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Projeto de Pesquisa
INTERFACE LÚDICA PARA ENSINO REMOTO
DE CONTEÚDOS DE FÍSICA MODERNA
Proposta de José Neres de Almeida Jr.
Orientador Pretendido: Prof. Dr. Hermes Renato Hildebrand
TIDD – PUC-SP –
Mestrado – Programa de Pós-Graduação TIDD
São Paulo, 2014
SUMÁRIO
RESUMO ................................................................................................. 3
QUESTÃO DA PESQUISA ........................................................................... 4
ESTADO DA ARTE .................................................................................... 4
A ESCOLA DO SÉCULO XXI: JUSTIFICATIVAS .............................................. 4
JUSTIFICATIVAS ...................................................................................... 7
OBJETIVOS ............................................................................................. 8
OBJETIVOS GERAIS ................................................................................. 8
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................... 9
HIPÓTESES ............................................................................................. 9
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .................................................................... 10
O WEBDUINO ........................................................................................ 10
ARDUINO NO WEBLAB ........................................................................... 10
O QUE O WEBDUINO TRAZ DE NOVO ....................................................... 11
OPEN SOURCES E GAMES ....................................................................... 13
GAMES PARA O ENSINO ......................................................................... 14
METODOLOGIA ...................................................................................... 18
ARQUITETURA DO WEBLAB..................................................................... 18
PORQUE O WEB-DEUSTO: ...................................................................... 19
DESCRIÇÃO DAS ETAPAS DA ARQUITETURA: ............................................ 21
COLETA DE DADOS: .............................................................................. 22
SEGURANÇA: ........................................................................................ 23
PRÓXIMAS ETAPAS ................................................................................ 24
CRONOGRAMA ...................................................................................... 25
BIBLIOGRAFIA ...................................................................................... 26
TÍTULO: Interface Lúdica para Ensino Remoto de
Conteúdos de Física Moderna: Espectrofotômetro
Remoto Automatizado.
RESUMO
O projeto do Espectrofotômetro Remoto Automatizado (ERA)
está inserido em um contexto maior, visando o ensino e a
aprendizagem de Física Moderna para professores da rede de ensino
pública. O desenvolvimento das interfaces está baseado na
metodologia de Aprendizagem Por Projetos (APP), a qual se baseia na
ideia de utilizar de projetos para permitir ao estudante a inserção do
próprio em assuntos que possam parecer mais complicados se
estruturados de uma forma mais convencional. Uma das forma se
abordar e de se estruturar a aprendizagem de diversos conceitos, via
projetos, está associada à ideia de “gamificação”, que, por sua vez,
utiliza os conceitos aplicados aos games na educação, para ensinar
conteúdos diversos.
Este método de ensino e aprendizagem facilita a assimilação
dos conteúdos, pois visa inserir os usuários num contexto de vivência
com os conteúdos das disciplinas, bem como, permite a interação
com o website que será preparado para abrigar os experimentos
realizados pelos professores.
Além disso, a proposta possibilita a interação com conteúdos e
experimentos dos outros professores criando uma rede de
comunicação e participação colaborativa de professores de Física. De
fato, a proposta pode ser divertida, permitir que se criem jogos e, ao
mesmo tempo, aborda o ensino e a aprendizagem de Física.
QUESTÃO DA PESQUISA
Nos últimos anos, o desenvolvimento tecnológico tem facilitado,
de várias maneiras, o nosso cotidiano. Sistemas computacionais
estão presentes não apenas nas residências, mas em todos os
lugares que circulamos: no controle do trânsito, nos supermercados,
nas agências bancárias, nos aparelhos de telefonia celular, etc.
Ensinar Física no século XXI poderia ser uma tarefa extraordinária, já
que toda a tecnologia que nos rodeia está intimamente ligada a
conceitos físicos essenciais para a compreensão dos mecanismos
básicos de funcionamento de cada um destes sistemas. Seria...
No entanto, muitos alunos apresentam grande dificuldade na
compreensão dos fenômenos físicos. Seria de se perguntar: o Ensino
de Física não está adequado a realidade do aluno? A Física que se
ensina nas escolas não “alcança” a tecnologia presente em todo o
aparato tecnológico que tanto atrai o estudante? Quando se tem, os
experimentos realizados são meramente demonstrativos, ou
possibilitam a aprendizagem de conteúdos mais aprofundadamente?
ESTADO DA ARTE
A ESCOLA DO SÉCULO XXI: JUSTIFICATIVAS
Na verdade, as duas primeiras perguntas do capítulo anterior
são complementares, e daí vemos duas razões (entre outras) do
insucesso na aprendizagem em Física que podem ser apontados: os
métodos de ensino desajustados das teorias de aprendizagem mais
recentes (o que torna a Física ensinada em anacronismo com a Física
de todos os gadgets dos estudantes) e a falta de meios pedagógicos
modernos (o que torna o Ensino de Física fora de adequação).
O uso de Tecnologias de Informação (TI) no ensino tem sido
objeto de estudo em todas as áreas (Cavalcante, Santos, Fontes,
Almeida Jr., & Rebouças, 2013). Nos últimos anos, os avanços no uso
de TI foram extraordinários tendo em vista que os computadores se
tornaram muito mais velozes e com maior capacidade de
armazenamento e de representação somando-se às novas interfaces,
tais como luvas e capacete para visualização em ambiente virtual, e
mais recentemente, telas holográficas de contato (recentemente
patenteada pela Apple), que nos trouxeram a realidade virtual para
sala de aula.
Alguns pesquisadores na área de ensino de Física no Brasil têm
se dedicado a produção de diferentes recursos de baixo custo, que
possibilitam a inserção de novas tecnologias no ensino de Física e
particularmente na aquisição automática de dados: tais como citados
em (Cavalcante, Santos, Fontes, Almeida Jr., & Rebouças, 2013).
Apesar destas publicações e de todo o avanço tecnológico das
útimas décadas, as salas de aula da grande maioria das escolas
brasileiras, ainda assim, estão bem distantes deste universo e o
ensino de Física ainda continua desconectado deste mundo tão
fascinante que nos cerca. Os recursos computacionais em geral se
restringem ao uso de simulações, editoração de textos, planilhas de
cálculo e internet para pesquisa de trabalhos escolares (isso, quando
a escola possui computadores). Assim, a possibilidade de utilizar o
computador como um instrumento de medida ainda é desconhecida
pela grande maioria dos professores brasileiros.
De outro lado há um grande incentivo dos órgãos públicos
brasileiros a projetos que tenham como meta gerar conteúdos e
recursos para potencializar o uso TICs para sala de aula na educação
básica, particularmente aqueles destinados ao uso dos leptops
educacionais.
Algumas iniciativas já bastante conhecidas, como o projeto
Scracth do MIT e mais recentemente a interface de programação
Scratch for Arduino (S4A), que é um ambiente de programação visual
integrado à interface Arduino e baseado no Scratch, já muito utilizado
com fins educacionais, mostram-se cada vez mais promissoras para o
desenvolvimento da capacidade criativa dos nossos jovens e o
aprendizado de Física (e Ciências, de uma forma mais ampla).
Além dos aspectos já mencionados não podemos deixar de
mencionar que, a partir de 2004, iniciou-se um grande movimento na
internet conhecido como web 2.0. Na Web 2.0, o usuário deixa de ser
um sujeito passivo e compõe uma imensa rede de compartilhamento
de informações e construção de conhecimento. A consequência
imediata deste processo é que o conhecimento já não está
centralizado em uma pessoa ou em um lugar específico, ele distribui-
se entre os usuários da rede. A aprendizagem deixou de ser uma
construção individual do conhecimento, para ser um processo social
onde o mestre já não é a fonte única de conteúdos e o “aprendiz não
aprende” de forma isolada (construcionismo de Papert). A interação
social, o desenvolvimento de novas formas de linguagem e a
comunicação são condições importantes e necessárias para a
aprendizagem:
“A habilidade mais importante que determina a vida das pessoas é a de aprender mais habilidades, de desenvolver novos conceitos, de avaliar
novas situações, de lidar com o inesperado. Isto se tornará cada vez mais evidente no futuro: a habilidade mais competitiva é a habilidade de
“aprender a aprender”. O que é certo para os indivíduos, é, todavia mais
certo para as nações”.
(Papert, 1996)
Esta construção da interatividade ajuda o aluno em seu
processo de ensino-aprendizagem através da resolução de problemas
propostos e depuração dos resultados obtidos (construcionismo
(Ackermann, 2001)) E, indo além, através de projetos previamente
colocados como temas, os estudantes podem não somente resolver
problemas propostos, mas criarem situações, seja pela observação,
seja pela extrapolação, em que podem montar soluções, através do
que vêm aprendendo. Ou seja, o estudante não somente resolve
problemas proposto, mas também pode criar novos outros
“problemas” e encontrar novas e interessantes soluções, que de outra
forma, sem criatividade, poderiam não ser encontradas.
JUSTIFICATIVAS
É, portanto, necessário criar espaços na web que viabilize não
apenas divulgar recursos existentes, mas, viabilizar a criação de
laboratórios de sensoriamento remoto que possibilite aos estudantes
e professores em diferentes níveis de aprofundamento estudar
conceitos importantes em Ciências e mais particularmente aqueles
relacionados à Ciência Moderna e Contemporânea.
Deste modo, pretendemos com este experimento, oferecer aos
estudantes uma educação diferenciada, baseada na Aprendizagem
Por Projetos (APP), aproximando os estudantes/usuários da produção
científica, tecnológica e de inovação.
Com isso, ampliamos e aprimoramos o uso das novas
tecnologias no ambiente escolar, o uso dos games, e a produção de
conteúdo acadêmico em ambiente remoto. E por outro lado, também
contribui na formação contínua dos professores participantes, para
que os mesmo saibam como lidar com este material para melhor
ensinar, explorando mais eficientemente as diversidades e
possibilidades do experimento.
Com o acesso ao site, por diferentes usuários, em diversos e
variados lugares, pretendemos também incentivar o ingresso dos
jovens em carreiras relacionadas às ciências exatas, a princípio a
Física (com a aplicação da Física Moderna) e Ciências da Computação
(pois pretendemos também disponibilizar os códigos utilizados no
experimento e como se estabelece a interface gráfica do projeto),
evidenciando a comunicação entre estas disciplinas, e enriquecendo o
diálogo entre profissionais, usuários e mesmo, professores que
venham a utilizar o game-experimento, através da característica
lúdica do game, facilitando a assimilação de conteúdos mais
complexos, desde que bem trabalhados.
O desenvolvimento de projetos, com aprendizagem de
conteúdos através destes projetos, gera um processo de
aprendizagem participativo e colaborativo. Através do enfrentamento
de problemas, dentro do próprio site, aproximamos o usuário de
situações reais e diversificadas e que lhe atribui à responsabilidade de
gerir o seu próprio conhecimento, assegurando-lhe autonomia e ao
mesmo tempo um maior comprometimento social.
Associado ao fato de que o usuário encara as situações dentro
de uma ambiente de game, seu conhecimento (assimilado dentre os
enfrentamentos do experimento) adquire um lado lúdico,
incentivando o mesmo a explorar maiores possibilidades.
Característica que poderá fazê-lo se interessar por outros tópicos, e
através de fóruns de discussões, com as opiniões dos usuários, esses
mesmos tópicos podem vir a ser abordados dentro do site.
OBJETIVOS
OBJETIVOS GERAIS
Neste mestrado pretendemos incrementar o site já
desenvolvido durante os trabalhos de conclusão de curso, visando a
adequação do mesmo para um ambiente em que o usuário possa
gerir o seu próprio conhecimento, da mesma forma que se possa
tornar o experimento em si um jogo, com possibilidades mais
complexas, além de se poder ter uma interação maior tanto com o
experimento, controlando mais variáveis existentes, bem como
utilizando simuladores para avançar seus conhecimentos teóricos, a
fim de se entender o que esta ocorrendo no experimento.
E objetivando o uso independente do computador, pretendemos
que o site existente também seja acessível em plataformas como
Android, seja por aplicativo, seja um site próprio para smartphones
(baseado na tecnologia html5).
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Este pré-projeto é uma continuação do projeto de TCC do curso de
Física, em que se fez um espectrofotômetro a baixo custo disponível
para acesso e controle remoto e automatizado, que começou em
2011. Nesta continuação pretende-se melhorar a interface gráfica,
usar novos ambiente, o que torna necessária a criação de outros
experimentos, ou mesmo a possibilidade de trocas de componentes
(por exemplo, usar novas fontes luminosas com possibilidades de
troca, controlando o feixe), e adequar a arquitetura do site para os
objetivos pedagógicos a que se destina, com possibilidade de
interatividade do usuário remoto com o experimento, bem como
adequar o site a uso em tabletes e celulares, dado o amplo interesse
da população por aprendizagens diferentes envolvendo a Física
Moderna.
HIPÓTESES
O WebLab, na ideia como o WebLabDuino vem sendo realizado,
pode ser uma ferramenta de ensino, e de ensino a distância,
também, motivadora de novas descobertas e de inserção de novas
possibilidade de ensino de conteúdos de ciência, principalmente com
a modelagem do ambiente remoto via game, o que poderia originar a
assimilação de aspectos e conceitos científicos, que de forma
convencional não necessariamente seriam abordados.
A construção de conhecimentos científicos, através do
planejamento e estratégia, típicos do ambiente de game, poderiam
incrementar a assimilação dos conceitos científicos, em especial,
conceitos de Física Moderna (e no caso, da espectrofotometria),
colocada em um argumento de investigação, análise, estratégia e
planejamento, que seria trabalhada dentro do ambiente remoto, pelo
game.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
O WEBDUINO
Webduino é um projeto que está sendo desenvolvido como o apoio do
CNPq pelo GoPEF (Grupo de Pesquisa em Ensino de Física da
PUC/SP), na área de tecnologia educacional e em poucas palavras é
um laboratório de controle e sensoriamento remoto baseado no uso
da plataforma Arduino.
ARDUINO NO WEBLAB
Dentre as inúmeras justificativas para a utilização da plataforma
Arduino está a existência de um grande número de projetos
disponíveis na web em diferentes idiomas e em diferentes áreas do
conhecimento caracterizando esta plataforma, como uma tecnologia
essencialmente interdisciplinar.
O Webduino pretende desenvolver diferentes recursos didáticos que
possibilitem não apenas ensinar conceitos Físicos, mas também traga
aos nossos jovens e professores um maior domínio da tecnologia.
Pretendemos utilizar também plataformas, como Xively, Partcl®,
dentre outras API’s, que possibilitam a coleta remota de dados, via
serial, shields ethernet e/ou wirelles, etc. Opções desta natureza,
possibilita incorporar o Ensino de Ciências na já conhecida rede de
sensores, agregando valores à experimentação didática.
Por outro lado, a implantação de laboratórios de sensoriamento e
controle baseado em plataformas livres como as do Arduino, torna o
Weblab deste projeto muito próximo a realidade do usuário,
potencializando os recursos disponíveis e amplamente compartilhados
na web, desmistificando a experimentação como um todo.
O usuário terá acesso à documentação dos projetos, seus códigos
fontes e poderá, se assim o desejar, montar o seu próprio sistema,
manipulá-lo e disponibilizá-lo em redes remotas, através de
servidores remotos como, por exemplo, o Xively.
O QUE O WEBDUINO TRAZ DE NOVO
Um dos aspectos inovadores deste projeto está associado ao
desenvolvimento de um laboratório de controle e sensoriamento
remoto, voltado ao ensino de Ciências, totalmente apoiado em uma
plataforma open-source em hardware e software conhecida e
amplamente difundida na internet - Arduino - numa perspectiva a
médio e longo prazo de aplicações concomitantes à Realidade Virtual
Aumentada.
Tratando-se de uma plataforma Open Source o usuário terá acesso à
documentação pertinente a cada experimento proposto, qual seja:
códigos fontes, esquemas elétricos e vídeos ilustrativos mostrando
cada etapa de construção e montagem, etc.
Igualmente inovador é o desenvolvimento de recursos destinados ao
ensino de ciências em nível fundamental em que se pretende criar
aplicativos que possibilite manipular e interagir com experimentos
remotos utilizando o software de programação iconográfica Scratch
for Arduino, que é um ambiente de programação visual integrado a
interface Arduino e baseado no Scratch já muito utilizado com fins
educacionais. Estes aplicativos deverão possibilitar que usuários do
Scratch for Arduino (S4A) de diferentes faixas etárias possam
manipular os equipamentos através de mídias interativas
inteiramente adaptadas a sua realidade o que, certamente contribuirá
na ampliação dos recursos educacionais destinado a um público de
menor faixa etária.
Outro aspectro de grande relevância no Weblab da PUC/SP é o
desenvolvimento de uma Interface padrão de comando com
reconhecimento de voz para diferentes dispositivos e experimentos
monitorados e controlados remotamente.
Apesar do uso crescente dos recursos tecnológicos por todos ainda é
importante questionar os aspectos correlacionados a acessibilidade
destes recursos, considerando acessibilidade como um processo que
permita a inclusão de todas as pessoas com deficiências ou não a
participarem de atividades que incluem o uso de produtos, serviços e
informação.
Até que ponto as tecnologias desenvolvidas e disponíveis possibilitam
uma ampla e total inclusão aos serviços, produtos e informação?
Quantos laboratórios de sensoriamento remoto disponíveis na web
possibilitam acesso e interatividade aos experimentos de modo mais
amplo?
É preciso abraçar estas questões e enfrentá-las de tal modo que a
tecnologia e seus avanços possibilite uma maior integração de seus
usuários, oferecendo amplo acesso aos serviços, produtos e
informações incluindo neste rol os portadores de necessidades
especiais de ordem física, que são; hemiplégicos, paraplégicos,
tetraplégicos (incluindo sujeitos com membros amputados). Os
resultados deste trabalho foram apresentados no IIIWebCurriculo
(Cavalcante, Tavolaro, Fontes, & Stabile, 2012).
Um WEBLAB, com tais características, além de inovador poderá
contribuir para uma maior difusão e divulgação da ciência,
despertando o interesse dos nossos jovens para uma área que tem
sofrido uma forte queda em todo mundo e mais acentuadamente no
Brasil.
Assim, a ideia no presente e nos anos futuros, é diminuir a distância
entre público e programação, com os hardware e softwares livres,
cada vez mais presente no cotidiano.
OPEN SOURCES E GAMES
Um aspecto importante a se considerar no WebLab implementado é o
fato de todas as ferramentas utilizadas, desde o hardware utilizado
(sensores, atuadores, motores e controladores – como o Arduino) até
a parte de software e programação serem de código aberto, o que
significa dizer que cada componente utilizado pode ser modificado,
alterado, melhorado e, eventualmente, reconstruído. Principalmente,
as programações em C# e C++ (utilizadas na rotina que controla os
mecanismos) e as linguagem em Javascript e html (que comandam a
estrutura das páginas em que se pode acessar remotamente os
experimentos - via GoogleWebToolkit e plataforma WebDeusto)
também são de código aberto (open source), fato que evidencia a
preocupação de se deixar toda a estrutura disponível para ser
reproduzida (desde que sejam repeitadas as diretrizes de segurança
de rede para acesso e reprodução).
Este fator possibilita também a adequação da estrutura corrente para
um ambiente mais voltado às características de game, tais como
jogabilidade, estratégia, análise, conseguidas através de inserção de
objetos montados em javascript, dentro da programação do Google
webtoolkit, que dependerão apenas da habilidade e criatividade do
criador do jogo; realizada a montagem do mesmo, e terminadas as
etapas de criação e desenvolvimento de rotinas e estratégias de cada
etapa do game, dentro do controle do experimento remoto, o usuário
remoto poderá, então, ter controle e interação sobre variados
aspectos do game, como por exemplo, análise do espectro, que tipo
de experimento realizará, controle de cada mecanismo, ou de
motores, de forma a diversificar sua participação no jogo,
possibilitando melhor entendimento sobre cada etapa, e sobre os
conceitos físicos envolvidos em cada uma destas etapas.
Com relação a isso, pretende-se que o usuário possa seguir por conta
própria em certas etapas do game, mas de forma a melhor entender
conceitos físicos, outras etapas principais que seja necessário o
compreensão da Física, será realizado uma espécie de roteiro dirigido
dentro do game, de forma que o usuário possa construir o
entendimento da Física envolvida, ao momento em que se vai
jogando.
GAMES PARA O ENSINO
O uso de games para aprendizagem, e até como didática de ensino,
em uma nova abordagem, que vem sendo conhecida como
Gamificação do Ensino, permite novas explorações, principalmente no
Ensino à Distância. Embora pouco utilizada no Brasil, os recursos da
gamificação que podem ser explorados, permitem ao usuário/aluno
ingressar em diferentes ambientes, nos quais os conceitos teóricos
que aprende podem ser explorados de forma diversificada e lúdica,
incentivando uma aprendizagem mais significativa em sua vida
escolar.
Diferentemente do que se pode pensar, a ideia de Games, e por
consequência, da gamificação, é diferente dos jogos (Quadros, 2012),
e por consequência, o ensino mediado por jogos, no sentido de que
os jogos parte do princípio de que o indivíduo tem controle de suas
ações sobre um objeto digital, ou seja, o controle, o jogar o jogo, e
de suas várias missões e tarefas para avançar de fase (Quadros,
2012). Enquanto isso, na gamificação, embora se use de jogos (na
parte de design e dos elementos associados a ele), o processos de
“gamificar” está voltado mais para o uso das estratégias, e alcance
de objetivos (Quadros, 2012), de modo que com estes, se possa
compreender conceitos mais aprofundados, que de outra forma
poderiam ser nem tão fáceis de se assimilar.
Inicialmente, o sistema de gamificação se iniciou com dois suportes
de redes sociais (Livemocha e Busuu), voltados mais para o ensino e
aprendizado de idiomas. E nestes dois sistemas, a gamificação
desempenha um papel importante no sentido de aproveitar os
recursos tecnológicos da rede para se levar o mecanismo do jogo
para outros contextos, focando a estratégia do jogo em si, para um
aprendizado efetivo.
A base teórica para a gamificação se desenvolve a partir do trabalho
de dois autores: Kevin Werbach e Dan Hunter. Eles recentemente
desenvolveram um estudo, na Universidade da Pensilvânia (Estados
Unidos), que resultou num livro sobre gamificação (Quadros, 2012).
Eles inicialmente aplicam tais noções oriundas dos games para a área
do marketing e administração de empresas. Segundo eles, essas
noções são relativamente novas e ainda não são universalmente
aceitas, embora seja um conceito aplicável a todas as esferas do
conhecimento e sociedade (Quadros, 2012).
Neste sentido, por que não utilizar um recurso atraente a jovens,
como os games, aplicados a conceitos de Física, que são,
historicamente, mais complexos ao entendimentos dos estudantes?
Historicamente, devido a abordagem dos mesmos, ao passo que os
próprios conceitos não são mostrados na realidade do estudante, o
que torna a aprendizagem, por vezes, fora de contexto. E justamente
devido a questão do contexto ser por vezes muito distante do
estudante, pretendemos lançar mão dos games inseridos nos
conceitos de Física, para que com eles o usuário/estudante possa
aprender e apreender conceitos de Física. De uma forma geral:
“o uso de sistemas gamificados tem a principal preocupação em ‘manter os
indivíduos envolvidos com as suas atividades’. O foco [é] na mudança de comportamento e na motivação. O indivíduo estimulado estará envolvido,
participando dos desafios, superando seus resultados e buscando uma
performance ainda melhor. As estruturas de um jogo aplicado a um contexto educacional ajudam a incentivar o indivíduo na realização de uma
determinada atividade, fazendo com que toda a experiência de execução seja sentida de forma mais rica e mais gratificante.”
(Quadros, 2012)
Esta imersão do usuários nas atividades propostas depende muito da
atratividade do jogo, bem como de um design bem feito, e mais que
tudo, de uma história coerente, ao mesmo tempo que possibilite
avançar em novos ambientes e com recompensas bem definidas, com
uma estratégia clara do game. Essas são características que devem
ser pensadas pelo criador e pelo desenvolvedor do game, ao mesmo
tempo que devemos nos preocupar em manter claros os conceitos de
Física, os quais devem ser os objetivos de cada etapa do jogo, de
modo que novos avanços em fases mais complexas sejam possíveis
somente com um entendimento claro do conceito físico aplicado.
Esta imersão somente é possível pois a Internet que temos hoje está
muito mais dinâmica, de forma que as pessoas podem controlar suas
interações em tempo real, ou não, na rede (Quadros, 2012). Com
isso, elas passam a ter autonomia sobre o que estão fazendo, e se
associado ao ensino, colocado de uma forma atraente, a assimilação
da Física passa a ser de forma pessoal, com mais flexibilidade de
tempo, e maior autonomia.
As etapas dos games que devemos colocar devem ser melhor
discutidas ao longo do projeto de forma que se fique um game
atraente ao usuário, utilizando a estrutura presente de acesso
remoto. As necessidade de se colocar etapas em que se evidencie a
estratégia, (dentro da qual os objetivos serão os conceitos físicos),
recompensas, o design e o enredo do game também devem ser
melhor trabalhados no decorrer do projeto, mas sempre tendo em
mente que o acesso remoto deve estar presente e sintonizado com o
experimento real. Deste modo a ideia é que o usuário sempre
perceba que o que ele faz e aprende durante o jogo (de forma
lúdica), aconteça na vida real.
Assim, como conclusão, podemos citar (Quadros, 2012):
“A gamificação no ensino é como uma mescla criativa entre as técnicas, design, histórias, desafios e tudo mais que possa ser originário dos games
com os procedimentos metodológicos que sejam imigrantes do contexto de
sala de aula para a rede online e vice-versa. Os benefícios de um ensino adotando um sistema ou método que aplica os conceitos da gamificação
começam a partir do planejamento do projeto, da sala de aula para a execução da prática na rede. Dessa forma, o contexto do jogo não vai
significar nada, mas o ensino, seja de línguas ou de qualquer outra disciplina curricular, terá sentido na medida em que o objetivo esteja na
aprendizagem efetiva do aluno.”
(Quadros, 2012)
Objetivo este centrado nos conceitos da Física, em especial, da
espectrometria e espectrofotometria. E com o fato mais interessante,
de que o momento em que o estudante vai avançando, ele possa
perceber que o que faz acontece de verdade, no experimento real.
METODOLOGIA
ARQUITETURA DO WEBLAB
Um sistema ou dispositivo seja ele computacional ou não, deve
sempre respeitar e considerar dois aspectos; sua funcionalidade e o
que irá impulsiona-lo com sapiência e destreza (Cavalcante, Santos,
Fontes, Almeida Jr., & Rebouças, 2013). Assim, quando já possuímos
uma breve ideia dos sistemas envolvidos, ponderamos em primeira
instância a sua interface de comunicação, que deve fornecer
informações condizentes e com inteligibilidade. Considerando aqui,
que se trata de uma abordagem de desenvolvimento intelectual, as
referências requerem concisão, mas nem sempre explícitas, pois
queremos apenas orientar o usuário às descobertas, que segundo
(Morin, 2003), conduz a um aprendizado eficaz e significativo. Com
isso, conduzimos nossa busca por um sistema que possibilita unir
conceitos de usabilidade e acessibilidade, além da disponibilização de
experimentos de com diferentes graus de complexibilidade.
Outra característica importante do Weblab da PUC/SP no
desenvolvimento dos experimentos remotos, foi a reciclagem e/ou
reutilização de equipamentos eletrônicos obsoletos, cada vez mais
numerosos, mediante a constante revolução tecnológica.
Diferentemente de alguns Laboratórios de experimentação remota
disponíveis ao público, além do acesso ao experimento em si, o
usuário encontra no Weduino, diferentes recursos didáticos que
possibilitem a compreensão do fenômeno físico abordado, tais como;
fundamentação teórica, simuladores, vídeos, etc.
A plataforma que melhor se ajustou as nossas condições de contorno
foi a Weblab-Deusto desenvolvido pela Universidade de Deusto,
Espanha.
PORQUE O WEB-DEUSTO:
O Webdeusto é um programa de arquitetura distribuída para
laboratórios remotos, que proporciona uma série de funcionalidades
que facilitam o desenvolvimento de uma aplicação remota
(Cavalcante, Santos, Fontes, Almeida Jr., & Rebouças, 2013). Pode-
se manipular um experimento, através de uma rede que pode ser
tanto interna quanto externa. É um projeto open-source desenvolvido
pela Universidade de Deusto, o qual fornece um framework flexível
reunindo toda a integridade, garantindo segurança, agilidade,
escalabilidade; recursos essenciais para este serviço.
O projeto desenvolvido pela Universidade de Deusto possui
estruturação de seu código fonte baseado em prioritariamente em
linguagem de programação Python, ocupando 67,1% de suas linhas
de códigos, que por sua vez compartilha o sistema com as linguagens
Java, C# e PHP.
A integração multiplataforma de programação que o WebDeusto
oferece é a sua principal vantagem. Ele pode se comunicar com
qualquer servidor de um experimento que ofereça uma comunicação
XML-RPC como o Java, tecnologias .NET, Python e LabVIEW. Uma
serie de aspectos importantes nos fizeram escolher a plataforma
Weblab-Deusto dentre eles chamamos a atenção para dois deles que
são;
● Autenticação: WebLab-Deusto oferece um sistema de
autenticação extensível que suporta nome de usuário e senha
armazenados em um banco de dados MySQL, LDAP servidores
remotos, e também OpenID para verificar as credenciais em outra
Universidade, Facebook, e autenticação confiável com base no
endereço IP do cliente que está tentando para entrar
● Gerenciamento de fila: WebLab-Deusto gera filas diferentes
de reserva para as diferentes plataformas experimentais disponíveis,
impedindo sobrecarga aos experimentos disponíveis.
● Escalabilidade: A arquitetura WebLab-Deusto é apresentada
em escala horizontal e ferramentas de teste estão disponíveis para
testar diferentes implementações.
● Segurança: A arquitetura distribuída WebLab-Deusto mantém
em isolamento o hardware e software que esta acoplado a
experiência, de modo que qualquer problema relacionado com um
uso errado do experimento nunca vai colocar todo o laboratório
remoto em risco.
● Implementação: O sistema de implantação WebLab-Deusto
torna fácil e flexível a configuração do mapa da rede em que todos os
servidores e experimentos estão envolvidos.
● Acompanhamento do usuário: Os usos do laboratório remoto
são armazenados automaticamente. No caso dos experimentos
gerenciados, mesmo os comandos trocados entre o servidor e o
cliente são armazenadas, para eventuais correções necessárias e
acompanhamentos. A quantidade de eventos a serem registrados
cabe ao administrador-WebLab Deusto.
● Administração: WebLab-Deusto oferece ferramentas de
administração tais como; monitorar usuários em tempo real, verificar
acessos, adicionar / remover permissões, grupos e usuários, etc.
● Facebook: WebLab-Deusto está integrado com o Facebook,
assim os usuários podem vincular suas contas e usá-lo com
ferramentas fornecidas pelo Facebook, como o bate-papo (lista
aplicativos).
● Dispositivos móveis: A interface de usuário-WebLab Deusto
também é adaptada para dispositivos móveis, e os experimentos
gerenciados também podem ser adaptados para fornecer uma versão
mais amigável com o usuário possibilitando a aprendizagem móvel.
● Extensibilidade: experiências existentes também podem ser
adaptadas para Weblab-Deusto.
DESCRIÇÃO DAS ETAPAS DA ARQUITETURA:
A arquitetura apresenta 4 etapas e alguns subsistemas agregados
(Fig.01).
Figura 1 - Arquitetura do Webduino
Dividimos nossa estrutura nas seguintes categorias:
1. Cliente: Nesta categoria definimos os usuários e todas suas
ferramentas. É nesta categoria que vamos enviar e receber
comandos, e mais particularmente receber as imagens dos
experimentos por meio de webcams, e ainda o controle de voz
utilizando-se os conceitos de VoIP (Voice over Internet Protocol - Voz
sobre o Protocolo da Internet).
2. Servidor Webduino e ferramentas: base de todo o sistema e o
laboratório remoto em suma. Nesta etapa ocorre a interpretação dos
comandos e solicitações efetuadas pelo usuário através do WebLab-
Deusto, assim como a interpretação das imagens das webcams e
comandos por voz. Todas as informações passam pelo Servidor
WebLab-Deusto o que nos permite denomina-lo como o Gateway
(ponte de ligação) para os experimentos.
3. Servidores de Experimentos: Computadores com hardware low-
end (Raspyberry pi e notebooks), que são responsáveis por receber
os comandos do servidor principal (etapa 2) e repassa-los para a
etapa seguinte (etapa 4); os experimentos. Aqui podemos utilizar um
computador para vários experimentos. O servidor de experimento na
realidade são aplicações Java que utilizam bibliotecas XML (eXtensible
Markup Language) e RPC (Remote Procedure Call).
4. Experimentos: Por fim, os experimentos são geralmente placas
Arduino com shields ethernet, que compõem os equipamentos, nos
livrando de qualquer outro computador para controlá-los.
COLETA DE DADOS:
Para que um experimento seja completo necessitamos que este ao
receber estímulos dos alunos (Cavalcante, Santos, Fontes, Almeida
Jr., & Rebouças, 2013), os responda de maneira adequada, assim
como na maior parte das análises experimentais, e da mesma forma
que nos ensaios presenciais, extraímos dados que serão dispostos em
gráficos para realizar as elucubrações, e que para nosso cenário
dispomos esta coleta através das redes internas e externas.
Com isso, para a interface dos usuários explicitaremos os dados
através de gráficos utilizando uma biblioteca Java denominada
Jchart2D, que prioriza a performance na visualização dos dados, sem
deixar de lado implementações complexas e em tempo real. Os
processos nesta aproximação ocorrem somente por tráfego interno,
dos experimentos para o cliente.
Como um dos objetivos iniciais do projeto é permitir a utilização da
conhecida Rede de sensores disponíveis na web utilizamos em um
dos experimentos a plataforma Xively para coleta e disponibilização
dos dados experimentais. Esta plataforma nos possibilita integração
paralela aos experimentos, utilizando conexão através da internet
com seu próprio servidor, que nos transmitem os dados em forma de
gráficos e arquivos de manipulação para web ou ainda programação
como os padrões: XML e o CSV (Comma-Separeted Values ou valores
separados por vírgula).
Para este tipo de experimento monitorado via Xively, elaboramos
uma sequência de tutoriais de modo a permitir que os usuários
possam reproduzir outros experimentos de seu interesse para acesso
remoto de dados gratuitamente, contribuindo para uma maior
divulgação e popularização desta tecnologia.
SEGURANÇA:
Algumas das ferramentas utilizadas para buscar a estabilidade e
integridade do nosso sistema, é o controle de acesso de usuários e o
gerenciamento de uso dos experimentos, ou ainda, controle por filas
FIFO (First In First Out; o primeiro da fila que entrar saíra primeiro) -
aqui podemos também definir prioridades de acesso, caracterizando
uma fila com prioridades para certos usuários, entretanto em nossas
implementações não iremos priorizar os utilizadores em geral
(Cavalcante, Santos, Fontes, Almeida Jr., & Rebouças, 2013). Tal
recurso é muito importante, tendo em vista que os recursos físicos
são limitados. Este controle é propiciado em grande parte pela
plataforma Weblab-Deusto.
Utilizamos ainda outras técnicas de segurança em redes tais como
firewalls e controle de acesso às ferramentas que agregam o sistema.
Além disso, são necessários alguns protocolos específicos para cada
tipo de comunicação com o servidor principal, o que de certa forma,
evitam explorações indevidas em nossos sistemas.
PRÓXIMAS ETAPAS
Nas próximas etapas, durante o mestrado, serão implementados
novas características dentro do ambiente do GoogleProject, utilizando
a plataforma GoogleWebToolKit, a qual permite a inserção de
diferentes componente que permite visualização e linguagem de fácil
acesso, o que favorece a criação de um ambiente remoto de jogo. As
etapas de como devem ser realizadas as alterações do ambiente
remoto atual para um ambiente com um jogo de estratégia e análise
serão melhor esclarecidas durante a realização do mestrado, e devem
permitir uma melhor interatividade e maiores análises, já que se
pretende a adequação do experimento para o jogo, bem como a
inserção de um novo experimento, que será complementar ao atual:
um espectrofotômetro de absorção, o qual será visualizado durante o
jogo e poderá se visualizar também o espectro e o movimento dos
componentes do mesmo, em ambiente remoto.
Assim, sendo, segue cronograma pretendido para as próximas etapas
do projeto.
CRONOGRAMA
Metas
Meses 1 2 3 4 5 6 7 8
ago/14
set/14
out/14
nov/14
dez/14
jan/15
fev/15
mar/15
abr/15
mai/15
jun/15
jul/15
ago/15
set/15
out/15
nov/15
dez/15
jan/16
fev/16
mar/16
abr/16
mai/16
jun/16
jul/16
ago/16
1. Melhorar a visualização do espectro difratado no anteparo.
2. Usar novas fontes luminosas (leds variados), com possibilidades de
troca, controlando o feixe,
3. Adequar a arquitetura do site para os objetivos pedagógicos a que se
destina, inclusão de planos pedagógicos e possibilidade de
interatividade do usuário remoto com o experimento, além do usuário
poder fazer a troca das fontes remotamente.
4. Criação de um game dentro do ambiente virtual, em que durante o
jogo e as etapas dos novos conhecimentos o usuário possa controlar
o experimento remotamente
5. Pretende-se utilizar dois experimentos, um de especrofotômetro de
reflexão (já existente e funcionando) e outro por absorção (em fase
de construção), este último a ser utilizado em fases mais avançadas
do game a ser criado.
6. Adequar o site a uso em tabletes e smartphones, dado o amplo uso
da população por estas tecnologias, nas quais se é possível adicionar
conteúdos e metodologias voltadas a aprendizagens diferentes
envolvendo a Física Moderna.
7. Escrita da dissertação
8. Defesa da dissertação
BIBLIOGRAFIA
Ackermann, E. K. (2001). Language Games, Digital Writing, Emerging
Literacies: Enhancing kids' natural gifts as narrators and
notators. Boston: Massachussets Institute of Technology (MIT).
Cavalcante, M. A., Santos, B. S., Fontes, M. M., Almeida Jr., J. N., &
Rebouças, H. C. (Outubro de 2013). Webduino: Um Laboratório
de Sensoriamento Remoto para o Ensino e Aprendizagem de
ciências. p. 6.
Cavalcante, M., Tavolaro, C. R., Fontes, M. M., & Stabile, B. (12, 13 e
14 de Novembro de 2012). Webduino e RVA: a criação de uma
"Rede de Sensores" aplicada ao Ensino de Ciências. Acesso em
04 de Maio de 2014, disponível em
http://prezi.com/w1zhxwcr8h9c/seminario-de-pesquisa-
webduino-weblab-da-pucsp/
Morin, E. (2003). A Cabeça Bem Feita: Repensar a Reforma,
Reformar o Pensamento (8ª Edição ed.). Rio de Janeiro, RJ,
Brasil: Bertrand Brasil.
Papert, S. A. (1996). The Connected Family: Bridging the Digital
Generation Gap.
Quadros, G. B. (2012). Gamificando os Processos de Ensino na Rede.
UEADSL.
