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DESENVOLVIMENTO DE UM SOFTWARE (JOGO 3D) PARA O ENSINO-
APRENDIZAGEM DE QUÍMICA NA EDUCAÇÃO BÁSICA
DEVELOPMENT OF A SOFTWARE (3D GAME) FOR TEACHING AND
LEARNING CHEMISTRY IN BASIC SCHOOL
Luis Fernando Soares1
Universidade Federal de São João del-Rei, Minas Gerais
Heitor Antônio Gonçalves2
Universidade Federal de São João del-Rei, Minas Gerais
Eudson Carlos Souza Magalhães
Universidade de Itauna, Minas Gerais
Resumo
A introdução de Novas Tecnologias de Informação e Comunicação (NTICs) nos conteúdos
escolares e em particular no de Química, tende a ser uma necessidade na procura da melhoria da
qualidade no processo de ensino e de aprendizagem. Faz-se necessário o desenvolvimento de novos
softwares educacionais que consigam atrair a atenção do aluno. O objetivo de nosso trabalho é
desenvolver um software na forma de um jogo 3D com conteúdos de Química que auxilie alunos e
professores no que se refere ao ensino e aprendizagem e capacitar alunos e professores em novas
tecnologias de informação e comunicação referentes a jogos educacionais. O protótipo foi testado
em um grupo de 10 alunos de graduação do curso de Farmácia da UFSJ-CCO em Divinópolis.
Palavras-chave Jogos educacionais, Unreal Engine, Química
Abstract
Introduction of New Technologies of Information and Communication (NTIC) in school subjects,
and in particular in chemistry tends to be a need in the teaching and learning. It is necessary, the
development of new educational software can hold the attention of the student. The objective of this
project is to develop a software in the form of a 3D game with content that helps chemistry students
and teachers with regard to teaching and learning and enable students and teachers in new
technologies of information and communication relating to educational games. The prototype was
tested on a group of 10 undergraduates in Pharmacy Course UFSJ-CCO Divinópolis.
Keywords Educational Games; Unreal Engine; Chemistry
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1. Introdução
Nas últimas décadas, tanto a rede particular de ensino como o Governo Municipal, Estadual e
Federal tem investido em equipamentos de informática para as escolas públicas. Teoricamente, isso
deveria favorecer a aprendizagem em todos os níveis, porém, de modo geral, isso não está
acontecendo. Dados do Sistema Nacional de Educação Básica (SAEB) mostram que o desempenho
dos alunos está estagnado ou caindo. O que se observa é o aumento de alunos com acesso à rede
mundial de computadores, com possibilidades de dilatar os conhecimentos em todas as áreas, o que
sem dúvida ajuda o acesso rápido a informações com resultados satisfatoriamente confiáveis.
No entanto a utilização da informática pode e deve ser mais abrangente. O uso de softwares como
ferramenta de ensino ainda está engatinhando, devido ao alto custo para as escolas. Além disso
pode ocorrer variações em função da metodologia do professor, o que torna necessário que a escola
adquira vários tipos de softwares. A maior parte dos alunos, hoje em dia, já conhece jogos em 3D
(videogames ou jogos de computador), isso algumas vezes pode desmotivá-los a usar alguns
softwares escolares devido a sua simplicidade em relação aos softwares gráficos. Portanto tornam-
se necessários novos softwares educacionais com mais poder de motivação, aumentando sua arte
gráfica, colocando os alunos no mundo 3D e aproveitando essa situação para aumentar seus
aprendizados. Pretende-se, portanto investigar que tipos de softwares educacionais podem favorecer
a aprendizagem da química a partir do desenvolvimento de jogos em 3D.
A etapa de desenvolvimento e pesquisa do projeto foi realizada no Laboratório de Desenvolvimento
de Materiais Pedagógicos da Universidade Federal de São João del Rei – Campus CCO-Dona Lindu
– Divinópolis – MG e a etapa de extensão foi realizada nas escolas selecionadas pela Secretaria
Estadual de Educação das macro-regiões de Divinópolis e de São João del-Rei. Uma das metas do
projeto é que os professores das escolas selecionadas tenham conhecimento sobre NTIC´s (Novas
Tecnologias de Informação e Comunicação) no ensino-aprendizagem de ciências naturais e, em
nosso caso, da Química. Preocupou-nos que em NTIC´s os jogos de computadores em 3D e os
princípios lúdicos tornem o aprendizado da Química melhor e mais prazeroso, abordando os
mesmos conteúdos científicos do programa escolar, contribuindo assim para a melhoria do ensino
desta disciplina.
2. Fundamentação Teórica
A Química é uma ciência que há muito tempo influencia diretamente na vida das pessoas.
Entretanto, uma grande parte de seu conteúdo envolve conceitos abstratos, complexos e com seus
conhecimentos que se acumulam, tornando esta ciência difícil de ser aprendida, na maioria das
vezes em função do grau de maturidade do aluno. Para Luz Junior et al. (2004), ela é uma das
ciências que sofreu maior impacto, tanto pela mudança de paradigma teórico no início do século
passado, com o advento da mecânica quântica, quanto pelo notório crescimento na capacidade dos
computadores. A Química é hoje uma ciência central no entendimento da revolução científica em
andamento, tanto por suas interfaces com a Biologia, Física, Engenharia, quanto por suas aplicações
em Agronomia, Ciência dos Alimentos, Farmacologia, dentre outras.
Em todos os níveis de ensino, estudantes mostram desmotivação para esta ciência e geralmente
questionam a necessidade de estudar Química. Uma das causas do fracasso do ensino de Química
está relacionada à metodologia de trabalho em sala de aula, que é inadequada para que o aluno
atinja um desenvolvimento intelectual suficiente para proporcionar a aprendizagem de conteúdos
desta disciplina (Zanon et al., 2004).
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Em alguns casos, o ensino de Química assume um nível de dificuldade muitas vezes insuperável
para a maioria dos alunos. Este fato pode estar relacionado a abordagens feitas de formas
desinteressantes, com enfoque na memorização de informações irrelevantes e esquecendo-se do
"aspecto lúdico" da aquisição de conhecimentos, ou seja, do prazer pela descoberta.
As atividades lúdicas, no Ensino Fundamental e Médio, são práticas privilegiadas para a aplicação
de uma educação que vise o desenvolvimento pessoal do aluno e a atuação em cooperação na
sociedade. São também instrumentos que motivam, atraem e estimulam o processo de construção
do conhecimento, podendo ser definida, de acordo com Soares (2004), como uma ação divertida,
seja qual for o contexto lingüístico, desconsiderando o objeto envolto na ação. Se há regras, essa
atividade lúdica pode ser considerada um jogo.
Nesse contexto, Zanon et al. (2008) relatam que as práticas pedagógicas se efetivam, em sala de
aula e nos laboratórios de ensino, com o uso de diferentes recursos didáticos como textos escritos
dos mais variados gêneros, imagens e softwares. Segundo os Parâmetros Curriculares Nacionais –
Ensino Médio (Brasil, 1998), a Química, como disciplina escolar, é um instrumento de formação
humana, um meio para interpretar o mundo e interagir com a realidade. A compreensão dos
conteúdos da Química está relacionada com uma nova visão da ciência e de conhecimento científico
que não se configura num corpo de teorias e procedimentos de caráter positivista, e, sim, como
modelos teóricos social e historicamente produzidos. Esses modelos, que constituem uma dentre
outras formas de se explicar a realidade complexa e diversa, se expressam em códigos e símbolos
da Química que, apesar de ter um potencial explicativo, também têm suas limitações.
Um dos recursos que mais cresceu nas últimas décadas foi a informática. Além de ser um objeto de
estudo, Souza et al. (2004) mostram a informática como uma importante ferramenta transdisciplinar
que pode servir de apoio e dinamizar o aprendizado em todas as áreas e componentes curriculares.
Ao trabalhar com o computador, em um ambiente diferente da sala de aula, o jovem pode revelar
conhecimentos que já construiu, podendo encontrar um campo aberto para novas descobertas e
desenvolver um aprendizado prazeroso, espontâneo e criativo.
É sempre importante lembrar que o computador não será capaz de substituir a pesquisa, a aula de
laboratório ou a aula presencial. Além do efeito visual propriamente dito, existem outras
habilidades e procedimentos que estão relacionados à pesquisa científica que só podem ser
proporcionadas por uma vivência prática com equipamento.
O ensino da Química mediado por computador pode ser realizado através de tutoriais (Tutoriais
(2010)), uso de multimídia (Eichler e Del Pino, 2000) e Internet (Trassi et al., 2001),
desenvolvimento de multimídia ou páginas na Internet, simulação e modelagem, além de jogos.
Segundo Eichler e Del Pino (1988), a abordagem cognitivista se manifesta nos programas que
possuem técnicas de simulação, modelagem e jogo. Nesta abordagem, a construção do
conhecimento é contínua e caracterizada por formação de novas estruturas mentais que não existiam
no indivíduo anteriormente. O aluno aprende por si próprio a conquistar as verdades, informações,
modelos, através da aquisição de instrumental lógico-racional. O objeto é assimilado e associado a
esquemas mentais, baseando-se no ensaio-erro, na pesquisa, na investigação e na solução de
problemas.
Assim, quando se trabalha com softwares para o ensino da química deve se levar em consideração
que tipo de informações ele deverá mostrar aos alunos para facilitar sua aprendizagem para se
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pensar no desenho básico do programa. Com esse tipo de raciocínio, podemos pensar que jogos de
computador com um bom desenho pode ser utilizado como ferramenta para o ensino de Química.
Segundo Kishimoto (1994), o jogo, considerado um tipo de atividade lúdica, possui duas funções: a
lúdica e a educativa. Elas devem estar em equilíbrio, pois se a função lúdica prevalecer, não passará
de um jogo e se a função educativa for predominante será apenas um material didático. Os jogos se
caracterizam por dois elementos que apresentam: o prazer e o esforço espontâneo, além de
integrarem as várias dimensões do aluno, como a afetividade e o trabalho em grupo. Assim sendo
eles devem ser inseridos como impulsores nos trabalhos escolares. Os jogos são indicados como um
tipo de recurso didático educativo que podem ser utilizados em momentos distintos, como na
apresentação de um conteúdo, ilustração de aspectos relevantes ao conteúdo, como revisão ou
síntese de conceitos importantes e avaliação de conteúdos já desenvolvidos (CUNHA; 2004).
Para Zanon et al. (2008), os jogos podem ser considerados educativos se desenvolverem habilidades
cognitivas importantes para o processo de aprendizagem - resolução de problemas, percepção,
criatividade, raciocínio rápido, dentre outras habilidades. E se o jogo, desde seu planejamento, for
elaborado com o objetivo de atingir conteúdos específicos e para ser utilizado no âmbito escolar
denominamos tal jogo de didático. Mas, se o jogo não possuir objetivos pedagógicos explícitos e
sim ênfase ao entretenimento, então os caracterizamos de entretenimento.
Alguns autores, como Cunha (1998), Gomes e Friedrich (2001), Kishimoto (1996) citados por
Zanon et al. (2008), mostraram que o jogo pedagógico ou didático tem como objetivo proporcionar
determinadas aprendizagens, diferenciando-se do material pedagógico, por conter o aspecto lúdico e
por ser utilizado para atingir determinados objetivos pedagógicos, sendo uma alternativa para
melhorar o desempenho dos estudantes em alguns conteúdos de difícil aprendizagem. Nessa
perspectiva, o jogo não é o fim, mas o eixo que conduz a um conteúdo didático específico,
resultando em um empréstimo da ação lúdica para a aquisição de informações.
Com a facilidade da obtenção de softwares gratuitos e compatíveis com o desenvolvimento de jogos
cada vez mais complexos e utilizando maior quantidade de desenhos gráficos, o desenvolvimento
de jogos cresceu muito nas últimas décadas.
Vários jogos de computador já são utilizados para o ensino de Química, como por exemplo, no
software Carbopolis (Eichler et al., 2005) é utilizado um desenho de uma cidade que tem
preocupação com o meio ambiente ou no Elementeo (2010), um jogo em duas dimensões,
mostraram que essas ferramentas auxiliam o ensino-aprendizagem da Química. Em nosso trabalho
temos como desafio: a)Tornar o jogo didático mais atrativo, pois com a presença de jogos de
computadores e videogames com um padrão de imagens e gráficos cada vez mais impressionante,
um jogo didático simples não conseguirá prender a atenção dos alunos a tal ponto que o conteúdo
pedagógico fique em segundo plano; b) Incluir o professor como peça fundamental no planejamento
e desenvolvimento dos jogos em função de seu conhecimento na vivência dos alunos; c) Estudar
novos tipos de programação para preparar jogos em 3D com características mínimas de jogos de
videogames que ao mesmo tempo consigam atrair os alunos e facilitar a aprendizagem do ensino da
Química.
Nas últimas décadas surgiram inúmeros programas através do que são possíveis desenvolver jogos
em 3D, mas a maioria tem um alto custo e são necessário programas auxiliares de modelagem que
também são caros. Assim, a melhor maneira é trabalhar com programas disponíveis gratuitamente
ou de baixo custo e que tenham propriedades características dos desenvolvedores de jogos.
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Atualmente, com a disponibilização do Unreal Engine da plataforma Unreal Development Kit,
UDK, (Unreal, 2010) para desenvolvimentos de jogos gratuitos houve uma revolução na produção
de jogos. O Unreal Engine é um motor de jogo desenvolvido pela Epic Games. Usado pela primeira
vez em 1998 no jogo de tiro em primeira pessoa Unreal, ele tem sido a base de muitos jogos, como
por exemplo: Unreal Tournament, Deus Ex, Turok, Tom Clancy's Rainbow Six 3.: Raven Shield,
Tom Clancy's Rainbow Six: Vegas, America's Army, Red Steel, Gears of War, BioShock, BioShock
2 e muitos outros. Embora usada inicialmente para jogos de tiro em primeira pessoa, ela tem sido
usada com sucesso em uma grande variedade de gêneros de jogos. Seu núcleo é escrito em C++,
dando ao motor, um alto grau de portabilidade, suportando muitas plataformas, incluindo Microsoft
Windows, Linux, Mac OS e Mac OS X em computadores pessoais, e os consoles Dreamcast, Xbox,
Xbox 360, PlayStation 2, PlayStation 3 e Wii.
O objetivo desse projeto foi desenvolver um jogo 3D com formato atraente para facilitar o
aprendizado de alguns conceitos químicos à alunos do Ensino Fundamental e Médio de escolas
municipais e estaduais das macro-regiões de Divinópolis e de São João del-Rei e estudar seu efeito
no processo de ensino-aprendizagem. No jogo o aluno irá caminhar por ambiente virtual conhecido
(escola) onde encontrará questões para serem respondidas que darão acesso a outros ambientes
virtuais não conhecidos (representação de moléculas, orbitais, vidrarias, ...).
3. Metodologia
O jogo 3D foi elaborado na plataforma Unreal Development Kit (UDK). Este programa é a versão
Free (com licença gratuita para fins educativos não comerciais) de uma das maiores e mais
completas engine usadas na produção de Jogos e possui todas as tecnologias da Unreal Engine 3.
Nessa plataforma (Figura 1), algumas formas geométricas básicas como boxes, esferas, escadas,
planos e cilindros são pré-existentes e os modelos mais complexos são importados de programas
geradores de modelagem 3D para sua biblioteca (Content Browser, Figura 2) para ser adicionado no
ambiente virtual.
Figura 1: Ambiente de desenvolvimento da plataforma UDK.
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Figura 2: Biblioteca Content Browser da plataforma UDK.
Os objetos que são animados no ambiente virtual podem ser importados ou programáveis a partir do
UnrealScript (Linguagem de programação orientado a objeto) e Kismet (Um sistema de script
visual, Figura 3).
Figura 3: Sistema Kismet de script visual da plataforma UDK.
Os ambientes do jogo 3D foram divididos em dois tipos: um ambiente virtual de uma escola
convencional com salas de aulas, quadras, biblioteca, parque de recreação e secretaria e um
ambiente virtual imaginário com objetos em proporções aumentadas.
Na ação piloto do jogo em 3D foram escolhidos como sujeitos um grupo de 10 alunos de graduação
do curso de Farmácia da UFSJ-CCO e os critérios analisados nos testes foram relativos à
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jogabilidade, arte gráfica e erros (bugs) nos ambientes. Os alunos foram separados em dois grupos
em salas de aulas contendo um notebook ligado a uma tela de projeção. Em grupo (Grupo I) foi
solicitado que eles seguissem as orientações do jogo e para o outro grupo (Grupo II) que eles não se
preocupassem com as orientações, e sim brincassem com o jogo de acordo com suas ideias. Sobre a
jogabilidade investigamos os seguintes aspectos junto aos alunos: os modelos 3D utilizados nas
diversas fases do jogo; a "realidade" das simulações encontrados no ambiente virtual quando
comparado à situações no ambiente real conhecido por eles; a facilidade/dificuldade de jogar
incluindo-se neste aspecto a mobilidade nas fases do jogo e a compreensão dos conceitos
envolvidos.
Para analisar os dados coletados sobre o desenvolvimento do jogo com os estudantes da escola
básica foi escolhida a abordagem qualitativa, tendo em vista os objetivos deste trabalho,
principalmente na compreensão de como o conhecimento surge nas interações entre os sujeitos e as
situações problema surgidas no jogo. Um dos princípios da pesquisa qualitativa, segundo Bogdan e
Biklen (1994), é que o significado que as pessoas dão aos acontecimentos é de fundamental
importância, ou seja, o pesquisador preocupa-se com as perspectivas participantes. Ao apreender as
perspectivas dos participantes, a investigação qualitativa procura dar luz sobre a dinâmica interna
das situações normalmente invisível para um observador externo.
3. Resultados e discussões
No ambiente do jogo, o aluno caminha em um ambiente escolar já conhecido onde encontrará um
pátio (Figura 4) com quadra, árvores e alguns brinquedos, salas de aula (Figura 5) com carteiras e
quadro, secretaria, biblioteca, cantina e um laboratório de Química (Figura 6)
Figura 4: Representação do pátio no ambiente escolar virtual.
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Figura 5: Representação de uma sala de aula do ambiente escolar virtual.
Figura 6: Representação de um laboratório de Química do ambiente escolar virtual.
O protótipo foi implementado com o grupo de 10 alunos contendo questões sobre a jogabilidade,
arte gráfica e erros (bugs) nos ambientes consultados. Em relação a jogabilidade, os dois grupos de
alunos acharam o jogo muito fácil de usar. O Grupo I, como esperado, finalizou o jogo em um
tempo menor, encontrando as questões e entendendo como as respostas são utilizadas. O Grupo II,
mesmo não sendo seu objetivo e gastando mais tempo também encontrou as questões e finalizaram
o jogo.
Do grupo estudado, 40% jogam videogames usualmente e responderam que gostaram muito da arte
gráfica dando algumas sugestões em relação ao menu do jogo. Os 60%, mesmo não tendo muito
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contato com jogos, responderam que gostaram da parte gráfica devido a fácil visualização dos
objetos 3D mostrados. O grupo ao testar encontrou alguns erros que estão sendo corrigidos.
4. Conclusões
A etapa da preparação do protótipo foi concluída com êxito. Na fase da ação piloto do jogo foram
colhidas dos alunos de graduação algumas sugestões que estão sendo analisadas além de erros
detectados que estão sendo corrigidos. Após a análise dos resultados desta etapa passaremos à etapa
seguinte na qual pretendemos aplicar o jogo em turmas de alunos da Escola Básica quando
finalmente construiremos a versão final para alunos do Ensino Médio.
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