Projeto de Pesquisa
INTERFACE LÚDICA PARA ENSINO REMOTO
DE CONTEÚDOS DE FÍSICA MODERNA
Proposta de José Neres de Almeida J...
SUMÁRIO
RESUMO................................................................................................. 3
QUESTÃO ...
TÍTULO: Interface Lúdica para Ensino Remoto de
Conteúdos de Física Moderna: Espectrofotômetro
Remoto Automatizado.
RESUMO
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QUESTÃO DA PESQUISA
Nos últimos anos, o desenvolvimento tecnológico tem facilitado,
de várias maneiras, o nosso cotidiano....
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de TI foram extraordinários tendo em vista que os comp...
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seja pela extrapolação, em que podem montar soluções, através do
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WebLab-Deusto o que nos permite denomina-lo como o Gateway
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PRÓXIMAS ETAPAS
Nas próximas etapas, durante o mestrado, serão implementados
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CRONOGRAMA
Metas
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jan/15
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Pré-projeto de Mestrado: Interface Lúdica para Ensino Remoto de Conteúdos de Física Moderna

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Pré-Projeto enviado ao TIDD - PUC/SP, em 2014, focado no desenvolvimento do WebLab para ensino de conteúdos de Física Moderna.

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Pré-projeto de Mestrado: Interface Lúdica para Ensino Remoto de Conteúdos de Física Moderna

  1. 1. 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
  2. 2. 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
  3. 3. 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.
  4. 4. 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,
  5. 5. 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
  6. 6. 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,
  7. 7. 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
  8. 8. 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
  9. 9. 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
  10. 10. 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.
  11. 11. 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
  12. 12. 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
  13. 13. 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
  14. 14. 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
  15. 15. 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
  16. 16. 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.
  17. 17. 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.
  18. 18. 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.
  19. 19. 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
  20. 20. ● 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
  21. 21. 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
  22. 22. 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
  23. 23. 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.
  24. 24. 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.
  25. 25. 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
  26. 26. 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.

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