Aprendizagem e avaliação em um Ambiente de Realidade Virtual Cooperativo de Aprendizagem (Projeto ARCA)


Marlise Geller
Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)
Universidade Luterana do Brasil (ULBRA)
Brasil
m.geller@terra.com.br
Liliana Maria Passerino
Universidade Luterana do Brasil (ULBRA)
Brasil
lpasserino@ca.conex.com.br

 
Liane M. Tarouco
Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)
Brasil
liane@penta.ufrgs.br
Sidnei Silveira
Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)
Brasil
sidneirs@ulbra.tche.br

Resumo

Este artigo apresenta uma introdução ao Projeto ARCA – Ambiente de Realidade Virtual Cooperativo de Aprendizagem, mais especificamente o sub-projeto “O processo de avaliação em um ambiente imersivo de aprendizagem cooperativa” e algumas considerações sobre realidade virtual, a aprendizagem e o processo de avaliação, além da apresentação das ferramentas propriamente ditas que estão sendo utilizadas na execução deste projeto.
 

Abstract

In this paper we present an introduction at ARCA’s Environment - Virtual Reality Cooperative Learning Environment, in special the tools will be used to evaluation of learning of students in this environment. In this approach, presents some considerations about learning, evaluation and virtual reality.
 

1 - Introdução - Projeto ARCA

O Projeto ARCA – Ambiente de Realidade Virtual Cooperativo de Aprendizagem, financiado pelo CNPq, está sendo desenvolvido por uma equipe interdisciplinar, envolvendo três universidades da região sul: Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), através do PGIE (Pós-Graduação em Informática na Educação) e do II (Instituto de Informática); ULBRA (Universidade Luterana do Brasil) e UCPel (Universidade Católica de Pelotas).

O projeto ARCA busca a criação de um ambiente de ensino e de aprendizagem que, através da Internet, promova condições para a aprendizagem usando realidade virtual e permitindo a cooperação entre os participantes, além de experimentar a telepresença, via avatar. Este projeto é composto por sete sub-projetos, descritos a seguir:

Nesta primeira versão o tema abordado será a Engenharia de Alimentos, mais especificamente, os fenômenos de desenvolvimento, ação e procriação de enzimas e microorganismos. Pretende-se que o aluno possa penetrar em um mundo virtual (com ou sem imersão) de forte interação, podendo manipular objetos aos quais estarão associados conceitos e relações entre parâmetros como temperatura e umidade e o desenvolvimento de microorganismos e enzimas, levando às conseqüentes alterações que irão provocar nos alimentos, sejam elas e aumento de sua vida, de surgimento de deteriorações ou de perda de valor nutricional.
 

2 - Realidade Virtual

Segundo (Meiguins & Behrens, 1999), a utilização da realidade virtual (RV) pode contribuir com a educação, apresentando benefícios em relação a outros tipos de software, tais como: maior interatividade, novas formas de visualização de informações, envolvimento, melhor compreensão do objeto de estudo, entre outros.

Para (Burdea & Coco, 1994 apud Meiguins & Behrens, 1999) a realidade virtual é uma técnica de interface onde o usuário pode realizar imersão, navegação e interação em tempo real num ambiente sintético tridimensional gerado por computador, utilizando canais multisensoriais. Para (Lima, 1999), a realidade virtual é a representação gráfica do espaço cibernético. O termo realidade virtual foi criado para expressar a idéia de presença humana num espaço gerado por computador. Segundo Machado (1995), o termo realidade virtual refere-se a uma experiência imersiva e interativa baseada em imagens gráficas 3D geradas em tempo real por computador. O principal objetivo é o de fazer com que o participante (usuário) sinta-se presente no mundo virtual, através da utilização de dispositivos (periféricos) sofisticados, tais como: luvas de dados (dataglove), joystick 3D, capacetes e óculos 3D, entre outros. Na Figura 1 vê-se um modelo de luva (dataglove) no lado esquerdo e no lado direito um capacete (head-mounted dysplay).

 


 
 

Figura 1: Dataglove e Head-Mounted Display



A realidade virtual pode ser classificada em (Machado, 1995):

No ambiente educacional podem ser utilizados ambientes de realidade virtual (mundos virtuais) ou permitir que os próprios alunos construam seus mundos virtuais, a exemplo do que pode ser feito com as ferramentas de autoria multimídia. Existem diversas ferramentas que possibilitam a construção de mundos virtuais e normalmente permitem a inserção de objetos em 3D que podem ser criados em programas específicos para modelagem 3D, como o 3D Studio ou o 3D Choreographer.

2.1 - Active Worlds

O Browser do ACTIVE WORLDS (AW) é um software que permite visitar Mundos Virtuais construídos dentro do AW. Os Mundos AW são ambientes híbridos compostos de recursos 3D (o próprio ambiente) e páginas HTML.

Dentro do AW existem inúmeros mundos e universos, cada um com características próprias e independentes. O Active Worlds está dividido em universos educacionais (Eduverse) e comercias. Os mundos pertencentes ao Eduverse são mundos institucionais, em geral de universidades ou projetos de pesquisa, que foram criados com objetivos educacionais e ficam hospedados no Host do ambiente. Para acessar esses mundos, é preciso instalar um browser (1), que é freeware, e possibilita a navegação e a interação dentro dos mundos na forma de um avatar (2). O acesso aos mundos é feito por um login, como turista ou como "citizen"(3) permitindo não apenas navegar pelo mundo mas interagir com objetos e outras pessoas presentes no ambiente no mesmo instante. A comunicação com outros usuários dentro do mundo pode ser feito através de um chat disponível no browser, mas também, visualmente, através dos avatares. Operações de criação de objetos dentro de um mundo ou até criação de um mundo precisam de uma licença especial que pode ser obtida diretamente no site do AW.

A figura 2 mostra os elementos que compõem o ambiente AW, a saber:

Figura 2: Visão geral do Ambiente Active Worlds – Mundo ARCA






Browser para Web:

O Active Worlds apresenta a possibilidade de abrir uma página web junto com o ambiente 3D. Por default, o navegador deve ser o Internet Explorer 3.0 ou superior, mas também aceita o browser da Netscape. O browser de navegação é um excelente recurso, utilizado em geral, como uma extensão do mundo, no qual são inseridos outros recursos não suportados pelo mundo, como acesso a banco de dados, formulários, entre outros. Ao entrar em um mundo, é carregada a página principal do mesmo que permitirá ao usuário ter informações adicionais sobre o mesmo. O controle deste browser é realizado através de um conjunto de botões de navegação dentro da barra de comandos (ver figura 3).

Figura 3: Botões de Navegação

Barra de Comandos:

A Barra de Comandos, como já foi mencionado, possui controles para navegação dentro do browser HTML, mas também contém uma série de botões para controle do avatar e para a navegação dentro do mundo 3D. A figura 4 mostra a barra de comandos em todos os detalhes, onde é possível definir angulo de visão dentro do ambiente (A), tipo de avatar escolhido (primeira ou terceira pessoa - B), emoções do avatar (C), navegação dentro do ambiente 3D pelo teclado ou pelo mouse (D) e botões para controlar o browser para web. Os botões de emoções do avatar da barra de comando se modificam em cada mundo e muitas vezes, de acordo, com o avatar escolhido pelo usuário.


 
 

Figura 4: Barra de Comandos






Lista de Mundos:

A Lista de Mundos é uma espécie de índice de todos os mundos ativos. Dentro do AW existem dois tipos de mundos, os públicos e os acessíveis apenas a usuários "citizen". Na figura 5, mostra-se a lista de mundos do Eduverse, os mundos marcados com vermelho só estão disponíveis para acesso a usuários com direitos de "citizen".

Figura 5: Lista de Mundos


Chat:
A Área de Chat permite conversar com outros usuários do mundo, como mostra a figura 6, através de um chat simples.

 

Figura 6: Chat do Active Worlds



Ambiente 3D:

O Ambiente 3D do Active Worlds é o elemento principal do ambiente, é o local onde é apresentado o próprio mundo em tempo real. O usuário pode interagir com os objetos do mundo, em primeira ou terceira pessoa (escolhendo um avatar) utilizando teclado ou mouse. Esses objetos podem ser passivos, reativos ou ativos. Passivos no sentido de não terem nenhuma ação definida para uma interação do usuário, é o caso das paredes de um prédio ou de uma árvore, que são objetos que têm por objetivo simular o mundo, e podem ser agentes, simuladores, ou disparar outros tipos de processos através do próprio ambiente 3D ou do browser HTML. A visão do mundo pode ser em primeira ou terceira pessoa, clicando nos botões da barra de comandos (figura 7).

 

Figura 7: Visões de mundo dentro do AW






3 - Aprendizagem e a Avaliação em um Ambiente de Realidade Virtual Cooperativo de Aprendizagem (Projeto ARCA)

O sub-projeto “O Processo de Avaliação em um Ambiente Imersivo de Aprendizagem Cooperativa” possui dois enfoques principais:

Quanto ao ambiente: estudos de critérios de avaliação de ambiente imersivos (ergonomia, interface, interação homem- ambiente, entre outros) para definir mecanismos próprios que orientem a implementação de mecanismos de avaliação.

Com relação ao ambiente, o processo de avaliação passa por uma avaliação da relação homem-máquina. Neste aspecto a Ergonomia de Software traz aportes interessantes, e dentro desta a Ergonomia Cognitiva fornece elementos necessários para definir novos critérios de avaliação de ambientes imersivos. A Ergonomia Cognitiva, segundo Cybis (2000) dedica-se as atividades de tratamento de informação que as pessoas realizam na execução de uma tarefa. Para definir adequadamente os critérios ergonômicos em ambientes imersivos, é necessária a especificação dos perfis cognitivos dos usuários que delinearão o projeto de uma interface adaptável, assim como um estudo aprofundado de conceitos de semiótica e de cognição humana para que o ambiente propicie a cooperação entre os usuários.

Quanto aos elementos do processo de ensino e de aprendizagem: estudos de estratégias e metodologias que envolvam mecanismos de interação e avaliação neste ambiente.

A avaliação é uma etapa obrigatória do processo educacional, porém o centro desse processo certamente é a aprendizagem, envolvendo aspectos de interação entre os participantes (alunos e professores). Na construção de um ambiente imersivo de aprendizagem cooperativa, os perfis cognitivos necessários para as questões ergonômicas, são na verdade, o foco principal do processo de criação do ambiente em si (Tarouco, 2000).

No processo de aprendizagem, é importante considerar inúmeras variáveis, uma delas é o perfil do aluno que se percebe pelas escolhas na forma de construir seus conhecimentos, por exemplo, um aluno pode realizar experiências no ambiente armazenando seus dados e conclusões num banco de dados particular, mas também compartilhar essas experiências com os outros participantes, assim como se envolver numa construção cooperativa de uma experiência coletiva, mas mantendo sempre sua individualidade.

Assim, este projeto, envolvendo realidade virtual, deve então incorporar elementos de semiótica, de percepção, de cognição, entre outros, a fim de promover condições dos participantes interagirem, realizarem trabalhos cooperativos, que possam desencadear o processo de aprendizagem. Portanto, o processo de avaliação, neste ambiente, deverá se adaptar aos diferentes perfis de alunos.

Neste ambiente, o processo de avaliação, deve possibilitar a relação entre todos os elementos que fazem parte de um processo de ensino e de aprendizagem, incluindo objetivos (de professores e alunos) e conteúdos, pressupondo os elementos cognitivos (memória, inteligência, consciência), os elementos afetivos (atitudes, valores, criatividade) e os elementos psicológicos (vivência, sentimentos). Esses três elementos apontam para o planejamento de propostas educativas mais amplas e coerentes com o meio, a cultura e a cognição. Segundo o quadro a seguir, mostrando duas visões de educação: a tradicional e a progressista, percebe-se a avaliação de forma diferenciada com concepções e objetivos distintos.
 


AVALIAÇÃO - ENFOQUE TRADICIONAL
AVALIAÇÃO - ENFOQUE PROGRESSISTA
  • Ação individual e competitiva 
  • Ação coletiva e consensual 
  • Concepção classificatória 
  • Concepção investigativa e reflexiva 
  • Apresenta um fim em si mesma 
  • Atua como mecanismo de diagnóstico da situação 
  • Postura disciplinadora e diretiva do professor 
  • Postura cooperativa entre professor e aluno 
  • Privilégio à memorização 
  • Privilégio à compreensão 
  • Pressupõe a dependência do aluno 
  • Incentiva a conquista da autonomia do aluno 

Tabela 1: Enfoques da Avaliação

Acredita-se que, para o processo de avaliação no ambiente tornar-se mais dinâmico e interativo, deva-se propor a implementação de um agente avaliador, que acompanharia a utilização do ambiente pelo aluno, auxiliando-o no desenvolvimento de suas experiências. Este agente avaliador deve possuir um modelo do perfil do aluno, para que a avaliação possa adequar-se a diferentes tipos de usuários.

Segundo Giangrandi & Tasso (1996), o modelo do aluno descreve o conhecimento do estudante num domínio específico e é utilizado para que o ambiente adapte-se às características individuais do usuário. Akhras & Self (1996) coloca que o ambiente necessita adaptar a instrução às características individuais do estudante, durante o processo de ensino e aprendizagem. Em um modelo de aluno podem ser armazenadas diversas informações, entre elas: nível de conhecimento, objetivos, planos, capacidades, atitudes e conhecimentos ou crenças (Shiri et al, 1998).

Através da identificação do modelo do aluno, o agente avaliador deve adaptar suas estratégias, visando adequar o processo de avaliação de acordo com este modelo. Segundo Stone & Lester (1998), a utilização de agentes em ambientes de ensino e aprendizagem oferece um potencial significativo para modificar o processo de ensino e aprendizagem, principalmente pelo fato de que os estudantes recebem um feedback constante do ambiente utilizado, incrementando a interação com o objeto de estudo. Este agente avaliador pode ser visto como um agente pedagógico. Segundo Stone & Lester (1998), os agentes são denominados pedagógicos quando estão ligados a um ambiente onde existe uma sociedade de agentes que compõem um sistema de ensino e aprendizagem. Estes agentes utilizam estratégias de ensino para acompanhar a aprendizagem do aluno enquanto está utilizando o ambiente.
 

4 – Mecanismos de Avaliação do Projeto ARCA

Dentro do projeto ARCA serão projetadas e implementadas diversas ferramentas que propiciem um suporte para o processo de avaliação, mas que também permitam acompanhar o progresso da utilização do ambiente pelo aluno. Dentre as ferramentas idealizadas, existe um grupo que, pelas suas características, foram denominadas Histórico da Interação.

O Histórico da Interação é um conjunto de ferramentas e dispositivos que tem por finalidade registrar e acompanhar o processo de interação realizado em dois níveis diferentes. Por um lado em nível de ambiente, isto é, interação usuário- ambiente e, por outro, em nível de colaboração pela interação usuário-usuário.

Assim, o Histórico da Interação, consiste de vários elementos diferentes que poderiam ser projetados como elementos de avaliação dentro do ambiente.

O Histórico da Interação foi dividido em: 1) Registro do Sistema e 2) Diário de Bordo. O Registro do Sistema é realizado de forma transparente ao usuário e armazena todas as ações desempenhadas com o mouse, os textos digitados no ambiente (inclusive na janela de chat), as páginas visitadas na Internet, o tempo de utilização (quanto tempo ficou utilizando o ambiente, quanto tempo levou para clicar em algo, entre outros).

O Diário de Bordo é visível ao usuário, através de um Caderno ou Livro de Receitas. Nesta opção o usuário poderá acessar três itens diferentes: Minhas Experiências, Nossas Experiências e Outras Experiências.

4.1 - Implementação realizada: minhas experiências

No desenvolvimento do item Minhas Experiências foram utilizadas as seguintes ferramentas:

As ferramentas de avaliação são executadas no browser, dentro do ActiveWorlds (conforme descrito no item 2.1). O usuário tem a liberdade de decidir em que momento deve registrar as experiências realizadas. As informações sobre as experiências realizadas ficam armazenadas no servidor (Microsoft Internet Information System), em um banco de dados. O acesso a este banco de dados é controlado pelo Microsoft SQL Server e a programação realizada através de páginas ASP (Active Server Pages) e VBScript. A vantagem da utilização desta plataforma é a independência do browser cliente. A execução é toda realizada no servidor e o cliente recebe apenas código HTML padrão. Na Figura 8 apresenta-se o esquema de funcionamento do item Minhas Experiências.

 

Figura 8: Esquema de Funcionamento




No protótipo implementado estão disponíveis as seguintes funções: 1) iniciar sessão, 2) cadastrar experiências, 3) ver experiências e 4) encerrar sessão. Ao iniciar a sessão o usuário deve informar o seu login e senha, que será validado através do banco de dados armazenado no servidor. Após a validação do login, o usuário pode cadastrar novas experiências ou visualizar as suas experiências já cadastradas, através da data da experiência ou por uma palavra- chave. Para que outro usuário não visualize/altere suas experiências, deve ser encerrada a sessão. Na Figura 9 visualiza-se a tela de entrada no item Minhas Experiências.

 

Figura 9: Tela de Entrada: Minhas Experiências



Ao iniciar a avaliação, o usuário deve informar seu login e senha. Após a validação destas informações, o usuário está habilitado a acessar as demais opções (cadastrar experiência e ver experiências). Na Figura 10 vê-se o formulário contendo login e senha. Ao pressionar o botão Iniciar Sessão é requisitada ao servidor a execução de uma página em ASP, que retornará a resposta da validação ou não do login e senha informados.

Figura 10: Formulário contendo login e senha






Se o login ou a senha informados não são válidos, o servidor envia ao cliente a resposta (em formato HTML), como mostra a Figura 11.

Figura 11: Login ou senha inválidos




Se o login é validado, o usuário recebe uma mensagem de boas-vindas ao processo de avaliação do ambiente, como mostra a Figura 12.

Figura 12: Login válido




Caso o usuário não tenha seu login validado mas, mesmo assim tente acessar alguma das opções existentes, uma página ASP é disparada, informando que o usuário deve repetir o processo de iniciar a sessão, informando seu login e senha corretos (vide Figura 13).

Figura 13: Repetir o Processo de Iniciar Sessão




Na Figura 14 vê-se o formulário da opção Cadastrar Experiência. O usuário pode informar uma URL visitada na Internet e descrever a experiência realizada.

Figura 14: Formulário para Cadastrar Experiência




Após o cadastro da experiência, o usuário recebe a confirmação dos dados que foram gravados no banco de dados do servidor, como mostra a Figura 15.

Figura 15: Confirmação dos Dados Gravados






Além de cadastrar novas experiências, o usuário do ambiente pode visualizar suas experiências anteriores através da data da realização ou de uma palavra-chave. O formulário da opção Ver Experiências é mostrado na Figura 16.

 

Figura 16: Formulário Ver Experiências




Se o usuário informa uma data na qual não realizou nenhuma experiência, recebe uma mensagem, informando que não existem experiências cadastradas na informada (conforme Figura 17).

Figura 17: Experiência Não Cadastrada






Se o usuário possui experiências na data informada, são informados o número de experiências realizadas naquela data, além das experiências propriamente ditas, uma após a outra, como mostra a Figura 18. As URL´s cadastradas são apresentadas na forma de hyperlinks e podem ser acessadas diretamente nesta tela.

Figura 18: Experiências Cadastradas



A segunda opção do item Ver Experiências é a procura por uma palavra-chave. Na Figura 19 vê-se o formulário para procura, no qual utilizou a palavra-chave exercício. Se não existem experiências contendo a palavra especificada o usuário recebe uma mensagem de erro, como mostra a Figura 20.

Figura 19: Procura por Palavra-Chave
 
 

Figura 20: Mensagem de Erro da Procura



Se existem experiências com a palavra-chave solicitada, as mesmas são mostradas ao usuário, conforme Figura 21.

 

Figura 21: Experiências Cadastradas


Ao concluir a utilização do item Minhas Experiências o usuário deve clicar na opção Encerrar Sessão, evitando que outros usuários modifiquem as suas experiências. Ao encerrar a sessão o usuário recebe uma mensagem, demonstrada na Figura 22.

Figura 22: Encerramento da Sessão


O item Minhas Experiências representa apenas a primeira parte dos mecanismos de avaliação que serão implementados dentro do contexto do Projeto ARCA. Atualmente, está sendo estudada a forma de armazenamento de informações multimídia, para permitir que os usuários possam armazenar imagens e sons, além dos textos/comentários e URL´s sobre as experiências realizadas.
 

5 - Considerações Finais

O Projeto ARCA – Ambiente de Realidade Virtual Cooperativo de Aprendizagem teve início em novembro de 1999 e está em fase de estudo e desenvolvimento. No caso específico da avaliação, novos mecanismos e critérios serão definidos no decorrer do projeto a partir dos estudos realizados.

Atualmente, está se estudando a inserção do agente avaliador, que acompanhará o estudante durante a utilização do ambiente e adequará o processo de avaliação ao perfil do aluno. Neste sentido, faz-se necessária a pesquisa mais aprofundada na área de modelo de aluno, critérios de avaliação e sistemas de ensino baseados em agentes.
 

Notas

(1) http://www.activeworlds.com/download.html
(2) Um avatar é uma representação gráfica de uma pessoa dentro de mundos 3D. Essa representação pode ser um objeto 3D com características humanas ou não.
(3) Um "citizen" é um usuário com direito de criação de objetos e acesso a mundos fechados.
 

Referências Bibliográficas