Universidade Federal do Maranhão – UFMA Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas – CCET Departamento de Informática – DEINF
Relatório de Projeto de Pesquisa Processo No. 409342/2013-0 Desenvolvimento de jogos sérios para o ensino interativo de conceitos matemáticos
Anselmo Cardoso de Paiva – UFMA
São Luís – MA 2015
Sumário 1. IDENTIFICAÇÃO DO PROJETO
4
2. INTRODUÇÃO
5
2.1. OBJETIVOS
8
2.2. CONTRIBUIÇÕES
9
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
10
3.1. A INFORMÁTICA APLICADA AO ENSINO
10
3.2. CONCEITO E A LEI QUE REGE O SOFTWARE EDUCATIVO
11
3.3. BASE PEDAGÓGICA DO SOFTWARE EDUCATIVO
12
3.4. JOGOS EDUCATIVOS
15
3.5. JOGOS SÉRIOS
16
4. METODOLOGIA
18
4.1. GAME DESIGN
19
4.2. CARGA DOS DESAFIOS
24
4.3. MÓDULO PROFESSOR
25
5. RESULTADOS
30
6. CONCLUSÃO
33
REFERÊNCIAS
35
Lista de Figuras
Figura 1 Arquitetura básica do Matematicando ...................................................18 Figura 2 Tela de apresentação do Matematicando .............................................20 Figura 3 Exemplo 1: desafio do Matematicando .................................................21 Figura 4 Exemplo 2: desafio do Matematicando .................................................21 Figura 5 Exemplo 3: desafio do Matematicando .................................................22 Figura 6 Pontuação após a resposta do desafio .................................................22 Figura 7 Seleção de desafio ................................................................................23 Figura 8 Seleção de mundos ...............................................................................23 Figura 9 Exemplo de configuração de desafio num arquivo JSON .....................25 Figura 10 Tela inicial do módulo Matematicando quando ativado a função de log para dados no Parse ....................................................................................26 Figura 11 Cadastro do identificador .....................................................................27 Figura 12 Geração automática do nick ................................................................27 Figura 13 Tela inicial do módulo do professor .....................................................28 Figura 14 Estatísticas de desempenho por aluno ...............................................29
1. Identificação do Projeto Título •
Desenvolvimento de jogos sérios para o ensino interativo de conceitos matemáticos
Linha Temática •
Empreendedorismo Cultural e Criativo – Jogos Eletrônicos
Instituição •
Universidade Federal do Maranhão (UFMA)
•
Núcleo de Computação Aplicada (NCA)
Coordenador •
Anselmo Cardoso Paiva
•
Prof. Dr Departamento de Informática
•
E-mail: paiva@deinf.ufma.br
Edital •
Edital CNPq/MinC/SEC N 80/2013
Processo •
informar
Resumo
Os paradigmas de ensino da matemática estão em constante evolução. Um dos desafios da área consiste em atrair a atenção e o interesse dos educandos durante os momentos de aprendizagem. A questão do ensino da matemática tem sido discutida quanto à importância de se trabalhar determinados conteúdos matemáticos para formar o aluno para atuar na sociedade utilizando conceitos tecnológicos como o auxílio de jogos computacionais como uma maneira de associação. Neste relatório apresenta-se o resultado da implementação e estudo de jogo sério de matemática que tem por objetivo ensinar conteúdos aos estudantes de forma lúdica associando problemas práticos de maneira cultural. Abstract Education paradigms are constantly evolving but attract the student's attention and interest is a challenge that haven't been overcomed. Recent topics about teaching math have discussed the use of technology tools like video-games to assist teaching and learning of certain math subjects and also to prepare the student for society. In this report we present a math serious game that aims teaching math concepts in a lucid manner associating them to real life problems in a cultural way.
2. Introdução Não raro nos deparamos com afirmativas sobre matemática que nos levam ao mesmo tempo a temê-la, a respeitá-la e a reserva-lhe um lugar de destaque em relação às demais disciplinas que compõem o programa escolar. Acima de tudo enfatiza-se a natureza complexa e abstrata do conhecimento matemático, cuja sobrevalorização é geralmente acompanhada da atribuição de um caráter hermético a este conhecimento e ao seu aprendizado. De acordo com o relatório De Olho nas Metas 2012, 90% dos estudantes chegam
ao final do ensino médio sem aprender o mínimo desejado em
matemática. Isso sujeita o Brasil a uma desconfortável 57ª posição no ranking mundial de aprendizagem de matemática em uma lista de 65 países
contemplados pelo Programa Internacional de Avaliação de Alunos (Pisa). Os principais motivos para este cenário pouco animador é a combinação de conteúdos que exigem o domínio de conceitos abstratos com a insistência em estratégias pedagógicas conservadoras baseadas na repetição de exercícios e na falta de relação com a vida em sociedade. Os paradigmas educacionais estão em constante evolução em busca de metodologias de ensino mais eficientes e produtivas. Segundo Robinson (2010), dividir os estudantes em grupos utilizando a idade como critério influencia negativamente a criatividade e a auto-estima. O efeito do agrupamento tradicional na matemática é evidente, os estudantes ao alcançarem o nível médio sentem-se desinteressados, frustrados e incapazes. Isto mostra que há a necessidade de revisar as metodologias tradicionais e seus objetivos a fim de obter melhores resultados (Klass, 2011). O distanciamento dos conteúdos apresentados da real necessidade cotidiana não desperta interesse por parte dos estudantes. O conhecimento não consiste em uma cópia da realidade, logo, conhecer é ser capaz de agir sobre o objeto
de
estudo,
modificando-o,
transformando-o
e
compreendendo-o
(Appleton, 1993). Assim como é visto na vida cotidiana em que situações são inventadas e reinventadas a fim de aprender com elas. A união entre a diversão e a educação é um tema que atrai a atenção dos educadores. O fato é que esta questão caracteriza uma quebra dos paradigmas educacionais como conhecemos hoje e seus resultados dependem de como é aplicada (Cipriani, 2007). Os jogos eletrônicos, por sua vez, possuem o caráter lúdico inerente e são uma das tecnologias de mídia mais acessadas por jovens (ISFE, 2012). E por isso é considerada uma plataforma atraente para validação da proposta citada anteriormente. Neste contexto, Weill (1993) analisa a questão do Ensino da Matemática, discutindo a importância de se trabalhar determinados conteúdos matemáticos para formar o aluno para atuar na sociedade. Neste aspecto, o autor defende um redimensionamento dos objetivos da escola os quais hoje se apresentam
vinculados a uma apresentação de conhecimento obsoleto, ultrapassado e, muitas vezes, morto. Um bom exemplo é Melo (2009) onde os alunos se mostraram muito envolvidos ao participar dos jogos com embasamento matemático como: a torre de Hanói, soma dos inteiros, avançando com o resto, corrida pitagórica. Segundo Groenwald (2000), o jogo proporcionou uma atividade interessante, diferente, divertida, que desenvolveu o raciocínio lógico e os ajudou a entender o conteúdo. Neste contexto, D'Ambrósio, U. (1996) analisa a questão do Ensino da Matemática, discutindo a importância de se trabalharem determinados conteúdos matemáticos para formar o aluno para atuar na sociedade. Neste aspecto, o autor defende um redimensionamento dos objetivos da escola os quais hoje se apresentam vinculados a uma apresentação de conhecimento obsoleto, ultrapassado e, muitas vezes, morto (D'Ambrosio,U.,1996:p.80). A escola necessita, sobretudo, de “estimular a aquisição, a organização, a geração e a difusão do conhecimento vivo, integrado nos valores e expectativas da sociedade” (D’Ambrosio,U.,1996:p.80). A organização de uma sociedade mais justa, unida, capaz de defender seus direitos e cumprir seus deveres, depende de cidadãos que a constituem. No trabalho realizado por Melo (2009) os alunos se mostraram muito envolvidos ao participar dos jogos com embasamento matemático como: a torre de Hanói, Soma dos Inteiros, Avançando com o Resto, Corrida Pitagórica. Realizavam as jogadas a partir da discussão das regras e das estratégias que estavam estabelecidas e das inventadas por eles no decorrer deste, fazendo os devidos registros para poder apresentar ao professor e a turma. Foi possível observar que num prazo curto de tempo conseguiram se apropriar de alguns conceitos matemáticos fundamentais para a compreensão dos conteúdos da disciplina. Em (Strapa, 2011) com o auxilio de ferramentas computacionais foram desenvolvidos
jogos para auxiliar o aluno na aprendizagem do conceito de
função polinomial de 1º grau. Segundo a opinião dos alunos, o jogo proporcionou uma atividade interessante, diferente, divertida, que desenvolveu o raciocínio lógico e os ajudou a entender o conteúdo. Este jogo teve um aproveitamento satisfatório de 93 % pois a maioria dos grupos conseguiu realizá-lo sem dificuldades. O papel do jogo no ensino da matemática é uma estratégia muito eficaz, pois tornar mais significativas e prazerosas as aulas dessa disciplina. Os jogos podem ser para os educandos um recurso fundamental para que passem a entender e a utilizar regras que serão empregadas no processo de ensinoaprendizagem, de matemática, na apropriação dos diferentes conteúdos, superando a utilização das cansativas listas de exercício de fixação.
2.1. Objetivos Este projeto teve como objetivo propor e desenvolver um jogo eletrônico que permita ao usuário criar e manipular conceitos matemáticos segundo as necessidade atuais, da vida em sociedade. Essa abordagem permitirá aos jogadores, compreender conceitos matemáticos de uma maneira simples e atrativa. Oferecendo um processo aprendizagem interativo de tais assuntos. Especificamente, os objetivos foram tornar o processo de aprendizagem de matemática harmônico com o movimento de inclusão digital; minimizar o índice de desinteresse dos jovens pela matemática, no ambiente educacional; consolidar um grupo de pesquisa no Nordeste, mais especificamente no Maranhão, especializado em jogos eletrônicos educacionais; disponibilizar um jogo de uso gratuito para plataforma Android e iOS para ensino da matemática com amplo poder de inclusão; possibilitar o desenvolvimento de um projeto com uma equipe interdisciplinar, que envolve profissionais das áreas tecnológicas, sociais e humanas; estudar, implementar e aplicar as técnicas de criação de problemas matemáticos aplicáveis a vida em sociedade; estudar, implementar e aplicar as técnicas de interface humano computador aplicada a jogos digitais;
2.2. Contribuições Os objetivos do projeto foram alcançados através da atuação de uma equipe multidisciplinar de pesquisadores e discentes, oriundos das áreas de atuação de Ciência da Computação e Design, para a criação do Matematicando, a proposta de jogo sério e educacional apresentada por este relatório, que tem como principal foco: •
Permitir a criação simples de jogos, nos quais as respostas são realizadas através de uma interface gamificada e interativa;
•
Permitir que profissionais da área de educação possam acompanhar a formação a atuação de seus discentes dentro do ambiente do jogo;
•
Permitir que profissionais sem formação de computação e/ou design possam incluir e configurar os desafios do jogo Matematicando sem experiência, através de uma interface simples de configuração do mesmo.
Essas contribuições fazem parte dos objetivos primários do projeto e serão explanadas durante a seção de metodologia que explica o Matematicando propriamente dito.
3. Fundamentação Teórica Nesta seção apresentamos os conteúdos básicos para a construção deste trabalho. A abordagem de jogos sérios é utilizada dentro deste trabalho para propor um mecanismo de ensino dentro da área de matemática, que por sua vez possui uma vasta quantidade de trabalhos realizados conjuntamente com a área de educação para a aplicação de informática como um mecanismo interativo de aprendizado.
3.1. A Informática aplicada ao Ensino A informática de uma maneira geral configura-se como a ciência mais recente a ser utilizada como tecnologia a ser aplicada na educação. Principalmente pelo seu grande poder de absorção e simplicidade que propicia ao usuário a mesma sensação da utilização de outras Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs) como a TV/Vídeo ou Rádio. Podemos considerar aqui o computador atuando como um objeto que a criança manipula, tendo o professor como mediador em uma interação rica de ideias e atividades no processo de ensino (Valente, 1993). Sua principal vantagem é a interatividade inerente em toda sua concepção. A informática ainda provê ferramentas baseadas em jogos, ambientes de acompanhamento, publicação de textos e outros que propiciam a aprendizagem colaborativa através da convergência natural das mídias. Por efeito dos computadores e da digitalização, todas as formas e instrumentos da mídia estão, cada vez mais, fundindo-se em sistemas interrelacionados (Dizard, 1998). A tecnologia computacional torna-se, assim, o elo para todas as formas
de produção de informação e de entretenimento: som, vídeo, mapas e impressos. O uso do computador como máquina de ensinar consiste na informatização dos métodos de ensino tradicionais. Alguém implementa no computador uma série de informações, que devem ser passadas ao aluno na forma de um tutorial, um exercício, uma prática ou um jogo. Entretanto, é muito comum encontrarmos essa abordagem sendo usada como construtivista, ou seja, para propiciar a construção do conhecimento na “cabeça” do aluno. Como se os conhecimentos fossem tijolos que devem ser justapostos e sobrepostos na construção de uma parede. Nesse caso, o computador tem a finalidade de facilitar a construção dessa “parede'', fornecendo “tijolos'' do tamanho mais adequado, em pequenas doses e de acordo com a capacidade individual de cada aluno (Valente, 1999).
3.2. Conceito e a Lei que Rege o Software Educativo As licenças de uso de software são os instrumentos legais usados na maioria dos países, que permitem a um software ser adquirido e distribuído. Existem vários tipos de licenciamento com variados níveis de liberdade, aplicando-se tanto ao chamado software livre quanto ao proprietário. Por exemplo: a duração da proteção para obras literárias, que é de70 anos, enquanto que para software ela é de 50 anos. A Lei nº 9.609, de 1998, confere a seus autores instrumentos de proteção jurídica próprios à legislação autoral, porém, com particularidades. A referida Lei protege o software como expressão de um conjunto de instruções, de modo que se resguarda a literalidade do programa, e não a sua funcionalidade (especificações técnicas) ou interface. Além disso, os programas de computador não são considerados invenções ou modelos de utilidade (isso é, não estão submetidos à Lei nº9.279, de 1996, que regulamenta os direitos e obrigações relativas à propriedade industrial), embora o seu patenteamento seja facultativo.
Em relação aos direitos morais, a Lei nº 9.609/98 dispõe expressamente no §1º do seu art. 2º que “não se aplicam aos programas de computador às disposições relativas aos direitos morais, ressalvado, a qualquer tempo, o direito do autor de reivindicar a paternidade do programa de computador e o direito do autor de se opor às alterações não-autorizadas, quando estas impliquem deformação, mutilação ou outra modificação do programa de computador que prejudiquem a sua honra ou a sua reputação”. Dessa maneira, estão resguardados, em regra, apenas os direitos patrimoniais sobre o software. A lei também reserva ao proprietário da licença de software o direito de possuir uma cópia de salvaguarda do programa armazenada de forma eletrônica. No entanto, a mesma lei veda a locação de cópias, salvo autorização expressa do responsável por ele. Também são consideradas condutas lícitas: a citação parcial do programa, desde que para fins didáticos; a integração do programa a aplicativo ou sistema operacional, desde que para uso exclusivo do usuário, e se a integração for indispensável para que o usuário o utilize; e a alteração do software com o propósito de corrigir erros. O software é uma sequência de instruções a serem seguidas e/ou executadas
na
manipulação,
redirecionamento
ou
modificação
de
um
dado/informação ou acontecimento. O software educativo é um conjunto de instruções (programa de computador) que, quando executadas, produzem a função e desempenho desejado. Ou, ainda, é um programa de computador desenvolvido com a finalidade de colaborar, facilitar o processo de ensino e aprendizagem.
3.3. Base Pedagógica do Software Educativo A primeira tarefa ao analisar um software educativo é identificar a concepção teórica de aprendizagem que o orienta, pois um software para ser
educativo deve ser pensado segundo uma teoria sobre como o sujeito aprende, como ele se apropria e constrói seu conhecimento. Numa perspectiva construtivista, a aprendizagem ocorre quando a informação é processada pelos esquemas mentais e agregada a esses esquemas. Assim, o conhecimento construído vai sendo incorporado aos esquemas mentais que são colocados para funcionar diante de situações desafiadora se problematizadoras. Piaget aborda a inteligência como algo dinâmico, decorrente da construção de estruturas de conhecimento que, à medida que vão sendo construídas, vão se alojando no cérebro. A inteligência, portanto, não aumenta por acréscimo, e sim, por reorganização. Esta construção tem a base biológica, mas vai se dando na medida em que ocorre a interação, trocas recíprocas de ação com o objeto do conhecimento, onde a ação intelectual sobre esse objeto refere-se a retirar dele qualidades que a ação e a coordenação das ações do sujeito colocaram neles. O conhecimento lógico-matemático provém da abstração sobre a própria ação. Os fatores de desenvolvimento, segundo Piaget, são a maturação biológica, a experiência física com objetos, a transmissão social (informação que o adulto passa à criança) e a equilibração. A equilibração contrabalança os três primeiros fatores, ou seja, equilibra uma nova descoberta com todo o conhecimento até então construído pelo sujeito. Os mecanismos de equilíbrio são: assimilação e acomodação. Todas as ideias tendem a ser assimiladas às possibilidades de entendimento até então construídas pelo sujeito. Se ele já possui as estruturas necessárias, a aprendizagem tem o significado real a que se propôs. Se, ao contrário, ele não possui essas estruturas, a assimilação resulta no erro construtivo. Diante disso, havendo o desafio, o sujeito faz um esforço contrário ao da assimilação. Ele modifica suas hipóteses e concepções anteriores, ajustando-as às experiências impostas pela novidade que não foi passível de assimilação. É o que Piaget chama de acomodação: o sujeito age no sentido de transformar-se em função das resistências impostas pelo objeto.
O desequilíbrio, portanto, é fundamental para que haja a falha, a fim de que o sujeito sinta a necessidade de buscar o reequilíbrio, o que se dará a partir da ação intelectual desencadeada diante do obstáculo: a abstração reflexiva. É na abstração reflexiva que se dá a construção do conhecimento lógicomatemático (inteligência), resultando num equilíbrio superior e na consequente satisfação da necessidade. Duffy e Jonassem (1991) sugerem que para aprender significativamente, os indivíduos têm de trabalhar com problemas realistas em contextos realistas. Devem ser explorados problemas que apresentem múltiplos pontos de vista, para que o aprendiz construa cadeias de ideias relacionadas. Dessa forma, o aprendiz deve engajar-se na construção de um produto significativo relacionado com
sua
realidade.
É
o
que
Valente
denomina
de
construcionismo
contextualizado. A noção de erro é relativizada na teoria construtivista. Nela, o erro é uma importante fonte de aprendizagem; o aprendiz deve sempre se questionar sobre as consequências de suas atitudes e, a partir de seus erros ou acertos, ir construindo seus conceitos, ao invés de servir apenas para verificar o quanto do que foi repassado para o aluno foi realmente assimilado, como é comum nas práticas empiristas. Portanto, um software educativo que se propõe a ser construtivista deve propiciar à criança a chance de aprender com seus próprios erros. O simples fato de um software possuir sons e animações não são indicativos para que o mesmo seja classificado como construtivista. Do ponto de vista
do
Behaviorismo
(comportamentalismo),
aprender
significa
exibir
comportamento apropriado; o objetivo da educação nesta perspectiva é treinar os estudantes a exibirem um determinado comportamento, por isso, usam o reforço positivo para o comportamento desejado e o negativo para o indesejado. A instrução programa da é uma ferramenta de trabalho nesta linha de ação e aplica os princípios de Skinner para o desenvolvimento do comportamento
humano: apresentam a informação em seções breves; testam o estudante após cada seção; apresentam feedback imediato para as respostas dos estudantes.
Os
princípios
do
Behaviorismo
baseiam-se
em
condicionadores
operantes, que têm a finalidade de reforçar o comportamento e controlá-lo externamente. Nesta concepção, a aprendizagem ocorre quando a informação é memorizada. Como a informação não foi processada, ela só pode ser repetida, indicando a fidelidade da retenção, não podendo ser usada para resolver situações problematizadoras. Outro ponto a ser considerado na avaliação de um software para uso educacional está no fato de verificar se ele busca ser autônomo, descartando, desconsiderando a figura do professor como agente de aprendizagem, ou se ele permite a interação do aluno com esse agente, com outro aluno, ou mesmo com um grupo de alunos. Se o software tem a pretensão de ser autônomo, tem como fundamento o ensino programático, onde as informações padronizadas e pasteurizadas, por si só, promovem o ensino de qualquer conteúdo, independente das condições específicas da realidade educacional de uma escola. Além do mais, qualquer software que se propõe a ser educativo tem de permitir a intervenção do professor como agente de aprendizagem, como desencadeador e construtor de uma prática específica e qualificada que objetiva a promoção do aprendiz. O feedback dado ao erro do aluno é um ponto fundamental na análise do software educativo. Se o mesmo não dá um feedback imediato e subjetivo, podemos classificá-lo como comportamentalista, onde só há estímulo e resposta e esta resposta não permite a continuidade do processo.
3.4. Jogos Educativos Geralmente são desenvolvidos com a finalidade de desafiar e motivar o aprendiz, envolvendo-o em uma competição com a máquina e com os colegas.
Os jogos permitem interessantes usos educacionais, principalmente se integrados a outras atividades. Os jogos podem também ser analisados do ponto de vista do ciclo descrição-execução-reflexão-depuração-descrição, dependendo da ação do aprendiz em descrever suas ideias para o computador. Valente alerta que os jogos têm a função de envolver o aprendiz em uma competição e esta pode dificultar o processo da aprendizagem uma vez que, enquanto estiver jogando, o interesse do aprendiz está voltado para ganhar o jogo e não em refletir sobre os processos e estratégias envolvidos no mesmo. Sem essa consciência, é difícil uma transformação dos esquemas de ação em operação.
3.5. Jogos Sérios Jogos sérios são jogos ou recursos relacionados a jogos cujo principal objetivo não é o entretenimento (Sawyer, 2007). Diversas outras definições de jogos sérios podem ser encontradas na literatura, mas todas possuem uma forte relação com a de Sawyer (Djaouti, 2011). Os jogos sérios podem ser aplicados em diversos contextos a fim de abordar questões formais de um ponto de vista diferenciado. Segundo Anne, (2007), os jogos sérios são criados para melhorar algum aspecto do aprendizado e essa também é a expectativa dos jogadores ao buscarem por estes tipos de jogos. Eles são usados em treinamentos de serviços de emergência, treinamento militar, educação corporativa, saúde e bem estar, e diversos outros setores da sociedade. Um dos primeiros casos de jogo sério bem sucedido é o America's Army (Gudmundsen, 2006), que atraiu a atenção de todos para os benefícios de tais ferramentas. Este é um jogo de simulação, uma categoria de jogo comumente escolhida pelos jogos sério, aplicado ao treinamento militar. Os jogos
simuladores têm a capacidade de construir e simular situações hipotéticas, preparando o jogador para caso venha a encontrá-las na vida real. Verifica-se que não há uma regra ou restrição de plataforma, gênero ou público dos jogos sérios, assemelhando-os aos jogos casuais neste aspecto de versatilidade e, complementa, que a diversão é um ingrediente essencial para que sejam bem sucedidos. O que diferencia os jogos sérios dos outros tipos de jogos é o seu foco em resultados de aprendizagem específica e intencional. Para alcançar mudanças de comportamento e performance sustentáveis, mensuráveis e sérios. O Design de Aprendizagem é uma nova área do design responsável pela criação do mundo do jogo, organizando-o para torná-lo capaz de alterar o comportamento, as habilidades e os conhecimentos do jogador de uma forma pré-definida e previsível mas preservando o aspecto de entretenimento da experiência de jogo. Assim, os jogos sérios são uma abordagem promissora tanto a nível econômico quanto a nível dos resultados obtidos. Podendo-se encontrar vários casos de sucesso de jogos sérios com os mais diversos objetivos, por exemplo, jogos sérios para o treinamento militar e jogos sérios voltados à educação escolar.
4. Metodologia O Matematicando é um jogo sério educacional de matemática voltado para estudantes de escolaridade de nível primário, fundamental e médio. O escopo do jogo pode abordar uma grande diversidade de conteúdos ministrados nestes níveis sendo necessário somente a elaboração de problemas matemáticos que sigam o modelo proposto pelo jogo. O jogo possui intuito de estimular a auto-aprendizagem e a autosuperação nos estudantes, apresentado o conteúdo através de situações do cotidiano. A proposta inserida no jogo consiste em uma abordagem simples e interativa para o ensino de conceitos matemáticos, inserindo assim maior dinamicidade ao processo de aprendizagem. O emprego da linguagem coloquial e de uma arte “cartunizada” contribuem com a construção de um ambiente de aprendizado que difere do ambiente tradicional e formal encontrado em sala de aula. O Matematicando é composto por 3 elementos básicos, conforme apresentado na Figura 1 módulo aluno ou jogador, módulo professor e plataforma de armazenamento de dados em nuvem, Parse.
Figura 1 Arquitetura básica do Matematicando
O módulo aluno consiste no módulo de jogo em si. Todo o jogo é pensado para ser utilizado facilmente numa plataforma móvel, mas na ausência desta, é necessário que possa ser utilizado numa plataforma web. Com este intuito, foi utilizado a engine Unity (UNITY, 2014) para a construção do mesmo, a qual permite a utilização em multiplataforma. O módulo Professor é um sistema web que permite ao professor acessar e gerenciar os dados dos alunos fornecidos pelo serviço web de estatísticas de uso. Durante a utilização do jogo, o sistema automaticamente coleta as estatísticas de utilização que são enviadas a um banco de dados em nuvem, Parse (PARSE, 2014). Para evitar perda de informação, os dados são sempre armazenados em cache, permitindo que o jogo funcione independente de haver conexão internet. A mecânica do jogo e seus elementos são melhor detalhados nas subseções a seguir.
4.1. Game Design O jogo foi pensado de forma a proporcionar ao aluno uma experiência lúdica capaz de capturar a sua atenção por tempo suficiente para o aprendizado de novos conceitos ou fixação de conceitos previamente estudados. O desafio do jogo consiste em resolver problemas matemáticos contextualizados. Os problemas matemáticos são normalmente utilizados para fixação de conteúdos de matemática e avaliação, e podem ser representados em linguagem matemática formal ou em linguagem natural de maneira contextualizada. O uso de linguagem natural e contextos aproximam os problemas do cotidiano do estudante facilitando a compreensão e atraindo a sua atenção. Desta necessidade foi possível abstrair que o uso de problemas matemáticos com contexto e linguagem natural como o desafio do jogo poderia contribuir com resultados positivos do ponto de vista educacional. E ainda foi adicionado simulação de física ao mundo do jogo, no intuito de aproximar mais o
mundo do jogo do mundo real e fornecer mais um desafio ao jogador no momento de interagir com os objetos, que agora possuem a física interagindo sobre eles. Os elementos presentes no jogo são personagem, desafios, mundos e pontuação. O personagem é a representação do jogador no mundo do jogo e serve de interface para as suas ações. Para a elaboração do personagem fora decidida que faixa etária média do público alvo do jogo seria de jovens entre 8 e 12 anos de idade. O personagem criado é infantil, tímido e criativo como exemplificado na Figura 2.
Figura 2 Tela de apresentação do Matematicando
O desafio trata-se de um problema matemático onde o jogador deve resolver dentro de um determinado intervalo de tempo, conforme apresentado nas Figura 3,4 e 5, Cada desafio possui uma resposta correta e para respondêla o jogador deve arrastar os elementos dispostos na cena do jogo. Os elementos que interagem com o jogador possuem um peso específico definido pelo problema.
Figura 3 Exemplo 1: desafio do Matematicando
Figura 4 Exemplo 2: desafio do Matematicando
Figura 5 Exemplo 3: desafio do Matematicando
Ao responder a pergunta, uma pontuação é atribuída ao jogador com base no tempo decorrido durante a resolução do desafio e no erro ou acerto da questão, exemplificado pela Figura 6.
Figura 6 Pontuação após a resposta do desafio
Os desafios são organizados em grupos, denominados mundos (Figura 8). Cada mundo possui 9 desafios (Figura 7) e define um contexto de problemas diferentes com objetos, visual e matéria específicas.
Figura 7 Seleção de desafio
Figura 8 Seleção de mundos
No início do jogo cada mundo possui um desafio desbloqueado para jogar e à medida que o jogador conclui um desafio, conquistando pelo menos 1 estrela de recompensa, ele desbloqueia o desafio seguinte.
Os desafios sempre possuem um conjunto de objetos, um problema e o resultado do problema. O jogador então arrasta os objetos na tela do jogo para solucionar o problema especificado. Ao concluir um desafio o jogo verifica se a solução proposta está correta e inicia-se o cálculo da pontuação do jogador. A pontuação do jogo é representada através de estrelas. Elas são entregues ao jogador a cada desafio concluído com sucesso. A quantidade máxima de estrelas que se pode obter em cada desafio é três estrelas. O número de estrelas que o jogador recebe ao fim do desafio depende da quantidade de tempo que ele utilizou para propor uma solução e se ela estava correta (Figura 6). Se o jogador consumir até 1/3 do tempo máximo do desafio, ele conquista 3 estrelas, se consumir de 1/3 até 2/3 recebe 2 estrelas, se consumir mais de 2/3 recebe 1 estrela e se responder incorretamente recebe 0 estrelas. As estrelas servem para desbloquear o desafio posterior. O desbloqueio ocorre somente se o jogador obtiver pelo menos 1 estrela no ultimo desafio desbloqueado. O sistema de pontuação desempenha um papel importante no jogo, trabalhando a questão da motivação extrínseca do jogador, incentivando a competitividade e o auto-aperfeiçoamento ao buscar por melhores pontuações nos desafios. Este mecanismo encontrado nos jogos incentiva a repetição e é citado no trabalho (Layla, 2013) como um mecanismo fundamental no game design de jogos sérios voltados para a educação. O jogo é concluído no momento em que o jogador consegue desbloquear todos os mundos e todos os desafios, mas isto não impede que o jogador continue a jogá-lo. O jogador pode ainda buscar concluir 100\% do jogo, para alcançar esta porcentagem ele deve conquistar três estrelas em todos os desafios de todos os mundos do jogo.
4.2. Carga dos Desafios
As informações podem ser enviadas ao jogo através de um arquivo de texto de configuração, no formato JSON, onde são informados o desafio e a resposta. O jogo lê automaticamente o arquivo e carrega os desafios. Os cenários podem ser configurados para melhor definir a situação na qual está inserido a questão. Este arquivo contém as configurações de cada desafio, que são: texto da pergunta, resposta correta, limite de tempo, indicador de dificuldade. Um exemplo da configuração é apresentado na Figura 9. Uma proposta futura é a inclusão de uma gerenciador de desafios compartilhado entre todos os usuários do jogo que permita a fácil criação e gerenciamento do mesmo.
Figura 9 Exemplo de configuração de desafio num arquivo JSON
4.3. Módulo Professor
Com a finalidade de permitir o acompanhamento do aprendizado da turma por parte do professor, também foi disponibilizado um módulo de gerenciamento onde é possível acompanhar os dados da série histórico de tentativa de jogadas dos alunos, a pontuação média e absoluta obtida nos desafios e assim verificar em quais quesitos a turma tem tido mais facilidade e principalmente aquele em que houve dificuldade. Para o módulo ser ativado é necessário que as estações sejam configuradas para apontarem para a base de dados Parse que fica responsável por armazenar todas as informações estatísticas do sistema durante sua utilização, lembrando que é permitida a utilização em mais de uma plataforma ao mesmo tempo. Pelo motivo da configuração, foi disponibilizados duas versões do Matematicamento. A primeira, essencialmente engloba o jogo e suas funcionalidade e pode, por exemplo, ser jogada diretamente por um navegador web. A segunda necessita das configurações da base de dados. Para a segunda, o aluno também necessita informar algum identificador (Figura 10), o qual colocamos como sendo um nickname (Figura 11) gerado automaticamente, conforme exemplificado na Figura 12.
Figura 10 Tela inicial do módulo Matematicando quando ativado a função de log para dados no Parse
Figura 11 Cadastro do identificador
Figura 12 Geração automática do nick
A partir do cadastro adequado do jogador, as estatísticas poderão ser coletadas e analisadas pelo agente da educação. O módulo desenvolvido para a
análise das estatísticas é simples, mas permite ao docente verificar como anda o aprendizado através do jogo. Inicialmente o módulo apresenta a tela que informa os desafios existentes, agrupados em Temas (Figura 13). O tema corresponde a uma turma aberta na qual um determinado assunto está sendo tratado em sala de aula. A mesma interface apresenta o gráfico de tempo médio e pontuação média por desafio como verificação rápida de quais são os resultados gerais da turma. O professor ainda tem a mais uma interface que disponibiliza a informação estratificada por aluno, onde é possível verificar quais são os principais pontos fortes e fracos que o mesmo teve durante a execução do jogo.
Figura 13 Tela inicial do módulo do professor
Figura 14 EstatĂsticas de desempenho por aluno
5. Resultados Os resultados da implementação do jogo foram apresentados na seção anterior,
e
podem
ser
conferidos
através
do
link
do
projeto:
nca.ufma.br/matematicando. O Matematicando foi testado com alunos do curso de Ciência da Computação da Universidade Federal do Maranhão, que frequentavam o primeiro semestre do curso, os quais foram perguntados sobre usabilidade, modo e diversão. Ao todo foram 57 alunos. A usabilidade testa o quão simples é o entendimento da interface e suas operações básicas. Neste primeiro teste, os resultados indicam que o posicionamento das funções, assim como as funcionalidades que usam de forma geral a funcionalidade básica de jogos casuais, são facilmente percebidas pelo usuário, demonstrando portanto a interface intuitiva. O modo do jogo, puzzle, foi testado para verificar se acham adequado para a situação de aprendizado de matemática. Neste ponto, as respostas deveriam ser baseadas em como uma criança veria o jogo. A principal resposta por parte dos entrevistados diz que a vinculação de informação visual junto com as questões básicas de matemática provocam o estímulo da associação cultural com o resultado, o que pode ser levado para o mundo real se necessário. Alguns entrevistados solicitaram desafios mais difíceis. Outras respostas indicaram a necessidade de demonstrar o nível do jogador, o qual vai crescendo a medida que pontos são conseguidos além da inclusão dessa informação numa espécie de rede social para ranking. Em todas as respostas, a diversão foi sinalizada como desafiadora quando no início dos desafios, principalmente quando ocorre um erro, mas como todo jogo casual, essa diversão diminui a medida que muito tempo é gasto no jogo. Isso é normal para este tipo de jogo, e pode ser configurado através da criação de novos desafios, novos cenários, dentre outros. Outro fator importante
aqui é o relacionamento do jogo com a capacidade de nível e interação social, o que pode aumentar o entretenimento do jogo. Embora não tenha sido realizados testes diretamente com o público alvo do jogo, os resultados ainda não são positivos e indicam que a iniciativa teve boa aceitação a princípio. Além dos resultados de implementação, podemos ainda cunhar os resultados Científicos, Tecnológicos, Econômicos e Sociais.
Inicialmente,
verificamos a formação na área de jogos de todos os envolvidos, tanto discentes quanto a complementação de formação dos pesquisadores. Importante destacar que esta área de formação não está incluída nos currículos dos cursos de computação e design no Maranhão, sendo este projeto, portanto, um importante estimulante para o setor, normalmente representado principalmente por empresas ou empreendedores individuais. Este projeto ainda obteve a publicação “Matematicando: um serious game para o aprendizado da matemática através de uma visão lúdica”, na V Jornada
de
Informática
do
Maranhão,
disponível
em
http://sistemas.deinf.ufma.br/anaisjim/. Ainda está sendo preparado uma outra publicação a ser submetida para a SBGames 2015, intitulada “Uma proposta de jogo educacional configurável para o ensino de conceitos básicos de matemática”. Este último inclui todo o avanço do projeto. Este projeto ainda subsidiou a conclusão de 3 trabalhos de conclusão de curso. No cunho tecnológico os principais resultados são o desenvolvimento de técnicas que permitam a edição e configuração de jogos, no sentido de personalização da plataforma para os âmbitos dos docentes que desejam aplicar o mesmo. Ainda é inovadora a ideia de criar uma plataforma, que colhe estatísticas de utilização e permite o docente acompanhar as atividades realizadas por seus alunos, pensando em uma metodologia que possa ser aplicada em sala de aula ou acompanhar a distância as atividades destes. Todos os alunos envolvidos no projeto obtiveram uma carga de conhecimento em relação a Game Design que podem ser facilmente aplicadas
para a criação de Startups. Durante a realização do projeto, estes alunos também apresentaram seminários, ministraram cursos, apresentaram o Matematicando em grupos de desenvolvimento de jogos no Maranhão, provocando discussão e a possibilidade de abertura de novos campos de atuação econômica no estado. O jogo também apresenta interface que pode ser configurada para ambientar o jogador na cultura maranhense através da inclusão de matemática em situações reais presentes em cenários cotidianos do mesmo. A capacidade de personalização do jogo, em termos de cenários e situações é infinito, o que torna sua aplicabilidade ampla.
6. Conclusão A educação de jovens necessita esforços contínuos de adequação à prazerosa arte de aprender. O incentivo não deve estar somente na adoção de conteúdos mas também na maneira que estes conteúdos são abordados, inclusive fora de uma sala de aula. A educação permanente, interativa e prazerosa tem se destacado como o novo paradigma educacional e também, como o novo desafio. O grande desafio consiste em como adaptar conteúdos para serem tratados de maneiras diversas. O Matematicando corresponde a uma das iniciativas de tratar o ensino de elementos básicos da matemática. A proposta deste é adotar que graficamente leve o jogador a situações do cotidiano, e adaptáveis a situações presentes no meio social no qual está inserido. A percepção de que neste meio, observado rotineiramente, possui conceitos de matemática e que estes podem auxiliar no sua relação social, corresponde ao primeiro grande resultado do Matematicando. Notar a importância da matemática é também valorizá-la como a ciência que deve ser absorvida e não rejeitada. A medida que o prazer em utilizar a matemática é criado, o incentivo e apelo dos jogos continuam a motivar a prática através de desafios que repetem tarefas simples da matemática. Essas tarefas demonstram pontuação que pode ser usada como uma espécie de competitividade dos jogadores que, neste caso, competem pelo maior aprendizado. Este é um resultado positivo da utilização de jogos educacionais. Este provocam a simulação de situações preparando o indivíduo a uma situação real. O jogo apresentado neste relatório possui uma abordagem previamente validada em trabalhos relacionados e abordou de forma específica os problemas e questões encontradas nos trabalhos relacionados. O resultado final é bastante
promissor em termos de educação e de game design podendo contribuir diretamente com os novos paradigmas de ensino e aprendizagem. A tendência dos novos paradigmas exigem jogos inovadores, interativos, dinâmicos e que possam ser facilmente editável, como o que fora aqui desenvolvido. E o Módulo do Professor também mostra-se uma ferramenta útil para o educador visto que este poderá obter um relatório em tempo real do uso do jogo pelos seus educandos.
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