=Paper= {{Paper |id=Vol-1667/CtrlE_2016_AC_paper_55 |storemode=property |title=Pensamento Computacional no Ensino de Computação em Escolas: Um relato de Experiência de Estágio em Licenciatura em Computação em Escolas Públicas |pdfUrl=https://ceur-ws.org/Vol-1667/CtrlE_2016_AC_paper_55.pdf |volume=Vol-1667 |authors=Vladimir Silva,Aryesha Souza,Dyego Morais }} ==Pensamento Computacional no Ensino de Computação em Escolas: Um relato de Experiência de Estágio em Licenciatura em Computação em Escolas Públicas== https://ceur-ws.org/Vol-1667/CtrlE_2016_AC_paper_55.pdf
 Pensamento Computacional no Ensino de Computação em
Escolas: Um relato de Experiência de Estágio em Licenciatura
           em Computação em Escolas Públicas
                  Vladimir Silva1, Aryesha Souza1, Dyego Morais1
      1
      Departamento de Estatística e Informática – Universidade Federal Rural de
                               Pernambuco (UFRPE)
   Rua Dom Manoel de Medeiros, s/n, Dois Irmãos - 52171-900 - Recife/PE - Brasil
  vladimirgualberto@gmail.com, aryesha@gmail.com, moraisdcs@gmail.com

    Abstract. Computational thinking describes some fundamentals of computer
    science with applications on a daily basis to solve problems in different areas
    of knowledge, enabling interdisciplinarity as a pedagogical practice. In this
    context, this article presents an experience report Internship Course in Degree
    in Computing, where computational thinking classes were taught with the
    support of digital educational games and activities with and without use of the
    computer in a public school. From these lessons and educational activities,
    collected up data through questionnaires and observation related to an
    awareness of the importance of computer science in high school.
    Resumo. O pensamento computacional aborda alguns fundamentos da ciência
    da computação com aplicações no dia a dia para a resolução de problemas
    em diversas áreas do conhecimento, possibilitando uma interdisciplinaridade
    enquanto prática pedagógica. Nesse contexto, esse artigo apresenta um relato
    de experiência da disciplina de Estágio em Licenciatura em Computação,
    onde foram lecionadas aulas de pensamento computacional com o apoio de
    jogos educacionais digitais, e atividades com e sem uso do computador em
    uma escola pública. A partir dessas aulas e atividades pedagógicas, coletou-
    se dados através de questionários e observação que apontam para uma
    conscientização da importância da ciência da computação em nível médio.

1. Introdução
O ensino de conceitos básicos de computação nas escolas é fundamental para construir
o raciocínio computacional da criança e do adolescente. Pelo seu caráter transversal às
demais ciências, possibilita a formação de cidadãos capazes de viver em um mundo
cada vez mais globalizado [NUNES 2011]. A inserção do pensamento computacional na
escola não visa tão somente empregabilidade, competitividade e ascensão econômica;
mas principalmente a construção de competências e habilidades fundamentais aos seres
humanos para o exercício da cidadania [BLIKSTEIN 2008].
        Diante disso, o ensino da computação passa a ter uma importante relevância para
formação sólida do educando, auxiliando a construção de habilidades, como: raciocínio
lógico, pensamento crítico, capacidade de reconhecer padrões e resolução de problemas.
       Segundo Andrade et al. (2013), em 2010, as organizações CSTA (Computer
Science Teachers Association), ISTE (International Society for Technology in
                                                                         324
 Education) e a NSF (National Science Foundation) propuseram um conjunto de
ferramentas, denominadas Computational Thinking Toolkit, com o objetivo principal de
desenvolver as habilidades do pensamento computacional em escolas de educação
primária e secundária nos Estados Unidos. O material desenvolvido pela comunidade
internacional toma como ponto de partida, nove conceitos inerentes à ciência da
computação, sendo eles: coleta, análise, representação de dados, decomposição de
problemas, abstração, algoritmos, automação, paralelismo e simulação. Estes conceitos
devem ser aplicados sob uma perspectiva de desenvolvimento cognitivo dos alunos,
trazendo, preferencialmente, atividades práticas.
       Diante deste cenário, entende-se que é necessário desenvolver uma metodologia
adequada e que consiga superar o paradigma estabelecido na educação fundamental e
média no Brasil, onde os professores exploram as aulas expositivas. Nesta metodologia,
o aluno é apenas um receptor passivo de conhecimento, não contribuindo para a
construção do saber e desenvolvimento do seu cognitivo.
       Desenvolver uma metodologia que envolva a interação do aluno com a
construção do conhecimento, aliando a computação como ferramenta integradora entre
as demais áreas do conhecimento e proporcionando um melhor entendimento do
conteúdo estudado pelos educandos e o desenvolvimento de novas habilidades com o
foco em resolução de problemas, bem como o aumento do interesse pelas aulas.
       Para isso, este trabalho visa colaborar para a comunidade científica ao relatar
uma experiência da disciplina de Estágio em Licenciatura em Computação, onde foram
lecionadas aulas de pensamento computacional com o apoio de ferramentas e atividades
lúdicas em uma escola pública. Este artigo está estruturado como segue: na seção 2, é
introduzido o pensamento computacional, seus desafios e suas possibilidades; na seção
3, apresentam-se ferramentas de interação e ensino-aprendizagem de computação
pesquisada; na seção 4, discute-se a metodologia e ferramentas adotadas; na seção 5,
são discutidos aplicação do curso e resultados; e, por fim, na seção 6, apresentam-se as
considerações finais, como também os trabalhos futuros.

2. Pensamento Computacional
O pensamento computacional não se trata apenas de saber navegar na internet, enviar e-
mail ou publicar em um blog, mas sim, entender o funcionamento do computador como
instrumento de aumento do poder cognitivo do aluno, para a resolução de problemas
que atinjam não só a área de computação em si, mas também utilizá-la como uma
importante ferramenta para a solvência de problemas em outras áreas do conhecimento.
Pensamento computacional também pode ser definido como o pensamento analítico,
compartilhando: com a matemática, a resolução de problemas; com a engenharia,
modelagem e projeto; e com a ciência, a compreensão sobre computabilidade,
inteligência, mente e comportamento humano [WING 2008].
       O uso do pensamento computacional, como prática pedagógica ainda é pouco
presente no cotidiano dos alunos de escolas públicas no Brasil. Segundo Scaico et al.
(2012), pode-se dizer que, no Brasil, as escolas ainda estão em um estágio inicial desse
processo porque ensinar computação para crianças e adolescentes se confunde, por
vezes, com as aulas de informática, que se referem à instruções voltadas para capacitar
                                                                                    325
indivíduos para o manuseio de aplicativos de escritório, a edição gráfica e as
ferramentas de gerenciamento de conteúdo web.
       Sica (2008) defende que o raciocínio lógico e o pensamento computacional
deveriam ser ensinados desde cedo, pois aumentam a capacidade de dedução e
conclusão de problemas. Os cientistas da computação estão interessados em encontrar
uma maneira mais eficaz para resolução de problemas do cotidiano, de forma que para
cada problema, buscam uma solução ideal, que use a menor quantidade de recursos
possíveis, como tempo e espaço. Este conjunto de habilidades pode ser desenvolvido
por alunos em salas de aulas de escolas públicas com a ajuda do pensamento
computacional.
        A falta de planejamento e estrutura adequada é outro fator que dificulta a prática
da computação como ciência em escolas públicas. Segundo Soares Neto et al. (2013),
40% das escolas são classificadas como tendo infraestrutura básica e essas escolas têm
as seguintes características gerais: dispõem de água, sanitário, energia, esgoto, cozinha,
sala de diretoria e equipamentos como TV, DVD, computadores e impressora. Por outro
lado apenas 15,5% das escolas brasileiras têm características mais sofisticadas que
essas, ou seja, as escolas classificadas como tendo infraestrutura escolar adequada e
avançada, que possuem laboratórios de informática, por exemplo.
        Outro motivo pelo qual o ensino de computação também não é explorado nas
escolas é a falta de professores capacitados e que tenham segurança de utilizar a
computação como ferramenta, já que o ensino da computação, se bem aplicado,
possibilita a interdisciplinaridade e uma contextualização de resolução de problemas
para o dia a dia do aluno, tanto para atividades escolares quanto para atividades
extracurriculares.

3. Ferramentas de interação e ensino-aprendizagem de computação
Especificamente para esse trabalho, algumas ferramentas foram pesquisadas pelos
alunos de Estágio em Licenciatura da Computação da Universidade Federal Rural de
Pernambuco para serem utilizadas como base para o desenvolvimento de atividades
práticas durante um curso.
        A Computação Desplugada, segundo Bell et al. (2006), é uma técnica que
consiste em ensinar os fundamentos da ciência da computação, através de atividades
práticas lúdicas, sem o uso do computador. Além do objetivo científico que a técnica
possui, existe também o cunho social, já que a Computação Desplugada pode ser
utilizada nos mais diversos lugares e países, até aqueles onde não há fácil acesso a
tecnologias digitais pela população, tornando o conhecimento básico de computação
acessível aos menos favorecidos tecnologicamente.
        Utilizando uma metodologia que envolve o desenvolvimento colaborativo e por
meio de atividades interativas, a Computação Desplugada surge como uma forte aliada
para o desenvolvimento dos alunos em sala de aula. Não existem exemplos práticos na
Computação Desplugada que contemple todo o conteúdo da ciência da computação,
mas os exemplos e jogos disponíveis abordam de forma específica alguns conteúdos
fundamentais, em que várias das atividades abordam conceitos matemáticos, e outras
atividades voltadas aos currículos da tecnologia.
                                                                                      326
       O uso de exemplos práticos é a chave principal do que se é proposto pela
Computação Desplugada, aliando problemas computacionais com demonstrações
simples, e utilizando objetos encontrados no mundo real, como por exemplo, o uso de
bolas coloridas para ilustrar o tráfego de pacotes em uma rede de computadores ou o
uso de cartas pintadas para ensinar o conceito de números binários.
       Além da Computação Desplugada, uma possibilidade de inserção do
pensamento computacional se dá por intermédio de ferramentas digitais como Scratch1
[LIFELONG KINDERGARTEN 2003], Robomind2 [HALMA 2012] e LightBot3
[NIATO 2012]. Os dois últimos são jogos que possuem, geralmente de forma indireta,
conceitos de algoritmos incorporados na interação com o jogador.
        As ferramentas de interação com algoritmos não necessariamente são
ferramentas voltadas ao ensino de algoritmos, mas fazem constante referência aos seus
conceitos. O Robomind é uma ferramenta que simula um robô em um ambiente com
obstáculos e objetos a serem capturados. Esse ambiente pode ser estendido a um robô
real por meio do Lego Mindstorms4, que se trata de uma linha de brinquedos da empresa
Lego5, voltada para a educação tecnológica.
       Já o LightBot é um exemplo de jogo que envolve o usuário, muitas vezes de
forma tangencial, com os conceitos de algoritmos. É um jogo que aborda através de
quebra-cabeça (puzzles), ideias que se referem a desafios, que devem ser solucionados
por meio de comandos, utilizando caixas laterais que fazem referência a conceitos do
pensamento computacional.
        Em se tratando de educação pública, a grande maioria das escolas não dispõem
de uma infraestrutura adequada para realizar atividades com um Lego Mindstorm, ou
sem nem mesmo um laboratório de informática que atenda as expectativas, o que torna
a utilização de RoboMind e o Scratch inviáveis. Por isso o LightBot surge como uma
possibilidade para uma aula interativa e colaborativa com os alunos, onde é possível
realizar a aplicação de forma simples e prática, podendo ser executado em qualquer
dispositivo móvel (SmartPhones e tablets) e computadores, além de possibilitar que os
alunos continuem os estudos pós-aula de forma online em seus próprios dispositivos.

4. Ferramentas Adotadas
Com base em pesquisas realizadas sobre algumas ferramentas citadas na seção anterior,
foram adotadas a Computação Desplugada e o LightBot para o ensino da computação
através de atividades práticas em sala de aula.
        As atividades desenvolvidas durante o curso foram divididas em três momentos
ou três encontros, o método empregado para explanar o conteúdo programado, foi a
aplicação de aulas expositivas para elucidar o que é pensamento computacional, a
Computação Desplugada e o LightBot.

1
  https://scratch.mit.edu/
2
  http://www.robomind.net/pt/
3
  https://lightbot.com/
4
  http://www.lego.com/en-us/mindstorms/
5
  http://www.lego.com/
                                                                                 327
        Após a explanação de cada conteúdo nas aulas, exemplos práticos eram
aplicados, onde os professores eram os mediadores e os alunos eram encarregados de
resolverem os desafios ou exercícios práticos. As aulas foram ministradas com base nos
desafios retirados do livro Computer Science Unplugged [BELL et al. 2006] e desafios
do LightBot. A seção 4.1 apresenta algumas atividades da Computação Desplugada
retiradas do livro que foram abordadas durante o curso e a seção 4.2 aborda as
principais características da ferramenta LightBot e algumas atividades propostas.

4.1 Propostas de atividades desenvolvidas com a Computação Desplugada
Os exemplos práticos presentes nesta seção podem ser encontrados no livro Computer
Science Unplugged. A Figura 1 apresenta um clássico exemplo de estudo de números
binários utilizando cartas, que possuem valores de um, dois, quatro, oito e dezesseis, na
ordem da direita para a esquerda.




    Figura 1. Aprendendo números binários utilizando cartas. Página 5 do livro
    Computer Science Unplugged [Bell 2006], traduzida por [Barreto 2011].

        O método dos números binários funciona da seguinte forma: as cartas voltadas
para baixo representam o “zero” em binário e as cartas para cima representam o “um”
em binário, desenvolvendo sequências binárias variadas. Com cinco cartas é possível
representar 32 números em decimal, somando a quantidades de pontos nas cartas que
estão viradas para cima. Essa atividade auxilia a construção de habilidades, como a
realização de contas e a ordenação.
      Os computadores devem preservar e transmitir diversos tipos de dados, a fim de
aumentar sua capacidade de armazenamento. Os computadores compactam os dados,
como demonstrado na Figura 2, na segunda atividade proposta em sala de aula.




                                                                                     328
            Figura 2. Trecho do poema, com a repetição evidente. Página 24 do
    livro Computer Science Unplugged [Bell 2006], traduzida por [Barreto 2011].
        Ao identificar os padrões na figura acima é possível separar grupos de duas ou
mais letras que se repetem ao longo da frase ou texto. Na atividade, estes padrões são
substituídos por uma caixa em branco com uma seta indicando o texto referenciado por
aquela repetição. A Figura 3 demonstra o poema completo, que contém um texto com
várias repetições.




            Figura 3. Poema completo de Nelma Sampaio, que foi utilizado como
    primeiro exercício da atividade 02 de reconhecimento de padrões. Página 25 do
    livro Computer Science Unplugged [Bell 2006], traduzida por [Barreto 2011].
        O texto acima poderia ser facilmente compactado e escrito apenas com algumas
palavras, descartando todos os grupos de duas ou mais letras que já tenham ocorrido,
onde estes já são desnecessários porque podem ser substituídos por uma referência
anterior. O objetivo é conseguir marcar a maior quantidade possível de letras, atuando
no reconhecimento de padrões em palavras e texto.
        Esse tipo de padrão é utilizado para compactação dos arquivos, como por
exemplo, os famosos arquivos de extensão “zip” e “rar”, que comprimem o arquivo,
reduzindo duplicidades. O método em questão utilizado nesta atividade é baseado no
princípio de apontar para ocorrências anteriores de blocos de texto, conhecido como
“codificação Ziv-Lempel” ou “codificação LZ”, e foi inventado por dois professores
israelenses na década de 70. Este método pode ser usado para qualquer tipo de idioma
existente e reduzir à metade o tamanho dos dados a serem comprimidos [ZIV et al.
1977].
        As duas atividades abordadas desempenham papéis importantes para o
desenvolvimento do aluno. A primeira atividade aborda os conceitos de números
binários, que é a base da comunicação do homem com o computador, e a segunda
atividade traz conceitos de reconhecimento de padrões, conhecimento sobre o
funcionamento dos computadores e o desenvolvimento de habilidade de cópia de textos
escritos, trazendo a interdisciplinaridade entre as áreas.

4.2. Propostas de atividades desenvolvidas com o LightBot
LightBot é um jogo desenvolvido pela Niato (2012) e tem caráter educativo que permite
dar instruções a um robô, oferecendo opções de instruções como mostra a Figura 4 da
primeira atividade proposta.


                                                                                    329
            Figura 4. Tela de um desafio, proposto como primeira atividade.
        A tarefa básica desta atividade no jogo consiste em fazer o robô caminhar por
um mundo plano e acender as lâmpadas sempre que estiver sobre um quadrado de cor
azul. O ambiente é dividido em quadrados com o formato semelhante ao de um
tabuleiro de xadrez. O grau de dificuldade aumenta ao progredir nos níveis do jogo. A
Figura 5 demonstra um segundo desafio proposto.




                Figura 5. Tela da segunda atividade, com uso de funções.
        Nesta atividade o robô deve se locomover em direção aos quadrantes de cor azul
e acender a sua lâmpada. Ele pode girar 90° para direita e para esquerda. Neste mundo
virtual há obstáculos que impedem o avanço do robô. Todos os obstáculos tem a mesma
altura. Para avançar, o aluno deve utilizar o conceito de funções para evitar repetição de
comando. Este conceito é similar ao que se é aplicado na programação.

5. Aplicação do Curso e Resultados
O curso foi ministrado em uma escola pública da rede estadual de ensino na região
metropolitana do Recife-PE e contou com a participação de 24 alunos inscritos, todos
do 1º ano do segundo grau.
        Na seção 5.1 é apresentado o cronograma do curso e levantamento prévio de
dados feito com os alunos. Na seção 5.2, descreve-se as aulas aplicadas e na seção 5.3,
demonstram-se como as atividades foram desenvolvidas e quais habilidades exploradas.


                                                                                      330
5.1. Cronograma e levantamento de dados
O curso teve uma duração de 12 horas distribuídas em três encontros e o seu
cronograma foi definido conforme Tabela 1.
                 Tabela 1. Cronograma de aulas ministradas no curso.


Número da aula        Conteúdo                Atividades             Horas
                                              realizadas


Aula 01               Pensamento              Exemplo prático da     4 horas.
                      computacional e o       aplicação do
                      seu uso no cotidiano.   pensamento
                                              computacional no dia
                                              a dia do aluno.


Aula 02               Uso da Computação       Aplicação de           4 horas
                      Desplugada para         atividades com uso
                      aplicação do            da Computação
                      pensamento              Desplugada,
                      computacional.          traçando um paralelo
                                              com o pensamento
                                              computacional.


Aula 03               Uso da ferramenta       Aplicação de           4 horas
                      LightBot para ensino    atividades com o uso
                      de algoritmo e o        da ferramenta
                      estudo do               LightBot.
                      pensamento
                      computacional.


       Antes do início das aulas foi aplicado um questionário aos alunos, para o
levantamento de dados iniciais conforme exibidos nas Figuras 6, 7 e 8 abaixo.




             Figura 6. Quantitativo dividido por sexo na turma do 1º ano.

                                                                                331
                       Figura 7. Faixa etária dos alunos do curso.




               Figura 8. Distribuição das áreas de interesse dos alunos.
        Analisando os dados da Figura 8 é possível notar uma grande disparidade de
números, a grande maioria dos alunos tem interesse na área de humanas e saúde.
Consequentemente, este grupo de alunos poderia questionar a necessidade de estar
presente no curso, portanto o primeiro objetivo do projeto foi de transmitir a ideia da
computação como um instrumento de resolução de problemas do cotidiano, e que a
computação como ciência é integradora, ou seja, permite que haja uma
interdisciplinaridade das áreas, portanto seu uso abrange tanto a área de exatas, como a
de humanas e saúde.

5.2. Aulas aplicadas
Na primeira aula, os professores do curso (estudantes da disciplina de Estágio em
Licenciatura em Computação) elucidaram o que seria o pensamento computacional e a
sua aplicabilidade no cotidiano dos alunos, utilizando de exemplos práticos para
explanar todo conteúdo de forma lúdica.
       No segundo encontro, os alunos tiveram uma aula introdutória sobre
Computação Desplugada e foram aplicadas algumas atividades práticas propostas da
seção 4.1 deste trabalho. No terceiro e último encontro, foi apresentado a ferramenta
                                                                                    332
LightBot aos alunos, demonstrando as suas características e foram aplicadas as
atividades práticas propostas da seção 4.2.

5.3. Atividades aplicadas
Todas as atividades aplicadas em sala de aula foram distribuídas para que os alunos
desenvolvessem determinados tipos de habilidades. A Tabela 2 abaixo apresenta as
habilidades praticadas em cada atividade desenvolvida.
              Tabela 2. Relação de atividades e habilidades desenvolvidas.


 Atividade                     Habilidades Desenvolvidas      Motivação


 A1 - Contagem de números      H1 - Desenvolvimento da        O computador utiliza os
 binários através do uso das   contagem de números em         números binários como
 cartas (Computação            outra base numérica.           principio básico de seu
 Desplugada).                                                 funcionamento. Entender
                                                              os números binários é
                                                              conhecer o elemento
                                                              fundamental da
                                                              computação.


 A2 - Reconhecimento de        H2 - Desenvolvimento dos       Esta habilidade ajuda o
 padrões (Computação           conceitos de reconhecimento    aluno no desenvolvimento
 Desplugada).                  de padrões e habilidade de     da leitura de textos e no
                               cópia de textos escritos.      reconhecimento de
                                                              padrões, onde esse
                                                              último é muito utilizado na
                                                              área de inteligência
                                                              artificial e no campo de
                                                              processamento de
                                                              imagem.


 A3 - Desafios do LightBot.    H3 - Desenvolvimento da        Desenvolver uma boa
                               lógica e construção de         lógica ajuda o aluno a
                               algoritmos para resolução de   resolver inúmeros
                               problemas.                     problemas do cotidiano.
                                                              Além disso, o aluno que
                                                              entende e tem o domínio
                                                              da lógica e construção de
                                                              algoritmos, pode se tornar
                                                              um bom desenvolvedor
                                                              de aplicativos ou
                                                              programas
                                                              computacionais.


       Na primeira atividade, os alunos teriam que efetuar a contagem em binários com
o uso de cartas conforme a secção 4.1, o professor era responsável pela aula expositiva,
aplicação e mediação desta atividade. Cada aluno deveria usar as cartas para descrever

                                                                                      333
números binários de 1 a 10. A atividade praticada teve o intuito de desenvolver as
habilidades H1 descritas na Tabela 2.
        A segunda atividade foi à resolução do reconhecimento de padrões, conforme
secção 4.1. foram passadas duas atividades para que os alunos resolvessem, e da forma
anterior um dos professores lecionou uma aula, explicando os fundamentos e a
aplicação dos exercícios no cotidiano do aluno. A atividade proposta teve o intuito de
desenvolver as habilidades H2 destacadas na Tabela 2 e as duas atividades foram
aplicadas no segundo encontro conforme cronograma da Tabela 1.
        A terceira atividade prática utilizou a ferramenta LightBot conforme secção 4.2,
primeiramente foi lecionada uma aula expositiva, com intuito de demonstrar o uso da
ferramenta e os principais comandos. A atividade foi elaborada para que todos os alunos
da sala participassem de forma colaborativa, foi colocado um computador no centro da
sala ligado em um projetor e todos os alunos foram convidados a resolverem os desafios
do LightBot em dupla com a ajuda de todos presentes na sala. Esta atividade foi
aplicada no último encontro do curso.

6. Considerações Finais
Ante todo o exposto, pode-se dizer que a experiência do fomento ao desenvolvimento
do pensamento computacional aliado ao uso de ferramentas e técnicas que auxiliam o
ensino da computação como ciência, utilizando exemplos práticos, pode apresentar
resultados satisfatórios. O aluno passa a ter um embasamento prático não apenas na área
de computação, mas sim com uma abrangência maior em outras áreas.
       A experiência adquirida durante o desenvolvimento do curso, por meio de
aplicação de atividades práticas e observações, demonstram que com o uso eficiente de
ferramentas, como LightBot e a Computação Desplugada, despertam o interesse do
aluno e a aprendizagem passa a ser colaborativa, considerando que a interação entre os
indivíduos, que acarretará no compartilhamento de experiências e de novas ideias.
        Como trabalho futuro, a proposta é elaborar um estudo mais completo com
avaliação individual do rendimento dos alunos durante o processo, e analisar a curva de
desenvolvimento, utilizando também outras ferramentas disponíveis como o Robomind
e o Scratch, em contextos escolares viáveis. O trabalho com Scratch, por exemplo,
possibilitará que os alunos construam seus próprios jogos, expandindo os horizontes e
dando autonomia na resolução de problemas que se façam necessário resolver após o
curso.

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