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UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA TERRA E DO MAR

CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO

SISTEMA INTELIGENTE PARA MATEMÁTICA BÁSICA

Área de Informática na Educação

por

Diana de Sá

Célia Regina Pedro, M. Sc. Orientadora

Anita Maria da Rocha Fernandes, Dra. Co-orientadora

Itajaí (SC), julho de 2007

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UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA TERRA E DO MAR

CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO

SISTEMA INTELIGENTE PARA MATEMÁTICA BÁSICA

Área de Informática na Educação

por

Diana de Sá Relatório apresentado à Banca Examinadora do Trabalho de Conclusão do Curso de Ciência da Computação para análise e aprovação. Orientadora: Célia Regina Pedro, M. Sc.

Itajaí (SC), julho de 2007

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DEDICATÓRIA

Dedico este trabalho, em especial a meus pais, Leoni M. de Sá, Epaminondas A. de Sá, a minha amada irmã Walquiria de Sá e a minha querida amiga Célia Regina Martins, os quais

acreditaram na minha capacidade e estiveram ao meu lado todos os tempos, tanto nos momentos de alegrias e tristeza.

iv

AGRADECIMENTOS

Primeiramente quero agradecer a Deus, Senhor da minha existência. “Porque dele e por ele,

e para ele, são todas as coisas; glória, pois, a ele eternamente. Amém!” Rom (11:36)

Aos meus pais, pela educação que me deram, sempre incentivando os estudos.

A minha irmã Walquiria que de certa forma foi responsável pela minha volta à faculdade.

Ao meu querido e muito amado noivo Rômulo, pelo incentivo e colaboração nessa reta final

que foram tão fundamentais.

A minha grande amiga Célia, por estar ao meu lado em todos os momentos.

A minha orientadora Célia Pedro, pela dedicação e comprometimento com este trabalho.

A minha co-orientadora Anita Fernandes, sem os puxões de orelha dela este trabalho não

estaria concluído. Sei que ela deseja o melhor para seus alunos. Obrigada por tudo.

Aos demais membros da banca Rudimar, Josane e Cirlei, por compartilharem suas

experiências profissionais.

A Marlei, pelo apoio e incentivo.

E a todos que diretamente ou indiretamente contribuíram de alguma forma para a conclusão

deste trabalho, mas que não foram citados por algum motivo.

v

SUMÁRIO

LISTA DE ABREVIATURAS................................................................vii LISTA DE FIGURAS ............................................................................viii LISTA DE TABELAS..............................................................................ix

RESUMO ...................................................................................................x

ABSTRACT ..............................................................................................xi 1 INTRODUÇÃO...................................................................................12 1.1 PROBLEMATIZAÇÃO ................................................................................... 13 1.1.1 Formulação do Problema ............................................................................... 13 1.1.2 Solução Proposta ............................................................................................. 14 1.2 OBJETIVOS ...................................................................................................... 14 1.2.1 Objetivo Geral ................................................................................................. 14 1.2.2 Objetivos Específicos ...................................................................................... 14 1.3 METODOLOGIA.............................................................................................. 15 1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO ..................................................................... 15

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .....................................................17 2.1 INFORMÁTICA NA EDUCAÇÃO................................................................. 17 2.1.1 Histórico da Informática na Educação no Brasil......................................... 17 2.1.2 Informática na Educação Matemática.......................................................... 18 2.2 CLASSIFICAÇÃO DOS SOFTWARE EDUCACIONAIS .......................... 20 2.2.1 Sistemas Tutores Inteligentes ........................................................................ 22 2.2.2 Sistemas Especialistas..................................................................................... 25 2.3 EXEMPLOS DE SISTEMAS INTELIGENTES ........................................... 29 2.3.1 Scholar.............................................................................................................. 29 2.3.2 Ms. Lindquist Tutor........................................................................................ 30 2.3.3 Quero-Quero aprender Matemática ............................................................. 31 2.3.4 Trilha Matemática .......................................................................................... 34 2.3.5 Mr. Math 2000................................................................................................. 36

3 DESENVOLVIMENTO .....................................................................39 3.1 REQUISITOS .................................................................................................... 39 3.1.1 Requisitos funcionais ...................................................................................... 39 3.1.2 Requisitos não funcionais ............................................................................... 40 3.2 MODELAGEM DO SISTEMA........................................................................ 40 3.2.1 Regras de Negócio ........................................................................................... 40 3.2.2 Diagrama de Caso de Uso............................................................................... 41 3.2.3 Diagrama de Atividades ................................................................................. 46 3.3 IMPLEMENTAÇÃO ........................................................................................ 47 3.3.1 As Regras ......................................................................................................... 52

vi

3.3.2 Mapa do Site .................................................................................................... 54 3.3.3 Tela de Login ................................................................................................... 55 3.3.4 Módulo Administrador................................................................................... 56 3.3.5 Módulo Professor ............................................................................................ 58 3.3.6 Módulo Aluno.................................................................................................. 59

4 CONCLUSÕES...................................................................................63

BIBLIOGRafia ........................................................................................64

GLOSSÁRIO ...........................................................................................67

vii

LISTA DE ABREVIATURAS

CAI Computer Assidet Instruction CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CTTMAR Centro de Ciências Tecnológicas da Terra e do Mar EDUCOM Educação por Computador IA Inteligência Artificial ICAI Intelligent Computer Assidet Instruction IE Informática na Educação ILE Intelligent Learning Enviromments ITS Intelligent Tutoring Systems FACIN Faculdade de Informática LEC Laboratório de Estudos Cognitivos MEC Ministério da Educação MIT/USA Massachusetts Institute of Technology / United States of America NASA National Aeronautics and Space Administration NCE Núcleo de Computação Eletrônica PHP Processor Hypertext PROINFO Programa Nacional de Informática na Educação SBCs Sistemas Baseados em Conhecimento STI Sistema Tutor Inteligente TCC Trabalho de Conclusão de Curso UFRGS Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro UNICAMP Universidade de Campinas UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Esquema de ensino através do computador. .......................................................................19 Figura 2. A integração da informática nas situações de ensino. ........................................................20 Figura 3. Taxonomia para software educacionais. .............................................................................21 Figura 4. Arquitetura clássica de um STI...........................................................................................24 Figura 5. Arquitetura básica dos Sistemas Especialistas....................................................................27 Figura 6. Tela inicial do software.......................................................................................................32 Figura 7. Tela de seleção da atividade. ..............................................................................................33 Figura 8. Visão geral da Trilha Matemática.......................................................................................35 Figura 9. Tela inicial do Mr. Math 2000. ...........................................................................................37 Figura 10. Tela ilustrativa de entrada de dados..................................................................................38 Figura 11. Requisitos funcionais. .......................................................................................................39 Figura 12. Requisitos não funcionais. ................................................................................................40 Figura 13. Diagrama de casos de uso do professor. ...........................................................................41 Figura 14. Diagrama de casos de uso do aluno. .................................................................................44 Figura 15. Diagrama de casos de uso do administrador do sistema...................................................45 Figura 16. Diagrama de atividades.....................................................................................................46 Figura 17. Diagrama de entidade-relacionamento. ............................................................................48 Figura 18. Árvore dos tópicos ............................................................................................................51 Figura 19. Árvore da seqüência de exercícios....................................................................................52 Figura 20. Regras do sistema especialista..........................................................................................53 Figura 21. Comandos no CLIPS ........................................................................................................53 Figura 22. Código no PHP .................................................................................................................54 Figura 23. Mapa do site......................................................................................................................55 Figura 24. Tela de login .....................................................................................................................56 Figura 25. Tela do administrador do sistema .....................................................................................57 Figura 26. Tela do professor ..............................................................................................................58 Figura 27. Tela do aluno ....................................................................................................................59 Figura 28. Tela de exercícios .............................................................................................................60 Figura 29. Tela do Relatório de Desempenho....................................................................................61 Figura 30. Tela do Relatório de Desempenho - continuação .............................................................62

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Distribuição das atividades.................................................................................................33 Tabela 2. Comentários sobre as sessões da Trilha Matemática .........................................................36 Tabela 3. Tabela professores (t_professores) .....................................................................................48 Tabela 4. Tabela de alunos (t_alunos)................................................................................................49 Tabela 5. Tabela de tópicos (t_topicos) .............................................................................................49 Tabela 6. Tabela de questões (t_questoes) .........................................................................................49 Tabela 7. Tabela de alternativas (t_alternativas)................................................................................49 Tabela 8. Tabela que armazena respostas do aluno (t_aluno_questões) ............................................50 Tabela 9. Tabela de turmas (t_turmas)...............................................................................................50

x

RESUMO

SÁ, Diana de. Sistema Inteligente para Matemática Básica. Itajaí, 2006. 50f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Ciência da Computação)–Centro de Ciências Tecnológicas da Terra e do Mar, Universidade do Vale do Itajaí, Itajaí, 2007. Professores de Matemática estão constantemente buscando novas soluções e novas formas para ensinar Matemática. Ao longo da história da educação, esta disciplina tem sido ensinada utilizando uma pedagogia que estimula a prática da memorização de fórmulas, regras e conceitos. E isso tem refletido no ensino superior. Professores dos cursos de graduação têm percebido que uma das principais dificuldades dos alunos no processo de aprendizagem da disciplina de Matemática no ensino superior, deve-se à falta de assimilação dos conceitos básicos no ensino fundamental. E é neste contexto que a informática se aplica. O objetivo da informática na educação é auxiliar o processo educacional para que o mesmo venha formar alunos mais críticos, formadores de opinião e até mesmo construtores do seu próprio conhecimento. Os softwares educacionais podem favorecer o desenvolvimento de atitudes mais positivas em relação à Matemática, revitalizando as formas de aprendizagem desta disciplina, tornando o aprendizado de fórmulas, cálculos e conceitos mais interessantes. Diante dos fatos desenvolveu-se um Sistema Inteligente via web, que teve como base um Sistema Especialista, onde o aluno pode ler, aprender e aperfeiçoar seus conhecimentos em Matemática básica, além de interagir com o sistema através dos exercícios propostos. Além disso, o sistema objetiva fornecer ao professor informações suficientes para análise de desempenho do aluno. Palavras-chave: Sistemas Tutores. Inteligência Artificial. Matemática.

xi

ABSTRACT

Mathematics teachers are constantly searching new solutions and forms to teach Mathematics. Throughout the history of the education, this discipline has been taught using a pedagogy that stimulates the memorization practice of formulae, rules and concepts. And this has reflected in superior education. Professors of the graduation courses have perceived that one of the main difficulties of pupils in the process of learning Mathematics discipline in superior education, it is applied the lack of assimilation of the basic concepts in basic education. And computer science is applied in this context. The objective of computer science in the education is to help the educational process so that the same forms more critical pupils, formers of opinion and even though constructors of their proper knowledge. Educational software can help the development of more positive attitudes in relation to Mathematics, revitalizing the forms of learning of this discipline, becoming more interesting the learning of formulae, calculous and concepts. With the facts an Intelligent System was developed via web, that had as base a Specialist System, where the pupil could read, learn and improve his/her knowledge in basic Mathematics, beyond interacting with the system through the considered exercises. Moreover, the system aims to provide to the professor enough information to analyse the pupil’s performance. Keyword: Tutorial systems. Artificial intelligence. Mathematics.

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1 INTRODUÇÃO

Existem muitas reflexões com relação à Matemática no Ensino Fundamental quanto às

possibilidades de mudança pedagógica, pois há a necessidade de repensar a relação do aluno com a

disciplina e sua participação em sala de aula. O ambiente que se propõe a este tipo de ação

pedagógica deve ser positivo, motivando os alunos a propor soluções, explorar possibilidades,

levantar hipóteses validando suas próprias conclusões. Como afirma D’Ambrósio (2000) até as

respostas “incorretas” devem constituir a riqueza do processo de aprendizagem e devem ser

exploradas e utilizadas de maneira a gerar novos conhecimentos, novas questões, novas

investigações ou um refinamento das idéias existentes.

A dificuldade dos estudantes no que se refere à resolução de problemas matemáticos deve-

se, na maioria dos casos, à falta de compreensão de conceitos fundamentais da Matemática, aliada a

uma pedagogia que estimula à prática da memorização de fórmulas, regras e conceitos. E isso se

reflete no ensino superior. Professores de curso de graduação têm observado que uma das grandes

dificuldades dos alunos na disciplina de Matemática, referem-se à deficiência da assimilação do

conteúdo matemático básico do ensino fundamental. Em Matemática, as tecnologias de

comunicação podem servir como fonte de informação; como recurso auxiliar no processo de

construção do conhecimento; como meio para desenvolver a autonomia, porque possibilitam

pensar, refletir e criar soluções; também podem servir como ferramenta para realizar atividades

(como usar planilhas eletrônicas, processadores de texto ou bancos de dados). Segundo Papert

(1985) o desenvolvimento cognitivo é mais eficazmente alcançado com o computador, o qual

acelera a passagem do pensamento infantil para o pensamento adulto. Para ele, esta tecnologia

transforma-se numa poderosa ferramenta para ajudar a pensar com inteligência e emoção, sendo,

pois revolucionária.

Lévy (1996) propõe o uso criativo do computador, deslocando-se a preocupação do objeto –

computador, programas, módulos técnicos – para o projeto, o ambiente cognitivo, a rede de relações

humanas que se quer instituir, as competências intelectuais que são possíveis desenvolver, as

relações entre diferentes áreas do conhecimento.

Diante dos fatos apresentados, este trabalho visou desenvolver um Sistema Inteligente, que

teve por objetivo detectar e verificar os conhecimentos de Matemática básica dos alunos

ingressantes no Curso de Ciência da Computação. Os Sistemas Tutores Inteligentes (STIs) são

13

programas de computador que utilizam técnicas da IA para representar o conhecimento e levar a

termo uma interação com o aluno. (SLLEMAN, 1982 apud VICARI & GIRAFFA, 2003, p. 143).

Um exemplo de software similar ao Sistema Inteligente proposto é o software educacional

Quero-Quero Aprender Matemática. O Quero-Quero é um ambiente educacional composto por um

conjunto de atividades relacionadas a operações básicas de aritmética elementar. Com intuito de

ampliar o potencial pedagógico do ambiente, em nível de utilização por parte dos alunos e

professores, foi criado um assistente inteligente, modelado usando a tecnologia de agentes. O

objetivo do assistente é fornecer ajuda aos usuários que interagem com o programa. Todas as

interações são armazenadas em um banco de dados, a fim de serem analisadas pelo professor.

(COMUNELLO JR, SANTOS E GIRAFFA, 2002).

Sendo assim, esse Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) apresenta o desenvolvimento de

um sistema onde o aluno pode ler, aprender e aperfeiçoar seus conhecimentos em Matemática

básica, além de interagir com o sistema através dos exercícios propostos. A execução deste sistema

se justifica, pois o aluno ao final dos exercícios poderá ver seus acertos e erros por tópicos e pelas

características dos exercícios. Além disso, o sistema gerencia esses resultados, possibilitando ao

professor chegar a várias conclusões úteis como, por exemplo, o tópico matemático em que os

alunos têm maior dificuldade, para buscar qual a melhor estratégia para o aluno aprender.

O conteúdo e exercícios que fazem parte desse sistema estão baseados nos conteúdos

utilizados na disciplina de Álgebra Linear do Curso de Ciência da Computação da Universidade do

Vale do Itajaí, cuja ementa é: Matrizes. Determinantes. Sistemas de equações lineares. Sistema de

coordenadas. Vetores. Operações com vetores. Transformações lineares. Espaços vetoriais.

Autovalores e autovetores.

1.1 PROBLEMATIZAÇÃO

1.1.1 Formulação do Problema

Professores de Matemática do Curso de Ciência da Computação perceberam a dificuldade

dos alunos calouros na aprendizagem da disciplina de Álgebra Linear. De acordo com os

professores, essa dificuldade deve-se principalmente a falta de assimilação da Matemática básica do

ensino fundamental. Isso faz com que se perca muito tempo em revisões, antes de iniciar a

disciplina propriamente dita.

14

1.1.2 Solução Proposta

A solução proposta visou desenvolver um Sistema Inteligente para auxiliar os alunos na

aprendizagem da Matemática básica. O processo se deu da seguinte maneira: antes de iniciar a

disciplina de Álgebra Linear o aluno fará uma revisão do conteúdo de Matemática no sistema. O

conteúdo foi dividido em seis tópicos (Expressões Numéricas – Tópico 1, Álgebra – Tópico 2,

Equações do 1° grau – Tópico 3, Equações do 2° grau – Tópico 4, Sistemas de Equações – Tópico 5

e Problemas Matemáticos – Tópico 6). Ao entrar no sistema o aluno deverá fazer uma série de

exercícios referentes a cada tópico. Inicia com exercícios de Expressões Numéricas, e só poderá

passar para o próximo tópico se o seu índice de acertos for igual ou superior a 60%. Se não acertar a

porcentagem exigida, o aluno é orientado a procurar apoio material. Os anexos I e II contém alguns

exemplos dos exercícios que farão parte do sistema. À medida que o aluno for errando ou

acertando, o sistema vai orientá-lo em que direção deverá seguir. No final, ou quando desejar, o

aluno poderá visualizar o seu desempenho nos exercícios. O professor, por sua vez, poderá analisar

o desempenho dos seus alunos através dos relatórios e verificar os tópicos em que os alunos têm

maior dificuldade. Além disso, o professor poderá cadastrar novos exercícios e conteúdos

relacionados a cada tópico.

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Objetivo Geral

O objetivo geral deste TCC foi desenvolver um Sistema Inteligente via Web, onde os alunos

ingressantes no curso de Ciência da Computação possam testar, avaliar e aperfeiçoar seus

conhecimentos em Matemática básica através do conteúdo apresentado e dos exercícios propostos.

1.2.2 Objetivos Específicos

Foram objetivos específicos deste trabalho:

• Pesquisar e análisar software similares;

• Determinar o conteúdo e lista de atividades que fazem parte do TCC;

• Determinar a técnica de IA (Inteligência Artificial) que foi utilizada pelo sistema;

• Estudar e aprender os conceitos e ferramentas computacionais necessárias à

implementação do software;

15

• Realizar a modelagem do sistema;

• Implementar o sistema;

• Testar e validar a implementação do sistema; e

• Testar e validar a utilidade/funcionalidade do sistema.

1.3 Metodologia

A metodologia adotada para o desenvolvimento deste TCC, seguiu as seguintes etapas:

1. Pesquisa através da internet, por sites de procura como o Google, Yahoo!, Scholar

Google, livros que referenciam esse assunto e anais de congressos da área. A pesquisa

buscou software e sites que indicaram projetos semelhantes, sendo efetuada uma análise

levantando as características, vantagens, desvantagens e limitações relacionadas às suas

aplicações;

2. A etapa seguinte foi efetuada juntamente com a orientadora do projeto que também é

professora na área de Matemática, tendo como base a ementa da disciplina de Álgebra

Linear do Curso de Ciência da Computação. Nesta fase foram determinados quais

conteúdos e qual a melhor forma de se abordar esse assunto no sistema. Também foram

levantados exemplos de exercícios que fazem parte do banco de dados;

3. Pesquisa e estudos que determinaram qual das técnicas de Inteligência Artificial melhor

se adequaram a este trabalho; e

4. Modelagem do sistema através da Análise Orientada a Objetos seguindo a notação

UML. Compreendeu os requisitos funcionais, requisitos não funcionais, e diagramas.

Também foram definidas as regras de negócio, a linguagem de programação Web e o

banco de dados que foi utilizado para construção do sistema.

1.4 Estrutura do trabalho

Este trabalho está estruturado em quatro capítulos. Introdução, Fundamentação Teórica,

Desenvolvimento e Conclusões Finais.

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Na Introdução é apresentada uma visão geral do trabalho seguido da explanação do

problema e a proposta de solução. Na seqüência, a Fundamentação Teórica expõe o conteúdo

teórico baseado nas bibliografias referenciadas neste trabalho. Este capítulo é dividido em:

• Informática na Educação: apresenta um breve relato sobre a história da informática na

educação do Brasil e expõe o papel da informática na Educação Matemática;

• Classificação dos Softwares Educacionais: apresenta uma classificação dos Softwares

Educacionais, definição e arquitetura de STIs e SE (Sistemas Especialistas); e

• Exemplos de Sistemas Inteligentes: apresenta softwares similares tanto na área da

Matemática como em outras áreas.

No capítulo Desenvolvimento tem-se a modelagem do sistema. E por último, as Conclusões

Finais, que apresentam as conclusões sobre o trabalho desenvolvido.

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2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 INFORMÁTICA NA EDUCAÇÃO

Neste capítulo será apresentada, a crescente presença da informática na educação através de

um breve relato sobre a história da informática na educação do Brasil. Em seguida, tem-se um

enfoque sobre a informática na educação Matemática.

2.1.1 Histórico da Informática na Educação no Brasil

Segundo Maria C. Moraes (1997), a História da Informática da Educação no Brasil data de

mais de 20 anos. O início se deu em meados dos anos 70, a partir de algumas experiências nas

Universidades Federais do Rio de Janeiro, do Rio Grande do Sul, e na UNICAMP. Registros

indicam a UFRJ como instituição pioneira na utilização do computador em atividades acadêmicas,

através do Departamento de Cálculo Científico, criado em 1966, e que deu origem ao Núcleo de

Computação Eletrônica – NCE. Nessa época, o computador era utilizado como objeto de estudo e

pesquisa, dando oportunidade a uma disciplina voltada para o ensino de informática.

A partir de 1973, a UFRJ, iniciava, no contexto acadêmico, o uso da informática como

tecnologia educacional voltada para a avaliação de alunos da disciplina de Química. Para isso,

utilizava-se do desenvolvimento de simuladores (MORAES, 1997).

Em 1975, iniciou-se uma estreita cooperação técnica internacional devido às visitas de

Seymour Papert e Marvin Minsky à UNICAMP e a visita de pesquisadores da UNICAMP a

MEDIA-Lab do MIT/USA. Esse intercâmbio permitiu a criação de um grupo interdisciplinar

envolvendo especialistas das áreas de computação, lingüística e psicologia educacional, e deu

origem às primeiras investigações sobre o uso de computadores na educação utilizando a linguagem

LOGO. (MORAES, 1997).

De acordo com Maria J. Souza (2001) novas experiências surgiram em princípios de 1980

na UFRGS apoiadas nas teorias de Jean Piaget e nos estudos de Papert, destacando-se o trabalho

realizado pelo Laboratório de Estudos Cognitivos do Instituto do Psicologia - LEC/UFRGS, que

explorava a potencialidade do computador usando a Linguagem LOGO. Os trabalhos desenvolvidos

deram prioridade à crianças da escola pública, que apresentavam dificuldades na aprendizagem de

18

leitura, escrita e cálculo. Procurava compreender o raciocínio lógico-matemático dessas crianças e

as possibilidades de intervenção como forma de promover a auto-aprendizagem.

Entretanto, segundo Almeida e Valente (1997 apud SOUZA, 2001), a implantação do

programa de informática na educação no Brasil iniciou-se com o Seminário Nacional de

Informática em Educação. Realizados respectivamente na Universidade de Brasília em 1981 e na

Universidade Federal da Bahia em 1982, esses seminários estabeleceram um programa de atuação

que originou o EDUCOM – projeto piloto em universidades voltado à pesquisa, e uma sistemática

de trabalho diferente de quaisquer outros programas educacionais iniciados pelo MEC.

Em 1993 o LEC/UFRGS (Laboratório de Estudos Cognitivos) desenvolveu o primeiro

projeto de educação à distância usando rede telemática, com alunos e professores de classes de

alfabetização, incluindo alfabetização de deficientes auditivos. Aplica-se, pela primeira vez,

comunicação on-line através de Packet-Radio, na freqüência de rádio-amador (DORNELLES,

2001).

Em abril de 1997, foi criado o PROINFO cujo objetivo é promover o uso pedagógico da

informática na rede pública de ensino fundamental e médio.

É importante destacar que decorridos vários anos do início de sua história, a informática

educativa brasileira reflete, hoje, um estágio de consistência alcançado pelas atividades que nela se

desenvolvem. Partes dos resultados obtidos, sem dúvida, devem ser creditadas às pesquisas

desenvolvidas e ao trabalho, esforço e dedicação dos técnicos das várias Secretarias de Educação

que duramente se dedicaram à implantação dessa tarefa junto ao professorado da escola pública

(MORAES, 1997).

2.1.2 Informática na Educação Matemática

O objetivo da Informática na Educação é transformar o processo educacional para que o

mesmo venha formar sujeitos críticos, conscientes e autônomos para construir seu próprio

conhecimento (JESUS e PINTO, 2003).

Segundo Fainguelernt (1985 apud FAINGUELERNT, 1999), é essencial da construção do

conhecimento partir da percepção e da intuição de dados concretos e experimentais, explorar as

representações e as aplicações e desenvolver o raciocínio lógico, para então chegar aos processos de

abstração ou generalização.

19

As diferentes atividades são estímulos para que tanto o aluno como o professor utilizem a

criatividade e imaginação presentes na construção do conhecimento (VITAL, 1994 apud

FAINGUELERNT, 1999, p. 59).

Para aprender Matemática é preciso fazer Matemática progressivamente, isto é, aprender e

compreender Matemática significa ter a capacidade de trabalhar com diferentes representações de

uma mesma idéia, fazendo conexões entre elas e sabendo identificar bem as restrições (ARCAVI,

1994 apud FAINGUELERNT, 1999, p. 59).

Na visão de Fainguelernt (1999), a informática está oferecendo novas oportunidades para

criar diferentes alternativas para o estilo do conhecer. Isto significa pensar de uma forma diferente

da forma de pensar pré-existente, ver o mundo de outro prisma, exigindo uma mudança de

paradigma para o acesso e aquisição do conhecimento em áreas diversas.

Valente (1993 apud FAINGUELERNT, 1999) afirma que a implantação da informática na

educação consiste basicamente de quatro fatores: computador, o software educacional, o professor

com capacitação para usá-lo e o aluno. O ensino pelo computador objetiva que o aluno possa

adquirir conceitos sobre praticamente qualquer domínio. Do ponto de vista pedagógico, o modo

como isto acontece varia consideravelmente, oscilando entre dois pólos, conforme mostra a Figura

1.

Figura 1. Esquema de ensino através do computador.

Fonte: Valente (1993 apud FAINGUELERNT, 1999).

20

Esses pólos são caracterizados pelo computador (hardware), o software (o programa de

computador que permite a interação homem-computador) e o aluno. Entretanto, o que estabelece a

polaridade é a maneira como esses ingredientes são usados. Num lado, o computador, através do

software, ensina o aluno. Enquanto no outro, o aluno, através do software, "ensina" o computador.

(VALENTE, 2007)

A Figura 2, ilustra como se dá a integração da Informática com o sistema de ensino,

demonstrando que esta integração está introduzindo uma nova complexibilidade no campo da

didática, pois está possibilitando abordar a modernização computacional nos processos didáticos.

Figura 2. A integração da informática nas situações de ensino.

Fonte: Adaptado de Fainguelernt & Gimenez (1996 apud FAINGUELERNT, 1999).

2.2 CLASSIFICAÇÃO DOS SOFTWARE EDUCACIONAIS

Na perspectiva de Vicari e Giraffa (2003, p.155) o objetivo de classificar um software

educacional é de organizar esses software para facilitar o acesso a eles em uma biblioteca de

programas escolares e para favorecer a sua análise sob o ponto de vista de projeto e/ou pedagógico.

21

A Figura 3 apresenta uma proposta de taxonomia, tendo em vista que as taxonomias

tradicionais mais utilizadas pra classificar os software educacionais não incluem as modalidades

que se utilizam de técnicas de Inteligência Artificial e Ambientes Cooperativos. Essa proposta de

taxonomia divide os software educacionais em dois grandes grupos: programas com aprendizagem

de aluno dirigida a um conjunto de habilidades específicas e programas para aprendizagem de

habilidades cognitivas amplas (VICARI e GIRAFFA, 2003, p.156).

Programas Educacionais

1. Aprendizagem de habilidades específicas CAI Tutoriais Exercício-Prática Demonstração Jogos e Simulação ICAI Sistemas Tutores Inteligentes Sistemas Especialistas

2. Aprendizagem de habilidades cognitivas amplas MICROMUNDOS SISTEMAS DE AUTORIA JOGOS EDUCACIONAIS ILE

Figura 3. Taxonomia para software educacionais.

Fonte: Adaptado de Vicari e Giraffa (2003).

A classificação do software educacional segundo Vicari e Giraffa (2003, p.157) se apresenta como:

1. Aprendizagem de habilidades específicas: CAI (Computer Assidet Instruction)

• Tutoriais: o conteúdo é previamente organizado pelo professor e o aluno seleciona

dentre as diversas opções disponíveis o conteúdo que deseja estudar. Seguem o padrão

de ensino da sala de aula tradicional, sem grandes inovações do ponto de vista

pedagógico;

• Exercício-Prática: o aluno pratica e testa o conhecimento de forma dirigida. As versões

mais atualizadas utilizam recursos hipermídia; e

• Jogos e Simulações: nos jogos educacionais o processo de aprendizagem estimula a

competição de um modo positivo. A simulação é uma execução dinâmica de um modelo

previamente definido.

ICAI (Intelligent Computer Assidet Instruction)

22

• Sistemas Tutores Inteligentes (STIs) : existe um modelo de aluno que objetiva

personalizar o trabalho conforme as diferenças individuais de cada usuário; e

• Sistemas Especialistas (SE): desenvolvido para auxiliar no processo de ensino-

aprendizagem, porém não modela aluno e não possui uma arquitetura do tipo dos STIs.

2. Aprendizagem de habilidades cognitivas amplas:

• Micromundos: voltados a desenvolver a habilidade cognitiva do aluno, o modelo sugere

que o aluno construa o seu próprio conhecimento, de acordo com o seu ritmo. Trabalham

basicamente com a solução de problemas e não apresentam conteúdos pré-fixados e

respostas;

• Sistema de Autoria: ferramenta de criação que possibilita ao aluno explorar um

conjunto amplo de habilidades cognitivas, exercendo a sua criatividade;

• Jogos Educacionais: nesses ambientes existe um modelo de simulação onde o tipo de

ação executada pelo aluno fará diferença no resultado do jogo; e

• ILE (Intelligent Learning Enviromments): também conhecidos como Sistemas Tutores

Cooperativos ou Sistemas de Aprendizagem Social, podem combinar aspectos das

modalidades de STIs, Micromundos e Simuladores. É caracterizado por considerar mais

de um aluno ou mais de um tutor trabalhando no mesmo ambiente.

2.2.1 Sistemas Tutores Inteligentes

Com o surgimento da Inteligência Artificial (IA) os programadores de software CAI, foram

levados a utilizar técnicas de IA, a fim de que os seus projetos deixassem de ser meros viradores de

páginas eletrônico, e se tornasse um elemento mais participativo no processo de interação com o

aluno. Assim, surgiram os sistemas ICAI, cujo nome mais utilizado pela literatura é Sistema Tutor

Inteligente (VICARI & GIRAFFA, 2003, p. 161).

O Sistema Tutor Inteligente objetiva proporcionar ao aluno um ambiente adaptado, tanto no

conteúdo quanto na forma, tentando se aproximar ao máximo da figura do professor da sala de aula,

para assim, superar alguns problemas mais cruciais dos software educacionais. Na prática, porém, a

realidade é bem diferente, visto que alguns desses problemas são as limitações de software e

hardwares que não permitem colocar dispositivos que simulem aspectos humanos como olfato, tato,

23

visão, sentimentos, etc. Tendo em vista que, um professor humano leva em consideração esses

estímulos para poder organizar seu trabalho junto ao aluno (VICARI e GIRAFFA, 2003, p.161).

Na visão de Urreta (2001 apud, GAVÍDIA e ANDRADE, 2003), as características mais

importantes de um Sistema Tutor Inteligente devem ser:

• O conhecimento do domínio deve ser restrito e claro;

• Possuir conhecimento do aluno para que o ensino seja dirigido e adaptado;

• O designer instrucional não deve pré-determinar a seqüência de ensino;

• Realizar processos diagnósticos mais adaptados e detalhados ao aluno; e

• A comunicação entre o Tutor e o aluno melhorar a ponto do aluno poder fazer perguntas

ao tutor.

Assim, de uma forma genérica, Gavídia e Andrade (2003) afirmam que os STIs se

caracterizam por representar separadamente a matéria que se ensina (modelo do domínio) e as

estratégias para ensiná-la (modelo pedagógico). Por outro lado, modelam o aluno com o objetivo de

obter um ensino individualizado. Outra característica apontada é a necessidade da interface de

comunicação tutor-aluno ser um módulo bem planejado, de fácil manipulação, e que favoreça o

processo de comunicação.

2.2.1.1 Arquitetura dos Sistemas Tutores Inteligentes

Segundo Vicari e Giraffa (2003), as arquiteturas do SITs variam conforme o modo como o

sistema é implementado, mesmo assim, vários autores concordam que possuem uma organização

básica que constam dos seguintes componentes: Modelo do Aluno, Estratégias de Ensino, Modelo

de Domínio, Controle de Sistema e Interface. A Figura 4 apresenta uma arquitetura onde os

módulos estão apresentados com suas inter-relações.

24

Figura 4. Arquitetura clássica de um STI.

Fonte: Adaptado Vicari e Giraffa (2003).

Essa modelagem, na visão de Vicari e Giraffa (2003) separou o domínio da sua forma de

utilização, permitindo desse modo que as estratégias de ensino fossem associadas em função das

informações provindas da modelagem do aluno e isso trouxe um grande avanço para a modelagem

de ambientes educacionais.

As características de cada módulo na visão de Vicari e Giraffa (2003) se apresentam como:

• Módulo Domínio: é constituído pelo material de ensino como lições, animações, filmes,

exercícios, exemplos, desafios, dicas, entre outros. Este módulo é responsável por

armazenar o conhecimento sobre o domínio que se deseja trabalhar com o aluno;

• Módulo Aluno: representa o conhecimento e as habilidades cognitivas do aluno em um

determinado momento. O módulo aluno é constituído por informações estáticas e

dinâmicas, que serão de fundamental importância para o tutor poder comprovar

hipóteses a respeito do conhecimento e comportamento (representado pelas ações) do

aluno;

• Módulo Tutor: também chamado de Modelo Pedagógico. É responsável pela estrutura

didática e pedagógica, contém o conhecimento necessário para tomar decisões sobre

quais táticas de ensino serão utilizadas para o ensino do conteúdo; e

• Módulo Interface: é responsável pela coordenação geral do tutor, no que se refere as

funções internas como: troca de mensagem entre os módulos, manutenção das

informações gerais atualizadas, a abertura e fechamento de uma sessão de trabalho com

o aluno. O Módulo Interface deve ser inteligente e capaz de adaptar-se a cada aluno.

25

2.2.2 Sistemas Especialistas

Segundo Flores (2003), o termo Sistema Especialista (SE) surgiu em meados da década de

1970 e utilizava uma linguagem para representar o conhecimento do especialista de forma

semelhante aos predicados lógicos, e empregava algum método de raciocínio heurístico. O campo

de aplicação para os SE é muito amplo, mas pode ser enquadrado em três grandes categorias:

manufatura, finanças e serviços (educação, engenharia, meteorologia, medicina, militar,

telecomunicações, entre outros). No mundo real, todo e qualquer especialista toma decisões baseado

em dados que são de certa forma, incompletos, pouco ou não-confiáveis, ambíguos e dinâmicos. E

são para estes tipos de situações que se aplicam os SE.

Os Sistemas Especialistas são Sistemas Baseados em Conhecimento (SBCs) que resolvem

problemas comumente resolvidos por um especialista humano, por isso requerem conhecimento

sobre habilidade, a experiência e o conjunto de regras usadas pelo especialista. O processo de

desenvolvimento de um SE requer uma profunda interação com o especialista (REZENDE,

PUGLIESI e VAREJÃO, 2005, p.19).

Na visão de Wenger (1987 apud VAZ e RAPOSO, 2006) o fato dos SE apresentarem grande

quantidade de conhecimento do especialista, faz com que eles ofereçam uma base ideal para a

construção de programas tutoriais. Outra vantagem é a separação da base de conhecimento

contendo as regras do interpretador de procedimentos que utiliza as regras. Ainda que um Sistema

Especialista tenha uma boa capacidade de explicação, ele pode somente justificar suas ações

passivamente. Para ser capaz de apresentar o conhecimento, um sistema tutorial necessita de

técnicas adicionais para selecionar o material educacional, ser sensitivo ao estudante, e conduzir

uma interação de modo bastante eficaz.

2.2.2.1 Componentes de um Sistema Especialista

Segundo Zuchi (2000) os principais componentes envolvidos na construção de um Sistema

Especialista são: O Especialista, o Engenheiro do Conhecimento, a ferramenta para construção do

SE e o usuário.

• O Especialista é uma pessoa capaz de produzir boas soluções para problemas em um

campo específico. O especialista utiliza estratégias para tornar a pesquisa de uma

solução mais eficiente e o SE modela estas estratégias.

26

• O Engenheiro do Conhecimento é uma pessoa, geralmente com algum conhecimento

em computação e IA, capaz de construir um SE, mas também pode ser um psicólogo, um

diplomata , um pesquisador entre outros. O engenheiro do conhecimento entrevista o

especialista, organiza o conhecimento, decide como ele deve ser representado e pode

ajudar programadores na construção do sistema.

• A ferramenta é uma linguagem de programação usada pelo Engenheiro de

Conhecimento ou programador para construção do SE. Esta ferramenta difere das

linguagens de programação convencionais por prover maneiras mais adequada para

representar conceitos complexos e de alto nível.

• O Usuário é a pessoa que irá utilizar o Sistema Especialista

2.2.2.2 Arquitetura dos Sistemas Especialistas

De acordo com Flores (2003), um sistema baseado em conhecimento é basicamente

constituído pelos componentes: base do conhecimento, mecanismo de inferência, explanação e

aquisição do conhecimento conforme ilustra a Figura 5.

27

Figura 5. Arquitetura básica dos Sistemas Especialistas.

Fonte: Adaptado de Flores (2003).

De acordo com Flores (2003, p.129) as características dos módulos são:

1. Base de Conhecimentos: também chamado de base de regras, reúne o conhecimento do

especialista modelado conforme a representação de conhecimento escolhida para

modelar o domínio;

2. Mecanismo de Inferência: seleciona o conteúdo da base de conhecimento e decide a

ordem em que tiram as inferências. Posteriormente, o mecanismo conduz a consulta com

o usuário, transferindo os fatos e regras, usados durante uma consulta, para a memória de

trabalho. A Memória de Trabalho armazena os resultados parciais obtidos pelo sistema

no processo de busca pela solução;

3. Aquisição de Conhecimentos: é responsável pela atualização da base de

conhecimentos, através de um mecanismo de interação cooperativa que é gerado a partir

do módulo de explanação. Vinculada a este módulo, está a Ferramenta de Construção,

que permite a criação de novos Sistemas Especialistas.

28

4. Explanação: descreve o raciocínio do sistema para o usuário. É ativado tanto pelo

mecanismo de inferência como pelo módulo de aquisição de conhecimento. O

mecanismo de inferência chama o módulo de explanação objetivando a transformação

do conhecimento. A interação entre usuário e o sistema é feita pelo mecanismo de

inferência e pelo módulo de conhecimento, através do módulo de explanação.

Assim, optou-se por utilizar Sistemas Especialistas para modelar a IA neste TCC, devido às

vantagens apontadas por Fernandes (2003):

• Flexibilidade e eficiência devido à possibilidade de construção de regras;

• Velocidade na determinação de problemas;

• Tomada lógica de decisões com base em informações imprecisas ou na ausência de

informações. Nos sistemas tradicionais, o método de busca é baseado em um

conhecimento anteriormente codificado. Quando surge um novo conhecimento, faz-se

necessário reescrever o código. Já nos Sistemas Especialistas pode-ser recuperar novos

fatos e regras e utilizá-los sem modificar a estratégia de busca;

• A decisão está fundamentada em uma base de conhecimentos; e

• Estabilidade.

Segundo Waterman (1986 apud MAZIERO, 1998) é importante distinguir entre a

ferramenta usada para construir o Sistema Especialista e o Sistema Especialista em si. A ferramenta

de construção fornece ambas as linguagens para representar e consultar o conhecimento contido no

sistema e os meios de suporte à programação. Ferramentas especialistas são programas que

auxiliam o usuário a interagir com o SE.

Diante disso, foi efetuado pesquisa e estudo de ferramentas especialistas, tendo como

objetivo utilizar a ferramenta que fosse compatível com a linguagem PHP. As ferramentas

encontradas até o momento para estudo foram:

• CLIPS: C Language Integrated Production System, que é um expert system shell que

tem sido desenvolvido e evoluído pela NASA (National Aeronautics and Space

Administration) , Johnson Space Center, desde 1985 (RILEY, 2001);

29

• WebCLIPS: CGI para o CLIPS, desenvolvido por Michael Giordano e distribuído sob

licença GNU (GIORDANO, 2001); e

• KAPPA: O KAPPA-PC é uma shell orientada a objetos para sistemas especialistas que

utiliza a linguagem KAL para seu funcionamento (ZUCHI, 2000). Em pesquisa a

ferramenta constatou-se que seu uso foi descontinuado.

O Sistema Especialista foi utilizado no módulo do aluno, na parte de resolução do exercício.

Através da ferramenta especialista o sistema calcula o desempenho do aluno na resolução dos

exercícios em cada tópico e decide se ele poderá passar para o próximo tópico ou não.

2.3 EXEMPLOS DE SISTEMAS INTELIGENTES

Existe uma quantidade significativa de programas de ensino com computador, alguns

usando em maior ou menor grau, técnicas de IA. Aqui cita-se apenas alguns exemplos:

2.3.1 Scholar

O Scholar foi desenvolvido na década de 1970, pela equipe do Prof. Jaime Carbonell, num

laboratório de pesquisa em Cambridge, Massachussets, EUA. É considerado um exemplo clássico

de Sistema Tutor Inteligente. Serviu de base para todos os trabalhos que se seguiram, por isso é

considerado um marco histórico (VAZ e RAPOSO, 2006).

O Scholar é um STI para o ensino de geografia da América do Sul, que pode conduzir um

diálogo de iniciativa mista com o aluno (VICARI e GIRAFFA, 2003). Segundo Carbonell (1970

apud VAZ e RAPOSO, 2006) o programa Scholar foi o primeiro a tentar incluir a modelagem do

conteúdo. O conhecimento do sistema é representado em uma rede semântica cujos nodos

significam objetos e conceitos geográficos sobre a América do Sul. Esta rede contém uma série de

elementos ligados por relações claramente especificadas, onde, por exemplo, o Brasil é um sub-

conceito de país localizado na América do Sul.

Carbonell achava que o conhecimento do estudante podia ser modelado por uma rede

semântica completa. Assim, ele sugeriu uma rede completa para modelar o "estudante perfeito" e

progressivamente instigá-lo para refletir o seu desempenho até aquele momento, apagando e até

mesmo modificando nodos e ligações (VAZ e RAPOSO, 2006).

30

O software Scholar foi responsável pelo lançamento de um novo modelo de STI e usa o

método socrático com estratégia de tutorial. No método socrático, a partir de conhecimentos que o

aluno já possui, o tutor ensina através de perguntas e diálogos, levando o aluno a analisar e avaliar

hipóteses. Vicari e Giraffa (2003) citam um exemplo de uso de estratégia do método socrático no

Scholar:

Scholar: O planalto central e leste da Argentina é ...

Aluno: Chaco

Scholar: “Não. O planalto nordeste da Argentina é Chaco. O planalto central e leste da

Argentina são os Pampas.

Aluno: Chaco é no Chile?

Scholar: Não, O Chaco é na Argentina, Paraguai e Bolívia, não no Chile.

O software Scholar foi um projeto de muito estudo e novas versões foram construídas,

porém, não foi amplamente utilizado (salvo por um sistema on-line de consulta inteligente chamado

NLS-Scholar). A razão disso deve-se, em parte, às limitações das redes semânticas em representar o

conhecimento.

2.3.2 Ms. Lindquist Tutor

O Ms. Lindquist é um tutor inteligente freeware para aprendizagem de álgebra, que tem

como objetivo, auxiliar os usuários na composição de expressões algébricas a partir de problemas

apresentados em linguagem corrente. Foi desenvolvido por Neil Heffernan, Ph.D. em Ciência da

Computação pelo Instituto de Interação Homem-Computador da Carnegie Mellon University –

Estados Unidos (BATISTA, 2004).

O software pode ser utilizado acessando o site do http://www.algebratutor.org ou fazendo o

download do mesmo. Nos dois casos, as respostas são enviadas para a base de dados que fica na

Universidade Carnegie Mellon. A versão do programa é de 2003 e está disponível somente em

inglês. No site, o autor disponibiliza diversas informações sobre os objetivos do software, as

características, além de comentários de alunos e professores. Ao entrar no software pela primeira

vez, o sistema faz uma série de perguntas com a finalidade de compor o perfil do usuário e

recomenda que professores e pais de alunos façam um passeio introdutório a fim de conhecer as

características e o diferencial do software.

31

De acordo com Silvia Batista (2004), o Ms. Lindquist tem como pontos positivos o

desenvolvimento do raciocínio lógico e em caso de erro do usuário, fraciona determinados

problemas em situações mais simples, o que favorece a compreensão destes. Permite o envio, por e-

mail, do relatório de erros e acertos do aluno para o seu professor e permite que o usuário recomece

o trabalho a partir do ponto de parada, apenas pela identificação do seu nome.

Por outro lado, aponta como pontos negativos o fato de ser repetitivo, possibilitando pouca

interação do usuário com o computador. Mesmo instalado no computador, requer uma conexão

internet para envio e verificação das respostas, o que para alguns usuários pode ser uma dificuldade

e finaliza afirmando que o software não é muito favorável à construção do conhecimento

(BATISTA, 2004).

2.3.3 Quero-Quero aprender Matemática

O Quero-Quero é um ambiente educacional composto por um conjunto de atividades

relacionadas a operações básicas de aritmética elementar. Com a finalidade de ampliar o potencial

pedagógico do ambiente, em nível de utilização por parte dos alunos e professores, foi criado um

assistente inteligente, modelado usando a tecnologia de agentes. O objetivo deste assistente é

fornecer ajuda aos usuários que interagem com o programa. Todas as interações são armazenadas

em um banco de dados, a fim de serem analisadas posteriormente pelo professor (COMUNELLO

JR, SANTOS E GIRAFFA, 2002).

O software de fato é um jogo, e destina-se aos alunos da primeira série do ensino

fundamental. O ambiente possui cinco atividades monitoradas por um assistente que observa cada

passo executado pelo aluno. Este assistente avalia e classifica o aluno em quatro categorias de

complexidade trabalhadas de acordo com a orientação da professora especialista. As categorias

definidas são: iniciante, intermediário, pleno e avançado (COMUNELLO JR, SANTOS E

GIRAFFA, 2002).

A professora cadastra todos seus alunos e decide qual nível que cada um deles deve ter

quando inicia pela primeira vez o jogo. Cabe a ela, também, informar ao programa de

gerenciamento em qual nível de dificuldade o aluno se encontra e o conjunto de valores a serem

associados às regras que o assistente vai utilizar para classificar o aluno no decorrer das interações.

Posteriormente, e cada início de uma sessão de atividades do aluno com os jogos, os seus dados são

resgatados a partir desse banco de dados que foi previamente organizada pela professora (ibidem).

32

De acordo com Comunello Jr, Santos e Giraffa (2002) o programa de gerenciamento, foi um

módulo desenvolvido para auxiliar a tarefa do professor.

O uso de mensagens sonoras foi um atrativo encontrado para facilitar o entendimento e a

interação do aluno com o ambiente. Todas as mensagens sonoras são ditas por mascote, um quero-

quero de nome Pintadinho, que aparece nas telas do jogo e funciona como um guia auxiliar. A

comunicação com o aluno é realizada através do Pintadinho, utilizando-se sons e mensagens

escritas. Isso dá a ilusão de que é a mascote quem está se comunicando com o aluno, e não o

computador, personificando, assim, o assistente inteligente do sistema (COMUNELLO JR,

SANTOS E GIRAFFA, 2002).

A Figura 6 mostra a tela inicial do ambiente Quero-Quero Aprender Matemática. O aluno

informa primeiramente a qual turma pertence e ao clicar aparece uma lista de nomes referente à

turma escolhida. Ele deve selecionar o seu nome da lista e clicar no botão “entrar” (ibidem).

Figura 6. Tela inicial do software.

Fonte: Comunello Jr, Santos e Giraffa (2002).

Ao entrar, uma nova tela é mostrada como mostra a Figura 7. Ela contém o mapa do Rio

Grande do Sul com as suas fronteiras e dividido em cinco áreas que correspondem às cinco

atividades que contém o software (COMUNELLO JR, SANTOS E GIRAFFA, 2002).

33

Figura 7. Tela de seleção da atividade.

Fonte: Comunello Jr, Santos e Giraffa (2002).

As cinco atividades são: Missões, Metrópole, Serra, Campanha e Litoral. Todas estão

contextualizadas no cenário do Rio Grande do Sul, destacando as áreas mais características que

compõem cada região do estado. Isto para que os alunos pudessem criar um vínculo entre a

atividade do jogo, e seu lazer fora da sala de aula (COMUNELLO JR, SANTOS E GIRAFFA,

2002).

Embora os dados históricos do Rio Grande do Sul sejam marcantes durante o jogo, eles

servem como pano de fundo para o objetivo principal de cada atividade: desenvolver o aprendizado

de Matemática Elementar. As atividades são divididas de acordo com a Tabela 1 (COMUNELLO

JR, SANTOS E GIRAFFA, 2002).

Tabela 1. Distribuição das atividades

Área Contexto Operação Missões Ruínas de São Miguel Adição

Metrópole Brique da Redenção Adição e Subtração

Serra Maria Fumaça, Canions dos Aparatos da Serra e Parque Caracol Divisão

Campanha Ambiente de Fazenda Multiplicação

Litoral Festival do Peixe de Tramandaí Memória Matemática

Fonte: Adaptado de Comunello Jr, Santos e Giraffa (2002).

34

Por fim, de acordo com Comunello Jr, Santos e Giraffa (2002), este trabalho está sendo

continuado por bolsistas integrantes do grupo da FACIN (Faculdade de Informática) a fim de

estabilizar e complementar o protótipo para torná-lo mais robusto e operacional. A professora Maria

Elizabeth Bergonci que trabalhou neste projeto, continua integrando a equipe e irá utilizar o

ambiente com seus alunos em situação de sala de aula real.

2.3.4 Trilha Matemática

A Trilha Matemática tem por objetivo desenvolver um jogo multiusuário para treinamento

em Matemática básica. O jogo foi projetado e construído pensando-se em um ambiente de sala de

aula, onde os alunos pudessem interagir entre si e com o professor de maneira fácil e rápida (LISE,

SANTOS E BRANCHER, 2004).

De acordo com Lise, Santos e Brancher (2004), o programa é composto por um editor de

mapas para que os usuários possam criar seus próprios ambientes e o jogo propriamente dito no

formato cliente/servidor, onde os usuários têm condições de trocar informações entre si, e jogar em

um ambiente multiusuário. Tal estrutura cliente-servidor, permite aos jogadores a conexão entre

seus computadores, compartilhando o jogo entre vários usuários dentro de uma rede local.

Além disto, possui dois tutores: O primeiro, individual, cuja função é apoiar os alunos e

enviar informações para o segundo tutor, que gerencia todo o jogo, enviando informações para o

professor (LISE, SANTOS E BRANCHER, 2004).

O sistema é baseado em Sistemas Multiagentes que realiza tarefas do controle de ações,

resultados e análises e possui um agente que cria automaticamente as expressões Matemáticas a

serem apresentadas para o usuário, fornecendo também ajuda e dicas. Estas expressões Matemáticas

são criadas baseadas no nível de dificuldade em que o jogador se encontra. O nível das expressões

aumenta na medida em que o usuário for avançando na trilha, ou seja, quanto mais perto da

chegada, maior será o nível de dificuldade (ibidem).

Segundo Lise, Santos e Brancher (2004), cada cliente tem seu próprio agente, ao qual cabe a

tarefa de identificar quais são as dificuldades do aluno em resolver expressões Matemáticas simples,

envolvendo conteúdos básicos, e incentivá-lo e alertá-lo para possíveis erros que esteja cometendo

tais como erros de sinal, ou nas multiplicações e até mesmo na digitação errada do resultado. Além

35

disto, este tutor envia as informações para o servidor, que por sua vez armazenará todas as

informações relativas a cada um dos jogadores. Disponibiliza estas informações para o professor,

que terá um relatório completo de tudo o que ocorrera com o jogador durante toda a partida.

Em contato por e-mail com um dos desenvolvedores do projeto, Jacques B. Brancher,

verificou-se que o jogo pode ser baixado no site http://www.uricer.edu.br/~cosaemaf/index.php e já

está na versão 3D.

A Figura 8 apresenta uma visão geral do software. Cada uma das sessões que aparece na

figura está numerada, e estas partes são comentadas na Tabela 2.

Figura 8. Visão geral da Trilha Matemática.

Fonte: Adaptado de Lise, Santos e Brancher (2004).

36

Tabela 2. Comentários sobre as sessões da Trilha Matemática

Nº Descrição

1 Mostra a Lista de usuários conectados ao sistema, bem como a cor do peão de cada jogador. Esta lista é atualizada periodicamente e sempre que um jogador abandonar a partida. Ao clicar em um nome na lista o usuário selecionado é exibido no Mapa Parcial.

2 Mapa completo, com os possíveis caminhos que o jogador deve percorrer para chegar até o final do jogo. Também possui a facilidade de selecionar qualquer área do jogo que se queira visualizar no Mapa Parcial.

3 Mapa parcial em 3D. Mostra a área que está selecionada no mapa completo em 3D. Os jogadores se movimentam através das setas do teclado.

4 Área onde são exibidas as expressões Matemáticas a serem resolvidas pelos jogadores para a obtenção dos pontos necessários para poder navegar pelo mapa.

5 Teclado numérico, que permite ao jogador informar a sua resposta a ser enviada ao sistema. Só aceita números inteiros.

6 Chat, onde os jogadores podem trocar informações entre si, bem como receber mensagens do professor específicas para cada um.

7 Informações gerais sobre o jogo. Incluem pontuação, tempo, saldo, e outras.

8 Dado, onde é sorteado o bônus para o jogador.

Fonte: Adaptado de Lise, Santos e Brancher (2004).

Na visão de Lise, Santos e Brancher (2004), no desenvolvimento desta ferramenta educativa

percebeu-se que um jogo multiusuário oferece muito mais interatividade e realismo, despertando

muito mais interesse por parte dos alunos do que um simples jogo monousuário. Além disso, os

conhecimentos adquiridos e as tecnologias desenvolvidas no jogo servirão como base para a criação

de outros jogos de computador multiusuário, e com uma complexidade maior.

2.3.5 Mr. Math 2000

O Mr. Math 2000 é um protótipo de um modelo computacional capaz de diagnosticar

algumas dificuldades do Ensino de Matemática em nível fundamental. O modelo está baseado em

técnicas de Sistemas Especialistas e de RPG, que dentro da filosofia de um jogo, permite ao

usuário, testar seus conhecimentos matemáticos. Também permite ao professor diagnosticar os

37

tópicos onde deve ocorrer uma revisão do conteúdo. O modelo foi implementado usando a shell

KAPPA, que é uma ferramenta adequada para o desenvolvimento de Sistemas Especialistas

(ZUCHI, 2000).

Este modelo, visa através de um ambiente lúdico, regido por regras, colocar o usuário frente

a situações problemas que envolvem conhecimentos matemáticos, detectar as dificuldades

encontradas nas resoluções destes e com base nisto, dar um feedback ao usuário visando uma

melhor aprendizagem destes conteúdos. A Figura 9 mostra a tela inicial do software (ibidem).

Figura 9. Tela inicial do Mr. Math 2000.

Fonte: Adaptado de Zuchi (2000).

A aventura contemplada pelo protótipo é do gênero futurista, e o objetivo do jogo é

reconquistar a terra, pois esta foi invadida por alienígenas e a única maneira de recuperar parte ou

toda, é encontrar uma pessoa que seja submetida a um teste determinado pelo alienígena mestre.

Este teste envolve resoluções de problemas matemáticos, já que estes consideram a

MATEMÁTICA uma grande potência de inteligência (ZUCHI, 2000).

Os objetivos do jogo estão descritos através de um enredo histórico onde ocorre à aventura,

bem como os requisitos necessários para fazer parte desta história. Resolvendo corretamente os

problemas propostos, o usuário conseguirá encontrar as peças necessárias para a construção de um

robô capaz de expulsar os alienígenas e retomar a terra ou parte desta. Os problemas matemáticos

38

estão inseridos em vários contextos, podendo abranger áreas como física, geografia, etc. Os

problemas estão classificados em fácil, médio e difícil, sendo que durante a aventura, o sistema

indicará a qual nível pertence o problema a ser solucionado (ZUCHI, 2000).

Durante o desenrolar do desfio duas situações podem ocorrer: a resposta pode estar correta

ou não. Se a resposta estiver correta o modelo envia uma mensagem de êxito conforme mostra a

Figura 10 e prossegue. Caso contrário, duas situações podem ocorrer: o usuário pode prosseguir

sem encontrar a resposta certa, sendo que o sistema armazena em sua base que o mesmo errou e

resolveu prosseguir, ou ele pode aceitar ajuda (ZUCHI, 2000).

Figura 10. Tela ilustrativa de entrada de dados.

Fonte: Zuchi (2000).

Segundo Zuchi (2000), o modelo Mr. Math 2000 é um sistema que indubitavelmente

contribuirá de maneira significativa no processo de revisão de conteúdos de Matemática do ensino

fundamental, pois o diagnóstico realizado pelo modelo possibilita ao professor promover o feedback

do conteúdo onde se encontram as maiores dificuldades detectadas pelo sistema. O modelo também

apresenta recursos para motivar o usuário a buscar novos conhecimentos.

39

3 DESENVOLVIMENTO

O desenvolvimento deste TCC teve como objetivo desenvolver um software para auxiliar os

alunos ingressantes no curso de Ciência da Computação no processo de aprendizagem de

Matemática básica na disciplina de Álgebra Linear. O sistema foi desenvolvido na linguagem PHP

(Processor Hypertext) utilizando banco de dados MySQL. Estas foram às ferramentas escolhidas

por serem de conhecimento e por estarem disponíveis nos servidores do CTTMAR.

3.1 REQUISITOS

3.1.1 Requisitos funcionais

Requisitos funcionais são funções que o sistema deve realizar ou o comportamento que deve

possuir perante os usuários. A Figura 11 mostra os requisitos que o sistema contemplou:

Figura 11. Requisitos funcionais.

40

3.1.2 Requisitos não funcionais

Requisitos não funcionais são propriedades ou qualidades do sistema. Na Figura 12, têm-se

os requisitos não funcionais do sistema desenvolvido:

Figura 12. Requisitos não funcionais.

3.2 MODELAGEM DO SISTEMA

3.2.1 Regras de Negócio

De acordo com Bogo et al.(2004) Regras de Negócio são estruturas no formato "Se-Então-

Senão" que possibilitam representar o conhecimento. Podem ser armazenadas em base de

conhecimentos da mesma forma que informações são armazenadas em registros de bases de dados.

A seguir as Regras de Negócio que fazem parte do sistema:

• O aluno só poderá entrar no sistema se foi previamente cadastrado pelo professor;

• O professor só poderá entrar no sistema se for previamente cadastrado pelo

administrador;

• O professor só poderá cadastrar e visualizar alunos das suas turmas;

• É obrigatório que o aluno resolva um tópico de cada vez seguindo a seqüência pré-

determinada pelo sistema; e

41

• O aluno só poderá passar para o próximo tópico somente se sua porcentagem de acertos

nos exercícios for igual ou maior a 60%.

3.2.2 Diagrama de Caso de Uso

Para Booch (2000) o Caso de Uso especifica o comportamento de um sistema ou parte de

um sistema, e é uma descrição de um conjunto de seqüências de ações. Estes são aplicados para

apresentar o comportamento pretendido do sistema que foi desenvolvido conforme as Figuras 13,

14 e 15.

Figura 13. Diagrama de casos de uso do professor.

As funcionalidades dos casos de uso são descritos a seguir, com nível de detalhamento

maior para o Caso de Uso 01 (Cadastro do Aluno).

• UC 01 - Cadastrar aluno

Objetivo:

É a interface entre o professor e o sistema para o cadastramento dos alunos que poderão

acessar o conteúdo. Permite que o professor informe os dados de um novo aluno no sistema,

42

bem como alterar, excluir informações do aluno. Quando da criação do cadastro de um

aluno a senha é enviada para o e-mail do aluno cadastrado.

Requisito Funcional requerido:

RF 01: O sistema deverá permitir o cadastro de alunos pelo professor da turma.

Fluxo Principal:

Passo 1: Professor solicita ingressar no ambiente de cadastramento do aluno a partir da

página inicial do sistema.

Passo 2: Sistema exibe formulário de cadastramento.

Passo 3: Professor informa os dados e confirma.

Passo 4: Se os dados estão corretos, o sistema registra o ingresso do professor e emite uma

mensagem de confirmação para o professor.

Fluxo de exceção – dados incorretos:

Passo 1: No passo 4 do fluxo principal, se algum dado estiver incorreto, o sistema exibe uma

mensagem para o professor e volta para a página do formulário.

Fluxo Alternativo – alterar dados aluno:

Passo 1: Professor seleciona o nome do aluno e clica em alterar.

Passo 2: Sistema exibe os dados do aluno no formulário de alteração.

Passo 3: Professor informa os novos dados e confirma.

Passo 4: Sistema solicita a confirmação da alteração.

Passo 5: Professor confirma a alteração do cadastro.

Passo 6: Sistema altera os dados do aluno no banco.

43

Fluxo Alternativo – excluir aluno:

Passo 1: Professor seleciona o nome do aluno e clica em excluir.

Passo 2: Sistema exibe os dados do aluno.

Passo 3: Professor confirma excluir o cadastro.

Passo 4: Sistema solicita a confirmação da exclusão.

Passo 5: Professor confirma a exclusão do cadastro.

Passo 6: Sistema exclui o cadastro do aluno no banco de dados.

• UC 02 - Cadastrar conteúdo: é a interface entre o professor e o sistema para o

cadastramento dos conteúdos.

• UC 03 - Cadastrar exercícios: é a interface entre o professor e o sistema para o

cadastramento dos exercícios referentes aos conteúdos.

• UC 04 - Verificar o conteúdo acessado pelo aluno: é a interface entre o professor e o

sistema para verificar qual conteúdo o aluno acessou

• UC 05 – Verificar desempenho do aluno: é a interface entre o professor e o sistema

para verificar o desempenho do aluno.

44

Figura 14. Diagrama de casos de uso do aluno.

• UC 06 - Cadastrar senha: é a interface entre o aluno e o sistema para alterar sua senha

de acesso.

• UC 07 - Resolver exercícios: é a interface entre o aluno e o sistema para a resolução dos

exercícios propostos.

• UC 08 - Verificar conteúdo: é a interface entre o aluno e o sistema para verificar os

conteúdos disponíveis.

• UC 09 - Verificar seu desempenho: é a interface entre o aluno e o sistema para

verificar seu desempenho.

45

Figura 15. Diagrama de casos de uso do administrador do sistema.

• UC 10 - Cadastrar professor: é a interface entre o administrador e o sistema para o

cadastro dos professores.

• UC 11 – Cadastrar turma: é a interface entre o administrador e o sistema para o

cadastro das turmas.

46

3.2.3 Diagrama de Atividades

Figura 16. Diagrama de atividades

47

3.3 IMPLEMENTAÇÃO

O sistema foi desenvolvido utilizando a linguagem PHP com banco de dados MySQL,

possuindo três módulos: aluno, professor, administrador. A primeira etapa foi criar o banco de

dados que suporta a implementação do sistema, que possui 7 tabelas com seus relacionamentos.

A Tabela 3, Tabela 4, Tabela 5, Tabela 6, Tabela 7, Tabela 8 e Tabela 9 mostram o

dicionário de dados dessas tabelas. A metodologia para criação das tabelas foi o diagrama de

Entidade-Relacionamento, foi utilizada ferramenta CASE DB Designer 4 para a modelagem do

diagrama e a exportação do script para criação das tabelas no bando de dados MySQL.

Para facilitar a manipulação do banco foi utilizada a ferramenta phpMyAdmin. Na Figura 17

pode-se visualizar o diagrama ER do bando de dados do sistema. A descrição das tabelas e dos

campos encontram-se no Anexo III, que é a documentação gerada pelo DB Designer 4.

48

Figura 17. Diagrama de entidade-relacionamento.

Segue abaixo o dicionário de dados das tabelas utilizadas no sistema.

Tabela 3. Tabela professores (t_professores)

Campo Tipo de Dado Descrição cod_professor integer(11) Código do professor (esse código é o mesmo utilizado

pela UNIVALI) nome_professor varchar(80) Nome completo do professor email_professor varchar(100) E-mail do professor senhas_professor varchar(20) Senha do professor adm_professor smallint Indica se o professor é administrador ou não do sistema

(1= administrador, 0 = professor)

49

Tabela 4. Tabela de alunos (t_alunos)

Campo Tipo de Dado Descrição cod_aluno integer(11) Código do aluno (esse código é o mesmo utilizado pela

UNIVALI) nom_aluno varchar(80) Nome completo do aluno email_aluno varchar(80) E-mail do aluno senha_aluno varchar(20) Senha do aluno cod_turma varchar(20) Código da turma do aluno topico_atual integer Tópico atual que o aluno está fazendo, (0 = não fez ainda;

1 = terminou) questao_atual integer Número da questão que o aluno parou e não respondeu (0

= não fez ainda; 1 = terminou) questão_grupo integer (1 = primeira bateria de 10 questões; 2 = segunda bateria

de 10 questões [questões de 11 a 20] no cadastro) questao_seq integer Seqüência da questão a ser exibida

Tabela 5. Tabela de tópicos (t_topicos)

Campo Tipo de Dado Descrição cod_topico integer(11) Código do Tópico desc_topico varchar(60) Nome do tópico (Ex: Álgebra, Problemas, etc.) conteudo_topico text Texto relacionado ao tópico

Tabela 6. Tabela de questões (t_questoes)

Campo Tipo de Dado Descrição cod_questao integer(11) Código da questão texto_questao varchar(80) Texto que descreve a questão cod_topico integer(11) Indica a qual tópico esta questão se refere solucao_questao text Texto que contém a solução da questão

Tabela 7. Tabela de alternativas (t_alternativas)

Campo Tipo de Dado Descrição cod_alternativa integer(11) Código da alternativa texto_alternativa text Texto que descreve a alternativa correta_alternativa tinyint(1) Indica se a alternativa é a correta para a questão que está

sendo cadastrada. (1= correta, 0 = errada) cod_questao integer(11) Indica a qual questão ela se refere ord_alternativa smallint Indica em que ordem à alternativa aparecerá disposta na tela

50

Tabela 8. Tabela que armazena respostas do aluno (t_aluno_questões)

Campo Tipo de Dado Descrição cod_aluno integer(11) Código do aluno cod_questao integer(11) Código da questão cod_alternativa integer(11) Código da alternativa que o aluno marcou cod_alternativa_correta integer(11) Código da alternativa correta da questão cod_topico integer Indica a qual tópico esta questão se refere

Tabela 9. Tabela de turmas (t_turmas)

Campo Tipo de Dado Descrição cod_turma varchar(20) Código da turma cod_professor integer(11) Código do professor da turma nome_disciplina varchar(80) Nome da disciplina a qual a turma faz parte

Com base no Diagrama de Atividades, Figura 16, foram criadas as regras que compuseram

a árvore de decisão do Sistema Especialista. As árvores podem ser visualizadas nas Figuras 18 e 19.

51

Acertou >= 60 %Das questões?

Fazer exercíciosdo Tópico 2

Procurar apoiomaterial



Fazer exercício doTópico 3

simnão

simnão




simnão




simnão




simnão



Parabéns!!!

simnão

Fazer novosExercícios do Tópico 1

Figura 18. Árvore dos tópicos

52

Figura 19. Árvore da seqüência de exercícios.

3.3.1 As Regras

Após as pesquisas realizadas optou-se por utilizar a ferramenta CLIPS para a inferência do

Sistema Especialista, pois o PHP possui um projeto de extensão chamada PHLIPS, que está em

desenvolvimento, mas que já fornece uma relação com o ambiente do CLIPS (RILEY, 2007).

O objetivo do PHLIPS é permitir a distribuição de sistemas inteligentes em PHP. Nesta fase

adiantada do desenvolvimento, a extensão fornece o acesso a algumas das funções chaves na

biblioteca do CLIPS, bastante para carregar os arquivos, executá-los e recuperar os resultados. O

objetivo futuro deste projeto é permitir uma integração mais próxima entre PHP e os CLIPS

53

(PHLIPS, 2007). A Figura 20 mostra a descrição das regras que foram utilizadas no ambiente

CLIPS.

(deffunction MAIN::calc_aproveitamento (?p0 ?p1)) Cabeçalho da Função de Cálculo de Aproveitamento com os Parâmetros (deffunction MAIN::calc_aproveitamento (?a ?b) (* 100 (/ ?a ?b))) Definição do Cálculo de Aproveitamento, sendo que recebe dos valores (a b) Procedendo o cálculo como acima está especificado (defrule MAIN::calcula_aproveitamento (valores ?corretas ?questoes_no_topico) => (assert (aproveitamento (calc_aproveitamento ?corretas ?questoes_no_topico)))) Regra que calcula o valor do aproveitamento do aluno no tópico, usando a função calc_aproveitamento (defrule MAIN::vai_para_proximo_topico (valor ?aprov) (test (>= 60 ?aprov)) => (assert (poder_ir "sim"))) Regra que verifica se o aluno pode passar para o próximo tópico

Figura 20. Regras do sistema especialista

Sendo que após a inclusão das regras no clips, foi definido os valores dos fatos (Figura 21)

pelo comando assert. Estes comandos foram feitos manualmente para testar o resultado das regras.

(assert (valores 6 10)) Este comando define que o fato VALORES possui duas informações 6 e 10 que são respectivamente o número de questões corretas do aluno no tópico e o número de questões totais do tópico (assert (valor 60)) Este comando define que o fato VALOR possui a informação 60, que é o resultado do calculo da % de acertos.

Figura 21. Comandos no CLIPS

Após definido os valores dos fatos, foi executado o comando (run) e logo após, usou-se o

comando (save regras_diana.clp). Este comando criou o arquivo necessário para carregar as regras

no PHP. Copia-se este arquivo para o diretório da página onde se encontra os arquivos .php do

sistema.

Usando a sintaxe da biblioteca PHLISP Extensão PHP para CLIPS (DLL: php_clips.dll),

e com base nos exemplos disponibilizados pelos desenvolvedores, foi escrito o código em php que

pode-se visualizar na Figura 22.

54

<? // CLIPS ======================================================= clips_clear(); // Limpa o Ambiente limpa qualquer informação anterior que esteja presente na biblioteca clips_load("regras_diana.clp"); // Carrega as Regras carrega o arquivo de regras para a memória clips_reset(); // Zera as variáveis do CLIPS limpa os valores dos fatos para serem utilizados // define os valores das variáveis clips_assert("valores",array($corretas,$questoes_no_topico)); carrega para o fato VALORES as duas informações pertinentes clips_run(); // Executa as regras executa as regras para calcular o valor do aproveitamento $fatos = clips_get_fact_list(); // retorna a lista de fatos clips_assert("valor",$fatos[‘aproveitamento’]); carrega para o fato VALOR o aproveitamento do aluno clips_run(); // Executa as regras executa o clips para saber se ele vai ou não para o próximo tópico $fatos = clips_get_fact_list(); // retorna a lista de fatos // ============================================================== ?>

Figura 22. Código no PHP

3.3.2 Mapa do Site

A Figura 23 mostra o mapa do site. Pode-se observar três ramificações e cada uma permite

acesso a cada um dos módulos do sistema: módulo Administrador, módulo Aluno e módulo

Professor. Ainda pode-se visualizar as funções que cada módulo possui. A interface do sistema foi

desenvolvida com a ferramenta Dreamweaver da Macromedia.

55

Figura 23. Mapa do site

3.3.3 Tela de Login

Na Figura 24 é apresentada à tela inicial do sistema, onde o usuário informa seu login e

senha para ter acesso ao sistema.

Em todas as telas ao lado esquerdo temos o MENU com as informações de login tais como:

Nome do Usuário, Código e Tipo do Acesso (se é ALUNO, PROFESSOR, ADMINISTRADOR) e

os itens do menu aos quais o tipo do usuário tem acesso.

Quando aciona o Botão Entrar, é chamado um script php (“validar.php”) que verifica se o

código e senha estão na tabela de alunos ou de professores. Se estiver, guarda a informação e vai

para a tela de cadastro de alunos quando aluno e cadastro de professores quando professor. Caso

seja professor, ele verifica se o mesmo possui nível de ADMINISTRADOR. O Administrador do

sistema nada mais é do que um professor com privilégio total para efetuar cadastros, porém o

administrador não tem acesso a visualizar o desempenho dos alunos. Caso a senha e/ou login

estejam errados ele volta para a tela inicial, informando com uma mensagem do ocorrido, para o

usuário.

56

Figura 24. Tela de login

3.3.4 Módulo Administrador

O módulo do Administrador é destinado ao gerenciamento dos professores e ao

gerenciamento das turmas. Nele é possível a inclusão, alteração e exclusão de professores e de suas

respectivas turmas. Também tem acesso ao gerenciamento de alunos, conteúdos e exercícios, caso

se faça necessário, que o administrador realize esses procedimentos.

57

Figura 25. Tela do administrador do sistema

Na Figura 25 pode-se observar as opções disponíveis ao administrador.

• Gerenciar Professor: Cadastro, alteração, exclusão e visualização dos professores que

terão acesso ao sistema.

• Gerenciar Turma: Cadastro, alteração, exclusão e visualização das turmas que serão

cadastradas para cada professor.

• Gerenciar Aluno: Cadastro, alteração, exclusão e visualização dos alunos que terão

acesso ao sistema.

• Gerenciar Conteúdo: Cadastro, alteração, exclusão e visualização dos conteúdos que

farão parte do sistema.

• Gerenciar Exercícios: Cadastro, alteração, exclusão e visualização dos exercícios que


58

3.3.5 Módulo Professor

O módulo professor destina-se ao cadastro de alunos, conteúdos e exercícios, além do

gerenciamento dos mesmos. Ainda neste módulo tem-se disponibilizado o desempenho do aluno na

realização dos exercícios.

Figura 26. Tela do professor

Na Figura 26 pode-se observar as opções disponíveis ao professor.

• Gerenciar Aluno: Cadastro, alteração, exclusão e visualização dos alunos que terão

acesso ao sistema.

• Gerenciar Conteúdo: Cadastro, alteração, exclusão e visualização dos conteúdos que


• Gerenciar Exercícios: Cadastro, alteração, exclusão e visualização dos exercícios que


59

• Consultar Aluno: visualização do desempenho do aluno no sistema.

3.3.6 Módulo Aluno

No módulo Aluno, o aluno efetua os exercícios apresentados a ele pelo sistema e pode

visualizar o seu desempenho em cada tópico existente no projeto.

Figura 27. Tela do aluno

Na Figura 27 pode-se observar as opções disponíveis ao aluno.

• Visualizar dados: visualiza informações sobre os seus dados;

• Fazer Exercícios: local onde o aluno efetivamente fará os exercícios disponibilizados a

ele pelo sistema; e

• Meu Desempenho: verifica o resultado de como foi o desempenho em cada tópico do

sistema e o seu desempenho geral; isto é, de todos os tópicos existentes no sistema.

60

3.3.6.1 Utilização do Sistema pelo aluno

O aluno acessa o sistema informando o código do aluno (que é o código utilizado pela

UNIVALI e previamente cadastrado pelo professor) como login e com uma senha padrão que é

recebida via e-mail. Ele poderá trocar essa senha na sua tela de cadastro.

Ao entrar no sistema pela primeira vez, o aluno tem a opção de fazer exercícios como

mostra a Figura 28, onde ele realizará os exercícios do Tópico 1 primeiramente. O Anexo I –

Seqüência dos Exercícios de Revisão, contém alguns dos exercícios que farão parte de cada tópico.

Figura 28. Tela de exercícios

O aluno irá fazer 10 questões referente ao Tópico 1, se quando chegar à décima questão tiver

atingido 60% de acertos ou superior, ele poderá passar para o próximo tópico. Senão, é apresentada

uma nova bateria de mais 10 exercícios. Se ao final dessa bateria o aluno ainda não tiver atingido a

meta, ele será orientado a procurar apoio em bibliografias e o sistema será bloqueado para ele, pois,

segundo a orientadora do projeto, o objetivo do sistema é revisar o conteúdo de matemática básica.

61

Esse processo se repetirá para cada tópico até que o aluno chegue ao último tópico cadastrado pelo

professor. Chegando ao último, o processo de revisão em Matemática básica estará completo.

No final de cada bateria de exercício e ao final de cada tópico é apresentado um relatório de

desempenho do aluno. O relatório contém as questões resolvidas, apontando as alternativas corretas

e a alternativa que o aluno escolheu, conforme mostra a Figura 29. Ao final do relatório tem-se um

resumo de acertos e erros por tópicos e por características das questões, como mostra a Figura 30.

Além disso, o sistema guarda um histórico de todas as baterias de questões feitas pelo aluno.

Figura 29. Tela do Relatório de Desempenho

62

Figura 30. Tela do Relatório de Desempenho - continuação

Caso o aluno deseje sair do sistema no final das primeiras 10 questões ou em qualquer

momento que estiver fazendo o exercício, ao se autenticar novamente, o sistema verifica em qual

questão o aluno parou, buscando estas informações no cadastro do aluno. Posiciona no item

apropriado, e mostra a questão com suas respectivas alternativas.

63

4 CONCLUSOES

Este trabalho pretende auxiliar o aluno ingressante no curso de Ciência da Computação, na

aprendizagem da disciplina de Álgebra Linear através da revisão do conteúdo de Matemática

básica. Na revisão, o aluno poderá fixar melhor os conceitos, pois o estudo se dará de uma forma

prática, através de exercícios que serão divididos por tópicos e dos conceitos ligados a cada tópico.

Foram apresentados neste trabalho vários conceitos que permitiram o embasamento

necessário para o desenvolvimento de um Sistema Inteligente para Matemática básica. Após uma

explanação sobre a História da Informática na Educação do Brasil e o papel da Informática na

Educação Matemática, foi realizada uma pesquisa em torno dos softwares similares e um estudo

sobre as tecnologias da IA, onde foi definida a técnica que melhor se adequou a este projeto.

Através de uma pesquisa abrangente sobre os conceitos que envolvem o desenvolvimento de

Sistemas Inteligentes e das necessidades especificadas pela professora especialista, optou-se por

desenvolver uma solução Web que teve como base um Sistema Especialista.

Um dos grandes desafios na realização desse trabalho foi à aprendizagem da linguagem e

ambiente CLIPS bem como por em prática a sua integração com o PHP.

O Sistema especialista foi utilizado no módulo de exercício, quando o aluno clica em

“responder” ele processa a informação para saber se passará para o próximo tópico (quando ao final

das questões do tópico), verificando o seu aproveitamento.

Sugere-se como trabalhos futuro o a implementação dessa integração do CLIPS com o PHP

no sistema, bem como o desenvolvimento de um módulo de prova. Neste módulo o aluno poderá

realizar provas elaboradas pelo professor. No cadastro de questões, o professor poderá estar

atribuindo as mesmas, níveis de dificuldade e valores de peso, e ter a opção de elaborá-la no

sistema. O sistema especialista fará a “correção” e apresentará a nota da prova.

Por fim, considera-se que os objetivos deste TCC foram alcançados, tendo em vista que

todos os conceitos foram devidamente aplicados, analisadas e estudadas as técnicas de inteligência

artificial, realizada a modelagem conceitual, modelagem da IA e modelagem do bando de dados do

sistema, a implementação, bem como os testes com a ferramenta CLIPS, gerando sua base de regras

e incorporando-a ao PHP.

64

BIBLIOGRAFIA

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RILEY, Gary. CLIPS Reference Manual: basic programming guide. 2006. Disponível em: <http://www.ghg.net/clips/download/documentation/bpg.pdf>. Acesso em: 29 abr. 2007. RILEY, Gary. CLIPS Reference Manual: basic programming guide. 2006. Disponível em: <http://www.ghg.net/clips/WhatsNew.html>. Acesso em: 29 abr. 2007. SOUZA, Maria José A. Informática educativa na educação Matemática. 2001. 179 f. Dissertação (Mestrado em Educação Brasileira) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2001. VALENTE, José Armando. Diferentes usos do Computador na Educação. Rio de Janeiro. Disponível em: <http://www.nied.unicamp.br/publicacoes/separatas/Sep1.pdf>. Acesso em: 10 abr. 2007. VAZ, F.F.; RAPOSO, R. Introdução á ciência cognitiva. Rio de Janeiro. Disponível em: <http://www.nce.ufrj.br/ginape/publicacoes/trabalhos/RenatoMaterial/index.htm>. Acesso em: 09 nov. 2006. VICARI, R.M.; GIRAFA, L.M.M. Fundamentos dos Sistemas Tutores Inteligentes. In: BARONE, D.A.C. Sociedades Artificiais: a nova fronteira da inteligência das máquinas. Porto Alegre: Bookman, 2003. ZUCHI, Ivanete. O Desenvolvimento de um Protótipo de Sistema Especialista Baseado em Técnicas de RPG para o Ensino de Matemática. 2000. 136 f. Dissertação (Mestre em Engenharia de Produção e Sistemas) – Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2000.

67

GLOSSÁRIO

Expert System Shell É uma ferramenta que embute uma máquina de inferência específica, assim como uma representação própria de conhecimento, e permite a construção de sistemas especialistas que utilizem a sua representação de conhecimento e máquina de inferência.

Logo Linguagem de programação interpretada, voltada principalmente para crianças e aprendizes em programação.

Lúdico Referente a jogos, brinquedos, divertimentos, passatempos. Relativo ao jogo enquanto componente do comportamento humano.

Rede Semântica É uma rede que serve para interligar o significado as palavras.

Taxonomia Ciência que estuda a Identificação.

68

ANEXOS

69

I SEQÜÊNCIA DOS EXERCÍCIOS DE REVISÃO

Exemplos de exercícios que compõe as questões de cada tópico.

Tópico 1 - Expressões numéricas a) }3]3:)²25(15[20{ 0+−−−

b) }5]3:²)22(25[10{ +++−

c) (-2)3 · (-1)4 - (-2)3 · 5 + (-1)3 · (-1) · (-5)3

d)

2,05,001,047,02,0

⋅⋅−⋅

e) ( ) ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅+− 75,0

23

2125,01:

32

f) ( ) 4232 )2(32)53(4 −−+−⋅−+−

g) ( ) ( )( )( ) ( )( )21

30

53522

−− −⋅−⋅−−⋅−

Tópico 2 - Álgebra a) 2- x quando 53²4³2 =−−+ xxx

b) 423 +− yx , para x = -1 e y = -2

c) 52²3³ +−+ xxx , para x = -2

Tópico 3 - Equação do 1° Grau a) )63(25)28(2 +−+−=+− xxx

b)

21

523

=−− xx

c) )5(4)13(24 xxx −−=+−−

70

d) 5

)4(23

23 −=

− xx

e) 7p + 15 – 5p – 10 = -17 + 13p

f) 3(x - 2) – (1 - x) = 13

g) 5 – 4(x - 1) = 4x –3 (4x – 1) – 4

h) 21

65

432 +=+ xx

i) 12

14331

325 −

−=−− xxx

j) 96

13

xxx+=+

Tópico 4 - Equação do 2° Grau

a) 020² =−+ xx

b) 096² =+− xx

c) 020²4 =− xx

d) 081² =−x

e) 020² =−+ xx

f) 054² =+− xx

g) 052 =− xx

h) 054² =+− xx

Tópico 5 - Sistemas de Equações a)

⎩⎨⎧

=−=+

728

yxyx

71

b)

⎩⎨⎧

=+=−

152103

yxyx

c)

⎩⎨⎧

=+=−

3631152

yxyx

d)

⎩⎨⎧

=−=+121832

yxyx

e)

⎩⎨⎧

−=−=+

521

yxyx

Tópico 6 - Problemas a) Quanto foi pago por um produto cujo preço é R$ 120, 00, se houve um desconto de 8%.

b) Antônio, Marcos e Jorge colecionam figurinhas da copa de 2006 e possuem juntos 2 500. Se eles não contassem as figurinhas de Antônio, somariam 1 620 figurinhas e se contassem só as figurinhas de Antônio e Jorge somaria 1936. Quanto de figurinhas possui cada amigo?

c) Os alunos da professora Anita vendem pipoca na praia aos sábados e domingos para arrecadas dinheiro para fazer um passeio no final de ano. Observe a tabela em que estão anotados quantos pacotes eles venderam no mês de junho:

Junho Sábado Domingo 1ª semana 380 410 2ª semana 360 421 3ª semana 296 340 4ª semana 280 370

Sabendo que eles gastaram um total de R$ 900,00 e venderam cada saquinho de pipoca por R$ 1,00 qual foi o lucro que obtiveram?

d) Sabendo que eles gastaram um total de R$ 900,00 e venderam cada saquinho de pipoca por R$ 1,00 qual foi o lucro que obtiveram?

e) Os 40 alunos de uma classe organizaram uma festa-surpresa para comemorar o

72

aniversário da professora. Eles se dividiram da seguinte forma:

• 21 dos alunos deveriam trazer doces

• 52 dos alunos trariam salgado

• 101 dos alunos trariam refrigerante

Qual a quantidade de alunos que levariam salgado?

f) Um teatro promoveu um show ao qual compareceram 200 pessoas, entre estudantes e não estudantes. No total, ao valor arrecadado foi de R$ 1 400,00 e todas as pessoas pagaram ingresso. Sabendo que o preço do ingresso foi de R$ 10,00 e que cada estudante pagou a metade desse valor, qual o número de estudantes presentes ao show?

g) Um barco tem capacidade para transportar 36 pessoas. Para ir à outra margem do rio e voltar, ele leva 26 minutos. Quanto tempo em minutos você terá que esperar na fila, se há 144 pessoas na sua frente?

h) Marcelo trabalha como estagiário e sua tarefa é a de levar documentos entre os diversos departamentos da empresa. Em um desses dias, ele entrou no elevador, desceu 8 andares, subiu 10, desceu 12, parou no 5º andar e ficou esperando as correspondências para serem enviadas ao departamento de recursos humanos. Em que andar ele entrou no elevador?

73

II SEQÜÊNCIA DE EXERCÍCIOS DE REVISÃO

Segue alguns exemplos de exercícios resolvidos.

1. Expressões numéricas

9}18{

}11220{}1]315[20{

}1]3:915[20{}1]3:)²3(15[20{

}3]3:)²25(15[20{ 0

++−

+−−+−−+−−

+−−−

2. Álgebra

15-60

5-61616-5-64(4)2(-8)

5-3(-2)-4(-2)²2(-2)³2- x quando 53²4³2

+++

+++

=−−+ xxx

3. Equações do 1º Grau

43

12123

12226581265282

)63(25)28(2

=

=

=++−=++−

+−−=−−+−+−=+−

x

x

xxxx

xxxxxx

74

4. Equações do 2º Grau

2011

020²

−===

=−+

cba

xx

a

acbbx2

4² −±−=

5210

291"

428

291'

291

2811

28011

1.2)20.(1.4)²1(1

−=−

=−−

=

==+−

=

±−=

±−=

+±−=

−−±−=

x

x

x

x

x

x

5. Sistema de equações:

53

15153

728

=

=

=⎩⎨⎧

=−=+

x

x

xyx

yx

358858

=−==+=+

yy

yyx

S = {(5, 3)}

6. Problemas Quanto foi pago por um produto cujo preço é R$ 120, 00, se houve um desconto de 8%. Resolução: 120 ------- 100% x ------- 8%

75

60,9100960

9601008.120.100

=

=

==

x

x

xx

120,00 – 9,60 = 110,40

Solução: Foi pago R$ 110,40

76

III DOCUMENTAÇÃO GERADA PELA FERRAMENTA CASE DB DESIGNER 4

Database Model plugin_tmp.xml

t_alternativas ColumnName DataType PrimaryKey NotNull Flags Default Value Comment AutoInc

cod_alternativa INTEGER(11) PK NN

texto_alternativa TEXT NN

correta_alternativa TINYINT(1) NN

cod_questao INTEGER(11) NN

ord_alternativa SMALLINT UNSIGNED IndexName IndexType Columns

PRIMARY PRIMARY cod_alternativa

cod_questao Index cod_questao

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PRIMARY PRIMARY cod_aluno cod_questao

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77

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UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ CENTRO DE CIÊNCIAS ...siaibib01.univali.br/pdf/Diana de Sá.pdf · ii universidade do vale do itajaÍ centro de ciÊncias tecnolÓgicas da terra e