DIZ 3 - TECHNOLOGY FOR A BETTER EDUCATION

DIZ 3 - TECHNOLOGY FOR A BETTER EDUCATION A. Batel1, A. Bernardo1, A. Carvalho1, A. Silva1, C. Rêgo2, H. Santos2, J. Alves2, J. Silva1 1

Universidade de Aveiro (PORTUGAL) 2 Edubox SA (PORTUGAL) batel@ua.pt, alexandra.bernardo@ua.pt, amaral@ua.pt, amsilva@ua.pt, claudia.rego@edubox.pt, hsantos@edubox.pt, jorge.alves@edubox.pt, johnfencer@gmail.com

Abstract Having in mind the evolution of technology inside classrooms and the proximity that is increasing between young students and technology environment, it is clear the need to build tools that promote learning, appealing to new technology. That was the main reason why Diz3 was created. It is an application built to evaluate primary school students’ mental skill and test, in a playful way, the knowledge acquired on the three main areas of study – Maths, Portuguese Language and “Estudo do Meio” (which is a mixture of Geography, Science and interpersonal relations).

Keywords: Education, software, mobile learning, technology, mathml

1.

INTRODUÇÃO

Com a evolução dos meios tecnológicos dentro da sala de aula, e a proximidade cada vez maior existente entre os jovens alunos e o meio informático, torna-se clara a necessidade de criar ferramentas que promovam a aprendizagem recorrendo a novas tecnologias. É neste contexto que surge, em 1989, na Universidade de Aveiro, o Projecto Matemática Ensino (PmatE), que tem como missão a aplicação de tecnologias e o desenvolvimento de conteúdos e eventos ao serviço da promoção do sucesso escolar e da cultura científica.

De âmbito apenas regional, rapidamente se tornou num projecto de âmbito nacional e até internacional, acompanhando ao longo destes 22 anos a evolução tecnológica. Da disquete e CD passou a estar unicamente na Internet. Da Matemática estendeu-se a novas áreas do saber como o Português, a Biologia, a Geologia e a Física, e mais recentemente, à literacia financeira.

Os seus eixos de intervenção são a divulgação de ciência, a intervenção escolar e a cooperação.

2. MODELOS GERADORES DE QUESTÕES 2.1. Conceito de Modelo Gerador de Questões A criação de uma estrutura digital para a representação de conteúdos a que deu o nome de Modelos Geradores de Questões (MGQ) tornou-o pioneiro na forma de representar as diversas áreas de saber. Elaborados por professores da disciplina, os

MGQ são a peça fundamental do software que o PmatE produz, quer do ponto de vista científico e didáctico, quer informático.

A modularidade, flexibilidade e a aleatoriedade conferem-lhes um interesse sempre renovadoErro! A origem da referência não foi encontrada., pois “as questões são geradas aleatoriamente por expressões parametrizadas onde os domínios dos parâmetros dependem do nível etário e escolar a que se destinam. A estas expressões com k (k ≥ 4) opções de resposta chamamos modelo gerador dos enunciados das questões ou apenas modelo gerador das questões. Os quatro itens de cada questão gerada podem resultar dos k possíveis por saída totalmente aleatória ou com uma aleatoriedade condicionada à prescrição de certos objectivos” Erro! A origem da referência não foi encontrada..

Altamente parametrizados, os MGQ prevêem a saída de proposições com formulações diversas, embora com os mesmos objectivos, permitindo que dois computadores/telemóveis lado a lado trabalhando sobre o mesmo objectivo tenham concretizações diferentes.

A Fig. 1 representa duas concretizações do mesmo modelo: dois utilizadores usando simultaneamente o mesmo modelo têm questões formalmente equivalentes, mas distintas.

Fig. 1 Concretização de um modelo do 1º Ciclo de Ensino

Na base da concepção de um MGQ está a identificação precisa do que se pretende avaliar no âmbito de um determinado tema, adequando-o ao grau de dificuldade desejado. Na sua elaboração são tidos em conta:

• • •

o(s) conceito(s) em avaliação mediante uma abordagem múltipla: formal, gráfica ou numérica; os erros frequentemente cometidos pelos alunos; e os pré-requisitos inerentes a esse mesmo conceito.

A elaboração de um MGQ segue uma linguagem algorítmica e codificada, uma pseudo-linguagem de programação, isto é, a tradução em símbolos que não são fixos e a descrição passo a passo da estrutura do modelo usando linguagem matemática, dita usual, e linguagem-código, de que fazem parte: • • •

um conjunto de sinais (operatórios) S; um conjunto de parâmetros (com indicação dos respectivos domínios) P; um conjunto de expressões E.

A esta linguagem, criada pelo Projecto Matemática Ensino, deu-se o nome de Linguagem de Representação de Modelos (LRM). É esta linguagem que permite a aleatoriedade dos MGQ e constrói toda a estrutura, desde da geração dos parâmetros até à validação das respostas do utilizador.

Após a utilização da LRM, o sistema converte esta linguagem em dois tipos de linguagens modulares de representação na Internet, o MathML (Mathematical Markup Language) e o SVG (Scalable Vector Graphics), permitindo descrever notações matemáticas e imagens vectoriais, respectivamente, sendo linguagens representativas em formato XML, recomendadas pela organização W3C (http://www.w3.org).

Todos os MGQ estão disponíveis numa Plataforma de Ensino Assistido por computador, que integra as tecnologias de forma criativa e multidisciplinar, e se constitui como uma ferramenta de apoio à avaliação, à aprendizagem e ao ensino.

2.2. Caracterização de um modelo gerador de questões Todos os MGQ estão identificados e codificados, por objectivos/competências, por forma a que a sua utilização e pesquisa seja fácil para um qualquer utilizador que use a Plataforma de Ensino Assistido por computador. Estes estão catalogados por “Área Científica, Área, Tema, Sub-tema, Objectivo Principal (OP), Objectivo Secundário (OS), Objectivo Micro (OM), Ciclo de Ensino (CE), Nível de Dificuldade (ND), Tipo de Modelo e, quando necessário, Informação Adicional sobre o modelo.

Complementarmente, cada opção de resposta também é codificada” Erro! A origem da referência não foi encontrada..

A Fig. 2 é exemplificativa da caracterização de um modelo.

Fig. 2 Caracterização parcial de um modelo em LaTeX

Existem actualmente mais de 2000 modelos codificados numa árvore de objectivos/competências que servem de suporte a provas de treino, competição, diagnóstico e avaliação, e que são usados por mais de 355 mil utilizadores registados.

Esta filosofia tornou o PmatE num projecto singular, cuja longevidade atesta bem a sua relevância ao longo dos anos na promoção do gosto e do sucesso pelo estudo e pela aprendizagem das várias áreas científicas, e que é patente, por exemplo, no maior evento português de educação, as Competições Nacionais de Ciência.

3. COMPETIÇÕES NACIONAIS DE CIÊNCIA O COMP@science são um conjunto de competições nacionais de ciência – Matemática, Biologia, Física, Português, Estudo do Meio e Geologia – destinadas a jovens dos 7 aos 18 anos, e que têm por base os modelos geradores de questões.

Com estas competições, o PmatE pretende criar/aumentar a cultura e a divulgação científica usando as novas tecnologias (computadores e Internet).

No formato tradicional, cada competição é composta por questões distribuídas por níveis. Todos os níveis da prova têm quatro proposições que podem ser todas falsas, todas verdadeiras, ou combinações falso/verdadeiro.

Os alunos só poderão avançar na prova se responderem acertadamente às quatro proposições. Estes dispõem de duas tentativas por nível e enquanto não esgotarem as tentativas, podem corrigir a(s) resposta(s) que considerem erradas e continuar em prova. Vence a prova quem atingir o nível mais elevado em menor tempo.

A Fig. 3 representa uma concretização de uma prova tradicional e respectivo layout.

Fig. 3 Representação de um modelo

Mantendo sempre presente o seu objectivo inicial – utilizar as tecnologias existentes para a promoção da aprendizagem de várias áreas do saber, o PmatE tem procurado, ao longo destes 22 anos, readaptar-se e, sempre que possível, lançar novos desafios aos alunos, sendo o mais recente a prova Diz3, para a Web e para plataformas móveis.

4. DESENVOLVIMENTO MULTIPLATAFORMA, DIZ3 4.1 Problemática do desenvolvimento multiplataforma Se por um lado o desenvolvimento multiplataforma pode representar uma mais-valia na criação de aplicações, facilitando a sua distribuição e agilizando o processo de produção com a reutilização de código, por outro lado este tipo de desenvolvimento implica, acima de tudo, um maior estudo e rigor ao nível da optimização das interfaces do utilizador. Uma aplicação comum a vários ambientes informáticos tão distintos entre si, como por exemplo o iOS® e o Microsoft Windows®, e uma diversidade de dispositivos, tais como o quadro interactivo e o smartphone, traduzem-se num desafio para qualquer produtora de software. Queremos com isto dizer que a aplicação desenvolvida deve ser pensada ao máximo detalhe de forma a respeitar a multiplicidade de dispositivos e plataformas que se pretende atingir. Há que garantir uma consistência visual quer ao nível da interactividade por parte do utilizador quer ao nível do desempenho/performance da aplicação.

No que toca à usabilidade são muitos os detalhes aos quais se deve dar importância no desenvolvimento de uma aplicação multiplataforma, no entanto, pensamos poder sintetizar grande parte deles nestes dois pontos:

a) Diferentes tipos de input; b) Diferentes dispositivos, hardware diferente.

4.1.1 Diferentes tipos de input Desde o tradicional teclado e rato aos evoluídos e modernos ecrãs tácteis. Os modos de input têm sofrido várias alterações e cada vez mais e melhores sistemas de interacção têm surgido. Evoluímos do conceito de point and click, de interacção única e simples, aos sistemas multi-touch e reconhecimento de gestures[3]. Este avanço tecnológico foi moldando o paradigma de interacção permitindo aos programadores criarem novas abordagens e soluções para as suas aplicações.

O problema surge quando queremos assegurar, numa mesma aplicação, diferentes tipos de input, sem alterar a funcionalidade original. Esta necessidade pode surgir essencialmente quando uma aplicação é projectada para diferentes dispositivos. Há que garantir um compromisso com a componente visual criada e a interacção, dando ao utilizador o melhor que o dispositivo, no qual está a aceder à aplicação, lhe consegue oferecer. Pela experiencia recolhida, evidenciamos as seguintes opções de desenvolvimento: • • •

Identificar e privilegiar mecanismos de input comuns entre as plataformas de destino; Favorecer o tipo de interacção que é considerada como habitual/padrão no dispositivo de destino; Facultar alternativas de interacção;

4.1.2 Diferentes dispositivos, Hardware diferente A tecnologia tem avançado e com ela novos dispositivos tecnológicos têm surgido. Do já tradicional Personnal Computer (PC) aos laptops e mais recentemente smartphones e tablets, a variedade de dispositivos dentro de cada segmento é enorme. Ao desenvolver uma aplicação multiplataforma há que ter isso em conta. Se em determinado dispositivo/hardware não existia uma limitação o mesmo não é garantido que aconteça num outro dispositivo, até dentro do mesmo segmento. Os principais problemas podem advir das seguintes limitações: a) b) c) d)

baixo nível de processamento; reduzida quantidade de memória disponível; dimensões de ecrã, área de interacção reduzida; diferentes resoluções.

Apesar de estarem em voga, os dispositivos móveis ainda não possuem capacidades de processamento elevadas. Se por um lado abrem novas portas ao desenvolvimento de aplicações, também nos apresentam novos desafios pelas suas limitações.

Praticamente todos os problemas identificados anteriormente, podem ser encontrados nos dispositivos móveis. Assim sendo, a linha de base do desenvolvimento do Diz3 ocorreu segundo estes fundamentos. O máximo possível dentro do mínimo existente.

4.2 A abordagem do Diz3 A aplicação do Diz3 foi pensada e desenhada para todos os tipos de dispositivos, seguindo algumas recomendações genéricas [4]. É possível correr o Diz3 em Desktops, Laptops, Netbooks, Smartphones e Tablets, sempre com a uma fluidez equivalente e igual funcionalidade.

Toda a interacção utilizador/máquina foi cuidadosamente estudada para conceber um layout intuitivo e apelativo para as crianças nesta faixa etária e optimizado não só para a utilização convencional (teclado/rato) como também em ecrãs tácteis presentes na sala de aula, como o quadro interactivo. O quadro interactivo terá sido o primeiro alvo de desenvolvimento. Com base no sucesso actual que esta ferramenta vem apresentando [5], o quadro interactivo como suporte para o Diz3 em contexto de sala de aula, foi mais que uma aposta segura.

Tendo em conta o estado da arte actual, e a era tecnológica que vivemos não quisemos limitar o uso da aplicação através de um desktop ou computador portátil, por isso desenvolveram-se versões mobile do Diz3, em tudo iguais à original mas orientadas para plataformas com sistemas operativo Android (Google) e iOS (Apple).

Esta aplicação que tem como objectivo avaliar a destreza mental dos alunos do 1.º Ciclo do Ensino Básico, e testar, de forma lúdica, os conhecimentos adquiridos por estes nas três grandes áreas de estudo – Matemática, Língua Portuguesa e Estudo do Meio, distingue-se de qualquer outra existente actualmente pois tem por base o conceito dos MGQ, e de todas as outras competições promovidas, até à data, pelo Projecto Matemática Ensino devido à característica multidisciplinar da prova cujo o intuito é encontrar o aluno mais completo, e não o melhor aluno numa determinada área científica.

Do ponto de vista tecnológico também houve uma ruptura com o passado. A escolha deste meio para conceber e disponibilizar a prova deve-se à necessidade de criar uma interface capaz de lidar com fórmulas matemáticas em MathML, texto e imagens sem descuidar um layout apelativo e intuito próprio para a faixa etária em questão. Um outro aspecto importante reside na facilidade de instalação desta aplicação evitando assim a instalação de Plug-ins adicionais.

A Fig. 4 representa uma concretização da nova prova e respectivo layout.

Fig. 4 Concretização de uma prova Diz3

Graças à tecnologia desenvolvida pela Adobe, também foi possível dar o salto para fora do ambiente de desktop.“However, a strategic goal for Adobe has been to ensure that you will be able to take the same Flash project that you use for deploying on the iPhone and outputting it as an AIR app on Android or BlackBerry” [6].

A Diz3, versão mobile, já se encontra disponível para smartphones e tablets Android, encontrando-se actualmente em fase de aprovação para sistemas iOS da Apple.

Acreditamos que este é um passo de extrema importância pois com a massificação destes dispositivos e com a consequente desvalorização de preço dos mesmos podemos levar a divulgação de ciência a contextos pouco usuais. O utilizador pode realizar um jogo em qualquer sala de espera ou numa viagem em transportes públicos, por exemplo, requerendo para isso de apenas um plano de dados ou de uma ligação WIFI. A própria mecânica de jogo foi revista. A lógica por níveis foi abandonada, podendo o utilizador navegar livremente pelos conteúdos. Com isto conseguiu-se um sistema mais justo e menos penalizador para o aluno, que no formato antigo, ao não dominar completamente uma matéria, era obrigado a responder correctamente de forma a ter acesso às questões seguintes, caso contrário a sua participação na prova terminaria.

Neste novo formato, no final de cada prova é atribuída uma classificação ao jogador através da seguinte fórmula:

60 × N × X − Y,1 ≤ X ≤ M Pontos =  0, X ≤ 0  Onde

representa o número de níveis da prova, ‫ ݕ‬o tempo despendido pelo jogador

em segundos, ݊ a duração da prova, em minutos, a variável ‫ ݔ‬é a relação entre itens correctos, a, e errados, e, sendo aplicado um factor de desconto e é obtida da seguinte forma (arredondando a duas casas decimais):

X =

A − 0 .5 × E 4

Esta classificação final Fig. 5, acaba por ser muito mais justa para os alunos ao permitir um maior rigor na criação do ranking final, podendo este último ser usado como medidor da evolução do próprio aluno que, ao terminar uma prova, pode consultar um gráfico Fig. 6, onde se encontra representada a sua pontuação nos últimos dez jogos ou as suas cinco melhores pontuações de sempre.

Fig. 5 Área de resultados do Diz3

Fig. 6 Gráfico de desempenho do Diz3

A componente de competição está presente em todos os jogos, e é mesmo um elemento crucial em ambientes com múltiplos utilizadores. “Interaction forms are actions that can potentially be perceived by playersG the feeling of presence and the level of psychological immersion are increased due to the communication, coordination and collaboration aspects these forms bring forward” [7] tendo isto em conta foi criado um top geral Fig. 7, onde figuram os dez melhores jogadores e a classificação do utilizador perante a deles.

Fig. 7 Top geral do Diz3

Desde a sua data de lançamento em Janeiro de 2011, a Diz3 já conta com 2.740 utilizadores registados, e com cerca de 27.500 jogos jogados, o que para além de provar uma forte adesão desde o primeiro dia, transparece também que é apelativo aos seus utilizadores, pois tendem a voltar a jogar várias vezes. A título de exemplo, no que respeita ao top10 verifica-se que o aluno que lidera a classificação geral efectuou até ao momento 1302 jogos; o 2.º classificado 879 jogos; o 3.º classificado 739 e, por fim, o 10.º classificado jogou 422 vezes.

Para além disso, esta aplicação culmina com dois eventos nacionais, um em rede e outro na Universidade de Aveiro.

No caso da Diz3 em rede, trata-se de um evento que coloca em competição, no mesmo dia e à mesma hora, várias escolas que apesar de geograficamente separadas, se unem tecnologicamente em torno das várias áreas científicas.

Este evento teve lugar dia 4 de Março de 2011, onde competiram 1910 alunos de 52 escolas de 14 distritos de Portugal Continental e 11 escolas da Região Autónoma dos Açores, perfazendo no total a realização de 955 provas.

Integrada no maior evento português de educação, as competições nacionais de ciência, está a competição Diz3 que se realizou dia 9 de Maio de 2011, na Universidade de Aveiro, e em que participaram 1389 alunos de 96 escolas, 95 do Continente e uma escola da Região Autónoma dos Açores que no total realizaram 691 provas.

Na edição deste ano das COMP@science participaram 15 mil alunos de cerca de 400 escolas, no entanto, esta é uma pequena amostra – a movimentação dos alunos a nível nacional é muito maior, contando actualmente com cerca de 33611 utilizadores activos.

5. CONCLUSÕES A disponibilização de ferramentas informáticas de acesso livre que sejam capazes de gerar, aleatoriamente, um conjunto de proposições constitui um passo em frente no sentido da inovação e da potenciação de recursos educativos mais flexíveis, interactivos e atractivos, que complementam o ensino formal. Por outro lado, através da sua utilização, os alunos desempenham um papel mais activo na sua própria aprendizagem. O número de jogos realizados durante a primeira edição da competição DIZ3 demonstra claramente o interesse que este tipo de aplicações suscita nos alunos desta faixa etária. Saliente-se que após a realização das Competições Nacionais de Ciência os alunos continuam a realizar jogos, o que é um indicador de que estes podem, de facto, contribuir para o aumento da motivação dos alunos para o estudo das áreas curriculares em questão.

Uma das principais características do DIZ3 que convém salientar, e que distingue esta competição das restantes, é que os alunos podem percorrer todas as proposições, de todos os MGQ gerados durante cada prova, podendo responder pela ordem desejada e, até, seleccionar a opção “Não Responde”. Deste modo, as respostas incorrectas num determinado assunto curricular em que o aluno tem mais dificuldades, não impedem a sua progressão no jogo. Neste caso não se pretende o aluno mais rápido em determinada disciplina, mas o aluno mais completo dentro dos domínios das ciências e da língua portuguesa.

A competição controlada funciona de forma excelente como factor de motivação dos alunos para as ciências, esta afirmação é baseada em todo o trabalho do PmatE ao longo dos anos. A integração desta aplicação nos usuais ambientes da Web torna esta competição mais próxima dos alunos e do seu objectivo – criar gosto pela ciência.

REFERENCES [1] Vieira, J.C.D. (1992) Avaliação Formativa – uma experiência no 7.º ano. Quadrante, N.º1 [2] Miranda, D.; Oliveira, L. e Anjo, A. (2009) «Um Estudo de Caso Com o sistema PmatE (10º ano, Geometria)». In DIAS, Paulo et al. (org.). O Digital e o Currículo. Universidade do Minho: Centro de Competência da Universidade do Minho: 187-202.

[3] Cravotta Robert, Recognizing gestures: Interface design beyond point-and-click, Technical Editor -EDN, August 16, 2007http://www.edn.com/article/462027Recognizing_gestures_Interface_design_beyond_point_and_click.php [4] Jun, G. and Tarasewich, P. 2004. Guidelines for handheld mobile device interface design.

In Proceedings of the DSI 2004 Annual Meeting (Boston). Northeastern University.

[5] Dr. Marzano Robert, Evaluation Study of the Effects of Promethean ActivClassroom on Student Achievement, 2008-2010 http://www.prometheanworld.com/upload/pdf/Final_Report_Continuation_Study_12_13_201 0_%283%29%5B1%5D.pdf [6] Wagner, R.(2011). Professional Flash Mobile Development. Indianapolis: Wiley Publishing [7] Manninen, T.(2003). Interaction Forms and Communicative Actions in Multiplayer Games.

IN: Aarseth, E. Game Studies.