APLICAÇÃO DO JOGO ELETRÔNICO CALANGOS NO ENSINO DO CONCEITO DE NICHO ECOLÓGICO

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1 APLICAÇÃO DO JOGO ELETRÔNICO CALANGOS NO ENSINO DO CONCEITO DE NICHO ECOLÓGICO Ricardo Ferreira Machado (Programa de Pós-Graduação em Ensino, Filosofia e História das Ciências, Universidade Federal da Bahia/Universidade Estadual de Feira de Santana Bolsista de mestrado da CAPES) CharbelNiño El-Hani (Professor da Universidade Federal da Bahia) Angelo Conrado Loula (Professor da Universidade Estadual de Feira de Santana) Maria da Conceição Lago Carneiro (Professora do Instituto de Educação Gastão Guimarães Feira de Santana, Bahia) Vanessa Perpétua Garcia Santana Reis (Professora do Instituto de Educação Gastão Guimarães e estudante do Programa de Pós-Graduação em Ensino, Filosofia e História das Ciências UFBA/UEFS) Cláudia de Alencar Serra e Sepulveda (Professora da Universidade Estadual de Feira de Santana) Resumo: Este trabalho relata os resultados parciais de um estudo de desenvolvimento de uma inovação educacional, a inserção do jogo eletrônico Calangos em salas de aula de biologia para promover a compreensão do conceito Hutchinsoniano de nicho ecológico. Foram realizadas duas intervenções em turmas e em períodos distintos. Na primeira delas investigouse a receptividade dos estudantes ao uso do jogo em sala de aula. Em um segundo momento, investigou-se a aplicação do jogo como atividade de uma sequencia didática para o ensino do conceito de nicho ecológico, considerada o primeiro protótipo da pesquisa de desenvolvimento. Os resultados desse estudo apontam que o jogo Calangos é uma ferramenta didática promissora para a compreensão do conceito de nicho aqui proposto. Introdução Os conceitos da ecologia cumprem um papel de elevada relevância no ensino e aprendizagem da Biologia por proverem os estudantes de ferramentas não só para entendimento dos impactos oriundos da relação entre os seres humanos e os outros seres vivos e o meio ambiente, como também para a compreensão de mecanismos da evolução biológica. Um dos 6588

2 conceitos de ecologia que tem sido considerado como relevante para o ensino de evolução é o de nicho ecológico. Sepulveda e El-Hani (2008) argumentam que os avanços da biologia evolutiva, especificamente, o recente programa de pesquisa sobre a construção de nicho (ODLING-SMEE; LALAND; FELDMAN, 2003) e suas implicações para a compreensão de evolução, apontam para importância de se investir na transposição didática de abordagens mais adequadas do nicho ecológico que permitam entender a complexidade das relações entre organismo e meio no processo evolutivo. O conceito de nicho ecológico é tratado em muitos livros didáticos como o papel ou atividades desempenhadas pelos organismos nos ecossistemas, associada à proposta de separação entre nicho e habitat, de Whittaker e colaboradores (1973). Sepulveda e ElHani (2008) afirmam que nesta abordagem o nicho é concebido como uma espécie de cavidade a ser ocupada na comunidade ecológica, imutável, com existência independente de seus ocupantes. Esta noção de nicho é inadequada para uma abordagem do processo evolutivo concebido a partir de uma relação dialética entre organismo e ambiente. Estes autores consideram que o conceito mais adequado para este fim seria o de Hutchinson (1957), segundo o qual nicho é concebido como a região de hiperespaço n-dimensional, formando um hiper-volume e as variáveis bióticas e abióticas do nicho são representadas como eixos num espaço geométrico. Sepulveda e El-Hani (2008) reconhecem, no entanto, as dificuldades de transpor este conceito para o ensino médio, mas propõe que seja possível, ao introduzir a noção de fatores limitantes e ao tratar o nicho de um organismo como o conjunto de fatores que limitam sua sobrevivência, de maneira compatível com certa faixa de variação destes fatores. Argumentam ainda que seja possível e desejável salientar que tal variação se deve não somente a mudanças estocásticas do ambiente, mas também às atividades dos próprios organismos. Em uma revisão de literatura acerca das concepções alternativas no campo da ecologia, Munson (2007) encontrou concepções alternativas sobre nicho. O autor concluiu que os estudantes possuem familiaridade com o termo, mas não dominam o significado científico de nicho. É frequente entre os estudantes, por exemplo, a crença de que as necessidades de qualquer espécie têm um caráter generalizável, sendo as mesmas apresentadas por espécies similares e que desempenham papéis semelhantes no ambiente. A implicação desta concepção alternativa, por exemplo, é a de que os estudantes não compreendem que cada espécie tem um efeito específico no ecossistema. 6589

3 Neste trabalho, partimos do pressuposto que um caminho para proporcionar a compreensão adequada do conceito de nicho, tal como proposto por Sepulveda e El-Hani (2008), é a discussão proporcionada pela aplicação do jogo Calangos em sala de aula, por meio do qual é possível trabalhar conteúdos de evolução e ecologia. O jogo Calangos é um jogo eletrônico em 3D 1, no qual o jogador assume o papel de um lagarto no ambiente semiárido das dunas do São Francisco (LOULA et al., 2014). Esse jogo é baseado na realidade de uma área de vegetação de caatinga das dunas do São Francisco no município de Barra na Bahia. Há nesta área um alto endemismo de fauna e flora possivelmente em decorrência de características relacionadas ao tipo de solo e à precipitação (ROCHA; QUEIROZ e PIRANI, 2004). O fato do jogo Calangos ser modelado a partir de dados de pesquisas científicas garante maior validade desse instrumento educativo para as aulas de biologia. Ao jogar Calangos é possível observar relações ecológicas de competição intraespecífica e interespecífica e predação. Além disso, o jogador se depara com as mudanças na temperatura corporal do calango que variam de acordo com a temperatura ambiental e, pode inferir o quão a vida do lagarto depende da manutenção da temperatura corporal em níveis toleráveis pelo animal. De um modo geral, o jogador pode vivenciar os desafios de sobrevivência do lagarto, não só relativos à regulação térmica por vias comportamentais, como também a fuga de predadores e a obtenção de alimento. Por esta razão, temos a expectativa de que o uso do jogo Calangos em sala de aula, por meio de discussão a respeito dos seus desafios, mediada pelo(a) professor(a) de biologia, pode proporcionar a construção da noção de fatores limitantes, limites de tolerância e a compreensão de que há uma faixa de variação de tais fatores que em conjunto constituem o nicho. Diante desta perspectiva, planejamos um estudo de desenvolvimento de uma sequência didática que objetiva promover a compreensão do conceito de nicho, tal como proposto por Hutchinson (1957), por meio da aplicação do jogo Calangos em salas de aula do ensino médio. Neste trabalho serão apresentados os percursos metodológicos e os resultados parciais desta investigação. Metodologia Esse estudo foi desenvolvido seguindo a proposta metodológica da Design Research (PLOMP 1 O jogo está disponível para baixar no endereço eletrônico

4 & NIEVEEN, 2013). Essa forma de pesquisar o desenvolvimento de inovações educacionais organiza o estudo em fases cíclicas de planejamento, aplicação, avaliação e produção de conhecimento a respeito tanto do produto quanto do processo de investigação. Na figura 1, observa-se um esquema adaptado de McKenney para descrever este caráter cíclico e iterativo dos estudos em design research (2001, apud PLOMP, 2007, p. 14). Ao longo destes ciclos de investigação, os protótipos da inovação educacional em desenvolvimento são aprimorados, e é produzido conhecimento generalizável na forma de princípios de planejamento (design). Figura 1: Desenho geral de uma pesquisa delineada com a perspectiva da Design Reseach. No caso do nosso estudo, a aplicação do primeiro protótipo da sequência didática para o ensino do conceito de nicho ecológico proposto por Hutchinson foi precedida por uma avaliação da receptividade dos estudantes ao uso de jogo Calangos. Nesse primeiro momento, foi aplicado o jogo em 2 turmas do 1º ano do ensino médio do Instituto de Educação Gastão Guimarães em Feira de Santana, Bahia. Os estudantes jogaram o jogo Calangos em duplas. Em algumas duplas, enquanto um dos estudantes jogava, o outro observava as ações do colega e lhe dava dicas de como proceder e alternaram seus papéis ao longo do tempo. Em outras duplas, os estudantes jogaram juntos de forma simultânea, para tanto, um estudante ficava com alguns comandos do teclado e o outro com os comandos do mouse. Nós aplicamos questionários para observar o que os estudantes estavam entendendo do jogo e o quão o consideravam atraente. Além disso, algumas questões buscaram acessar o envolvimento desses estudantes com os jogos eletrônicos para além do espaço escolar. Esse questionário foi 6591

5 respondido por 39 estudantes. Com base nos resultados desta primeira investigação, construímos uma sequência didática sobre o ensino de nicho ecológico de Hutchinson (1957), na qual o jogo Calangos é utilizado como ferramenta didática para os estudantes vivenciarem os desafios da vida de um lagarto e gerar um ambiente de aprendizagem a partir do qual pretende-se desenvolver o conceito de nicho. Essa sequência didática é composta por seis momentos: (1) apresentação do jogo Calangos e do contexto ambiental que inspirou a criação desse jogo; (2) uso do jogo pelas duplas de estudantes; (3) proposição de hipóteses sobre as dificuldades de sobrevivência enfrentadas pelos lagartos (no jogo), por meio de interações discursivas entre alunos e professora; (4) discussão sobre os desafios da regulação térmica pelo lagarto no jogo; (5) orientação para os alunos observarem o comportamento das variáveis ambientais e das variáveis relacionadas à fisiologia do lagarto que estão disponíveis na barra lateral e a formação de gráficos com essas variáveis (Figura 1); e (6) uma abordagem explícita do nicho hutchinsoniano pela professora, aplicada ao problema de regulação térmica, por meio da análise de dados gerados pela discussão da experiência dos alunos com o jogo. Figura 1: Lagarto no ambiente das dunas do São Francisco. Ao lado direito podemos observar algumas variáveis relacionadas às mudanças ambientais e fisiológicas do lagarto. 6592

6 A seqüência de ensino foi implementada em três turmas do primeiro ano do ensino médio em duas sessões de 100 minutos, envolvendo 45 alunos entre 15 e 16 anos. Essas turmas participavam do Programa Ensino Médio Inovador (ProEMI), contexto pedagógico em que a sequencia foi implementada. Ambas as sessões foram totalmente gravadas, compreendendo 10 horas de gravação. Foram selecionados episódios de ensino, por meio dos quais foram analisadas as interações discursivas entre professora e alunos e destes entre si, de modo a avaliar o engajamento comportamental dos alunos nas atividades. Além disso, foi aplicado um questionário como pré-teste e pós-teste a fim de avaliar o papel do jogo na promoção da aprendizagem conceitual. O questionário é composto por três situações problema que avaliam a compreensão dos alunos sobre (1) a relação entre variação de temperatura ambiental e variação de temperatura corporal em animais ectotérmicos, (2) as estratégias comportamentais utilizadas por estes animais para regular a temperatura do corpo, e (3) o conceito de nicho ecológico. Na primeira situação problema foi apresentado um gráfico que mostra o aumento da temperatura do ambiente e do aumento da temperatura corporal interna do lagarto ao longo do tempo, seguido de uma pergunta sobre quais as informações que os alunos foram capazes de extrair a partir do gráfico, e outra questão que demandava uma explicação sobre o porquê das variações de temperatura frequentes em um ambiente semiárido desafiam a sobrevivência dos lagartos. Na segunda, foi fornecido um desenho esquemático mostrando mudanças comportamentais do lagarto em diferentes períodos do dia, e, em seguida, os alunos foram convidados a explicar por que o lagarto permaneceu embaixo de uma rocha ao meio-dia e como as mudanças de comportamento apresentadas foram relacionadas à interação entre meio ambiente e a temperatura do corpo; e o quê essas alterações comportamentais revelam em relação às estratégias de sobrevivência do lagarto. Na última questão, apresentava-se um cenário em que o ambiente de dunas do São Francisco era descrito em seus aspectos físicos e bióticos, e solicitava-se aos alunos que escrevessem um texto que descrevesse os desafios enfrentados pelos lagartos para sobreviver e reproduzir nesse ambiente. Para a construção do texto, foi sugerido aos estudantes que usassem os seguintes termos: nicho ecológico, temperatura ambiente, temperatura do solo, temperatura interna do lagarto, hipotermia, hipertermia, predadores e reprodução. Finalmente, para avaliar a experiência dos alunos ao jogar Calangos, pedimos a eles para responder à seguinte pergunta: "qual a sua impressão sobre o Jogo Calangos? Nessa primeira prototipagem,18 alunos responderam o questionário, tanto no pré-teste e pósteste. Discutimos abaixo alguns resultados obtidos nestas duas etapas da investigação, de 6593

7 modo a oferecer uma avaliação inicial do potencial do jogo como ferramenta didática no ensino de ecologia. RESULTADOS E DISCUSSÃO Primeira aplicação do Jogo Calangos receptividade dos estudantes Nessa etapa 100% dos estudantes falaram que jogam de forma corriqueira em seu cotidiano. Os equipamentos tecnológicos usados por esses estudantes para jogar são variados, mais frequentemente, celulares, computadores e tablet. Com o acesso das pessoas a esses diversos equipamentos, o planejamento para desenvolvimento de jogos educativos pode abarcar gráficos que possam ser lidos por essa diversidade de aparelhos multifuncionais. Isso possibilitaria mais acesso aos novos instrumentos eletrônicos educativos. Todos os estudantes consideraram os jogos eletrônicos atraentes e motivadores. Segundo os estudantes, os diferentes tipos de jogos despertam sentimentos distintos. Para Marcos 2, por exemplo, os jogos de fase lhes proporciona diversão, felicidade e ansiedade em passar de fase. Para o estudante Mateus, nos jogos de simulação, ele se sente protagonizando pessoas que ele poderia ser. Esses mesmos estudantes indicam que os jogos eletrônicos podem colaborar em seus aprendizados. Eles afirmam que com os jogos educativos é possível aprender, pois o jogo propicia uma maneira divertida de se relacionar com os conteúdos (Marcos). Essa afirmação nos remete a repensar os processos de ensino e aprendizagem que a escola oferece e o que ela pode oferecer, uma vez que o uso de ferramentas eletrônicas como essa expande os caminhos de interação que são fundamentais para a aprendizagem. Após os estudantes jogarem, foram questionados sobre o que eles acharam do jogo. Todos os estudantes responderam que acharam o jogo interessante, atraente e educativo. A estudante Tamiris afirma que ela achou o jogo Calangos muito legal, porque mostra todos os obstáculos que temos que enfrentar para sobreviver e reproduzir. É um jogo muito divertido e educativo. Primeiro Protótipo resultados da pesquisa de desenvolvimento 2 Para preservar a identidade dos estudantes estamos utilizando nomes fictícios para os estudantes que participaram dessa pesquisa. 6594

8 No primeiro protótipo tivemos como objetivo o ensino do conceito de nicho Hutchinsoniano. Alguns dados desse protótipo estão publicados em um artigo de Loula e colaborados (2014). Para a construção desse conceito em sala de aula, usaram-se os desafios para a sobrevivência e reprodução dos lagartos vivenciados pelos estudantes ao jogarem o jogo Calangos. Ao analisarmos as interações discursivas entre a professora e os estudantes sobre os acontecimentos ocorridos ao longo do jogo percebemos que os estudantes conseguem interpretá-los em termos de fenômenos biológicos, de modo a propiciar uma análise dos fatores limitantes à sobrevivência do lagarto e o desenvolvimento do conceito de regulação térmica em animais ectotérmicos. Professora: O que mais aconteceu no jogo? Estudantes: Morremos. Professora: Por quê? Estudante 1: Por temperatura alta. Estudante 2: Por desnutrição e temperatura baixa. Professora: Como é que vocês resolvem esse problema, morte por temperatura alta? Estudante 3: É só ficar na sombra?! Estudante 4: Aí o lagarto morre de frio. Estudante 3: Ah, é! Estudante 5: É ele ir para a sombra e para o sol para igualar a temperatura do corpo. Não é igualar... é, para ajustar. Estudante 6: Equilibrar a temperatura. Professora: Tipo ajustar. Por que isso acontece com os lagartos? Por que os lagartos têm sangue frio. O que seria sangue frio? Estudante 5: Ele depende do sol para poder manter a.. Professora: Ele depende do ambiente para regular a temperatura interna. Eles são animais ectotérmicos. 6595

9 Esses resultados estão de acordo com os dados obtidos por meio questionário, segundo os quais, a maioria dos alunos (12 em 18) entenderam como a temperatura do corpo de animais ectotérmicos varia de acordo com a temperatura do ambiente. Um aluno, por exemplo, escreveu no pré-teste que a variação de temperatura, comum em ambientes semiáridos, é um desafio para a vida do lagarto que necessita manter a temperatura do corpo em níveis toleráveis. Este mesmo aluno, em resposta ao pós-teste, mostrou uma compreensão mais profunda do fenômeno em questão, reconhecendo que para o lagarto controlar a temperatura interna do corpo ele precisa usar estratégias comportamentais, expondo-se ao sol ou mudando-se para microambientes sombreados. Quando solicitados a explicar o comportamento do lagarto de ficar embaixo de uma rocha ao meio dia, poucos estudantes no pré-teste relacionaram esse comportamento com a regulação da temperatura corporal. A seguinte resposta exemplifica a forma como os estudantes interpretaram esse fato no pré-teste: ele está descansando, porque o sol está muito quente e ele vai descansar debaixo dessa rocha. No pós-teste, por outro lado, observamos que a maioria dos estudantes explicou esse comportamento do lagarto como uma estratégia utilizada pelo animal para manter a temperatura do corpo dentro de níveis toleráveis. Esta mudança de abordagem pode ser exemplificada pela seguinte resposta: a temperatura do ambiente é muito alta nesse horário e aí ele se protege na sombra para não elevar a temperatura corporal e assim evita morrer. Em relação ao conceito de nicho ecológico, os resultados de aprendizagem foram muito mais limitados. No pré-teste nenhum estudante usou o termo nicho ecológico em seus textos. No pós-teste apenas quatro estudantes usaram o termo nicho ecológico em seus textos, o que sugere que a maioria dos estudantes não dominou o significado deste conceito após a intervenção. Esta interpretação é reforçada por respostas como a seguinte: O lagarto que vive nesse ambiente (ambiente de dunas) depende da temperatura do solo e do nicho ecológico para sobreviver. Estes resultados limitados podem estar relacionados com a natureza um tanto abstrata do nicho hutchinsoniano, mostrando que será necessário aumentar o tempo de discussão em sala de aula sobre esse conceito e investir mais na abordagem explícita do conceito hutchinsoniano de nicho ecológico. Ao analisarmos outras respostas dos alunos obtivemos resultados promissores no que diz respeito à compreensão do conceito de Nicho proposto por Hutchinson. Estes estudantes identificaram fatores ambientais que afetam as chances de sobrevivência e reprodução dos 6596

10 lagartos, um passo importante para formular a interpretação hutchinsoniana do nicho. No préteste, 11 alunos mencionaram alguma variável biótica e/ou abiótico influenciando as chances de sobrevivência e reprodução. No pós-teste, este número aumentou para 17 entre os 18 alunos respondentes. Aqui está um exemplo: há vários desafios para o lagarto enfrentar, como fugir dos predadores, sua nutrição e hidratação. Mas o pior problema é manter a temperatura que requer estratégias de sobrevivência, como, por exemplo, se manter na sombra (pós-teste). Além de apoiar a aprendizagem conceitual, o jogo Calangos motivou o engajamento comportamental dos alunos em interpretar e discutir o fenômeno biológico simulado no jogo. O potencial do jogo para promover este engajamento pôde ser inferido não só da análise das interações discursivas em sala de aula, como, de forma independente, pelas respostas ao questionário. Todos os 18 alunos consideraram o jogo interessante, divertido e educativo. Um estudante, por exemplo, descreveu sua experiência com o jogo da seguinte forma: muito bom e interessante, porque a gente acaba se envolvendo no jogo. Eu senti como se eu mesmo estivesse lá. Considerações finais Nesse estudo conseguimos observar que os estudantes possuem familiaridade com os jogos eletrônicos e que o uso de jogos eletrônicos, como o jogo Calangos, pode ser uma ferramenta promissora para o ensino de biologia. No caso específico do jogo Calangos, o seu uso em sala de aula apresenta uma vasta possibilidade de vias de discussão sobre as relações ecológicas vivenciadas pelo seu personagem, e os desafios que enfrenta para sobreviver e se reproduzir. Por meio destas discussões, é possível organizar propostas de ensino de conceitos centrais da ecologia que têm grande relevância para o ensino de evolução, como os de recursos limitados, competição, sobrevivência limitada e nicho ecológico. Apesar dessas possibilidades fornecidas pelo jogo Calangos, percebemos que sua potencialidade para o ensino do conceito de nicho tal como proposto por Hutchinson ainda apresenta limites no modo como foi utilizado no primeiro protótipo da sequencia didática em desenvolvimento. Este potencial precisa ser investigado de forma mais ampla nas próximas fases dessa pesquisa de desenvolvimento, à medida que este primeiro protótipo é reformulado e aplicado a novos contextos de ensino. 6597

11 Referências HUTCHINSON, G.E. Concluding remarks. Cold Spring Harbor Symposium of Quantitative Biology, 22, , LOULA, A.C. ; CASTRO, L.N. ; APOLINARIO JR., A. L. ; ROCHA, P. ; CARNEIRO, M. C. L. ; REIS, V. P. G. S. ; MACHADO, R. F. ; SEPULVEDA, C. ; EL-HANI, C.N.. Modeling a Virtual World for the Educational Game Calangos.International Journal of Computer Games Technology, v. 2014, p. 1-14, MUNSON, B.H. Ecological misconceptions. Journal of Environmental Education, Summer, 94, Vol. 25, ODLING-SMEE, F.J.; LALAND, K.N e FELDMAN, M.W. Niche construction: the neglected process in evolution. Princeton: Princeton University Press, PLOMP, T. Educational design research: An introduction. In: PLOMP,T. ; NIEVEEN, N. (Ed.). An introduction to educational design research. Enschede: SLO Netherlands Institute for Curriculum Development, p.9-35, Plomp, T., &Nieveen, N. (Eds). (2013). Educational design research part A: An introduction. Enschede, the Netherlands: SLO ROCHA, P.L.B.; QUEIROZ, L.P.; PIRANI, J.R.Plant species and habitat structure in a sand dune field in the Brazilian Caatinga: a homogeneous habitat harbouring an endemic biota. Revista Brasileira de Botânica, São Paulo, v. 27, n.4, p , SEPULVEDA, C.Perfil conceitual de adaptação: Uma ferramenta para a análise de discurso das salas de aula de biologia em contextos de ensino de evolução. Tese (Doutorado em Ensino,Filosofia e História das Ciências) - Universidade Federal da Bahia SEPULVEDA, C.; El-HANI, C.N. Adaptacionismo versus Exaptacionismo: O Que Este Debate Tem a Dizer ao Ensino de Evolução? Ciência&Ambiente, v. 36, p , WHITTAKER, J.H.; LEVIN, S.A.; ROOT, R.B. Niche, habitat and ecotope. American Naturalist., Vol. 107, p ,