Realidade Virtual em Educação Criando Objetos de Aprendizagem com VRML

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1 Realidade Virtual em Educação Criando Objetos de Aprendizagem com VRML Vânia Marins Centro de Educação a Distância do Estado do Rio de Janeiro - CEDERJ Rua Visconde de Niterói, cep Rio de Janeiro - Brasil. e Laboratório de Pesquisas em Tecnologia da Informação e da Comunicação - LATEC/UFRJ. Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) Av. Pasteur, 280, cep Rio de Janeiro RJ Brasil. Cristina Haguenauer crisjh@terra.com.br Laboratório de Pesquisas em Tecnologia da Informação e da Comunicação LATEC/UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro Av. Pasteur, 280, cep Rio de Janeiro RJ Brasil. Gerson Cunha gerson@lamce.ufrj.br Grupo de Grupo de Realidade Virtual aplicada do Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia - GRVa/LAMCE/COPPE/UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro - Centro de Tecnologia, Bloco I, 214, Ilha do Fundão Rio de Janeiro RJ Brasil. Abstract. This paper presents an analysis of the use of Virtual Reality in Education, using the concept of Learning Objetcs with the technologies of game engines and Virtual Reality Modeling Language (VRML). At the same time presents one prototipe of learning objects developed with the techniques of Virtual Reality selected. Resumo. Este artigo apresenta uma análise sobre o uso de Realidade Virtual em Educação, utilizando-se a Linguagem para Modelagem em Realidade Virtual - Virtual Reality Modeling Language (VRML) e o conceito de Objetos de Aprendizagem. Também apresenta um protótipo desenvolvido para ilustrar e avaliar esta proposta. Palavras Chave: Ensino - Aprendizagem, Realidade Virtual em Educação, Ambientes Virtuais de Aprendizagem, Objetos de Aprendizagem, VRML, Games. 1

2 1. Introdução Este artigo apresenta uma análise sobre o uso de Realidade Virtual em Educação, utilizando-se a Linguagem para Modelagem em Realidade Virtual - Virtual Reality Modeling Language (VRML) e o conceito de Objetos de Aprendizagem. Também apresenta um protótipo desenvolvido para ilustrar e avaliar essa proposta. A análise apresentada parte de uma série de estudos para o uso educativo de Realidade Virtual desenvolvido junto ao Grupo de Realidade Virtual do Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia LAMCE/COPPE/UFRJ em parceria com o Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação LATEC/UFRJ. Lévy afirma Toda e qualquer reflexão séria sobre o devir dos sistemas de educação e formação na Cibercultura deve apoiar-se numa análise prévia da mutação contemporânea da relação com o saber. [Lévy, 2000], isso porque, como aponta Vaz [2000], as tecnologias da informação e da comunicação são cada vez mais responsáveis pela configuração presente e futura de nossa sociedade. Lévy [2000] complementa dizendo que as tecnologias intelectuais suportadas pelo ciberespaço (tecnologias da informação e da comunicação) ampliam, exteriorizam e alteram muitas funções cognitivas humanas como a memória (bancos de dados e hipertextos), a imaginação (simulações), a percepção (sensores digitais, telepresença, realidades virtuais), os raciocínios (inteligência artificial), e favorecem novas formas de acesso à informação. Esses dois autores apresentam uma reflexão sobre as aplicações das tecnologias digitais (da informação e comunicação) no contexto da vida moderna e conseqüentemente nos processos de educação e aprendizagem. Mais que identificar problemas e assinalar soluções para os atuais modelos educacionais, eles apontam uma demanda por novas formas de lidar e de experimentar o conhecimento e a informação, aproveitando a tecnologia de que já dispomos. 2. Realidade Virtual em Educação A Realidade Virtual baseia-se no uso de interfaces computacionais interativas com o objetivo de criar no usuário uma sensação de realidade. Os aspectos que permitem com que a Realidade Virtual crie essa sensação de realidade são: a interação, a imersão e a navegação. A potencialidade do uso de Realidade Virtual em educação está baseada exatamente nestas características, pelo fato de permitir que o aprendiz explore ambientes, processos ou objetos através da interação, imersão e navegação; ou seja, dentro do próprio ambiente de estudo, ele experimenta o conhecimento de forma 2

3 interativa e aprende sobre um assunto a partir de sua imersão no próprio contexto deste assunto. Outros benefícios são observados com o uso de Realidade Virtual em educação. Clark [2006] sugere que a Realidade Virtual pode ser usada para: (1) tornar o aprendizado mais interessante e divertido com o objetivo de melhorar a motivação e a atenção; (2) reduzir custos, quando a utilização do objeto e do ambiente real for mais dispendiosa que a simulação; (3) possibilitar que se explorem situações que são impossíveis de serem feitas no mundo real, por exemplo: explorar um planeta como Marte, viajar dentro do corpo humano, fazer explorações submarinas ou dentro de cavernas, visitar lugares muito pequenos para serem vistos (moléculas) ou muito caros ou muito distantes, ou ainda porque esse lugar está no passado (lugares históricos); (4) acelerar o processo de aprendizagem; (5) integrar habilidades e conhecimentos; (6) aumentar a retenção através do reforço; (7) aumentar a retenção através da sensação de realismo; (8) melhorar a transferência de aprendizagem para o mundo real; (9) acessar o conteúdo de aprendizagem em qualquer lugar e em qualquer tempo (em caso de uso de Realidade Virtual na Internet); (10) eliminar riscos e perigos para o ambiente, para o professor ou para o aprendiz. Devido a esse último benefício, redução de riscos de acidentes, as simulações têm sido cada vez mais utilizadas em treinamento militar, na medicina e na aviação, em campos onde decisões e ações dos aprendizes podem causar danos ou mortes. A Realidade Virtual é uma das possibilidades que as tecnologias da informação e da comunicação oferecem para tratar os conteúdos educativos visando cativar a atenção do aluno, interferindo positivamente na motivação para aprender e na retenção desse aprendizado. Para obtermos um melhor aproveitamento das possibilidades apresentadas pela Realidade Virtual no campo da educação, é preciso, no entanto, identificar métodos e técnicas adequadas para a construção desses conteúdos de aprendizagem e testar sua eficiência. 3. Linguagem para Modelagem em Realidade Virtual - VRML A linguagem para Modelagem em Realidade Virtual (VRML -Virtual Reality Modeling Language) é uma linguagem usada para descrever objetos em 3 dimensões e combinálos em cenários de mundos virtuais. Com a linguagem VRML podemos criar simulações interativas que incorporam física do movimento, como, por exemplo, a sensação de gravidade. A linguagem VRML foi projetada para utilização na Internet; daí sua utilização ser extremamente eficiente em aplicações educacionais. Com VRML é possível construir sites na Internet, com objetos tridimensionais interativos que podem estar ligados a arquivos de texto, áudio, vídeo, ou até mesmo a outros sites e mundos em VRML. Para a visualização dos arquivos em VRML é preciso realizar a instalação de um software auxiliar (plug-in) chamado Cortona, desenvolvido pela empresa 3

4 Parallelgraphics, e disponibilizado gratuitamente na internet, no endereço O uso da linguagem VRML torna-se vantajoso para a criação de aplicações educativas em Realidade Virtual, pela possibilidade que esta linguagem oferece de disponibilização e compartilhamento de documentos através da Internet e também, por ser uma linguagem de livre utilização, semelhante à linguagem normalmente utilizada na construção de páginas na Internet (HTML - Hypertext Markup Language). Os principais desafios para a utilização de VRML no contexto educacional são: (1) alcançar a qualidade gráfica, pois uma das principais metas do bom design é estabelecer credibilidade. [Nielsen, 2000]. (2) conhecer a linguagem VRML, pois, muito embora editores como Cosmo Worlds 2.0 facilitem a criação dos objetos tridimensionais, eles são ainda pouco intuitivos e exigem do desenvolvedor um conhecimento significativo da linguagem. No âmbito desta pesquisa, e no contexto da experimentação da linguagem para a construção do protótipo, foi delineada uma metodologia de projeto, que descrevemos a seguir. Essa metodologia objetiva oferecer uma sistematização e assim enfrentar os desafios de tornar a linguagem VRML mais acessível aos meios educacionais. 4. Metodologia para a criação de objetos de aprendizagem em realidade virtual A metodologia aqui proposta, para a utilização da linguagem VRML em aplicações educacionais, baseia-se em quatro atributos principais: (a) o modelo pedagógico da Aprendizagem Significativa de David Ausubel; (b) a autoria centrada no professor; (c) o formato baseado em Objetos de Aprendizagem; e (d) uma arquitetura modular para a utilização da linguagem VRML. 4.1 Modelo Pedagógico da Aprendizagem Significativa de David Ausubel Foi adotado neste estudo o modelo pedagógico de aprendizagem significativa de David Ausubel [1980]. Esse modelo foi escolhido por sua excelente adaptação ao contexto da aprendizagem em Ambientes Virtuais, a saber: (1) um corpo de conhecimento é muito mais fácil de compreender e lembrar, se for relacionável (ancorável) a idéias preexistentes na estrutura cognitiva do aluno, a Aprendizagem Significativa, o que, segundo Ausubel [1980], facilita a aprendizagem e motiva o aluno. (2) A teoria ausubeliana oferece um sistema de referência de aprendizagem que não necessita alterar substancialmente o atual modelo de ensino-aprendizagem. A estrutura educacional tradicional em sala de aula está voltada para o que Ausubel denomina de aprendizagem verbal receptiva de um corpo de conhecimento por parte do aluno. (3) Outra característica da teoria de Ausubel, que a torna favorável à utilização em Ambientes Virtuais de Aprendizagem é a proposta de aprendizagem centrada no aluno. 4

5 (4) Ausubel afirma, ainda, que as melhores estratégias de ensino são as que permitem a alteração, tanto por parte do professor quanto por parte pelo aluno, do tempo de aprendizagem. (5) Outra grande contribuição da teoria de Ausubel, aplicável aos Ambientes Virtuais de Aprendizagem é o conceito dos Organizadores Prévios, que são materiais introdutórios, apresentados antes do próprio material a ser aprendido, porém contendo um nível mais alto de abstração e generalidade [Moreira, 1983]. A adoção dos Organizadores Prévios ausubelianos representa uma possibilidade de flexibilização na exposição do material didático que pode ser explorada de forma excepcional quando aliado ao uso de realidade virtual. Organizadores Prévios podem ser usados para suprir as deficiências de um aluno, favorecendo uma aprendizagem mais personalizada, ou de um grupo de alunos, desde que tenham sido previamente observados os padrões de aprendizagem do aluno ou do grupo de alunos. 4.2 Autoria centrada no professor No contexto de sua autoria, entendemos que o modelo deve ser centrado no professor, na expressão do subjetivismo, do bom senso, da criatividade e da competência específica do professor-autor que é manifestada no momento em que constrói o conteúdo de aprendizagem que será publicado para os alunos. Lucena [1999] observa que o maior problema encontrado pelos professores, que desejam publicar seus materiais na Internet, é o aprendizado de linguagens de programação necessárias a essa tarefa, e reforça a idéia de que ao professor basta dominar sua área de conhecimento. A essas afirmações, acrescentaríamos que a preparação de bons conteúdos para e-learning também requer uma linguagem apropriada para a Internet: um conjunto de habilidades que não fazem parte da formação dos professores, daí a dificuldade encontrada por eles, pelo menos até agora. Temos observado que a alternativa para suprir essa falta ou dificuldade é a utilização de equipes de trabalho formadas por designers instrucionais, ilustradores, revisores, webdesigners e programadores da linguagem flash (flashdesigners). No entanto, essa metodologia tira do professor sua autonomia, ficando ele inserido numa espécie de linha de montagem, fazendo apenas a parte da criação do conteúdo. Misanchuk [1992, p.2], no contexto do design de materiais impressos, oferece-nos uma outra idéia, afirmando que Não é esperar demais dos educadores que eles produzam materiais com aparência profissional. E isso é o que eles desejam quando têm a oportunidade de fazê-lo. Ele acredita que os educadores não devem perder a oportunidade de criarem eles mesmos seus materiais de aprendizagem. Junto a isso, observamos uma tendência das interfaces gráficas de cada vez mais oferecer autonomia ao usuário comum. Quem utilizou computadores, antes do surgimento das interfaces gráficas, deve se lembrar de que era necessário memorizar um bom número de comandos para operar o 5

6 sistema operacional (DOS) e os softwares de processamento de textos (como, por exemplo, o Carta Certa). O que presenciamos hoje, com o advento das interfaces gráficas e dos dispositivos plug-and-play, é uma acessibilidade bem maior. É nessa linha que concebemos a autoria para ambientes virtuais, e dessa forma, propomos um modelo para a utilização de VRML em aplicações educacionais, seguindo a tendência de oferecer maior grau de autonomia ao usuário comum Objetos de Aprendizagem Objetos de Aprendizagem podem ser entendidos, segundo Muzio et al [apud Bettio e Martins, 2004], como um fragmento reutilizável de informação independente de mídia, que é construído com início, meio e fim. Uma das maiores vantagens do uso do conceito de Objetos de Aprendizagem é a sua possibilidade reutilização. Para que seja possível a reutilização, são criados padrões de indexação para o armazenamento e busca dos objetos. Para efeitos deste estudo, é adotado como exemplo de possibilidade, o padrão recomendado pela RIVED Rede Internacional Virtual de Educação, (programa da Secretaria de Educação a Distância SEED, ligado ao MEC, que tem por objetivo a produção de conteúdos pedagógicos digitais na forma de objetos de aprendizagem). A rede RIVED adota e recomenda a utilização de um padrão de indexação internacional baseado em atributos, adotado pelo Global Learning Consortium, Inc. e pela The Dublin Core Metadata Initiative. Na figura 1 é mostrado um exemplo das fichas de indexação da RIVED. Figura 1. Exemplo das fichas dos objetos de aprendizagem da RIVED. Disponível em Arquitetura de objetos de aprendizagem construídos com VRML 6

7 Durante a construção do protótipo, observamos que para a materialização dos conceitos delineados na metodologia de projeto torna-se necessário a criação de uma arquitetura modular para o dimensionamento dos mundos virtuais em VRML que seja composta de: especificações para dimensionamento dos mundos virtuais e escalas dos objetos, bibliotecas de objetos tridimensionais e de interações pré-programadas. Esta arquitetura deverá ser capaz de oferecer um maior grau de precisão e sistematização do processo de desenvolvimento dos objetos de aprendizagem e oferecer condições para a reutilização de seus componentes em outros objetos e mundos virtuais. A seguir é analisado o modelo conceitual para a construção de Objetos de Aprendizagem a partir da Linguagem para Modelagem em Realidade Virtual - Virtual Reality Modeling Language (VRML). 5. Desenvolvimento do protótipo de objeto de aprendizagem com VRML A figura 2 mostra uma imagem do protótipo de objeto de aprendizagem que foi desenvolvido com a linguagem VRML no contexto desta pesquisa. Ele é composto de um modelo tridimensional da molécula do DNA para ser utilizado no contexto de aprendizagem de química ou de biologia. É mostrado através do software auxiliar (plugin) Cortona da Parallelgraphics, que torna possível exibir o objeto em VRML dentro da janela do navegador de Internet. O software auxiliar Cortona disponibiliza um quadro no centro da página onde controles de navegação permitem ao aprendiz explorar o objeto. Existe também a possibilidade de se modificar o ângulo de visão, aproximando, afastando e rodando o objeto com a utilização apenas do mouse. Uma outra possibilidade oferecida pela linguagem VRML, e que foi utilizada neste protótipo, é a inserção de links no ambiente e nos objetos que permitem disponibilizar em janelas laterais (retângulo cinza mostrado na figura 2) da página na Internet, informações sobre o objeto de estudo. 7

8 Figura 2. Objeto de Aprendizagem desenvolvido com a utilização de linguagem VRML. Acessível em Para o desenvolvimento do protótipo, foi utilizado o editor de VRML CosmoWorlds 2.0 da Silicon Graphics, cuja área de trabalho é mostrada na figura 3. O editor Cosmo Worlds 2.0 oferece uma maior facilidade na elaboração dos objetos virtuais, por disponibilizar as formas geométricas primitivas prontas, cabendo ao projetista anexá-las para obter a forma desejada e interações pré-programadas, porém, ainda é preciso, em alguns momentos, interagir diretamente com o código de programação. 8

9 Figura 3. Interface do Editor Cosmo Worlds Considerações finais As mudanças que ocorrem nos meios de produção, de serviços e de comunicação demandam novas formas de conceber os conteúdos educativos para integrá-los e aproximá-los ao contexto dos aprendizes. A Realidade Virtual surge como uma possibilidade para a criação de conteúdos educativos mais criativos e mais integrados com a tendência de imersão e interatividade que as tecnologias da informação e da comunicação nos oferecem. Para obtermos um melhor aproveitamento das possibilidades oferecidas pela Realidade Virtual no campo da educação, é preciso, antes de tudo, identificar as técnicas e métodos mais adequados para a construção dos conteúdos de aprendizagem e testar sua eficiência. A linguagem VRML surge como uma excelente ferramenta para a verificação dessas possibilidades, pois sua utilização ocorre em um contexto online, além de se tratar de software livre, o que representa um ganho significativo em termos de custos de produção. O desenvolvimento de uma metodologia de projeto é um dos desafios para o desenvolvimento de Objetos de Aprendizagem utilizando Realidade Virtual, pois mesmo com a utilização de editores, a criação de objetos em VRML ainda necessita de conhecimentos técnicos pouco acessíveis ao professor, mesmo que ele possua alguma proficiência em informática. 9

10 A metodologia aqui delineada também comporta um aprofundamento, no sentido de oferecer ao professor fundamentos que possibilitem a criação de roteiros para o desenvolvimento dos objetos virtuais, que prevejam soluções de interatividade, de estilos de narrativas [Murray, 1993] e de uso de cores mais adequados para as diversas faixas etárias do público alvo e para os diferentes objetivos de aprendizagem. Para tanto, no âmbito desta pesquisa, ainda estão previstos estudos complementares de linguagens, como a do cinema e dos games, que possam ser transpostas para o contexto da aprendizagem. O desenvolvimento do protótipo demonstrou que o principal desafio para a utilização de Realidade Virtual em educação é qualidade gráfica aliada ao significativo conhecimento de linguagem de programação, pois mesmo os editores gráficos disponíveis são ainda limitados e difíceis de utilizar. Também existe a necessidade de se ampliar o estudo das teorias de aprendizagem, aplicáveis ao contexto dos ambientes virtuais, de se avaliar outros editores para a linguagem VRML, além do CosmoWorlds 2.0, e de se aprofundar a metodologia de projeto proposta, principalmente no que se refere a ao item arquitetura dos objetos de aprendizagem. 7. Referências Bibliográficas Ausubel, D. P.; Novak, J. D.; Hanesian, H. (1980) Psicologia Educacional,. Editora Interamericana, Rio de Janeiro. Bettio, Raphael Winckler e Martis, Alejandro (2006) Objetos de Aprendizado: Um novo modelo direcionado ao Ensino a Distância, Maio. Clark, Donald (2006) Motivation in e-learning Março. Levy, Pierre. As Tecnologias da Inteligência. São Paulo: Editora 34, 2004 Lucena, J.P.; Fuks, H.; Milidiu, R. etal. *AulaNet: Ajudando Professores a Fazerem seu Dever de Casa* Anais do XIX Congresso Nacional da Sociedade Brasileira de Computação PUC- Rio, 1999 vol.i. p Misanchuk, Earl R.(1992) Preparing Instructional Text - Document Design Using Desktop Publishing, Educational Technology Publications, New Jersey. Moreira, Marco Antonio (1983) Uma Abordagem Cognitivista do Ensino de Física Editora da Universidade, Porto Alegre. Murray, Janet (2003). Hamlet no Holodeck, Editora UNESP. Nielsen, Jakob. *Projetando Websites. *Rio de Janeiro: Editora Campus, p.416. Padrões RIVED (2006) Guia do Professor RIVED - Rede Interativa Virtual de Educação, Maio. Pantelidis, V. S. (2006) Suggestions on When to Use and When Not to Use Virtual Reality in Education, Março. 10

11 Pinho, Márcio S. (1996) Realidade Virtual como Ferramenta de Informática na Educação In: Anais do SBIE (Simpósio Brasileiro de Informática na Educação), Belo Horizonte, Minas Gerais. Pollo, Luis Fernando (2006) Software para a Geração Automática de Modelos 3D em VRML, Maio. Vaz, Paulo Esperança e Excesso, ECO/UFRJ, Rio de Janeiro, Disponível em _Acessado em