ponto é Vantajoso?", aceito no XII CBA - Congresso Brasileiro de Automática, setembro, Uberlândia, MG. [SIL98/2] Silveira, M. R., Arruda, L.V., Loures, E. R. (1998) "Integração de Novas Tecnologias de Equipamentos e Métodos de Ensino Baseados em Computadores", aceito no IV Congresso Ibero-americano de Informática Educativa, de outubro, Brasília, DF. [SAN97] SANTOS, G. H. R.... [et alli], (1997) "SASHE: Autoria de Aplicações Hipermídia para o Ensino", Anais do VIII Simpósio Brasileiro de Informática na Educação, pp , novembro, São José dos Campos, SP. [AUL97] [online] Disponível pela Internet via WWW<URL: [BRO96] BROWN, D. E. (1996) "Information Technology as a Component of Systems Engineering Education" IEEE Conference on Systems Man and Cybernetics, vol. 4, pp [ZHA96] ZHANG, D. M. e ALEM, L. (1996) "Management of Exercise- Based Training Process" IEEE Conference on Systems Man and Cybernetics, vol. 4, pp [JIN94] JINFANG, C.... [et alli], (1994) "Teaching Experiences of Servo Systems Experiments" Proceed of 3 t h IFAC Advances in Control Education, pp , August, Japan. [BOR95] BORGES, E. L.... [et alli], (1995) "Da Simulação à Criação de Modelos - Um Contexto para a Aprendizagem na Empresa". Anais do VI Simpósio Brasileiro de Informática na Educação, pp , novembro, Florianópolis, SC. [NICK90] NICKERSON, R. S. e PEW, R. W. (1990) "Toward more compatible Human-computer Interface. IEEE Spectrum, pp , August, Japan.. [VIC90] VICCARI, R. (1990) "Um tutor inteligente para a programação em lógica - Idealização, Projeto e Desenvolvimento". Tese de Doutorado, Universidade de Coimbra.