Estímulo à Capacidade de Resolução de Problemas através de
uma Metodologia de Aprendizagem Significativa em Jogos e
Animações Digitais: Uma Experiência em um Projeto de
Extensão
Claudia Akemi Izeki, José Carlos de Andrade Soares
Universidade Federal de Itajubá – Campus Avançado de Itabira
[email protected], [email protected]
Abstract. This work aims stimulating and improving the ability of students to
solve problems using a computational environment playfulness, which also
stimulates other learning skills, such as creativity, collaboration and
autonomy. To achieve this goal, were passed basic programming concepts and
animation using previous organizers, which are meaningful learning
techniques. For the application of these techniques was carried out with an
extension course high school students of a public school. The main results are
the planning of lessons and tutorials designed and developed to promote
meaningful learning.
Resumo. O objetivo principal deste trabalho foi estimular e melhorar a
capacidade de resolução de problemas de alunos usando um ambiente
computacional lúdico, que também estimula outras competências de
aprendizagem, como a criatividade, autonomia e colaboração. Para atingir
esse objetivo, foram trabalhados conceitos básicos de programação e de
animação utilizando-se organizadores prévios, que são técnicas de
aprendizagem significativa. Para a aplicação dessas técnicas foi realizado um
curso de extensão com alunos do ensino médio de uma escola pública. Como
principais resultados estão o planejamento das aulas e os tutoriais elaborados
e desenvolvidos visando à aprendizagem significativa.
1. Introdução
Uma das teorias de aprendizagem amplamente estudadas e aceitas é a teoria
construtivista de aprendizagem significativa de David Ausubel [Moreira & Masini 2006;
Novak & Cañas 2009], que propõe que a tarefa de aprendizagem deve relacionar uma
nova informação a outros conceitos relevantes já existentes na estrutura cognitiva. Essa
teoria ajuda a explicar e a entender como as pessoas aprendem e constroem sua estrutura
cognitiva.
Um dos recursos instrucionais potencialmente facilitadores da aprendizagem
significativa são os organizadores prévios [Moreira 2008] que, elaborados corretamente,
conseguem manipular a estrutura cognitiva tornando-a mais capaz de assimilar e reter
informações subsequentes. Os organizadores prévios são materiais instrucionais
utilizados antes dos materiais de aprendizagem em si, em um nível mais elevado de
abstração, generalidade e inclusividade.
Segundo a organização americana Partnership for 21st Century Skills
[Partnership for 21st Century Skills 2003], são listadas várias competências de
aprendizagem importantes do século XXI, como a capacidade de resolução de
problemas, pensamento crítico, comunicação, colaboração e criatividade. Atualmente,
uma ferramenta computacional criada e lançada pelo Instituto de Tecnologia de
Massachusetts (MIT) que apoia e promove o desenvolvimento dessas competências de
aprendizagem é o Scratch.
O Scratch [Resnick et al. 2009] é um ambiente de programação destinado à
criação de jogos simples, animações e histórias interativas que podem ser
compartilhados através de um site do próprio instituto. A programação é realizada com
blocos gráficos coloridos que se conectam como se fossem peças de brinquedos de
blocos de montar. Um crescente número de escolas ao redor do mundo e ainda algumas
universidades, incluindo Harvard e a Universidade da Califórnia, utilizam o Scratch
como primeira linguagem de programação.
Entretanto, é fato na comunidade acadêmica de computação que o aprendizado
de algoritmos e programação é um problema em muitos colégios e universidades.
Assim, para a obtenção de uma aprendizagem significativa, serão empregadas
estratégias instrucionais da teoria de David Ausubel como os organizadores prévios.
O objetivo principal deste trabalho foi estimular e melhorar a capacidade de
resolução de problemas de adolescentes utilizando um ambiente computacional lúdico,
que também estimula outras competências de aprendizagem, como a criatividade,
autonomia e colaboração.
Para atingir esse objetivo, foram elaborados tutoriais com conceitos básicos de
programação e de animação como estruturas de controle, variáveis, sprites e palcos,
além de utilização de mídias. Assim, outro objetivo foi a aprendizagem de conceitos
básicos de programação utilizando-se técnicas da aprendizagem significativa. Para
a
aplicação dessas técnicas foi realizado um curso de extensão com alunos do ensino
médio de uma escola pública do município mineiro de Itabira.
2. Revisão da Literatura
2.1. Aprendizagem Significativa e Organizadores Prévios
Uma das teorias de aprendizagem mais aceitas no mundo, sendo tema de inúmeras
dissertações e teses de doutorado, é a aprendizagem significativa [Moreira & Masini
2006; Novak & Cañas 2009], que propõe que a tarefa de aprendizagem deve relacionar
uma nova informação a outros conceitos relevantes já existentes na estrutura cognitiva.
Por estrutura cognitiva entende-se o conhecimento existente de um indivíduo.
David Ausubel foi um dos pioneiros no desenvolvimento dessa teoria, que ajuda
a explicar e a entender como as pessoas aprendem e constroem sua estrutura cognitiva.
Contrastando com a aprendizagem significativa, Ausubel define aprendizagem mecânica
ou simples memorização como sendo a aprendizagem de novas informações com pouca
ou nenhuma relação a conceitos relevantes existentes na estrutura cognitiva. Não há
interação entre a nova informação e aquela já armazenada, o que dificulta a retenção. Na
Figura 1 são apresentados os conceitos e proposições acerca da aprendizagem.
Figura 1 - Conceitos chave e proposições a respeito de aprendizagem. Fonte:
Novak e Cañas (2009).
Vale ressaltar que a experiência cognitiva não se restringe à influência direta dos
conhecimentos já aprendidos sobre a nova aprendizagem, mas pode abranger
modificações significativas na estrutura cognitiva preexistente. Os conceitos mais
relevantes e inclusivos interagem com a nova informação funcionando como
ancoradouro, ou seja, assimilando o novo material e, ao mesmo tempo, modificando-se
em função dessa ancoragem [Moreira 2008].
Voltando à aprendizagem mecânica versus significativa, se a primeira é preterida
à segunda, como aplicar a aprendizagem significativa quando não há conhecimento que
possa servir de ancoradouro?
Segundo Ausubel, 2000 apud Moreira (2008, p. 2), podem-se utilizar
organizadores prévios que servem de ancoradouro provisório para a nova aprendizagem.
O uso de organizadores prévios é uma estratégia elaborada pelo educador onde o
conteúdo é apresentado de forma a manipular a estrutura cognitiva para que o novo
conceito seja formado a partir de conceitos já existentes. Segundo Moreira (2008),
organizadores prévios são materiais introdutórios apresentados antes do material de
aprendizagem, cuja principal função é a de servir de ponte entre o que o aprendiz já sabe
e o que ele deveria saber a fim de que o novo material pudesse ser aprendido de forma
significativa.
A estratégia procura apresentar o novo conceito a partir de sua idéia mais geral e
depois ir detalhando-o, retornando ao conceito geral sempre que possível. Segundo
Moreira e Masini (1982), organizadores prévios podem ser de dois tipos: “expositório”,
quando o material a ser aprendido for totalmente não familiar, ou “comparativo”,
quando se trata de aprendizagem de material relativamente familiar, sendo usado para
integrar novas ideias com conceitos similares existentes na estrutura cognitiva.
O interesse por organizadores prévios, segundo Rodrigues Júnior, 2002 apud
Jesus e Silva (2004, p. 7) deve-se ao fato de ser uma das estratégias de ensino mais
pesquisadas, por ter sólida fundamentação teórica, pela simplicidade, elegância e pela
vasta aplicação no ensino. Nos trabalhos de Jesus et al. (2004), Moreira (2008) e
Pimentel e Omar (2008) são apresentados vários exemplos de organizadores prévios nas
áreas da matemática, física, psicologia e computação.
2.2. Ambientes de programação para desenvolvimento da capacidade de resolução
de problemas
Como resultado de uma discussão iniciada em uma sessão do Simpósio sobre Educação
em Ciência da Computação da ACM (Association for Computing Machinery) no ano de
2010, Utting et al. (2010) apresentaram três ambientes não proprietários que têm por
objetivo suportar a aquisição de desenvolvimento de conceitos computacionais como a
resolução de problemas e a programação: Alice, Greenfoot e Scratch.
Todos esses três sistemas permitem ao usuário escrever programas sobre temas
de seus interesses (estórias, jogos, simulações) em contraste à programação
convencional, que utiliza exemplos clássicos como a geração de números primos ou a
ordenação de uma lista de números. Todos eles focam na resolução de problemas,
introduzindo o usuário na programação e incentivando que estudantes ingressem em
cursos de computação.
Além disso, esses sistemas eliminam várias dificuldades aos estudantes, embora
de diferentes formas. Alice e Scratch removem questões de sintaxe. Greenfoot fornece
um framework que torna possível iniciar com um código pequeno sem ter que construir
uma aplicação Java do zero. Entretanto, a sintaxe da linguagem Java se torna um
problema para muitos usuários.
O ambiente computacional escolhido neste trabalho foi o Scratch por possuir
mais facilidades em seu uso e vários relatos de sucesso com a ferramenta como descritos
em Cristóvão (2008), Machado et al. (2010) e Bini e Koscianski (2009). Além disso,
existe uma comunidade na Internet – o ScratchEd (http://scratched.media.mit.edu),
iniciativa do grupo criador do Scratch, na qual educadores compartilham histórias,
trocam recursos e tiram dúvidas.
3. O Projeto de Extensão
A Universidade Federal de Itajubá – Campus Itabira, em parceria com uma escola da
rede pública, desenvolveu um projeto de extensão cujo objetivo principal foi estimular e
melhorar a capacidade de resolução de problemas de seus alunos, utilizando o ambiente
computacional lúdico Scratch na criação de jogos e animações digitais.
O projeto de extensão foi executado no decorrer de seis meses: dois para o
planejamento das aulas do curso, três para a realização das aulas e um para a finalização
do projeto, incluindo análises e reflexões.
É importante apresentar as responsabilidades da escola e da Universidade: coube
à coordenação pedagógica da escola a seleção dos alunos e o acompanhamento de seus
desempenhos; coube à professora da Universidade coordenadora do projeto juntamente
com o discente orientado o planejamento das aulas e a elaboração de materiais, além da
definição das formas de avaliação.
3.1. Perfil dos alunos
A coordenação pedagógica da escola selecionou dezoito alunos para participarem do
curso de extensão. Através de um questionário, foram levantadas as seguintes
informações:
•
Todos cursavam o primeiro ano do ensino médio, com idades entre 14 e 15 anos,
sendo metade de cada sexo;
•
Todos tinham conhecimentos básicos de informática, como criar documentos de
texto e planilhas e navegar na Internet;
•
Nenhum dos alunos trabalhava e declararam possuir cerca de 3 horas livres por
semana para realizarem as atividades propostas no curso;
•
Apenas quatro alunos não possuíam computador em casa, quatro possuíam
computador sem acesso à Internet e dez possuíam computador em casa com
acesso à Internet;
•
Nenhum aluno
computadores.
possuía
qualquer
conhecimento
em
programação
de
É importante salientar que nem todos os alunos possuíam interesse na criação de
jogos e animações digitais (apenas cinco alunos declararam possuir tal interesse) e nem
todos possuíam boas notas. A coordenação pedagógica da escola assumiu essa posição
na tentativa de melhorar o rendimento escolar desses alunos. Dois deles eram muito
tímidos, possuíam pouca autoestima e sofriam bulling na escola.
3.2 – Planejamento das aulas
Na Tabela 1 é sintetizado o planejamento das aulas, juntamente com o problema
proposto e os organizadores prévios. Foram planejados nove encontros de quatro horas
cada e foram desenvolvidos cinco tutoriais, sendo que o quarto e o quinto deveriam ser
trabalhados em dois encontros seguidos devido à sua complexidade.
Cada tutorial foi elaborado apresentando-se, primeiramente, o problema a ser
resolvido, e depois as estruturas de programação necessárias para a sua resolução. Ou
seja, primeiro houve a tentativa de motivar os alunos para ocorrer o posterior
aprendizado das ferramentas necessárias. Nesse planejamento foram utilizados
problemas familiares aos alunos para que fosse possível utilizar organizadores prévios
do tipo comparativo.
Os tutoriais também traziam exercícios de fixação e uma atividade avaliativa
desafiadora para os grupos realizarem em casa, que exigiam dedicação e pesquisa. Antes
de cada encontro o material correspondente era disponibilizado no site da disciplina para
o suporte das atividades em sala e estudos posteriores. Os tutoriais podem ser
encontrados em: https://sites.google.com/site/scratchunifei/materiaisdeaula.
Foi criado um site para o curso de extensão, onde todos os materiais, notas,
testes e informações necessárias foram postados. Assim, foi utilizado o Google sites,
que permite disponibilização de documentos e criação de formulários de forma rápida e
simples. O site está disponível no endereço https://sites.google.com/site/scratchunifei.
Tabela 1. Objetivos de cada aula com seus problemas e organizadores prévios
Aula /
Tutorial
Objetivos
Problema utilizado
Organizadores prévios
1/1
Apresentar
o
curso,
os
professores
e
os
alunos;
Apresentar o software Scratch;
Utilizar estruturas sequenciais e
de repetição.
Animação
de
um
personagem
caminhando na tela por um número
finito de passos.
Discussão
sobre
os
movimentos
humanos
como o caminhar.
2/2
Adicionar e editar sprite1; Obter
dados via teclado; Utilizar
variáveis, operadores relacionais,
estruturas condicionais e de
repetição, além de validar dados
de entrada.
Aplicação que contém um personagem
que
interage
com
o
usuário,
perguntando seu nome e sua idade e
dizendo se é mais velho, mais novo ou
possuem a mesma idade. Enquanto o
usuário digitar idade inválida, pedi-la
novamente.
Uso da ferramenta Paint;
Discussão
do
conhecimento
lógico
para saber se uma pessoa
é mais velha, mais nova
ou possuem a mesma
idade.
3/3
Adicionar e editar palco; Mudar
traje de sprite; Enviar e receber
mensagens com os comandos
“anuncie” e “ouça”; Utilizar
operadores lógicos e estruturas
condicionais
compostas
encadeadas.
Aplicação que contém um personagem
que pede ao usuário uma data
comemorativa (dia e mês). Caso a data
exista no sistema, altera-se o fundo do
palco e o personagem muda de traje.
Discussão de algumas
datas comemorativas e
da cadeia de opções de
datas, incentivando o
raciocínio
dos
operadores lógicos E e
OU.
4e5/4
Inserir mais de um sprite no jogo;
Animar o fundo do palco;
Entender
plano
cartesiano;
Movimentar personagens no
plano
cartesiano;
Utilizar
variáveis globais e locais; Utilizar
sensores de toque por cores;
Utilizar os comandos “apareça” e
“desapareça”; Utilizar o comando
de sorteio de números e o de
deslizamento; Entender direção
(direita, esquerda, para baixo e
para cima).
Jogo que simula uma nave no espaço
sideral controlada pelo usuário. No
início do jogo, a nave possui n vidas e
deve se esquivar de mísseis e bombas.
Quando
atingida,
sua
vida
é
decrementada em uma unidade.
Discussão de plano
cartesiano (eixos X e Y);
Jogar algum jogo de
esquivamento
de
obstáculos.
6
Avaliar a interação e a capacidade
de resolução de problemas em
grupo.
Dois problemas que usam todos os
conceitos aprendidos em sua resolução.
O
primeiro
problema
consiste,
basicamente, em perguntar ao usuário as
horas, mudando o traje do palco para
dia, tarde ou noite. O segundo problema
consiste em pedir ao usuário que
adivinhe um número de 0 a 10.
Discussão sobre faixas
de
horários
que
compreendem a manhã,
a tarde e a noite.
7e8/5
Ensinar conceitos de camadas;
Reforçar os conceitos anteriores;
Avaliar o curso pelos alunos.
Jogo simples análogo ao PacMan, que
consiste em um personagem comer
todas as comidinhas sem se esbarrar em
outro personagem.
Jogar o
PacMan.
9
Apresentar todos os desafios
resolvidos pelos alunos.
1
Sprite é um personagem do jogo ou animação.
game
do
3.3. Realização do curso de extensão
O curso de extensão foi ministrado no período de agosto a outubro de 2011, as aulas
ocorreram em nove sábados, com carga horária total de 36 horas, sendo 4 horas de
duração em cada encontro. Cada aula era ministrada por um professor com a ajuda de
dois monitores e a turma foi formada por 18 alunos de uma escola pública mineira de
Itabira.
Na primeira aula a turma foi dividida em seis grupos compostos por três
componentes. A divisão ficou a critério dos próprios alunos, eles já se conheciam, por
isso puderam formar as equipes com integrantes com maior afinidade.
A avaliação dos alunos se deu através de cinco testes, uma avaliação e três
desafios.
4. Resultados Obtidos e Análise
A avaliação do desempenho dos alunos no curso se deu da seguinte forma:
I.
Cinco testes teóricos e analíticos realizados após cada aula, individuais, com
consulta e com questões abertas e de simples escolha, cada um valendo 20
pontos, realizados online usando o recurso de formulário do Google Docs. O
objetivo foi permitir que cada aluno fixasse os conceitos de cada aula para serem
usados como base de conhecimento para as próximas aulas;
II.
Três atividades desafiadoras para serem resolvidas em casa, que exigiam
pesquisa e dedicação do grupo. O primeiro no valor de 40 pontos, e os outros
dois 30 pontos. O objetivo foi estimular a integração, a criatividade e a
autonomia dos grupos e domínio maior das funcionalidades do Scratch;
III.
Uma avaliação prática em grupo e com consulta, de forma similar a um tutorial,
sendo proposto um problema que deveria ser resolvido durante o período da aula
usando o Scratch, valendo 100 pontos. O objetivo desse teste foi analisar se os
grupos eram capazes de resolver problemas. Foi observado que os grupos que
executaram todos os desafios – item II – foram capazes de realizar essa avaliação
facilmente, sendo que os outros enfrentaram dificuldades.
A nota final de cada aluno foi calculada através da média aritmética dos itens I,
II e III. Dos 18 alunos, 14 obtiveram média igual ou superior a 60, sendo 6 com média
entre 60 e 70, 4 com média de 70 a menor que 80, 1 de 80 a menor que 90 e 3 com
média igual ou superior a 90.
Os desafios em grupo não surtiram os objetivos desejados em todas as equipes,
pois três equipes mostraram interesse apenas no primeiro desafio que era mais fácil, nos
dois seguintes apenas duas equipes compostas por garotos cumpriram as tarefas com
eficácia. Uma das equipes conseguiu superar as expectativas, sendo capaz de manipular
muito bem o Scratch, criando jogos e programas complexos com sons, variáveis locais e
globais, estruturas de repetição e condicionais, operações matemáticas, além de muitos
sprites e palcos.
Os grupos que fizeram os desafios ou pelo menos tentaram, mostraram bastante
controle das estruturas e ferramentas do Scratch quando realizaram a Avaliação (Item
III), sendo capazes de analisar e resolver o problema. Dois grupos que não fizeram
nenhum dos desafios não foram capazes nem mesmo de identificar o problema em
questão. O estudo e a dedicação, principalmente nos estudos fora de sala de aula foi
fator decisivo para a realização da avaliação prática.
4.1. Avaliação do curso pelos alunos
Na penúltima aula foi distribuído um questionário eletrônico, de forma anônima,
para que todos os alunos pudessem avaliar o curso de extensão, indicando seus pontos
fortes e fracos, sendo listados os resultados:
•
Dos 18 alunos, 16 disseram que se adaptaram ao material e o classificaram como
ótimo ou excelente, os outros 2 como bom;
•
Todos os alunos ficaram satisfeitos com o acompanhamento realizado pelo aluno
orientado do projeto e pela coordenação pedagógica da escola;
•
Dos 18 alunos, 12 disseram que os exercícios propostos para a sala de aula
tiveram um bom nível, os outros 6 alunos que tiveram dificuldade;
•
Dos 18 alunos, 13 classificaram os desafios como muito difícil;
•
Todos os alunos classificaram os testes como coerentes com o tema e com as
aulas;
•
14 alunos disseram que o curso superou suas expectativas;
•
Todos os alunos classificaram os monitores como bons e ótimos;
•
Todos os alunos reclamaram das aulas serem de 4 horas seguidas, segundo eles é
muito difícil manter a concentração. Alguns alunos sugeriram um encontro de 2
horas.
5. Conclusões
Apesar das análises dos testes e avaliações por dados quantitativos, é muito difícil
mensurar a melhoria nas habilidades de resolução de problemas de cada aluno. No
entanto, os jogos e as animações desenvolvidos pelos que se dedicaram às aulas e
realizaram as atividades propostas para casa, apresentaram uma complexidade muito
superior aos dos que não levaram as atividades a sério. Alguns alunos fizeram jogos tão
complexos que, além de empregarem todos os conceitos e ferramentas ensinados, foram
capazes de adicionar elementos de som, níveis de dificuldade e até mesmo inserir
história e contexto nos jogos superando, assim, as expectativas do curso. O estudo em
casa mostrou-se necessário, logo é desejável que todos os participantes tenham acesso
ao computador fora de sala.
Visto que nenhum dos alunos possuía conhecimento em programação de
computadores, os resultados foram satisfatórios, pois cerca de 80% dos alunos foram
capazes de analisar um programa.
Apenas uma aluna desistiu do curso, no entanto, acredita-se que o número seria
maior se não houvesse um acompanhamento contínuo da coordenação da escola e do
discente orientado do projeto. O entusiasmo e a responsabilidade da coordenação
pedagógica fizeram diferença na permanência dos alunos.
A seleção dos participantes ainda é uma questão delicada, apenas ser indicado
pode não ser eficaz, já que um aluno pode ser selecionado para fazer o curso sem
conhecer os objetivos do projeto e, após iniciar o curso, se suas expectativas não forem
supridas, as aulas se tornam pouco motivadoras, o que leva a pouco interesse.
A divisão em grupos, apesar de incentivar a integração e a comunicação, não se
mostrou eficaz para trabalhos fora de sala de aula, já que alguns alunos mostraram uma
atitude passiva e outros que realizaram todo o trabalho. Um problema detectado foi a
distância entre as casas dos alunos, já que os mesmos eram carentes e nem todos
possuíam computador com acesso à Internet.
Os pontos fortes do curso foram: o material que foi elaborado pelos responsáveis
no qual todos os alunos declararam se adaptar muito bem; o modelo de teste após cada
aula que ajudava a fixar os conceitos; além do uso de materiais e testes no formato
digital, sem o uso de papel.
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