Lógica de Programação: Há como melhorar o aprendizado fugindo dos padrões estabelecidos nos livros didáticos e adotados pela maioria dos docentes?

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1 Lógica de Programação: Há como melhorar o aprendizado fugindo dos padrões estabelecidos nos livros didáticos e adotados pela maioria dos docentes? Ricardo Luiz B. L. Campos Serviço Federal de Processamento de Dados SERPRO SGAN 601 Módulo G SUPDE/DEBSA/DE1BD Brasília/DF Brasil rluizcampos@yahoo.com.br Resumo. Em uma pesquisa feita em alguns cursos superiores de tecnologia da informação foi constatado que a quantidade de alunos repetentes na disciplina de lógica de programação ou similar está aumentando. Dentre os motivos identificados junto aos alunos, há dois que causam preocupação e que irão prejudicar a inclusão no mercado de trabalho: a inabilidade em conseguir ler/entender algoritmos, seja próprios ou propostos por terceiros, para a solução de um problema com ou sem a sua definição; e a dificuldade em desenvolver a lógica para a solução de problemas de baixa para média complexidade. O problema para ambos os motivos pode estar na metodologia apresentada nas principais referências bibliográficas adotadas nos cursos de graduação e, conseqüentemente, utilizada pela maioria dos docentes: a de ensinar, exclusivamente, a construir algoritmos. No entanto, é muito difícil construir uma boa solução lógica para um problema, quando há dificuldade em entendêla posteriormente. O ideal, então, é que, o processo de ensino-aprendizagem da disciplina de lógica de programação acontecesse em dois momentos: no primeiro, para ler/entender algoritmos desenvolvidos por si ou por terceiros, tendo em mãos ou não a sua definição; e depois, a construir a lógica para a solução de um problema. Esta é a proposta da metodologia ERMC, objeto deste artigo. A mesma foi aplicada, durante quatro semestres, como reforço de aprendizado da metodologia tradicional. O resultado final, embora não conclusivo, pode ser considerado satisfatório: a quantidade de novatos reprovados do grupo foi, em média, de dois alunos, ou seja, 18%, inferior aos 37% revelados pela pesquisa; e a quantidade de alunos que já tinham cursado a disciplina foi, em média, de menos de um aluno, ou seja, aproximadamente, 8%, inferior aos 23% revelados pela pesquisa. Palavras chaves: Lógica de programação; Metodologia para desenvolvimento da lógica de programação.

2 1 Introdução Verificou-se numa pesquisa informal realizada em 4 instituições de ensino superior durante 8 semestres (Tabela 1) que, na média, mais de 50% dos alunos da disciplina de lógica de programação ou similar são reprovados a cada semestre. Neste conjunto, a grande maioria é de alunos que já tinham sido reprovados (uma, duas, três ou mais vezes) anteriormente. Tabela 1 Reprovação em Lógica de Programação Instituição Semestre A 57,14% 46,15% 33,33% 46,15% 33,33% 46,15% 33,33% 18,18% B 33,33% 57,14% 75,00% 33,33% 75,00% 33,33% 57,14% 75,00% C 75,00% 70,58% 57,14% 46,15% 88,88% 46,15% 75,00% 75,00% D 88,88% 57,14% 33,33% 75,00% 87,50% 75,00% 57,14% 33,33% O principal motivo da reprovação, segundo entrevista feita, exclusivamente, com alunos repetentes, é a dificuldade em construir a lógica ou algoritmo para resolver um problema proposto. Mesmo que este problema seja classificado como de baixa complexidade. Em entrevista com alguns dos docentes da disciplina nestas instituições, verificouse que mais de 90% utilizam a forma apresentada pela maioria das referências bibliográficas adotadas para a disciplina: construir a solução para resolver o problema proposto. Se os alunos têm dificuldade em construir a resolução do problema proposto e esta é a forma que a maioria dos docentes utiliza para lecionar a disciplina, como garantir o aprendizado e, conseqüentemente, a aprovação dos discentes? Considerando que os docentes que, além da metodologia encontrada nas referências bibliográficas, utilizam outros mecanismos no ensino da disciplina são aqueles cujo percentual de reprovados é inferior aos tradicionalistas, foi desenvolvido a metodologia ERMC (Entender, Revisar, Melhorar, Construir), que utiliza além da prática tradicional, as melhores práticas utilizadas pelos professores com menor índice de reprovação de alunos na disciplina. A metodologia ERMC, que é objeto deste artigo, já foi utiliza pelo autor deste artigo durante quatro semestres com 22 alunos voluntários por semestre que estavam matriculados efetivamente na disciplina. Eles foram divididos em 2 grupos (cada um com 11 alunos): um com alunos que estavam cursando a disciplina pela primeira vez; e o outro, por alunos que já tinham cursado a disciplina e não obtiveram aprovação ao final do semestre. O resultado final, embora não conclusivo, pode ser considerado satisfatório: a quantidade de novatos reprovados foi, em média, de 2 alunos, ou seja, dezoito por cento (18%), inferior aos trinta e sete por cento (37%) revelados pela pesquisa; e a quantidade de alunos que já tinham cursado a disciplina foi, em média, de menos de um (1) aluno, ou seja, aproximadamente, oito por cento (8%), inferior aos vinte e três por cento (23%) revelados pela pesquisa.

3 Este artigo está dividido em 6 partes: a primeira, é esta introdução; os conceitos básicos utilizados nas metodologias (a difundida nas referências bibliográficas e da proposta neste artigo); estará contida na segunda parte; na parte 3, a metodologia padrão, a que está descrita nos livros adotados nas instituições de ensino superior será explicitada em conjunto com as vantagens e desvantagens da sua utilização; a metodologia proposta será apresentada na quarta parte; na parte 5, os resultados até então alcançados com a utilização da metodologia proposta serão apresentados; finalmente, a última parte, contém a conclusão deste artigo. 2 Conceitos Básicos O objetivo principal da disciplina Lógica de Programação ou similar é garantir com que o discente possa desenvolver um algoritmo, que é uma seqüência finita de ações para resolver um problema estabelecido [1][2][3][4][5][7][8][9][10]. Segundo Farrer [2][9], as ações contidas no algoritmo devem ser claras e precisas, para garantir que a partir de um estado inicial, após um período de tempo finito, produzam um estado final previsível e bem definido. Desta forma, o algoritmo deverá estar perfeitamente definido, não ser ambíguo, ser eficaz e eficiente [3]. A habilidade para construir um algoritmo será adquirida, pelo discente, através do conhecimento proveniente de estudos e a destreza proveniente da prática que vem com o tempo [3]. Dos estudos, o aluno entenderá que qualquer algoritmo conterá apenas 2 elementos básicos: a ação; e a proposição. O primeiro, a ação, que é um acontecimento que, a partir do estado inicial, após um período de tempo finito, produzirá um estado final previsível e bem definido [2][4][8][9]. As ações são sempre executadas, em ordem, uma após a outra, ou seja, só será possível executar a ação n se a ação n-1 já tiver sido executada anteriormente. Em outras palavras, há um desvio incondicional para a ação n após a execução da ação n-1. A proposição, que é o segundo elemento básico de um algoritmo, é qualquer afirmação verbal da qual se possa dizer que é falsa ou verdadeira, nunca ambas [2][9]. Normalmente, a proposição está contida em uma expressão lógica para estabelecer desvios condicionais, seja ela simples ou composta [1][2][4][7][8][9][10]. Em uma proposição composta é necessário estabelecer, através do uso de conectivos E ou OU, se, respectivamente, há uma conjunção ou uma disjunção das proposições que a compõe[2][4][8][9]. No caso da conjunção entre as proposições, a proposição composta será considerada VERDADEIRA, se e somente se todas as proposições que a compõem forem VERDADEIRAS. Caso contrário, será FALSA [2][4][8][9]. Para a disjunção ser considerada VERDADEIRA, será necessário que pelo menos uma das proposições seja VERDADEIRA. A proposição composta será considerada FALSA se todas as suas proposições forem FALSAS [1][2][4][8][9]. Além dos conectivos E e OU, será possível utilizar, em uma proposição simples ou que pertença a um conjunto de proposições, o conectivo NÃO, que representa a negação da própria proposição. Desta forma, se a proposição for VERDADEIRA, a sua negação será FALSA, e vice-versa [2][9].

4 Na maioria das proposições são utilizados operadores relacionais, que indicam a comparação a ser realizada entre os termos da relação, que são conhecidos da Matemática [1]: igual a (=); diferente ( ); menor que (<); maior que (>); menor ou igual a ( ); maior ou igual a ( ) [1][5]. 3 A Metodologia das Referências Bibliográficas Na maioria dos livros indicados na referência bibliográfica, seja básica ou complementar, da disciplina de lógica em programação ou similar, explana, exclusivamente, a construção do algoritmo [1][2][3][5][7][9][10]. Para a construção do algoritmo, há a apresentação de um algoritmo, como um exemplo, de uma atividade diária de uma pessoa normal. Após a apresentação do mesmo, há uma explicação de cada uma das ações inseridas nele. Este esclarecimento não é suficiente para que um leigo consiga desenvolver a solução para outro problema, seja similar ou diferente, com o mesmo nível de complexidade. Depois deste esclarecimento, há uma lista de exercícios (problemas) que deve ser solucionada pelo leitor. E para auxiliar na construção do algoritmo, há a solução para alguns dos exercícios, normalmente, sem comentários. A partir daí, uma nova lista de exercícios (problemas) é apresentada em cada novo capítulo, sendo que os problemas são mais complexos do que da lista anterior. E, da mesma forma, há a solução de alguns exercícios da lista. Espera-se que o leitor ao final da leitura de um dos livros da bibliografia básica do curso esteja apto a desenvolver um algoritmo para qualquer problema que lhe seja apresentado. Mas isto não é realidade. Então o que fazer? 4 A Metodologia EMRC Como apresentado no item anterior, o objetivo principal da metodologia tradicional, a encontrada na bibliografia adotada nas instituições de ensino superior, é a de habilitar o discente a construir bons algoritmos para a solução de um problema. Segundo Chantler [6], para que o programa, resultado da codificação de um algoritmo, seja bom é necessário que: faça o que é esperado (precisão) e continue fazendo sempre (confiabilidade): manipule precisa e corretamente todos os dados (potência) sem quaisquer processamentos desnecessários (eficiência); qualquer alteração seja facilmente realizada (manutenibilidade) [6][8]. No entanto, por ter pouca ou nenhuma experiência, torna-se difícil ou quase impossível que um discente consiga fazer com que seu algoritmo tenha precisão, confiabilidade, potência, eficiência e manutenibilidade, ou seja, seja um bom programa. Mesmo que o aluno consiga desenvolver um algoritmo, como ele poderá comprovar que o resultado dará um bom programa, ou seja, como poderá comprovar ou validar a precisão, confiabilidade, potência, eficiência e manutenibilidade?

5 A resposta é simples: o discente necessita, antes de aprender a desenvolver um algoritmo, ter capacidade de ler/entender qualquer algoritmo, seja de terceiros ou próprio, com ou sem a definição do problema. Pois, a partir de bons exemplos pode-se construir produtos iguais ou melhores. Essa é a premissa utilizada para o desenvolvimento da Metodologia ERMC (Entender, Revisar, Melhorar, Construir), que foi dividida em 2 fases: a de Conhecer um algoritmo; e a de Construir um algoritmo (a mesma que a forma tradicional utiliza). 4.1 Fase: Conhecer Na fase de Conhecer, as três primeiras letras da sigla da metodologia, EMR, são trabalhadas. Pois, acredita-se que o aluno, antes de iniciar o desenvolvimento de um algoritmo, deve ter a capacidade para: 1. Interpretar um outro algoritmo, independente de quem tenha sido o seu autor. Esta subfase é denominada de Entender; 2. Indicar ações do algoritmo que, se executadas, possam alterar o resultado final esperado. Esta subfase é denominada de Revisar; e 3. Propor alterações para correção das ações erradas ou inclusão de novas ações para melhorar o desempenho do algoritmo ou atender a alteração do seu objetivo principal. Esta subfase é denominada de Melhorar. Na subfase Entender, o discente deverá ler um algoritmo já desenvolvido e validado por outras pessoas com mais experiência, ou seja, sem erros de lógica. Espera-se que ele possa responder a uma série de questões relacionadas com o resultado esperado ao final do processamento. Normalmente, para cada nível de problema (simples, médio e complexo), o mínimo de 20 exercícios será necessário. A subfase Revisar tem por objetivo de permitir que o aluno, considerando que já tenha capacidade de entender um algoritmo, consiga identificar o conjunto de ações que ocasionou o resultado final diferente do esperado (manutenção corretiva). Normalmente, o discente necessitará da descrição do problema, da solução que apresentou problema e o problema que foi detectado para que possa identificar as ações problemáticas. Da mesma forma que na subfase anterior, um mínimo de 20 exercícios de cada um dos níveis é necessário para a capacitação do leitor. Uma das subfases mais complicadas é a Melhorar, Ela possui duas partes distintas: a de identificar quais ações são desnecessárias em um algoritmo para que produza o resultado final esperado e que necessitam ser eliminadas (potência); e a de identificar um conjunto de ações que, embora contribuam para que o resultado final esperado seja alcançado, reduzem a performance do algoritmo e propor um conjunto de novas ações que irão substituí-las (eficiência). Cada uma das partes da subfase deve ser trabalhada separadamente e a quantidade mínima de exercícios é 30 para cada um dos níveis de complexidade.

6 4.2 Fase: Construir A fase Construir, o C da Metodologia ERMC, é similar a encontrada nas bibliografias, mas diferente na forma de conduzir a construção completa de uma solução. Para tanto, foi dividida em duas subfases: a de Complementação; e a de Construção. Na subfase de Complementação, o aluno, que já tem a habilidade de entender/revisar/melhorar, após análise de um algoritmo incompleto (que necessita de evolução ou adaptação por causa da alteração do seu objetivo inicial) em conjunto com a sua nova definição irá propor um conjunto de ações necessárias para o novo resultado final esperado seja alcançado. Nesta subfase, a manutenção evolutiva e/ou adaptativa poderá ser trabalhada, primeiramente, em um único ponto da lógica existente, e, posteriormente, em mais de um local do algoritmo. Em ambos os casos, a quantidade mínima de exercícios é de 30 em cada uma dos níveis de complexidade. Para a subfase de Construção, que é igual a adotada na metodologia tradicional, o aluno irá desenvolver a solução lógica para um problema proposto. A quantidade de exercícios não deverá ser inferior a 20 por nível de complexidade. 5 Resultado da Utilização da Metodologia ERMC A Metodologia ERMC, durante quatro semestres, foi aplicada como complementação de estudos para alunos matriculados efetivamente na disciplina de lógica de programação em duas instituições de ensino superior, em horário alternativo às aulas, com duração de 48 horas/aula. Os alunos que participaram da experiência eram voluntários, e foram divididos em 2 grupos (cada qual com 11 alunos/semestre): o primeiro, com alunos que estavam cursando a disciplina pela primeira vez; e o segundo, com alunos que já tinham cursado a disciplina e não obtiveram aprovação no final do semestre. Cada um dos grupos era trabalhado em horários distintos, não sendo permitido troca de horário, mesmo que ocasionalmente. Tabela 3 Alunos Aprovados em Lógica de Programação Metodologia ERMC Semestre Instituição Novato Repetente Novato Repetente Novato Repetente Novato Repetente A B O resultado final (Tabela 3), embora não conclusivo, pode ser considerado satisfatório: a quantidade de novatos reprovados foi, em média, de 2 alunos, ou seja, dezoito por cento (18%), inferior aos trinta e sete por cento (37%) revelados pela pesquisa; e a quantidade de alunos que já tinham cursado a disciplina foi, em média, de menos de um (1) aluno, ou seja, aproximadamente, oito por cento (8%), inferior aos vinte e três por cento (23%) revelados pela pesquisa.

7 Após a conclusão do quarto e último semestre, não houve continuidade da aplicação da metodologia por dificuldade de encontrar novos voluntários, como também pelo afastamento da atividade de docente do autor. 6 Conclusão A disciplina de lógica de programação é considerada pela maioria dos alunos dos cursos de graduação em tecnologia da informação como a mais difícil, tanto que a quantidade de reprovações ao final do semestre é elevada. O que foi constatado é que os alunos sentem dificuldade em desenvolver a lógica para a resolução de um problema, mesmo que ele seja considerado de baixa complexidade. Principalmente, por não saberem por onde começar e para onde ir. Como a construção de algoritmo é a metodologia que os livros adotados apresentam e os docentes utilizam para ensinar a disciplina, o resultado final é ruim: a reprovação de alunos. Para tentar reduzir ou eliminar este problema, a Metodologia ERMC foi proposta. Ela propõe que o ensino da lógica de programação preocupe-se com o conhecer e com o construir um algoritmo separadamente. No conhecer, o discente adquirirá habilidades para entender (capacidade de ler), revisar (capacidade de ler, identificar ações erradas e propor correção) e melhorar (capacidade de ler, identificar ações problemáticas e propor modificações) um algoritmo. Em construir, o aluno adquirirá habilidades para complementação (identificar e propor alterações para atender as alterações na definição do problema) e construção (propor uma solução para resolução de um problema) de algoritmo. A metodologia foi aplicada a um pequeno grupo de alunos voluntários durante quatro semestres, e o resultado alcançado foi considerado satisfatório, pois a maioria dos participantes foi aprovada na disciplina. Mas, ainda, não conclusivo. Como trabalho futuro, espera-se continuar o processo de validação da metodologia por, pelo menos, três semestres, com grupos de alunos das mesmas instituições de ensino já trabalhadas e de outras que forem possíveis, e, também, após conclusão do processo de validação, a publicação de um livro sobre a metodologia ERMC teoria e prática. 7 Referência Bibliográfica [1] Forbellone, A. L. V., Eberspächer, H. Z. Lógica de programação: a construção de algoritmos e estrutura de dados. 3 a edição. São Paulo: Prantice-Hall (2005). [2] Farrer, H. e outros. Programação estruturada de computadores: algoritmos e estrutura de dados. Rio de Janeiro: Editora Guanabara (1985). [3] Villas, M. V. e outros. Programação: conceitos, técnicas e linguagens. Rio de Janeiro: Campus (1987). [4] Campos, R. L. B. L. Lógica de programação (apostila). Brasília: ( ). [5] McConnell, J. J. Analys of Algorithms: an active learning approach. USA: Ed Jones and Bartlett Publishers (2001).

8 [6] Chantler, A. Técnicas e práticas de programação. Rio de Janeiro: Campus (1984). [7] Mazano, J. A. N. G.; Oliveira, J. F. de. Algoritmos: lógica para desenvolvimento de programação. 21 a. São Paulo: Érica (2007). [8] Campos, R. L. B. L. Lógica de programação DHF. Módulo 4: curso de capacitação em programação. Brasília: SERPRO (1993). [9] Farrer, H. Algoritmos estruturados: programação estruturada de computadores. Rio de Janeiro: Guanabara, [10] Guimarães, A. de M. Lages, N. A. de C. Algoritmos e estruturas de dados. 8 a edição. Rio de Janeiro: LTC (1989).