Método de Elicitação de Requisitos para Software Educativo: um estudo a partir da prototipação de um software para função em plataformas móveis

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1 Método de Elicitação de Requisitos para Software Educativo: um estudo a partir da prototipação de um software para função em plataformas móveis Ricardo Tiburcio dos Santos 1 GD6 Educação Matemática, Tecnologias Informáticas e Educação à Distância. Resumo do trabalho. Neste artigo encontram-se algumas considerações sobre uma pesquisa de Mestrado em fase inicial. Diante da problemática da utilização de novas tecnologias da informação e comunicação NTIC no ensino e aprendizagem em Matemática observamos, em pesquisas atuais, que muitos softwares, disponíveis no mercado, não atendem às necessidades específicas dos conhecimentos matemáticos em questão, falta uma Engenharia de Software que alie as potencialidades dos artefatos tecnológicos às pesquisas realizadas na área da Didática da Matemática. Em específico, diversos autores estudam e/ou criam softwares e aplicativos que possam contribuir para a aprendizagem das funções, porém, o que percebemos no cenário atual é que tais construções ora estão centradas apenas nas possibilidades advindas da tecnologia e outras apenas nos estudos teóricos sobre a aprendizagem do conhecimento. Com isso, é proposta deste estudo aliar as potencialidades dos recursos tecnológicos, com a Engenharia de Software, às teorias da Didática da Matemática. Quanto aos recursos tecnológicos, trazemos à tona a temática dos dispositivos móveis, em particular o recurso da manipulação touchscreen. Uma das questões de pesquisa é identificar quais são as potencialidades desse recurso na aprendizagem em Matemática, verificando as particularidades que apresenta com um estudo teórico e experimental. Com isso, é objetivo desse estudo criar um método para elicitar os requisitos de um software educativo para o conceito de função em dispositivos touchscreen, sendo observadas as contribuições da Transposição Informática e os processos de elicitação de requisitos da Engenharia de Softwares Educativos com auxílio da Engenharia Didática, articulados com uma análise das potencialidades tecnológicas. Palavras-chave: Elicitação de requisitos. Engenharia de Software Educativo. Função. Transposição Informática. INTRODUÇÃO O conceito de Função, apresentado na Educação Básica, é tema de grandes discussões na relação ensino-aprendizagem. Pesquisas como as de Kaiber (2002) e Chaves e Carvalho (2014) mostram que uma das grandes dificuldades da aprendizagem desse conhecimento é o modo como o conceito foi e ainda continua sendo ensinado, baseado nos pares ordenados, no estabelecimento de relações entre conjuntos e na ênfase da representação algébrica em detrimento das outras representações. Compreendendo as possibilidades que os recursos tecnológicos viabilizam para as relações de ensino e aprendizagem das funções, documentos oficiais, como os Parâmetros Curriculares Nacionais (BRASIL, 1998), Orientações Curriculares para o Ensino Médio (BRASIL, 2006) e Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (BRASIL, 1 Universidade Federal de Pernambuco, ricotiburcio@hotmail.com. Orientador: Franck Bellemain.

2 1998) apoiam a integração de novas tecnologias da informação e comunicação NTIC, à prática docente. No contexto das NTIC, um recurso, em específico, tem sido utilizado com frequência: o touchscreen (tela de dispositivos sensíveis ao toque). De acordo com Bairral (2013) manipulações touchscreen podem constituir um campo fértil de exploração na pesquisa educacional, especialmente por suscitarem novas inspirações de práticas formativas com dispositivos móveis. Contudo, o autor realizou um mapeamento nos principais periódicos brasileiros (qualis B2 a superiores), entre os anos de 2010 e 2013 e não localizou pesquisas com a temática da manipulação touchscreen. Outro aspecto a ser considerado sobre a utilização de NTIC no ensino e aprendizagem de conteúdos específicos é a qualidade dos softwares oferecidos no mercado. Algumas pesquisas (BENITTI; SCHLINDWEIN; SEARA, 2005; LACERDA SANTOS, 2009) trazem à tona a problemática da qualidade dos softwares que estão sendo comercializados. Para esses pesquisadores, falta uma engenharia de software que dê suporte para a construção adequada dos programas com a finalidade de contemplar a maior quantidade possível de dificuldades dos conhecimentos em questão. Compreende-se como Engenharia de Software Educativo ESE, o processo de idealização e desenvolvimento de interfaces ou artefatos com a finalidade de contribuir para a melhoria das relações de ensino e aprendizagem de áreas distintas do conhecimento. O processo de elicitação de requisitos torna-se de fundamental importância, pois nele serão verificadas especificidades que os softwares devem possuir para contribuir para o desenvolvimento dos conteúdos trabalhados. (GOMES; WANDERLEY, 2003). Com isso, configura-se como objetivo dessa pesquisa construir e validar um método de elicitação de requisitos para a construção de Softwares Educativos considerando teorias da Didática da Matemática. Como objetivo secundário, buscaremos validar a ESE por meio da elicitação de requisitos, construção de protótipo e validação de software educativo para dar suporte à aprendizagem das funções polinomiais do 1º grau em tecnologias móveis, utilizando a manipulação de dispositivos touchscreen. REVISÃO DE LITERATURA Silva (2011) discute uma pesquisa em que foi criado um software fundamentado na Teoria das Representações Semióticas e Transposição Didática e Informática, explorando as

3 conversões de registro (gráfica, tabular e algébrica) para o ensino de Função através de um protótipo desenvolvido em linguagem de programação Java. É importante relatar que a autora realizou um levantamento dos softwares disponíveis no mercado, concluindo que eles têm limitações em relação às transformações de registro de representação semiótica. A relevância dessa pesquisa está na análise do conteúdo Função, em uma perspectiva de suas possíveis representações em um software específico. Da pesquisa analisada é válido ressaltar a utilização do conceito de Transposição Informática, proposto por Balacheff e Bellemain (2007), essa transposição pode ser compreendida como a modelagem dos saberes científicos conforme as exigências específicas dos meios eletrônicos. Com o objetivo de analisar requisitos necessários para o desenvolvimento de softwares educativos para amparar a aprendizagem à distância de conhecimentos da Álgebra Linear, Andrade (2010) trouxe diversas contribuições para a compreensão do desenvolvimento de softwares educativos. Uma delas foi o procedimento metodológico utilizado para a especificação dos requisitos do software, sua metodologia de pesquisa apresentou a ESE como um caminho que possibilita a observação das dificuldades de aprendizagem relativas aos conhecimentos que analisou em sua pesquisa. Outra contribuição dessa pesquisa foi, além da ESE, o trabalho com o Design Experiments, método que, segundo a autora, tem o objetivo de analisar os processos de aprendizagem de domínios específicos, tendo em vista a possibilidade de reprodução de uma ecologia de aprendizagem (ANDRADE, 2010, p 47). Esse método foi utilizado pela autora para o processo de validação do protótipo construído, pelo fato de oferecer subsídios para a concepção e análise do experimento a ser realizado. Com isso, observa-se o cuidado com a concepção, construção e validação de um software educativo. Com a leitura da pesquisa supracitada foi possível compreender que a concepção desse tipo software é um processo que necessita de uma sequencia de procedimentos pré-definidos para um produto final com coerência entre as teorias utilizadas e a metodologia de pesquisa escolhida. Assis, Silva e Bairral (2013) realizaram um levantamento de dispositivos touchscreen voltados para o ensino de Matemática com o objetivo de identificar quais são as contribuições que eles podem viabilizar para o aprendizado em Matemática. De acordo com eles,

4 A tecnologia touchscreen possibilita um contato e uma apropriação diferenciada por parte dos usuários. São novas configurações e espacialidades com os movimentos - os toques - na tela. A configuração de interfaces touch também beneficia alunos portadores de deficiências visuais com softwares que produzem vibrações no tablete e possibilitando uma percepção do que está sendo realizado. (p. 2). As temáticas de cada dispositivo analisado pelos autores (divididos entre softwares e aplicativos) foram as seguintes: 1. Elementos do plano cartesiano; 2. Contagem; 3. Geometria (plana); 4. Números no sistema decimal e operações básicas; 5. Representação na reta Real, operações básicas, porcentagens; 6. Geometria (plana); 7. Transformações, medida e estimação. Percebemos, dos dispositivos analisados pelos autores, a ausência de uma abordagem que trouxesse potencialidades e limitações com a utilização da tecnologia touchscreen, esperava-se encontrar na pesquisa quais são as vantagens em se trabalhar com esse tipo de tecnologia. Além disso, foi possível perceber, nos dispositivos analisados, a ausência de conhecimentos das funções, o que pode ser caracterizado pela ausência de projetos nessa área da Matemática. Diante do exposto, configura-se como proposta desse trabalho criar um método para elicitar os requisitos de um software educativo para o conceito de função em dispositivos touchscreen, sendo observadas as contribuições da Transposição Informática e os processos de elicitação de requisitos da Engenharia de Softwares Educativos com auxílio da Engenharia Didática, articulados com uma análise das potencialidades tecnológicas. REFERENCIAL TEÓRICO METODOLÓGICO Para alcançar os objetivos dessa pesquisa optou-se por utilizar os pressupostos da ESE. Mas afinal, o que é Engenharia de Software Educativo? Diversas pesquisas apresentam procedimentos para a construção de softwares educacionais: jogos, aplicativos, ferramentas de colaboração online, simuladores, tutoriais, entre outros. Essas pesquisas apresentam possíveis caminhos teóricos e metodológicos para o desenvolvimento de softwares, com isso, observando as possibilidades das pesquisas analisadas, optamos por concordar com Lacerda Santos (2009), quando o autor afirma que Um processo de desenvolvimento de softwares educativos tem especificidades que o distinguem bastante de um procedimento de desenvolvimento de aplicativos comerciais, bancários ou domésticos. O engenheiro de softwares educativos não tem diante de si um sistema fechado no qual usuários e proprietários de sistemas e subsistemas interagem entre si através de procedimentos pré-estabelecidos, previsíveis e perfeitamente traduzíveis em

5 operações automáticas e informatizáveis. Pelo contrário, um sistema educativo, por mais simples que seja, traduz e delimita conhecimentos em processo dinâmico de comunicação e percepção. Consequentemente, o engenheiro de softwares educativos deve lidar com um conjunto de aspectos subjetivos que caracterizam o fenômeno educativo. (LACERDA SANTOS, 2009, p 18). No sentido operacional da ESE, pretendemos elaborar um modelo de elicitação de requisitos para software educativo observando as potencialidades advindas da tecnologia e as pesquisas teóricas sobre o conhecimento específico. De acordo com Bellemain, Bellemain e Gitirana (a publicar), Enunciar a necessidade da articulação entre soluções tecnológicas e abordagem teórica pode parecer uma evidência, porém muitas soluções tecnológicas para o ensino não se apoiam em tal princípio. Ora são essencialmente tecnocêntricas, ou seja, buscam explorar a potencialidade da tecnologia, mas desconsideram a produção acadêmica (disciplinar e didática) sobre os conteúdos veiculados pela tecnologia, ora se apoiam nos conhecimentos sobre os conteúdos e sua didática, mas exploram muito pouco das potencialidades do computador. Como para qualquer tecnologia, conceber e desenvolver ambientes para o ensino da matemática ou para a atividade docente do professor de matemática exige a elaboração e a operacionalização de uma engenharia específica. A abordagem teórica da engenharia de software educativos permite superar a dualidade entre tecnologia e teoria. Com isso, para uma análise teórica fundamentada, é possível utilizar os pressupostos da Engenharia Didática. Essa metodologia tem por finalidades analisar e propor situações didáticas no âmbito dos estudos da Didática da Matemática. Pode ser compreendida como um esquema experimental baseado em realizações didáticas em sala de aula, isto é, sobre a concepção, a realização, a observação e a análise de sequências de ensino (ARTIGUE, 1996). Nesse sentido, a autora propõe a Engenharia Didática como metodologia de pesquisa conforme os procedimentos: análises prévias; construção e análise a priori; experimentação; análise a posteriori e validação. É proposta desta pesquisa utilizar as análises prévias, concepção e análise a priori. Nas análises prévias é possível fazer uma análise aprofundada sobre o conhecimento em questão em três dimensões: cognitiva, didática e epistemológica. A partir dessa observação podem ser identificados obstáculos do conhecimento estudado. Com isso, a partir dos obstáculos analisados, na segunda fase da engenharia levantam-se algumas variáveis que estão relacionadas ao desenvolvimento do conhecimento: as variáveis de comando (ARTIGUE, 1996). Essas variáveis direcionam a pesquisa para a concepção da sequência didática que será criada, no caso desse projeto, norteará para características que devem estar presentes na elicitação de requisitos para o desenvolvimento do software educativo.

6 Justifica-se a utilização da Engenharia Didática com a observação do caráter de construção de experimento dessa metodologia de pesquisa, pois, o processo de desenvolvimento de um software é um experimento. Compreendemos que a aproximação dessas duas engenharias (Didática e de software educativo) baseia-se na preocupação com as relações de ensino e aprendizagem de conteúdos específicos. Pretende-se trabalhar especificamente, na construção do protótipo com o conceito de Função. Desse modo, devemos levar em consideração o que Nicolas Balacheff chamou de Transposição Informática. Nessa transposição, o conhecimento científico deve passar por uma virtualização para tornar-se possível de ser aprendido nas interfaces dos recursos tecnológicos. De acordo com Balacheff e Bellemain (2007) Chamamos transposição informática o processo que lidera a especificação e a implementação de um modelo do saber (BALACHEFF, 1993, mas acreditamos que transmutação computacional teria sido uma melhor escolha, mas parecendo radical demais 1993). Uma grande parte desse processo trata das necessidades em acomodar-se às exigências de representações simbólica e computacional, e a transformação do saber associado. Reagindo para o que poderia ser visto como meras (apesar de complexa) limitações tecnológicas, podem-se sugerir especificações ou implementações alternativas para se livrar de todos esses problemas; mas tal sugestão esquece o fato que outras escolhas vão produzir outros efeitos inesperados. (BALACHEFF e BELLEMAIN, 2007, p. 45). Essa transposição, no caso da função polinomial do 1º grau, pode ser explorada pelos dispositivos touchscreen de modo que existem várias representações para essas funções: gráfica, algébrica, tabular, figural, língua natural, entre outras, sabendo que cada representação apresenta com mais ênfase características da função em questão. A conversão entre as representações pode ser facilmente verificada através da característica dinâmica possibilitada pelas NTIC, com isso, une-se o potencial tecnológico de recurso com as teorias que abordam as representações das funções. Contudo, qual é a importância de utilizar diversas representações das funções? De acordo com Gitirana (2009), Um primeiro questionamento feito é o porquê utilizar diversas representações para representar um conceito. Encontramos em Goldenberg et al. (1992), quando eles defendem que cada uma dessas representações tem sua importância por melhor explicitar uma parte da ideia de função ou uma característica de algumas delas. Além disso, como eles bem colocam, qualquer representação deixa outras características difíceis de serem observadas. Tentar observar a simetria característica da função quadrática, por exemplo, é bem fácil na representação cartesiana, porém na representação algébrica necessita de diversos cálculos. (GITIRANA, 2009, p 222).

7 A aprendizagem de um conceito necessita, portanto, das diversas representações. Em consequência da importância das múltiplas representações dos objetos matemáticos e o processo de transformação das representações, pretende-se contemplar na elicitação de requisitos do software recursos que contemplem diversos registros das funções polinomiais do 1º grau explorando as possibilidades dos dispositivos touchscreen. Diante do exposto, estamos em fase de construção dos procedimentos metodológicos da presente pesquisa, porém, os próximos procedimentos são uma revisão de literatura aprofundada sobre as potencialidades e limitações da utilização de dispositivos touchscreen como facilitador da aprendizagem de conteúdos matemáticos e o início do processo de construção do modelo de elicitação de requisitos para software educativo. Metodologia da Pesquisa O processo metodológico dessa pesquisa ainda encontra-se bastante incipiente. Algumas ideias podem, porém ser levantadas. O desenvolvimento de um método de elicitação de requisitos para construção de Software Educativo passa por uma etapa de análise sistemática da literatura sobre Engenharia de Software Educativo, buscando identificar etapas e elementos considerados nas pesquisas no processo de elicitação. Com base nesse levantamento, as lacunas discutidas na elicitação de requisitos serão estudadas em confrontação com as teorias cognitivas, didáticas e educacionais até então discutidas no processo de construção de softwares. Este levantamento resultará uma primeira estrutura de estratégia, a qual será utilizada para a construção de um protótipo ainda em material concreto, com posterior análise teórica do protótipo e identificação dos entraves encontrados. O método será então reformulado, e um novo protótipo será gerado, já com o uso de algum software de prototipação, mas simples como um software de apresentação. REFERÊNCIAS ANDRADE, J. G. P.. VETORES: Interações à distância para a aprendizagem de Álgebra Linear Dissertação (Mestrado) Programa de Pós-graduação em Educação Matemática e Tecnológica. Universidade Federal de Pernambuco, Recife, PE, ARTIGUE, M. Engenharia Didática. In: Didáctica das Matemáticas. Brun, J. (Org.). Lisboa: Instituto Piaget, ASSIS, A. R.; SILVA, B. C. C. C.; BAIRRAL, M. A.; Um levantamento de dispositivos touchscreen voltados ao ensino de matemática. In: VI Congresso Internacional de Ensino da Matemática (CIEM), 2013, Canoas. Anais do VI CIEM. Canoas, p

8 BAIRRAL, M. A. Do clique ao touchscreen: Novas formas de interação e de aprendizado matemático. In: 36a Reunião Nacional da Anped, 2013, Goiânia. Sistema Nacional de Educação e Participação Popular: Desafios para as Políticas Educacionais. Goiânia: Anped/UFG, p BALACHEFF, N.; BELLEMAIN, F.; Conhecimento, a Pedra Angular do Design de Tel. Tópicos Educacionais, v. 17, p , BELLEMAIN. F.; BELLEMAIN, P. M. B.; GITIRANA. V. Elementos de engenharia de software educativos para a concepção de ferramentas computacionais para o CSCL In ROSA, M.; AMARAL, R.; BAIRRAL, M. (ORG.) Tecnologia e Educação Matemática. São Paulo, xxxx, a publicar. BENITTI, F. B. V., SEARA, E. F. R., SCHLINDWEIN, L. M. Processo de Desenvolvimento de Software Educacional: Proposta e Experimentação. Revista Novas Tecnologias na Educação CINTED UFRGS V. 3 Nº 1, Maio, BRASIL. Secretaria de Educação Básica. Orientações Curriculares para o Ensino Médio Ciências da natureza, Matemática e suas Tecnologias. Brasília: MEC; SEB, Secretaria de Educação Fundamental. Parâmetros Curriculares Nacionais: terceiro e quarto ciclos do Ensino Fundamental: Matemática. Secretaria de Educação Fundamental. Brasília: MEC/SEF, Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Parâmetros Curriculares Nacionais Ensino Médio PCNEM. Brasília: MEC, CHAVES, M. I. A.; CARVALHO, H. C.; Formalização do conceito de função no Ensino- Médio: uma situação de ensino-aprendizagem. In: VIII Encontro Nacional de Educação Matemática, Recife, GITIRANA, V. Função Matemática: o entendimento dos alunos a partir do uso de softwares educacionais. A pesquisa em Educação Matemática: repercussões na sala de aula, in Borba, R. e Guimarães, G. São Paulo: Cortez, GOMES, A. S.; WANDERLEY, E. G.. Elicitando requisitos em projetos de Software Educativo. In: WIE 2003 Workshop Brasileiro de Informática Educativa, 2003, Campinas. Ciência, Tecnologia e Atalhos para o futuro - Anais do XXIII Congresso da Sociedade Brasileira de Computação. Campinas: SBC, v. V. p KAIBER, C. T.; A prática de resolução de problemas no estudo das funções reais. In: IV Simpósio de Educación Matemática, Chivilcoy, Argentina, LACERDA SANTOS, G.; Alguns princípios para situações de engenharia de softwares educativos. Inter-ação (UFG. Impresso), v. 1, p. 17/34-7, 2009.

9 SILVA, C. R. Representação Semiótica: desenvolvimento de protótipo para ensino de função. In: Conferência Interamericana de Educação Matemática - CIAEM, Recife, 2011.