Projeto de interface em ambiente de aprendizagem matemática


Giovana Lumertz
Centro Universitário La Salle
Brasil
giolumertz@bol.com.br
Ana Margô Mantovani
Centro Universitário La Salle
Brasil
margo@lasalle.tche.br - margo@myway.com.br

Resumo

Este artigo apresenta a implementação de um ambiente lúdico para aprendizagem matemática focalizando a atenção no projeto de interface gráfica com o usuário a fim de facilitar a interação entre o usuário e o sistema. O aplicativo se destina à fase em que a criança sistematiza os primeiros conceitos matemáticos, retomando as noções já consolidadas e tornando o aprendizado mais prazeroso e acessível. Para contribuir no processo de construção do conhecimento, as atividades são apresentadas numa seqüência lógica, através de uma dinâmica simples e agradável, possibilitando a compreensão, fixação dos conteúdos e o desenvolvimento do raciocínio.

Palavras-Chave: Informática na Educação, Jogos Educativos Computadorizados, Educação Matemática, Interface Gráfica do Usuário, Interação Homem-Máquina.
 

1.Introdução

A elaboração de materiais didáticos que consideram as necessidades específicas do aluno tem sido uma questão de extrema dedicação nos últimos anos. Para tanto, utilizam-se recursos tecnológicos que têm por objetivo tornar estes materiais em instrumentos melhores para a aprendizagem.

Acredita-se que o computador pode ser efetivamente uma ferramenta de apoio à construção do conhecimento se utilizado com base em metodologias interdisciplinares. Deste modo, é necessário que o software educacional atenda a requisitos de qualidade técnica e pedagógica. Neste sentido, para desenvolver as bases para a estruturação de um aplicativo que de fato contribua no processo de ensino e aprendizagem é necessário dedicar atenção para as três áreas envolvidas no desenvolvimento de software educacional: Ciência da Computação, Comunicação e Educação.

Assim, o protótipo implementado se beneficia dos requisitos do projeto de interface gráfica do usuário que facilitam a interação da criança com o aplicativo, além de mecanismos de feedback que motivam e contribuem para a aquisição de novos conceitos. Este direcionamento se justifica pela importância da interface, especialmente no desenvolvimento de um software educacional. Uma interface bem projetada torna a interação do usuário com o sistema, satisfatória e dirigida.
 

2.Educação Matemática: Ensino Tradicional x Perspectiva Sócio- Interacionista

Estudos revelam que a mitificação da Matemática ocorre porque não há compatibilidade entre os programas da disciplina com o desenvolvimento do pensamento da maioria das crianças. Segundo [ELK 78], a falta de distinção entre a lógica (a estrutura) da disciplina e a da criança é uma fonte perene de problemas curriculares. Um dos maiores equívocos da nova Matemática foi ser ensinada de acordo com a estrutura da disciplina (em que o conceito de conjunto é fundamental), e não de acordo com a estrutura da criança (em que o conceito de unidade é o fundamento do pensamento quantitativo).

Se a aprendizagem Matemática for considerada um processo em construção, seu aprendizado só pode acontecer através do fazer matemática - experimentar, interpretar, visualizar, conjeturar, estabelecer relações, abstrair, generalizar - e não através de apresentação formal de um corpo de conhecimento, de transmissão ordenada de palavras e símbolos [GRA 98]. Neste sentido, nos diz [POL 75]: “o aprendizado deve ser ativo, e não meramente passivo ou receptivo; meramente lendo um livro, ou assistindo uma aula ou olhando um filme, sem acrescentar nossa própria atividade mental dificilmente aprendemos alguma coisa e certamente aprendemos muito pouco”. Não são de interesse para a Educação Matemática as ferramentas que guardam características de métodos de ensino que privilegiam simplesmente a transmissão de conhecimento e, em que a medida de aquisição deste conhecimento é dada pela habilidade do aluno em memorizá-lo e reproduzi-lo, sem que se evidencie um verdadeiro entendimento [GRA 98].

Para [CAM 98], “a visão sócio-interacionista é bem diferente da tradicional no que se refere à forma como o aluno deve construir o conhecimento. A visão do conteúdo, ao contrário do modelo tradicional, não deve ser pré-definida”. Segundo esta mesma autora, “um domínio de conhecimento deve ser especificado e o estudante deve ser encorajado a buscar novos domínios do conhecimento que sejam importantes para a questão”.

A aprendizagem nesta perspectiva contempla, de modo fundamental, a interação social dos sujeitos envolvidos no processo. A colaboração entre indivíduos é propiciada por ambientes de trabalho em equipe. Assim, para [VYG 87] , “a colaboração entre pares durante a aprendizagem pode ajudar a desenvolver estratégias e habilidades gerais de solução de problemas através da internalização do processo cognitivo implícito na interação, e na comunicação”. Neste cenário, os ambientes informatizados, principalmente por promover esses processos interativos, são ferramentas de grande potencial no processo de aprendizagem.

Conforme [GRA 98], as ações, reflexões e abstrações dos aprendizes se tornam mais naturais e intensas nos ambientes informatizados. O suporte oferecido por esses ambientes não só ajudam a superação dos obstáculos do processo de construção do conhecimento matemático, mas também podem acelerar o processo de apropriação do conhecimento.

Para [HEB 87], “o computador permite criar um novo tipo de objeto – os objetos concreto-abstratos. Concretos porque existem na tela do computador e podem ser manipulados; abstratos por se tratarem de realizações feitas a partir de construções mentais”.

Constata-se que, se o ensino da Educação Matemática ocorrer de acordo com o desenvolvimento do pensamento infantil e com recursos que estimulem a criança, maiores são as possibilidades de aquisição do conhecimento.
 

3. Jogos Educativos Computadorizados

Segundo [VYG 89], o lúdico influencia extremamente o desenvolvimento da criança. É através do jogo que esta aprende a agir, adquirindo iniciativa e autoconfiança sendo, portanto, sua curiosidade estimulada. Proporciona, ainda, o desenvolvimento da linguagem, do pensamento e da concentração.

Para Franciosi [apud SIL 98], um jogo educativo computadorizado precisa observar alguns requisitos de qualidade didático-pedagógica e também de qualidade técnica, tais como:
 

  • requisitos de qualidade didático-pedagógica: objetivos bem definidos, encadeamento lógico do conteúdo, adequação do vocabulário, possibilidade de formação de conceitos, ortografia e gramática corretas, feedback apropriado, clareza e concisão dos textos apresentados, possibilidade de acesso direto a diferentes níveis do programa e possibilidade do professor interagir com o sistema, incluindo, excluindo ou alterando o conteúdo proposto;

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  • requisitos de qualidade técnica: execução rápida e sem erros, resistência a respostas inadequadas, interface amigável, tempo suficiente de exibição das telas, possibilidade de acesso à ajuda, possibilidade de trabalho interativo, possibilidade de controle do usuário sobre a seqüência de execução do software, possibilidade de correção de respostas, possibilidade de sair do sistema a qualquer momento e uso de telas com diagramação seguindo um modelo único de organização.

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    Estudos comprovam que os conceitos matemáticos em que as crianças muitas vezes apresentam dificuldades na escola são facilmente aprendidos e utilizados no contexto de atividades cotidianas. Para [SIL 98], “o uso de exemplos e jogos podem contribuir para que as operações matemáticas ganhem significado e as regras para efetuá-las surjam como conseqüência natural do trabalho desenvolvido pelo aluno”.

    Dessa forma, pode-se constatar que lógica, concentração, memória, intuição, emoção e coordenação viso-motora se combinam em cada etapa do jogo, transformando a aventura de aprender mais significativa e prazerosa.

    Neste sentido, propõe-se aliar estes elementos motivacionais, computacionais e as propriedades lógicas dos jogos educativos no desenvolvimento de um software educacional que facilite a aprendizagem da Educação Matemática para as crianças na fase de sistematização dos primeiros conceitos numéricos.
     

    4.O Circomática

    O jogo educativo computadorizado implementado tem por objetivo estimular o desenvolvimento do raciocínio lógico-matemático e a tomada de decisões através dos recursos da multimídia. Este aplicativo possibilita ao usuário operar com números inteiros, pois são trabalhadas as operações de adição, subtração, multiplicação e divisão tanto em sua forma implícita como em sua representação gráfica.

    O cenário é caracterizado por um circo e o nome Circomática é justificado por referenciar as palavras circo e matemática respectivamente. A escolha pelo ambiente circense ocorreu por ser familiar para toda e qualquer criança, além de inspirar interesse, curiosidade e motivação para a aprendizagem. Ao apresentar o ambiente de um circo priorizam-se as manifestações afetivas das crianças com relação ao contexto no qual a interação será realizada.

    Na tela de abertura do software Circomática, o cenário é composto pela visão externa de um circo. O palhaço, personagem escolhido para interagir com a criança durante a execução do aplicativo, dá as boas-vindas ao usuário e o convida a entrar no circo. O personagem assistente acompanhará o usuário em todas as atividades no sentido de orientá-lo e ajudá-lo sempre que necessário.


    FIGURA 1 – Tela de Abertura do Circomática






    Na tela de opções, a interface apresenta a parte interna do Circomática. O palhaço orienta o aprendiz no sentido de escolher um dos personagens que compõem o cenário. Os personagens apresentados são o mágico, o trapezista, o malabarista e o adestrador. Cada um dos personagens trabalha com uma das quatro operações matemáticas. O mágico desenvolve as atividades matemáticas de adição; o adestrador, de subtração; o malabarista, de divisão e o trapezista trabalha as atividades matemáticas de multiplicação.

     


    FIGURA 2 – Tela de Opções do Circomática






    Segundo [MAR 99], para que a criança se desenvolva e aprenda tudo que sua potencialidade permite, é indispensável que haja um meio ambiente que a estimule adequadamente. Por isso, ao se falar em aprendizagem, deve-se falar também em motivação. É a motivação que fornece a energia para a ação e torna o indivíduo receptivo a certos estímulos ambientais.

    Por esse motivo, optou-se por oferecer uma tarefa especial à criança, quando esta tiver resolvido toda a cadeia de atividades apresentadas para uma determinada operação. Por exemplo, ao resolver a última das atividades de multiplicação, é disponibilizado vários desenhos, os quais a criança poderá escolher para pintar. Ao escolher uma das figuras, a imagem aparece maximizada e a atividade consiste em pintar o desenho.

    A cada balde está associado um número ou uma operação matemática. O usuário precisa selecionar o balde e pintar as áreas do desenho que correspondam ao valor associado ao balde.

    Este estilo de atividade permite ao usuário imprimir o desenho associado à tela.

     


    FIGURA 3 – Ilustração da Tela Pintando o Palhaço
     
     


    FIGURA 4 – Ilustração da Caixa de Mensagem para Impressão

    5.Perfil do Usuário

    O ambiente implementado se destina às crianças entre sete e oito anos de idade. Segundo [CAR 88], nessa faixa etária, a criança pode imaginar transformações sobre os dados, transformações essas que, após realizadas, podem ser desfeitas. Ela passa, então, a conservar quantidades, concebendo assim que, por exemplo, a quantidade de moedas arrumadas em uma fileira não se modifica se elas são espalhadas ou se são aproximadas uma das outras, ou que a quantidade de água em um copo largo e baixo não se modifica se for transferida para um copo alto e estreito. Neste momento, segundo [MAN 99], a criança está apta a elaborar conceitos em relação ao número, pois já adquiriu a noção de conservação de quantidade e reconhece o numeral como um sistema de representação.

    Por possuir pouca habilidade com relação aos recursos da informática, a criança dessa faixa etária requer que a interface seja intuitiva e de acordo com suas experiências, a fim de facilitar a comunicação homem-máquina e, conseqüentemente, a aprendizagem. Por esse motivo, no design das telas, foram considerados os aspectos que realmente tornam a interação do usuário com o sistema fácil, satisfatória e dirigida.
     

    6.A Interface

    “A interface deve funcionar como a ponte de acesso entre a criança e o sistema, por isso, é necessário que esta seja bem elaborada para permitir facilidade de acesso e usabilidade dos recursos oferecidos pela tecnologia, de forma a satisfazer e atender as necessidades” [MAR 99]. Para [ORT 98] , “a interface do usuário compreende os dispositivos de entrada e saída e o software que os comanda. Amplamente definida, a interface inclui qualquer coisa que engloba a experiência do usuário com computadores, incluindo documentação, treinamento e suporte humano”.

    Segundo [VAL 99], especialmente em software educacional, se a interface não possuir uma apresentação bem projetada ao aluno, este, durante a interação, poderá se sentir desmotivado, confuso, perplexo e/ou sobrecarregado de informações, dificultando assim a aprendizagem.

    Durante a execução do aplicativo, é fornecido feedback consistente e adequado para cada atividade a fim de que a criança se sinta estimulada a interagir com o sistema. Segundo [VAL 99], feedback trata-se de um dos mais importantes princípios que fundamentam as GUIs (Interface Gráfica do Usuário) e diz respeito às respostas do sistema às ações do usuário, mantendo-o informado de todo e qualquer processamento. Para [NOR 88], feedback é o envio de informações ao usuário sobre que ações estão sendo realizadas e que resultados estão sendo obtidos.

    Na primeira tentativa frustrada, o sistema responde com uma caixa de mensagem reforçando qual é o objetivo da atividade.

    As caixas de mensagem são janelas que fornecem informações sobre uma situação ou condição em particular. Essas caixas podem apresentar mensagens de informação, advertência, erro, confirmação ou ajuda [SCH 98].

     


    FIGURA 5 - Ilustração de uma Caixa de Mensagem






    Após a primeira tentativa frustrada, a criança terá uma nova oportunidade de realizar a atividade. Se ainda assim a tarefa não for executada com sucesso, o personagem, então, resolverá o problema, expondo a solução ao aprendiz de forma a desenvolver o raciocínio lógico-matemático.

     


    FIGURA 6 – Tela de Feedback






    Uma consideração importante diz respeito à consistência de uma tela para outra, em termos de comportamento, localização e formatação dos diferentes componentes da interface [SHN 97]. Todas as telas de feedback e caixas de mensagens foram padronizadas com o mesmo background para que a criança possa fazer uma associação entre elas. Já os botões para navegação foram padronizados em aparência, cor e localização para os diferentes cenários propostos ao longo da execução do aplicativo. Como a interface é destinada ao público infantil, os botões de comando foram construídos num tamanho relativamente grande para facilitar o clique com o mouse [MAR 99].

     


    FIGURA 7 - Ilustração dos Botões de Comando






    Para tornar os diálogos mais simples, estimular e desenvolver a percepção auditiva da criança, o recurso de som foi utilizado no aplicativo. Segundo [WIN 98], “o som possui uma função importante na motivação e imprime um maior realismo à situação de aprendizagem”. Sugere-se que informações expressamente relevantes não sejam transmitidas apenas pela mídia sonora. Além da locução, as informações pertinentes ao bom desenvolvimento da atividade são expostas ao usuário em forma textual.

    Em âmbito educacional, a linguagem escrita é um importante recurso didático-pedagógico de auxílio à aprendizagem. Nesse sentido, além da narração, o Circomática apresenta à criança, a instrução textual de cada atividade de forma clara, harmônica e concisa. Apenas o essencial é comunicado, desprezando explicações óbvias, dando-se preferência a textos curtos. Empregou-se o estilo de fonte em bastão porque essas são as mais indicadas para o público a que se destina esse software, uma vez que as crianças na Educação Infantil utilizam esse estilo de fonte e não a cursiva [MAN 99].

    Os recursos de teclas de atalho não são utilizados porque não estão de acordo com o perfil do usuário. Conforme [PIM 99], a necessidade de atalhos cresce à medida que o usuário se torna mais experiente. Como a clientela desse software é leiga ou possui pouco conhecimento em sistemas computadorizados, a inserção deste estilo de interação em nada facilitaria o desempenho do aprendiz no sistema. Para que a criança possa se familiarizar com os periféricos, tanto o mouse quanto o teclado são disponibilizados para a entrada dos dados. Segundo [MAN 99], ao utilizar o teclado, a criança desenvolve ainda mais o raciocínio, não ficando limitada apenas ao clique empírico e intuitivo do mouse.

    Outro recurso muito empregado no Circomática foi o de manipulação direta porque possibilita que os objetos possam ser facilmente manipulados pelo controle de um dispositivo de apontamento, permitindo que as ações sejam executadas de forma intuitiva, rápida e reversível [PRE 96]. Segundo [VAL 99], as interfaces de manipulação direta são muito adequadas em software educacionais que se destinam a um público alvo com diferentes níveis de experiência, exploram a aprendizagem através do ensaio e erro, objetivam atividades exploratórias, desenvolvem a criatividade, o auto-controle, as habilidades motoras e a auto-confiança.

    Para que um aluno possa obter informações sobre um dado elemento sem precisar interromper seu trabalho ou desviar sua atenção para uma janela de ajuda, bolhas de informação foram utilizadas no software Circomática. Bolha de informação é uma pequena caixa local com um texto descritivo sobre um item, apresentada quando o cursor é movido sobre o item e permanece na tela até que o cursor seja movido para fora do item. Esse tipo de recurso, fornecido pelas interfaces, caracteriza-se como um tipo de help on-line sensível ao contexto.

    Outro fator levado em consideração foi o formato do cursor. O cursor é a representação gráfica na tela dos movimentos e ações de um dos mais utilizados recursos de apontamento – o mouse. Através das representações que o cursor pode assumir, o usuário é informado pela aplicação do que é possível fazer, dependendo de seu posicionamento. No Circomática, em todas as áreas sensíveis, o formato do cursor mudou de uma seta para uma mãozinha.

    Esses são alguns dos recursos disponíveis para facilitar a interação do usuário com o sistema. Na implementação do Circomática, procurou-se aplicar aqueles que de fato vinham ao encontro do público a que se destina este projeto.
     

    7.As Atividades

    As atividades do software são apresentadas em um grau crescente de complexidade, sendo que as primeiras tarefas desenvolvem as operações em sua forma implícita e somente após trabalhar com o conceito da operação é que a representação gráfica é exposta ao usuário. Dessa forma, as primeiras atividades servem de base para as atividades posteriores. Segundo Piaget [apud GRA 98]:

    “Na construção dos primeiros esquemas de natureza lógico- matemática, as crianças se apóiam em ações sensório-motoras sobre objetos materiais e através de exercícios de repetição espontânea, chegam ao domínio e generalização da ação (estágio pré-operatório). O segundo estágio caracteriza-se pelo aparecimento das operações, as ações em pensamento; mas nesta fase, as crianças ainda dependem dos objetos concretos para que as ações se constituam em conceitos (estágio operatório concreto). E, finalmente, atingem o estágio das operações sobre objetos abstratos, já não dependendo mais de ações concretas ou de objetos concretos; é a constituição do pensamento puramente abstrato.”

    Assim, é disponibilizado à criança a possibilidade de desenvolver o conceito da operação através de manipulações sobre objetos representados na tela e, somente após a real efetivação da aprendizagem neste estágio, é que o usuário deve avançar para as atividades que apresentam a representação gráfica da operação.

     


    FIGURA 8 – Ilustração da Atividade Coloque os Chapéus nos Elefantes






    O modo de interação consiste em colocar um chapéu em cada elefante e digitar na placa o número que corresponde à quantidade de chapéus que restaram.

    Com a finalidade de desenvolver, no aprendiz, o conceito de divisão, uma atividade que explora o conceito de metade foi implementada. Nesta tarefa, oito cartas estão no picadeiro. A metade delas precisa ser colocada na caixinha do correio. O modo de interação consiste em arrastar a metade das cartas para a caixa do correio e, após, clicar no botão OK para verificar se a quantidade de cartas arrastadas realmente coincidem com a metade das cartas que estavam no picadeiro.

     


    FIGURA 9 - Ilustração da Atividade Metade das Cartas


    FIGURA 10 - Feedback da Atividade Metade das Cartas






    Uma das atividades implícitas de multiplicação trabalha o conceito de triplo. Uma caixa é apresentada e o personagem assistente solicita ao usuário que clique na caixa a fim de ajudar o trapezista. Ao clicar, três bolas saem de dentro da caixa. O modo de interação consiste em clicar sobre o número que é igual ao triplo de três.

     


    FIGURA 11 - Ilustração da Atividade Surpresa da Caixa
     


    FIGURA 12 - Feedback da Atividade Surpresa da Caixa

    8. Validação

    Para validação do protótipo, foram realizadas algumas interações do aplicativo com professores e alunos de 1ª e 2ª séries do Ensino Fundamental, além de alunos de graduação da disciplina de Informática na Educação dos cursos de Ciência da Computação e Ciências.

    A totalidade dos entrevistados considerou possível e satisfatória a utilização do aplicativo em sala de aula porque é bastante simples para uso dos alunos, possui comandos claros, é de fácil manuseio e compreensão, estimula a lógica e o raciocínio, contribui para a aquisição de conceitos trabalhados em sala de aula, prende a atenção e desenvolve habilidades de coordenação motora e o uso do teclado.

    Em relação a relevância pedagógica da ferramenta, os pesquisados destacaram que: torna a Educação Matemática mais atraente e estimulante, viabiliza a adaptação de vários conceitos sob a forma de jogos, trabalha a questão do erro através de feedback que desenvolvem o conhecimento, favorecem a motivação, auxiliam na construção do conhecimento e desenvolvem o raciocínio lógico-matemático.
     

    9. Considerações Finais

    Os esforços dispendidos por grandes centros de pesquisa na área de Interfaces Homem-Máquina justificam o tema abordado neste trabalho e o direcionamento ao público infantil ocorreu devido à crescente importância dos software educacionais no atual contexto escolar.

    Constatou-se que os recursos de multimídia, acoplados ao projeto de interface gráfica com o usuário e com os requisitos de qualidade pedagógica, se bem empregados, garantem a elaboração de uma ferramenta eficaz e dirigida à construção do conhecimento.

    Nesse sentido, a principal contribuição deste trabalho foi a implementação de um protótipo que, no momento do desenvolvimento, priorizou os aspectos que de fato facilitam a interação e contribuem na aprendizagem. Tendo em vista a aquisição dos conceitos trabalhados, todas as atividades do aplicativo oferecem mecanismos de feedback consistente e apropriado para o momento em que o usuário sentir dificuldade em realizar a atividade. Trabalhar a qualificação e a identificação do erro permite ao aluno, repensar o conceito associado à atividade.

    Assim, este ambiente computacional apresenta como vantagens os mecanismos de feedback empregados, as caixas de mensagem, uma interface motivadora, a orientação para a realização das atividades tanto em forma textual como sonora e atividades com consistência pedagógica adequadas à faixa etária a que se destina. Destaca-se também o envolvimento das crianças com o contexto do circo, pois o ambiente além do lúdico, prioriza as manifestações afetivas dos usuários.

    O Circomática recebeu uma ótima aceitação por parte dos entrevistados que manifestaram seu interesse em utilizar o aplicativo como um recurso complementar para a aquisição dos conceitos desenvolvidos em sala de aula. Neste sentido, optou- se pela continuidade de implementação e aprimoramento do ambiente da seguinte forma:
     

  • inserir novas atividades no ambiente desenvolvido para que o acesso a cada um dos contextos do software disponibilize as atividades de forma randômica;

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  • disponibilizar, na Internet, o software implementado para que professores e alunos possam utilizá-lo via rede. Além desta proposição, pretende-se disponibilizar o referencial teórico e o manual do usuário;

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  • criar um portfólio para armazenar os dados de cada aluno durante a interação com o aplicativo. Assim, o professor tem a possibilidade de analisar o andamento das atividades e verificar quais são os tópicos que cada aluno possui maior dificuldade.

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    Espera-se que essas modificações tornem o ambiente ainda mais dinâmico e motivador para o seu uso no processo de ensino e aprendizagem.
     

    10. Referências Bibliográficas