Análise de usabilidade do software de programação de três kits comerciais de robótica educacional. Rodrigo Sevinhago, Adriana Herden, Marcos Banheti Rabello Vallim UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná CIPECA Centro Integrado de Pesquisa em Controle e Automação Avenida Alberto Carazzai, 1640. Centro. CEP 86300-000 Cornélio Procópio, PR rodrigosevinhago@uol.com.br, herden@utfpr.edu.br, mvallim@utfpr.edu.br Resumo. Este trabalho descreve um estudo que teve por finalidade fazer uma análise comparativa de usabilidade de três kits comerciais de robótica educacional, sendo eles o MINDSTORMS NXT da LEGO, ROBO MOBILE da FISCHERTECHNIK, e o kit ALFA da PNCA. O estudo é baseado em métodos e técnicas de usabilidade consolidados, sendo que os resultados da análise serão aplicados no desenvolvimento de um Modelo de Referência para o ensino de robótica. Este no contexto de um projeto que visa incentivar estudantes de ensino médio das escolas públicas a seguirem carreiras em ciência e tecnologia. 1. Introdução Motivar e tornar a passagem do nível médio ao superior mais amena, integrando a formação básica com a formação na universidade é um dos objetivos principais do PROMOVE (Programa de Melhoria e Valorização da Engenharia), implantado pelo governo federal, através do MEC (Ministério da Educação) em consórcio com a ABENGE (Associação Brasileira de Ensino de Engenharia), e financiado com recursos da FINEP (Financiadora de Estudos e Projetos) [1]. Dentre as ações do programa, está a aplicação de recursos em projetos que incentivem a participação de estudantes de elevado desempenho acadêmico em cursos superiores na área das ciências básicas, tecnologia e engenharia. Com isso, o país passa a contar com um instrumento do governo para garantir a continuidade e melhoria dos padrões de desenvolvimento científico e tecnológico. O projeto Ninho de Pardais surgiu em 2007, da oportunidade criada com a abertura da Chamada Pública MCT/FINEP/FNDCT PROMOVE Engenharia no Ensino Médio 05/2006, a qual visava apoio financeiro à implementação de projetos inovadores a fim de promover a interação das ciências da engenharia com o ensino em escolas de nível médio [2]. 394
Uma das principais metas físicas do projeto Ninho de Pardais é desenvolver um kit de robótica educacional, para utilização em oficinas de robótica com estudantes de ensino médio das escolas públicas da região abrangida pelo mesmo. Nesse contexto, é necessário um estudo sobre interfaces de programação dos robôs, instaladas nos computadores, as quais são um componente essencial dos kits [3]. Assim, o objetivo deste trabalho é demonstrar os resultados do estudo e aplicação de métodos e técnicas para a inspeção de usabilidade [4]. Tais métodos e técnicas foram empregados por uma equipe de avaliadores em três kits comerciais de robótica educacional, visando a obtenção de orientações para o desenvolvimento de um Modelo de Referência para o ensino de robótica. Os aspectos que descrevem este modelo foram obtidos por meio da aplicação do método de avaliação de software denominado análise de características. O restante do artigo está estruturado da seguinte forma: a seção 2 descreve os kits de robótica analisados; a seção 3 aborda os métodos e técnicas que fundamentam a análise de usabilidade dos kits estudados; a seção 4 apresenta os resultados da análise dos kits comerciais estudados; e ao final, a seção 5 descreve as conclusões e perspectivas de aplicação dos resultados, no contexto do projeto Ninho de Pardais. 2. Os Kits Analisados Atualmente, o mercado dispõe de dezenas de kits de robótica educacional. A maioria deles é produzida e importada. A escolha dos kits a serem estudados baseou-se, principalmente, na participação no mercado. Assim sendo, através de pesquisa na Internet, foi observado que duas empresas têm a primazia do mercado de robótica educacional no Brasil. A primeira é a empresa LEGO. A segunda é a FISCHERTECHNIK. Além disso, foi observado uma empresa nacional que vem se destacando nesse mercado. Tal empresa é a PNCA. De cada uma dessas empresas, foi escolhido, respectivamente, o kit LEGO MINDSTORMS NXT, o kit ROBO MOBILE e o kit ALFA. Cada um desses kits possui uma interface de programação de robôs específica, para o computador, as quais são descritas adiante. Neles foram aplicadas técnicas de inspeção de usabilidade. 2.1. LEGO MINDSTORMS NXT O kit LEGO MINDSTORMS NXT versão 1.1 é desenvolvido pela LEGO e o mesmo possui um grande diferencial, que possibilita o usuário interagir facilmente com o ambiente de programação. Pois utiliza em seus modelos de programação animações integradas ao ambiente, no qual o aluno seleciona as tarefas e recursos, como exemplo os sensores, para que o robô participe dos desafios. [5]. A Figura 1 mostra o ambiente de programação dessa ferramenta. 395
Figura 1. Exemplo da Inserção de Figuras Figura 1. Ambiente de programação do kit LEGO MIDNSTORMS NXT. 2.2. ROBO MOBILE O kit ROBO MOBILE é desenvolvido pela FISCHERTECHNIK. O mesmo utiliza o software ROBOPro versão 1.2.1.31 como interface de programação de robôs. Tal software possui certas características em seus modelos de programação. Como apresentações de blocos prontos de programação, o que dificulta o entendimento do passo-a-passo da programação. Em contrapartida, este ambiente apresenta ícones representativos para a programação do robô [6]. A Figura 2 mostra o seu ambiente de programação. 2.3. ALFA O kit ALFA é desenvolvido pela PNCA Robótica e Eletrônica. Utiliza como interface de programação o software LEGAL 2008, o qual possui algumas desvantagens. Pois o nome dado para o arquivo texto em seus modelos de programação não são significativos. Tal fato torna a utilização do ambiente de programação confusa [7]. A Figura 3 mostra o ambiente de programação, no qual foram aplicadas as técnicas de inspeção de usabilidade. 396
Figura 2. Ambiente de programação do kit FISCHERTECHNIK. Figura 3. Ambiente de programação do kit PNCA. 397
3. Métodos e Técnicas de Análise de Usabilidade Entende-se por usabilidade a facilidade com que as pessoas podem empregar uma ferramenta ou objeto, a fim de realizar uma tarefa específica, ela pode mostrar os princípios da eficiência percebida de um objeto [8]. Método empírico é o principal modo de se avaliar a interação do usuário com o sistema [8]. Desse modo, foi possível escolher um grupo de oito avaliadores, alunos da instituição, que possuíam conhecimentos em informática, os quais fizeram o papel dos usuários finais. A partir desta escolha o grupo pode avaliar empiricamente os kits de robótica educacional, a fim de encontrar problemas de usabilidade. As técnicas escolhidas para avaliar os softwares foram as seguintes: avaliação heurística e percurso cognitivo [8]. Os motivos de escolha destas técnicas são o seu baixo custo, e também a não exigência de grande experiência, ou ainda grande treinamento dos avaliadores, proporcionando a eles também uma grande experiência educacional [9]. 3.1. Avaliação Heurística É um método de inspeção de usabilidade barato e que pode ser realizado em um curto intervalo de tempo. Este método pode ser realizado envolvendo uma quantidade mínima de dois avaliadores que tem por objetivo examinarem a interface de um determinado sistema tomando por base as heurísticas, que nada mais é, que uma lista de diretrizes que devem estar presentes em sistemas. Ao avaliarem os usuários tem que justificar sua posição na forma de manipulação do sistema fundamentando-se nas heurísticas [8]. A Tabela 1 mostra a lista utilizada de heurísticas. Heurísticas de Usabilidade 1. Visibilidade do status do sistema sistema precisa manter os usuários informados sobre o que está acontecendo, fornecendo um feedback adequado dentro de um tempo razoável. 2. Compatibilidade do sistema com o mundo real sistema precisa falar a linguagem do usuário, com palavras, frases e conceitos familiares ao usuário, ao invés de termos orientados ao sistema. Seguir convenções do mundo real, fazendo com que a informação apareça numa ordem natural e lógica. 3. Controle do usuário e liberdade usuários frequentemente escolhem por engano funções do sistema e precisam ter claras saídas de emergência para sair do estado indesejado sem ter que percorrer um extenso diálogo. Prover funções undo e redo. 4. Consistência e padrões usuários não precisam adivinhar que diferentes palavras, situações ou ações significam a mesma coisa. Seguir convenções de plataforma computacional. 5. Prevenção de erros melhor que uma boa mensagem de erro é um design cuidadoso o qual previne o 398
erro antes dele acontecer. 6. Reconhecimento ao invés de relembrança tornar objetos, ações e opções visíveis. O usuário não deve ter que lembrar informação de uma para outra parte do diálogo. Instruções para uso do sistema devem estar visíveis e facilmente recuperáveis quando necessário. 7. Flexibilidade e eficiência de uso usuários novatos se tornam peritos com o uso. Prover aceleradores de formar a aumentar a velocidade da interação. Permitir aos usuários experientes "cortar caminho" em ações freqüentes. 8. Estética e design minimalista diálogos não devem conter informação irrelevante ou raramente necessária. Qualquer unidade de informação extra no diálogo irá competir com unidades relevantes de informação e diminuir sua visibilidade relativa. 9. Ajudar os usuários a reconhecer, diagnosticar e corrigir erros mensagens de erro devem ser expressas em linguagem clara (sem códigos) indicando precisamente o problema e construtivamente sugerindo uma solução. 10. Help e documentação embora seja melhor um sistema que possa ser usado sem documentação, é necessário prover help e documentação. Essas informações devem ser fáceis de encontrar, focalizadas na tarefa do usuário e não muito extensas. 3.2. Percurso Cognitivo Tabela 1. Versão revisada das heurísticas [8]. É um método em que o avaliador simula o sistema utilizado pelo usuário para desenvolver suas habilidades de interface. Este método avalia o usuário na sua facilidade de aprendizado, que é desenvolvido de forma exploratória. Este método se divide em duas fases que são: fase preparatória e fase de análise. Na preparatória o avaliador define as tarefas do usuário, já na análise tem como objetivo descrever uma conclusão positiva do sistema informando todo conhecimento obtido na tarefa realizada [8]. A Tabela 2 mostra o processo do percurso cognitivo. Percurso Cognitivo Fase Preparatória * Analistas definem tarefas, seqüências de ações para cada tarefa, população de usuários e a interface a ser analisada. 1. Quem serão os usuários do sistema? 2. Qual tarefa (ou tarefas) deve ser analisada? 3. Qual é a correta seqüência de ações para cada tarefa e como pode ser descrita? 4. Como é definida a interface? 399
Percurso Cognitivo Fase de Análise * Objetiva contar uma estória verossímil que informe sobre o conhecimento do usuário e objetivos, e sobre o entendimento do processo de solução de problemas que leva o usuário a "adivinhar" a correta solução. Analistas respondem 4 questões: 1. Os usuários farão a ação correta para atingir o resultado desejado? 2. Os usuários perceberão que a ação correta está disponível? 3. Os usuários irão associar a ação correta com o efeito desejado? 4. Se a ação correta for executada os usuários perceberão que foi feito um progresso em relação a tarefa desejada? 4. Método Análise de Características Tabela 2. Processo do percurso cognitivo [8]. Após a aplicação de métodos e técnicas de usabilidade nos kits, optou-se pelo resumo e formalização dos resultados obtidos, a fim de expressar a qualidade do ponto de vista geral de cada kit analisado. Esta técnica chama-se análise de características, que lista os melhores aspectos para compor o novo software. Para cada uma destas características atribui-se um grau de importância. E o resultado final destaca qual kit obteve maior nota [10]. 5. Resultados Os resultados obtidos com a avaliação heurística e percurso cognitivo foram de grande importância, com os resultados da avaliação heurística empregada em cada software, foi possível criar um quadro comparativo entre os três kits, demonstrando em quais heurísticas houve violações, identificadas pela presença da letra x, e também em quais kits foram encontradas tais violações. A Tabela 3 mostra esses resultados organizados pelo número das heurísticas violadas. KITS HEURISTICAS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ROBÔ MOBILE x x x x ALFA x x NXT x x x Tabela 3. Comparação das falhas encontradas na avaliação heurística. Com os resultados encontrados no percurso cognitivo identificaram-se as dificuldades dos usuários na forma exploratória e o que este usuário estaria aprendendo com a manipulação do software, demonstrando que antes de executar a tarefa, ele deve conhecer o significado e a funcionalidade dos itens, que são referentes às ações programáveis de um robô. Assim ele entenderá como se baseia a lógica de programação 400
para a movimentação do protótipo. A partir da análise de usabilidade identificaram-se as características fundamentais e mais importantes, que poderiam estar presentes em um futuro modelo de referência para o ensino de robótica. A Tabela 4 mostra os resultados obtidos com a análise de características. Kits Características NXT ALFA ROBO MOBILE Importância Ambiente de Programação (AP): Interativo (Fácil de usar) 5 4 3 4 Recria modelos mentais para tarefas dos usuários 4 0 3 5 Usa recursos para feedback das ações na programação 5 5 0 4 Usa metáforas e ícones 5 1 2 5 Usa abstração do mundo físico para o mundo digital 5 1 4 5 Modelo de Programação (MP): Permite flexibilidade de alteração no MP 0 5 5 4 Permite o reuso (de partes/do código inteiro) do MP 1 5 5 4 Quanto à forma de apresentação do MP (Textual/Gráfico/Som/Vídeo) 5 1 4 5 Associa a construção mecânica do robô a programação (manual do kit) 5 0 3 4 Integração do MP com o Ambiente de Programação 5 0 0 5 Configuração das Ações dos Robôs Configuração dos Motores (direção/velocidade/duração) 5 1 3 4 Configuração dos Sensores (tempo/velocidade/intensidade/por eventos) 5 1 3 4 Finalização da Programação Verificação de falhas na programação 2 4 4 3 Transmissão de arquivo (download) 4 3 5 2 238 117 175 Tabela 4. Tabela de análise de características. 6. Conclusões e Perspectivas Neste trabalho foi apresentado um estudo de usabilidade de três kits comerciais de robótica educacional. O estudo foi baseado em métodos e técnicas de usabilidade de software que são amplamente utilizadas na área. Os resultados do estudo servirão de subsídio para a elaboração um Modelo de Referência para o aprendizado da robótica educacional, aplicado ao desenvolvimento de um kit de robótica no projeto Ninho de Pardais. Tal projeto visa incentivar estudantes de ensino médio das escolas públicas a seguirem carreiras em ciência e tecnologia. Foram analisados softwares para robótica educacional, enfatizando o estudo e comparação do aprendizado. Percebeu-se que a presença de dois itens seria essencial para o aprendizado, a saber: o Ambiente de Programação, e os Modelos de Programação. Assim quanto melhor a apresentação e integração destes, melhor resultados durante a programação terão para os desafios. 401
A composição do Modelo de Referência considera também que a flexibilidade de alterações e reuso dos Modelos de Programação devem estar disponíveis para os usuários. A apresentação do modelo de programação é fundamental para o entendimento da robótica o que também induz ao aprendizado. E a integração deste Ambiente de Programação permite programar e aprender ao mesmo tempo. Como proposta de continuidade, pretende-se estudar sobre acessibilidade para ser empregada no kit do projeto Ninho de Pardais. Agradecimentos O trabalho é financiado pela FINEP Financiadora de Estudos e Projetos (REF. 4971/06). O mesmo é resultado de uma parceria entre a Universidade Tecnológica Federal do Paraná Campus Cornélio Procópio (UTFPR-CP) e a Secretaria Estadual de Educação do Estado do Paraná (SEED-PR). O projeto conta ainda com o apoio da Fundação de Apoio à Educação, Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico da UTFPR (FUNTEF) e da Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná (FA). Referências [1] Abenge. Programa de Modernização e Valorização das Engenharias PROMOVE Revista de Ensino de Engenharia, vol. 22, n. 2, dez. 2003, p1-5. [2] Finep. Chamada Pública MCT/FINEP/FNDCT PROMOVE Engenharia no Ensino Médio 05/2006. Disponível em: <http://www.finep.gov.br//fundos_setoriais/outras_chamadas/editais/chamada_publica _MCT_FINEP_FNDCT_PROMOVE_Eng_Ensino%20Medio_05_2006.pdf>. Acesso em: 21 jun. 2009. [3] Herden, A; Patriarcha, D. F.; Sevinhago, R. Desenvolvimento de componentes para ações comuns de um robô móvel, usando um ambiente simulado em JAVA. XIII Seminário de iniciação científica e tecnológica, UTFPR. Curitiba, out., 2008. [4] Herden, A; Vallim, M. B. R; Sevinhago, R. Um Modelo de Referência para o Ensino de Robótica usando Ambiente Simulado. I Seminário de pesquisa júnior, UTFPR, Cornélio Procópio, abr., 2009. [5] Lego, LEGO MINDSTORMS Edu NXT Software/Tutorial. Versão 1.1. Ano 2007. [6] Fischertechnik, ROBOPro Software/Tutorial. Versão 1.2.1.31. Ano 2006. [7] Pnca, LEGAL 2008 Software/Tutorial. Versão 2.03. Ano 2008. 402
[8] Rocha, H. V.; Baranauskas, M. C. C., Design e avaliação de interfaces humanocomputador, cap. Avaliação de Interfaces, Nied, Campinas, 2003, p. 160-208. [9] Preece, J.; Rogers, Y.;Sharp, H. V. Design de interação: além da interação homemcomputador. Bookman, Porto Alegre, 2005. [10] Pfleeger, S. L., Engenharia de software: teoria e prática, cap. Avaliando produtos, processos e recursos. Prentice Hall, São Paulo, 2. ed., 2004. p. 415-457. 403