Componentes Pedagógicos para o Interpretador Gráfico de Comandos para Estrutura de Dados

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1 1 Componentes Pedagógicos para o Interpretador Gráfico de Comandos para Estrutura de Dados Pedagogical Components for Interpreter Graphic of Command for Data Structure Dorgival Pereira da S. NETTO 1 Gilberto F. SOUSA FILHO 2 Universidade Federal da Paraíba - UFPB Resumo O IGED (Interpretador Gráfico de Comandos para Estrutura de Dados) é uma ferramenta para auxílio ao ensino da disciplina de Algoritmo e Estrutura de Dados. Criada com base na abordagem construtivista, ela possui uma linguagem de comandos própria, um ambiente gráfico para a visualização das animações, um ambiente integrado para implementação e visualização de atividades sobre as estruturas, e um tocador de apresentações. A ferramenta permite ao professor criar sequências didáticas através do cadastro de apresentações de slide. Além disso, o professor pode cadastrar animações e atividades para que os alunos coloquem em prática os conteúdos vistos em sala de aula. As principais funcionalidades são: visualizar animações das estruturas e o respectivo código, estudar através de apresentações pré-cadastradas e responder os exercícios disponibilizados pelo professor, elaborar algoritmos para criação e manipulação das estruturas de dados, utilizando-se da linguagem de comandos, além de poder visualizar a execução desses algoritmos através de animações. É possível também a integração entre funcionalidades, onde o estudante ao visualizar uma apresentação, possa responder um exercício relacionado ao conteúdo, clicando apenas em um link disponível no slide para o exercício e, após a conclusão do exercício retornar a apresentação. A Camada Pedagógica possibilita a criação e execução de animações, exercícios e sequências didáticas. Ela será composta por dois componentes, o Gerenciador de IGEDlet e o Tutor Hipermídia. O Gerenciador de IGEDlet tem como função criar e executar animações e exercícios no ambiente IGED. E o Tutor Hipermídia é responsável pela criação e execução de sequências didáticas. Palavras-chave: Algoritmos e Estrutura de Dados. IGED. Sequência Didática. Abstract The IGED (Interpreter Graph of Commands for Data Structure) is a tool to aid the teaching of algorithm and data structure. Created based on the constructivist approach, she has a command language itself, a graphical environment for viewing animations, an integrated environment for the implementation and visualization of activities on the structures, and a 1 dn@dorgivalnetto.com 2 gilbertofarias@gmail.com

2 2 player introductions. The tool allows teachers to create instructional sequences through the master slide shows. Furthermore, the teacher can register animations and activities for students to put into practice the contents seen in the classroom. The main features are: view animations of the structures and their code, study through presentations pre-registered and meet the exercises provided by the teacher, develop algorithms for creation and manipulation of data structures, using the command language, and can view the implementation of these algorithms through animations. It is also possible the integration of features, where the student when viewing a presentation, can answer an exercise related to the content, just by clicking on a link provided on the slide for the year and, after completion of the exercise return submission. The Pedagogical Layer enables the creation and execution of animations, exercises and teaching sequences. It will consist of two components, the Manager and Tutor IGEDlet Hypermedia. Manager IGEDlet aims to create and run animations and exercises in IGED environment. And Hypermedia Tutor is responsible for creating and implementing teaching sequences. Keywords: Algorithms and Data Structures. IGED. Sequence Didactics. 1. Introdução A disciplina de Algoritmo e Estrutura de Dados é uma disciplina básica para os cursos de Computação e é pré-requisito de várias disciplinas. Ela é fundamental para os estudantes desses cursos, pois os capacita a utilizar, identificar, implementar e aplicar os tipos de estrutura de dados, além de auxiliar na construção de programas para solucionar problemas variados. Contudo, a disciplina possui problemas que afetam tanto os estudantes quanto os professores. Com relação aos estudantes, os principais problemas estão relacionados à alta capacidade de abstração que é exigida para compreender os conteúdos, e a dificuldade deles de associar a abstração com a aplicação, implementação e utilização das estruturas. Com relação aos professores, os principais problemas estão relacionados à falta de recursos didáticos específicos que facilitem a compreensão dos estudantes e tornem o aprendizado mais agradável. Por ser uma disciplina considerada complexa, ela possui um alto índice de reprovação ou evasão, o que a torna alvo de diversas investigações por parte da comunidade acadêmica. No curso de Licenciatura em Ciência da Computação da UFPB, não é diferente de outros cursos em que existem a disciplina, e este também possui problemas. Para verificar isso, inicialmente uma investigação foi realizada com os alunos dos cursos de Ciência da Computação e Sistemas de Informação. Nessa investigação, um questionário foi aplicado com os alunos e, através da análise deste, foi possível identificar que os estudantes tinham dificuldades no aprendizado, principalmente, em relação a abstração das estruturas de dados. Considerando as dificuldades com conceitos específicos, o conteúdo avaliado como o de maior dificuldade com as estruturas do tipo listas. Também foi identificado que a maioria dos professores da disciplina não utiliza ferramentas educacionais para auxiliar nas aulas, com a possível exceção de ferramentas gerais de programação. A partir dessa investigação, observou-se que fazer com que o aluno compreenda os conteúdos apenas na teoria não é a solução ideal para o problema, por isso, acredita-se que o uso

3 3 de ferramentas e objetos de aprendizagem que permitam a exploração dos conteúdos de forma digital e com recursos midiáticos como simulações, gráficos, desenhos, dentre outros, possa fazer com que os alunos compreendam melhor os conteúdos e ainda se sintam mais motivados a aprender. Partindo desse ponto de vista, realizou-se um levantamento bibliográfico na literatura científica para entender melhor as implicações dos problemas mencionados e analisar as ferramentas e objetos de aprendizagens utilizados para auxiliar o ensino da disciplina. Foram encontrados muitos trabalhos e ferramentas que vêm sendo desenvolvidos para auxiliar a disciplina, mas, essas ferramentas possuem algumas limitações. Por exemplo, a maioria delas atende ao critério da animação das estruturas de dados, o que facilita a abstração por parte dos estudantes, mas o aluno não tem como praticar a programação dessas estruturas e compreender como o código estático que ele constrói transforma-se em uma estrutura de dados dinâmica. A partir desse cenário, percebe-se que o desenvolvimento de uma ferramenta que auxilie no ensino da disciplina de forma efetiva ainda é necessário. Então, buscou-se desenvolver uma ferramenta capaz de permitir a elaboração de algoritmos de Estrutura de Dados e a visualização da execução desses algoritmos através de animações. Essa ferramenta é o IGED (Interpretador Gráfico de Comandos para Ensino de Estrutura de Dados). Observamos que essa versão inicial do IGED necessitava de mais recursos que permitissem a criação de sequências didáticas para o ensino da disciplina, ou seja, a criação de apresentações de conteúdo interligadas a animações ou atividades. Dessa forma, os estudantes poderão estudar os conteúdos e praticar a programação através de atividades e animações cadastradas pelo professor/instrutor. Então, nesse trabalho propomos adicionar a Camada Pedagógica na arquitetura da ferramenta. A nova camada será responsável por adicionar à ferramenta recursos pedagógicos e permitirá a criação de objetos hipermídia. Ela conterá dois componentes, o Gerenciador de IGEDlet e Tutor Hipermídia. O Gerenciador de IGEDlet é responsável pela criação e armazenamento de aplicações IGEDlet e o Tutor Hipermídia responsável pela criação, armazenamento e execução de sequências didáticas na ferramenta. O trabalho divide-se em mais quatro capítulos, organizado da seguinte forma: o Capítulo 2, Fundamentação Teórica, apresenta os estilos de aprendizagem, o uso do computador como apoio ao ensino, os objetos de aprendizagem, suas características e abordagens adotadas: ativa, passiva e construtiva. O Capítulo 3, Trabalhos Relacionados, expõe algumas ferramentas e objetos de aprendizagem que possuem semelhanças com a ferramenta desenvolvida nesse trabalho. O Capítulo 4, o IGED, descreve sobre a concepção da ferramenta, a modelagem da arquitetura, descreve a Camada Pedagógica e os seus componentes: Tutorial Hipermídia e o Gerenciador de IGEDlet. O Capítulo 5, Considerações Finais e Trabalhos Futuros, apresentam as principais contribuições deste trabalho, e as propostas de trabalhos futuros.

4 4 2. Fundamentação Teórica 2.1 Estilos de Aprendizagem Segundo Fatt (2000), os estilos de aprendizagem são caracterizados por comportamentos cognitivos, afetivos e psicológicos, e indicam como os aprendizes percebem, interagem e respondem ao ambiente de aprendizado. Ou seja, estilos de aprendizagem ou learning style, é o modo que uma pessoa usa para adquirir conhecimento, geralmente, uma pessoa possui mais de um estilo de aprendizagem tendo um deles mais desenvolvido e, cada indivíduo aprende do seu modo pessoal e único. Existem diversos modelos de estilos de aprendizagem, elaborados por diferentes autores, cada um apresenta uma concepção diferente, as principais são definidas por Richard Felder 3, David Keirsey 4, Howard Gardner 5 e Neil Fleming 6. A técnica de mapeamento de estilos de aprendizagem utilizado nesse trabalho para identificar os estilos de aprendizagem dos estudantes dos cursos de Ciências da Computação e Sistema de Informação, é o questionário VARK 7. Esse questionário foi criado por Fleming e Mills (1992), com o propósito de fornecer aos usuários um perfil das suas preferências de aprendizagem. Eles criaram quatro categorias que refletem as experiências dos estudantes, são elas: visual, auditiva, leitura/escrita e sinestésico, por isso, o nome VARK (visual, aural, readwrite e kinesthetic). Quando um indivíduo possui mais de um estilo de aprendizagem, diz-se multimodal 8, e mais de 60% de qualquer população encaixa-se nessa categoria. Levou-se em consideração apenas os estilos: visual, auditivo, leitura/escrita e sinestésico Abordagens: Ativa, Passiva e Construtivista Segundo Piaget (1973, p. 69), os métodos didáticos utilizados pelo professor ao ministrar os conteúdos é de fundamental importância para despertar o interesse e desenvolver o aprendizado dos seus alunos, pois os alunos precisam sentir-se motivados a aprender. É necessário que o professor facilite o aprendizado do aluno, de tal modo que, os alunos reconstruam seus esquemas de comportamento e interiorizem os assuntos mediados pelo professor e, consequentemente, construam o conhecimento. Utilizar-se de animações é uma estratégia para aperfeiçoar os métodos didáticos e, consequentemente, o aprendizado dos estudantes. 3 Richard Felder: 4 David Keirsey: 5 Howard Gardner: 6 Neil Fleming: 7 VARK: 8 Estilo de Aprendizagem Multimodal:

5 5 De acordo com Simões: considerando o processo de ensino-aprendizagem, é pressuposto que não se pode aprender a programar apenas lendo um livro, sendo a programação uma habilidade que deve ser desenvolvida com muita prática e observação, pois até mesmo os melhores programadores estudam outros trabalhos, e acabam incorporando essas observações ao seu dia-a-dia. (2000). Segundo Garcia, De Rezende e Calheiros: os livros-texto e aulas convencionais que abordam as estruturas de dados utilizam-se de mecanismos que vão além da descrição em (pseudo) linguagem de programação, como ilustrações. Entretanto, o excesso dessas ilustrações, quando vistas estaticamente, contribui muito pouco para aumentar a compreensão dos algoritmos, dado que além das informações que estão sendo descritas, há uma grande quantidade de comunicação implícita na ligação entre as imagens. (1997, p ). Esta ligação pode ser mostrada através da animação gráfica de tais imagens, melhorando a comunicação da informação ao aluno ao deixar as relações entre as imagens explícitas. Como afirma Garcia, De Rezende e Calheiros (1997, p ), uma forma de animação de algoritmos é dada quando se assiste a um filme ou segundo Brown (1987), à execução de uma sequência pré-programada de eventos. Segundo Garcia, De Rezende e Calheiros, essa abordagem é denominada passiva: pois o usuário se comporta como mero espectador e ela é útil para a complementação de livros-texto e aulas. Uma limitação clara, no entanto, está no fato de o usuário não poder testar novos conjuntos de dados e ter que ficar limitado aos conjuntos a ele fornecido. (1997, p ). Para suprir esta restrição (Brown, 1991; Stasko, 1990; Amorim e De Rezende, 1993), introduziram facilidades para que seus usuários pudessem fazer as suas próprias experiências, direcionando o andamento do algoritmo. Segundo Garcia, De Rezende e Calheiros (1997, p ), tal abordagem é denominada ativa. Lawrence, Badre e Stasko (1994) relataram resultados positivos para o uso desta abordagem em uma experiência realizada com o ambiente Polka 9. Estes resultados confirmam que a abordagem ativa é mais poderosa, pois se tem uma participação maior por parte do usuário. Segundo Rezende e Garcia (1996, p ), na abordagem passiva, o aluno apenas usa as animações, já na abordagem ativa, o aluno cria suas animações. Garcia, De Rezende e Calheiros (1997, p ), acrescentou um nível adicional de participação do aprendiz no processo de animação, onde na fase de implementação são realizadas algumas chamadas a rotinas gráficas de alto nível para visualização tanto das estruturas de dados quanto das atuações dos algoritmos implementados para manipulação delas. Esta nova abordagem foi denominada construtiva. 9 Polka:

6 6 Essa abordagem é muito superior as abordagens citadas anteriormente. Na abordagem construtivista, existem mecanismos para facilitar os processos de compreensão, autocorreção e abstração. Já que nesse ambiente o usuário pode visualizar animações de algoritmos que ele mesmo constrói o que torna mais fácil a identificação de erros Feedback Segundo Ende (1983), o termo feedback foi definido pela primeira vez por engenheiros, de acordo com essa definição, feedback é uma informação usada pelo sistema para seu ajuste. Encontramos diversas definições voltadas a área educacional, dentre estas podemos citar a definição encontrada em Michaelis (2012), onde o significado do termo feedback é resposta, retroinformação: comentários e informações sobre algo que já foi feito com o objetivo de avaliação. Segundo Stemler (1997, p ), feedback pode ser definido como output, geralmente visualizado na tela, para informar aos alunos sobre o grau de sucesso na solução de problemas ou para prover informações sobre a qualidade de suas respostas a eventos semelhantes a testes. De acordo com Ur (1996, p ), feedback é uma informação que é dada ao aprendiz sobre seu desempenho em uma tarefa de aprendizagem, geralmente com o objetivo de melhorar o seu desempenho. Analisando as definições de feedback citadas anteriormente, podemos perceber que o feedback tem um papel muito importante no processo de ensino-aprendizagem, pois mensagens de erro eficazes e feedback auxiliam o usuário a perceber quando o resultado de suas ações está diferente do resultado esperado, diante disto, ele faz uma reflexão sobre o feedback recebido e busca identificar e corrigir o erro. Segundo Valente (1998, p ), o processo de achar e corrigir o erro constitui uma oportunidade única para o aluno aprender sobre um determinado conceito envolvido na solução do problema ou sobre estratégias de resolução de problemas Sequência Didática O termo sequência didática surgiu na França, em meados dos anos 1980, nos programas escolares oficiais do Governo Francês. Fazia parte de uma tentativa de modificar o modelo de ensino existente na época, onde os conteúdos eram vistos de forma isolada. A sequência didática buscava promover uma abordagem onde fosse possível ensinar todos os conteúdos necessários para atingir um objetivo único de forma integrada. Segundo Teixeira e Sobral (2010), a denominação Sequência Didática (SD) surgiu no Brasil a partir da publicação dos Parâmetros Curriculares Nacionais em 1998.

7 7 A sequência didática trata da transformação de forma gradativa do aprendizado do estudante para assimilação de um novo conteúdo. Por isso, os conhecimentos que o estudante já possui devem ser levados em consideração, como ponto de partida, quando se desenvolve um processo de ensino-aprendizagem. Existem diversos estudos que afirmam que novos conhecimentos são estruturados a partir do que já se sabe, (Piaget, 1976; Vigotsky, 2002). O estudante substitui, modifica ou sobrepõe as ideias que ela já possui pelo novo conhecimento que estaria sendo proposto. Os estudos iniciais relacionados às sequências didáticas foram relacionados à língua materna do país, mas elas podem e devem ser utilizadas em qualquer disciplina ou conteúdo, pois, utilizando-as o professor organiza o conteúdo de forma progressiva, partindo de níveis de conhecimento que os alunos já dominam para chegar aos níveis que eles precisam dominar. Segundo Dols e Shneuwly, as sequências didáticas são: [...]um conjunto de atividades planejadas, de maneira sistematizada, em torno de um gênero textual oral ou escrito. Instrumentos que podem guiar professores, propiciando intervenções sociais, ações recíprocas dos membros dos grupos e intervenções formalizadas nas instituições escolares, tão necessárias para a organização da aprendizagem em geral e para o progresso de apropriação de gêneros em particular. (2004). Podemos conceituar sequência didática como, um termo utilizado na educação para definir um conjunto de atividades interligadas, organizadas, etapa por etapa, de acordo com objetivos definidos pelo professor para ensinar um conteúdo complexo, que exige tempo e um nível de maturidade de conhecimentos por parte dos estudantes. As atividades propostas devem possuir níveis crescentes de dificuldade, para que os alunos sempre tenham que adquirir novos conhecimentos para executá-la. Por isso, o professor deve planejar a ordem em que as atividades serão propostas, escolher os conteúdos mais importantes sempre buscando garantir a continuidade dos conteúdos, as etapas do desenvolvimento, a duração e a maneira como será feita a avaliação Tutorial Multimídia Skinner 10, psicólogo americano, desenvolveu estudos com ratos e pombos que culminaram em um importante legado para a educação, a instrução programada e as máquinas de ensinar. Skinner (1972) afirma que em escolas, o comportamento de alunos podem ser modelados pela apresentação de materiais em cuidadosa sequência e pelo oferecimento das recompensas ou reforços apropriados. O conceito de instrução programada começou a ser mais utilizado com o advento do computador, pois os materiais instrucionais podiam ser desenvolvidos com maior qualidade e 10

8 8 flexibilidade. Surge então o conceito de Instrução Auxiliada por Computador 11 (CAI Computer-Aided Instruction) que se popularizou com o surgimento dos microcomputadores. Segundo Cohen e Forde (1992), os tipos de CAI são: tutoriais, programas de demonstração, exercício-e-prática, avaliação do aprendizado, jogos educacionais e simulação. Com esse novo uso do computador na educação, ele passa a ser uma ferramenta educacional e surge como uma possível solução para melhorar a qualidade do ensino. Os tipos de CAI mais utilizados são os tutoriais e o exercício-e-prática. Poole, afirma que os: Segundo Udesc, tutoriais podem ser de várias formas. Os estudantes podem se sentar com tutores humanos que os ajudarão a aprender algo. Ou os estudantes podem trabalhar com um livro que traz as etapas para que adquiram um corpo de conhecimento. [...] tutoriais computadorizados onde um corpo de conhecimento na forma de conceito ou baseado em habilidades é apresentado ao usuário na tela, seguido de oportunidades para validar a compreensão do usuário sobre o conceito ou a aquisição da habilidade. O software monitora o progresso com base nos resultados da validação, levando o usuário a um novo material ou de volta para material antigo da mesma forma que um tutorial humano faria. Um bom tutorial apresenta seu objetivo no seu início; ele também é agradável, cuidadoso, sensível às capacidades do usuário e fornecendo feedback imediato e apropriado. Interatividade é a chave para o envolvimento do usuário e sua perseverança. (1998, p.57). Os tutoriais são softwares que são desenvolvidos como objetivo de ensinar ou de repassar informações. O sistema tutorial compreende, assim, um conjunto de ações educativas que contribuem para desenvolver e potencializar as capacidades básicas dos usuários, orientando-os para obterem seu crescimento intelectual e autonomia, com a finalidade de ajudálos a tomar decisões em vista de seus desempenhos e suas circunstâncias de participação como usuário. De acordo com Salgado (1992) os sistemas multimídia são ferramentas poderosas que estão mudando a maneira de adquirir o conhecimento e que nos dão uma nova visão da realidade. Através da multimídia podem ser criadas inúmeras simulações e estruturas visuais que levam a um processo de aprendizagem. Diante do exposto de Nogueira (1993), pode-se concluir que ela oferece às pessoas uma visão ampla a respeito da informação ou tema em estudo, com a possibilidade de controlarem seu ritmo de trabalho ou estudo, a sequência e os objetivos de seu aprendizado. Os tutoriais eletrônicos, ou multimídia, são uma das diversas aplicações CAI. Um tutorial é um software que possui conteúdos organizados através de uma sequência pedagógica definida pelo professor, e pode possuir diversos recursos multimídia como animações, sons, vídeos, entre 11

9 9 outros. O estudante interage em um tutorial multimídia através da navegação no material, na escolha da informação e nas respostas das possíveis perguntas que o tutorial pode conter. 3. Trabalhos Relacionados Com o objetivo de facilitar o processo de ensino-aprendizagem, muitas ferramentas/objetos de aprendizagem vêm sendo desenvolvidos e utilizados permitindo a exploração dos conteúdos de forma digital com recursos como simulações, gráficos, desenhos, dentre outros, possibilitando aos estudantes ter uma melhor compreensão dos conteúdos e ainda sentir-se mais motivados a estudar com a utilização destes recursos. Podemos citar alguns exemplos destas ferramentas/objetos de aprendizagem como o Astral, o CADILAG e como exemplos de tutoriais multimídia, podemos citar um tutorial para ensino do Windows 98 e sobre doenças em pragas de macieiras. O projeto Astral desenvolvido por Garcia (1997) tem como sua principal inovação a produção sistemática de animações, na qual o estudante utiliza uma coleção pré-estabelecida de procedimentos de manipulação gráfica das estruturas de dados para criar algoritmos mais complexos. O estudante pode construir a animação completa de uma dada tarefa através da composição desses procedimentos básicos, podendo assim facilitar a ligação do conceito abstrato com a programação do algoritmo. Cardim et. al (2010), desenvolveram o CADILAG, um objeto de aprendizagem ativo desenvolvido em JavaFX 12, que mostra a abstração e as animações do funcionamento das principais estruturas de dados ministradas em um curso de Algoritmos e Estrutura de Dados, cabendo ao aluno as reflexões sobre o algoritmo e ao professor passar ao aluno as informações necessárias para que o aluno consiga construir seu conhecimento junto com a ferramenta. A ferramenta pode ser utilizada por meio de um arquivo executável ou diretamente pelo navegador web. O estudante interage com o CADILAG através de dois menus, o primeiro contem todas as estruturas de dados disponíveis na ferramenta, e o segundo contém as operações específicas de cada estrutura de dados com a qual o estudante irá modificar. O trabalho desenvolvido por Machado (2001), trata de um tutorial para auxiliar no aprendizado a distância do Windows 98. O tutorial é baseado nos eventos instrucionais de Robert M. Gagné, onde o estudante poderá aprender a utilizar este sistema operacional através de lições autoexplicativas e exercícios de avaliação, em um ambiente de aprendizado igual à interface que este sistema operacional apresenta. O tutorial multimídia elaborado por Sousa e Benedetti (2004), tem como objetivo apresentar uma diversidade de conceitos sobre as patologias que acarretam em prejuízos no 12 JavaFX:

10 10 cultivo de maçã representando-as através de um tutorial multimídia. Este tutorial auxiliará no processo de ensino e pesquisa para estudantes do curso de agronomia, engenheiros agrônomos que trabalham com o cultivo da maçã e aos próprios produtores que poderão compreender melhor as doenças e pragas, bem como os prejuízos que podem causar aos pomares. De acordo com Netto (2011), a abordagem construtiva proposta no projeto Astral está baseada em procedimentos básicos de manipulação gráfica pré-programados, sendo os detalhes de sua implementação totalmente abstraídos do usuário através de uma biblioteca de programação. Entretanto, embora o Astral possibilite ao usuário a construção de suas próprias animações, sendo assim um avanço sobre as outras abordagens, o uso de componentes básicos pré-estabelecidos para criar os algoritmos e suas animações associadas limita o que pode ser representado no sistema. Desta forma, a ferramenta IGED objetiva torar a abordagem construtiva mais efetiva ao aluno, disponibilizando uma linguagem de programação completa que permita a animação de qualquer algoritmo. A ferramenta é descrita na seção a seguir. 4. O IGED Com o intuito de identificar ou solucionar os problemas da disciplina, já comentados anteriormente foram realizados dois questionários com os alunos dos cursos de Licenciatura em Ciências da Computação e Bacharelado em Sistemas de Informação de uma Universidade. O primeiro questionário teve como propósito identificar as dificuldades enfrentadas pelos alunos quanto à disciplina e o segundo questionário objetivava identificar os estilos de aprendizagem presentes nos alunos que cursavam a disciplina. Através da análise de primeiro questionário, foi possível identificar que 33% dos estudantes tinham dificuldades em relação a abstração das estruturas de dados. E o conteúdo de maior dificuldade, segundo 24% dos entrevistados, é a estrutura listas. Também foi identificado que a maioria dos professores da disciplina não utiliza ferramentas educacionais para auxiliar as aulas, com exceção de IDEs. O questionário serviu para confirmar que as dificuldades não são específicas de um curso, mas de todos que possuem a disciplina. O questionário VARK foi utilizado e teve como propósito identificar os estilos de aprendizagem mais comuns dentre os alunos dessa disciplina. Uma pessoa pode possuir um estilo de aprendizagem ou então, o que é mais comum, mesclar os diversos estilos. Desconsiderando o estilo de aprendizagem multimodal, pois mais de 60% de qualquer população encaixa-se nessa categoria, segundo Fleming (2011); levou-se em consideração apenas os estilos visual, auditivo, leitura/escrita e sinestésico. Constatou-se que o estilo de aprendizagem mais presente nos alunos que responderam o questionário é o sinestésico, 47%, seguido pelo estilo de aprendizagem auditivo com 30%.

11 11 As pessoas que se encaixam em algum dos estilos de aprendizagem citados acima possuem algumas das características do estilo a que pertencem. Os sinestésicos preferem aprender utilizando-se de todos os sentidos (visão, tato, olfato, paladar e audição), viagens de campo, exposições, exemplos da vida real e aplicações, facilitam o seu aprendizado, preferem utilizar de imagens ou fotografias para ilustrar uma ideia. Para estas pessoas elas precisam fazer as coisas para entender. Os que têm a preferência pelo método auditivo possuem as seguintes características: preferem tutoriais, aulas, assistir discussões, discutir temas com professores e com os outros alunos, explicar ideias novas para outras pessoas, deixar espaços nas anotações para lembrar depois, utilizar de recursos visuais para descrever acontecimentos para alguém que não estava presente, dentre outros. Para estas pessoas as palavras escritas não são tão valiosas como as que ouvem. Levando em consideração os dados coletados e analisados nos dois questionários começou-se uma análise das abordagens pedagógicas existentes. Procurou-se uma abordagem que permitisse que os estudantes colocassem a mão na massa e que eles visualizassem o que acontece no código na forma de animações. Com base nessas características, chegou-se a conclusão que a abordagem pedagógica seria a abordagem construtivista, que dá a possibilidade de o usuário programar o código da estrutura de dados e visualizar a abstração e animação do funcionamento das operações sobre as estruturas à medida que o código é executado, facilitando a compreensão e a correção dos possíveis erros. Após toda essa análise e fundamentação pedagógica, começou-se a planejar os componentes da ferramenta tentando englobar a capacidade de simular uma animação, e a possibilidade do aluno construir a sua própria estrutura de dados, fazendo com que o mesmo teste seus conhecimentos sobre um determinado assunto da disciplina. Essa arquitetura é descrita na próxima seção. 4.1 A arquitetura Com o objetivo de implementar uma ferramenta mais efetiva para o processo de ensino construtivista discutido anteriormente em Netto (2011), foi definida a arquitetura para um interpretador de comandos específicos no contexto de programação de estruturas de dados, onde estes comandos podem ser visualizados graficamente pelo usuário a cada instrução fornecida. Buscando tornar a ferramenta mais completa, apresentamos a inserção da Camada Pedagógica à arquitetura do IGED, através dos componentes Tutor Hipermídia e Gerenciador de IGEDlet. A nova arquitetura é detalhada a seguir. De acordo com a Figura 1 podemos visualizar quatro camadas distintas: a Camada Gráfica responsável pela iteração com o usuário; o Interpretador de Comandos responsável por avaliar e executar os comandos passados pelo usuário; a Camada Avaliadora responsável por

12 12 comparar o resultado obtido pelos comandos passados pelo usuário com o resultado esperado em cada exercício e a Camada Pedagógica, responsável pela composição e execução de aplicações do ambiente IGED e pela composição e execução de sequências didáticas para o ensino de estruturas de dados. A seguir descreveremos a camada pedagógica, foco desse estudo. Figura 1: Arquitetura do IGED Fonte: do autor. A Camada Pedagógica é responsável pela criação de sequências didáticas e aplicações no ambiente IGED e, também, pela execução desses recursos. A camada possui dois componentes: o componente Gerenciador de IGEDlet e o Tutor Hipermídia. O Gerenciador de IGEDlet, é responsável pela composição e execução de aplicações do ambiente IGED, e o Tutor Hipermídia, responsável pela composição e execução de sequências didáticas para o ensino de estruturas de dados. Um IGEDlet é uma aplicação que realiza uma tarefa específica no contexto das estruturas de dados, e é executada no ambiente IGED. Neste trabalho, são definidos dois tipos de IGEDlet: a Animação IGEDlet, é uma aplicação com finalidade de ilustrar animações sobre manipulações em estruturas de dados, e a Atividade IGEDlet, uma aplicação que permite a elaboração de exercícios para estudantes sobre estruturas de dados. De agora em diante, usaremos o termo aplicação para descrever tanto uma Animação IGEDlet, como uma Atividade IGEDlet. Uma aplicação Animação IGEDlet permite ao professor elaborar animações que representam manipulações sobre estruturas de dados, criando assim objetos de aprendizagem que adotam a abordagem passiva para a apresentação dos conteúdos. Com a Animação IGEDlet o estudante pode acompanhar a execução da animação da estrutura, e, caso esteja disponível, acompanhar o código da animação construído na linguagem interpretada pelo IGED. Uma Animação IGEDlet é composta por um código para a composição da animação proposta.

13 13 Uma aplicação Atividade IGEDlet permite ao professor elaborar atividades sobre estruturas de dados. O estudante pode então usando a linguagem IGED, responder a atividade e ter sua resposta avaliada pela ferramenta. Com a Atividade IGEDlet, o professor pode criar objetos de aprendizagem com a abordagem construtiva, exigindo do aluno a construção de conhecimento guiado pelo professor. Uma Atividade IGEDlet é composta pela questão a ser resolvida, um código que descreve a inicialização das estruturas onde o aluno deve atuar para responder a questão e um código com a solução do professor para o problema. Todos esses códigos devem ser escritos usando a linguagem IGED. Uma Atividade IGEDlet possui a ação resolve que recebe como parâmetro a resposta do aluno e além de animar graficamente a solução proposta, envia um evento indicando se a solução fornecida está correta ou não. 4.2 Gerenciador de IGEDlet O componente Gerenciador de IGEDlet é responsável pelo cadastro, armazenamento, pesquisa e execução de aplicações. O Gerenciador de IGEDlet possui dois componentes, o Compositor de IGEDlet e o Tocador de IGEDlet. O Compositor de IGEDlet é responsável pelo cadastro de aplicações, e o Tocador de IGEDlet é responsável pela busca e execução de aplicações no ambiente IGED Compositor de IGEDlet Para cadastrar uma aplicação o professor/instrutor preenche os campos que estão na Tela de Cadastro de Tarefa: título (descreve, de forma geral, de que trata o exercício), autor (nome do autor da aplicação), área (especifica a grande área que a aplicação se encaixa), descrição (descreve o que deve ser feito pelo aluno na aplicação), código de inicialização (é o código responsável por inicializar a estrutura do exercício a ser realizado pelo aluno) e o código de solução (é o código feito pelo professor, com a resposta do exercício). Os dados gerados ao cadastrar uma aplicação, são armazenados em arquivos XML 13 (Extensible Markup Language). Com as informações passadas ao cadastrar uma aplicação, são gerados dois arquivos, um chamado tarefas.xml e o outro tarefaid.xml. O primeiro arquivo, tarefas.xml, contém uma lista com todas as aplicações cadastradas, e funciona como um índice de aplicações, sendo utilizado para a busca de aplicações, pois nesse arquivo estão armazenados os dados básicos de uma aplicação: área, autor, id e título. Neste arquivo ainda é armazenado o último identificador de aplicação usado, 13

14 14 servindo para o controle de atribuição de identificadores únicos para cada aplicação. A Figura 9 apresenta um exemplo deste arquivo. O arquivo tarefaid.xml 14 contém todas as informações de uma aplicação e é utilizado para carregar os campos de execução de uma aplicação. A Figura 10 apresenta um exemplo deste arquivo. Os dois arquivos gerados são armazenados no diretório Tarefas do sistema. E com isso, finaliza-se o processo de cadastro de uma aplicação Tocador de IGEDlet O componente Tocador de IGEDlet é responsável pela execução de toda aplicação no ambiente do IGED, seu primeiro passo é identificar o tipo de aplicação (animação ou atividade) para tratá-la adequadamente, como descrito a seguir. As aplicações são executadas no Tocador de IGEDlet. Caso o tocador receba uma Animação IGEDlet, ele configura o componente Interpretador no modo gráfico, permitindo assim que as atualizações sejam passadas apenas para o componente Abstração Gráfica. O código de animação é fornecido passo a passo em intervalos de tempos pré-determinados ao componente Interpretador para que a animação seja observada pelo estudante com detalhes. Caso seja pedido para reiniciar a animação, o Tocador de IGEDlet solicita ao Interpretador que limpe suas atualizações e o processo de animação é iniciado novamente. Para executar uma aplicação Atividade IGEDlet o Gerenciador de IGEDlet lê o arquivo tarefaid.xml e carrega os dados da aplicação. O componente Interpretador será configurado no modo inicialização, que atualiza os componentes: Abstração Gráfica, da Camada Gráfica, e o componente Abstração da Estrutura de Dados, da Camada Avaliadora. O código de inicialização é então repassado para o Interpretador. Atualiza a interface com a representação da estrutura de dados iniciais da aplicação. Após esta fase, o Interpretador será configurado no modo professor e o código de solução fornecido pelo autor da atividade será passado para o Interpretador. Como neste modo a camada gráfica está desabilitada o aprendiz não visualizará a resposta proposta, apenas a cópia do professor na camada avaliadora será atualizada, em seguida, o Interpretador é posto em modo aluno e o código fornecido pelo usuário é passado para o Interpretador, que atualiza a camada gráfica, fornecendo um feedback ao aluno, e as estruturas do aluno são atualizadas na camada avaliadora Por fim, a camada avaliadora é consultada sobre a avaliação da resposta do aluno, neste ponto, as estruturas do professor e do aluno são comparadas e, se estiverem idênticas será indicado que a atividade foi concluída com sucesso, caso contrário, será indicado erro em sua solução. A interface é atualizada com o respectivo feedback, correto ou incorreto. Caso seja pedido para reiniciar a atividade, o Tocador 14 O nome deste arquivo é composto pelo prefixo tarefa mais o sufixo ID, que é o valor do identificador único de cada aplicação.

15 15 de IGEDlet solicita ao Interpretador que limpe suas atualizações e o processo de execução de uma Atividade IGEDlet é iniciado novamente. 4.3 Tutor Hipermídia O componente permite a criação de sequências didáticas para o ensino da disciplina Estruturas de Dados, possibilitando a criação de apresentações de conteúdo aninhadas a aplicações IGEDlet (animações ou atividades), apresentando ao estudante os conceitos da disciplina segundo uma ordem definida pelo autor do objeto. Com o objetivo de definir sequência lógica de apresentação dos conteúdos, propomos a adoção de um modelo de autoria hipermídia, o NCM, para a implementação do componente Tutor Hipermídia. O NCM (Nested Context Model, Modelo de Contextos Aninhados) apresentado em [50] é um modelo de autoria centrado na representação e tratamento de documentos hipermídia, composto de grafos com nós e elos, permitindo separar e estruturar o documento, conforme necessário, através de nós de composição, também chamado de contexto. Para adoção do NCM na elaboração de uma sequência didática no componente, foram mapeados os elementos principais do modelo as entidades básicas do ambiente. Nas próximas subseções é descrito o mapeamento proposto. Um nó de mídia caracteriza o objeto de mídia propriamente dito, seja ele um vídeo, imagem, texto, áudio, aplicação, etc. O IGED trabalha com dois tipos de nós de mídia: as imagens, para apresentação dos conteúdos (slides) e as aplicações IGEDlet, para animações de ações sobre estruturas de dados ou atividades sobre os temas abordados, representados na Figura 2. Figura 2: Nós de mídia do IGED Fonte: do autor. Todo nó de mídia terá associado uma âncora, que tem o objetivo de especificar uma interface para o relacionamento entre nós. No NCM, cada nó pode ter mais de uma âncora, geralmente utilizado em mídias contínuas para referenciar partes distintas do conteúdo. Nos dois tipos de nós de mídia proposto, o uso de mais de uma âncora permite ao professor atribuir ao mesmo slide várias atividades ou animações simultâneas.

16 16 Um nó de composição é um nó cujo conteúdo é uma coleção de nós que se constituem em suas unidades de informação. Os componentes de um nó de composição podem ser ordenados, facilitando operações de navegação, além de possuir uma lista ordenada de âncoras que permitem acesso de nós externos a nós internos a composição. O NCM define um tipo especial de nó de composição, a Trilha, nela seus nós de conteúdo podem ser iterados com operações de acesso do tipo próximo e anterior. No ambiente do Tutor é proposto o uso de Trilha, para agrupar nós de mídia do tipo imagem, compondo uma apresentação de slides. Para definir entradas em um nó de composição, o NCM define uma entidade do tipo interface, chamada porta, possibilitando assim associar o início de uma composição a um de seus nós de mídia. Os nós de contexto servem para estruturar o documento hipermídia, definindo uma estrutura lógica hierárquica ou não. Desta forma, contextos podem ser aninhados, procurando sempre refletir a estrutura do documento e tornar sua organização mais intuitiva. Propomos um tipo de nó de contexto, o contexto de uma sequência didática, que agrupa apresentações e aplicações IGEDlet (animações ou atividades), delimitando objetos relacionados com um mesmo conteúdo, através de uma sequência lógica planejada pelo professor, construindo assim um objeto de aprendizagem que executa a sequência didática pensada pelo professor autor. O contexto de sequência didática pode agrupar outros contextos permitindo a definição de hierarquias de conteúdo. O NCM define que o contexto possui como atributo adicional um conjunto de elos, onde cada elo contido no conjunto define um relacionamento entre os nós do contexto. Através do uso de elos o professor define diferentes visões de um mesmo documento e facilita a orientação do aprendiz na navegação do documento. A Figura 3 ilustra as entidades que modelam o contexto de uma sequência didática intitulada Acessando um vetor, composta de um nó trilha de apresentação e três aplicações IGEDlet. A trilha, que representa uma apresentação de slides, é composta por uma coleção de nós de mídia do tipo imagem, algumas destas imagens são relacionados com outros nós de mídia IGEDlets como demonstra os elos que liga as âncoras de cada mídia. Os elos podem estabelecer relacionamento entre nós de contexto permitindo assim a criação de sequências didáticas mais completas, e atribuindo pré-requisitos entre os conteúdos abordados.

17 17 Figura 3: Contexto de sequência didática Acessando um vetor Fonte: do autor Tocador de Hipermídia A apresentação é exibida, no Tocador de Apresentações, seguindo a sequência definida pelo professor. Caso a apresentação possua alguma âncora, quando o usuário disparar um evento através do clique do mouse sobre a âncora, o link para uma Aplicação IGEDlet será ativado, e a aplicação executada. Para que o componente Tutor Hipermídia trabalhe com a criação de sequências didáticas e sua posterior execução, adotamos uma linguagem que descreve esta sequência, podendo persisti-la e, em outro momento, ser traduzida pelo próprio Tutor Hipermídia, executando o Objeto de Aprendizagem programado. A Figura 4 descreve um exemplo de código NCL adaptado para o exemplo da Figura 5, podemos observar o mapeamento dos elementos deste contexto com as tags definidas na linguagem e seu aninhamento lógico. Assim, o tutor hipermídia, passa a ser um compositor e tradutor de sequencia didática programas através de uma linguagem declarativa baseada na linguagem NCL.

18 18 Figura 4: Linguagem do Tutor Hipermídia Fonte: do Autor Na Figura 5 é mostrado um protótipo do Tutor Hipermídia para o IGED. Nesta figura, está representada a transição entre a exibição de uma apresentação de slides e a execução de uma AtividadeIGEDlet, através da ativação de um elo entre as mídias, preestabelecido na sequência didática do professor, devido ao evento de seleção da âncora contida na imagem da apresentação. Figura 5: Exemplo de execução de uma sequência didática Âncora 5. Considerações finais Fonte: do Autor A ferramenta IGED aparece como uma solução para os problemas identificados nas disciplinas de Algoritmo e Estrutura de Dados, já que soluciona os problemas tanto do professor

19 19 como dos estudantes. Do ponto de vista do professor, é uma ferramenta que permite criar animações, exercícios, apresentações e sequências didáticas para os seus alunos. Para os estudantes, ela disponibiliza diversos recursos com conteúdos relacionados a disciplina construídos através de abordagens pedagógicas ativa e construtiva que estimulam a construção do conhecimento através da prática, além de possuir um feedback imediato. Como trabalhos futuros pretende-se acrescentar um verificador de eficiência da solução do estudante e um agente inteligente capaz de guiá-lo na construção do seu aprendizado de acordo com o desempenho nas atividades. Pretende-se, também, avaliar a ferramenta junto aos alunos em turmas da disciplina de Algoritmo e Estrutura de Dados. 6. Referências AMORIM, R. V.; DE REZENDE, P. J. Compreensão de Algoritmos através de Ambientes Dedicados a Animação. XX Semish, BROWN, M. H. Algorithm Animation. The MIT Press, BROWN, M. H. Zeus: A System for Algorithm Animation and Multi-View Editing. Proc. IEEE Workshop on Visual Languages, CARDIM, G. P; MARÇAL, I.; SOUSA, C.M.de; CAMPOS, D.L.de; MARIN, C.H.V.; CARMO, A.F.C.; TOLEDO, D.F.; SAITO, A.; CORREIA, R.C.M.; GARCIA, R.E; CADILAG Um objeto de aprendizagem para apoio à disciplina de Estrutura de Dados. UNESP Campus de Presidente Prudente. In: Congresso Latinoamericano de Objetos de Aprendizagem, ENDE J. Feedback in clinical medical education. JAMA. 1983; 250(6): FATT, James Poon Teng. Understanding the Learning Styles of Students: Implications for Educators. International journal of sociology and social policy V.20, nº 11/12, FEEDBACK. In: MICHAELIS Moderno Dicionário Inglês. Disponível em: < Acesso em: 23 mar FLEMING, N.D. & Mills, C., (1992). Not another inventory, rather a catalyst for reflection To improve the academy, (11), GARCIA, I. C.; REZENDE, P. J. de; Calheiros, F. C. Astral: Um Ambiente para Ensino de Estruturas de Dados através de Animações de Algoritmos. In Revista Brasileira de Informática na Educação. Florianópolis: SC, Volume. 1, p NETTO, Dorgival P. da Silva; OLIVEIRA, Thiago José S.; SOUSA, Tiago Davi N. de; FILHO, Gilberto F. de S.; FORMIGA, Andrei; BRITO, Alisson V.; Desenvolvimento de um Interpretador de Comandos e Avaliador Gráfico para o Ensino de Estrutura de Dados (IGED). In: XIX Workshop sobre Educação em Computação no XXI Congresso da Sociedade Brasileira de Computação. Natal, PIAGET, J. Equilibração das estruturas cognitivas: problema central do desenvolvimento. Rio de Janeiro: Zahar, PIAGET, J Estudos sociológicos. Rio de Janeiro, Forense. p. 69. POOLE, Bernard J. Education for an Information Age; teaching in the computerized classroom. 2.ed. Boston: WCB/McGraw Hill, p.157.

20 20 SALGADO, Ana Carolina et al.. Sistemas hipermídia: hipertexto e banco de dados. PortoAlegre: Instituto de Informática da UFRGS,1992 SIMÕES, Priscyla Waleska Targino de Azevedo. et al. Desenvolvimento de um Aplicativo para Apoio ao Ensino de Listas em Disciplinas de Estruturas de Dados. In: Seminário de Informática. Torres, Disponível em: SOUSA, F. A., BENEDETTI, M. A. Tutorial multimídia sobre doenças e pragas nas macieiras. In: anais do IV Congresso Brasileiro de Computação (CBCOMP). Itajaí, SC, STASKO, J. T.; Xtango: A Framework and System for Algorithm Animation. Computer, 23(9): 14-36, sep UDESC, Tutoria, Uma Ajuda Indispensável. [On-line]. Disponível: < VALENTE, J. A. A espiral da aprendizagem e as tecnologias da informação e comunicação: repensando conceitos. In: JOLY, M. C. R. A. Tecnologia no ensino: implicações para a aprendizagem. São Paulo: Casa do Psicólogo, VALENTE, J. A. Por quê o computador na educação? In: VALENTE, J. A.(Org.). Computadores e conhecimento: repensando a educação. Campinas: NIED, p VIGOTSKY, L. S. A construção do pensamento e da linguagem. São Paulo: Martins Fontes, 2002.