um estudo de caso

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1 AGRANDA, Simposio Argentino de GRANdes DAtos um estudo de caso Cordenonzi, W., Normey, S., Cardoso, V., Instituto Federal Sul-rio-grandense Câmpus Santana do Livramento Paul Harris 410, Sant Ana do Livramento RS Brasil {walkiriacordenonzi, Vasconcellos, F, i, Ortiz, A.M.C. ii Instituto Federal Sul-rio-grandense Câmpus Santana do Livramento Paul Harris 410, Sant Ana do Livramento RS Brasil Abstract A partir do uso de Objetos de aprendizagem (OA)- recursos pedagógicos digitais utilizados no ensino pretende-se estimular o estudo (extraclasse) dos alunos do curso técnico em Informática para Internet, buscando reduzir os índices de reprovação e evasão. foi desenvolvido multi-idioma, respeitando a peculiaridade do Câmpus (alunos brasileiros e uruguaios no mesmo espaço educacional) e multidisciplinar. Estimula o aprendizado, disponibilizando oportunidade de rever conceitos, através de dicas, e a competição, simbolizada por IFCoins. Entre resultados está a grande aceitação, comparando as tradicionais listas de exercícios, e uma significativa melhora na avaliação da disciplina de Lógica e Algoritmo. Keywords jogo educativo, mineração de dados educacionais I. INTRODUÇÃO Ao utilizar sistemas de aprendizagem on-line, há várias oportunidades de explorar o poder da tecnologia para a avaliação formativa. As tecnologias que suportam atividades de aprendizagem são capazes de reunir dados tanto do aluno como do próprio curso, de forma mais eficiente e com maior nível de detalhamento com relação aos métodos manuais. EDM (Educacional Data Mining) é uma área que está preocupada com o desenvolvimento de métodos para explorar os tipos de dados em educação e, usando esses métodos, para entender melhor os estudantes e os contextos em que eles aprendem [1]. é um jogo educativo no qual os jogadores são desafiados a responder questões de conteúdos já trabalhados em sala de aula, podendo utilizar-se de dicas para revisão de conceitos. A pontuação, por questão, leva em conta o número de dicas utilizadas e a quantidade de tentativas em acertá-la, variando de 100 a 0, respectivamente na primeira ou quinta tentativas. Cada vez que o jogador acerta a resposta correta acumula pontos denominados IFCoins (moeda virtual). O jogo possui um ranking com os melhores jogadores (ou seja, com mais IFCoins). O objetivo deste artigo é apresentar um estudo de caso realizado com um grupo de alunos que utilizaram como apoio ao seu processo de aprendizagem, na disciplina de Lógica e Algoritmos e posteriormente realizaram uma avaliação escrita. Para os resultados foi utilizada a técnica de Mineração de Dados Educacionais (MDE) na base de dados do jogo. Para um melhor detalhamento do trabalho realizado, o restante do artigo divide-se da seguinte forma: Seção 2 apresenta o referencial teórico e trabalhos correlatos; Seção 3 descreve o funcionamento do jogo; na Seção 4 apresenta a metodologia e os resultados obtidos. As conclusões e referências aparecem na sequência. II. REFERENCIAL TEÓRICO A sociedade vem se transformando rapidamente com a velocidade do avanço tecnológico em todos os setores nos remetendo a chamada sociedade da informação. O desafio que se apresenta é o de desenvolver estratégias e ações educacionais inovadoras, que favoreçam os processos de geração e disseminação do conhecimento por meio de recursos didáticos adaptados ao contexto de mobilidade. Existem muitas contribuições positivas quando o assunto é a utilização de OA e jogos educativos no contexto escolar. Para [2], esse tipo de material redimensiona as condições de acesso à informação, bem como amplia as possibilidades de aprendizagem. Apesar das várias definições disponíveis para objetos de aprendizagem, o mais importante é que eles são elaborados para serem utilizados no ambiente escolar. No marco do conceito de gamificação, constitui um jogo sério. Segundo [3], um jogo deste tipo se pode definir como qualquer forma de software constituindo um jogo interativo computadorizado para um ou vários jogadores desenvolvido com o propósito de ser mais que uma forma de entretenimento. Conceitos como ludicidade, cooperação, motivação e participação, segundo [4], podem ser considerados na pedagogia que utiliza o jogo como uma ferramenta de apoio ao processo de aprendizagem. Possuem grande aceitação pelo por todos os estudantes, independentemente de sua faixa etária. 46JAIIO - AGRANDA - ISSN: Página 43

2 Do campo de Data Mining, se desenvolveu o campo por parte dos docentes, todas as respostas e ações efetuadas de Educational Data Mining (EDM). EDM AGRANDA, diz respeito Simposio ao desenvolvimento de métodos para explorar os tipos de dados e para análise através de EDM. Argentino durante de GRANdes o jogo, DAtos são armazenadas no banco de dados do sistema configurações em educação e, através destes métodos, entender foi idealizado tendo em vista diversos fatores, melhor os estudantes e os contextos em que eles aprendem [1]. especialmente aqueles definidos pela região geográfica na qual Para [5] o EDM é utilizado para prever o desempenho de está sendo desenvolvido, como a diversidade referente às áreas alunos, melhorar o ambiente de ensino- aprendizagem, apoiar do conhecimento ensinadas nas instituições locais e a riqueza tomadas de decisão para instituições e cursos e desenvolver linguística que as caracterizam, englobando os dois idiomas abordagens mais individualizadas para os alunos. Segundo [6], dominantes na região: o português e o espanhol. EDM é o processo de conversão de dados ainda não tratados de Contextualizando o escopo geográfico utilizado e sistemas educacionais para informações importantes que podem ser úteis para tomada de decisões em projetos ou no cursos são um projeto piloto dos Ministérios de Educação do desenvolvido para ser utilizado nos cursos binacionais. Estes repensar pedagógico. Brasil e do Uruguai, que se desenvolvem na região de fronteira, Em sua grandeparte,as técnicas utilizadas na área de EDM são nos quais metade dos alunos são brasileiros e a outra metade provindas da área de mineração de dados. Entretanto, na maioria das vezes há a necessidade de adaptá-las devido às particu- espanhol falados e escritos no mesmo ambiente. uruguaios. Na prática tem-se os dois idiomas português e laridades existentes em ambientes educacionais e seus dados. Para oferecer uma ferramenta mais dinâmica e interativa A. Trabalhos Correlatos para a comunidade estudantil, convidamos os docentes interessados a contribuir com o projeto, participando ativamente com suas ideias e opiniões. Conseguintemente, o próprio docente tem a possibilidade de registrar perguntas e respostas relativas à sua área de atuação, detalhando, para cada pergunta, o idioma, a área e a subárea correspondente à mesma; sendo que cada pergunta está relacionada a cinco possíveis respostas, das quais somente uma estará correta. Além do mais, por cada pergunta, o docente poderá definir duas dicas, que o aluno poderá consultar para solucionar a questão. Como resultado, a plataforma gera um objeto de aprendizagem multidisciplinar. A grande parte dos trabalhos correlatos está restrita a identificar resultados em pequenos contextos relativos a apenas uma disciplina de curso não presencial. Nas pesquisas de [7] utilizaram-se técnicas de mineração de dados para identificar estudantes que tentam manipular o sistema por meio de repetidas consultas à ajuda do ambiente computacional antes mesmo de tentar resolver os exercícios. Muitos trabalhos nesta área dizem respeito a evasão escolar [6], [7], [8], [9]. No trabalho de [11], o autor descreve uma pesquisa conduzida com o objetivo de identificar os aspectos relacionados ao engajamento de usuários em mundos virtuais aplicados na educação. No trabalho de Kampff, o autor descreve uma pesquisa que identifica comportamentos e caracteristicas de alunos com risco de evasão ou reprovação, por meio de EDM com dados de um AVA (ambiente virtual de aprendizagem). A partir do resultado o sistema alerta o professor com o proposito de interação mais personalizada com seus alunos [12]. Dos Santos [10] apresenta seu trabalho que têm como objetivo principal a obtenção de um modelo de previsão de desempenho de estudantes a partir de dados de interação durante o período de realização de um curso na modalidade à distância. No seu trabalho, propõe identificar as ferramentas mais utilizadas e o impacto dessas no desempenho dos estudantes em uma disciplina. Não foram encontradas referencias sobre a mineração de dados a partir dos dados gerados por um jogo, ou no caso, um objeto de aprendizagem utilizado para apoiar o processo de ensino aprendizagem presencial. III. O Este objeto de aprendizagem - jogo, pode ser utilizado em qualquer tipo de plataforma, desde desktops e notebooks a dispositivos móveis como tablets e smartphones, independentemente do sistema operacional, propõe uma variedade de perguntas, junto a um conjunto de respostas na qual somente uma estará correta. Trabalha com os conhecimentos adquiridos na sala de aula com o propósito de revisá-los. Para ampliar as possibilidades de aproveitamento O reconhecimento e gratificação dos alunos mediante o jogo se dá por meio de moedas virtuais chamada IFCOINS (IFSUL + COINS). O usuário faz login no jogo, escolhe a Área que deseja jogar (neste estudo de caso, Algoritmos); seleciona a Subárea (Programação e Funções); escolhe o idioma que quer responder as questões (no caso, Português e Espanhol), e então inicia o jogo. Tem-se atualmente um conjunto de 51 questões cadastradas que são apresentadas ao jogador de forma aleatória. Cada questão tem 5 alternativas de resposta e duas dicas. Uma questão tem valor de 100 IFCOINS e cada dica diminui 20 IFCOINS e cada tentativa errada subtrai 25 IFCOINS. Dessa forma, quanto mais o aluno acertar as questões sorteadas na determinada subárea, maior a probabilidade de elevar sua pontuação geral no jogo. Quando o jogador desejar sair do jogo, é apresentado a lista dos TOP 5!, ou seja, os cinco jogadores mais pontuados (Figura 01). Para cada pergunta o jogador tem um minuto e meio, tempo mais que suficiente para que o jogador tenha a possibilidade de buscar informação na internet, que lhe permita escolher a resposta correta. Isto resulta em uma forma indireta de ampliar seus conhecimentos, na qual o aluno assume um papel ativo no seu próprio processo de construção cognitiva. É importante demarcar que as questões armazenadas no jogo são de responsabiliade de um professor. Este tem um área no aplicativo, denominada de Professor, na qual o docente defina a área a ser trabalhada, a sub-área e idioma que as questões e respontas serão apresentadas. A partir destas escolhas registra suas questões, as respostas correspondentes e para cada pergunta inserida, pelo menos, duas dicas. Após a 46JAIIO - AGRANDA - ISSN: Página 44

3 conclusão deste processo, as perguntas são mostradas aos Foi realizada uma atividade teórica após a utilização jogadores. AGRANDA, Simposio Argentino do de AO GRANdes da qual DAtos 10 dos 14 estudantes participaram e os resultados enquanto jogo educativo, agrega alguns estão na sequência: conceitos importantes, tais como [13]: a) fixação de conceitos já aprendidos de uma forma motivadora para o aluno; b) a) Dois alunos não responderam; b) Dos 8 alunos que responderam, 60% acertaram as habilidades trabalhadas no jogo; introdução e desenvolvimento de conceitos de difícil compreensão; c) aprender a tomar decisões e saber avaliá-las; c) A maioria dos jogadores com maior pontuação, corresponde a aqueles que mais fizeram tentativas d) significação para conceitos aparentemente incompreensíveis; e) o jogo requer participação ativa do aluno (mesmo com a penalidade dos pontos), ou seja, realmente o OA auxiliou na revisão dos conteúdos. na construção do seu próprio conhecimento; f) a utilização dos jogos é um fator de motivação para os alunos; g) o jogo A partir do gráfico apresentado na Figura 02, favorece a competição sadia e do resgate do prazer em percebe-se que o jogador ao utilizar o jogo, e por repetição da aprender; h) as atividades com jogos podem ser utilizadas para questão, termina por obter uma resposta correta. reforçar ou recuperar habilidades de que alunos necessitem. Figura 01 Lista TOP 5! IV. METODOLOGIA E RESULTADOS Desde o ano de 2013 o jogo está sendo projetado e implementado. Atualmente tem-se três disciplinas sendo utilizadas: Lógica de Programação (introdução), Matemática e Banco de Dados ( com a sub-área especifica de SQL). Escolheu-se para este trabalho um grupo de 14 alunos, que estão repetindo a disciplina de Lógica e Algoritmos do curso de Informática para Internet, modalidade Subsequente. Essa disciplina é ofertada no primeiro semestre do curso e é responsável pelos maiores índices de reprovação. Neste semestre foi proposto aos alunos que fizessem uso pelo menos uma hora por semana, na subárea correspondente a disciplina. Esta interação foi monitorada durante três semanas. As questões do jogo foram criteriosamente selecionadas para que perfaçam todo o conteúdo. Após esse período, um teste foi elaborado sobre os conceitos abordados pelo jogo. Ao final do período proposto, constatou-se que a média de acessos, desse grupo ao jogo foi de 4,85 por aluno, ou seja, quase 5 vezes maior quando comparada ao número de vezes com que realizam atividades em uma lista de exercícios. O número de perguntas acessadas e respondidas, pelos jogadores, foi de Figura 02 Tendência dos Acertos Para a aplicação de EDM neste trabalho, seguiu-se os seguintes passos: 1. Os dados foram extraídos da base de dados do jogo atraves de comandos SQL. O conjunto de atributos que representem de forma adequada os estudantes e os dados foram a pontuação total do aluno no jogo, quantas dicas o aluno utilizou nas questões e o número de tentativas de cada questão gerada. A partir deste ponto, se construiu um arquivo de extensão CSV que na sequencia foi convertido para ARRF ( formato utilizado pela ferramenta WEKA 1 ). 2. neste passo foi o de minerar os dados, os conjuntos de dados selecionados e formatados no passo anterior foram importados para a ferramenta Weka, em que foi realizada a leitura destes dados e aplicado o algoritmo e selecionada a tarefa de mineração de dados. O total de instancias analisadas foram 1808 para dois atributos. 3. os dados foram interpretação e avaliação. O algoritmo utilizado o algoritmo SimpleKmeans que é um algoritmo de agrupamento baseado em prototipos. A escolha desse algoritmo baseou-se no perspectiva de que implementa técnicas de classificação que apresentam bons resultados e cujo uso tem sido frequente em aplicações relacionadas com a área de mineração de dados [14]. Na Figura 03 está o resultado obtido na utilização deste algoritmo. 1 Disponível em 46JAIIO - AGRANDA - ISSN: Página 45

4 No segundo experimento realizado, foi considerada o dado AGRANDA, Simposio Argentino pontos. de GRANdes Este DAtos dado mostra o total de pontos obtidos pelo jogodor na questão, ou seja já descontados a valor das dicas (20 IFCoins) e das tentativas erradas. O resultado é apresentado na Figura 05. Figura 03 Dados Os resultados obtidos com o experimento apontam que 10% das jogadas realizadas pelo jogadores, estes recorreram as dicas para responder a questão proposta porque não conseguiram encontrar a resposta correta na primeira tentativa. Isso pode ser confirmado ao analisarmos o Cluster 1. Na Figura 04 esse resultado pode ser validado. Figura 5 - Tentativas Conforme pode-se conferir na Figura 05, no cluster 0, o aluno que obtem um número elevado de pontos ao responder uma questão, solicita poucas dicas e a tendencia é escolher na primeira ou no maximo na segunda tentativa a resposta correta. Isso demostra que o aluno se apropriou do conteudo estudado na sala de aula. E que o jogo está servindo para reforçar o conteudo estudado. Ao analisar o Cluster 1, percebe-se que o jogador tenta acertar a questão escolhendo uma alternativa aleatória e quando não consegue, solicita alguma dica, com o intuito de somar algum ponto (IFCoins) na questão. Demostrando que não domina o conteudo trabalhado. Figura 04 - Validando CONCLUSÃO Tendo como propósito a aprendizagem, o objeto de é uma sólida ferramenta (jogo) para afirmar conhecimentos previamente adquiridos, e, por que não, também para adquirir novos conceitos e conhecimentos de forma lúdica e estimulante. Somando, como fomento à interação social junto aos colegas de aula, também é um excelente aliado. Não foram encontradas na literatura alguma ferramenta que oferece ao docente a possibilidade de colaborar diretamente, fazendo com que o OA adquira uma magnitude única e especial, convertendo em uma ferramenta interativa e dinâmica, que cresce junto ao aluno (ao mesmo tempo em que o estimula e instrui), motivando a colaboração entre os docentes, conseguintemente, fortalecendo a integração da comunidade. A partir dos resultados obtidos neste primeiro momento, acredita-se que o professor, ao conhecer o jogador/aluno e suas dificuldades, possa ser proativo em suas ações de ensino, possibilitando assim uma aprendizagem mais 46JAIIO - AGRANDA - ISSN: Página 46

5 individualizada. E por mostrar-se atraente, e de fácil utilização espera-se que ganhe espaço, AGRANDA, cada vez Simposio maior, no Argentino de GRANdes DAtos cotidiano do estudante, como forma de estudo e revisão de conteúdos e conceitos. Tem-se a pretensão de desvincular o processo de aprendizagem a um lugar, isto é, permitir a mobilidade do jogador, independente de tempo e espaço. Sendo um REA, pode-se promover a inovação pedagógica e relevância, evitando o ensino voltado para um formato manual. E no sentido de inovação, realizando o processo de mineração da base de dados do jogo, assume uma importância significativa tanto para o docente quanto para o discente, no sentido de fortalecer o processo de ensinar e de aprender. Como trabalhos futuros pretende-se expandir para as demais disciplinas do curso, aumentar a quantidade de questões e aplicar novos algoritmos de EDM. REFERENCES [1] Romero C; Ventura, S. Educational Data Mining: A Review of the State of the Art. IEEE TRANSACTIONS ON SYSTEMS, MAN, AND CY- BERNETICS PART C: APPLICATIONS AND REVIEWS, VOL. 40, NO. 6, November 2010 [2] Wiley, D. Connecting Learning Object s to Instructional Design Theory: a Definition, a Metaphor, and a Taxonomy. In David Wiley (Ed.), [3] Ritterfeld, U., Cody, M., e Vorderer, P. (2009) Serious Games: Mechanisms and Effects, Routledge, Londres, Inglaterra. [4] [5] Borges, C. J. O Lúdico nas Interfaces das Relações Educativas. Revista de Pedagogia 12, Vol. 6, 2005, ISSN: [6] Suchithra R.; Vaidhehi, V.; Iyer, N. E. Survey of Learning Analytics based on Purpose and Techniques for Improving Student Performance. International Journal of Computer Applications, Volume 111, No 1, Fevereiro de [7] Marques, J.L.Q. Mineração de Dados Educacionais: um Estudo de Caso utilizando o Ambiente Virtual do SENAI. Trabalho de Conclusão de Curso. Campina Grande, [8] Manhães, L.N.B, et al. Previsão de Estudantes com Risco de Evasão Utilizando Técnicas de Mineração de Dados. Anais do XXII SBIE - XVII WIE. Aracajú, [9] Cohen, W. (1995). Fast Effective Rule Induction. In Proceedings of ICML-95, Anais do XXVII Simpósio Brasileiro de Informática na Educação (SBIE 2016) V Congresso Brasileiro de Informática na Educação (CBIE 2016). [10] Santos, R. N., de Alburqueque Siebra, C., & Oliveira, E. S. (2014). Uma Abordagem Temporal para Identificação Precoce de Estudantes de Graduação a Distância com Risco de Evasão em um AVA utilizando Árvores de Decisão. In: Anais dos Workshops do III Congresso Brasileiro de Informática na Educação. [11] dos Santos, R. M.M., et al. Análise de Trabalhos sobre a Aplicação de Tecnicas de Mineracao de Dados Educacionais na Previsão de Desempenho Academico. IN: V Congresso Brasileiro de Informática na Educação (CBIE 2016). [12] Herpich, F, et al. Mineração de Dados Educacionais: uma análise sobre o engajamento de usuários em mundos virtuais. IN: V Congresso Brasileiro de Informática na Educação (CBIE 2016). [13] kampff, A.J. C. Mineração de Dados Educacionais para Geração de Alertas em Ambientes Virtuaias de Aprendizagem com apoio à Prática Docente. UFRGS, [14] Grando, R. C. O jogo na educação: aspectos didático-metodológico na educação matemática. Unicamp, [15] Witten, E. Frank, M.A. Hall. Data Mining: Practical Machine Learning Tools and Techniques. San Francisco: Morgan Kaufmann, 3 ed, JAIIO - AGRANDA - ISSN: Página 47

6 ibolsista de Iniciação Científica com recursos da Pró-Reitoria de Pesquisa PROPESP - IFSUL AGRANDA, Simposio Argentino de GRANdes DAtos iibolsista de Iniciação Científica com recursos da Pró-Reitoria de Pesquisa PROPESP IFSUL R.S.J.D. Baker, A.T. Corbett, K.R. Koedinger, S.E. Evenson, I. Roll, A.Z. Wagner, M. Naim, J. Raspat, D.J. Baker, J. Beck. Adapting to When Students Game an Intelligent Tutoring System. In Proceedings of the International Conference on Intelligent Tutoring Systems, p , JAIIO - AGRANDA - ISSN: Página 48