SPRACE Game v2.0: Nova Versão do Videogame que Aborda os Conceitos Básicos da Física das Partículas Subatômicas

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1 SPRACE Game v2.0: Nova Versão do Videogame que Aborda os Conceitos Básicos da Física das Partículas Subatômicas Durante o último século, as experiências realizadas em diversos aceleradores de partículas foram capazes de ampliar e aprofundar nossa visão sobre o interior da matéria. Hoje sabemos que prótons e nêutrons, que compõem o núcleo atômico, são partículas compostas de quarks, constituintes ainda mais fundamentais. Seis quarks (up, down, strange, charm, bottom, top), seis léptons (elétron, múon, tau e seus três respectivos neutrinos), além das partículas responsáveis pelas interações forte, fraca e eletromagnética (glúon, W, Z e fóton), formam o quadro atual das partículas subatômicas. Esse cenário é muito distinto daquele ensinado hoje em dia nas escolas do ensino médio. A visão que os estudantes possuem da estrutura da matéria permanece estagnada no conceito atômico do início do século passado. Diminuir essa defasagem de quase um século de conhecimento é uma das tarefas a que se propõe o SPRACE ( São Paulo Research and Analysis Center ou Centro de Pesquisa e Análise de São Paulo), grupo de pesquisas brasileiro na área de Física Experimental de Altas Energias, que participa dos experimentos do CERN (Suíça). Porém, iniciativas como essa enfrentam um grande desafio: como levar esse tipo de conhecimento para estudantes e público leigo em geral, de uma forma atraente e acessível? Uma solução encontrada foi a criação de um jogo educativo que permitisse ao jogador aprender os conceitos básicos sobre a composição da matéria através da tarefa de construir partículas subatômicas a partir de seus constituintes mais fundamentais. Reduzido à escala subatômica, o pequeno demiurgo comanda uma nave miniaturizada e tem como uma de suas primeiras missões capturar partículas elementares, usando um sofisticado campo de energia e, em seguida, levá-las ao laboratório para que sejam identificadas. Todas as informações obtidas ajudam a calibrar os sensores da nave, que adquire então a capacidade de identificar partículas à distância. Após essas fases iniciais, o jogador estará pronto para executar sua grande missão: aprender a recombinar os quarks em diversas partículas para construir prótons e nêutrons que, por sua vez, deverão ser utilizados para construir núcleos atômicos necessários para a sustentação da vida. Enquanto se diverte cumprindo essas missões, o jogador acaba aprendendo conceitos de partículas elementares, como léptons e quarks, a composição dos hádrons (principalmente prótons e nêutrons), o conceito de carga de cor e a interação forte que ocorre entre mésons e bárions, o decaimento de partículas e noções de escala subatômica. A grande vantagem de um jogo educativo está no potencial de atrair a atenção de uma grande parcela dos estudantes, associando esse processo de aprendizado a um tipo de entretenimento. Por isso, o jogo educativo do SPRACE foi planejado para priorizar não apenas o conteúdo educativo, mas também o aspecto da diversão, com o objetivo de atrair um público o mais amplo possível, e não apenas entreter uma pequena parcela dos estudantes que já possuam algum interesse especial pelo assunto. O jogo do SPRACE foi desenvolvido em Java e, por isso, pode ser jogado em qualquer computador com sistema operacional Windows, Linux ou do Macintosh. Ele exige apenas a instalação da versão mais recente da plataforma Java, que pode ser obtida gratuitamente em A qualidade gráfica do jogo é comparável à dos grandes jogos comerciais de ação. Mas nem por isso o conteúdo científico ficou em segundo plano. Vale destacar que este jogo foi desenvolvido no Brasil, patrocinado pelo SPRACE e com o apoio financeiro do CNPq, através do edital de Apoio a Projetos de Difusão e Popularização da Ciência e Tecnologia na sua primeira versão, e pela Fapesp através do Projeto Temático Centro de Pesquisa e Análise de São Paulo na sua versão 2.0, onde foram implementadas solicitações dos usuários e melhorias. O jogo foi produzido pela empresa de consultoria brasileira Summa Technology+Business e desenvolvido pela Black Widow Games Brasil, podendo ser acessado gratuitamente através do link

2 1. INFORMAÇÕES DETALHADAS SOBRE O JOGO Motivação O ponto de partida do jogo baseia-se na ideia de miniaturização do jogador para o nível subatômico. Esta abordagem permite a observação e interação direta com as partículas sem que a viabilidade prática dessas ações seja questionada. Uma vez que a miniaturização é claramente um elemento de fantasia do jogo, isso elimina a possibilidade de alunos acreditarem na miniaturização como uma solução científica para observar e interagir com as partículas. A história do jogo aproveita como tema central as atuais notícias científicas sobre a exploração do planeta Marte, apresentando a manipulação da estrutura elementar da matéria como um passo seguinte na preparação da colonização deste planeta. O objetivo principal serve como justificativa para todas as missões do jogo, desde a calibragem dos instrumentos miniaturizados, até a produção de novos elementos necessários para a colonização. Essa história fornece uma coerência e senso de propósito para as fases do jogo, que são apresentadas como etapas necessárias da preparação do ambiente do planeta, ao invés de simplesmente apresentar missões isoladas sem relação entre si. Isso garante a motivação do jogador para cumprir as diversas missões até atingir o seu objetivo final. Funcionamento Após a sua miniaturização, o jogador pilota uma nave capaz de manobrar entre as partículas, capturá-las e levá-las para análise em um laboratório também miniaturizado. Quando um hádron é capturado, o laboratório permite identificar os quarks que o compõem e recombinar quarks de partículas diferentes para compor uma nova partícula. Caso esses quarks sejam combinados adequadamente, a partícula resultante é liberada do laboratório, permitindo observar a sequência normal de decaimentos da partícula produzida. A captura de partículas ocorre na Tela de Partículas. A nave do jogador é equipada com dois tipos de disparo. O primeiro disparo é utilizado para lançar uma espécie de campo de força para prender uma partícula, permitindo o transporte para o laboratório de análises miniaturizado. O segundo disparo é utilizado para impulsionar uma partícula capturada em determinada direção, de forma a levá-la ao laboratório. Todo o jogo é controlado pelo mouse do computador, de forma simples e intuitiva. Os efeitos visuais e a mecânica de controle do jogo são propositalmente semelhantes a jogos 2D modernos, para criar a ilusão de estar apenas se divertindo com um game de puro entretenimento, ao invés de estar estudando com um jogo educativo. Missões As missões do jogo são apresentadas como etapas intermediárias para preparar o planeta Marte para uma futura colonização. As primeiras missões servem para calibrar os instrumentos do laboratório, que haviam sido descalibrados durante o processo de miniaturização. A última missão consiste em coletar partículas e recombinar seus quarks na produção de novos prótons e nêutrons, nas quantidades corretas para produzir os núcleos dos átomos necessários para a colonização de Marte, destacando-se o Hidrogênio, mais simples dos elementos, e o Oxigênio como matéria-prima para sustentação da vida. Em cada caso, o jogador precisa apenas produzir o primeiro átomo, depois disso, o processo é repetido de forma automatizada para produzir grandes quantidades de cada elemento, como narrado no jogo. A sequência de missões é descrita a seguir: Missão 1: Capturar uma partícula de cada tipo de lépton e levá-las ao laboratório para análise, como forma de calibrar os instrumentos do laboratório. Nessa missão, o jogador aprende a reconhecer os léptons no banco de dados de férmions e tem uma ideia das diferenças de massa entre elétrons, múons, taus e neutrinos, além de aprender os mecanismos básicos de controle da nave e do jogo. Missão 2: Capturar dois mésons diferentes, gerados por decaimento da partícula tau, e levá-los ao laboratório para identificação. Para tanto, é preciso localizar e perseguir uma partícula tau na Tela de Partículas até que ocorra o seu decaimento. Em seguida deve-se capturar rapidamente um dos mésons gerados por esse decaimento, repetindo o processo até a identificação de dois

3 mésons possíveis de serem produzidos nesse tipo de decaimento (π, π+, π0). Nessa missão, o jogador aprende o processo de decaimento de partículas. Missão 3: Capturar pelo menos cinco tipos diferentes de bárions (incluindo um próton e um nêutron), levá-los ao laboratório para identificação e para completar o processo de calibragem do laboratório. Nessa missão, o jogador começa a completar o banco de dados de hádrons, ganha familiaridade com a composição de quarks desses elementos, principalmente do próton e do nêutron. Missão 4: Capturar diversos hádrons para recombinar seus quarks em novas partículas, com o propósito de criar novos prótons e nêutrons nas quantidades certas para a produção dos núcleos de Hidrogênio e Oxigênio. Nessa missão, o jogador aprende a consultar a Tabela Periódica para determinar a quantidade de prótons e nêutrons a serem gerados em cada caso, e repete algumas vezes o processo de selecionar quarks para compor prótons e nêutrons de forma a memorizar a composição dessas duas partículas. Além disso, a consulta ao banco de dados de hádrons é muito útil para saber quais partículas contêm quarks que podem ser reaproveitados na composição de prótons e nêutrons. Apesar da sequência de missões ser predeterminada, o jogador não é forçado a seguir essas missões, tendo liberdade para explorar o jogo de formas diferentes. Por exemplo, na missão 4, o jogador pode optar por experimentar combinações diferentes de quarks, liberando as partículas produzidas pelo laboratório e observando seu decaimento. Ele pode optar, também, por capturar e analisar mais partículas que não haviam sido identificadas ainda, de forma a ter mais informações para a seleção subsequente de hádrons que forneçam o tipo correto de quark para produzir uma nova partícula desejada. 2. CONTEÚDO EDUCACIONAL Didática Um bom jogo educativo requer uma combinação de dois aspectos: didática e diversão. Por um lado, a diversão é necessária para garantir que o jogo possa atingir um grande público e assim tenha oportunidade de transmitir os conceitos desejados. Se o jogo não for divertido, quase ninguém irá jogá-lo e, assim, todo o trabalho investido na sua criação terá sido desperdiçado. Por outro lado, a didática garante que o principal propósito do jogo seja atingido, que é ensinar através do entretenimento. Um equilíbrio adequado entre didática e diversão é uma tarefa complexa. Se a diversão for priorizada em detrimento da didática, o jogo perde seu caráter educativo. Se houver ênfase demasiado em educação, o jogo pode tornar-se desinteressante. Na prática, são raros os jogos educativos que conseguem atingir um equilíbrio adequado. Os erros mais comuns nas tentativas de criar jogos educativos são os seguintes: Visual Temático : Uma ideia típica em jogos educativos é recriar um jogo tradicional como, por exemplo, desviar de obstáculos, empregando, porém, elementos visuais relacionados a algum assunto científico como imagens de um acelerador de partículas como pano de fundo, imagens estereotipadas de cientistas, etc. Embora jogos assim possam ser úteis como material promocional para determinadas instituições, na verdade esse tipo de ideia não funciona como jogo educativo, uma vez que não se ensina nada realmente relevante sobre o tema. Um bom jogo educativo deve se preocupar em ensinar conceitos e transmitir informações sobre um determinado assunto, não basta apenas incluir referências ao assunto dentro do jogo. Textos sem contexto : Para ensinar determinado assunto, vários jogos educativos limitam-se a inserir, em determinados pontos do jogo, textos explicativos sobre cada tópico. Mas como as informações contidas nesses textos são dispensáveis para jogar o restante do jogo, não há nenhuma motivação para o jogador prestar atenção nesse conteúdo. Na prática, o jogador acaba ignorando esses textos, considerando-os apenas como interrupções desnecessárias no jogo original, que seria bem mais divertido sem essas interrupções. Pior ainda, o jogador acaba associando o aborrecimento dessas interrupções no jogo com o próprio conteúdo dos textos, passando a considerar esse assunto como uma chatice que atrapalha o jogo. Com isso, iniciativas desse tipo muitas vezes criam a impressão de que determinado assunto é desinteressante, justamente o efeito contrário do objetivo de um jogo educativo.

4 Para evitar esses tipos de problemas, a didática ideal para um jogo educativo deve ser integrar o aprendizado à própria mecânica principal do jogo, de forma que o jogador aprenda determinado assunto à medida em que joga e sem interrupções sem muita relação com o jogo em si. Além disso, o aprendizado de novos conceitos deve se refletir na capacidade de jogar o próprio jogo, de forma que o jogador fique motivado a aprender e assim melhorar seu desempenho no jogo. Princípios O planejamento do jogo educativo do SPRACE obedece aos seguintes princípios: Exatidão Científica: Todo jogo educativo tem a obrigação de zelar pelo rigor científico dos conceitos ensinados. Embora uma certa liberdade criativa seja necessária para produzir um jogo divertido, é preciso cuidado para não sacrificar a qualidade da informação ou comprometer o aprendizado. No caso específico da física de partículas, à primeira vista esse tipo de restrição parece inviabilizar qualquer tipo de jogo, uma vez que cientificamente é impossível a observação direta das partículas. Entretanto, restrições desse tipo podem ser contornadas com criatividade, como acrescentar um elemento de fantasia que permita visualizar partículas sem que seja necessária uma justificativa científica para isso. Por exemplo, se o próprio jogador estiver miniaturizado até a escala subatômica, a questão de como medir as partículas torna-se irrelevante. Por outro lado, a miniaturização é claramente um elemento de fantasia, não existe o risco do jogador acreditar que a miniaturização de pessoas faz parte do estudo científico de partículas. Justamente por isso a ideia de miniaturização é relativamente comum em produções audiovisuais educativas como, por exemplo, em simulações de viagens por dentro do corpo humano. Profundidade: No planejamento de um jogo educativo, é preciso sempre considerar a diversidade do público-alvo, de forma a evitar uma concentração muito grande de informações que poucos alunos serão capazes de acompanhar, e ao mesmo tempo evitando uma curva de aprendizado muito lenta que poderia desinteressar muitos alunos por falta de desafios no jogo. Nesse ponto, a solução é mesclar conteúdo didático com o aprendizado das regras do jogo, de forma a manter o interesse do jogador sem desanimá-lo com excesso de informações. Nesse aspecto, a didática é semelhante a de uma palestra para um público leigo, onde é importante transmitir uma certa profundidade de conhecimento, mas intercalando essas informações com demonstrações e recursos visuais para tornar a apresentação mais leve e manter o interesse da plateia. Por isso, na decisão do grau de profundidade das informações a serem transmitidas em um jogo didático, é preciso não ser ambicioso demais, para poder manter o interesse dos jogadores, diluindo esse conhecimento como parte do aprendizado do próprio jogo. 3. Melhorias em SPRACE Game Version 2.0 Várias melhorias e novas funcionalidades foram implementadas no jogo SPRACE v2.0: Ampliação do Conteúdo Além das 4 missões do jogo original, a nova versão conta com mais 13 novos desafios, disponíveis ao jogador na forma de objetivos secundários. Isso amplia consideravelmente o escopo do jogo e serve de incentivo para manter o interesse do jogador em explorar os conceitos aprendidos, mesmo após completar as missões originais. Painel de Troféus A cada novo objetivo secundário completado, o jogador será recompensado com um "troféu virtual". Todos os troféus conquistados podem ser vistos no novo painel de troféus, de forma que o jogador cultive o prazer de colecionar os troféus, sendo um incentivado a continuar jogando e aprendendo os conceitos. Salvar Etapas Intermediárias A ampliação do jogo para um total de 17 objetivos (4 missões originais e 13 novos desafios para colecionar troféus) aumentou muito o conteúdo total do jogo, tornando inviável explorar o jogo inteiro de uma só vez. Por esse motivo, a nova versão permite que o jogador salve o jogo em qualquer etapa e

5 carregue mais tarde, para continuar jogando. Esta havia sido a funcionalidade mais requisitada pelos jogadores da versão original. Níveis de Dificuldade O nível de dificuldade do jogo original havia sido ajustado para seu principal público alvo: estudantes do ensino médio acostumados com jogos de computador. A nova versão agora oferece 3 níveis de dificuldade distintos, de forma a tornar o jogo mais acessível para pessoas sem experiência em jogos eletrônicos, mas oferecendo o mesmo nível de desafio para os jogadores mais experientes. Modo Exibição O SPRACE Game v2.0 agora suporta o "modo exibição", que retorna automaticamente ao menu principal após algum tempo de inatividade do jogador. Essa melhoria havia sido solicitada pela Academia de Ciências da Áustria, com o objetivo de facilitar a exibição do jogo em exposições científicas e em eventos abertos ao público. Seleção de Idiomas O mecanismo de escolha de idiomas foi alterado, atendendo à solicitação de alguns professores, de forma que a nova versão do jogo permita escolher o idioma logo na abertura, na primeira vez que o jogo for executado. Todo o conteúdo dessa nova versão do jogo já está sendo lançado em 3 idiomas: português, inglês e alemão. A combinação dos fatores acima garante o equilíbrio ideal para que um jogo educativo consiga atingir seu objetivo principal: aliar aprendizado à diversão. Contatos Sérgio F. Novaes Sergio.Novaes@cern.ch Einar Saukas einar@summa.com.br