O R G A N I Z A D O R E S
Edson de Almeida Rego Barros
Melanie Lerner Grinkraut
Angela Hum Tchemra
Doralice Inocêncio
ANAIS - 2010
Apoio:
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1
29/11/2010, 15:45
ANAIS - 2010
Apoio:
O R G A N I Z A D O R E S
Edson de Almeida Rego Barros
Melanie Lerner Grinkraut
Angela Hum Tchemra
Doralice Inocêncio
São Paulo
2010
I
© Alice is copyright of
Carnegie Mellon University
© 2010 - Instituto Presbiteriano Mackenzie
Rua da Consolação, 896 – Prédio 6
Cep: 01.302-907 – São Paulo/SP – Brasil
Tel: 55(11) 2114-8552
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Impresso no Brasil
Universidade Presbiteriana Mackenzie
Augustus Nicodemus Gomes Lopes
Chanceler
Pedro Ronzelli Júnior
Reitor
Cleverson Pereira de Almeida
Decano de Extensão
Marcel Mendes
Diretor da Escola de Engenharia
Edson de Almeida Rego Barros
Coordenador Geral do Alice Brasil
Organizadores dos Anais:
Edson de Almeida Rego Barros
Melanie Lerner Grinkraut
Angela Hum Tchemra
Doralice Inocêncio
Comitê Consultivo:
Dr. Adilson Vieira
Dr. Ademar Pereira
Dra. Ana Maria Porto Castanheira
Dr. Cleverson Pereira de Almeida
Dr. Antônio Gonçalves de Mello Júnior
Ms. Antônio Marcos Ferraz Campos
Ms. Francisco Solano Portela
Ms. Gilson Alberto Novaes
Dra. Helena Bonito Couto Pereira
Dra. Leila Figueiredo de Miranda
Ms. Lindberg Clemente de Morais
Dr. Manassés Claudino Fontelles
Dr. Marcel Mendes
Ms. Paulo Ferreira
Dr. Pedro Ronzelli Jr.
Dra. Sandra Maria Dotto Stump
Dra. Terezinha Jocelen Masson
Dra. Yara Maria Botti M. de Oliveira
Comitê de Organização:
Dra. Ana Júlia Ferreira Rocha
Dra. Angela Hum Tchemra
Ms. Daniel Arndt Alves
Dr. Edson de Almeida Rego Barros
Ms. Edson Tafeli Carneiro Santos
Ms. Doralice Inocêncio
Ms. Lindberg Clemente de Morais
Ms. Magda Aparecida Salgueiro Duro
Dr. Marcel Mendes
Dra. Melanie Lerner Grinkraut
Dr. Osvaldo Ramos Tsan Hu
Dr. Paulo Alves Garcia
Comitê Internacional do Programa:
Ms. Alcides Ferreira da Silva
Dra. Ana Júlia Ferreira Rocha
Ms. Ana Maria C. Babbini Marmo
Dra. Célia Mendes Carvalho Lopes
Dr. Daniel Benitez Barrios
Ms. Gilberto Teixeira da Silva
Dr. Edson de Almeida Rego Barros
Dr. Edvaldo Ângelo
Ms. Lincoln Cesar Zamboni
Ms. Lindberg Clemente de Morais
Ms. Magda Aparecida Salgueiro Duro
Dr. Marcel Mendes
Dr. Marcos Stefanelli Vieira
Dr. Osvaldo Ramos Tsan Hu
Dr. Paulo Alves Garcia
Dr. Sergio Pamboukian
Dra. Silmara Alexandra da Silva Vicente
Dr. Ubirajara Carnevale de Moraes
Os autores dos artigos presentes neste volume atribuíram previamente todos os direitos autorais dos originais para o
Congresso ALICE BRASIL 2010, que ocorreu em São Paulo no período de 02 a 03 de março do mesmo ano, no Campus da
Universidade Presbiteriana Mackenzie. O conteúdo dos textos destes Anais é de exclusiva responsabilidade de seus
autores; a reprodução para fins acadêmicos é permitida, desde que citada a fonte.
Web Page: http://www.alicebrasil.com.br / e-mail: [email protected]
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
(Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)
Alice Brasil : anais 2010 / organizadores Edson de Almeida Rego
Barros, Melanie Lerner Grinkraut, Angela Hum Teixeira, Doralice Inocêncio -- São Paulo : Páginas & Letras Editora e Gráfica,
2010.
Vários autores.
1. Alice (Software) 2. Ciência da computação - Congressos 3.
Pesquisa educacional 4. Software - Desenvolvimento I. Barros,
Edson de Almeida Rego. II. Grinkraut, Melanie Lerner. III. Teixeira,
Angela Hum. IV. Inocêncio, Doralice.
10-12969
CDD-004.06
Índices para catálogo sistemático:
1. Ciência da computação : Congressos : Anais
II
004.06
Sumário
Créditos
Apresentação
Doralice Inocêncio .............................................................................................................................................................................. 6
Mensagem do diretor da Escola de Engenharia
Prof. Dr. Marcel Mendes ...................................................................................................................................................................... 7
Era uma vez o congresso ALICE BRASIL 2010
Edson Barros ........................................................................................................................................................................................ 8
O perfil dos participantes do 1º Congresso Brasileiro sobre o software Alice
Raquel Cymrot, Melanie Lerner Grinkraut, Osvaldo Ramos Tsan Hu,
Paulo Alves Garcia e Edson de Almeida Rego Barros ...................................................................................................................... 11
Tutorial para lógica de programação usando ALICE
Andréa Zotovici e Carlos Eduardo Dantas de Menezes .................................................................................................................... 17
ALICE no ensino de computação para crianças
Danielle Cordeiro Pedrosa e Sergio Vicente Denser Pamboukian .................................................................................................. 21
Ensino de Matemática com o Software ALICE
Angela Hum Tchemra e Melanie Lerner Grinkraut ............................................................................................................................ 27
Uma experiência no ensino de computação gráfica em Cursos de Ciência e Engenharia da Computação
An experience in teaching graphics computing for Courses of Science and Computer Engineering
Osvaldo Ramos Tsan Hu, Edson de Almeida Rego Barros, Paulo Alves Garcia,
Sergio Vicente Denser Pamboukian e Lincoln Cesar Zamboni .............................................................................................................................................................................. 35
Geração de objetos gráficos 3D-Studio Max
Raphael de Oliveira Cardoso, Renato Oliveira de Pinho, Dennis Floripes Becker e Edson de Almeida Rego Barros ............... 39
Importação de um objeto de extensão “ASE” no Software ALICE
Renato Oliveira de Pinho, Dennis Floripes Becker, Raphael de Oliveira Cardoso e Edson de Almeida Rego Barros ............... 45
Proposta de uso do Software ALICE para Ensino de Crianças com Síndrome de Down
Robson Alves Ribeiro, Sidney Aparecido Somera Junior, Stella Maris Pompeo Batista e Osvaldo Ramos Tsan Hu ................ 49
Teste de usabilidade da interface do Software Educacional ALICE
Jason Jefferson Cristian de Castro Pires e Osvaldo Ramos Tsan Hu ............................................................................................ 55
As novas mídias na escola: possibilidades na formação de docentes
Heinrich Fonteles, Lenize Villaça, Carlos E. Xavier, Hendrix Santos, Carolina Santos, David Oliveira, Fabio Lazaro,
Marcel Freitas, Rodolfo Almeida, Débora Santos, Sandra Escudero, Adriana Benanti, Hsiu Chen, Julia Silva e Rita C. Coppola 59
Using 3D Web-based graphics and information visualization technology for supporting collaborative learning
Jorge Ferreira Franco, Renato Aparecido de Farias e Roseli de Deus Lopes ............................................................................... 65
Use of computer modeling for teaching electromagnetics
Edson Tafeli Carneiro Santos, Antonio Marcos Ferraz de Campos, Marcelo Bender Perotoni,
Marcos Stefanelli Vieira e Paulo Alves Garcia ..................................................................................................................................... 73
Relação de Autores dos artigos técnicos ........................................................................................................................... 80
Fundo Mackenzie de Pesquisa ............................................................................................................................................ 81
III
Apresentação
Doralice Inocêncio
A
LICE BRASIL
pode, em princípio, despertar
certa curiosidade
àqueles que se deparam com o nome. O
que seria? Uma mulher? Uma peça teatral? Uma paródia ao filme Alice no país das maravilhas? O que é então?
Para os que desconhecem seu contexto, logicamente
causa espanto – um software educativo? Que possibilita
o desenvolvimento da lógica da programação? Do
desenvolvimento do raciocínio lógico? Da compreensão
e resolução de problemas? Como assim? Ainda
perguntariam os que não o conhecem...
Inicialmente desenvolvido pela Carnegie Mellon
University, o software tem como proposta o ensino de
programação, mas dada a quantidade de possibilidades
da ferramenta, favorece adentrar a realidade virtual e os
mais diversos campos de conhecimento que, se associados,
vem contribuir com o tão discutido fazer interdisciplinar.
Favorece, portanto, não somente os alunos na compreensão das linguagens de programação, mas também
professores na relação teoria/prática, nem sempre oportunizada pelos meios disponíveis a práticas reais.
6
A dimensão virtual, a exemplo das experiências
apresentadas neste material, permite que o aluno possa,
por meio de ensaio e erro, construir, (des)construir e
(re)construir o processo de sua aprendizagem. Por outro
lado, ao professor, é possível acompanhar todo o
desenvolvimento de seu aluno – suas dificuldades e
facilidades, sua compreensão acerca dos conceitos e
conhecimentos bem como promover sua criatividade.
Metodologias de ensino que possam incorporar os
recursos do software ALICE pela comunidade acadêmica brasileira, talvez sejam caminhos para dar respostas
a alguns problemas que se apresentam no contexto
educacional brasileiro – tanto de ensino quanto de
aprendizagem – e que, a exemplo dos trabalhos apresentados no ALICE BRASIL, são passíveis de serem
incorporados – desde a Educação Básica até a
Universidade.
Esta coletânea traz, neste primeiro número, um pouco
do que foi desenvolvido pelos estudiosos e pretende, a
cada novo número, contribuir e consolidar ainda mais
uma proposta para o repensar das práticas docentes
associadas aos recursos tecnológicos. Esta associação, acreditamos, aproxima o aluno, o qualifica e
contribui sobremaneira para que sua aprendizagem seja
de fato, significativa.
Boa leitura!
Mensagem do diretor da Escola de Engenharia
Prof. Dr. Marcel Mendes
C
ongratulamo-nos fortemente com os Organizadores
desta inédita publicação, cujo maior mérito é registrar
para a posteridade o sucesso do Congresso
Internacional ALICE BRASIL – 2010, realizado em
março deste ano.
Em outras palavras, podemos dizer que nestas preciosas
páginas encontra-se a história da concepção, gestação e
nascimento deste instigante projeto educacional conhecido
simplesmente por “ALICE”. Seus “genitores e padrinhos”
nacionais estão de parabéns pelo virtuoso rebento!
Para a Escola de Engenharia da Universidade
Presbiteriana Mackenzie, que muito se orgulha da sua
tradição plantada no final do século XIX, ter sediado e
organizado no limiar do século XXI o primeiro evento
“ALICE” no Brasil constitui um singular privilégio. Isso,
para não dizer que se trata de uma dessas efemérides que
a história registrará como inauguradora de novos
paradigmas educacionais, ilustrados e sensibilizados pelas
maravilhas de um mundo virtual e tridimensional, sem
barreiras para a imaginação e a criatividade.
Não
poderíamos deixar de mencionar e agradecer o
significativo apoio do
MackPesquisa, sem
o que estes Anais não
chegariam a se materializar na forma deste
primoroso empreendimento gráfico-editorial.
Encerramos nossa manifestação de apreço aos
Organizadores, com destaque para o Prof. Dr. Edson de
Almeida Rego Barros, mencionando uma expressão
metafórica do poeta e pensador William Blake (1757-1827),
que compara a difusão de um ativo valioso com a sua
improdutiva retenção: “As cisternas contêm; as fontes
transbordam.” Parabéns aos promotores desse transbordamento de idéias férteis e de experiências relevantes!
São Paulo, novembro de 2010
Diretor da Escola de Engenharia da
Universidade Presbiteriana Mackenzie
7
Era uma vez o Congresso
ALICE BRASIL 2010
por Edson Barros
N
o dia 18 de
Setembro de
2007, o Cientista da Computação
Randy Pausch apresentou sua palestra de
despedida na Universidade Carnegie
Mellon, na cidade de Pittsburgh no estado da Pensilvânia, pois pouco tempo antes ele havia descoberto que
possuía um tipo de câncer terminal. O destino lhe dera
um tipo de aviso prévio e em seus últimos meses ele
muito se empenhou para deixar o seu testemunho de
vida, aliás, em minha modesta opinião, nos seus últimos
meses ele viveu muito mais do que muitos o fazem em
toda sua existência.
fosse tarde demais, pois seu trabalho nos Estados Unidos
em muito poderia auxiliar o meu no Brasil. Sem acesso
a Internet naquele dia e sem ver televisão todo o resto
do fim de semana, vim descobrir na 2ª feira cedo, antes
de minha aula do Acampamento de Topografia aos alunos
da Engenharia Civil do Mackenzie, que Randy provavelmente estava falecendo enquanto eu lia as últimas
palavras de seu livro.
Em sua palestra ele teve a oportunidade de contar
sobre os seus sonhos de criança e como eles os influenciaram em suas realizações pessoais e acadêmicas.
Randy providenciou para que a sua palestra fosse filmada
para que no futuro os seus três filhos pudessem assistila, como uma espécie de última mensagem de um pai
ausente, como se fosse uma garrafa com a mensagem
de algum náufrago em uma ilha distante. Então alguém
decidiu colocar essa mesma palestra no YouTube e
rapidamente esse conteúdo se tornou um dos vídeos mais
assistidos na Internet naquele ano. Um colunista do Wall
Street Journal, o Sr. Jeffrey Zaslow, que reside em
Detroit, viu o potencial literário da palestra e ajudou o
sucesso do vídeo virar um sucesso literário, o livro cujo
título em português é: “A Lição Final”.
Na noite daquela mesma 2ª feira, na Internet, assisti
pela primeira vez ao seu vídeo... Lá, e depois constatei
que em seu livro também, ele deixou um recado para
mim, ou melhor, para alguém como eu. Ele dizia algo do
tipo: “Daqui algum tempo eu não estarei por aqui, mas
se alguém tiver algum interesse no Projeto Alice, por
favor, procure a Professora Wanda”, e a apresentou
para a platéia. Aí estava minha resposta: se não podia
falar com Randy eu iria falar com a Wanda.
Em Ubatuba, no litoral norte paulista, na tarde de
uma sexta-feira, no dia 25 de julho de 2008, uns dois
dias antes do fim de minhas férias, enquanto eu lia a
última página do livro percebia o alcance do software
ALICE no público acadêmico brasileiro. Comentei com
minha esposa que precisava falar com Randy antes que
8
Fiquei deprimido, triste e com raiva. Como eu
provavelmente havia ignorado por tantos anos alguém
cujo trabalho era tão próximo ao meu e que muito
poderia ter contribuído para minhas atividades acadêmicas, descobrindo o potencial de um eventual intercâmbio bem no momento que tal pessoa falecia? Mas
Randy previu isto!
Após vários e-mails sem devolutiva, ela finalmente
prestou atenção no meu apelo... eu estava procurando
convencê-la do potencial acadêmico para o Projeto Alice
no Brasil. Nessa ocasião, por uma coincidência incrível,
um outro professor da Escola de Engenharia Mackenzie
estava negociando com o meio acadêmico da mesma
cidade, só que na Universidade de Pittsburgh. O Prof.
Dr. Giancarlo Pereira estava nas etapas finais de um
acordo acadêmico internacional. Ele já estava com viagem
marcada para lá... Fiquei sabendo disso quase que por
acaso pelo pessoal da ACOI, o departamento internacional
do Mackenzie. Em um gesto de cortesia acadêmica, o
Prof. Giancarlo levou algum material de divulgação da
nossa universidade para a Profa. Wanda. Então, quase
que inesperadamente, ela me manda um e-mail para ir
para lá. Consulto nosso diretor, o Prof. Dr. Marcel Mendes.
Após orientações superiores ele me responde que antes
teríamos que acertar um convênio acadêmico com a
Carnegie Mellon. Essa missão, que envolvia advogados
das duas instituições antes que os respectivos reitores
tivessem idéia do que estávamos tentando, parecia
impossível. Assisti nova-mente à palestra do Randy...
Novamente ele havia deixado uma mensagem para essa
situação: “A parede de tijolos”.
MackPesquisa daria parecer favorável ao subsídio para
o ALICE BRASIL?
Segundo Randy, a parede de tijolos, uma figura
ilustrativa de um obstáculo aparentemente intransponível,
existe para eliminar àqueles que não tinham vontade
suficiente para enfrentar seus desafios. Se o acordo
acadêmico era a minha “Parede de tijolos” então eu
tinha que encontrar a minha marreta. O acordo foi
assinado no fim de 2008 e início de 2009. Depois de
quebrar mais algumas outras “paredes de tijolos”, fui
muito bem recebido pela Wanda na Carnegie Mellon,
no mês de Abril. Juntos, ela e eu traçamos uma série de
metas, entre elas o Congresso Alice Brasil. Metas são
importantes. Pessoas inteligentes gerenciam suas vidas
por metas e objetivos bem definidos! E as metas foram
regendo o meu destino...
Na pressa em retornar ao trabalho na capital o pneu
do carro estourou no meio da estrada e acabei batendo
em uma grade de proteção na Carvalho Pinto.
Miraculosamente os danos materiais foram brandos e
eu nada sofri. Depois disso, nas semanas que
antecederam ao evento, precisei preparar vários
orçamentos, fazer cotações diversas, planejar detalhes
e negociar serviços, fazer a web Page bilíngüe do evento,
enquanto em paralelo minhas atividades anuais
continuavam. Nesse mês de janeiro foi minha a
responsabilidade de organizar a realização da 2ª turma
de treinamento em MicroStation e eu também tinha o
compromisso de participar das duas semanas de
Acampamento de Topografia. Em algum momento parei
vários dias no hospital com uma infecção intestinal.
No Brasil, após organizar os meus pensamentos sobre
todo o turbilhão de eventos que eu passara, convidei
dois outros colegas a se juntarem em minha jornada Don
quixotesca, os professores Osvaldo Hu e Paulo Garcia.
Fomos os três para a Carnegie Mellon no mês de junho,
com boa parte das despesas às nossas custas, e
participamos do “Summer Alice Institute”. Retornei feito
um desesperado, pois no dia de minha chegada ao Brasil,
30 de junho, vencia o prazo para solicitar verba para
subsídio de eventos junto ao MackPesquisa. O Congresso
ALICE BRASIL iria necessitar de recursos. Passei
vários meses aguardando uma resposta, sabendo que
sem dinheiro não haveria evento. E o mês de novembro
se aproximava do fim e eu estava agoniado sem plano
de contingência, começando a pensar que o ALICE
BRASIL não passaria de mais um sonho que nunca se
realizaria... Na minha mente quase que diariamente
ecoava a primeira estrofe da música ALEGRIA
ALEGRIA de Caetano Veloso, que diz: “Sem lenço e
sem documento. No sol de quase dezembro. Eu vou...”.
Será que alguma alma caridosa no Comitê do
No dia 18 de dezembro de 2009, nos últimos dias de
trabalho do ano, por meio informal fiquei sabendo que o
MackPesquisa aprovara o meu projeto com 50% da
verba solicitada (a correspondência oficial só chegou
entre as festividades do Natal e do Ano Novo em minha
residência). Avisei meus familiares que não poderia
aproveitar o verão este ano. Deixei a família na praia e
voltei para São Paulo para preparar o evento ainda nos
primeiros dias de 2010. O prazo para os preparativos
ficou apertado e eu tinha muitas tarefas para cumprir.
Amigos vieram em meu socorro: Professora Ana
Júlia, Professor Paulo Garcia, Professor Osvaldo,
Professora Magda, Professora Gisela, a Aline e Wander
da sala de TGI, a Rozane e a Nise, entre muitos outros.
Minha esposa me levou o computador para continuar
trabalhando, mesmo que remotamente, pela Internet e
por telefone enquanto estava enfermo no hospital Santa
Isabel! E os dias 2 e 3 de março estavam se
aproximando. Finalmente, um evento Internacional sob
minha responsabilidade com tudo organizado. As meninas
do MackPesquisa adotaram todas as medidas que eu
recomendara com perfeição. Não havia nada que não
estivesse antevisto e encaminhado. Que bom! Tudo
estava conforme o planejado... Mas... (sempre existe
um MAS!) na 5ª feira que antecedia o evento, por volta
das 21:30h abro um e-mail do Professor Don Slater da
Carnegie Mellon, nosso principal palestrante, com a
seguinte mensagem macabra: “Não vou conseguir o meu
visto a tempo, por isso não poderei ir. Você não imagina
o quanto eu lamento. Por favor, me desculpe”.
9
Inicialmente desabafei com o Professor Paulo Garcia
(eu tinha que contar para alguém!). Tive a sensação
que minha carreira estava indo pelo esgoto! Havia mais
de cinqüenta inscrições confirmadas, algumas de outros
estados, e professores de várias outras instituições de
ensino estavam vindo para o Mackenzie porque eu
empenhara a minha palavra que o evento seria um
sucesso e o palestrante principal ameaçava um W.O.!!!
Novamente lembrei-me da palestra do Randy e da
danada da “parede de tijolos”. Lembrei-me que em algum
momento ele ainda falou para pedir ajuda as pessoas
que eu poderia me surpreender. Liguei para o Itamaraty
em Brasília, para o Ministério das Relações Exteriores,
para o Consulado em Nova York, mandei e-mails
desesperadores pedindo socorro para todo tipo de
funcionário público que se envolvia com questões
internacionais. Aparentemente todo o problema estava
relacionado a uma nevasca que deixou o nordeste
americano inativo.
Às 19:30h do dia 26 de fevereiro, uma inesquecível 6ª
feira, o cônsul brasileiro em Nova York liga para o meu
ramal no Mackenzie. Suas palavras findavam horas de
purgatório: “Professor Edson, posso ver pelos meus e-
10
mails que o senhor realmente trabalhou muito para
que seu palestrante pudesse receber o visto a tempo.
Pode ficar tranqüilo estamos encaminhando o
Passaporte dele para a empresa de despachante que
ele contratou”.
Depois, muitos outros contratempos ainda
aconteceram. Só que os amigos foram ajudando e os
alunos do Centro Acadêmico Horácio Lane (CAHL)
foram fantásticos, se envolveram na solução de cada
problema que foi aparecendo. O evento finalmente foi
um sucesso.
O Professor Slater voltou para sua terra, maravilhado
com o profissionalismo e a acolhida brasileira. Professores,
alunos e funcionários, além de prestadores de serviço e
amigos, todos em sintonia trabalharam como uma perfeita
orquestra, um coro afinado. E o evento foi realmente um
sucesso. A Universidade Presbiteriana Mackenzie entra
para o mapa acadêmico como a primeira a promover um
Congresso Internacional do Projeto Alice. Obrigado a
todos que operaram este verdadeiro milagre. O evento
ALICE BRASIL 2010 foi realmente inspirado no livro de
Randy, mas cada um de vocês fez a diferença, cada um
fez muito bem a sua parte. Valeu!!!
O perfil dos participantes do
1À Congresso Brasileiro sobre o software ALICE
Raquel Cymrot, Melanie Lerner Grinkraut, Osvaldo Ramos Tsan Hu,
Paulo Alves Garcia e Edson de Almeida Rego Barros
[email protected], [email protected], [email protected],
[email protected], [email protected]
1. INTRODUÇÃO
O desafio da função docente está atualmente relacionado com as transformações profundas que vêm ocorrendo na sociedade como um todo. Essas transformações, como conseqüência, também levam a alterações
na concepção da construção e divulgação do saber na
sociedade e um repensar da escola e do ensino. Observa-se uma necessidade premente de reestruturar toda a
prática escolar atual. As dimensões dos desafios educacionais são incalculáveis.
No aspecto relacionamento humano, comparandose a realidade da sala de aula nos dias atuais, com a
mesma realidade de algumas décadas atrás, percebese profundas mudanças, principalmente devido à transformação da sociedade e da forte influência dos meios
de comunicação sobre os três personagens fundamentais da educação: escola-professor-aluno.
Concomitantemente ao que se refere às ferramentas de apoio ao aprendizado é inequívoca a constatação
de que o computador é o poderoso elemento introduzido, principalmente nas últimas duas décadas. Hoje é
impossível imaginar o professor não utilizando o computador em todas as etapas de seu trabalho. Seja na preparação, na apresentação de suas aulas e também na
avaliação. No lado do aluno, o computador é ferramenta ímpar, de auxílio, pesquisa e acompanhamento de
qualquer curso (GARCIA, 2005).
Assim sendo, a presença de recursos da informática
nos ambientes de ensino já há algum tempo tem chamado a atenção de professores e alunos para o potencial
didático de sua utilização no processo de aprendizagem.
Muitas são as propostas utilizadas com o propósito de
motivar o ensino e a aprendizagem e ampliar as possibilidades das diferentes metodologias de ensino. Os programas para uso educacional possuem muitas propriedades e capacidades que devem ser reconhecidas e
aproveitadas por professores e alunos, para que sejam
obtidos resultados eficientes, de forma a garantirem
ganhos de aprendizagem.
No que se refere ao ensino da Matemática, o
surgimento e a utilização de vários programas voltados
à educação trazem uma ambiciosa perspectiva de
metodologias diferenciadas, que podem levar a uma
aprendizagem mais significativa. Os recursos computacionais podem servir de auxílio ao processo de ensino
e aprendizagem, na medida em que possibilitam ao aluno trabalhar de uma forma interativa, visual, dinâmica;
testando hipóteses e construindo conjecturas, enfim construindo o seu próprio conhecimento, respeitando ritmos
diferenciados de aprendizagem. A informática proporciona a construção de um ambiente que estimula a
interação do aluno com o objeto de estudo, integrando-o
à sua realidade. Sua utilização tem como objetivos
estimulá-lo e desafiá-lo, permitindo que as situações criadas possam ser adaptadas às suas estruturas cognitivas
e ao seu pleno desenvolvimento. Esta interação deve
contemplar os universos: aluno/computador e principalmente aluno/aluno e aluno/professor.
Muitos pesquisadores da área de educação, como
Chaves (1985, 1998), Valente (1997, 1999), Kaput (1992),
dentre outros, têm refletido a partir das últimas décadas
sobre questões relacionadas à natureza e à apropriada
utilização do computador, fornecendo uma taxonomia
das diversas formas de uso deste recurso na educação.
Até a poucos anos atrás as formas básicas de uso do
computador como um meio educacional eram exclusivamente: exercício e prática, tutoriais, demonstrações,
jogos e simulações.
Atualmente mais duas novas possibilidades foram
acrescentadas: o computador como uma ferramenta e
o computador como um tool-maker, tendo como exemplos as linguagens de programação (Logo, Basic, C, e
11
outras linguagens orientadas a usos específicos). Atualmente a esta categoria também podem ser incluídas os
softwares de autoria e outros sistemas que podem oferecer animação. Estes sistemas são construídos com
outras linguagens de programação e a sua intenção é
facilitar a obtenção de simulações, tutorias e micromundos, oferecendo aos estudantes meios para que estes possam acessar independentemente as ferramentas
de construção (KAPUT, 1992).
Kaput (1992) considera que o ensino de uma linguagem de programação baseia-se na premissa que habilidades cognitivas gerais se desenvolvam na medida em
que o estudante aprende como resultado de uma atividade de programação. Acredita-se que a programação
em uma linguagem de computador subsidie o aprendizado de outras habilidades gerais do pensamento, bem
como serve de orientação na resolução de problemas
complexos. Outro objetivo da atividade de programação se dá mais no domínio específico do aprendizado
que acontece na tentativa para solucionar certos problemas matemáticos, ou o uso de comandos específicos
na manipulação de algum tipo de objeto matemático. A
idéia que a programação pode atuar com um meio na
aprendizagem matemática, data do final dos anos 60.
Atualmente os softwares de trabalho e os ambientes de
aprendizagem têm-se tornado tão flexíveis e modificáveis
que o professor ou o próprio aluno podem criar ambientes para usos específicos.
O software ALICE (ALICE, 2010) possibilita varias
possibilidades de uso, adequadas a situações diversas,
podendo ser utilizado tanto em contextos educacionais,
como em outros ambientes. Este software é um aplicativo
livre e gratuito disponível na Internet, constituindo-se em
um meio inovador de programação em ambiente gráfico
virtual 3D. Neste ambiente pode se criar com facilidade
uma animação 3D, na forma da narrativa de uma estória,
bem como possibilita executar um jogo interativo, ou ainda compartilhar um vídeo na Internet.
O software ALICE tem sido usado como uma ferramenta didática no processo de ensino de programação orientada a objetos em várias instituições de ensino
ao redor do planeta. Os estudantes ao utilizarem esta
ferramenta têm a oportunidade de aprender os fundamentos de programação, na medida em que criam de
forma divertida, simples animações. O ambiente deste
aplicativo propicia um mundo virtual povoado por objetos tridimensionais (ex. gráficos em 3D: pessoas, ani12
mais e veículos), sendo que os estudantes, ao desenvolverem um programa, passam a dar vida a estes objetos,
na medida em que os animam.
Este software possui uma interface interativa, na qual
os estudantes não digitam comandos, mas os arrastam
como tópicos, dessa forma podem visualizar imediatamente como as instruções de seus programas de animação funcionam. Este fato os leva a compreender de forma quase intuitiva as relações entre os comandos de um
programa e o comportamento dos objetos nas suas animações. Nos tópicos gráficos existem palavras-chave
correspondentes aos comandos padrões na produção de
programação orientada a objetos, tal como ocorre com
Java ou C++. Assim sendo, por meio da manipulação dos
objetos no mundo virtual proporcionado pelo Alice, os
estudantes adquirem progressivamente experiência com
as construções de programação mais comuns ensinadas
em um curso de programação, dominando suas aplicações e compreendendo suas potencialidades.
2. O CAMINHO DO SOFTWARE ALICE
DOS ESTADOS UNIDOS AO BRASIL
Originalmente o software Alice foi pensado para ser
uma ferramenta puramente dedicada à Realidade Virtual (RV), porém os membros do grupo de pesquisas do
Projeto Alice logo perceberam o potencial pedagógico
do produto para a área de Programação Orientada a
Objetos. Rapidamente, várias instituições em território
norte-americano, começaram a adotar a propostas em
cursos de computação, sendo que por volta de 2007 mais
de 10% das instituições de ensino dos Estados Unidos
já adotavam a proposta em seus currículos. Esse fato
teria passado despercebido na comunidade acadêmica
brasileira se não fosse o líder do projeto Alice na Universidade Carnegie Mellon (CMU), em Pittsburgh na
Pensilvânia, o Prof. Randy Pausch, estar sofrendo de
uma enfermidade terminal. Os dirigentes da CMU, seguindo uma tradição acadêmica norte-americana, o convidaram para dar uma última palestra aos alunos da
CMU, uma despedida formal nos moldes das palestras
de professores que um dia se aposentam. A palestra,
que foi gravada em vídeo, foi excepcional e logo deixada disponível na Internet. O sucesso na rede global acabou sendo transformado em livro, cujo título é “A Lição
Final”, que rapidamente virou um best-seller. Com o
vídeo na Internet e a versão portuguesa do livro, de uma
forma modesta, alguns professores brasileiros começa-
ram a experimentar a metodologia do software ALICE.
Vislumbrando o potencial da proposta para o continente
Latino-Americano, um grupo de professores da Universidade Presbiteriana Mackenzie (UPM) buscou uma
melhor aproximação com o grupo original de pesquisa
do Projeto ALICE na Universidade Carnegie Mellon.
Após uma série de iniciativas tais como eventos e cursos, além de um demorado processo de negociação de
um acordo acadêmico internacional, o Congresso ALICE BRASIL representou um marco onde os esforços
educacionais da metodologia finalmente passaram a ser
oficialmente reconhecidos no país.
3. O EVENTO
O evento ALICE BRASIL, que teve o subsídio do
MackPesquisa (Fundo de Pesquisa da UPM), foi o primeiro Congresso Internacional do Software ALICE. Sua
proposta básica consistiu em coordenar os esforços de
divulgação da metodologia baseada no Software ALICE em todo o continente Latino-Americano, além de
buscar fomentar o intercambio acadêmico. A primeira
versão do congresso foi realizada no campus da UPM
em São Paulo nos dias 2 e 3 de Março de 2010. O número oficial de congressistas inscritos foi de 76 participantes oriundos de várias partes do Brasil, porém, nas
sessões plenárias, muitos alunos da comunidade
Mackenzista puderam participar de momentos pontuais
como ouvintes, o que leva a organização a acreditar que
mais de 200 pessoas se beneficiaram diretamente do
Congresso. O principal palestrante foi o Prof. Don Slater,
um amigo pessoal do falecido Randy Pausch, que veio
para o congresso custeado com recursos do
MackPesquisa. Outra participação internacional foi a
própria Profa. Wanda Dann, a atual líder do Projeto Alice nos Estados Unidos, que proferiu uma palestra via
Internet ao auditório. Houve alguns palestrantes nacionais, cujas apresentações ilustraram uma série de iniciativas científicas que muito impressionaram o Prof. Slater.
A proposta é que o Congresso ALICE BRASIL tenha
edições anuais (ou talvez até semestrais se houver subsídio) até 2012, quando se pretende transformar o congresso para atender a comunidade acadêmica da América Latina, sendo que então será renomeado para ALICE LATIN-AMERICA.
Como uma forma de detectar as expectativas, o alcance, as necessidades e as possibilidades de utilização
e pesquisas a serem conduzidas adequadas ao contexto
brasileiro, foi conduzida uma pesquisa que será apresentada e descrita nos próximos itens.
4. METODOLOGIA
O objetivo desta pesquisa foi detectar o perfil dos
participantes do 1º Congresso Alice Brasil ocorrido em
março de 2010 na UPM. Desta forma a metodologia da
pesquisa adotada foi a de uma survey exploratória. Elaborou-se um questionário com 9 questões fechadas e
uma aberta. O questionário foi entregue aos participantes junto com o material do congresso e, na ocasião, foi
solicitado que todos respondessem ao instrumento de
pesquisa e o devolvessem em local estipulado. Não houve
controle de quem devolveu ou não o questionário preenchido, sendo, portanto, a participação da pesquisa de
natureza voluntária.
Dessa forma, a amostra foi considerada não probabilística, uma vez que os pesquisados não foram sorteados de uma população pré-conhecida. Contudo, tal amostra pode ser considerada criteriosa, uma vez que pertencer à amostra não dependeu do pesquisador, sendo o
critério de amostragem objetivo com seu protocolo descritivo inequívoco (BOLFERINE; BUSSAB, 2005).
Após coletadas as respostas, estas foram tabuladas,
consolidadas e foi então realizada a análise descritiva das
variáveis estudadas por meio da construção de gráficos,
tabelas. Foram calculados alguns intervalos com 95% de
confiança para proporções de interesse (MONTGOMERY; RUNGER, 2009). A fim de testar a independência entre pares de variáveis aleatórias pertinentes foram
realizados o teste quiquadrado (quando as condições para
sua utilização foram satisfeitas) ou o teste Exato de Fisher
(SIEGEL; CASTELLAN JR, 2006). Calculou-se o nível
descritivo de cada teste sendo este comparado com o
nível de significância de 5%. A análise dos dados foi realizada com o uso do programa Minitab.
5. A PESQUISA
O congresso contou com 76 participantes que receberam os questionários, dos quais 46 (50,63%) optaram
responder ao mesmo. Entre os que responderam ao instrumento de pesquisa 57,78% eram do gênero masculino (I.C. = [43,34; 72,21]). A faixa etária se distribuiu da
seguinte forma: 30,43% tinham entre 15 e 24 anos,
21,74% entre 25 e 34 anos, 32,61% entre 35 e 49 anos,
13
13,04% entre 50 e 64 anos e apenas 2,17% (um
respondente) com 65 anos ou mais. A maior formação
declarada foi a de graduação incompleta em 36,96% da
amostra, especialização em 15,22% da amostra, mestrado
em 26,09% da amostra e doutorado ou mais em 21,74%
da amostra. Não houve a resposta graduação completa
como maior formação.
Quando argüidos sobre este ser seu primeiro contato com o software ALICE, 71,74% responderam afirmativamente (I.C. = [58,73; 84,75]). Tal resposta mostra o caráter intrínseco de divulgação do ALICE por
meio deste evento. Entre os 13 participantes que já haviam tido contato com o software ALICE, destacam-se
contato prévio em Workshop oferecido pela escola de
engenharia da Universidade Presbiteriana Mackenzie,
uso no mestrado, em disciplinas lecionadas no ensino
Médio e Superior, em trabalho de conclusão de curso,
no desenvolvimento de jogos. A curiosidade motivou um
dos participantes a conhecer o software ALICE por
conta própria.
no há disciplinas com maior chance de aplicação do
software ALICE (especialmente na área de exatas)
como pode ser devido ao congresso se realizar dentro
de uma universidade. Fato é que, na questão em que foi
solicitado dizer qual a disciplina lecionada, 62,50% dos
respondentes declararam uma disciplina ligada à área
de informática (I.C. = [43,13; 81,87]). Nota-se, porém
que a totalidade dos professores que não lecionam disciplinas ligadas à área de informática, ministra disciplinas da área de exatas.
Quanto ao cargo exercido pelos profissionais da educação formal 7,41% são coordenadores, 88,89% professores 3,70% auxiliares de professor e 11,11% auxiliares de laboratório. Nesta questão também foi possível
assinalar mais de uma alternativa.
O gráfico 1 apresenta os fatores que levaram o respondente a participar do evento. Era possível assinalar mais
de uma alternativa. Entre os outros fatores apresentados
para participação no evento estão se habilitar a preparar
animações para aulas, conhecer novas experiências acadêmicas, conhecer um software livre de computação gráfica, promover a integração com o mundo físico, para
conhecimento pessoal, utilização em coberturas
jornalísticas e promover a popularização do Alice.
Quanto ao setor de ocupação, 62,22% declararam
ser do setor de educação formal (I.C. = [48,07; 76,39])
e apenas 2,22% do setor de treinamento empresarial
(I.C. = [0,00; 6,53]). Dez respondentes (22,22%) preencheram o setor da ocupação como outros e a especiO gráfico 2 apresenta as intenções de aplicações do
ficaram como estudante. Este número, porém, deve ser
Alice por parte dos respondentes. Dentre as outras aplimaior uma vez que houve 14 participantes com graduacações foram citadas uso no Mestrado, aprendizagem
ção incompleta e um participante com especialização
pessoal, jogos didáticos e uso em TV. Uma pessoa resdeclarou ter como ocupação ser estudante. Apenas uma
pondeu que ainda iria pensar em como aplicar o software.
pessoa não respondeu a esta questão. Dentre as outras ocupações fo- Gráfico 1: Fatores que levaram à participação no evento
ram citadas comunicação corporativa,
desenvolvimento de intercâmbio, jornalismo, pesquisa e informática educacional.
Apenas para os que responderam
trabalhar com educação formal,
11,11% trabalham com ensino infantil, 29,63% com ensino fundamental,
18,52% com ensino médio, 77,78%
com ensino superior e 22,22% com
pós-graduação. Vale notar que nesta
questão era possível assinalar mais
de uma alternativa. A maior porcentagem de profissionais que trabalham
com educação superior pode tanto
representar que neste nível de ensi14
Gráfico 2: Intenções de aplicações do Alice
A pergunta aberta de no caso do interesse não ser a
educação formal, qual seria o campo de aplicação vislumbrado para o Alice obteve 13 respostas. Foram elas:
auxílio para novas formas de ensino, treinamento para
professores, elaboração de material didático, projetos
educacionais, em algum campo da física, aplicação em
robôs, desenvolvimento de jogos, simulação de processos
e jogos de empresa, software para lojas, seleção e treinamento, vinhetas e vídeo-grafismo para TV, em pesquisas e projetos e para hobby. Embora muitas das respostas incluam a educação, esta poderia ser a não formal.
Ao ser questionado sobre como ficou sabendo do
evento, 24,78% apontaram os colegas de trabalho,
17,39% cartazes, 26,09% e-mails, 17,39% Web Page
especializada, porém ninguém apontou as alternativas
Orkut e Jornal. Como outros meios 17,39% citaram contato com organizador do evento, 13,04% citaram o site
do Mackenzie, 6,52% indicação da chefia e 2,17% citou
um professor de interface. Nesta questão era possível
assinalar mais de uma alternativa.
Foram realizados alguns cruzamentos para teste de
independência entre variáveis. Ao nível de significância
de 5% concluiu-se que:
- Quanto à área de aplicação, quem não tem como
ocupação a Educação Formal, proporcionalmente,
pretende utilizar mais o Alice em ambientes profissionais/não acadêmicos (P = 0,008). Tal conclusão
apenas mostra coerência na resposta.
- Quanto ao motivo de participar do
evento, quem não tem como ocupação a Educação Formal, proporcionalmente, assinalou mais o motivo conhecer uma nova ferramenta de desenvolvimento de jogos (P
= 0,050) e quem tem como ocupação a Educação Formal, proporcionalmente, assinalou mais o motivo ampliar possibilidades de
integração do computador nas diversas disciplinas (P = 0,045) e
“necessidade de motivar melhor os
meus alunos para a disciplina que
leciono” (P = 0,007). Este último
motivo, tem sido uma preocupação atual dos professores, uma vez
que os alunos estão vivendo em
um mundo com muitas interações virtuais e utilização de ferramentas computacionais. Trazer este
tipo de realidade para a sala de aula pode ser um
meio de aumentar o interesse deste aluno.
- Quem não leciona alguma disciplina ligada a área
de informática pretende proporcionalmente aplicar mais o Alice em alguma disciplina não voltada à programação e à computação gráfica (P =
0,003), mostrando novamente coerência nas respostas.
6. CONCLUSÕES
Para os autores da pesquisa, ao se observar os resultados confrontando com as lembranças dos diálogos
e experiências permutadas no congresso, constata-se
que o ALICE BRASIL foi realmente um momento de
divulgação da proposta, pois 71,74% dos participantes
vieram a ter o primeiro contato com o software ALICE
no congresso! Outro dado que ficou evidente é o potencial de integração que o projeto representa, seja pelo
aspecto relacionado a programação ou seja pelo fator
lúdico da realidade virtual, a metodologia baseada no
software ALICE motivou 56,5% dos respondentes a
vislumbrarem aplicações interdisciplinares, sendo que
58,7% participaram do congresso devido a esta razão.
Por ter sido a primeira edição do congresso, inexistem
dados históricos para comparação de resultados, mesmo
15
quando se considera o cenário internacional onde não se
têm notícias de levantamentos análogos ao realizado neste trabalho. Contudo, como existe o planejamento das
futuras edições do ALICE BRASIL e ALICE LATINAMERICA, acredita-se que os resultados obtidos poderão representar o início de um estudo de longo prazo.
Iniciativas como esta que foi realizada no Brasil, visam despertar a atenção e o interesse de pessoas que
trabalham em contextos educacionais ou não, quanto a
novas formas de possibilidades de uso do computador,
como recurso importante no processo de ensino-aprendizagem, bem como auxilia e contribui no desenvolvimento de habilidades cognitivas gerais.
REFERÊNCIAS
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students Computer Programming in a 3D Environment. Carnegie Mellon University, Pittsburgh, EUA.
Disponível em: http://www.alice.org/. Acessado em 22/
05/2010.
BOLFARINE, H.; BUSSAB, W. O. Elementos de
Amostragem. ABE-Projeto Fisher, São Paulo: Edgard
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16
dação Centro Brasileiro de Televisão Educativa, Rio de
Janeiro, 1985
CHAVES, E.O. C. O uso dos Computadores em escolas: Fundamentos e Críticas. In: CHAVES, E. O. C.;
SETZER, V. W. São Paulo: Editora Sipione, 1988, p5-67.
GARCIA, P. A. Laboratórios Digitais – Uma Nova
Abordagem Pedagógica. São Paulo, 2005. Tese
(Doutorado). Escola Politécnica da Universidade de
São Paulo.
KAPUT, J. J. Technology and mathematics education.
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VALENTE, J. A. (Org.). O computador na sociedade do conhecimento. Campinas: UNICAMP/NIED,
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SIEGEL, S.; CASTELLAN JR., N. J. Estatística NãoParamétrica para Ciências do Comportamento. Porto
Alegre: Bookman, 2006.
Tutorial para lógica de
programação usando ALICE
Andréa Zotovici1 e Carlos Eduardo Dantas de Menezes2
[email protected];
[email protected]
Abstract
Many tools were developed to teach programming logic. First steps of learning
process can be hard to many students, so it is important to use all available resources
to simulate it. ALICE allows generation of a 3D virtual environment through an
easy-to-use graphic user interface. This paper presents how ALICE is used like an
aid tool in a College course of programming logic.
Index Terms: Programming Teaching, Object Oriented Teaching Tool, Object
Oriented Programming, Virtual Reality.
INTRODUÇÃO
Para muitos alunos de cursos de computação, o início do desenvolvimento da lógica de programação é árduo. Portanto, é importante sugerir aos alunos formas
diferentes de programar, que não sejam apenas orientadas a linguagens textuais de programação. E ainda, se a
tarefa for lúdica, o estímulo é ainda maior.
O Projeto ALICE foi criado em 1992 com a finalidade de possibilitar a fácil criação de ambientes, tanto
interativos como não interativos, para Realidade Virtual,
até mesmo por pessoas sem conhecimentos técnicos e
matemáticos. Essa ferramenta foi criada devido a necessidade de gerar facilmente ambientes virtuais
tridimensionais, nos quais se desejava avaliar novas técnicas de interação em ambientes e simulações de rastreamento, desenvolvidas na Universidade da Virgínia.[1]
Esta ferramenta que inicialmente foi desenvolvida
para facilitar o teste de novas tecnologias, tornou-se uma
ferramenta didática em cursos de nível superior da área
de computação e até mesmo para o ensino médio.
No nível superior, uma de suas aplicações é em cursos de introdução a programação orientada a objetos por1
2
Andréa Zotovici, Universidade São Judas Tadeu, Rua Taquari,
546, 03166-000, São Paulo, SP, Brasil.
Carlos Eduardo Dantas de Menezes, Universidade São Judas
Tadeu, Rua Taquari, 546, 03166-000, São Paulo, SP, Brasil.
que a criação de ambientes e animações utiliza esse
paradigma. No ensino médio, a introdução à programação no ALICE para construção de narração de estórias
teve como objetivo estimular meninas a seguirem carreiras relacionadas a computação, possibilitar às crianças a
exploração de idéias e estimular a auto-expressão [2].
Os ambientes virtuais tridimensionais são compostos por personagens e objetos tridimensionais que estão
disponíveis na galeria do ALICE.
A programação da animação dos personagens e objetos tridimensionais consiste em arrastar e soltar métodos ou blocos de estruturas de programação na área do
editor. Portanto, o aluno não perde tempo tentando interpretar e corrigindo erros de sintaxe [3].
Nós utilizamos o ALICE em uma disciplina de introdução à lógica de programação e orientação a objetos.
A abordagem desta disciplina é ensinar primeiramente
os conceitos de Orientação a Objetos, como vários autores sugerem [4,5,6]. Em seguida, são ensinados os
aspectos da programação estruturada [5].
Após a apresentação da interface gráfica do ALICE aos alunos, já é possível sua utilização para exemplificar conceitos de Orientação a Objetos. As aulas
seguintes seguem a divisão:
• aspectos da programação estruturada (seqüências,
variáveis, testes e repetições);
17
• array e lista;
• eventos.
Nas próximas seções serão discutidos: o modo como
os conceitos de Orientação a Objetos e de programação estruturada foram apresentados aos alunos com o
auxílio do ALICE. A versão utilizada nas aulas e no artigo é ALICE 2.2.
INTERFACE GRÁFICA
Há dois modos de trabalho denominados visões.
A visão de animação ou programação, ilustrada pela
Figura 1, é a interface apresentada ao usuário assim que o
aplicativo é aberto. Essa visão, é a que possibilita ao aluno
criar programas a partir da seleção de uma estrutura de
programação dentre as opções disponíveis na parte inferior da área do editor. E também, pela seleção de ações
dos personagens e objetos tridimensionais a partir da guia
métodos na área de detalhes. À imagem da interface da
visão de animação foram adicionados números de 1 a 5
para facilitar a explicação sobre as janelas que compõem a
interface. A Janela 1 é a área da árvore de objetos, que
descreve os elementos que compõem o ambiente, atores e
cenário, como: a câmera, iluminação e os objetos 3D. A
Janela 2 é a área da Janela do Mundo, onde se visualiza o
ambiente que está sendo construído com setas que controlam a movimentação da câmera. A Janela 3 é a área de
eventos, onde onde se determina quando um método deve
ser executado. A Janela 4 é a área de detalhes, que permite acesso a propriedades, métodos e funções de determinado objeto. A Janela 5 é a área do editor, onde é aberta
uma guia para cada método ou função que estiver em edição. Para mudar a visão, passando para a edição de cena,
clica-se no botão verde (Add Objects) na Janela 2.
A visão de edição de cena é ilustrada pela Figura 2 e
também recebeu numeração de 1 a 5 para facilitar a
explicação. As Janelas 1, 2 e 4 são as mesmas nas duas
visões. A Janela 7 possui componentes para alternar
entre duas formas de visualização da cena (única e quádrupla), transformações geométricas, cópia de objeto e
configuração da câmera. A Janela 8 é a área da galeria
que permite o acesso a galeria local e da Web.
O aluno inclui objetos tridimensionais a partir de classes disponíveis na galeria. Após a inclusão, pode-se alterar as dimensões, orientação e posição dos objetos
tridimensionais.
Além disso, assim que o objeto é incluído na cena é
possível executar seus métodos. A partir desse momento já é possível incentivar os alunos a associar os conceitos do ALICE com conceitos básicos de programação orientada a objetos.
Figura 2: Visão de Edição de Cena
Exemplo 1 – Adicionar um gato e aprender a executar seus métodos:
a) Selecionar a visão de edição de cena;
b) Adicionar um gato (Classe Cat);
c) Posicionar o mouse sobre o objeto na árvore de
objetos (Janela 1) e clicar o botão direito;
Figura 1: Visão de Animação
18
d) No menu de contexto, selecionar methods – cat
play sound – cat.cat (método play sound não tem
passagem de parâmetro);
e) No menu de contexto, selecionar methods – cat
move – forward – 5 meters (método move tem passagem de dois parâmetros: direção e distância).
a) Selecione o gato (Objeto Cat) na árvore de objetos;
b) Encontre na guia methods, o método
playCatTapWindow, arraste-o no método brinca;
CONCEITOS DE PROGRAMAÇÃO NO ALICE
c) Expanda as partes do gato, clicando no símbolo
de adição do lado esquerdo de sua representação na
árvore, conforme a Figura 3;
ALICE utiliza o paradigma da Orientação a Objetos. Isso possibilita apresentar para os alunos o
mapeamento dos conceitos da Orientação a Objetos com
os do ALICE:
d) Selecione frontLeftLeg, arraste-o no método,
passe por parâmetro backward e 0,15 meter (menu
amount – other, digite 0,15);
• pacote de classes: galeria
• classe: cada elemento tridimensional da galeria
e) Selecione frontRightLeg, arraste-o no método,
passe por parâmetro forward e 0,15 meter (menu
amount, selecione 0,15).
• objetos: World, Camera, light, ground (presentes
em todas as animações, independente da vontade
do programador) e cada objeto tridimensional gerado a partir de uma classe da galeria;
• método: método (quando não retorna nada) ou função (quando há um retorno);
• atributo: propriedade.
E existe uma correspondência muito forte entre as
estruturas de programação do ALICE com as das linguagens de programação modernas, como Java, por
exemplo.
Figura 3: Partes do objeto Cat estão omitidas
É possível criar um novo método para cada objeto
da árvore de objetos. Para isso, é necessário selecionar
o objeto, na área de detalhes selecionar a guia methods,
clicar no botão create new method e digitar o nome do
método.
Exemplo 2 – criar um método para o gato:
Figura 4: Seqüência de comandos que animam o gato
a) Selecionar a visão de animação;
b) Selecionar o gato (objeto Cat) na árvore de objetos;
c) Na guia methods, clique no botão create new
method;
O exemplo 3 completou o primeiro método. Arraste
o método brinca ao evento “When the world starts,
do”, que ficará como ilustra a Figura 5.
d) Será aberta uma janela de diálogo, digite o nome
do método (Ex.: anda)
O novo método receberá uma nova guia na área do
editor. Na parte superior da guia, há botões para a definição de parâmetros e declaração de variáveis locais.
Abaixo, há uma área para comandos, o aluno precisa
apenas selecionar um método de qualquer objeto da árvore, arrastar e soltar dentro dessa área.
Exemplo 3 – adicionar seqüência de comandos no
método brinca:
Figura 5: Evento executado quando começa a execução
da cena
As funções também podem ser implementadas da
mesma forma que os métodos.
No ALICE, os métodos são procedimentos, não
retornam valores, enquanto que as funções sempre
retornam valores.
19
As estruturas de repetição disponíveis no Alice são
While e For. A Figura 6 ilustra o mapeamento entre
uma das estruturas de repetição do ALICE (Loop) com
o comando For da linguagem Java.
CONCLUSÃO
a) Arraste e solte a estrutura Loop, disponível na
parte inferior da área do editor, no bloco de comandos;
ALICE é uma ferramenta na qual os alunos se empenham para criar ambientes virtuais tridimensionais
divertidos e movimentos extremamente detalhados, o que
demanda utilização das estruturas de programação em
blocos complexos, sem perceber o esforço investido em
tal tarefa. Nesse ambiente, os alunos encararam de
maneira lúdica a criação de animações e alguns até desenvolveram por conta própria jogos simples.
b) Arraste e solte os métodos cat.playCatTapWindow,
cat.frontLeftLeg.turn e cat.frontRightLeg.turn para
dentro do Loop.
A interface do ALICE é tão fácil de usar e aprender
que pode ser utilizado até mesmo por alunos de outras
áreas.
Exemplo 4 – adicionar repetição ao método brinca:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Figura 6: Estrutura de repetição “Loop”
A Figura 7 exemplifica como a estrutura condicional
“If/Else” é similar tanto na programação gráfica do
ALICE quanto na forma textual do Java.
Figura 7: Estrutura Condicional
Algo que é trabalhoso em muitas linguagens de programação (em Java é razoavelmente simples) é programar de modo concorrente. No ambiente ALICE basta
agrupar todas as tarefas concorrentes dentro da estrutura “Do together” e estas serão executadas aparentemente ao mesmo tempo.
Após a criação do ambiente no ALICE, pode-se
exportá-lo para página da Web.
20
[1] M. Conway, Alice: Easy-to-Learn 3D Scripting for
Novices, Tese defendida na Faculdade de Engenharia e
Ciência Aplicada da Universidade de Virgínia, EUA, 1997.
[2] C. Kelleher, R. Pausch, e S. Kiesler, “Storytelling
Alice motivates middle schools girls to learn computer
programming”, Proceedings of the SIGCHI conference
on Human factors in computing systems. San Jose,
California, EUA, 2007, pp. 1455-1464.
[3] K. Powers, P. Gross, S. Cooper, M. McNally, K.J.
Goldman, V. Proulx e M. Carlisle, “Tools for teaching
introductory programming: what works?”, Proceedings
of the 37 th SIGCSE Technical Symposium on
Computer Science Education. Houston, Texas, EUA,
2006, pp. 560-561.
[4] Z. Mahmood, “An Objects-First Approach to
Teaching Introductory Software Development”,
Proceedings of the 12 tth WSEAS International
Conference on Computers. Heraklion, Grécia, Texas,
EUA, 23 de julho de 2008, pp. 968-972.
[5] Barnes, D.J., M. Kolling, Programação Orientada a Objetos com Java. Uma introdução prática
usando BlueJ, Pearson, Brasil, 2004.
[6] S. Cooper, W. Dunn e R. Pausch, “Teaching objectsfirst in introductory computer science”, Proceedings of the
34 SIGCSE Technical Symposium on Computer Science
Education, ACM, New York, EUA, 2003, pp.191-195.
ALICE no ensino de
computação para crianças
Danielle Cordeiro Pedrosa1 e Sergio Vicente Denser Pamboukian2
[email protected];
[email protected]
Resumo
Devido à disseminação dos computadores e seu uso cada vez mais presente na formação
de estudantes existem cada vez mais perguntas sobre como conciliar educação e recursos tecnológicos. Para os mais jovens, o computador é considerado ferramenta indispensável no dia a dia. Por meio do ensino de lógica de programação para crianças é possível
estimular o raciocínio lógico e formal, além de propiciar um embasamento teórico sobre
as possibilidades da ciência da computação. Este trabalho objetiva mostrar as vantagens
de usar o ambiente de programação Alice para o ensino de lógica de programação para
crianças, além de apresentar alguns subsídios para o ensino de lógica de programação
para crianças.
Palavras-chave: Alice, lógica de programação, educação infantil.
INTRODUÇÃO
Hoje em dia, devido ao grande desenvolvimento
tecnológico, ferramentas e técnicas utilizadas nos sistemas computacionais estão em constante evolução sendo rapidamente abandonadas ou substituídas. Como
estas ferramentas estão presentes em nosso cotidiano é
necessário termos um embasamento no mínimo básico
sobre o funcionamento das mesmas [1].
Tem-se observado que, devido a esta necessidade, a
computação está cada vez mais sendo inserida no contexto acadêmico. Na maioria das vezes o objetivo principal é permitir a comunicação à distância ou utilizar
recursos de multimídia e de realidade virtual para apoio
do ensino fundamental e médio. Porém, existem algumas iniciativas para inserir desde cedo o ensino de lógica de programação como ensino básico. Isto pode ajudar a identificar afinidades do aluno para com a área de
computação como também pode estimular o raciocínio
1
Danielle Cordeiro Pedrosa, Aluna, Rua da Consolação, 930, 01302907, São Paulo, SP, Brasil,
2
Sergio Vicente Denser Pamboukian , Professor, Rua da Consolação, 930, 01302-907, São Paulo, SP, Brasil
lógico e dar maior embasamento sobre ferramentas
computacionais de inúmeras utilidades [2].
Após anos de experiência no ensino de linguagem
de programação, podemos perceber o grande desinteresse por parte dos alunos iniciantes. Um dos motivos
para este desinteresse provavelmente é a grande quantidade de conceitos extremamente abstratos envolvidos
no processo e que acabam dificultando o aprendizado
[3]. Observando um código estruturado é difícil entender o que ele faz sem se ter o embasamento necessário
da linguagem de programação em questão.
Com base nesses argumentos, propõe-se o uso do
software livre Alice para iniciação do estudante no aprendizado dos conceitos básicos e essenciais da lógica de
programação. Este software permite o desenvolvimento desde as aplicações mais simples até as mais sofisticadas, podendo fazer a integração com outras aplicações em ambiente Java.
Em relação ao ensino da programação para crianças, o software Alice traz uma interface gráfica simples
e colorida, desapertando a curiosidade, além de blocos
prontos e objetos 3D que podem ser usados na programação, tornando-a mais versátil, simples e interativa.
21
O SOFTWARE ALICE
CRIANDO UM PROJETO NO ALICE
O software Alice, atualmente nas versões 2.2 e 3.0,
foi desenvolvido pela Carnegie Mellon University (CMU)
situada em Pittsburgh/USA e disponibilizado gratuitamente através do endereço www.alice.org.
No Alice, o termo “Mundo” refere-se ao ambiente virtual da aplicação 3D que será desenvolvida. Neste mundo
virtual serão inseridos objetos (pessoas, animais, casas, etc.)
que serão animados pelo programa desenvolvido.
Alice é um inovador ambiente de programação 3D,
que torna muito fácil a criação de animações (com o
objetivo de contar uma história), a criação de jogos
interativos e também a criação de vídeos para serem
compartilhados na web. Alice também é uma ferramenta
educacional desenvolvida para auxiliar estudantes em
seu primeiro contato com a programação orientada a
objetos. Ela permite aos estudantes aprenderem os conceitos básicos de programação em um contexto de criação de filmes e pequenos jogos. No Alice, objetos em
3D (por exemplo, pessoas, animais e veículos) são inseridos em um mundo virtual onde podem ser animados
pelo programa desenvolvido pelos estudantes [4].
Ao criar um novo projeto no Alice, o primeiro passo
é escolher um gabarito (template) para o ambiente virtual (terra, areia, grama, neve, etc.) como podemos observar na Figura 1.
No ambiente de desenvolvimento interativo do Alice, estudantes podem arrastar e soltar comandos gráficos para criar seus programas. Tais comandos
correspondem a instruções clássicas (If/Else, While e
outras) existentes nas linguagens de programação baseadas em texto como Java, C++ e C#. Alice permite
que os estudantes visualizem imediatamente como seus
programas estão sendo interpretados, permitindo um fácil
entendimento da relação entre as instruções inseridas
no programa e o comportamento da sua animação.
Manipulando objetos no mundo virtual, os estudantes
ganham experiência com todas as estruturas de programação típicas ensinadas em um curso de introdução à
programação [4].
APLICAÇÕES NA EDUCAÇÃO INFANTIL
O software Alice pode ser utilizado de duas formas
distintas na educação infantil. A primeira opção é utilizar esta ferramenta para ensinar a criança a construir
uma animação utilizando objetos e estruturas prontas,
alterando apenas parâmetros básicos, fazendo com que
ela já se habitue aos comandos elementares e essenciais de linguagens como C, C++, C#, Java e outras.
Outra opção é utilizar o software Alice para que o professor possa criar suas próprias animações, moldadas
da maneira necessária à proposta pedagógica do curso,
que serão apenas exibidas aos alunos, como material de
apoio às aulas.
22
Figura 1: Criação de Um Novo mundo Virutal
Após a definição do tipo de mundo virtual a ser utilizado, entramos no ambiente interativo de programação
do Alice. Este ambiente é composto por vários elementos que podem ser identificadas na Figura 2:
A - botão para adicionar novos objetos ao mundo
virtual. Permite também a visualização e alteração dos
objetos já adicionados;
B - árvore que permite a visualização dos objetos
existentes no mundo virtual;
C - detalhes do objeto selecionado. Indica métodos existentes e propriedades do objeto que podem ser alteradas;
D - janela de edição dos scripts relacionados a cada
método;
E - principais estruturas de controle de programação
(condicionais, repetitivas, etc.);
F - botão para exibir a animação criada;
G - janela onde são criados novos eventos e onde
cada evento pode ser associado a um método.
Para entender melhor o funcionamento deste ambiente, descreveremos passo a passo a criação de uma animação simples.
Dentre as várias categorias de objetos (animais, construções, etc.) escolhemos os objetos que nos interessam e inserimos instâncias destes objetos em nosso
mundo virtual.
Neste exemplo, os objetos escolhidos foram: solo,
ilha, helicóptero e pato (ground, island, helicopter e
duckPrince), como podemos ver na Figura 3.
Após a criação de uma instância de objeto, o mesmo
pode ser reposicionado, rotacionado e redimensionado
no mundo virtual. Para isto basta selecionar o objeto,
escolher a operação que se deseja realizar (mover, girar, redimensionar, etc.) utilizando os botões que podem
ser visualizados no canto superior direito da Figura 3,
clicar no objeto e arrastá-lo. Para customizar o objeto
podemos também alterar as suas propriedades (cor, opacidade, etc.) que estão descritas na parte inferior esquerda da tela.
Figura 2: Ambiente de programação Alice
O primeiro passo é adicionar alguns objetos ao mundo virtual. Para isto, basta pressionar o botão “Add
Objects” visto na Figura 2A. Ao ser pressionado, este
botão exibirá uma galeria onde podemos escolher objetos prontos ou também importar objetos de outras fontes 3D (parte inferior da Figura 3).
Após a criação e configuração dos objetos é necessário efetuar a programação dos mesmos para que a
animação possa ser realizada. A Figura 4 mostra as janelas do ambiente Alice que são utilizadas para efetuar
a programação destes objetos:
A - visualização dos objetos inseridos;
B - árvore de objetos existentes no mundo virtual;
C - métodos disponíveis para o objeto selecionado
(mover, rolar, dizer, etc.);
D - código fonte do método.
Na Figura 4D podemos perceber que o código fonte
de um método é muito parecido com uma linguagem de
programação.
Figura 3: Escolhendo objetos
Figura 4: Programando no Alice
23
Para adicionar um comando ao código fonte podemos, por exemplo, arrastar um método (Figura 4C) para
a área onde o código fonte está sendo escrito (Figura
4D). Por exemplo, para mover o helicóptero 17 metros
à frente podemos:
• arrastar o método “helicopter move” para a área
do código fonte;
• escolher a direção “forward” no menu popup que
irá aparecer;
• escolher a distância “17 meters”.
Podemos também adicionar outras características a
este método clicando no botão “more...” e indicando,
por exemplo, a duração de 2 segundos para a execução
deste método.
Por exemplo, se alguns métodos têm que ser executados
simultaneamente (de forma paralela), podemos utilizar a
estrutura “Do together” e se os comandos precisam ser
executados um após o outro, usamos a estrutura “Do in
order”. Além disso, existem também outras estruturas
importantes como “Wait” (pausa) e “print”.
No exemplo visto, o comando “Do together” foi utilizado para fazer o helicóptero se mover para frente ao
mesmo tempo em que gira, tendo como resultado final o
helicóptero se movendo ao redor da ilha.
Depois de finalizada a animação, a mesma pode ser
visualizada em uma janela muito parecida com um
tocador (player) de vídeo (Figura 7).
O resultado desta linha de comando pode ser visto
na Figura 5.
Figura 5: Linha de Comando
Após a definição de um método, é possível ajustar o
mesmo através das caixas de combinação existentes na
linha de comando (veja o destaque na Figura 6).
Figura 7: Visualizando a animação
Nesta janela podemos escolher a velocidade de exibição da animação, efetuar uma pausa, interromper ou
reiniciar a exibição. Existe também a possibilidade de
fotografar a janela e salvar o quadro; este comando é
semelhante à tecla “PrintScreen” existente no teclado,
porém focado na imagem exibida pela janela.
Figura 6: Ajustando um método
Durante a criação do programa, podemos visualizar
o resultado clicando no botão Play (Figura 2F). Assim é
possível verificar se o código gerado está de acordo com
o esperado ou se é necessário efetuar o ajuste de algum
parâmetro nas linhas de comando.
Além das estruturas de controle convencionais existentes na maioria das linguagens de programação (If/Else,
While, etc.), o software Alice também disponibiliza estruturas que controlam o tempo de execução dos métodos.
24
DIÁLOGOS ANIMADOS
Outra utilidade muito simples do Alice, mas muito interessante quando trabalhamos com educação infantil, é o
uso de filmes e desenhos para representar diálogos. Este
recurso pode ser usado para ensinar uma língua estrangeira, por exemplo, como vemos em quadrinhos nos livros, só
que neste caso animado. Isto tanto pode ser feito pelo aluno, conciliando o ensino da língua estrangeira com o ensino
de programação (fica aqui uma proposta de trabalho escolar), como pode ser usado pelo professor para deixar sua
aula mais dinâmica e interativa (Figura 8).
Figura 8: Diálogos animados
CONCLUSÕES
REFERÊNCIAS
Trabalhar com um ambiente gráfico em 3D fácil de
usar é atrativo e motivador para os estudantes que desejam se iniciar na área de programação.
[1] FONSECA, C. História da Computação – Teoria
e Tecnologia. Brasília: LTR, 1998.
Neste ambiente de programação não é necessário memorizar a sintaxe dos comandos, pois os métodos, localizados à esquerda da tela, e os comandos, localizados na parte
inferior da tela, são adicionados ao código fonte clicando
sobre os mesmos e arrastando-os para o local desejado.
Isto torna a programação extremamente fácil para iniciantes
e evita os desmotivadores erros de sintaxe que ocorrem nas
linguagens de programação baseadas em texto.
A natureza visual e a visualização instantânea dos
resultados tornam fácil para os estudantes perceber o
impacto de um comando ou grupo de comandos. Isto
também torna a depuração do código mais fácil.
[2] FERNANDES, C. S., MENEZES, P. B. Metodologia do Ensino de Ciência da Computação: uma
Proposta para Crianças. Em: Congresso da Sociedade
Brasileira de Computação 2001, Fortaleza – CE, Agosto de 2001.
[3] ALMEIDA, E. S. Um Ambiente Integrado para
auxílio ao Ensino de Ciência da Computação. Revista Digital da CVA-RICESU, vol. 2 – n°8 Setembro
de 2004.
[4] MOSKAL, Barb; LURIE, Deborah; COOPER,
Stephen. Evaluating the Effectiveness of a New
Instructional Approach. Disponível em: www.alice.org.
Acesso em 17/05/2010.
O software Alice provê uma noção concreta do conceito de objetos, suas classes, instâncias, métodos e propriedades.
25
16
Ensino de Matemática
com o Software ALICE
Angela Hum Tchemra1 e Melanie Lerner Grinkraut2
[email protected];
[email protected]
Resumo
O objetivo deste artigo é apresentar uma proposta do uso do software Alice para o
ensino de Matemática. Alice é um programa que tem como principal finalidade ensinar e desenvolver a lógica de programação, com recursos que facilitam a criação
de programas, sem a necessidade de conhecimentos sobre a sintaxe de comandos
das linguagens de programação. Desta forma, Alice pode ser uma alternativa de
uso para a criação de aplicações com conteúdos que envolvam conceitos matemáticos, integrados com outras disciplinas, que exigem dos alunos raciocínio lógico e
conhecimentos, capacitando-os na compreensão das relações dos diferentes assuntos tratados, e auxiliando no processo de ensino e aprendizagem da Matemática.
Palavras-chave: educação, informática, matemática, software Alice.
INTRODUÇÃO
Geralmente, alunos que estudam os conteúdos matemáticos têm dificuldades de compreensão e de raciocínio dedutivo na matéria, e de relacionar os aspectos
abstratos com os reais, concretos, da realidade do seu
dia a dia.
Pode-se, de forma análoga, dizer que alunos que criam os primeiros programas para o computador, sentem
dificuldades semelhantes em desenvolver a lógica de
programação. Isto se deve a vários fatores, tais como,
não estarem habituados em raciocinar de forma lógica,
levando em conta os recursos computacionais, não conseguirem associar os diversos conteúdos que envolvem
as aplicações, e outros.
O software Alice, desenvolvido pelos pesquisadores
da Universidade Carnegie Mellon, tem como objetivo
principal auxiliar os alunos na lógica de programação.
Possui um ambiente de desenvolvimento, cuja interface
1
2
Angela Hum Tchemra, Professora, Rua da Consolação, 930,
01302-907, São Paulo, SP, Brasil
Melanie Lerner Grinkraut, Professora, Rua da Consolação, 930,
01302-907, São Paulo, SP, Brasil
gráfica e recursos tridimensionais com animações, facilitam a aprendizagem e o desenvolvimento do raciocínio
lógico.
Alice é um software que permite criar animações
em 3D de forma fácil, trazendo como vantagem para os
desenvolvedores recursos de computação gráfica, não
exigindo dos estudantes principiantes em lógica de programação conhecimentos avançados sobre o assunto.
Além disso, traz facilidades de programação, pois não é
necessário escrever códigos complexos, como as sintaxes de algumas linguagens de programação, uma vez
que o simples uso de cliques do mouse e o processo de
arrastar objetos possibilitam o desenvolvimento de programas com animação.
Apesar de o software Alice ter sido, originalmente,
concebido para auxiliar alunos no desenvolvimento da
lógica de programação, este software pode ser usado
para gerar programas com aplicações em diversas
áreas. Estes programas podem agregar conceitos matemáticos e animações em 3D, criando-se aplicativos
que facilitariam a compreensão, não somente de matemática, mas de outras disciplinas, tais como física, ciências, português, inglês e outras.
27
Diversas pesquisas, na área de ensino e aprendizagem de matemática com o uso de recursos computacionais, apresentam trabalhos em que conteúdos matemáticos são desenvolvidos em aplicações lúdicas, tais
como jogos, vídeos e animações, que contextualizados,
motivam os alunos a aprenderem de forma agradável, e
até desafiadora. O uso do computador, aliado a outras
tecnologias, tais como o vídeo, a televisão e outras mídias,
tem procurado estimular e auxiliar os alunos no aprendizado dos diferentes conteúdos da matemática.
Alice se mostra como mais uma alternativa criativa
para capacitar e envolver os alunos na construção de novos
conhecimentos em diversas disciplinas, com aplicações
cujos cenários e estórias podem motivar estudantes de
várias faixas etárias, fazendo-os compreender e observar os conceitos abstratos ligados ao seu cotidiano.
O professor de matemática pode orientar os alunos
na elaboração de softwares, que possibilitem e motivem
os alunos a investigar, pesquisar e buscar soluções de
problemas que envolvam conteúdos matemáticos, num
processo de ensino e aprendizagem da construção do
conhecimento. Para isto, o ambiente do programa Alice
pode auxiliar na concretização dos conceitos abstratos
da matemática, dando suporte para a criação de objetos
e suas ações.
Este artigo apresenta nas seções seguintes os tipos
de uso do computador em educação por professores e
alunos, bem como alguns aspectos do processo de ensino e aprendizagem da matemática apoiado nos recursos da informática. O software Alice e seus recursos
principais são descritos em outra seção, com o objetivo
de mostrar as possibilidades e as facilidades de se desenvolver programas educacionais aplicados ao ensino
de matemática. Na última seção, são apresentadas as
considerações finais e as possíveis contribuições que o
projeto proposto poderá trazer.
TAXONOMIA DE USOS DO
COMPUTADOR EM EDUCAÇÃO
Até algumas décadas atrás, uma visão limitada da
educação considerava a aprendizagem como algo que
acontecia por meio da instrução ou do ensino formal e
deliberado.
Contudo, ao se comparar a realidade da sala de aula
dos dias atuais com aquela que ocorria em um passado
bastante recente, é possível constatar mudanças profun28
das, devidas principalmente às transformações na sociedade e à grande influência dos meios de informação e de
comunicação sobre os três agentes fundamentais da educação: escola-professor-aluno. Muito se tem estudado e
pesquisado a partir daquela época. Os recursos
tecnológicos desenvolvidos e oferecidos foram inicialmente utilizados pela sociedade em geral, em todos os seus
setores, chegando posteriormente às escolas.
Em um contexto educacional, estes recursos
tecnológicos têm propiciado a construção de um ambiente, que visa estimular a interação do aluno com o objeto de estudo, integrando-o à sua realidade. Assim a
sua utilização tem sido voltada a motivar e a desafiar os
alunos, permitindo que as situações criadas possam ser
adaptadas às suas estruturas cognitivas e ao seu pleno
desenvolvimento.
Assim sendo, no momento atual, os recursos
tecnológicos e em especial o computador têm se constituído em um importante recurso de apoio ao aprendizado,
sendo utilizado tanto pelo professor em todas as etapas
de seu trabalho, como pelos alunos. No entanto no que
diz respeito aos alunos, muitos educadores e pesquisadores tem se preocupado com o ensino ministrado nas escolas e com a qualidade da aprendizagem dos alunos, e
isto tem levado a investigação das melhores maneiras de
fazer com que o computador contribua realmente para a
melhoria do processo de ensino-aprendizagem.
Se o computador for utilizado apenas como instrumento a serviço do ensino formal e deliberado, não irá
alterar significativamente a maneira de ensinar e poderá não ter muito efeito sobre a educação. Segundo [1][2], o computador deveria ser utilizado como uma ferramenta de aprendizagem e não apenas como uma máquina de ensinar.
Muitos pesquisadores da área de informática educacional têm estudado possíveis formas de utilização do
computador no dia a dia da sala de aula. Para [2] as seguintes formas de uso são as mais comuns: 1º) instrução
programada; 2º) simulações e jogos; 3º) aprendizagem
por descoberta e 4º) pacotes aplicativos. Tem-se a seguir
uma breve descrição destes métodos de utilização.
1º) Instrução programada - Trata-se de um método
em que o computador é colocado na posição de quem
ensina o aluno. Esta foi a forma mais difundida de utilização em um passado bastante recente. Ela ficou conhecida pela sigla CAI, cuja denominação era Instru-
ção Assistida pelo Computador (Computer Assisted
Instruction), tendo sido adotada por aqueles que enxergavam o computador basicamente como um recurso
ou auxílio instrucional que facilitava a consecução de
certos objetivos educacionais tradicionais através de
métodos fundamentalmente convencionais. O computador, nestes casos, era utilizado como uma máquina de
ensinar ou como um equipamento que ensinava conceitos, fatos ou habilidades dentro do contexto curricular
regular. Os programas de exercício e prática, quando
bem construídos podiam adaptar-se aos diversos níveis
de conhecimentos e deficiências específicas, servindo
como um meio de reforço aos alunos. Uma forma mais
sofisticada de instrução programada do que os exercícios repetitivos de prática e fixação era a que englobava os programas conhecidos como tutoriais. O tutorial
leva o computador a instruir o aluno, em uma área do
conhecimento, tendo um contato individualizado com
este, como um tutor o faria.
linguagem de programação e desenvolver programas que
possam integrar os conteúdos de diversas disciplinas
presentes no currículo.
2º) Simulações e Jogos - Uma simulação constituise em um modelo, real ou imaginário, baseado em uma
teoria de operação de algum sistema. Atualmente computadores conseguem simular sistemas razoavelmente
complexos, e eles podem ser programados para responder a certas intervenções de forma realista. As simulações devem ser utilizadas como um complemento, e não
como uma substituição total do trabalho, como por exemplo, em um laboratório de Química. Em uma simulação
o aluno testa as suas hipóteses sobre os problemas que
surgem no ambiente simulado, manipula variáveis e verifica como o comportamento do modelo se altera em
uma variedade de situações e condições. Por sua vez
os jogos pedagógicos têm como objetivo principal promover a aprendizagem, diferentemente de outros tipos
de jogos. Nos jogos pedagógicos existe um conjunto de
regras bastante claro e geralmente têm ao final um vencedor. Embora os jogos estejam a serviço do ensinoaprendizagem, eles possuem elementos motivadores,
procurando ser divertidos. Desta forma, espera-se que
os alunos aprendam com maior facilidade, até muitas
vezes sem perceber, os conceitos, habilidades e conhecimentos presentes no jogo.
O software Alice [3] pode ser classificado na categoria, segundo o método de uso, como “aprendizagem
por descoberta”, por se tratar de uma linguagem de programação em um ambiente gráfico virtual 3D e por
criar um ambiente de aprendizagem ou um “micromundo”. Este software oportuniza diversas possibilidades de utilização, adequadas a situações diversas, podendo ser utilizado tanto em contextos educacionais,
como em outros ambientes. Neste ambiente torna-se
possível criar com facilidade uma animação 3D, na forma da narrativa de uma estória, executar um jogo
interativo, ou ainda compartilhar um vídeo na Internet.
3º) Aprendizagem por descoberta - Atualmente existem várias linguagens de programação dirigidas para a
área educacional, que tem por objetivo criar ambientes
de aprendizagem. O aluno terá condições de desenvolver o seu raciocínio lógico-matemático, aprender uma
4º) Pacotes aplicativos - Em um contexto educacional também é possível utilizar pacotes aplicativos genéricos como processadores de texto, gerenciadores de
banco de dados, planilhas eletrônicas, programas de
apresentação e criação de páginas para a Internet. O
uso de pacotes aplicativos constitui uma maneira interessante e útil de trabalhar o computador com os alunos, como também de prepará-los para o uso deste em
suas vidas profissionais.
Quase toda forma de utilização de computadores proporciona algum tipo de benefício pedagógico. Algumas
utilizações são mais adequadas para o desenvolvimento
de determinadas habilidades e outras se adéquam mais
aos objetivos educacionais. Cada uma das estratégias
torna-se eficaz quando utilizada na situação correta.
ASPECTOS DO ENSINO E APRENDIZAGEM
DA MATEMÁTICA APOIADO
NOS RECURSOS DA INFORMÁTICA
No ensino da matemática, o surgimento e a utilização de vários programas voltados à educação tem trazido uma perspectiva animadora de metodologias diferenciadas, que possam levar a uma aprendizagem mais
significativa. Estes programas serviriam de auxílio ao
processo de ensino-aprendizagem de conteúdos matemáticos, na medida em que possibilitariam ao aluno trabalhar de uma forma interativa, visual, dinâmica; testando hipóteses e construindo conjecturas, enfim construindo o seu próprio conhecimento, além de respeitar
ritmos diferenciados de aprendizagem.
29
Estas ferramentas, desde que utilizadas em um contexto que considere o aluno no centro do processo e usando
metodologias diferenciadas das tradicionais, se tornam um
recurso poderoso que em muito auxilia em um primeiro
momento a compreensão e a apropriação de conteúdos
matemáticos e à sua consequente aplicação na própria
matemática, em outras disciplinas e na vida cotidiana. Estas metodologias possibilitam identificar o que o aluno está
entendendo do conteúdo ensinado e o raciocínio envolvido
nas construções ou na programação por ele efetuadas.
Para [4] o desenvolvimento da matemática sempre
foi dependente do material e das ferramentas disponíveis, especialmente no que se refere à matemática
computacional. Atualmente, avanços na informática propiciaram o desenvolvimento de softwares matemáticos
numéricos e simbólicos. Porém estas novas ferramentas sofisticadas poderão não se tornar imediatamente
instrumentos matemáticos eficientes para o seu uso, pois
devido a sua complexidade não é fácil dominá-los e retirar deles todo o beneficio de seu potencial. Entretanto
o que se verifica é que apesar de todas as dificuldades,
estas ferramentas estão sendo cada vez mais estudadas e desenvolvidas de forma a serem incorporadas às
práticas matemáticas em contextos educacionais de forma a modificar antigas concepções relacionadas ao processo de ensino e aprendizagem da matemática.
O computador no ensino da matemática ao oferecer
novas ferramentas e maiores facilidades de interação,
em ambientes mais amigáveis, como os “micromundos”
oportuniza aos alunos uma atuação mais efetiva sobre
os objetos matemáticos, que são mais abstratos.
Segundo [5], ao estudar este tema constatou que o
computador trouxe novos elementos no ensino e na aprendizagem da matemática, na medida em que possibilitou
que ela fosse explorada in loco. Este recurso apresenta uma realidade virtual, que propicia um ambiente favorável à exploração matemática e à descoberta de resultados. Ao serem apresentadas as soluções para uma
determinada situação-problema de forma visual aos alunos, os ambientes informatizados possibilitam experimentações indutivas, que poderiam validá-las.
Em suas pesquisas, [6] constatou que o encontro dos
alunos com os programas matemáticos de computador os
motivava ao estudo, enquanto desenvolviam atividades de
investigação. Por sua vez, estas atividades tinham entre os
seus objetivos, convencer os alunos de determinados resultados, além de despertá-los para muitas outras indagações.
30
Assim sendo, os ambientes informatizados fornecem
inúmeros recursos, que proporcionam tanto aos professores como aos alunos a possibilidade de explicitar as
propriedades e relações dos objetos estudados em termos de uma linguagem mais formal, enquanto interagem
com os dados gerados pelas suas definições. Desta forma, estes conseguem mudar a sua atitude frente a estes
objetos, possibilitando que realizem inúmeras operações
sobre eles, gerando vários tipos de respostas.
Ao tratar do ensino de uma linguagem de programação, [7] justifica esta importância quando se refere aos
estudantes, na medida em que considera as habilidades
cognitivas gerais que estes desenvolvem como resultado
de uma atividade de programação. Pesquisas apontam
que a o aprendizado e o desenvolvimento de um programa, utilizando uma linguagem de programação subsidie o
aprendizado de outras habilidades gerais do pensamento,
bem como pode orientar na resolução de problemas complexos. Outro objetivo da atividade de programação ocorre
no domínio específico do aprendizado que acontece na
tentativa de solucionar certos problemas matemáticos,
usando comandos específicos na manipulação de algum
tipo de objeto matemático. A idéia que a programação
pode atuar como um meio na aprendizagem matemática
originou-se no final dos anos 60. Atualmente os softwares
e os ambientes de aprendizagem tem-se tornado tão flexíveis e modificáveis que o professor ou o próprio aluno
podem criar ambientes para usos específicos.
O software Alice se constitui em uma linguagem de
programação, que pode ser utilizado como um meio na
aprendizagem matemática. Além do aprendizado da própria linguagem, ele também oferece como alternativo de
uso a possibilidade de se criar aplicações com conteúdos
que envolvam conceitos matemáticos, integrados com
outras disciplinas, exigindo e propiciando nos alunos o
desenvolvimento do raciocínio lógico e a ampliação de
conhecimentos. Isto poderá levá-los a compreender as
relações dos diferentes assuntos tratados, auxiliando-os
no processo de ensino e aprendizagem da matemática.
SOFTWARE ALICE NO
ENSINO DE MATEMÁTICA
O software Alice foi idealizado, em 1997, por um
grupo de pesquisa, cujo líder foi o pesquisador, falecido
em 2008, Randy Pausch, na Carnegie Mellon University,
situada na cidade de Pittsburgh, Pensilvânia, nos Esta-
dos Unidos, com o propósito de auxiliar alunos do ensino médio a compreender melhor o processo de desenvolvimento de programas de computador. Com a evolução do software, dada pelo acréscimo de novos recursos, e pesquisas do grupo, atualmente liderado pela professora Wanda Dann, possibilitaram direcionar o seu uso
para o ensino de lógica de programação para alunos de
ensino superior [8].
O ambiente de desenvolvimento de programas
tridimensionais, acrescido de recursos de animação e
interação, tem apontado o software Alice como uma
ferramenta que facilita o processo de ensino e de aprendizagem da lógica computacional. Suas características
visam reduzir o tempo na criação de programas gráficos em 3D interativos, uma vez que o aluno não necessita aprender a sintaxe dos comandos da linguagem,
bastando apenas, em alguns casos, clicar e arrastar objetos e métodos disponíveis no software, inclusive usar
efeitos de câmeras e luz.
Alice é um software livre que suporta a programação
orientada a objetos, como as linguagens C++ ou Java. Ao
disponibilizar objetos pré-programados, Alice permite que
as classes correspondentes sejam alteradas pelos alunos,
novas classes sejam criadas e utilizadas, bem como
reutilizá-las na geração de novos programas. Além disso,
Alice possui uma interface gráfica, que compõe o ambiente virtual, na qual o aluno programador pode organizar
o cenário e os objetos de sua aplicação.
Nas linguagens de programação orientadas a objetos, os objetos representam elementos que possuem
determinadas características ou propriedades, que podem ser alterados e submetidos a algumas ações representadas pelos métodos. O software Alice dispõe de
um conjunto de objetos e métodos fixos, que utilizados
em conjunto geram os movimentos, ou eventos, e animações da aplicação. Além disso, Alice permite que os
mesmos métodos fixos sejam combinados de várias formas para gerar novos métodos e outros eventos.
Os eventos são usados no Alice, junto com as funções
lógicas, para criar as animações, ou movimentos, dos elementos ou personagens que atuam no cenário, permitindo inclusive agregar sons e interação do usuário, enquanto a estória transcorre, com o uso do teclado ou mouse.
Alice permite que a partir do desenvolvimento de
uma aplicação em 3D animada se crie um vídeo, que
reproduz toda a estória desenvolvida.
Essencialmente, Alice tem como objetivo proporcionar um ambiente para desenvolver aplicações baseadas
em estórias criadas pelo professor e pelo aluno. E, é
sobre este aspecto que se pode destacar o uso do
software no ensino e na aprendizagem da matemática.
O aluno pode ser estimulado pelo professor de matemática a criar uma estória com um determinado cenário em 3D, inserir personagens disponíveis no software
Alice ou gerar outros personagens, utilizar e criar métodos ou eventos que permitam a sua animação.
O professor pode orientar e despertar o interesse do
aluno na concepção de uma estória, propondo temas ou
assuntos relacionados com a matemática, que devem
ser explorados e pesquisados para organização do enredo a ser criado.
Durante o processo de pesquisa, o professor pode
estimular o aluno a usar sua criatividade no planejamento dos atos principais de sua estória, verificar quais personagens devem ser inseridos, que relação deve existir
entre os personagens e, principalmente, como os recursos da matemática serão usados.
O professor pode definir os principais objetivos pedagógicos a serem alcançados pelos alunos, tais como
identificar a aplicação do assunto específico da matemática com outras disciplinas; estimular o estudo
multidisciplinar do tema, com o intuito de observar as
relações que se estabelecem entre as várias disciplinas;
desenvolver habilidades e responsabilidades de trabalhar em equipe ou de forma individual; promover a capacidade de criação, organização e coerência no desenvolvimento da estória.
CONSIDERAÇÕES FINAIS E CONTRIBUIÇÕES
Para os desenvolvedores do Alice [8], a sua efetiva
utilização poderá resultar na superação de alguns problemas, por eles considerados como os quatro primeiros
obstáculos na introdução de uma linguagem de programação. São eles:
1º) O processo de desenvolvimento de um programa
ou aplicação, por meio de alguma linguagem de programação, desde as suas origens, envolvia erros relacionadas à notação ou à sintaxe utilizada nos comandos. O
processo de edição do Alice remove a frustração causada por este tipo de erro, pois permite que o estudante
se sinta mais livre no desenvolvimento de uma “intuição
31
sua” relacionada à sintaxe. Cada vez que este necessitar utilizar um comando, bastará apenas que este selecione, clique e arraste os comandos, previamente escritos
nos tópicos de programação, nos quais as opções válidas ficam em destaque.
2°) Devido à sua concepção e por ser uma linguagem virtual, os estudantes não necessitam esperar o
programa ser totalmente executado, para poderem
visualizar os resultados na tela do computador. Para o
aluno se torna mais fácil ver e perceber que algum objeto se moveu para frente ou para trás, do que entender
que alguma variável presente no programa foi
incrementada ou decrementada. Os estudantes ao utilizarem o Alice percebem com facilidade as relações
estabelecidas entre o programa desenvolvido e a ação
de animação.
3º) Muitos alunos iniciam um curso introdutório de
programação, simplesmente porque existe uma exigência institucional. Pesquisas e projetos pilotos realizados
com o uso do Alice em alguns países, em comparação
com grupos de controle em cursos, nos quais foi aplicada a metodologia tradicional, indicaram os alunos que
estavam aprendendo a programar usando o Alice, desenvolveram muito mais aplicações e seguiram para um
segundo curso, interessados em aprender mais sobre
esta ferramenta e as suas possibilidades.
4º) O ambiente de programação propiciado pelo Alice possibilita, motiva e encoraja o aluno de um ponto de
vista psicológico a criar pequenos métodos e funções.
A analogia estabelecida com a criação de uma animação 3D ou mesmo um filme, permite ao professor estimular os alunos no desenvolvimento de uma estória, como
o enredo de um filme, que pode ser elaborada com recursos simples de design e refinada com pseudocódigos.
Nos dias atuais a introdução e o uso de uma linguagem de programação no Brasil em contextos educacionais são direcionados principalmente a cursos superiores que lidam com as ciências Exatas e Tecnológicas,
como Engenharia, Ciências da Computação, Sistemas
de Informação, Matemática e Física. Observa-se que
mesmo nestes cursos a resistência dos alunos e as dificuldades de aprendizagem são muito grandes.
32
A chegada do Alice, da forma como foi concebido e
de acordo com a sua proposta, talvez possibilite uma
maior aceitação por parte dos alunos, bem como uma
maior penetração nas escolas, no ensino superior, em
carreiras voltadas às Ciências Humanas e Biológicas,
como também no ensino infantil, fundamental e médio.
Desta forma, a metodologia proposta para o uso do
software Alice no ensino de matemática pode contribuir
para o aumento do interesse e motivação do aluno tanto
quanto aos temas relacionados à matemática quanto pela
criação e desenvolvimento de estórias contextualizadas.
A criação de programas no Alice pode permitir ao
aluno o desenvolvimento de inúmeras habilidades e competências no campo da pesquisa, na leitura e interpretação de textos, na capacidade de análise e síntese dos
conteúdos multidisciplinares trabalhados e no desenvolvimento do raciocínio matemático.
O uso do software Alice pode desenvolver a capacidade técnica do aluno e do professor no que se refere à
assimilação no uso de ferramentas computacionais.
Para o professor, o processo pode proporcionar uma
maior integração com professores de outras disciplinas,
devido tanto à questão do trabalho cooperativo quanto à
natureza multidisciplinar dos conteúdos abordados, o que
pode resultar em crescimento profissional e pessoal. E,
para os alunos, o trabalho em grupo pode propiciar uma
maior integração entre eles, respeitando a individualidade e idéias de cada um, colaborando na construção contínua do conhecimento.
Como já mencionado nas seções anteriores, mesmo
que o aluno ao se tornar um profissional em sua área de
atuação, não tenha necessidade de desenvolver programas de computador, o mais importante foi o processo
que ele vivenciou ao aprender a programar, o que possibilitou o desenvolvimento do raciocínio lógico-abstrato
matemático, bem como outras habilidades e competências gerais, que são hoje em dia muito importantes para
um indivíduo conseguir se inserir no mercado de trabalho e viver na sociedade.
REFERÊNCIAS
[1] CHAVES, E.O.C. O Computador na Educação.
Educação e Informática: Projeto EDUCOM - Ano I,
Fundação Centro Brasileiro de Televisão Educativa, Rio
de Janeiro, 1985.
[2] CHAVES, E.O.C. O uso dos Computadores em
escolas: Fundamentos e Críticas. In: CHAVES, E. O.
C.; SETZER, V. W. São Paulo: Editora Sipione, 1988,
p5-67.
[3] ALICE. An Educational Software that teaches students Computer Programming in a 3D Environment.
Carnegie Mellon University, Pittsburgh, EUA. Disponível em: http://www.alice.org/. Acesso em: 24 mai. 2010.
[4] ARTIGUE, M. Learning Mathematics in a CAS
environment: The Genesis of a reflexion about
instrumentation and the dialectics between technical and
conceptual work. International Journal of Computers for
Mathematical Learning, 2002, 7: 245-274. Kluwe
Academic Publishers.
[5] PIETROPAOLO. R. C. (Re) Significar a demonstração nos currículos da educação básica e da formação de professores de matemática. 2005. Tese
(Doutorado em Educação Matemática: Educação Matemática)- Pontifícia Universidade Católica, São Paulo,
2005.
[6] DE VILLERS, M. Approaching geometry theorems
in contexts: from history and epistemology to
cognition, a reaction. In: PME, XXI, 1997. p.196-198.
[7] KAPUT, J. J. Technology and mathematics
education. In: D. A. Grouws (ed.), Handbook of
Research on Mathematics Teaching and Learning,
Maxwell Macmillan International: New York, 1992.
[8] DANN, W., COOPER, S., PAUSCH, R. Learning
to Program with Alice. Second Edition. New Jersey:
Prentice Hall, 2009.
33
24
Uma experiência no ensino de computação gráfica em
Cursos de Ciência e Engenharia da Computação
An experience in teaching graphics computing for
Courses of Science and Computer Engineering
Osvaldo Ramos Tsan Hu1, Edson de Almeida Rego Barros 2, Paulo Alves Garcia 3,
Sergio Vicente Denser Pamboukian4 e Lincoln Cesar Zamboni 5
[email protected]; [email protected]; [email protected];
[email protected]; [email protected]
Abstract
The objective of this article is presenting the teaching methodology of the disciplines correlates to Graphics Computing, that is used in Engineering and Computer
Science, also describing the experience of producing, every six months, an animation
festival, with the work produced by students.
Index Terms: Computer Science, Learning, Engineering, Graphics Computing.
INTRODUÇÃO
Disciplinas da grade curricular da Universidade
Presbiteriana Mackenzie (UPM) ligadas à computação,
algoritmos e, em especial, computação gráfica, como,
por exemplo, Computação Básica e Programação, Introdução à Ciência da Computação, Expressão Gráfica
etc., ministradas nos cursos de Engenharia e de Ciência
da Computação, fundamentam e apóiam tópicos de
processamento de imagens. Em tal fundamentação e
apoio, valem-se, em aulas práticas, dos mais variados
softwares como, por exemplo, C++ Builder, NetBeans,
MATLAB, SolidWorks, AutoCAD, MicroStation,
Photoshop, POVRAY etc. Estes softwares permitem o
processamento de imagem e também possibilitam aos
alunos a experiência de sintetizar tais imagens. Por outro lado, a elaboração de animações e videogames não
é facilitada por tais softwares de uma forma simples e
didática.
1
2
3
4
5
Osvaldo Ramos Tsan Hu, Professor, Rua da Consolação, 930,
01302-907, São Paulo, SP, Brazil
Edson de Almeida Rego Barros, Professor, Rua da Consolação,
930, 01302-907, São Paulo, SP, Brazil
Paulo Alves Garcia, Professor, Rua da Consolação, 930, 01302907, São Paulo, SP, Brazil
Sergio Vicente Denser Pamboukian, Professor, Rua da
Consolação, 930, 01302-907, São Paulo, SP, Brazil
Lincoln Cesar Zamboni, Professor, Rua da Consolação, 930,
01302-907, São Paulo, SP, Brazil
Uma experiência realizada recentemente [1] mostrou valores positivos quando da introdução do software
POVRAY. Tal software possibilitou a síntese e a geração de imagens estáticas e também de animações. Detectou-se que a receptividade por parte dos alunos foi
positiva.
Os alunos elaboraram animações individuais, algumas delas destacando-se pela sua boa qualidade. Considerando-se a existência de turmas com aproximadamente 40 alunos em cada uma, e devido à curiosidade
de todos para assistirem as animações dos colegas, foi
agendada uma noite para a apresentação de todos os
trabalhos. Após as animações serem apresentadas, comunicando-se a disposição de divulgá-las aos alunos das
áreas específicas, surgiu a idéia de se implementar um
evento maior, com a presença de alunos de outros cursos além de convidados externos.
Este trabalho descreve a metodologia a ser adotada
em aulas que enfocam computação gráfica, com base
na experiência descrita nos parágrafos anteriores. Tal
metodologia foi desenvolvida pelos autores e professores da UPM e, por diversas conveniências e vantagens,
empregada após o Congresso Alice Brazil.
ALICE
Alice é um ambiente de programação 3D inovador
que facilita a criação de uma animação para contar uma
35
história, jogar um jogo interativo, ou um vídeo para compartilhar na web. Alice é uma ferramenta de ensino para
a computação introdutório. Faz uso de gráficos 3D e
uma interface drag-and-drop facilitando o primeiro
contato em programação [2].
Alice também é uma ferramenta de ensino, concebida com uma abordagem inovadora para o ensino e
aprendizado de conceitos introdutórios de programação.
Recursos didáticos para apoiar alunos e professores
foram desenvolvidos com o uso desta nova abordagem.
Em tais recursos encontramos livros, aulas, programas
de exemplo, bancos de dados para ensaios etc. Outros
recursos foram desenvolvidos por autores que se integraram aos esforços de criação [2].
Alice tem algumas características interessantes para
o seu uso nas turmas dos cursos de disciplinas ligadas à
computação, algoritmos e computação gráfica. A primeira é o fato de ser um programa gratuito. Ele pode
ser baixado no site www.alice.org. A segunda característica é o fato de o programa ter uma excelente interface
com o usuário sendo possível arrastar e soltar objetos
em ambiente gráfico. Os objetos são modelados e colocados em ação através da programação com o uso de
módulos estruturais que valorizam o ensino de linguagem de programação. Alguns dos nossos alunos se anteciparam nesta empreitada, sem nenhum resultado prático, até o presente momento.
• Aula 01 – Apresentação geral da disciplina:
visita ao laboratório;
regras do trabalho;
apresentação alguns trabalhos anteriores no Alice.
• Aula 02 – Alice:
introdução ao programa;
visita ao site do Alice na internet;
primeira imagem a ser desenvolvida pelos alunos;
sistemas de referencia;
fundamentos de câmera e posicionamento;
fontes de luz;
objetos;
• Aula 03 – Básicas:
plano; esfera; ovo; paralelepípedo; cilindro; cone;
toro; prisma; superfície de revolução;
• Aula 04 – Transformações:
outros elementos geométricos e texto; transformações: translação, rotação, reflexão e escala;
• Aula 05 – Desenvolvimento de Animações:
arquivos; montagem de uma animação; inicio do
projeto;
• Aula 06 - Geometria Sólida Construtiva:
união; diferença; intersecção; inversão;
• Aula 07 – Texturas:
texturas; pigmentação;
METODOLOGIA DE ENSINO
• Aula 08 – Comandos de controle e repetição:
transformação linear; transformação circular.
Ensinar uma linguagem nova demanda esforço e tempo em laboratório. É mais útil combinar esforços em
aulas teóricas com as de laboratório e deixar certa quantidade de atividades para que os alunos desenvolvam
como tarefas domiciliares. Considerando tarefas domiciliares, a carga horária total das aulas de laboratório
pode, assim, ser reduzida ou utilizada para uma experimentação mais eficiente.
• Aula 09 – Outros tópicos:
Numa metodologia tradicional de ensino de linguagem de programação, ensinam-se comandos com o uso
de uma política de compreensão de suas ações. Devido
à falta de tempo na grade curricular, recomenda-se o
uso de uma estratégia que nós denominamos “Estudo
de casos de programação”.
• Aulas 12 a 16 – Projeto:
Inicialmente as aulas são divididas da seguinte maneira:
36
acabamentos; polígonos; efeitos especiais; funções
matemáticas; análise de animação;
• Aula 10 – Mapeamento de texturas:
mapeamento de figuras nos objetos;
• Aula 11 – Montagem e Som:
sonoplastia;
esclarecimento de duvidas e complementação do desenvolvimento do projeto de animação em laboratório.
Para as aulas de número 02 a 11 foi elaborado um
conjunto com oito a dez programas fontes para cada aula,
com grau de dificuldade crescente. Cada fonte versa sobre um ou mais tema previsto para a aula. Os alunos
trabalharão cada fonte para observar o resultado; abrirão
cada arquivo e o professor explicará cada comando utilizado, convidando os alunos para que alterem os comandos e observem os novos resultados. Após cada rodada o
professor passa para o próximo arquivo fonte e o ciclo se
repete. Os alunos são convidados a utilizar parte dos comandos alterados no início de seus projetos.
nomenclatura
• atendimento dos requisitos
1,0
2,0
0,5 ponto a menos para cada item não atendido
• originalidade:
modelos simples ou baixados
da internet
0,0
um item complexo modelado
REQUISITOS DA ANIMAÇÃO
pelo aluno
Durante o curso, o seguinte desafio é proposto aos
alunos: a elaboração de uma animação, utilizando o programa Alice. Esta animação vale o equivalente a 80%
da nota da disciplina.
vários itens complexos
As animações, a serem elaboradas pelos alunos, devem ter os seguintes requisitos mínimos:
• a animação deve ter pelo menos 35 segundos. Os
cincos segundos iniciais devem ser utilizados para
apresentar o titulo do trabalho, autor e créditos;
• taxa de 15 quadros por segundo. Valores menores
poderiam causar desconforto aos expectadores, e
valores maiores demandariam um esforço computacional proporcionalmente maior, sem um ganho
expressivo na qualidade da animação;
• o tamanho mínimo dos quadros deve ser 640 x 480
pixels;
• deverá ser introduzida uma trilha sonora condizente com o filme;
• deverão ser entregues todos os arquivos em um
arquivo comprimido com o nome do aluno.
A UPM utiliza duas avaliações bimestrais e uma prova final com todo o conteúdo da disciplina. Será utilizado o seguinte critério de avaliação: os alunos devem
entregar para a primeira avaliação, uma animação preliminar no Alice, não sendo necessário cumprirem-se
todos os requisitos, porém, a animação deve estar funcionalmente concluída. Para a segunda avaliação, todos
os requisitos devem ser cumpridos.
Os critérios de avaliação utilizados serão:
• qualidade da animação:
qualidade do vídeo
1,0
qualidade da trilha sonora
1,0
• documentação:
fontes
1,0
modelados pelo aluno
1,0
2,0
• complexidade da animação
cena única
0,5
duas cenas
1,0
várias cenas
2,0
ANIMA MUNDI
Estima-se que um bom trabalho, ao término do semestre, demandará cerca de 80 a 120 horas para o seu
desenvolvimento.
Estima-se também que de 50 animações serão desenvolvidas pelos alunos durante o semestre. Algumas
destas animações, com o apoio da Escola de Engenharia serão ao ANIMA MUNDI® [3] e outras divulgadas
no YouTube®.
TRABALHOS FUTUROS
Decorrente da experiência com contatos desenvolvidos pela Escola de Engenharia junto à universidade americana Carnegie Mellon, e pelo fato de alguns docentes
da Escola participarem ativamente do processo de utilização do Alice junto à mesma, discutir-se-á a introdução
do mesmo para as atividades de computação gráfica.
A plataforma do software do Alice, além de ser de
fácil uso, também é freeware. O software Alice tem sido
desenvolvido por Dennis Cosgrov desde o início dos anos
1990, como parte do grupo de pesquisas do professor
Randy Pausch, que faleceu em 2008 [4]. Atualmente, o
grupo de pesquisas do Alice é liderado pela professora
Wanda Dann, a qual tem coordenado os trabalhos de pesquisa junto a diversos professores e voluntários em todo o
mundo, bem como publicado material de divulgação sobre a metodologia [5].
37
REFERÊNCIAS
[1] UNISANTANNA. <http://www.unisantanna.br/
site/>. Acesso em 13/09/2009.
[3] ANIMAMUNDI. ANIMAMUNDI. <http://
www.animamundi. com.br/>. Acesso em 13/09/2009.
[2] ALICE. Alice. < http://www.alice.org/>. Acesso
em 1/05/2010.
[4] PAUSCH, R. A lição final, Agir. 1. ed. 2008.
38
[5] DAN, W.; COOPER, S; PAUSCH, R. Learning to
Program with Alice. Brief edition, Prentice Hall. 2007.
Geração de objetos gráficos
3D-Studio Max
Raphael de Oliveira Cardoso1, Renato Oliveira de Pinho2,
Dennis Floripes Becker3 e Edson de Almeida Rego Barros4
[email protected]; [email protected];
[email protected]; [email protected]
Abstract
The use of Virtual Reality (VR) has been helping software engineering applications.
The use of visualization techniques and Virtual Reality (VR) helps a lot of engineering
applications, when applied to scientific it research can become a technology to
simulate the manipulation of concepts and research in some points. In fact, an
increasing number of people need to create some object to use in their Virtual Reality.
These objects can be 2-D or 3-D, in this project the goal is to give all the tools and
tips for those who need an object graph and export it to another software. In this
project we use Alice as a receiver of this program’s object created in 3D Studio
Max. This objet was created in Adobe Swatch Exchange (ASE).
Index Terms: 3D Modeling, 3D Studio Max, Alice, Virtual Reality (VR).
INTRODUÇÃO
MODELAGEM
Uma das metas que o grupo de pesquisas Computação para Engenharia, do diretório de Grupos de Pesquisas CNPq, em sua linha relacionada à Realidade Virtual
[1], assumiu junto ao Projeto Alice Brasil [2] consiste
na criação de uma biblioteca de componentes gráficos
brasileiros para serem usados no software Alice.
Por modelagem entende-se a capacidade de reproduzir, em ambiente de Realidade Virtual, componentes
gráficos similares aos existentes no mundo real. Desta
forma, através do software 3DS MAX é possível modelar vários tipos de malha tridimensional que poderá se
tornar um objeto apto a ser importada pelo software
Alice.
A criação de objetos gráficos tridimensionais implica
obrigatoriamente no domínio de ferramenta de software
capaz de modelagem.
Com este artigo espera-se, de uma forma sucinta,
explicar a utilização do software 3D Studio Max (3DS
MAX) no processo de criação de um arquivo formato
Adobe Swatch Exchange (ASE), que se trata de um
objeto gráfico que pode ser utilizado no software Alice.
1
2
3
4
Raphael de Oliveira Cardoso, Estudante, Rua da Consolação,
930, 01302-907, São Paulo, SP, Brazil
Renato Oliveira de Pinho, Estudante, Rua da Consolação, 930,
01302-907, São Paulo, SP, Brazil
Dennis Floripes Becker, Estudante, Rua da Consolação, 930,
01302-907, São Paulo, SP, Brazil
Edson de Almeida Rego Barros, Professor, Rua da Consolação,
930, 01302-907, São Paulo, SP, Brazil
Tais objetos servem para facilitar a aprendizagem e
entendimento dos conceitos como o uso de classe, objetos e métodos na programação.
Neste artigo que funciona como um tutorial se apresenta as etapas da criação de um modelo de uma antena de Televisão (TV), por meio do software 3DS
MAX.
A escolha de uma antena de TV para este exemplo
ocorreu pela facilidade de reprodução de seus movimentos, articulação e detalhamento de área, além do
fato de se encontrar diversas especificações sobre a
mesma.
39
GERANDO A BASE
A modelagem se inicia com a criação de uma base
para a antena de TV, que tem a função de manter a
estabilidade da antena e evitar a sua queda.
Para a base é necessário criar um cilindro de 20 unidades de raio e 8 unidades de altura, conforme mostrado na Figura1.
ção do processo de modelagem, adicionando ou retirando mais lados, faces e outros detalhes.
Ainda relacionado à base, posteriormente transforma-se o cilindro em um polígono, sendo que para isto
basta clicar com o botão direto do mouse em cima do
objeto, dentro da paleta que se abre, escolhe-se a opção “Convert To” e depois se seleciona a opção
“Convert To Editable Poly”, este caminho é indicado
na Figura 3.
Figura 1: Cilindro inicial da base da antena.
Figura 3: Caminho para criar um polígono.
Pressionando-se a tecla F4 o software mostrar as
arestas das figuras visíveis, conforme apresentado na
Figura 2.
Na seqüência, ao selecionar-se o menu “Modify”,
pode ser observado que foram abertas diversas opções
de edições, como por exemplo vértices, arestas e faces,
que são as mais utilizadas.
No próximo item seleciona-se a opção “Vetex”, sendo necessário voltar para a visão front do 3DS MAX,
sendo selecionadas as duas primeiras e as duas últimas
linhas de vértices do objeto. Para isso clica-se para
selecionar as duas primeiras linhas de vértices e depois
segurando o botão “Ctrl” seleciona-se as duas ultimas
linhas de vértices, indicado na Figura 4.
Figura 2: Cilindro com suas arestas sendo exibidas.
Pode-se verificar a existência de cinco segmentos
na altura do cilindro, além do fato que sua circunferência tenha sido gerada por dezoito faces. Tais características podem ser observadas dentro da paleta de
parâmetros (“Parameters”), na qual são encontrados
todos os dados do objeto selecionado.
No início do processo de criação de objetos utilizamse algumas formas primitivas tais como caixas, esferas
e cilindros. O que diferenciam um dos outros é a caracterização dos seus parâmetros, isto ocorre para facilita40
Figura 4: Vértices dos objetos selecionados.
Com o auxilio da ferramenta “Scale” pode-se reduzir o tamanho dessas formas selecionadas. Essa ferra-
menta se encontra no menu superior a área de visão do
objeto, cujo resultado é indicado na Figura 5.
Utiliza-se a ferramenta “Inset” para reduzir o raio
da face superior de nossa base até o tamanho do suporte, indicado na Figura 8.
Figura 5: Resultado da mudança de escala de alguns
vértices.
Figura 8: Raio do suporte da Base da Antena.
Este processo será repetido, porém dessa vez somente na primeira e ultima linha de vértice, resultando
na Figura 6.
Em seguida utiliza-se a ferramenta “Extrude” para
criar (extrusão) uma coluna de sustentação para a antena, apresentado na Figura 9.
Figura 6: Resultado final da Base da Antena.
Figura 9: Coluna de sustentação Base da Antena.
GERANDO O SUPORTE
CRIANDO A ANTENA
Com a finalização da base só falta o suporte para prender a antena na base e as antenas, sendo assim prossegue-se com o suporte. Para criá-lo basta clicar na opção
“Polygon” dentro do menu “Modify”, em seguida selecionar o polígono superior da base, indicado na Figura 7.
Primeiro necessita-se sair do menu “Modify” e ir
para a o menu “Create”, e dentro deste se pode criar
uma figura chamada “Torus” na visão “Front” do tamanho de 30 unidades para “raio1” e 1 unidade para
“raio2”, indicado na Figura 10.
.
Figura 7: Polígono superior da Base da Antena.
Figura 10: Antena criada através da base.
41
Continuando na visão “Front”, move-se o “Torus”
para que ele fique com o seu centro alinhado com a
base, para isso utiliza-se a ferramenta “Move” em
“Select”, no menu superior do 3DS MAX, até se obter
o resultado observado na Figura 11.
Repete-se o comando de extrusão da calota desta esfera para se criar uma haste da antena. Utilizando a ferramenta “Extrude”, obtem-se o resultado da Figura 13.
Figura 13: Antena criada através de uma esfera.
Figura 11: Base e a Antena Principal centralizada.
CRIANDO DUAS ANTENAS
COMPLEMENTARES
Basta criar em qualquer lugar da tela do 3DS MAX,
exceto em cima dos objetos já existentes, uma pequena
esfera de raio 2 unidades.
Basta sair da opção “Polygon” dentro do menu
“Modify” e posicionar a antena no lugar apropriado em
relação ao suporte, para isso é mais viável utilizar a ferramenta “Select and Move” dentro da vista Front do
3DS MAX, observado na Figura 14.
Tendo a esfera criada, agora em seus parâmetros é
necessário alterar o número de segmentos para 16.
Em seguida é suficiente selecionar a Esfera e transformá-la em um polígono exatamente como já foi apresentado anteriormente com o cilindro.
Utilizando a ferramenta de visualização zoom do 3DS
MAX, pode-se aumentar a Esfera.
Navegando-se novamente no menu “Modify”, seleciona-se a opção “Polygon” e, em seguida, os polígonos
da calota superior da pequena esfera, como ilustrado na
Figura 12.
Figura 14: Antena na posição correta.
Para finalizar, falta apenas uma outra antena, para
isso utiliza-se a ferramenta de cópia, seguindo o seguinte processo: ativa-se a ferramenta “Select and Move”,
aperta-se o botão “Shift” do teclado e clica-se e arrasta-se a figura para o lado. Isso criará uma cópia do objeto “antena”.
Quando a cópia estiver no local ideal, clica-se em
“OK” na caixa de dialogo “Clone Options” que a nova
antena aparecerá.
Figura 12: Polígonos da esfera selecionados.
42
lagem existentes no mercado (3DS MAX), sendo passível de revisão e/ou comparação junto a outros
modeladores gráficos.
Com o domínio dessa habilidade, o grupo de pesquisas Computação para Engenharia da Universidade
Presbiteriana Mackenzie pode começar a planejar as
atividades da confecção de uma biblioteca gráfica de
objetos didáticos brasileiros. Esta meta se torna tão ousada quanto interessante para ser disponibilizada na página web do Projeto Alice [3].
Figura 15: Antena modelada.
REFERÊNCIAS
CONCLUSÃO
Por se tratar de um processo construtivo em ambiente virtual, a geração de objetos gráficos é um campo aberto a criatividade e a inovação, constituindo-se
em uma área fértil para trabalhos científicos de diversas naturezas.
O processo de modelagem, apresentado neste artigo, foi desenvolvido por uma das ferramentas de mode-
[1] ALICE FOUNDATION, Importing models into
Alice, Disponível em: <http://www.alice.org/ase_import/
ase_import.html>, Acesso em: 25/04/2010, 1996.
[2] LINK DO GRUPO DE PESQUISA: http://dgp.
cnpq.br/buscaoperacional/detalhegrupo.jsp?grupo
=05141032 CJTNX4 , acesso em 02/11/2010
[3] PÁGINA DO ALICE BRASIL: http://www.alice
brasil. com.br, acesso em 20/10/2010.
43
34
Importação de um objeto
de extensão „ASE‰ no Software ALICE
Renato Oliveira de Pinho1, Dennis Floripes Becker2,
Raphael de Oliveira Cardoso3 e Edson de Almeida Rego Barros4
[email protected]; [email protected];
[email protected]; [email protected]
Abstract
Some people use the software Alice to develop word, either to academic or pleasure.
The big problem is that despite his library contains many objects, is limited and that
limits users to not use some ideas for failure to object. In this project the goal is help
all users of software Alice to import some object create for him and helps with some
trouble that he might find while trying to make this. That object can be use which
simulates and make some action in your subpart.
Index Terms: Alice, Import ASE file.
INTRODUÇÃO
Uma das metas que o grupo de pesquisas Computação para Engenharia, do diretório de Grupos de Pesquisas CNPq, em sua linha relacionada à Realidade Virtual
[1], assumiu junto ao Projeto Alice Brasil [2] consiste
na criação de uma biblioteca de componentes gráficos
brasileiros para serem usados no software Alice.
A criação de objetos gráficos tridimensionais pode
ser feita por meio de ferramenta de software capaz de
modelagem, tema abordado em artigo anterior [3].
Com este artigo espera-se de uma forma sucinta
explicar a importação de um objeto de extensão Adobe
Swatch Exchange (ASE) pelo software Alice versão
2.2, pois essa versão suporta importação desse tipo de
dado. Este procedimento foi necessário e aprendido
durante a realização de um Trabalho de Graduação
Interdisciplinar (TGI) da Escola de Engenharia da Universidade Presbiteriana Mackenzie: “Realidade Virtual
1
2
3
4
Renato Oliveira de Pinho, Estudante, Rua da Consolação, 930,
01302-907, São Paulo, SP, Brazil
Dennis Floripes Becker, Estudante, Rua da Consolação, 930,
01302-907, São Paulo, SP, Brazil
Raphael de Oliveira Cardoso, Estudante, Rua da Consolação,
930, 01302-907, São Paulo, SP, Brazil
Edson de Almeida Rego Barros, Professor, Rua da Consolação,
930, 01302-907, São Paulo, SP, Brazil
Aplicada a um Problema de Eletromagnetismo Estudado no Curso de Engenharia Elétrica” [4], realizado pelos autores deste artigo, Renato e Dennis, com a
orientação do Professor Edson e o apoio do acadêmico
Raphael.
Os resultados dessa atividade foram apresentados
durante o Congresso Alice Brasil 2010.
IMPORTAÇÃO DO ARQUIVO
Apresentação
A busca de um procedimento novo nem sempre é
fácil, especialmente quando há literatura técnica limitada. Na primeira tentativa de fazer a importação, ocorreram inúmeros problemas, além de não se obter sucesso em importar o arquivo devido à falta de conhecimentos relacionados a este assunto. Após a disponibilidade
de artigo específico [5] sobre o tema, divulgado pelos
desenvolvedores do software Alice, na Carnegie
Mellon University, os primeiros resultados foram alcançados e o know-how foi assimilado.
Problemas e Soluções
Para importação de um arquivo desenvolvido no 3D
Studio Max para dentro do software Alice, inúmeros
45
problemas precisaram ser solucionados, que inviabilizavam a disponibilidade dos objetos modelados dentro
do ambiente.
Entre as dificuldades que tiveram que ser solucionadas, destacava-se a ocorrência de erros nas texturas
dos elementos, que durante a importação do arquivo com
extensão ASE, o software Alice gerava diversas matrizes de texturas e de objetos. Essas matrizes se transformaram em sub-objetos com o mesmo nome do arquivo importado, que fazia parte da estrutura do objeto
principal. Esses novos objetos necessitavam de nomes
diferentes do principal para que o processo de importação ocorresse sem erros. Foram necessários re-nomear
algumas centenas de arquivos de texturas, além de ser
preciso a abertura do arquivo ASE em um editor para
re-nomear cada matriz de elementos e monitorar adequadamente este funcionamento. Na Figura 1, algumas
dessas texturas são mostradas, no objeto importado denominado “Poste”, criado pelo software Alice.
Este procedimento com sub-objetos e texturas ocorre para dar maiores possibilidades ao usuário do
software, por exemplo, de movimentar algumas partes
do “Poste” através de efeitos de animação.
Após a importação do objeto “Poste” notou-se que
o software Alice ficou com a sua execução muito lenta, pois como efeito colateral a quantidade de polígonos
utilizados na modelagem do mesmo sobrecarregou o
ambiente.
Ao consultar o uso da memória descobriu-se que o
programa consumia mais que um Gigabyte de memória
RAM. Para solucionar este problema foram necessários alguns procedimentos: refazer o objeto utilizando
formas geométricas e texturas baseadas em cores já
existentes e otimizadas no 3D Studio Max, evitar o uso
de imagens originalmente empregadas, além de se buscar uma substancial redução da quantidade de polígonos
utilizados e, conseqüentemente, no objeto “Poste”. Este
procedimento reduziu em mais de noventa por cento o
consumo de memória.
Importação do objeto
Para a importação de objetos no software Alice é
necessário selecionar no menu “File” a alternativa
“Import”, como apresentado na Figura 2.
Figura 1: Mapa de
texturas do objeto
(poste) criado pelo
Alice.
46
Figura 2: Menu de importação no Alice.
Após acionado o comando, o software irá abrir uma
nova janela como a apresentada na Figura 3, e nesta é
possível ocorrer a seleção do objeto gerado no 3D Studio
Max, disponibilizando o mesmo para emprego dentro do
ambiente.
Feito isso, o objeto será importado, porém sua
visualização poderá não ser perfeita.
Para solucionar este eventual problema de visualização, basta clicar no objeto importado e depois selecionar “Camera get a good look at this”, o resultado
será parecido com o da Figura 4.
Após a importação, o ideal é encontrar o melhor ângulo, que apresente uma visão adequada da cena e seguir o uso como se o objeto fosse obtido dentro da biblioteca do software Alice. A Figura 5 mostra um ângulo
adequado para o objeto apresentado neste estudo.
Diferente da Figura 4, para trabalhar com a câmera
de uma forma mais rápida e eficiente, a figura 5 está
mais simplificada, sem a textura dos postes de madeira.
A intenção é deixar a visualização mais limpa, com uma
Figura 4: Objeto com o melhor ângulo de visualização no
Alice.
cor branca indicando o concreto. Esse processo estético, além de deixar o “Poste” com uma aparência mais
usual, reduziu ainda mais o tamanho do mesmo para
utilização da memória.
CONCLUSÃO
Figura 3: Tela de seleção do arquivo a ser importado no Alice.
47
cidade da construção de componentes sob encomenda
para projetos com maior grau de complexidade, além de
muitas outras flexibilidades.
Com o domínio deste know-how pode-se agora designar tarefas para de estudantes e pesquisadores nos próximos anos, com o objetivo de aglutinar novos esforços em
mais algumas metas do nosso grupo de pesquisas.
REFERÊNCIAS
[1] LINK DO GRUPO DE PESQUISA: http://
dgp.cnpq.br/buscaoperacional/detalhegrupo.jsp?grupo=
05141032CJTNX4, acesso em 02/11/2010
Figura 5: visualização mais limpa do objeto de estudo.
Embora a criação de objetos gráficos, e a respectiva
importação dos mesmos, para serem utilizados no ambiente do software Alice seja uma das metas do nosso
grupo de pesquisa, trata-se de uma habilidade não prevista pelos programadores originais do software.
Ancorada em tal possibilidade encontram-se: a oportunidade da geração de uma biblioteca de componentes
brasileiros para serem disponibilizados na web, a capa-
48
[2] PÁGINA DO ALICE BRASIL: http://www.alice
brasil.com.br, acesso em 20/10/2010.
[3] ARTIGO: Geração de objetos gráficos 3D-Studio
Max. (apresentado no mesmo Congresso, elaborado
pelos mesmos autores).
[4] TGI: Realidade Virtual Aplicada a um Problema
de Eletromagnetismo Estudado no Curso de Engenharia Elétrica
[5] ALICE FOUNDATION, Importing models into
Alice, Disponível em: <http://www.alice.org/ase_import/
ase_import.html>, Acesso em: 25/04/2010, 1996.
Proposta de uso do Software ALICE para
Ensino de Crianças com Síndrome de Down
Robson Alves Ribeiro1, Sidney Aparecido Somera Junior2,
Stella Maris Pompeo Batista 3 e Osvaldo Ramos Tsan Hu 4
[email protected]; [email protected];
[email protected]; [email protected]
Resumo
As pessoas portadoras de Síndrome de Down têm dificuldades de adaptar-se ao mundo
real devido as suas limitações de aprendizagem. O objetivo deste trabalho é propor a
criação de um protótipo que auxilie essas pessoas no desenvolvimento de habilidades para
a obtenção de uma maior interatividade na Sociedade. O protótipo pode ser construído
com o Software Alice, que simulará um ambiente real através de um ambiente virtual
onde vivenciarão situações cotidianas, como a identificação das partes do corpo, da diferença entre objetos, cores e até mesmo da utilidade das diferentes coisas do mundo. O
ambiente virtual interage diretamente com o usuário através da manipulação e visualização,
assim o usuário terá a imersão em situações como se estivesse no mundo real, mas de
forma descontraída e até mesmo divertida. O software Alice, apesar de não ser conhecido e nem utilizado no Brasil, é uma excelente ferramenta para a criação do mundo virtual
porque além de proporcionar fácil manuseio, também permite a utilização de objetos de
sua própria biblioteca e a busca de outras disponíveis na Internet.
Palavras-chaves: Realidade Virtual, Alice, Alice Brasil, Síndrome de Down.
INTRODUÇÃO
A Realidade Virtual pode ser sucintamente definida
como a interface do usuário com o computador, utilizando ou não recursos tridimensionais para esta interação,
manipulação e visualização do ambiente, proporcionando uma viagem multisensorial, sendo possível ver, ouvir,
sentir e acionar o que desejar. E vivenciar a realidade
em um ambiente virtual, com uma alta imersão. A elaboração de um sistema de Realidade Virtual, nos seus
primórdios, envolvia geralmente dispositivos pouco convencionais de E/S, computadores de alto desempenho
(mainframes) e com alta capacidade gráfica. Na década de 90, com o avanço tecnológico, surgiu a Realidade
Aumentada, que utilizando equipamentos de custo mais
acessível e com interações mais naturais, sem todo aquele aparato no uso de capacetes ou cabine, passou a ser
usado em outros ambientes que não os profissionais e
acadêmicos. A Realidade Virtual vem sendo amplamente
utilizada nas mais diversas áreas, podendo ser um ins-
trumento de entretenimento ou ser aplicado nas áreas
educacional, farmacêutica, construção civil, venda e
marketing, planejamento e manutenção, simulação e treinamento e outros.
Este trabalho tem por objetivo apresentar uma revisão sobre Realidade Virtual e uma proposta de utilização na educação de crianças com Síndrome de Down.
HISTÓRICO
A Realidade Virtual começou na indústria de simulação, com os simuladores de vôo que a força aérea dos
Estados Unidos passou a construir logo após a Segunda
Guerra Mundial [1].
As primeiras pesquisas sobre Realidade Virtual surgiram na Philco em 1958, que desenvolveu um par de câmeras
e um capacete com monitores que permitia a quem usasse
um sentimento de presença num ambiente virtual [2]. Pos49
teriormente, esse equipamento passou a se chamar headmounted display, ou simplesmente HMD [3].
Alguns anos depois, por volta de 1965, Ivan
Sutherland, apresentou a idéia de desenhar objetos diretamente na tela do computador por meio de uma caneta
ótica, marcando o início da Computação Gráfica.
Sutherland desenvolveu o primeiro vídeo-capacete totalmente funcional para gráficos de computador no projeto The Ultimate Display. Esse vídeo-capacete permitia ao usuário observar, movimentando a cabeça, os
diferentes lados de um cubo [4] [5].
Mas o avanço na Realidade Virtual veio com o
SENSORAMA, uma espécie de cabine que combinava
filme 3D, com som estereofônico, vibrações mecânicas,
aromas e ar movimentado por ventiladores, proporcionando uma viagem multisensorial [6], e foi patenteado
por Morton Heilig em 1962. Existia uma versão do equipamento com dispositivos de visão estereoscópica (visão
tridimensional).
O simulador conhecido como Super Cockpti foi apresentado por Thomas Furness em 1982, para a força aérea
Norte Americana, e usava computadores e vídeos capacetes para representar o espaço tridimensional de uma
cabine de avião, onde o piloto aprendia a voar e lutar, sem
decolar verdadeiramente. O VCASS (Visually Coupled
Airborne Systems Simulator) possuía alta qualidade na
resolução de imagens, no entanto, o custo era muito alto,
sendo de milhões de dólares somente para o capacete [7].
observando um mundo tridimensional com seis graus de
liberdade. Podemos dizer que a realidade virtual é a junção de três idéias: imersão, interação e envolvimento.
Realidade Virtual Imersiva
Está totalmente imerso no ambiente virtual, ou seja,
isolar o usuário por completo do mundo real. Para isso
devem ser utilizados dispositivos específicos como: capacetes de visualização, luvas, projeções em cavernas
virtuais.
Realidade Virtual Não-Imersiva
O usuário não se separa do mundo real, ou seja, ele
tem acesso ao ambiente virtual sem se isolar do mundo
real, utilizando monitores, teclado e mouse, para ter uma
visualização virtual. No entanto ele não tem a imersão.
Realidade Aumentada
São utilizados sistemas que geram imagens que se
sobrepõem ao mundo real.
Isso acontece com a interação de uma cena vista
pelo usuário e de uma cena criada pelo computador com
realidade virtual, e as imagens virtuais e reais se sobrepõem, aumentando a quantidade de informações que o
usuário obtém da cena.
Realidade Melhorada
ALICE BRASIL
O evento Alice Brasil 2010 foi realizado em 02 e 03
de março de 2010, na Universidade Presbiteriana
Mackenzie, com a pretensão de disseminar o uso da
ferramenta ALICE, que não é utilizada atualmente no
Brasil, apesar de ser usada em mais que 20% das escolas Norte Americanas, para o ensino da computação.
Realidade Melhorada é uma forma intermediária
entre o mundo real e o mundo virtual, ou seja, gera uma
forma melhorada do ambiente virtual fazendo com que
se torne próximo ao real.
Software Alice
A organização desse congresso reuniu alunos, professores, profissionais e cientistas para a divulgação desta
ferramenta, contando com diversas entidades de ensino
e pesquisa como parceiras para o evento.
Alice é uma ferramenta que possibilita a criação de
um mundo tridimensional, composto por objetos gráficos que podem se movimentar e mudar de cor, emitir
sons e obter reações, usando como interface com o usuário o mouse do computador ou o teclado. [8]
CONCEITOS
Realidade Virtual
A facilidade encontrada no Alice, é que podemos usar
objetos de sua biblioteca ou utilizar outros objetos fornecidos gratuitamente pela internet.
É a interação de pessoas com um ambiente simulado, envolvendo todas as sensações, ações e reações,
As configurações necessárias mínimas para a criação do mundo virtual no Alice são:
50
• Sistema operacional: Windows ME, Windows
2000, Windows XP, Windows Vista ou Windows 7;
• Hardware recomendado: Pentium 1.0 GHz ou
superior, placa de vídeo 3D 16 MB, resolução de
1024x768 e 256 MB de RAM.
As versões do software Alice são o Alice 3 Beta,
que é uma versão em fase de teste e o Alice 2.2, e
ambas se encontram disponíveis para downloads no site
http://www.alice.org.
Figura 1: Criança
portadora de
Síndrome de Down.
A interface do Alice 2.2 possui cinco áreas principais:
• World Window: Permite ao usuário escolher o
modo de visualizar o mundo virtual (câmera, light e
ground);
• World Área: Informações detalhadas sobre as
propriedades dos objetos que fazem parte do mundo virtual;
• Events Área: Criar os eventos que darão movimentos aos objetos, possibilitando que eles interajam
entre si e com o usuário;
• Object Gallery: Lista de objetos que podem ser
incorporados no mundo que está sendo criado;
• Editor Área: Possibilita criar os objetos do Alice,
permitindo que se movimentem ou emitam sons,
ou até interajam com outros objetos.
A finalidade é que essas pessoas possam se adaptar
melhor com o ambiente real em que vivem, aprendendo
a superar dificuldades e não cometer erros que possam
ser prejudiciais a sua saúde e a de outros.
PROPOSTA
Esta pesquisa utilizando o software Alice, foi baseada na pesquisa feita por Ribeiro [10], que implementou
a Realidade Virtual para os portadores da Síndrome de
Down, utilizando OpenGL para a interação com os objetos virtuais, com programação DELPHI. Lembrando
que esta pesquisa tem por objetivo a aprendizagem dos
portadores da Síndrome e interação com a sociedade, e
não como cura, até porque se trata de uma deficiência
genética (Figura 2).
PROPOSTA DE APLICAÇÃO
Síndrome de Down
Na Cultura da Grécia, em especial na espartana, os
indivíduos com esta síndrome não eram aceitos pela sociedade. Acreditava-se que os portadores desta deficiência
vinham da união entre uma mulher e o demônio. [9]
Infelizmente ainda nos dias de hoje é confundido com
deficiência mental, mas a Síndrome de Down é decorrente de um erro genético presente desde o início da
gestação (Figura 1).
Apesar de poderem realizar atividades diárias como
qualquer pessoa normal, existe uma limitação quanto a
sua aprendizagem. Por isso temos a proposta da elaboração, desenvolvimento e utilização do programa “Alice”, na criação de ambientes virtuais. Para auxiliar os
portadores desta síndrome a desenvolver habilidades e
obter maior interatividade com a sociedade.
Figura 2: Protótipo de
ambientes virtuais no
programa Alice.
Identificar as diferentes partes do corpo e suas
funções correspondentes
A identificação das partes do corpo esta composta
entre as dificuldades que os portadores de Síndrome de
Down possuem.
Este projeto consiste em:
• Na tela seria apresentado um corpo humano, sendo correspondente a idade da pessoa que esta sendo tratada.
51
• O portador, utilizando o ambiente virtual poderia
utilizar a mão em uma tela touch screen.
• A cada parte do corpo que for tocada, será apresentado o nome por texto e áudio.
• O próximo passo seria mostrar cenas onde existe
a participação desta parte do corpo que esta sendo
apresentada.
Ex. Caso o portador toque na perna direita, na tela
seria escrito o nome “perna direita” em seguida
seria pronunciado por voz gravada “perna direita”.
Em seguida seria mostrado este corpo fazendo
movimentos com a perna selecionada, como jogando bola, correndo, pulando, fazendo exercícios,
andando.
Após isso o corpo seria apresentado por completo
na tela e o portador poderia selecionar uma nova parte
(mão, braço, cabeça, peito) para saber seu significado,
pronuncia e funcionalidade.
Identificar situações perigosas a saúde física
Esta fase consiste em apresentar ao portador situações do dia a dia que possam causar perigo a sua saúde
física.
Crianças especiais com Síndrome de Down não desenvolvem estratégias espontâneas e este fato deve ser
considerado em um processo de aprendizagem, já que
em tudo terá dificuldades de encontrar soluções sozinhas.
• Apresentar algumas cenas, e entre elas colocar
uma que seja uma situação perigosa.
• O portador ira assistir e após isso apresentara qual
situação é perigosa.
• Escolhendo a certa é apresentado um som de
aplausos como motivação de acerto, caso contrário será dado uma nova chance.
• Ex. O sistema apresenta 4 (quatro) situações:
1. Uma criança chega perto do fogão com uma panela em cima e coloca a mão na panela.
2. Uma criança brincando com uma bola.
Na primeira fase:
• Mostrar diferentes formas geométricas e o local
onde elas devem ser encaixadas.
• Com o mouse ou utilizando uma tela com funções
touch screen o portador devera encaixar a peça
no local correto emitindo um som de aprovação.
• Caso esteja errado será emitido um som de atenção.
• Na segunda fase:
• O processo inicial seria o mesmo, porém ao término do encaixe, na tela apareceriam nomes das cores de cada objeto, que deveriam cada um ser ligado aos nomes de suas respectivas cores.
Saber diferenciar gênero masculino ou feminino
de um grupo de pessoas
Reconhecer a importância da vida em grupo sabendo distinguir seus elementos.
• Apresentar imagens de pessoas:
• Crianças, Adultos e Idosos.
• O portador deve diferenciar o sexo de cada um.
• Pode-se comparar com familiares e amigos.
Reconhecer a utilidade das diferentes coisas do
mundo
É necessário para o portador conhecer as diferentes
coisas que existem no mundo, suas utilidades e funcionalidades.
• Apresentar objetos na tela.
• O portador pode escolher o objeto com o mouse
ou tocando na tela.
• É apresentada uma cena com a funcionalidade do
objeto.
3. Uma criança andando de bicicleta.
• Podem-se criar cenas com os perigos que esse
objeto oferece e suas facilidades.
4. Uma criança assistindo televisão
• Ex. uma faca.
Destas situações a criança deve escolher a que é
perigosa.
52
Identificação e diferença de objetos e cores / coordenação motora
Apresenta a cena que ela é útil para cortar objetos,
mas pode ser perigoso quando mal utilizada.
CONCLUSÃO
REFERÊNCIAS
A realidade virtual hoje já é utilizada para fins que
ajudam o ser humano em diversas áreas. Com todas as
ferramentas que são disponibilizadas, o ambiente virtual
a cada dia vem se tornando o mais próximo da vida real,
trazendo mais precisão nos projetos.
[1] JACOBSON, L. Realidade virtual em casa. Rio
de Janeiro, Berkeley, 1994.
Em pesquisas, verificamos que a realidade virtual
pode ser utilizada para tratamento de portadores de
Síndrome de Down, e com a utilização do programa Alice,
elaboramos uma proposta de projeto que pode auxiliar
portadores de Síndrome de Down, ajudando a diferenciar as partes do corpo e suas funções, identificarem as
situações perigosas, saber diferenciar objetos e cores,
melhorar a coordenação motora, em um grupo de pessoas, diferenciar o masculino e feminino e saber identificar a utilidade de diferentes coisas do mundo.
[3] ELLIS, S. R. What are virtual environments?, IEEE
Computer Graphics and Application, pp. 17-22,
January, 1994.
[2] COMEAU, C. P. & Bryan, J. S. Headsight television
system provides remote surveillance, Electronics, pp.
86-90, November, 1961.
[4] FISHER, S. S. & Tazelaar, J. M. Living in a virtual
world, Byte, pp. 215-221, July, 1990.
[5] MACHOVER, C.,S. E. Virtual Reality, IEEE Computer
Graphics and Application, pp. 15-16, January, 1994.
[6] PIMENTEL, K. & Teixeira, K. Virtual reality through the new looking glass. 2.ed. New York,
McGraw-Hill, 1995.
[7] PIMENTEL, K. & Teixeira, K. Virtual reality through the new looking glass. 2.ed. New York,
McGraw-Hill, 1995.
[8] LIMA, J., TEICHRIEB, V. & KELNER, J. Fundamentos e Tecnologia de Realidade Virtual e Aumentada. Ano - 2004.
[9] SCHWARTZMAN, 1999. A educação especial da
criança com Síndrome de Down. Pedagogia em Foco.
Disponivel em: http://www.pedagogiaemfoco.pro.br/
spdslx07.htm#parte3.2.1 Acesso em 28/05/10 às 10h25min
[10] SILVA, A.C. Universidade Santa Cecília. Disponivel
em: http://sites.unisanta.br/wrva/st%5C62385.pdf .
Acesso em 29/05/10 às 11h15min
53
44
Teste de usabilidade da interface
do Software Educacional ALICE
Jason Jefferson Cristian de Castro Pires1 e Osvaldo Ramos Tsan Hu2
[email protected]; [email protected]
Resumo
Neste trabalho realizaremos Testes de Usabilidade da Interface do Software Interativo
Educacional Alice, na versão 2.2 com três usuários e analisaremos os resultados obtidos
visando contribuir com a qualidade do software e a sua facilidade de uso.
Termos de Pesquisa: Usabilidade, qualidade de software, interação.
INTRODUÇÃO
Conforme definição encontrada na ISO 9241-11 [1],
usabilidade é a medida pela qual um produto pode ser
usado pelos usuários para alcançar objetivos específicos com efetividade, eficiência e satisfação em um determinado contexto de uso. Usabilidade é um termo associado à ergonomia de leitura, usado para definir a facilidade com que as pessoas podem empregar uma ferramenta ou objeto a fim de realizar uma tarefa específica e importante. Na área de estudos de Interação Homem-Máquina e na Ciência da Computação, a usabilidade é o termo que define a facilidade de uso de uma
interface de software ou de um website, ou seja, a eficiência da interface. A realização dos testes de usabilidade
é importante, pois faz parte do processo de desenvolvimento de um produto e traz melhorias à qualidade de
um software ou website.
Os testes realizados neste artigo foram embasados
em estudos recentes sobre usabilidade, citados por Krug
[2] e por Nielsen [3], sendo também encontrados exemplos em Ferreira [4]. Também é citado por Amstel [5].
Estas metodologias foram aplicadas no software educacional Alice, versão 2.2[6] (Figura 1);
Figura 1: Interface do Software Alice 2.2.
1
2
Jason Jefferson Cristian de Castro Pires, Aluno UniSantAnna, Rua Feliciano Sodré, 120, 02281-150, São Paulo, SP, Brasil
Osvaldo Ramos Tsan Hu, Professor, Rua da Consolação, 930, 01302-907, São Paulo, SP, Brasil
55
Apesar de já existir a versão 3 do software Alice,
esta versão ainda se encontra em fase Beta, ainda passível de alguns erros de sistema.
METODOLOGIA
Conforme Ferreira [4] há vários tipos de testes de
usabilidade que podem ser feitos em interfaces, cada
um com seu propósito:
Teste de Exploração: realizado quando um produto ainda está em fase preliminar de desenvolvimento,
onde o perfil do usuário e as tarefas são predefinidos.
Seu objetivo é avaliar a efetividade do protótipo e conhecer a concepção do usuário.
Teste de Avaliação: realizado no início ou no meio
do desenvolvimento, após a aprovação do protótipo. Seu
objetivo é expandir o que foi conseguido no teste anterior, observando como o conceito foi aplicado efetivamente, verificando o comportamento do usuário na realização de tarefas.
anonimato do produto deveria ser mantido após
os testes e que o centro da avaliação é o produto
e não o participante em si. O participante foi informado que ele estará sendo observado e que a
integridade do participante será totalmente resguardada, sendo utilizada a observação somente
para fins de análise do teste;
4. Após este procedimento, os usuários tiveram um
tempo de 5 minutos para se habituar à interface
do software;
5. Por último foram tiradas todas as dúvidas pertinentes do participante sobre a sessão de testes.
Sendo questionados, os usuários informaram que era
o primeiro contato com o software. Não foi explicado o
funcionamento do software, apenas foi indicado a forma de acesso ao mesmo.
O perfil dos três participantes de interesse foi o mesmo:
• Conhecimentos básicos em informática a mais de
um ano;
Teste de Validação: realizado próximo de quando
o protótipo será lançado ou pronto para uso. Seu propósito é avaliar como o produto se encaixa a padrões internacionais de usabilidade e desempenho, que é o foco
deste trabalho.
• Conhecimento de aplicativos básicos (de escritório);
Teste de Comparação: pode ser realizado em qualquer fase do desenvolvimento. Como seu nome diz, é
um este comparativo entre outros resultados de outros
testes.
Foram distribuídas três tarefas para cada usuário,
que deveriam ser seguidas na ordem em que estavam
na lista, e cada usuário teve um tempo na execução da
tarefa. Para cada uma foi anotado o tempo despendido
pelo usuário na sua realização, e foram considerando os
erros, se a tarefa foi concluída com sucesso e se houveram frustrações dos usuários pelo fato de não as concluírem. Foi avaliado se os dados obtidos eram pertinentes e estes foram classificados como sendo satisfatório, neutro ou insatisfatório.
OS TESTES
Os testes foram elaborados individualmente entre os
participantes, e cada participante fez o teste separado
dos demais, seguindo o roteiro descrito por Ferreira [4],
sendo que um resumo deste roteiro é descrito a seguir:
1. O participante foi recebido, cumprimentado, convidado a se sentar e ficar relaxado e se sentir
confortável;
2. O participante recebeu o Questionário para Identificação do Perfil do Participante, conforme sugerido no Anexo 3 de Ferreira [4];
3. Após completar o questionário, o participante recebeu o Script de Orientação do teste. O script
foi lido junto com o participante reforçando que o
56
• Ensino de Nível Médio completo;
• Idades: 27 anos (Usuário 1), 31 anos (Usuário 2) e
54 anos (Usuário 3)
As tarefas solicitadas aos participantes estão listadas
a seguir:
Tarefa 1: Iniciar um novo mundo, selecionar o mundo de deserto (desert), adicionar a este mundo um cavaleiro, uma princesa, um oasis e trocar o céu deste
mundo (Figura 2);
Tarefa 2: O cavaleiro deve se mover em direção à
princesa (não necessariamente usando suas pernas),
devendo a câmera acompanhá-lo durante o trajeto, e ao
chegar próximo à princesa o cavaleiro deve respirar por
cinco vezes;
• Dificuldade de encontrar os métodos específicos
destes objetos;
• Dificuldade de manipulação da câmera;
• A facilidade de percepção por parte dos participantes de criarem eventos baseados no movimento do mouse;
• Facilidade de encontrar o botão “Play”;
• Facilidade de percepção das funções na parte inferior da área de edição;
• Facilidade de percepção dos parâmetros dos métodos move do cavaleiro (estilo, duração);
Figura 2: imagem esperada do final da primeira tarefa.
Tarefa 3: O cavaleiro deve abraçar a princesa e dizer uma frase qualquer.
Os três participantes da pesquisa realizaram as tarefas separadamente um do outro, e não lhes foram tiradas nenhuma dúvida em relação à utilização do software,
apenas sobre o processo de teste.
Enquanto as tarefas eram transcorridas, eram anotadas quantas vezes os usuários falharam tentando encontrar os objetos que foram solicitados no teste. Outro parâmetro foi se a tarefa era concluída ou não pelo
usuário.
O tempo que demorou na realização de cada tarefa
também foi cronometrado, pois é um parâmetro em que
se define a facilidade de encontrar um recurso ou objeto (menor tempo) ou dificuldade de encontrar este recurso (maior tempo).
A máquina utilizada foi era um Pentium Core 2DUO
com 64MB de memória de vídeo e 2GB de RAM, requisito suficiente para rodar o software Alice sem problemas de memória ou atrasos de processamento.
OS RESULTADOS
Durante os testes foram realizadas algumas observações importantes:
• Dificuldade de perceber os membros dos objetos
(braços, pernas, etc) usados na Tarefa 3;
Resultados obtidos para a Tarefa 1
A Tabela 1 mostra os resultados obtidos específicos
para a tarefa 1 para cada Usuário:
Tabela 1: Resultados obtidos após os testes para
a tarefa 1
Usuário
Tempo gasto para
Execução (minutos)
Número
de Erros
Sucesso?
(S/N)
1
2
3
Média
15
13,5
22,5
17
7
6
18
10,3
S
S
N
S
Resultados obtidos para a Tarefa 2
A Tabela 2 mostra os resultados obtidos específicos
para a tarefa 2 para cada Usuário:
Tabela 2: Resultados obtidos após os testes
para a tarefa 2
Usuário
Tempo gasto para
Execução (minutos)
Número
de Erros
Sucesso?
(S/N)
1
2
3
Média
8,5
7,5
16
10,6
13
19
23
18,3
S
S
S
S
• A dificuldade dos participantes de perceber que os
métodos devem ser arrastados para a área de edição (editor área);
Resultados obtidos para a Tarefa 3
• O pouco tempo gasto para encontrar os objetos
solicitados no teste;
A Tabela 3 mostra os resultados obtidos específicos
para a tarefa 3 para cada Usuário:
57
Tabela 32: Resultados obtidos após os testes
para a tarefa 3
Usuário
Tempo gasto para
Execução (minutos)
Número
de Erros
Sucesso?
(S/N)
1
2
3
Média
30
32,5
45,5
36
39
45
63
10,3
S
N
N
N
É necessário um certo tempo para que o usuário possa desfrutar das funcionalidades do software, porém à
medida que os usuários vão aprendendo as funções, por
tentativa e erro, seu aprendizado vai melhorando proporcionalmente e o acesso as funcionalidades vai se tornando mais rápido e com uma menor taxa de erro.
Embora os resultados sejam próximos, e o tamanho
da amostra seja pequeno, é possível observar algumas
situações bem características, como por exemplo, a
frustração dos usuários em não encontrar rapidamente uma forma de fazer com que os personagens se
movam no ambiente e a facilidade de encontrar os
objetos no sistema.
Pelo fato de ser um software gratuito e ter seu código fonte mantido por uma instituição renomada como a
Carnegie Mellon University, é de se esperar que nas
próximas versões a interface venha a ser aprimorada
cada vez mais, possibilitando usuários de menor compreensão de informática tenham acesso e facilidade de
uso, e por conseqüência, melhor aprendizado na área de
programação orientada a objetos. Já é possível observar algumas destas melhorias na versão Alice 3.0 beta.
É possível observar a curva de aprendizado do usuário com o sistema.
REFERÊNCIAS
As tarefas foram realizadas em seqüencia, e os passos aprendidos nas tarefas anteriores eram aplicados
nas tarefas subseqüentes.
Esta curva de aprendizado mostrou que o usuário,
com o passar do tempo e com a utilização do sistema,
foi ficando mais seguro e passou a utilizar o sistema
com uma maior facilidade, executando tarefas cada vez
mais complexas.
CONCLUSÃO
O Alice 2.2 é um software que possui muitas funcionalidades e que possibilita o usuário realizar tarefas complexas com poucos movimentos do mouse, porém estas
funcionalidades demoram a serem totalmente compreendidas pelos usuários, pois sua interface não é totalmente intuitiva, a ponto de possibilitar que os usuários
aprendam a usá-lo rapidamente e sem o suporte de um
outro usuário que conheça o sistema.
58
[1] ISO 9241-11 – Ergonomic requirements for office
work with visual display terminals (VDTs) – Part 11:
Guidance on usability, International Standards for
Business, Government and Society.
[2] KRUG, S., Não me faça pensar – Uma abordagemde
Bom Senso à usabilidade na Web, Alta books, Vol. 2,
2006.
[3] NIELSEN, J., Usabilidade na Web – Projetando
websites com qualidade, Ed. Elsevier, Vol. 1, 2007.
[4] FERREIRA, K. Gomes, Teste de Usabilidade,
Monografia de Final de Curso, UFMG
[5] AMSTEL , F, Usabilidoido = Mais Usabilidade na
Web, disponível em www.usabilidoido.com.br, obtido em
04/04/2010.
[6] http://www.alicedownloads.org/downloads/
2010_05_01/Alice2.2.zip, capturado em 29//05/2010
14:35.
As novas mídias na escola:
possibilidades na formação de docentes
Heinrich Fonteles1, Lenize Villaça2, Carlos E. Xavier3, Hendrix Santos4, Carolina Santos4, David Oliveira4,
Fabio Lazaro4, Marcel Freitas4, Rodolfo Almeida4, Débora Santos4 , Sandra Escudero5,
Adriana Benanti5, Hsiu Chen5, Julia Silva5 e Rita C. Coppola5
[email protected]; [email protected]; [email protected];
[email protected]; [email protected]
Resumo:
O presente texto tem por objetivo apresentar uma discussão sobre as possibilidades das
novas mídias na formação de docentes dos cursos de licenciatura. Definimos o uso da
ferramenta blog e programetes de radio como semântica educativa e comunicativa elaboradas a partir de atividades virtuais produzidas pelos alunos de alguns cursos de Licenciaturas
como ferramenta de apoio. Por meio dessas ferramentas, busca-se estudar esses meios
propostos como protótipos para análise dos conceitos estudados nas disciplinas - Educação
e Novas Tecnologias e Tecnologias da Informação e Comunicação dos cursos de licenciatura de Pedagogia e Química e na disciplina de Teorias da Mídia do curso de jornalismo.
Fundamentamos esse estudo nos conceitos das teorias culturais da comunicação articulado
aos conceitos de educação como projeto de cidadania numa proposta crítica de
educomunicação. Os blogs apresentam estruturas que possibilitam conectâncias que permitem certa construção de conteúdo colaborativo favorecendo uma relação entre os participantes. Os programetes de radio nos revelam o quanto o ensino pode ser expandido, mas
também pontua que os conteúdos podem sofrer alterações para se adequar ao meio.
Palavras-chave: Tics, Inclusão digital, Licenciaturas, Blogs, (in)comunicação.
Abstract
This text aims to present a discussion on the possibilities of new media in Training in
the teaching of undergraduate programs. Define the use of the tool blog as educational
and communicative semantics elaborated from virtual activities produced by students
of some teacher training programs as a support tool. Through a case study seeks to
explore blogs as proposed prototype to analyze the concepts studied in the disciplines
- education and new technologies and Technologies of Information and Communication
of undergraduate pedagogy and chemistry and the discipline of media theory travel
journalism. We base this study on the concepts of culture of communication theories
and the concepts of education as a citizenship project proposal criticizes Educational
Communication. The blogs have structures that enable connectance that enable certain
collaborative content building to foster a relationship between the participants.
Keywords: Tics, Digital Inclusion, Undergraduate, Blogs, (in) communication.
1
Professor dos cursos de licenciaturas Pedagogia, Letras e Química e do curso de Jornalismo da UPM. Doutorando em Comunicação e
Semiótica da PUC-SP. Participante do grupo de Educação, Gestão, e Sociedade do CCH.
2
Professora do curso de Jornalismo da Universidade Presbiteriana Mackenzie e FMU.
3
Discente do curso de Jornalismo da UPM que participou da construção dos blogs.
4
Discentes do curso de Química da UPM que participaram da construção e discussões do blog do http://www.mackquimica .blogspot.com/
na disciplina Tecnologias da Informação e Comunicação.
5
Discentes do curso de Pedagogia da UPM que participaram da construção e das discussões do http://www.pedagopediamack.
blogspot.com/ na disciplina Educação e Novas Tecnologias.
59
1. INTRODUÇÃO: BLOGS COMO
POSSIBILIDADES NA FORMAÇÃO
DE DOCENTES
levam o usuário a navegar pelo blog como mero entretenimento.
Os blogs desenvolvidos até o presente momento nos
cursos de licenciatura de Pedagogia e Química têm como
proposta articular teoria e prática de forma poética, pois
a pensar dos alunos e os resultados não estavam regidos
por uma agenda determinada. Mas pretendíamos provocar e problematizar a temática da inclusão digital e usos
das Tics para construção de ambientes com possibilidades conectivas objetivando o estabelecimento de relações
e interações entre o conteúdo dos cursos e possíveis receptores – no caso os alunos da graduação para que estes possam avaliar os conteúdos destinados aos alunos(as)
do ensino médio freqüentadores de Lan Houses (Local
Area Net), repensando se possíveis LanEscolas pudessem ser pensadas dentro e fora da escola.
1.2. Educaradio: possibilidades de conteúdos
ensinados à distância
A construção projetada visando conteúdos de química geral e Pedagogia, sem formalizações de aplicações,
devido ao próprio espaço em construção, não se configuram como laboratório, e sim como um espaço virtual
de conceitos teóricos para educadores(as), tendo como
motivação uma espaço conectivo de conceitos da química e uma wikipédia pedagógica, chamada de
Pedagopédia. A primeira plataforma pensada como linguagem foi o moodle, mas dada a formação anterior
dos alunos decidiu-se por uma linguagem simples de
computador para construção dos blogs.
Os blogs são compostos por elementos de texto,
hipertexto, links com o objetivo de favorecer conectâncias. Obviamente não foi possível desenvolver
interfaces hápticas, combinando os sentidos humanos
com o contato gerados com o computador. Esta etapa
poderá ser desenvolvida futuramente. Nesse caso presente, o usuário irá navegar e ser direcionado para possibilidades de leituras, imagens, questões simples no intuito de fazer com que alguns conceitos de educação e,
principalmente de química, tão complexos e muitas vezes não tão bem assimilados em sala, sejam explorados
e experenciados em outro ambiente – o virtual, com o
objetivo de problematizar se o ambiente virtual põe os
conceitos de química e pedagogia em um espaço
inautêntico – a mídia, para (re)pensarmos em estratégias que evitem o processo de vulgarização proposto por
E.Morin (1997). Processos esses que acabam simplificando, binarizando e maniqueizando os conteúdos que
por fim incomunicam aquilo que se pretende, ou seja,
60
A expressão “ensino a distancia” nunca foi tão falada como hoje em dia. Inúmeras universidades e faculdades brasileiras ampliam cada vez mais seu modo de
atuação por meio desta modalidade. Mas, o “ensino a
distancia” ainda coloca a figura do professor como alguém superior, o mandatário em uma relação de aprendizagem, em outras palavras é quem manda. Por isso,
outra expressão nos parece mais interessante, a “educação a distancia”, como define Moran:
Educação a distância é o processo de ensinoaprendizagem, mediado por tecnologias, onde professores e alunos estão separados espacial e/ou
temporalmente. É ensino/aprendizagem onde professores e alunos não estão normalmente juntos,
fisicamente, mas podem estar conectados, interligados por tecnologias, principalmente as telemáticas, como a Internet. Mas também podem
ser utilizados o correio, o rádio, a televisão, o vídeo,
o CD-ROM, o telefone, o fax e tecnologias semelhantes.6
E dentro deste conceito, podemos dizer que a educação pode ser realizada de forma presencial ou não
presencial, importando apenas se o emissor e o receptor daquela mensagem estão dispostos a interagir para
que o processo de aprendizagem então aconteça.
Nesse sentido, foi realizada em caráter experimental
no primeiro semestre de 2009 na Universidade Presbiteriana Mackenzie, uma atividade interdisciplinar e
extensionista entre os cursos de Pedagogia e Educação,
envolvendo professores e alunos de ambos os cursos. O
resultado desta parceria foi a produção de 13 programetes7
com temáticas variando entre saúde, meio ambiente, lugares históricos da cidade de São Paulo, escritores clássicos brasileiros, entre outros. A intenção é distribuir este
6
7
MORAN, José Manuel. O que é educação a distancia. São Paulo,
ECA/USP. Disponível em: http://www.eca.usp.br/prof/moran/
dist.htm. Acesso em 15 jul. 2009.
Definição para programas informativos de rádio com duração entre 3 e 5 minutos. Programete significa programa de rádio de curta
duração.
O Brasil tem hoje cerca de 16 milhões de analfabetos. Segundo a pesquisa realizada pelo Ministério da Educação (MEC), metade deste número
está concentrada em menos de 10% dos municípios do país. Mesmo não sendo inéditos, os dados
do “Mapa do Analfabetismo” são “alarmantes”.
Em nosso país existem aproximadamente 16 milhões de pessoas incapazes de ler e escrever pelo
menos um bilhete simples. Considerando-se o
conceito de “analfabeto funcional”, que inclui as
pessoas com menos de quatro séries de estudo
concluídas, o número salta para 33 milhões.9
material para uma rádio comunitária na cidade de São
Paulo e também para uma rádio web de uma organização não-governamental, a Fundação Dorina Nowill.
Mas, antes de refletirmos propriamente sobre comunicação versus pedagogia, é necessário pensarmos
o meio de comunicação utilizado para esta iniciativa, o
rádio, como meio de comunicação. Em qualquer modelo de comunicação que se estude, o “meio” aparece
como elemento essencial na relação emissor-receptor
e, no nosso caso, o rádio, atualmente pode ser transmitido tanto em ondas hertzianas em aparelhos de rádio
(analógica)8 como também pela rede mundial de computadores, a world wide web, mais conhecida como
Internet. A intenção de distribuir este material tanto em
emissora de rádio aberta quanto pela Internet demonstra que o mesmo conteúdo pode ser divulgado em diferentes plataformas tecnológicas. Ou seja, o meio de
comunicação neste caso influi diretamente no conteúdo
pedagógico porque mesmo sem ser presencial, o rádio
permite que se realize o processo de educação/informação desde que os envolvidos estejam interessados.
O rádio tanto pode “falar” para a massa como também
para um público específico, como é o nosso caso.
A intenção da produção destes programetes não deixa
de estar atrelada ao conceito de rádio educativo. “A
Radiodifusão Educativa é definida como uso de transmissão radiofônica em qualquer processo sistemático
de educação, com a finalidade de possibilitar aos ouvintes uma aquisição de conhecimentos e/ou uma mudança de atitudes”(IPEA/IPLAN, 1976, P.11). Nesse sentido, como rádio educativo, o Brasil já registrou projetos
entre as décadas de 1960-70 como o Movimento de
Educação de Base (MEB), a Fundação Educacional
Padre Landell de Moura (FEPLAM), a Fundação Padre Anchieta (FPA), Instituto de Radiodifusão Educativa
da Bahia (IRDEB) e o mais famoso e duradouro deles,
o Projeto Minerva, por transmitir de 1970 a 1989. (IPEA/
IPLAN, 1976). Independente do julgamento de como
foi o desenvolvimento/aproveitamento destes projetos,
o que nos importa é demonstrar que mesmo passadas
três décadas, países como o Brasil ainda necessitam de
iniciativas pedagógico-educacionais por conta do grande número de analfabetos:
8
O Brasil deve implantar futuramente um sistema digital de rádio. No
momento, testes estão sendo feitos, mas o modelo ainda não foi
escolhido. À época, esta plataforma digital merecerá outro estudo
por utilizar novos modelos de interação com o público.
Entre as várias características intrínsecas do rádio,
destacamos seis que ratificam o sucesso que este meio
de comunicação pode ter em conjunto com a educação,
como: oralidade: o rádio fala e, para receber a mensagem, basta apenas ouvir. Não é necessário, portanto,
que o ouvinte seja alfabetizado para receber as informações; sensorialidade: o ouvinte é envolvido pelo
rádio, e dele participa por meio de diálogo mental;
companheirismo: diversas pesquisas já apontaram que
muitas pessoas utilizam-se dos meios de comunicação
de massa como forma de fugir à solidão. O rádio não
foge a essa regra e torna-se um grande companheiro de
seus ouvintes nos mais diferentes momentos da vida.
Aliás, pela sua própria facilidade de deslocamento, ele,
de fato, acompanha seu ouvinte; integrativo/ introduz
diálogos: o rádio aproxima comunidades, difundindo
informações, prestando serviços, dando orientações,
deflagrando campanhas etc. Pode ainda trazer novas
discussões em cima de algum assunto que tenha veiculado e ser usado de forma educativa; informação/atualização: o ouvinte busca no rádio saber o que acontece em sua cidade, Estado, país, justamente por sua agilidade na difusão de notícias; e o baixo custo: o aparelho de recepção de rádio é barato, estando ao alcance
de grande parte da população. E a produção radiofônica
também é mais barata que a televisiva, por sua menor
complexidade tecnológica. E se considerarmos o número de pessoas que ouvem rádio, o custo de produção se
dilui ainda mais, fazendo com que o rádio seja o meio de
mais baixo custo de produção em relação ao público
atingido (Ortriwano, 1985);
9
AGUIAR, Shirley M. O. Analfabetismo no Brasil. ASSEEC. Disponível em: http://www.asseec.org.br/artigos/texto.asp?id=66. Acesso
em 14 jul. 2009
61
A radio web é outra possibilidade de educação nos
dias atuais, uma ferramenta tecnológica que pode ser
acessada por um público específico, no caso da Fundação Dorina Nowill, para deficientes visuais e que mesmo sendo direcionada continua a exercer o papel educacional formando cidadãos.
2. CONCLUSÃO : A PEDAGOGIA DA
MÍDIA - OUTRAS POSSIBILIDADES
DE EDUCAÇÃO EM ESPAÇOS NÃO
ESCOLARES
A educação por meio da interdisciplinaridade possibilita a conjugação de novos elementos na experimentação, surgindo novas propriedades para fins educacionais e comunicacionais. Assim, os programetes têm essa
função de experimentar os conteúdos educacionais em
outras dimensões, saindo de um rascunho técnico, deixando a imaginação frui e fluir, colocamos desta forma
a produção desses programetes em outro espaço que
possibilitasse outras discussões.
A educação em espaços não escolares significa, conforme Libaneo (2005), a possibilidade do ensino e
metodologias para além dos muros escolares. Sob essa
ótima, uma comunicação e ensino pode ser viabilizado
por espaços eletrônicos dentro e fora do ambiente escolar. A questão se coloca quanto à organização e estrutura do que será compartilhado via ondas de rádio. O
meio midiático demanda novas adaptações e está aberto também a novas mudanças. Criticar é preciso.
Para podemos desenvolver este trabalho colocamos
a criação desses programetes e dos blogs em um espaço de criação, deixando o imaginário permitir os rascunhos. Se pensarmos arte como espaço no qual o sujeito
pode experimentar, colocar as mãos, sentir por outros
meios e recolocar o mundo em outros ambientes para
pensá-lo de forma mais poética, recriando-o na própria
experimentação, julgamos a possibilidade dessa atividade desenvolvida como um local virtual, na qual as ondas
e som do rádio substituem a tela convenciona de um
artista. Nesse novo espaço muitas vozes e mãos se entrelaçaram para pensar possibilidades, testar e conjugar
a ferramenta, verificando as novas funções destas para
até pensar e avaliar os desvios possíveis delas. Como
os conteúdos pedagógicos podem ser alterados. E isto é
possível quando se faz algo tendo uma mentalidade artística, conforme Simão (2008).
62
Nesse sentido, entendemos que as individuações são
substituídas pelo coletivo. A assinatura do artista nesta
produção é apagada pela ação coletiva. Assim, como um
grupo de engenheiros pode pensar junto um projeto em
equipe, o EducaRadio e os blogs experimentados pelos
alunos e docentes têm também esta dimensão. A pretensão é fazer arte, hibridada com educação e tecnologia
como possibilidade educativa, levando os professores em
formação para experimentar os usos dos instrumentos
tecnológicos. Mas não um uso mecânico em si, se não
estaríamos apenas fazendo técnica, e sim aprender sobre
os instrumentos, refletir sobre seus usos e possibilidades,
com o objetivo de provocar quebra de paradigmas, pela
percepção e entendimentos que os ruídos advindos da
criação podem causar. Como afirmou Mcluhan (1964:
p.67), o “cruzamento ou hibridização dos meios libera
grande força ou energia como por fissão ou fusão”.
Acreditamos também que por meio da interdisciplinaridade
novas possibilidades podem ser criadas.
Os Blogs e os programetes desenvolvidos até o presente momento pelos alunos dos cursos de licenciatura
de Pedagogia, Química e RadioJornalismo de 2009.1 têm
como proposta articular teoria e prática de forma poética, pois o pensar dos alunos e os resultados não estavam regidos por uma agenda determinada. Mas pretendíamos provocar e problematizar a temática da educação a distancia que viabilizasse certa inclusão social e
usos das Tics para construção de ambientes com possibilidades conectivas objetivando o estabelecimento de
relações e interações entre o conteúdo dos cursos e
possíveis receptores – no caso os alunos da graduação
para que estes avaliem os conteúdos destinados aos
ouvintes da comunidade destinada.
Percebemos que só por meio da interdisciplinaridade
é possível construir ambientes educacionais que vão além
dos muros da escola, recolocando os ensinos em espaços na qual a necessidade do giz, lousa e professor passam a ser questionados. No rádio impera a voz, a imaginação, e isto demanda uma reestruturação na organização didático-pedagógico para que se compreendam as
dimensões do meio e seus efeitos no ensino. Nos blogs
outras possibilidades de interação e ação colaborativas
entre docente e discente podem repensar essa organização didático-pedagógica. Por outro lado algumas advertências precisam ser pontuadas.
O nível de jogabilidade proposto nos jogos eletrônicos parece entusiasmar produtores de objetos educacio-
nais. Esta ideia já habita a consciência de programadores que querem disponibilizar conteúdos didáticos em
forma de jogos e olimpíadas eletrônicas. Certamente,
os discentes ficarão encantados com tais jogos, não só
pela possibilidade de jogar, mas porque há certo nível de
resolução de problemas hipotéticos por simulação propostos nos jogos. O problema se pontua pelo o quanto
será sumarizado dos conteúdos para que o nível de
jogabilidade alcance o maior patamar.
O ensino e a educação exigem um tempo lento, apreensão cognitiva seletiva Baitello (2005), a acelaração dos
conteúdos propostos no rádio e nos blogs precisa ser repensada. Percebemos também que os educadores devem ficar atentos aos processos de vulgarização propostos por Morin (1997), nos quais os conteúdos ao serem
reconfigurados em outros ambientes podem ser
despolitizados, binarizados, maniqueizados, sumarizando
os conteúdos em algo meramente de consumo e de entretenimento, o que é um prejuízo aos fins educacionais,
assim como para a formação ética e cidadã. Por outro
lado, num mundo cada vez mais midiatizado, cujas informações geradas e difundidas são cada vez mais acessadas
e compartilhadas por uma massa de pessoas, é preciso a
escola aprender a se comunicar por este instrumento.
Nunca condenar. Reconhecer que nossos alunos aprendem por outros meios é necessário para compreendermos esses sujeitos midiáticos Fonteles (2008) para assim
propor novas ações. Pedagogizar o meio é preciso.
Desmassificar é preciso. Tornar essa audiência participava e cidadã é uma exigência para que a comunidade
interaja cada vez mais com a escola, que é um espaço
comunitário, que deve impulsionar cada vez mais a participação dos que estão em seu entorno. Os meios, por
outro lado, devem observar a importância da escola na
geração e produção de bens simbólicos educacionais que
tornem sua comunicação além de interativas, mais
dialógicas. Isto permite que a informação veiculada seja
sentida não apenas como uma mera participação estética
Morin (1997), mas que os elementos de eticidade e
polititicidade Freire (2005) provoquem desdobramentos
sociais e de mudança na vida comunitária e escolar,
consequentemente na vida em comunidade.
Nesse sentido, a escola deve ficar atenta à Pedagogia da Mídia, e aos elementos vulgarizadores propostos por Morin; avaliar até que ponto o uso de objetos
tecnológicos têm esfriado as relações na escola, e entre
os sujeitos; refletir como os alunos estão lidando com as
complexidades inerentes ao seu próprio desenvolvimento
e da vida contemporânea. Na “vida midiática”, nos
“orkuts”, “blogs”, “avatares”, as soluções nos parecem
que são práticas e efêmeras.
Considerando os ensinamentos proposto por Freire
(2003), a escola deve usar os meios tecnológicos por
meio de uma didática que favoreça o ato pedagógico,
ajudando os alunos a não serem meros consumidores,
domesticados a uma burocracia escolar e comunicacional, mas sim que os tornem produtores de cultura,
ampliando o seu repertório cultural - cidadania. Nessa
ótica, o ambiente escolar e os não escolares se tornarão
um espaço de comunicação e não de incomunicação,
um ambiente prazeroso de se estar, mas que não é um
espaço de entretenimento, de espetáculo, na qual a aula
é um show, o professor um artista, e o alunado a audiência. Mas sim ainda um espaço para a elaboração da
crítica e não mais um espaço para depósito de críticas.
Para que o sujeito possa interagir, os meios de comunicação têm produzido encantamentos. Portanto, há
que se pensar nos mecanismos proposto pela mídia cuja
intenção tem por objetivo facilitar esta comunicação, por
meio da eliminação do estranhamento, conferindo à
máquina, à técnica, e suas invenções tecnológicas, outros encantamentos, e revestimentos que os tornem mais
confiáveis. Pois para se confiar, há que se ter fé. Confiar, que este outro corpo – a mídia, aparentemente não
causará danos, nem machucará, e sim trará somente
benefícios aos seus usuários. Conforme nos diz Flusser
(2002b), as imagens produzidas pelas máquinas procuram instaurar um novo senso de realidade, através da
construção de um poderoso senso de religiosidade projetado nas imagens, as quais dão novo significado ao
mundo, e por que não, aos conteúdos.
Sob esta ótica, afirmamos que de nada adianta fornecer a infra-estrutura básica, dimensionando a questão apenas do ponto de vista quantitativo, como se a
mera disponibilização de computadores (Tics) fosse permitir, por si só, a capacitação intelectual dos indivíduos.
Ao contrário disso, é preciso que, como recomenda Levy
(2000), sejam criadas condições de participação ativa
nos processos de inteligência coletiva, através das quais
os cidadãos, alunos, professores, pais, e as comunidades, especialmente aqueles pertencentes aos extratos
mais pauperizados da população, sejam de fato inseridos, compreendam o ciberespaço e deixem de ter um
mero papel passivo de consumidor de informações, bens
63
e serviços, para atuarem também como produtores de
conhecimento na cadeia cibernética. (Esta situação é
particularmente favorável em nossa universidade). A não
atenção a esses aspectos coloca em risco as possibilidades educativas desses meios, pondo este potencial
educacional num campo inautêntico das mídias, como
nos diz Flusser (2002b), no qual as superficialidades das
imagens visuais e sonoras não nos conduzem a uma profundidade das realidades, questão essa fundamental para
que o uso das novas mídias para fins pedagógicos não
se configure como apenas um momento de passa-tempo, num mero entretenimento, mas sim num espaço de
construção de conhecimento que se desdobre em exercício pleno da cidadania.
REFERÊNCIAS
BAITELLO Jr.., N. A era da iconofagia. Ensaios de
comunicação e cultura – São Paulo: Hackers editores,
2005.
LIBANEO, José Carlos. Pedagogia e Pedagogos,
para quê? São Paulo: Cortez, 2005.
McLUHAN, Mac. Os meios de comunicação como
extensões do homem. São Paulo: Cultrix, 1964.
MORIN, E. Cultura de Massa no século XX: neurose. Tradução de Maura Ribeiro Sardinha 9. ed, Rio de
Janeiro: Forense Universitária, 1997.
ORTRIWANO, Gisela. A Informação no Rádio – Os
Grupos de Poder e a Determinação dos Conteúdos. São
Paulo: Summus, 1985.
SIMÃO, Selma Machado. Arte Híbrida: entre o pictórico e o fotográfico. São Paulo: Editora Unesp, 2008.
VILLAÇA, Lenize [et al.] Testes do padrão do rádio
digital – grupo de pesquisadores São Paulo - capital.
São Paulo: XXIX INTERCOM/Brasília/UNB, 2006.
CD-Rom.
FONTES NA INTERNET
FONTELES, H.A. O Processo de vulgarização na
escola pela mídia. IN: DOLGHIE, J; FONTELES, H.A;
CAMPOS, B.M. Cultura, Mídia e Educação: abordagens transdisciplinares. São Paulo: Livropronto: 2008.
AGUIAR, Shirley M. O. Analfabetismo no Brasil.
ASSEEC. Disponível em: http://www.asseec.org.br/
artigos/texto.asp?id=66.
FREIRE, P; GUIMARÃES, S. Sobre educação. 3.ed.
ver. E ampl. São Paulo: Paz e Terra, 2003.
MORAN, José Manuel. O que é educação a distancia. São Paulo, ECA/USP. Disponível em: http://
www.eca.usp.br/prof/moran/dist.htm.
LEVY, P. Cibercultura. São Paulo:Editora 34, 2000.
.
64
Using 3D Web-based graphics and information visualization
technology for supporting collaborative learning
Jorge Ferreira Franco1, Renato Aparecido de Farias2 e Roseli de Deus Lopes3
[email protected]; [email protected]; [email protected]
Abstract
In this paper we present collaborative and interdisciplinary learning situations carried
out with support of 3D computer and we-based graphics as well as information
visualization technologies. The collaborative work enhanced students and educators’
technical skills related to learning and using information visualization and web-based
desktop virtual reality techniques. It includes improving ones’ knowledge referent to
the nature and social problems related to a primary school’s surrounding community
that is located in the suburbs of the city of Sao Paulo. The work brought about
individuals’ cognitive skills development such as spatial ability, associative memory,
visual memory and attention during the development of an application for representing
school surrounding community geographical information. Other results were ones’
digital, sciences, culture, art and communication abilities and knowledge improvements,
students’ public work presentation in the city of Rio de Janeiro, and expand ones’
visual literacy domain and use at school and beyond.
Index Terms: collaborative learning, communication, digital and social inclusion,
interactive pedagogic practice.
INTRODUCTION
Researchers’ interest in influencing the use of
advanced contemporary technologies (ACT) such as 3D
information visualization tools, desktop virtual reality
(VR) hardware and software, computer and web-based
graphics tools and techniques [1, 9, 12] for supporting
underrepresented individuals’ digital and visual literacy
development [2, 8, 9] in the context of education [3]
has increased.
In this context, through a long term work we have
supported underrepresented individuals understanding and
using ACT in the primary education context [2, 5, 6].
The work has impacted on improving individuals’
technical skills and stimulating students and educators’
collaborative work. It has addressed problems related
to developing learning situations in which individuals use
ACT for producing digital content and building
knowledge.
Conversely, for instance, a survey in [7] highlights
the problem of few learners being familiar with the complete spectrum of web-based and advanced technologies
activities. And only a small number be engaged in more
sophisticated activities, such as producing and publishing
self-created content for wider consumption as well as
encouraging and supporting individuals’ higher order
1
Jorge Ferreira Franco, Pesquisador, Laboratório de Sistemas Integráveis (LSI -USP) / Professor, EMEF Ernani Silva Bruno (SME/PMSP),
Av. Prof. Luciano Gualberto, travessa 3, nº 158 - São Paulo - CEP: 05508-970, São Paulo, SP, Brazil
2
Renato Aparecido de Farias, Pesquisador, Laboratório de Sistemas Integráveis (LSI -USP), Av. Prof. Luciano Gualberto, travessa 3, nº
158 - São Paulo - CEP: 05508-970, São Paulo, SP, Brazil
3
Roseli de Deus Lopes, Professora, Laboratório de Sistemas Integráveis (LSI -USP), Av. Prof. Luciano Gualberto, travessa 3, nº 158 - São
Paulo - CEP: 05508-970, São Paulo, SP, Brazil
65
thinking skills related to critical, self-management or
metacognitive reflection in any attempt to use technology
for learning in formal and informal education [7].
In this work we present a collaborative and interdisciplinary learning situation carried out with support of
ACT. The learning situation contributed for developing
students and educators’ desktop VR technical and
storytelling skills [10]. It includes, capturing, producing
and visualizing digital content with support of web-based
technologies for problem solving and representing school
surround community geographic information [1, 2, 14].
And as in [8, 9, 23] offering computer literacy possibilities
beyond just to word processing, web browsing, and
simple presentations [23].
Students from a primary school created and presented
the digital content through showing a 3D virtual
environment and a film in an event called “I Encontro
Juvenil “AS ARTES E AS CIÊNCIAS PARA UMA
VIDA SUSTENTÁVEL”” (I Youth meeting: The arts
and the sciences for a sustainable life) [11] that happened
in the Museu de Ciências da Terra, in the city of Rio de
Janeiro.
TOOLS USED FOR BUILDING THE WORK
The tools used for capturing and processing data were
still and movie digital cameras, Windows™ based
personal computers PC, 3.0 MHz, 256 RAM from the
school computers lab.
GIMP™ and Paint™ software were used for
processing still images. Windows MovieMaker™ was
utilized for manipulating moving and still images and
creating a film.
The Virtual Reality Modeling Language (VRML) [13]
a high level web-based scripting language and a text
editor such as Notepad™ were used for modeling and
programming the 3D virtual environment. A 3D
information visualization tool applied was Cortona 3D
Viewer™.
Internet resources such as Google Earth™ were used
for researching and capturing school surrounding
community geographical information.
THE LEARNING SITUATION BACKGROUND
Since 2004, due to a long term collaborative work
between a primary school here called Ernani Silva Bruno
66
(ESB) and Laboratório de Sistemas Integráveis (LSI) from
the Polytechnic School of the University of São Paulo, it
has been developed and sustained a spiral and incremental
use of ACT at ESB Primary School [2, 5, 6].
The invitation for ESB School participating on the
named event in the city of Rio de Janeiro came through
LSI’s researchers after the event’s organizers contact.
DEVELOPING THE ARTWORK
The artwork was based on applying ACT to support
individuals’ technical skills and curriculum development
from the middle of October to middle November. There
were four classes of 45 minutes for learning VRML
techniques such as positioning and texturing shapes. Ones
developed interdisciplinary knowledge and applied the art
and culture of computer graphics technology in context
[3] for understanding, for instance, math and arts concepts.
Due to the event’s theme, a research and visual
artwork related to the ESB School’s surrounding nature
and social problems was designed through a brainstorm
among two educators and nine students from 7th and 8th
grade levels.
The project artwork was built in two parts. One using
computer based techniques for creating a 3D virtual
environment (3DVE) representing school surrounding
community geographical information. The other applying
film making techniques showing the nature and
surrounding community individual’s interviews.
CAPTURING DATA IN THE COMMUNITY
After the brainstorm and project design, the data for
developing the 3DVE and the film was captured through
an individuals’ walk around ESB’s school surrounding
community.
Educators and students started their walk at the
beginning of a stream that is located in a piece of land
that still has its original nature preserved. From there
individuals took a walk by the stream. After walking
about 150 meters ones observed that the stream became
polluted. It happened at the moment it started flowing
through the school surrounding community Figure-1.
A small natural forest where the stream begins on
the left. On the right, the stream just after getting into
the community
The 3DVE was modeled with support of VRML.
The 3DVE construction brought about students
developing VRML, computer graphics and interdisciplinary sciences’ skills and knowledge further.
In addition, it was necessary researching and
capturing geographic information from the Web. The
tool used for researching and capturing information was
Google Earth™.
Author1 directed two students that modeled the
3DVE to do a screenshot of the school surrounding
community and reducing the image’s size using GIMP™
software.
Figure 1:
Example figure.
During their walk for capturing data, ones talked and
reflected about the nature and social problems around
the school for understanding its surrounding environment
and community lifestyle before creating the digital content.
In addition, students did interviews with local citizens
and took pictures for developing textures and compounding the 3DVE and the film Figure-2.
After that they mapped the image as a texture
“visaodoentorno.jpg” into the 3DVE that can be seen
on figure 4. And from that through observing the terrain
they were directed to build and scale the diverse 3D
objects/blocks that also were textured for symbolic
representing the geographic information related to the
school and surrounding community.
During these proceedings individuals reflected about
the surrounding community spatial configuration and
practiced their spatial ability, associative memory, visual
memory and attention with support of information
visualization, math and cartographic concepts such as
scale and rotation [1, 15].
They also developed writing, reading and communication skills related to English and Portuguese languages
and improved their programming skills while they were
building the 3DVE’s code such as on Figure-3.
#predio da escola
Transform { translation -148.0 6.0 -125.0
scale 1.0 0.5 1.0
rotation 0.0 1.0 0.0 4.8
children[ Inline { url “edificio.wrl” }]}
Figure 3: Sample code utilized for positioning 3D models
into the 3DVE
Figure 2: Individuals capturing data and in the small forest
and walking around the school community
The 3DVE general geographic information is showed
below through screenshots of 3D textured blocks
representing the school, the buildings in front of it and
the forest where the stream begins.
67
The direct manipulation of the .JPG images and their
integration within the 3DVE also supported individuals’
understanding basics of the art and science of digital
compositing [16] and provided ones’ technical skills
improvements Figure-4.
the context of developing school curriculum’ sciences
and increasing individuals’ lifelong learning autonomy[2].
After such collective’s reflection, for training their
communication skills, students presented their work for
the ESB School’s pedagogic coordinators and head
teacher.
This collaborative and interdisciplinary learning
situation had its 3DVE and film artwork developed in
six days. After that ESB’s students presented their
multimedia artwork in Rio de Janeiro.
Figure 4: On the left a general view of the 3DVE. On the right
buildings and trees representing the surrounding community
Improving Knowledge Collaboratively
Students’ technical skills improvements were shared
with other individuals before going to Rio de Janeiro.
Within a collaborative work with two geography
educators that lived near ESB School surrounding
community few years before, the students were guided
to read and understand the geographic information that
was represented on the 3DVE, Figure-4. Two Geography
Educators’ support helped students to organize their
thoughts and speech for telling the story they created
through the 3D model and the film.
Students also shared their computer literacy
knowledge with geography educators explaining to them
how was the process of researching, capturing data and
programming the 3DVE using a text editor, a paint
program and a 3D web browser.
Based on such students’ feedback and in the
possibility of providing digital inclusion opportunities in
large scale for underrepresented individuals, there was
a reflection that it would be very important if educators
could improve their computer’s knowledge, digital and
visual literacy with support of computer science and
computer graphics, for instance, related to 2D and 3D
low cost and web-based graphics since their
undergraduate courses [24].
The logic within this kind of reflection is that by
improving educators’ digital literacy skills and knowledge
during undergraduate courses, they would be able to
influence and support further underrepresented students
using better informational and digital resources within
68
In the day after the presentation ESB’s students and
students from other school communities located in Rio
de Janeiro were guided to reflect about nature and social problems related to the urban life in the cities of Sao
Paulo and Rio de Janeiro.
During the reflection they shared ideas that
supported the written of a letter that became a document
called (Carta Influência do Clima no Cotidiano Juvenil “Letter Climate’s Influence in the Youth daily life”) [11].
The letter was sent to Brazilian’s youths that represented
Brazil in Copenhagen Climate Youth Conference.
CONCLUSION
This work contributed for approximating under
socioeconomic disadvantage individuals from moods of
learning through using advanced technology and
interactive information visualization systems [1].
It impacted in ones learning how to analyze, solve
problems, develop programming skills as well as build
collaborative and interdisciplinary work for storytelling and
creating digital content and communicating with support
of ACT techniques and tools such as VR [2, 10].
Individuals’ technology and knowledge based
interactions influenced ones’ attitudes and mental models
transformations. The transformations engaged citizens
in the culture of using better 2D and 3D web-based and
ACT resources.
These resources have been built and improved based
on the “techno-meritocracy of science and technological excellence that comes from the big science and
the academic world” [17].
Ones’ access to techno-meritocracy of science and
human knowledge of excellence supported the building
of this learning situation that can be replicated. It brought
about contribution for enhancing the growing ESB School
community’s digital culture [2, 5, 6] and collective
intelligence [18, 21] that are related to influencing citizens’
lifelong use of interactive media and audio-visual tools
with respect to the cultural goods and services that
encompass artistic, aesthetic, symbolic and spiritual
values [19].
This work demonstrated that is affordable for
underrepresented individuals dominating and using digital techniques that allow converging diverse types and
sources of information such as text, voice and image
which can be transmitted by computers [16, 20].
Through building a collaborative learning situation
such as the one described during this work, we showed
a way of enhancing primary education pedagogic
practices with innovation and achieving individuals’
interdisciplinary knowledge improvement based on the
synergy between the media convergence culture [21]
and participatory education construction [22] that allowed
individuals’ investigating, representing, reflecting and
communicating about ESB surrounding community’s daily
problems.
In 2010 the collaborative learning work and the
techniques we used to build that have been shared with
other individuals at ESB school environment, the
surrounding community and other educators that have
worked with technology. For instance, an educator that
participated on the Alice Brazil 2010 [36], after seeing
author1’s presentation and an informal talk, visited ESB
and shared digital knowledge with students in the school
computers lab. He talked about robotics and ESB’s
students about their blogs [29, 30] and 3D knowledge
showing the example they presented in Rio, Figure-5.
The Fair organizers provided a stand for the São Paulo
Municipal Secretary of Education network, and in a
collaborative work with other two municipal schools,
Mario Lago and Pirituba III, ESB School’ students and
educators were in the stand showing pedagogical work
developed at school. For instance, related to the
Educom.radio project which aims stimulating individuals
building radio like programs and blogs for supporting
curriculum development [29, 30, 31, 32], and the
pedagogical use of ACT such as mobile computers for
organizing data related to Body Mass Index (BMI) [33,
34, 35] Figure - 6.
Figure 6: blog construction and BMI Interactions at febrace
2010
Back to the 3D web-based work that was also
showed at the engineering fair, we had the opportunity
of reflecting with individuals of diverse fields the validity
of using the approach of creating 3D worlds using a text
editor and 3D web-based information visualization tools.
After that, during three days 9, 10, 11 of March, the
3D web based work was shared with the public of the
‘Brazilian Fair of Science and Engineering’ – ‘Feira
Brasileira de Ciências e Engenharia’ – (FEBRACE) [28],
that is organized by LSI educators and researchers.
One of them, a geographer that works with geographic
data using 3D commercial software, after experiencing
the process of modeling a 3D virtual environment 3DVE
using the tools mentioned, said that allowing young children
learning using such text and web-based tools would bring
about students developing a good technology background.
For instance, in order to use better and build virtual tools
and games lifelong and with autonomy as it was the case
of a former ESB’s student that guided her during her
3DVE experience of practicing digital and visual literacy
at FEBRACE Figure-7.
Figure 5: blog and 3D show and Interactions at esb
computers lab.
Figure. 7: Visualizing the programming code and its 3D
representation
69
By combining computer graphics principles, virtual
reality techniques and 3D web-based knowledge and
resources for supporting school curriculum development
[2], this work has contributed for including underrepresented individuals in the digital world evolution.
Accordingly to several researchers and current
examples of 3D tools enhancements, there has been a
tendency of using 3D technology based on the growing
and evolving development of accessible standards and
technologies that, for instance, have been related to the
Internet [1, 25, 26, 27].
As it has been the use of VRML for carrying out
this work, spreading accessible ACT knowledge to
individuals can and have sustained ones’ effective
participation on the culture ruled by the microelectronic
[37], and also expanded the range of institutions and
actors involved in the culture of sustainable development
based on eCulture [38].
Based on the examples and experiences showed
within this text development, it seems logical to keep
using digital tools in the education context [3] and taking
advantage of the digital tools characteristics. Due to their
flexibility, they are capable of sustaining multiple
combinations, bringing about several integrated options
for providing individuals’ multidisciplinary knowledge
construction [37].
The sustainability seems to be on influencing individuals understanding and using a group of proceedings
and technical media that can support with effectiveness
ones’ obtaining, fixing, transmitting, storing and processing
information [37].
Finally, evaluating this work within a constructivist
concept [22], while individuals developed the highlighted
ACT and web-based participatory learning situations,
they improved their logical, math, social, physical, spatialtemporal, symbolic representation knowledge and
cooperatively enhanced their storytelling and communication skills [1, 2, 10, 22].
ACKNOWLEDGMENT
Thanks for the students, researchers and educators
that supported this work. God bless you.
REFERENCES
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horizon, Springer -Verlag, 2006, pp. vii-ix, 8-26, 211-254.
[2] FRANCO, J. F., et al., Enhancing Individuals’
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Knowledge Using Virtual Reality and Information
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Avatars_rising_in_the_enterprise?taxonomyId=18&
pageNumber=2
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[29] ELIANE, 2010, http://eliane100.blogspot.com/
[30] JORNALISMO, 2010, http://julio-jornalismo.
blogspot.com/
[31] BRUNO BINA, 2010, http://brunobina.
blogspot.com/
[32] SALSA DE ENERGIA, 2010, http://saladeenergia.
blogspot.com/
[33] WIKIPEDIA BODY MASS INDEX - BMI, 2010
http://en.wikipedia.org/wiki/Body_mass_index
[34] PROJETO AENE, post March 2010, http://
www.projetoaene.com.br/
[35] VENÂNCIO, V. et al, UCA – Um computador por
Aluno: um relato dos protagonistas do Piloto de São
Paulo. In: XIX Simpósio Brasileiro de Informática na
Educação (SBIE), Workshop IV: Projeto Um Computador por Aluno (UCA) – Brasil: panorama, avaliação e
perspectivas, Fortaleza (CE), http://200.169.53.89/
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workshop%204/UCA%20%E2%80%93%20
Um%20computador%20por%20Aluno.pdf
[36] ALICE BRAZIL, 2010, http://www.mackenzie.br/
index.php?id=17338&L=2
[37] FERRETTI, C. J. et. al. Tecnologias, trabalho e
educação: um debate multidisciplinar, Vozes, Brasil,
pp. 172-175.
[38] RONCHI, A. M. eCulture: Cultural content in
the Digital Age, Germany, Springer, 2009.
71
62
Use of computer modeling for
teaching electromagnetics
Edson Tafeli Carneiro Santos1, Antonio Marcos Ferraz de Campos2,
Marcelo Bender Perotoni3, Marcos Stefanelli Vieira 4 e Paulo Alves Garcia5
[email protected]; [email protected];
[email protected]; [email protected]; [email protected]
Abstract
It is common that undergraduate and graduates students have some difficulty in
visualizing the physical phenomena theoretically studied, especially those related to
areas such as electromagnetism and propagation of electromagnetic waves. This is
due to the natural complexity of the phenomena studied, and its difficulties for the
visualization. Therefore, simulation tools, which help in learning and visualization,
are very important in academia. The simulation tool CST presented in this paper has
great potential to assist in academic purposes, creating an environment simulation,
visualization and analysis of electromagnetic effects, including being used as an
aid in the design of practical devices.
Index Terms: Education in Engineering, Numerical Electromagnetics, Simulation in
Engineering.
INTRODUCTION
Traditionally, courses on electromagnetism (here
defined as EM) have been seen as one of the least
attractive to students, in almost all Engineering Program.
Several reasons can contribute to that. They are taught
in the same traditional and conservative way for the last
decades, differently to other areas like Electronics, where
all the novelties introduced by the intensive use of
computer simulation have come into play. The current
generation grew up acknowledged with computers,
games, wireless networks and high quality animations.
Therefore, it is easy to grasp that old fashioned textbook
figures and mathematical equations describing physical
phenomena is not particularly attractive to students.
As result, the number of graduated electrical
engineers with considerable know how in areas like
Antennas, RF, Microwave Devices and Telecommunication Instruments has dropped significantly.
The present study shows an initial push into changing
this scenario by the use of computer modeling in
electromagnetic studies, in the EE (Electrical Engineering) course of Mackenzie Presbyterian University. As
an example, is the usage of an electromagnetic simulator
(CST Software – commercial package developed for
Electromagnetic Analysis) for Final Graduation Works
development by students. Beforehand, an open workshop
was set up in the Mackenzie Presbyterian University
where the basics of this package was presented, and
the attendees designed and analyzed simple structures
such as horn antennas, waveguide sections, etc.
1
Edson Carneiros Santos Tafeli, Professor, Rua da Consolação,
930, 01302-907, São Paulo, SP, Brazil
2
Antonio Marcos Ferraz de Campos, Professor, Rua da Consolação,
930, 01302-907, São Paulo, SP, Brazil
3
Marcos Stefanelli, Professor, Rua da Consolação, 930, 01302907, São Paulo, SP, Brazil
4
Marcelo Bender Perotoni, Professor, São Paulo, SP, Brazil
5
Paulo Alves Garcia, Professor, Rua da Consolação, 930, 01302907, São Paulo, SP, Brazil
USE OF SIMULATION IN
ELECTROMAGNETICS
Basically, any software designed to work with EM
problems need to solve the set of Maxwell Equations,
presented here in the so called differential form [ME]:
73
∂B
∇× E = −
∂t
Faraday’s Law
Generalized Ampere Law
Gauss Law
Where:
E= electric field
the natural resonant modes of closed structures), etc.
Therefore, the user needs to have a good background in
EM in order to use the software to its full potential; a
push-button solution in general is not possible. It prompts
EM professors a challenge, since the degree of required
knowledge goes beyond the mere problem-solving; it is
necessary a deep understanding of the physical phenomena behind the math.
H = magnetic field
D = Electric Displacement
B = Magnetic Displacement
J = current density
ñ = charge density
The range of applications where these equations can
be solved in an analytical way is, unfortunately, very
limited, due to its complexity. Therefore, computers can
solve the equations numerically, i.e., they solve a discretized
version of the real world problem (where the objects are
constructed by small blocks called mesh cells). To each
mesh cell, a set of unknowns is assigned, and the Maxwell
Equations are then numerically solved by a computer code.
Figure. 1 shows a simple idea, where the object to be
simulated is divided into a set of mesh cells (called grid),
and each cell has its edges and faces associated with
electric and magnetic fields and fluxes.
There are many alternatives to solve the equations;
they can be solved in Time Domain (well suited for
electrically big problems, arbitrary signals in time domain
like pulses, etc), frequency domain (adequate for highQ structures like filters), Eigenmode Solver (for finding
Figure 1: Picture showing the simulation scheme of a small
block (left) divided into mesh cells (center). Each cell has a
set of unknowns, found by the numerical solution of the
Maxwell Equations.
74
MOTIVATION FOR THE USE OF COMPUTER
MODELING IN ELECTROMAGNETICS
TEACHING
Traditionally, students usually dislike courses on
Electromagnetics in EE. Since they are heavily focused
in mathematics and rely on problem solving to consolidate
the learned concepts, they are quite demanding and not
attractive to students. One alternative to present a better
way to visualize the physical concepts behind Electromagnetic waves, antenna radiation, etc, is the usage of
this kind of simulator like CST.
Mackenzie Presbyterian University has an Academic
License of CST MICROWAVE STUDIO™ [CST],
which has been made available to both teaching and
research activities. It is 3D suites developed to design
and analyze arbitrary EM structures, like antennas,
radiation problems, Electromagnetic compatibility issues,
cavities, filters, etc.
Initially, for two years, during the Engineering Week
( a special week aimed to present new technologies,
proposals for research papers, presentation of simulation
tools, etc.. with the goal of enthusiasm in the students
learning environment and academic research.), a 4 hour
workshop was presented where the attendees (both
students and Professors) were introduced to the tool. It
had a strong emphasis in the hands-on activities, so that
everyone could design and analyze simple EM structures
(waveguides, antennas, dipoles, etc).
One analyzed example was of a simple WR-90
waveguide, where the concept of modes was explained
in detail. The modeling was completely performed inside
the software interface, and the fields were then seen
(static and animated), in colors, with great impact
especially among young students. A comparison between
a textbook field plot and the software picture was shown,
like in Figure 2.
Figure 2: Illustration of the pictures of the field provided by
the software (top) and a textbook figure [Balanis, Adv Eng],
for the sixth mode inside a WR-90 waveguide.
The same example presented in Figure 2 was later
extended to the design of a complete transition, between
a coaxial cable and the waveguide, a rather complex
design in the EM field. It was accomplished (with the
guidance of the instructor) even by 3rd year EE students.
Naturally, many of the required background information
regarding the theory behind those devices was not known
by these students, nevertheless, they got acquainted with
the tool and were left with the feeling that Electromagnetics could be a pleasant (and useful) discipline, in
the future. Figure 3 illustrates the final model.
Figure 3 (b): Complete transition of a WR-90 waveguide and
a coaxial connector, the mesh (top) and cut views.
FINAL GRADUATING PROJECT
USING THE EM SOFTWARE
Recently some students attended the workshop and
showed interest into using the software to do their final
project.
The main goal was to investigate the behavior of
Patch Antennas (printed antennas on a dielectric
substrate), trying to use analytical formulation (using the
Transmission Line Method) to get a first estimate of the
antenna dimensions, for the 2.4GHz range (used in WiFi
services). Later the final adjustments and a more precise performance estimate were found using the EM
software CST. Figure 4 shows the antenna picture.
The students were then faced with the problem of:
- using an approximate formulation to get a first
estimate of an electromagnetic device;
- Using professional EM software – CST.
Figure 3 (a): Final model created on CST Tool for simulation.
The idea behind these workshops was, among other
activities, presenting the tool for both the Professors and
students, therefore making the public aware of the
opportunities related to its use. To own our surprise, some
of the professors were really excited into getting it used
in their classes, whereas others were also excited with
the possibility of developing small projects in partnership
with companies in the segment. It may be a sign of a
new paradigm that needs to be addressed, of a change
in the traditional textbook classes still taught.
Figure 4: Picture of the antenna model. The geometry (metal) is resonant depending on its length. The substrate where
the antenna is printed on a dielectric substrate backed by a
metal layer (ground plane). The red plane symbolizes the
antenna input.
75
- Analyzing the results that show the performance
of an antenna and the relationship of some antenna
parameters, like dimensions, dielectric characteristics, among other.
It is relevant to stress that the amount of knowledge
required understanding the aforementioned antenna design
is not simple, especially for an EE undergrad student.
There are many concepts that many times are explained
very briefly in Electromagnetics courses, and the current
circuit view of EE is too simplistic to enable the correct
approach in EM passive device design. When one speaks
about current and voltages in Low Frequency (easily
measured with instruments like voltmeters), in high
frequencies (above 400MHz) one speaks about waves.
The methods of measurement and performance analysis
are completely different than that from the circuits.
As can be seen, even without all the theoretical
concepts furnished, if the student has a conceptual basis
for reasonable about it, it can under certain guidelines,
develop and evaluate electromagnetic structures such
as antennas, among others.
As an example of the obtained results, Figure 5 shows
the final simulated design responses for the 2.4 GHz
antenna studied.
And it is also relevant to comment, that since the last
workshop made in the last August, many students were
showed interest in participating in studies and simulations
using this electromagnetic simulation software.
OTHER ACADEMIC PROJECTS
USING THE EM SOFTWARE
Recently, other interesting topics were discussed as
options to be studied and developed at the Mackenzie
Presbyterian University, in order to create an environment of research and applied studies in the field of
electromagnetism.
Among various options evaluated, we present briefly
the following proposals that appeared more viable, and
the learning gains that can generate for both teachers
and students as a result.
i. Smith Chart – Understanding concepts with
Inductive and Capacitive factor corrections
The Smith Chart is one of the most used tools for
analyzing the characteristics of transmission lines
impedance, identifying possible capacitive or inductive
factors undesirable.
Figure 5: Top: S11 response of the antenna (Resonant frequency). Lowest S11 implies on Highest energy effectively transmitted.
Bottom: Far field plot in 3D of the wave transmitted by the antenna. The red area on the top shows the area where the radiation
is maximum.
76
Generally, during the engineering courses, these
concepts are presented to the students just in theoretical
examples, and except those cases where these students
have some experimental activities at the laboratory, it
will be difficult to have another opportunity for seeing
the Smith Chart used in real problems.
During one of the internal training of the CST Tool,
at the Mackenzie Presbyterian University, many
examples bring up these usages of Smith Chart to solve
transmission lines problems, during the project of some
wire antennas.
The most relevant item that deserve to be mentioned
here, is that with the graphic interface of CST, these
Smith Chart analysis were done in a really friendly way,
creating as consequence, the idea of implement some
examples using CST , during the theoretical classes, trying
to put the students more excited with this important topic
of analyses.
Bellow, Figure 6 shows that it is possible to see one
example of this graphic interface of CST Tool, during
the line impedance analyses.
As can bee seeing, the system was initially capacitive,
but after the implementation of an inductive element
(what can be made easily), the line impedance can be
corrected in order to be just real, i.e., pure resistive.
And finally, this real impedance can finally be corrected
to 50 Ohms. The most important issue to be mentioned
here is that all these steps can be made easily and with
a very friendly interface, bringing back the attention and
interest of the graduating students.
ii. Antennas parameters analyses and simple
practical designes
Its is known among the electrical engineers, that the
antenna theory is one of the most complex topics of the
engineering courses, because of the great number of
equations and concepts presented during the theoretical
courses.
Consequently, many students lose their interest for
this topic, and some times it is difficult to find one of
them excited to the idea of developing any research or
academic project related to the antennas.
On the other hand, it is known that nowadays it is
very common to find new electronic equipments, using
small size antennas, especially in devices like cell phones,
smart phones, notebooks, among others.
This new demand for wireless technologies, and sizes
increasingly reduced, created a new interest in the study
of antennas and miniaturized RF devices. Thus, the
Mackenzie Presbyterian University evaluated the
possibility of joining this new technological (which
requires further studies on antennas and RF devices)
with the ease of CST on exhibit concepts and practices
in the study and design of these devices. The excellent
graphic interface of CST, coupled with its versatility in
communicating with other software used in engineering,
for example, Matlab, gave students a new sense of
interest in this area of study, showing that even without
much practice in all mathematical equations, it is possible
to design simple structures, and most importantly,
understand the physical concepts related to the main
parameters of the antennas. Below is presented in Figure 7, for example, the gain of a dipole antenna (Value
of xx dB) which can be compared with Figure 8, which
shows the same gain calculated in theoretical book
(Balanis). And can be mentioned here, that just fill
adjustments could be made at the antenna structure, for
achieve theoretical and simulated values very similar.
This is just one among countless other examples in
the CST, which allows various parameters of the
antennas can be evaluated and compared with theoretical
values, for better student learning and teachers.
iii. parameter analyses of rf devices
Figure 6: Impedance Analysis at CST.
Well far from exhausting the many possibilities for
studies of devices and designs of RF structures, is
presented below, other possible examples of analysis with
77
Figure 7: CST graphic interface showing the dipole antenna
gain.
Figure 9: Template for SAR and Mobile Phone Analysis on
CST tool.
And in these cases, if careful analysis is not done
properly, the performance of these devices can be
damaged.
To facilitate these tests, the CST has already prepared
some models of connectors, which speeds up the study
of the effects without losing time in the design of these
(often laborious to manufacture).
Figure 8: Theoretical calculation of the dipole antenna gain,
presented at the textbook figure [Balanis, Adv Eng]
[3]
the tool electromagnetic CST. It is noteworthy that for
all the topics mentioned above, this tool has a vast library
of information on your Menu-Help.
Additionally, its menu-help has good tips for analysis
and adjustment of the prototype with the real situation.
The Figure 10 that follows illustrates these kind of
analysis in the CST.
a. Sar Analysis
This feature allows the tool analyzes the influence of
electromagnetic waves in the human body, being a subject
of great current relevance in the scientific world.
With the advancement of nanotechnology, particularly
related to wireless communication systems, many studies
have been developed by researchers and companies in
the industry, as commented by FCC (Federation
Communication Communities).
Following Figure 9 shows the graphical user interface
where CST analysis on this subject can be made.
b. Connectors and device endings
A common mistake when designing RF devices such
as antennas is to analyze the device alone, i.e. without
worrying about the real situation in which connectors
will link the device to the transmission circuits to which
they belong.
78
Figure 10: Top: Coaxial connector template. Bottom: Multipin
connector template
CONCLUSION
As can be seen, computational tools such the
Simulation Software (CST) are excellent allies in the
design of devices for both teachers and for
undergraduates and graduate students. Moreover, these
softwares have also become allied with the theoretical
classes, so that examples and concepts can be treated
in a didactic and friendly way, attracting the attention
and interest of students and teachers for this area of
research, regarding RF devices.
We also thank the Engineer Edson Barros who
created this important position at the Mackenzie
Presbyterian University, bringing the Alice software, new
specialists and opening this important academic event.
REFERENCES
[1] CST MICROWAVE STUDIO™ v.2009,
www.cst.com.
[2] BALANIS C, Advanced Engineering Electromagnetics.
ACKNOWLEDGMENT
[3] ME REITZ, Milford, Christie, Foundations of
Electromagnetic Theory, 1972.
We would like to thank specially the laboratory
assistants of Mackenzie Presbyterian University, who
helped us to install the software, and organize all the
staffs related to these initial projects.
[4] FCC, Federation Communication Communities.
http://www.fcc.gov/oet/rfsafety/sar.html.
79
Relação de Autores dos artigos técnicos
80
Autor
Artigo
Adriana Benanti
49
Andréa Zotovici
7
Angela Hum Tchemra
17
Antonio Marcos Ferraz de Campos
63
Carlos Eduardo Dantas de Menezes
7
Carlos E. Xavier
49
Carolina Santos
49
Danielle Cordeiro Pedrosa
11
David Oliveira
49
Débora Santos
49
Dennis Floripes Becker
29, 35
Edson de Almeida Rego Barros
1, 25, 29, 35
Edson Tafeli Carneiro Santos
63
Fabio Lazaro
49
Heinrich Fonteles
49
Hendrix Santos
49
Hsiu Chen
49
Jason Jefferson Cristian de Castro Pires
45
Jorge Ferreira Franco
55
Julia Silva
49
Lenize Villaça
49
Lincoln Cesar Zamboni
25
Marcel Freitas
49
Marcelo Bender Perotoni
63
Marcos Stefanelli Vieira
67
Melanie Lerner Grinkraut
1, 17
Osvaldo Ramos Tsan Hu
1, 25, 39, 45
Paulo Alves Garcia
1, 25, 63
Raphael de Oliveira Cardoso
29, 35
Raquel Cymrot
1
Renato Aparecido de Farias
55
Renato Oliveira de Pinho
29, 35
Rita C.Coppola
49
Robson Alves Ribeiro
39
Rodolfo Almeida
49
Roseli de Deus Lopes
55
Sandra Escudero
49
Sergio Vicente Denser Pamboukian
7, 25
Sidney Aparecido Somera Junior
39
Stella Maris Pompeo Batista
39
Fundo Mackenzie de Pesquisa
O Fundo Mackenzie de Pesquisa, abreviadamente MACKPESQUISA, tem como objetivo básico incentivar a
prática da investigação, pura e aplicada, financiando projetos de pesquisa de interesse institucional, de acordo com a
viabilidade econômica do Fundo e relevância científica do projeto, em conformidade com o caráter confessional da
Instituição. Destina-se ao financiamento de atividades de pesquisa e correlatos, atendendo pesquisadores e alunos da
Universidade Presbiteriana Mackenzie ou do Instituto Presbiteriano Mackenzie, que preencham os requisitos para a
consecução da atividade de pesquisa. Foi criado pelo Conselho Deliberativo do Instituto Presbiteriano Mackenzie por
meio da Resolução 01/1997 e deliberação CD/IPM 001/2004 e é regulado por regimento próprio.
Atualmente, as categorias apoiadas pelo MackPesquisa são:
• Projetos de Pesquisa;
• Organização de Reuniões Científicas ou Tecnológicas;
• Editoração/Publicação de livro;
• Reserva Técnica para os Programas de Pós-Graduação Stricto Sensu;
• Bolsa Mérito MACKPESQUISA;
• PIBIC/MACKPESQUISA;
• Professor Visitante – estrangeiro;
• Bolsa de Estágio Pós-Doutoral no Exterior.
Instituto Presbiteriano Mackenzie
Fundo Mackenzie de Pesquisa - MACKPESQUISA
Telefone/Fax (11) 2114-8633 / 2114-8444
www.mackenzie.br/mackpesquisa
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EDITORA E GRÁFICA LTDA.
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