I ENINED - Encontro Nacional de Informática e Educação ISSN:2175-5876 Matemáquina - Sistema Interativo de apoio ao Ensino da Matemática Ronnie Edson de Souza Santos, Cleyton Vanut Cordeiro de Magalhães, Andrêsa Cibelly dos Santos Sobreira, Clébia Alves Bezerra, Bruno José Torres Fernandes UFRPE/UAST - Universidade Federal Rural de Pernambuco Unidade Acadêmica de Serra Talhada Fazenda Saco, S/N - CEP 56900-000 Serra Talhada, PE {ronnie.gd, cleyton.vanut, andressasobreira, klebia.alves, brunofernandes}@gmail.com Resumo. Este artigo apresenta a construção de um sistema que para o apoio no ensino da matemática nas escolas, auxiliando o desenvolvimento lógico da criança tomando como base as práticas de ensino através de ambientes lúdicos e do uso de artifícios gráficos. O aplicativo se destina à fase em que a criança sistematiza os primeiros conceitos matemáticos e está pronta para utilizá-los na resolução das primeiras operações. 1. Introdução A Educação é um fenômeno observado em qualquer sociedade que engloba os processos de ensinar e aprender, além do ajuste e da adaptação. Segundo o dicionário Aurélio, educação é o “processo de desenvolvimento da capacidade física, intelectual e moral da criança e do ser humano em geral, visando à sua melhor integração individual e social”. Paulo Freire nos diz que “a educação tem caráter permanente [1]. Não há seres educados e não educados, estamos todos nos educando. Ou seja, este é um processo contínuo que orienta e conduz o indivíduo a novas descobertas que possibilitem da melhor maneira a tomada de decisões, onde dentro de suas capacidades irão contribuir para o desenvolvimento do meio social. Para muitos estudiosos, alguns problemas da sociedade atual como o preconceito, o desrespeito, a criminalidade e a violência, refletem à falta de educação. É por isto que a escola se torna um ambiente importante de formação, devendo ser inclusiva e possuir uma estruturação adequada para construir o caráter e desenvolver o conhecimento dos alunos que irão dar suporte a sociedade em todas as suas áreas. Um tema importante que vem sendo bastante debatido atualmente é a qualidade da educação. Ciente da necessidade de melhorar a estrutura educacional, muitos países vem _____________________________________________________________________________________ 384 I ENINED - Encontro Nacional de Informática e Educação ISSN:2175-5876 traçando metas e buscando diversos meios para conseguir alcançá-las visando como ponto principal a qualidade de ensino. Estes trabalhos são monitorados pelo programa “Educação para Todos”, um projeto da ONU em Pareceria com a UNESCO existente desde 1990, que visa proporcionar educação básica a todas as crianças e reduzir drasticamente o analfabetismo entre os adultos [2]. As metas que os países se comprometeram a atingir até 2015 são: expandir e melhorar a educação na primeira infância; assegurar o acesso de todas as crianças em idade escolar à educação primária completa, gratuita e de qualidade; ampliar as oportunidades de aprendizado dos jovens e adultos; melhorar em 50% as taxas de alfabetização de adultos; eliminar as disparidades entre gêneros na educação e melhorar todos os aspectos da qualidade de educação [3]. Segundo o Relatório de Monitoramento do “Educação para Todos” de 2008, muitos países estão encontrando obstáculos no processo de melhoria do ensino. O relatório mostrou avanços em alguns pontos como o número de crianças começando a educação primária que vem crescendo muito desde 2000, além do aumento dos investimentos com educação e auxílio escolar [4]. O Brasil está entre os que ainda estão distante de atingir as seis metas do compromisso estabelecido durante a Conferência Mundial de Educação em Dacar, mesmo tendo avançado em alguns pontos. Segundo uma pesquisa realizada pela revista britânica Economist [5], apesar do aumento nos gastos com a educação, o país ainda colhe menos resultados do que outras nações que destinam uma porcentagem menor do seu PIB com os problemas educacionais. A pesquisa mostra que assim como a Índia o Brasil apresenta certa deficiência no quesito educação infantil, pois mesmo com todos os esforços do governo em colocar as crianças na escola, dois obstáculos são sempre visíveis: o excesso de falta ao trabalho dos professores e o alto índice de repetência dos alunos. Tentando reverter esta situação, o governo brasileiro vem criando diversos programas que possam contribuir para a diminuição da evasão escolar que se não for contida pode gerar como conseqüência o aumento nas taxas de analfabetismo. São realizados investimentos que possibilitem a melhoria das condições de ensino, juntamente com a capacitação dos professores e a estrutura das escolas da rede pública. Visando melhorar a qualidade do o Ensino Infantil, novas abordagens são utilizadas para apoiar as atividades comuns da sala de aula. A maioria delas é baseada em situações cotidianas que são ilustradas principalmente através de elementos visuais. Neste contexto, o computador e uma série de produtos de software (Software Educacional), surgem como novas ferramentas que contribuem para a evolução da educação. Este artigo propõe a utilização de um novo software, construído com o intuito de apoiar o ensino da matemática, disciplina que apresenta o maior grau de dificuldade entre os alunos de maneira geral. Este novo sistema trabalha com uma abordagem dinâmica e _____________________________________________________________________________________ 385 I ENINED - Encontro Nacional de Informática e Educação ISSN:2175-5876 ilustrativa promovendo a rápida e fácil compreensão das operações básicas da matemática no primeiro contato com o tema. O artigo segue dividido da seguinte maneira: Na Seção 2, é contextualizado o uso do software educacional no aprendizado da matemática. Na Seção 3, é apresentado o software proposto, chamado de Matemáquina. Onde são descritas as suas características e as vantagens do seu uso. Por fim, na Seção 4, são apresentadas algumas considerações finais em relação ao uso do sistema e aos propósitos futuros. 2. O Uso do Software Educacional na Matemática Diversas pesquisas apontam a matemática como um dos principais obstáculos que começam desde os primeiros anos escolares, quando muitas crianças já apresentam dificuldade em assimilar bem os conceitos lógicos. Tal dificuldade acaba refletindo em todos os níveis de formação escolar e consequentemente aumentando o número de reprovações entre as crianças. A matemática é a disciplina que vem apresentando o maior déficit de aprendizagem entre os brasileiros. No principal exame internacional de avaliação de estudantes, a matemática foi a responsável por deixar o Brasil em 54º lugar entre 57 países. Este resultado pôde ser comprovado a partir das notas das avaliações feitas pelo último SAEB (Sistema de Avaliação da Educação Básica) com estudantes da 4ª e 8ª série do Ensino Fundamental e do 3ª ano do Ensino Médio [6]. Esta é uma situação crítica, uma vez que essa disciplina tem grande contribuição na formação do cidadão. A matemática está envolvida na construção de estratégias, na comprovação e justificativa de resultados, impulsionando a criatividade e a iniciativa pessoal, além do trabalho coletivo e a autonomia advinda da confiança na própria capacidade para enfrentar desafios. Estudos revelam que a mitificação da Matemática ocorre porque não há compatibilidade entre os programas da disciplina com o desenvolvimento do pensamento da maioria das crianças. Desta forma, seu aprendizado só pode acontecer através das ações de experimentar, interpretar, visualizar, presumir, estabelecer relações, abstrair e generalizar. Constata-se que, se o ensino da matemática deve ocorrer de acordo com o desenvolvimento do pensamento infantil, onde o aluno precisa ser ativo, e não meramente passivo ou receptivo. Somente lendo um livro, ou assistindo uma aula sem acrescentar a própria atividade mental dificilmente existirá aprendizado. Não é interessante para a o ensino da matemática, os métodos que são caracterizados pela simples transmissão de conhecimento, onde a medida de aquisição deste conhecimento é dada pela habilidade do aluno em memorizá-lo e reproduzi-lo, sem que se torne visível o verdadeiro entendimento. Ou seja, quanto maior o número de recursos dinâmicos, maior será o estímulo da criança, e como conseqüência, maiores são as possibilidades de aquisição do conhecimento [7]. _____________________________________________________________________________________ 386 I ENINED - Encontro Nacional de Informática e Educação ISSN:2175-5876 A fim de facilitar e incentivar o estudo da matemática desde os primeiros anos, os educadores utilizam diversos artifícios, buscando a atenção dos alunos para um melhor aproveitamento das aulas. Além disso, para que a criança se desenvolva e aprenda tudo que sua potencialidade permite, é indispensável que haja um meio ambiente que a estimule adequadamente [8]. Uma das formas de viabilizar este tipo de atividade na Educação Infantil é através das atividades lúdicas, que são caracterizadas por produzir prazer ao participante durante a sua execução. O uso de jogos, brincadeiras, e imagens são bons exemplos de artifícios desta categoria, pois propiciam a troca de informações, criam situações que favorecem o desenvolvimento da sociabilidade, ensinam a lidar com regras e o reconhecimento, constituindo uma forma das crianças aprenderem noções e conceitos matemáticos [9]. Um instrumento que está revolucionando estas atividades é o computador presente em boa parte das escolas da rede púbica através dos programas do governo que visam distribuir laboratórios de informática com todos os equipamentos necessários para o ensino, proporcionando aos alunos o acesso a mais um material auxiliar no estudo. Ao contrário do que se costuma imaginar, a informática na educação não pode restringir-se apenas ao ensino de como operar o computador, pois este pode ser também um elemento estimulante para crianças e adolescentes aprenderem conteúdos curriculares através de atividades interativas. O software educacional é todo programa de computador desenvolvido com a finalidade de colaborar como o processo ensino-aprendizagem, baseado em análise e conhecimentos das áreas de Educação e de Informática [10]. Neste contexto, o computador pode ser efetivamente uma ferramenta de apoio à construção do conhecimento, se utilizado com base em metodologias interdisciplinares, que consideram as necessidades específicas do aluno. Seus recursos permitem criar um novo tipo de objeto, os objetos concreto-abstratos. Concretos porque existem na tela do computador e podem ser manipulados. Abstratos por se tratarem de realizações feitas a partir de construções mentais. São estes tipos de recursos que são explorados por um sistema construído para fins educacionais, principalmente aqueles relacionados com a matemática que precisam usar o máximo de artifícios possíveis para obter a total atenção do aluno. A criação de software educacional para o ensino da matemática teve início nos anos 80. Inicialmente havia poucos sistemas computacionais educativos disponíveis, a maioria das aplicações restringia-se ao uso do software LOGO [11]. Para um bom aproveitamento em atividades no Ensino Infantil com o software educacional, um bom sistema deve conter o máximo de requisitos do projeto de interface gráfica do usuário que facilitam a interação da criança com o aplicativo. Por isto a interface deste tipo de sistema é um ponto de extrema importância, pois é através dela que é feito o contato com o usuário e que as informações e atividades são comunicadas. O sistema pode fazer uso também de mecanismos de feedback que motivam e contribuem para a aquisição de novos conceitos. _____________________________________________________________________________________ 387 I ENINED - Encontro Nacional de Informática e Educação ISSN:2175-5876 Esse tipo de apelo visual atrai pelo layout com cores vibrantes, imagens e movimento e acaba por fascinar, inclusive, o professor que muitas vezes tem um conhecimento limitado da computação. Por isto os sistemas desenvolvidos para uso educacional devem além de ter uma interface amigável para os alunos, possuírem também certo grau de facilidade de usabilidade para os professores que não estão habituados a trabalhar com o software educacional. Está comprovado que os conceitos matemáticos em que as crianças muitas vezes apresentam dificuldades na escola são facilmente aprendidos, se utilizados métodos que trabalhem com base no contexto de atividades cotidianas, com uso de imagens ilustrativas para visualização do conteúdo. Assim, propõe-se aliar estes elementos de motivação com os recursos computacionais para a elaboração de um software educacional que facilite o estudo das quatro operações básicas da matemática (adição, subtração, multiplicação e divisão). Este programa utiliza como ferramenta principal uma interface gráfica amigável e divertida, que proporcione ao aluno uma visão dinâmica no processo das operações e ao professor um sistema de manuseio simples como uma alternativa às aulas tradicionais. 3. A Matemáquina A Matemáquina é um software educacional construído sob o objetivo principal de apoiar o estudo da matemática nas escolas, através da associação de imagens como uma forma de estímulo ao desenvolvimento do raciocínio lógico-matemático dos alunos. O aplicativo permite que as crianças trabalhem com números inteiros resolvendo questões com as quatro operações básicas (adição, subtração, multiplicação e divisão), tanto na sua lógica quando na sua representação gráfica. Baseado em situações práticas com objetos reais, o sistema é similar a uma calculadora comum com o diferencial de criar um ambiente de com objetos virtuais que são manipulados ao realizar uma operação permitindo à criança a visualização do processo de resolução dos cálculos. Esta abordagem pode ser também muito útil em atividades com crianças que possuem algum tipo de necessidade especial. O software faz uso de sua base de dados para manter informações sobre as atividades realizadas e o desempenho de cada estudante no processo. Com isto o sistema pode focar nas atividades em que o estudante apresente mais dificuldade ao longo do processo de uso, podendo inclusive procurar soluções para saná-las. Ao mesmo tempo, o professor fica informado sobre cada situação, de forma que ele possa acompanhar com mais atenção os alunos com maiores problemas. A tela principal padrão do sistema apresenta um predominância da cor azul (Figura 1) que segundo a psicologia das cores produz uma vibração constante, que não subjuga ou perturba, além disto, afere mais clareza de expressão promovendo maior segurança e confiança, sendo uma cor ideal para a construção de um ambiente para trabalho com crianças. _____________________________________________________________________________________ 388 I ENINED - Encontro Nacional de Informática e Educação ISSN:2175-5876 Figura 1. Tela Principal da Matemáquina Uma das principais vantagens no uso deste software educacional é a maneira como os componentes gráficos ajudam na eliminação de alguns tipos de dúvidas que o aluno adquira nas aulas graças a uma abordagem dinâmica visual que representa a resolução dos problemas. Diversas vezes uma confusão pode ser gerada quando o professor inicia as aulas de um novo conteúdo e pela semelhança com temas anteriores a criança não consegue compreendê-lo muito bem. É o que acontece com a adição e a multiplicação pelas semelhanças de resultados que podem surgir quando são trabalhados valores pequenos, como no produto dos números por dois, por exemplo. Levando-se em conta que o usuário está operando os números dois e três, no caso da adição, a Matemáquina irá mostrar no campo do resultado uma imagem de cada vez até o total atingir o correspondente ao valor final da soma. Caso a operação usada seja a multiplicação dos mesmos valores, o programa mostrará o resultado passo a passo em grupos de imagens até o total atingir o número correspondente ao produto total, nessa situação dois grupos de três imagens. Para a subtração as imagens serão removidas do campo do resultado uma de cada vez, assim a criança irá relacionar a operação com a ação de retirar elementos de um determinado conjunto. A divisão será semelhante a subtração e a multiplicação, com as imagens sendo retiradas do campo de resultado, porém neste caso em grupos. Porém como o sistema foi projetado para um público que ainda é iniciante em realizar operações matemáticas, não será possível resolver questões em que a divisão retornará um resto. O sistema possui ainda um assistente virtual (Figura 2) que quando ativado, confere ao usuário dicas e informações sobre o uso do programa, as quatro operações, além de curiosidades sobre a matemática e frases de estímulo e incentivo. Isso deixa o software mais dinâmico, divertido e atrativo para o público infantil. Mesmo em modo de descanso o assistente é um importante componente da interface passando para o aluno uma expressão de entusiasmo e contentamento. _____________________________________________________________________________________ 389 I ENINED - Encontro Nacional de Informática e Educação ISSN:2175-5876 Figura 2. Assistente virtual da Matemáquina 3.1 O Usuário e a Interface O software implementado se destina às crianças entre sete, oito e nove anos de idade. Nesta faixa etária a criança começa a imaginar transformações sobre os dados, que podem ser ou não desfeitas. A partir deste ponto começa a elaborar conceitos em relação ao número, pois já adquiriu a noção de conservação de quantidade e reconhece o numeral como um sistema de representação [12]. Por ser destinada a um público muito jovem que muitas vezes pode não possuir habilidade com relação aos recursos da informática, a interface foi projetada para ser intuitiva a fim de facilitar a comunicação homem-máquina e, consequentemente, a assimilação dos conceitos, tornando fácil e direta a interação do usuário com o sistema. Em um software educacional, se a interface não possuir uma apresentação bem projetada ao aluno, este, durante a interação, poderá se sentir desmotivado, confuso, perplexo e sobrecarregado de informações, dificultando assim a aprendizagem [13]. O sistema não faz uso de nenhum tipo de “tecla de atalho”, uma vez que isto não corresponde ao perfil do principal usuário, pois este recurso só se faz necessário à medida que o usuário se torna mais experiente. A entrada de dados no programa acontece pelos periféricos mais comuns, o mouse e o teclado, esses dois componentes auxiliam a criança a desenvolver ainda mais o raciocínio e a intuição. Através do assistente virtual a criança pode receber feedbacks de estímulo a fim de que se sinta motivada a interagir com o sistema. O feedback é um dos mais importantes princípios que fundamentam as GUIs (Interface Gráfica do Usuário) um vez que a relação de respostas do sistema para com as ações do usuário [14]. Para assegurar a satisfação do aluno, o sistema oferece alternativas ao plano de fundo padrão (azul) da tela principal e também as imagens gráficas utilizadas para a ilustração das operações, o que acaba resultando em mais interação com o software. _____________________________________________________________________________________ 390 I ENINED - Encontro Nacional de Informática e Educação ISSN:2175-5876 Um sistema de ajuda em linguagem simples também foi montado, com o intuito de auxiliar a criança no processo de adaptação com a ferramenta. Estes foram os principais recursos utilizados para a implementação da Matemáquina, visando sempre a melhor forma de interação com o usuário alvo do sistema. 3.2 Distribuição Grande parte das escolas da rede pública do país já possuem laboratórios de informática equipado com computadores, impressoras, projetores e internet. Este é mais um grande avanço do governo em busca da maior inclusão digital de pessoas e da melhoria na educação. Através deste espaço a Matemáquina poderá ser utilizada como alternativa das aulas comuns para os professores e como uma ferramenta importante de auxílio para os estudantes. Porém o grande ponto positivo do sistema neste primeiro momento é que o aluno não precisará estar no ambiente escolar para fazer uso do aplicativo, uma vez que ele será distribuído em uma versão para a internet através de uma nova ferramenta do Google [15] que permite a execução de aplicativos na web. O Google App Engine [16] permite que os desenvolvedores executem as suas aplicações web na própria infra estrutura do Google e hospedem o seu aplicativo usando um nome de domínio gratuito no domínio appspot.com. Desta forma a Matemáquina além de suas vantagens como sistema de apoio ao estudo da matemática irá agregar as de ser um sistema de plataforma web. Dentre as mais importantes pode-se citar a portabilidade, estando disponível 24 horas por dia e 7 dias por semana, sendo possível ser acessado de qualquer lugar que possua Internet, podendo dar assistência ao aluno, inclusive nas suas tarefas de casa. Outra vantagem importante é a Manutenção. O usuário não terá preocupação com a atualização ou mesmo a instalação correta do produto, esse problema passa a ser inexistente uma vez que o sistema é acessado via browser. 3.3 Validação A primeira versão executável do software foi validada a partir de interações simples com professores e alunos da 1ª, 2ª e 3ª séries do Ensino Fundamental de escolas públicas. Neste processo os professores e suas respectivas turmas realizaram atividades de cálculo com o Matemáquina por 50 minutos. A atividade visava avaliar a satisfação do público em relação à interface gráfica do programa juntamente com atenção dos estudantes para o calculo virtual ilustrado. Os docentes participantes deste processo destacaram a relevância pedagógica da ferramenta, juntamente com a sua contribuição para tornar as aulas de matemática mais atraentes e estimulantes. Para os professores a principal vantagem do sistema é _____________________________________________________________________________________ 391 I ENINED - Encontro Nacional de Informática e Educação ISSN:2175-5876 viabilizar a adaptação às quatro operações, favorecendo a construção do conhecimento e desenvolvendo o raciocínio lógico-matemático dos alunos. As crianças demonstraram entusiasmo e motivação ao entrar em contato com o software, sendo a interface o principal motivo de satisfação. O assistente mostrou- se eficiente no processo de iniciação no manuseio do sistema pelo principal usuário. Os alunos não apresentaram nenhuma dificuldade relacionada ao manuseio, isto porque as interações mais importantes são realizadas com o mouse e o teclado é usado apenas para a entrada dos dados (nome, números). Pode-se assim, considerar o processo de validação como totalmente satisfatório no que diz respeito à opinião do público alvo. 4. Considerações Finais O ambiente de aprendizagem desenvolvido possui como principais vantagens a utilização dos componentes gráficos para a ilustração da resolução de cálculos matemáticos. Apresenta-se bastante eficiente para atividades com crianças do Ensino Infantil, pois apresenta uma interface amigável de fácil manuseio associado a um mecanismo de feedback motivador. O professor poderá saber quais alunos possuem mais dificuldades nas atividades e quais temas precisam ser melhor trabalhados para assegurar o máximo aprendizado da turma. A sua utilização tornará as aulas de matemática mais dinâmica, divertidas e visualmente mais atrativas. A Matemáquina poderá contribuir para a diminuição no número de reprovações na disciplina, o que será refletido de maneira positiva no processo de melhoria da qualidade da educação. Com o intuito de tornar a ferramenta ainda mais eficiente, optou- se pelo aprimoramento do ambiente de forma a produzir uma segunda versão mais completa, robusta e com mais funcionalidades que auxiliem em outros tipos de atividades. Desta forma, a nova versão deverá contar com: Um número maior de imagens ilustrativas; Maior interação do usuário com o assistente virtual; Novo ambiente de atividades interativas para reforçar o estudo das operações; O objetivo destas modificações é tornar o sistema ainda mais dinâmico e motivador para o aluno, melhorar o apoio ao professor com funções para avaliação, transformando-o assim em um software educacional de referência em relação a ferramentas de apoio ao estudo de matemática. _____________________________________________________________________________________ 392 I ENINED - Encontro Nacional de Informática e Educação ISSN:2175-5876 Referências [1] FREIRE, Paulo. Educação e Mudança. 3ª ed. RJ: Paz e Terra, 1981.79p. [2] UNESCO. Educação. 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