The teaching-learning process of programming fundamentals has proved challenging for students and teachers. This fact has been driving research to try to facilitate a good understanding of the concepts involved. In order to provide students with a different way of learning programming contents, the present work describes the use of Augmented Reality (from the Aurasma application) in the development of a learning object (ARDisk) to aid in the learning of Programming, specifically in the use of the range in Python. Resumo.O processo de ensino-aprendizagem de fundamentos de programação tem-se mostrado desafiador para alunos e professores. Este fato vem impulsionando pesquisas para tentar facilitar a boa compreensão dos conceitos envolvidos. Com o intuito de proporcionar aos alunos uma maneira diferente de aprender os conteúdos de programação, o presente trabalho descreve o uso de Realidade Aumentada (a partir do aplicativo Aurasma) no desenvolvimento de um objeto de aprendizagem (ARDisk) para auxiliar na aprendizagem de programação, especificamente no uso do for com a função range em Python.
Além disso, agregando a tecnologia de RA com Mobile Learning (ensino através de dispositivos móveis), o ensino-aprendizagem torna-se mais acessível, devido à sua mobilidade. Além disso, por meio de aplicações interativas é possível atualizar conteúdos de maneira mais rápida em relação aos métodos tradicionais. Existem aplicativos desenvolvidos para ensinar linguagens de programação, como Codecademy: Hour ofcode1, Learn Python2, Programming Hub3, todos disponíveis gratuitamente para Smartphone ou Tablet. A utilização de aplicativos no ensino em geral pode potencializar a maneira de apresentar o conteúdo, e tornar as aulas mais atrativas. No aprendizado de programação, o aluno poderá visualizar, analisar e até mesmo interagir em tempo real com algoritmos ou trechos de códigos, podendo aumentar a motivação dos alunos no estudo e favorecer substancialmente o aprendizado do conteúdo.
Para tanto, o presente trabalho consiste no desenvolvimento de um objeto de aprendizagem (ARDisk) que utiliza a tecnologia de RA, através do aplicativo Aurasma, para simular a execução do comando for com a função range em Python. Espera-se que, com cenários de animações interativas, conceitos e exercícios, os discentes possam explorar as variações deste comando de repetição em tempo real de maneira rápida, prática e portátil, usando o seu próprio smartphone ou tablet.
Com a evolução tecnológica dos recursos computacionais, softwares e
telecomunicações, surgiram os recursos multimídia e os sistemas computacionais de
interface avançada, como a Realidade Virtual (RV), que permite a imersão do usuário
em um ambiente 3D e a Realidade Aumentada (RA), que traz elementos do mundo
virtual para o real [
Segundo
Já o Visualizador de Dados [
Os procedimentos metodológicos usados neste trabalho de pesquisa iniciaram no levantamento bibliográfico para fundamentar o embasamento teórico necessário para desenvolver a aplicação RA para dispositivo móvel. Com uma pesquisa exploratória, pretendeu-se compreender as dificuldades dos alunos no uso do for com a função range em Python, uma linguagem de programação comum nos períodos iniciais dos cursos de Computação e Informática. For é o comando utilizado para que um trecho de código seja repetido uma quantidade fixa de vezes. Já a função range é responsável por gerar uma lista de valores, a partir de parâmetros (valor inicial, valor limite e incremento) informados pelo programador. Quando essa função é utilizada no for, é gerada uma lista dos valores que serão assumidos pela variável que controla a repetição.
A investigação da metodologia (Figura 1) foi dividida em três etapas, e os dados coletados são de natureza qualitativa e quantitativa. O estudo descrito foi realizado na Universidade Federal da Paraíba, Campus IV, considerando professores e alunos dos cursos de Licenciatura em Ciência da Computação (LCC) e Bacharelado em Sistemas de Informação (SI), mais especificamente discentes da disciplina de Introdução à Programação.
A metodologia iniciou-se com uma conversa informal com alguns alunos de turmas iniciais de Programação. Foram feitas perguntas sobre as dificuldades que eles encontram em utilizar o for com a função range. Os discentes relataram não sentir dificuldades em utilizar o comando. No entanto, logo em seguida ocorreu a observação de uma sessão de tutoria, uma espécie de aula de reforço utilizada para tirar dúvidas e resolver problemas acerca dos conteúdos das aulas de programação. Nesse momento, observou-se que alguns alunos sentiram dificuldades em resolver problemas básicos usando o for com a função range, como por exemplo armazenar a soma do contador em uma variável e gerar uma saída decrescente. Para quantificar as dificuldades dos discentes, elaborou-se um exercício de sondagem. As perguntas e o resultado do questionário estão expostos na Figura 3.
Analisando o gráfico da Figura 2, conclui-se que existem dificuldades no uso do for com a função range. Nas questões 2 e 3, o índice de erro foi alto, e nas demais questões também ocorreram diversos erros. Esses aspectos foram usados na aplicação deste trabalho.
Na segunda etapa, algumas tecnologias de RA que poderiam ser utilizadas para o desenvolvimento de uma aplicação foram investigadas. Em seguida, foram definidos possíveis casos (cenários) do for usando a função range que são usados pelos professores de programação, e foram exploradas possibilidades de marcadores de RA que seriam utilizados como gatilhos da aplicação. Por fim, foram desenvolvidos os cenários com conceitos do for usando a função range, as animações explicativas dos algoritmos e os exercícios propostos. Todos estes elementos estão disponíveis na aplicação ARDisk, cujos detalhes serão apresentados na seção 4.
A etapa três teve como foco a sondagem do sentimento dos alunos dos cursos LCC e SI que utilizaram a aplicação ARDisk. Segundo a norma ISO 9241-210: 2010 a experiência de interação humano computador é baseada nas “percepções de uma pessoa e as respostas que resultam do uso ou utilização prévia de um produto, sistema ou serviço”. Essa sondagem subjetiva visava verificar a satisfação dos usuários da aplicação com relação à aparência, tempo de resposta, conteúdos e, principalmente, a motivação de utilizar esta aplicação para estudar o referido assunto de programação. Os resultados serão apresentados na sessão 5.
O processo de escolha da tecnologia que foi empregada neste trabalho partiu de uma investigação em alguns Toolkits disponíveis para o desenvolvimento de aplicações de RVA. Buscou-se verificar a flexibilidade do toolkit, quanto a: (i) ser gratuito; (ii) possuir Studio para edição das aplicações; (iii) o tipo de plataforma em que os aplicativos desenvolvidos podem ser executados; (iv) a forma de representação dos marcadores e (v) o grau de dificuldade que a ferramenta oferece no desenvolvimento de aplicações de RA. A Tabela 1 resume os aspectos pesquisados.
Grátis SPtousdsuioi
aplicação RA
Sim Sim Não Não Sim Não Não Sim Sim Sim Desktop Desktop Móvel Móvel Móvel
Não Não Não Não Sim
Símbolos Símbolos
Conhecimento em ferramentas VRML Conhecimento em ferramentas VRML Símbolo, imagens, Por ser pago, o Studio é
objetos reais limitado Símbolo, imagens Por ser pago, o Studio é
objetos reais limitado Símbolo, imagens Diferenciar marcadores objetos reais semelhantes Considerando que a aplicação é para uso educacional, buscou-se nos toolkits investigados, inovações modernas e atributos que permitam o uso por pessoas com conhecimentos elementares em programação. O intuito é que professores e alunos possam também desenvolver suas próprias aplicações de RVA. Além disso, deve ser executado na plataforma móbile, dando uma maior mobilidade para os usuários.
Dentre os toolkits analisados, o Aurasma foi o que melhor poderia atender aos objetivos do trabalho proposto. O aplicativo possuía um Studio Web gratuito para criação de aplicações de RA, como também disponibilizava uma rede social que permitia que o desenvolvedor compartilhasse suas aplicações publicamente. Outro fator que beneficiou a adoção do Aurasma é que o aplicativo pode ser instalado em Smartphones com baixo poder de processamento, e sua facilidade de uso enquanto ferramenta de desenvolvimento, requisito ausente em outros toolkits de RA investigados.
No levantamento dos casos, foi feito um estudo de quantos seriam necessários para suprir as possíveis situações que o comando for usando a função range poderia oferecer. O resultado foi um conjunto de 24 casos de repetição crescente, decrescente e igualdade, representados através de um, dois ou três parâmetros (Tabela 2)4.
Tabela 2. Levantamento e seleção dos casos de for usando a função range e t n e c s e r C e d a d l a u g I e t n e c s e r c e D
C3 C4 *C5 *C6 C7 *C8 *C9 *C10 *C11 *C12 *C13 *C14 *C15 *C16 C17 C18 C19 C20 C21 C22 C23 C24
4 Para este trabalho, foram selecionados 14 casos (em negrito e com * no identificador), de forma que se garantisse a cobertura de boa parte das possíveis formas que poderiam ser usadas no for com a função range, informando três, dois ou um parâmetro, para posteriormente serem usados no ARDisk. A última coluna indica se o caso é de uso frequente (F) ou raro (R) na resolução de questões, e foi preenchida considerando a experiência de uma professora da disciplina.
F x x x x x x x x x x x x
Uso
R x x x x x x x x x x x x Para a geração dos marcadores de identificação de RA, foi realizada uma pesquisa da funcionalidade do Aurasma explorando as formas de captura que o aplicativo oferece. Para isso, foram confeccionados diversos tipos de cartões (Figura 3), em tamanhos e cores variados. Por conta de uma limitação da ferramenta, nem sempre era possível identificar as diferenças entre cartões semelhantes.
Após diversos marcadores confeccionados e testados junto ao Aurasma, concluiu-se que, para o trabalho proposto, a melhor forma de representação seria através de um disco, contendo sete casos específicos do for com a função range em cada lado (Figura 4). Essa escolha se deu pela praticidade que o disco oferece, ou seja, em um único marcador têm-se sete casos de utilização do for com a função range que poderiam ser usados no Aurasma.
Um fluxo de navegação foi modelado para facilitar o processo de construção da aplicação que fará uso do disco (Figura 5). Este compreende cinco partes, a saber: Tela de apresentação: com botão que direciona ao menu principal (Figura 6); Tela Menu Principal: contém botões que ativam as telas de conceito, exemplo e atividade (Figura 7); Tela com exemplo interativo de um caso do for com a função range: o usuário pode usar os botões avançar e voltar para simular a execução do laço (Figura 8); Tela com Exercício: atividade prática (Figura 9); Tela de conceito e definições: contém explicações do conteúdo de for com a função range em Python (Figura 10); Tela de acerto e erro: perguntas e respostas do exercício (Figura 11). Para a criação e edição das telas, foram utilizados os programas Pencil para prototipagem e o Gimp para edição e criação de imagens e textos, além do Studio Aurasma.
Para utilizar o ARDisk, o usuário deve ter o Aurasma instalado e ser um usuário cadastrado. Em seguida, deve-se apontar a câmera do dispositivo móvel para o disco, ativando a aplicação para ter acesso às telas de RA desenvolvidas neste trabalho. Após a captura da imagem contida no disco, o usuário é direcionado para as telas da aplicação (Figuras 6, 7, 8 e 9):
Entre os dias 01 e 11 de novembro de 2016, aconteceu o experimento do ARDisk na UFPB – Campus IV. Trinta e três discentes foram convidados a utilizar o objeto de aprendizado desenvolvido neste trabalho e, em seguida, responder um formulário impresso com perguntas objetivas. A sondagem visou a verificar o perfil dos discentes e a satisfação em relação à aparência, tempo de resposta, conteúdos e principalmente a motivação para utilizar este objeto de aprendizagem, para estudar o referido assunto de programação. Os resultados serão apresentado em quatro categorias de gráficos, o primeiro para sondar o perfil dos alunos (Gráficos 1, 2, 3, 4), os demais para quantificar através de notas de 0 a 10 a experiência deles no uso do ARDisk (Gráficos 5, 6, 7).
para aprender programação.
uso do for range e Realidade
O universo de participantes contemplou 23 dos 33 alunos do curso de LCC, e 10 dos 33 alunos do curso SI matriculados na disciplina Introdução à Programação. Destes, a grande maioria (30 dos 33 alunos) não havia, previamente, utilizado o smartphone como um recurso didático que auxiliasse na aprendizagem de programação.
No Gráfico 3, observou-se que 14 alunos que responderam o formulário estão cursando a disciplina de Introdução à Programação pela primeira vez, 13 já cursaram, e outros 6 estavam cursando novamente. Notou-se que os alunos repetentes não foram predominantes no teste do ARDisk, fator que poderia ser importante na sondagem. Quando questionados sobre o seu conhecimento em relação ao uso do for com a função range e Realidade Aumentada (Gráfico 4), os alunos responderam que já utilizaram esse comando algumas vezes, e que também usaram a realidade aumentada.
Verifica-se, no Gráfico 5, que os usuários estão satisfeitos quanto à facilidade de utilizar o ARDisk, bem como com a aparência da aplicação e manuseio do disco. Para todas as categorias, as notas máximas foram atribuídas pelos respondentes. Outro dado importante a destacar é que nenhum aluno atribuiu notas abaixo de 7 no quesito de aparência e usabilidade da aplicação, fator relevante para qualquer software educacional. O Gráfico 6 evidencia que os alunos atribuíram boas notas em relação ao conteúdo apresentado pelo ARDisk para aprender a utilizar corretamente o comando for com a função range. Todas as notas estão acima de 7, indicando que o conteúdo possui boa aceitação entre os usuários da aplicação. Com relação ao tempo de resposta, as notas dos alunos foram bastante distribuídas, variando entre 4 e 10, mas predominando o 10, o que mostra que, mesmo com essas variações, os resultados foram positivos.
Verifica-se, no Gráfico 7, que muitos alunos atribuíram nota máxima para o ARDisk com relação à sua utilidade e motivação em aprender os conteúdos de for com a função range, e que esse objeto de aprendizagem poderia ser útil nas aulas de Introdução à Programação. Outro dado importante a destacar é que, a partir das respostas dos alunos, ficou claro que este objeto de aprendizagem pode proporcionar aos usuários uma nova maneira de aprender programação, e que é viável adotar esse tipo de material nas aulas de Introdução a Programação.
Este trabalho abordou o uso da Realidade Aumentada como apoio no processo de aprendizado do for com a função range em Python utilizando o Aurasma, que é um aplicativo de fácil acesso para dispositivos móveis. Notou-se que a Realidade Aumentada é uma tecnologia em crescimento no âmbito educacional, mas, que no ensino de programação poucas ideias têm sido exploradas.
Uma vez que há diversas linguagens de programação comumente utilizadas nos períodos iniciais dos cursos de Computação, são oferecidos aos alunos conteúdos de forma que eles possam visualizar, analisar e até mesmo interagir em tempo real, com algoritmos ou trechos de códigos de programação; isto pode aumentar a motivação e favorecer o aprendizado do conteúdo. Com base nos resultados, percebe-se que usar essas novas tecnologias no ensino de programação é viável e traz efeitos positivos, pois a tecnologia mostrou ser eficaz para apresentar conteúdos dessa natureza.
O objeto de aprendizagem (ARDisk) desenvolvido neste trabalho possui limitações, por ser dependente de internet para sua utilização. Para trabalhos futuros, pretende-se avaliar o ARDisk em ambientes de ensino e aprendizagem de programação, e verificar o alcance de aprendizado dos alunos após usar a aplicação para apreender os conteúdos de for usando a função range em Python.
Cardoso, S. G, R.; Pereira, T. S. ; Cruz, H. J.; Almeida, M. R.W (2014) “Uso da realidade aumentada em auxilio a educação”. In Computer on the Beach, Florianópolis/SC.