Chuva ácida: um objeto de aprendizagem com estrutura de informação padronizada usando o modelo Umbrelo

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1 Chuva ácida: um objeto de aprendizagem com estrutura de informação padronizada usando o modelo Umbrelo Clevi Elena Rapkiewicz, UFRGS Maria Cristina Canela, UENF Rogério de Avellar Campos Cordeiro, IFF Núbia dos Santos Rosa Santos, UFF Valéria Machado da Costa, FIOCRUZ Gláucia Gonzaga, UFF Leandro Krug Wives, UFRGS Renato Barbieri Nunes, UFRGS Resumo. O ciclo de produção de objetos de aprendizagem inicia pela modelagem do mesmo e culmina na disponibilização do mesmo para uso por professores e alunos. Este artigo apresenta um objeto de aprendizagem (OA) voltado para o ensino médio que trata de uma importante temática atual, as mudanças climáticas. Através dele é possível tratar de alguns conteúdos de química ambiental, particularmente sobre óxidos. Todo o ciclo de produção do OA é apresentado, bem como os instrumentos utilizados em cada etapa. Particular destaque é dado para a estruturação da informação através de metadados que contemplam não somente os elementos para catalogação em repositórios, mas toda a parte textual do objeto, permitindo, assim, que possa ser indexado por todo e qualquer texto presente no objeto, não se restringindo aos dados de catalogação. Abstract. The production of learning objects (LO) involves two important steps: an adequate data modeling and the release for use by teachers and students. This paper presents a learning objects on climate changes, which is an important and very nowaday big issue. The target audience is the middle school. The object deals with environmental chemistry contents, focusing, in particular, on oxides. The whole cycle of this learning object is explained as well as the tools needed in each step. Particular emphasis is given to the data modeling via metadata that include not only the elements for cataloging in repositories, but all the textual part of the object, allowing, thus, any and all text on this subject to be indexed, not restricting this action only to cataloged data.. 1- Introdução Os conteúdos educacionais têm sido disponibilizados de várias formas e através de diferentes plataformas. Nesse contexto, surgiram recursos como os Objetos de Aprendizagem (OA). Os OAs são definidos como entidades digitais (ou não) que possam ser utilizadas, reutilizadas ou referenciadas durante o aprendizado suportado por tecnologias (IEEE, 2002). Apesar de o conceito fazer referência a entidades não digitais,

2 este artigo tem como foco contexto digital, apresentando um OA referente ao tema chuva ácida através das várias etapas do ciclo de produção de objetos. O artigo está estruturado da seguinte forma. A próxima seção apresenta a modelagem do objeto através do uso de mapas conceituais e de navegação. Na seção 3 é apresentada a interface do objeto, identificando elementos da mesma de forma a permitir a compreensão do modelo de metadados UMBRELO e parte do arquivo XML que representa a estrutura de informação do OA Chuva Ácida na seção 4. Em seguida, na seção 5, é apresentada a validação do objeto junto a um grupo de alunos de ensino médio. Na seção 6 é apresentado um protótipo de repositório que permite consultar objetos através da busca em toda estrutura de informação textual. Finalmente, na seção 7 são apresentadas algumas considerações finais. 2. Modelando o objeto: a facilidade do uso de mapas Na prática, em qualquer projeto de desenvolvimento de OAs haverá a delimitação do escopo, em termos de conteúdo, do que será abordado: a primeira, etapa, então, é delimitar o que será abordado no objeto bem como a forma como as partes do conteúdo se relacionam entre si. Um recurso que permite delimitar conceitos e o relacionamento entre eles é o mapa conceital. Por exemplo, na Figura 1 a seguir é apresentado um mapa de conceitos para um objeto versando sobre óxidos, mas com contextualização através de um tema de Química Ambiental, no caso a chuva ácida. Observar como a partir do tema proposto para a contextualização são derivados outros conteúdos, como os gases poluentes e, a partir de exemplos desses gases, chega-se ao tema pretendido para o AO, no caso óxidos, com suas características, nomeclatura e classificação.

3 Figura 1. Mapa Conceitual do objeto de aprendizagem Chuva Ácida A próxima etapa é definir como tais conceitos e conteúdos serão trabalhados no âmbito do OA em construção. Visando a contextualização do conteúdo, relacionando o mesmo o mais possível com a realidade dos alunos, propõe-se a delimitação de cenas que serão utilizados para desenvolver os conceitos propostos através de um Mapa de Cenas. Aqui é proposta uma metáfora com o teatro, no qual partes da representação são divididas conforme os atos representativos delimitados em intervalos de tempos prédefinidos (a duração das cenas). Uma cena é um conjunto de ações que se desenvolvem entre o ou os atores da peça, que interagem com um conjunto de elementos de cena entre eles o cenário. Essa mesma metáfora de cenários nos quais se desenvolvem as cenas é continuada em uso para os OAs, definindo-se, em última instância, quais as mídias (texto, som, imagem, vídeo) e outros elementos computacionais (menus, botões, etc) que comporão, através de seu conjunto e das ações envolvendo tais elementos, o objeto em si. Nos nós são indicadas as cenas e nas arestas quais conceitos ou conteúdos serão trabalhados, conforme ilustrado na Figura 2.

4 Figura 2. Mapa de Cenas do objeto de aprendizagem Chuva Ácida Através do Mapa de Cenas mostrado pode-se observar o objeto como um todo. O objeto está centrado numa cidade a partir da qual e o usuário poderá explorar várias cenas, a saber, cidade poluída por indústrias e automóveis para entender ph, levando a reação de formação da chuva ácida. Essa chuva traz consequências como por exemplo a degradação de monumentos, exemplificado pelo Taj Mahal. A contextualização para atividades de fixação é feita através de uma cena centrada num computador, cenário r para atividades de caça-palavras, completar sentenças, relacionar colunas, entre outras. A modelagem do objeto poderia ser completada com uma mapa de mídias usadas, decompondo assim cada cena nos vários elementos que comporão os cenários, detalhando todo o projeto no seu nível de granularidade mais baixo, que poderia, inclusive, facilitar a reusabilidade desses elementos para outros objetos ou de outros objetos já existentes. 3. A interface do objeto e seus elementos A etapa seguinte no ciclo de produção do objeto é a definição da interface. A primeira parte da interface deve ser diretamente relacionada com o tema do AO, buscando lembrar mais a contextualização utilizada do que os conteúdos propriamente ditos. No caso, na Figura 3 foi definida a interface para entrada no objeto a partir do elemento de cenário monumento e, também, com estilização do tema de contextualização através de gotas de chuva sobre o Taj Mahal.

5 Figura 3. Interface de entrada no objeto Chuva Ácida A partir da entrada no OA, o usuário já está na primeira cena, podendo navegar de forma linear para frente e para trás através dos botões de navegação (avançar, voltar, ir para o início). Também poderá navegar através das várias cenas de forma aleatória, nos círculos numerados (Figura 4). Notar que as cenas numeradas correspondem a cada um dos nós apresentados no mapa de cenas da Figura 2. Botões de navegação Figura 4. Estrutura de navegação linear e aleatória através de cenas no OA Chuva Ácida Em cada cena há diversos elementos de cenário como a cidade estilizada mostrada na Figura 5. Também há outros elementos que auxiliam nas cenas, facilitando a interação com o usuário, como por exemplo textos explicativos. Os outros elementos de cenário são explicados na próxima seção.

6 Figura 5 Outros elementos da interface do OA Chuva Ácida 4. A estrutura de informação textual no modelo de metadados Umbrello Após a definição da interface, partiu-se para o desenvolvimento do objeto, divido em dois momentos. Primeiramente, a organização da parte textual de forma que a mesma pudesse ser usada na sua íntegra para buscas em repositório e não apenas os elementos colocados em metadados para catalogação. Segundo, a programação propriamente dita. No que concerne a parte textual, foi usado o modelo UMBRELO (Ubiquitous Metadata based Reusable Learning Objects) conforme definido por Santos et al (2012). Este modelo estende o padrão Learning Object Metadata (LOM) ao permitir que, além dos propósitos genéricos dos metadados para catalogação, características particulares também sejam abrangidas tais como os recursos existentes no OA : imagens, botões, textos, tabelas, exercícios, enfim, tudo que compõe um OA. O modelo UMBRELO fornece os metadados para descrição do OA, seus elementos e as relações entre eles, bem como guarda todos os elementos permitindo a reutilização dos mesmos. Isso porque apesar de o padrão LOM permitir a descrição de metadados de OA, os Objetos de Aprendizagem possuem elementos que devem ser descritos por metadados específicos do conteúdo, os quais não são definidos nas categorias do padrão LOM. Usualmente, os OAs são formados por diversos elementos (vídeo, texto, animação, áudio, etc.) que interagem entre si e o usuário e, para reutilizá-los, é preciso descrevêlos. Dessa forma, é necessário utilizar metadados que tratem dos elementos que compõem um OA, ou seja, ampliar o alcance dos metadados para tratamento dos elementos, não apenas a descrição geral do OA. Os metadados de conteúdo de um ao (Figura 6) são representados pelas classes, algumas das quais foram ilustradas na seção 3 através da apresentação da interface:

7 Cenas (Scene): representam várias situações, sendo que uma cena deve ter no mínimo um cenário. Cenários (Scenary): representam as telas de cada situação em particular. Os cenários possuem textos, imagens, botões, tabelas e exercícios. Textos (Texts): representam todos os textos do OA. Existem cinco tipos de textos: texto de cenário, texto explicativo, texto de Ajuda, texto de fala de personagem e texto de Help. Imagens (Images): representam todas as imagens/figuras que compõem o OA. Podem ser importadas através das informações contidas nos metadados que as descrevem. Tabelas (Tables): representam os conteúdos que estão em formato de tabela. Botões (Buttons): representam todos os botões e suas respectivas ações. Os tipos de botões são: navegacional, de cenas, de exercício, de glossário, mapa conceitual, de créditos, explicativo, de controle de animação e customizado. Exercícios (Exercises): representam os exercícios existentes no OA. Contém questões, opções de resposta, as respostas corretas e feedback. Créditos (Credits): representam os membros da equipe, suas funções e outros colaboradores do OA. Figura 6 Diagrama de Classes metadados de Conteúdo do modelo UMBRELO Fonte: Santos et al (2012).

8 Pode-se observar que os metadados do LOM não permitem a descrição desses elementos específicos. A hierarquia também apresentada neste modelo permite descrever os elementos relacionando-os a um agrupamento. Por exemplo, um OA pode ter várias cenas e, cada cena pode possuir vários cenários. Por sua vez, estes cenários são compostos de vários elementos de diversos tipos (texto, imagem, som, etc.). A partir deste modelo, chegou-se a uma interface Padrão, uma interface modelo para um objeto, conforme apresentado na seção 3. Essa interface abrange todos os recursos genéricos e específicos desta estrutura de informação e sugere a disponibilização desses recursos de forma a atender aos critérios de usabilidade. A aplicação do modelo apresentou a possibilidade de reutilização da parte textual do OA. A estrutura de informação do modelo é representada em XML e permite a alteração da parte textual de um OA sem exigir o acesso ao código-fonte, isto é, a alteração pode ser feita diretamente no arquivo XML. Dessa forma, o OA pode ser reutilizado em diferentes contextos, inclusive em diferentes idiomas. Na Figura 7 abaixo são apresentadas partes do arquivo XML do objeto Chuva Ácida. Onde está marcado com (a) corresponde a parte da cena ilustrada na Figura 4, ilustrando um texto de cenário (descreve alguma coisa relacionada ao cenário). Onde está marcado com (b) corresponde a texto explicativo relativo a Figura 5. (a) (b) Figura 7 Partes de metadados de Conteúdo do modelo UMBRELO representados em XML

9 A implementação propriamente dita do objeto foi feita usando Flash associada a linguagem de programação Action Script. O critério de escolha foi o conhecimento prévio da equipe de desenvolvimento nessa plataforma, mas sugere-se fortemente investir no desenvolvimento com plataformas mais abertas, como por exemplo HTML Validação: a importância do envolvimento com o público alvo Uma vez completada a implementação do objeto Chuva Ácida, procedeu-se a validação do mesmo com um grupo de 8 alunos representativos do público alvo a que se destina o objeto, qual seja, alunos de Ensino Médio, sendo 7 com 17 anos e um com 16 anos. Esta validação baseou-se na aplicação de questionários. i) Um sobre os conhecimentos dos alunos sobre microinformática, aplicado antes da utilização do objeto, com os seguintes critérios: copiar um arquivo do disco rígido para um disquete; digitar texto utilizando um editor (Word, por exemplo); fazer cálculo utilizando a calculadora; fazer cálculo utilizando a planilha (excel, por exemplo); participar de chat; navegar na Internet; e utilizar . Para cada uma dessas perguntas o usuário poderia responder bom, mais ou menos ou fraco; ii) iii) iv) Um questionário sobre conteúdo aplicado antes da utilização do objeto para aferir o nível de conhecimento do aluno acerca do tema tratado no OA; Um questionário com três perguntas abertas (dissertativas) sobre conteúdo aplicado após a utilização do objeto pelos alunos para verificar se houve aprendizagem; Um questionário para avaliar a usabilidade do objeto. Na avaliação de usabilidade foi pedido aos alunos que explorassem o objeto e em seguida preenchessem o questionário com questões que versavam sobre a qualidade do conteúdo (se itens no OA contemplam: veracidade, fidedignidade, detalhamento, gramática correta, etc.); adequação aos objetivos educacionais (se há coerência entre os objetivos educacionais do OA e as atividades propostas, os textos e o perfil do público-alvo); motivação (se o objeto motiva e estimula o aluno a utilizá-lo); interface (se o design e as informações presentes no OA apresentam padrão nos requisitos: cor, tipo de botão, etc.) e usabilidade (se o OA é fácil de navegar, oferece ajuda aos alunos, possuem instruções claras de uso). Para cada um desses critérios o usuário poderia escolher, sim, mais ou menos, não ou não se aplica. Este questionário foi adaptado de ALLY e KRAUSS (2005) e NESBIT, BELFER e LEACOCK (2003), Learning Object Review Instrument (LORI).

10 O questionário de familiaridade com microinformática mostrou que tratava-se de usuários bastante familiarizados com tecnologias digitais, e bastante motivados a usar recursos digitais no processo de ensino e aprendizagem. No que diz respeito ao conteúdo, o questionário aplicado antes da utilização do OA revelou que os alunos tinham um conhecimento mínimo das questões que seriam levantadas no OA, como o conhecimento da existência e dos danos da chuva ácida, por exemplo. A partir das respostas apresentadas pode-se observar que na maior parte dos casos o aluno não consegue estabelecer uma relação entre o seu cotidiano e o que aprende na escola. Os alunos conhecem (ou já ouviram falar da chuva ácida), mas não sabem o que a ocasiona e prefere não responder, a tentar exprimir uma resposta. Com relação a avaliação, foram detectados alguns problemas na ajuda ao usuário. Seja por meio do help, seja por meio das instruções existentes no objeto quanto à sua utilização. Para solucionar este ponto foi feita uma revisão dos textos presentes no help e no help de contexto. Chamou a atenção o fato de vários alunos não explorarem os links existentes (da nuvem por exemplo), apesar da mesma estar piscando. Ainda que o help indique a existência de tais links, parte dos alunos não consulta este recurso: aguarda os instrutores da oficina (professora de química e licencianda em química) da UENF) indicar o que é para fazer. Já outra parte dos alunos navega livremente, não atentando para as orientações dos instrutores, os quais seguem o que está previsto no guia do professor. Em resumo, muitas vezes os recursos dos objetos não são utilizados pelos alunos (help). O motivo observado esbarra em dois fatores: o primeiro é que o aluno tem bastante experiência em navegação na Internet e por isso não precisa do help e segundo motivo é que se ele não tem experiência, mas também não procura os recursos disponíveis. Nesse sentido, oficinas para validação de objetos mostram-se pertinentes mas é importante pensar bem as estratégias pedagógicas usadas durante o processo de ensino e aprendizagem. Finalmente, no que concerne ao apreensão do conteúdo após o uso do objeto, 70% dos alunos participantes acertaram as respostas. O fato de 30% não terem acertado as perguntas imediatamente após o uso dos objetos sugere que deva ser dada mais ênfase a outras atividades previstas no guia do professor que não a manipulação em si do objeto, pois. parte dos alunos não explora em si o objeto e, também, uma parte se dispersa na navegação sem acompanhar a condução das atividades pelo professor. 6- Persistência: um protótipo de repositório indexando conteúdo textual Após a validação do objeto, o mesmo necessita ser disponibilizado para uso pelo público em geral. A estratégia para essa distribuição tem sido a inserção de OAs em repositórios. No caso específico do Chuva Ácida, o mesmo não foi catalogado num repositório público e sim disponibilizado através de um site na Internet [cujo endereço não está sendo colocado aqui para preservar a avaliação blinded do artigo]. Além disso, há que se considerar que a intenção de busca por toda a parte textual do objeto e não somente pelos metadados de catalogação ainda não é uma solução usual

11 nos repositórios já existentes. Assim, optou-se pela implementação de um repositório experimental, com a estrutura apresentada na Figura 8. Figura 8 Diagrama ER do Banco de Dados do Repositório A entidade Webuser é responsável por armazenar todas as informações dos usuários cadastrados no sistema. Os dados necessários e obrigatórios para o registro de um usuário são nome, login e senha, representados, respectivamente, por name, login e pass, onde o campo login é único no tabela. Além desses campos, existe um identificador único de cada usuário no banco de dados para controle do sistema. A tabela LObject é a principal do sistema, mantendo as informações de todos os objetos adicionados no repositório. Ela possui, além do identificador único de cada objeto no sistema, o título do objeto, a coleção em que o mesmo se encontra e a data em que foi adicionado ao repositório. A entidade XMLFile representa os arquivos de conteúdos textuais dos objetos adicionados ao repositório, de forma a permitir.a persistência da estrutura de informação textual desacoplada do código do objeto em si, permitindo a busca ampliada, não restrita aos dados textuais catalogados. Essa entidade possui um campo para o nome do arquivo com sua extensão (no caso sempre será.xml) e um campo do tipo binário para armazenar o conteúdo do arquivo em si. Cada objeto possui um único arquivo contendo seus metadados e, por isso, esta tabela armazena em uma chave única o identificador do objeto a que se refere.

12 Enquanto a entidade XMLFile se refere aos arquivos de conteúdos textuais dos objetos adicionados ao repositório, a entidade ObjectFile representa os arquivos contendo os conteúdos propriamente ditos dos objetos. Ela possui os mesmos campos da tabela XMLFile acrescido de um campo para manter o tipo de arquivo do registro. Cada objeto deve possuir somente um arquivo executável e, portanto, essa tabela possui uma relação de 1 para 1 com a tabela de objetos. 7- Considerações finais O uso de mapas conceituais e de cenas, a partir da metáfora de objetos com o teatro permitiu facilidade de compreensão do conteúdo representado, bem como facilidade de interação entre os que conceberam o objeto e aqueles que o implementaram. Com a descrição da estrutura de informação textual do objeto Chuva Ácida usando o modelo UMBRELO e a persistência no repositório piloto usando toda a estrutura textual em XML tornou-se possível recuperar o objeto a partir de qualquer texto usado como argumento e encontrado no objeto, sem estar restrito aos indicadores textais usados para catalogação. Além disso, toda a parte textual representada por metadados pode ser alterada externamente sem necessidade de alteração no código fonte, permitindo maior reutilização dos OAs. No que concerne a validação do objeto, o público alvo envolvido (alunos de ensino médio) mostrou interesse no uso de recursos digitais no suporte ao processo de ensino e aprendizagem. Mas a dispersão observada em parte do grupo, não tendo sido verificada efetividade na aprendizagem mostra que o recurso em si não é suficiente, é preciso pensar em estratégias pedagógicas que promovam maior envolvimento com o uso em si do recurso, seja ele digital ou não. Como continuidade desse trabalho destaca-se a possibilidade de desenvolvimento de objetos com plataformas mais abertas do que o uso de Flash e JavaScript, possivelmente em HTML 5. Ainda, a implementação de um repositório público usando o modelo Umbrelo de forma a ampliar a análise da efetividade de busca em toda parte textual do objeto e não apenas nos textos usados na catalogação. Referências Ally, M.; Krauss, F. (2005). A study of the design and evaluation of a learning object and implications for content development. Interdisciplinary Journal of Knowledge and Learning Objects. Vol. 1, Disponível em < Acesso em 10 jul Borges et al (2011), Um Modelo de Metadados de Objetos de Aprendizagem no Contexto do Ensino de Engenharia de Software, XXII Simpósio Brasileiro de Informática na Educação -SBIE. Aracaju, SE. Disponível em

13 DCMI (2011) Dublin Core Metadata Element. Disponível em: Acesso em: Fev Dutra, R., Tarouco L., Passerino, L.(2008), O Uso de Objetos de Aprendizagem SCORM para apoiar a Avaliação Formativa, XIX Simpósio Brasileiro de Informática na Educação. Fortaleza, CE, Pg Disponível em IEEE, L.T.S.C. (2002), IEEE Standard for learning object medadata. Disponível em:< Acesso em: 28 Set Santos, N. S. R. S.; Cordeiro, R. A.; Rapkiewiz, C. E.; Wives, L. K. (2008); Uma análise da estrutura de informação de Objetos de Aprendizagem. Simpósio Brasileiro de Informática na Educação - SBIE, Anais do XIX Simpósio Brasileiro de Informática na Educação, Fortaleza. Santos, N.S. R.S.; Cordeiro, R. A.; Barbieri Nunes, R. M.; Rapkiewicz, C. E.; Wives, L. K. (2012). Metadados para Objetos de Aprendizagem: prova de conceito do modelo UMBRELO. In: Simpósio Brasileiro de Informática na Educação, Rio de Janeiro. Disponível em Santos, N.S.R.S. ; Rapkiewiz, C. E. ; Wives, L. K.(2009) Melhorando o processo de desenvolvimento de objetos de aprendizagem através da edição de estruturas de informação usando editor específico. In: Concurso de Teses e Dissertações (CTD) - Simpósio Brasileiro de Informática na Educação-SBIE. Florianópolis. Silva, J. M.C., Vicari, R.M, (2010) Ampliando as Possibilidades de Uso do Elemento Relation nos Objetos de Aprendizagem, XXI Simpósio Brasileiro de Informática na Educação. João Pessoa.