Ana Emília de Melo Queiroz. Agentes de interface de software educativo. 2006. 0 f. Dissertação...

7/27/2019 Ana Emlia de Melo Queiroz. Agentes de interface de software educativo. 2006. 0 f. Dissertao (Mestrado em Ci

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Ps-Graduao em Cincia da Computao

Universidade Federal de Pernambuco

[email protected]/~posgraduacao

RECIFE, agosto/2006

Design Interativo de Agentes Inteligentes de InterfaceDesign Interativo de Agentes Inteligentes de InterfaceDesign Interativo de Agentes Inteligentes de InterfaceDesign Interativo de Agentes Inteligentes de Interface

para Software Educativo de Matemticapara Software Educativo de Matemticapara Software Educativo de Matemticapara Software Educativo de Matemtica

PorPorPorPor

Ana Emilia de Melo Queiroz

Dissertao de MestradoDissertao de MestradoDissertao de MestradoDissertao de Mestrado


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ANA EMILIA DE MELO QUEIROZ

DESIGN INTERATIVO DE AGENTES INTELIGENTES DE INTERFACE PARA

SOFTWARE EDUCATIVO DE MATEMTICA

ESTE TRABALHO FOI APRESENTADO PS-GRADUAO

EM CINCIA DA COMPUTAO DO CENTRO DE

INFORMTICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE

PERNAMBUCO COMO REQUISITO PARCIAL PARA

OBTENO DO GRAU DE MESTRE EM CINCIA DA

COMPUTAO.

ORIENTADOR: PROF. DR. ALEX SANDRO GOMES

RECIFE,AGOST/2006

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO

CENTRO DE INFORMTICA

PS-GRADUAO EM CINCIA DA COMPUTAO


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iii

Queiroz, Ana Emilia de MeloDesign interativo de agentes inteligentes de

interface para software educativo de Matemtica /Ana Emilia de Melo Queiroz. Recife : O Autor, 2006.

xv, 249 folhas : il., fig., quadros.

Dissertao (mestrado) Universidade Federalde Pernambuco. CIn. Cincia da Computao, 2006.

Inclui bibliografia e anexos.

1. Inteligncia artificial Agentes inteligentes. 2.Agentes tutores Interface educativa Matemtica Estruturas aditivas. 3. Interao humano-mquina Aprendizagem de conceitos matemticos Usabilidade. 4. Design de interface educativa Avaliao da aprendizagem. I. Ttulo.

004.89 CDU (2.ed.) UFPE006.3 CDD (22.ed.) BC2006-550


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Dedicatria

Dedico este trabalho aos meus pais, Joo deQueiroz Chaves e Maria Luiza de MeloQueiroz e ao meu marido Augusto Ribeiro.


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Resumo

A quantidade de programas educacionais e as diferentes modalidades do uso do

computador demonstram sua utilidade no processo de ensino e aprendizagem (Valente

1993). Embora seja notrio que mquinas como o computador representam avano

tecnolgico e que existe, nele, um grande potencial como mquina de ensinar. Isso no

determina que o seu uso oferea garantias de desenvolvimento e aprendizagem de

conceitos. necessrio, portanto, planejar sua insero nas prticas escolares e fazer

uma avaliao criteriosa dos softwares que sero utilizados. Dessa forma, avaliar um

software educativo significa estimar o seu potencial enquanto ferramenta para

aprendizagem de conceitos e, sendo assim, se faz necessrio a utilizao de tcnicas e

referenciais tericos que possibilitem a verificao da aprendizagem ainda durante o seu

desenvolvimento.

Esta dissertao tem como objetivo o design de agentes de interface para uma aplicao

educativa que visa ao ensino de estruturas aditivas; para tanto a interface educativa que

ora propomos foi desenvolvida sob a perspectiva construtivista de aprendizagem,

adotada atravs do uso de um estilo de interao utilizado para criar situaes capazes

de promover a reflexo e conduzir o usurio reviso dos seus planos iniciais.

Esta interface foi concebida atravs de uma metodologia que contemplou a identificao

do contexto de uso; a anlise de competidores; prototipagem rpida; e anlise qualitativa

da usabilidade, comunicabilidade e aprendizagem atravs da observao dos critrios

construtivistas de aprendizagem. Durante o seu desenvolvimento, considerou-se

constantemente a perspectiva dos usurios representativos em todo o ciclo de

desenvolvimento, atravs de uma metodologia realizada em interao com o usurio eque utiliza os feedbacks do mesmo para melhorar aspectos relativos usabilidade e a

aprendizagem.

A proposta pedaggica adotada nesta interface foi o reforo instrucional, que

fornecido durante a resoluo de problemas. A tal reforo, a literatura sobre educao

chama de Scaffolding. Por meio da metodologia, foi possvel conceber formas de

reforo condizentes tanto com o usurio, quanto com a tarefa em execuo. Alm das

formas de reforo, apresentamos uma metodologia capaz de estimar o potencial de


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vi

uma interface educativa, ainda em seu processo de design e, dessa forma, alinhar as

aes e percepes do usurio acerca da interface s suas necessidades, as quais sero

avaliadas em um contexto de uso real.

Palavras-chave: Learnware, anlise qualitativa, Projeto centrado no usurio, Avaliao

da aprendizagem, Estilos de interao, Modelos de usurio, Agentes Inteligentes.


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vii

Abstract

The amount of educational programmes and the different modalities of computer usage

demonstrate its usefulness in the Learning and Teaching process (Valente, 1993).

Although it is widely known that machines, such as the computer, represent

technological advance and that there is, within it, a great potential as a teaching

machine, this does not determine that its usage provides guarantees of development and

learning of concepts. Therefore, it is necessary to plan its insertion in school practices

and to do a rigorous evaluation of the softwares to be used. This way, evaluating

educational software means assessing its potential as a tool for concepts learning and,

thus, its necessary the utilization of techniques and theoretical references that make

possible the learning verification still during its development.

This paper has as objective the design of interface agents for an educative application

that aims at the teaching of additive structures; to do so, the educative interface

proposed here was developed under a constructivist perspective of learning, adopted

through the use of an interaction style employed to create situations able to promote the

reflection and lead the user to the review of his/her initial plans.

This interface was conceived through a methodology that privileged the identification ofthe use context; the analysis of competitors; quick prototyping; and qualitative analysis

of the usability, communicability and learning through observation of constructivist

learning criteria. During its development, the perspective of the representative users in

all the development cycle was constantly taken into account, through a user-centered

methodology, which employs feedbacks from the user to improve aspects related to

usability and learning. The use of such methodology will make possible to line up the

actions and perceptions of the user concerning his necessities towards the interface,which will be evaluated in a real use context.

Keywords: Learnware, qualitative analysis, User-Centered Design, learning evaluation,

Interaction Styles, User Models, Intelligent Agents.


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Agradecimentos

Agradeo primeiro a Deus, a quem devo minha prpria vida. Agradeo a meus pais,

Joo de Queiroz Chaves e Maria Luiza de Melo Queiroz, que me deram oportunidade

de ter educao, princpios e exemplos de vida. Tambm ao meu irmo, Joo Augusto,

que foi meu cmera mendurante o primeiro teste piloto.

Agradeo ao meu orientador Alex Sandro Gomes, que, com muita pacincia, dedicao

e amizade, forneceu-me informaes essenciais, motivadoras e esclarecedoras, sem as

quais teria sido impossvel a concluso deste trabalho. Agradeo professora Patrcia

Tedesco, de quem recebi as primeiras informaes sobre os trabalhos relacionados,

tambm professora Adja Andrade, que enviou sua tese de doutorado e da qual extra

informaes preciosas, que muito contriburam para os resultados aqui apresentados.

Agradeo ao professor Francisco de Assis Tenrio Cavalcanti, meu orientador na

monografia apresentada ao final da graduao, o qual me forneceu informaes

essenciais sobre a aplicao de algoritmos de aprendizagem de mquina.

Agradeo, em particular, ao meu colega de mestrado Mauricio Braga, que, junto

comigo, planejou o teste de usabilidade, construiu o prottipo em papel, escreveu os

questionrios aplicados aos usurios durante o teste e executou todas as filmagens,gravaes e posteriores transcries de todos os dados coletados durante o teste. Alm

disso, Maurcio me auxiliou a refinar o processo de ajuda, fornecendo-me valiosas

sugestes. Da mesma forma, outros colegas do grupo CCTE, cincias cognitivas e

tecnologia educacional, contriburam, durante nossas reunies, com suas crticas,

perguntas e sugestes.

Agradeo ao meu marido, Augusto Ribeiro, que me deu um apoio incondicional desde o

incio at a fase final da dissertao, lendo-a com muita pacincia.


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Para os matemticos, um perene problema explicar ao grande

pblico que a importncia da Matemtica vai alm de sua

aplicabilidade. como explicar a algum que nunca ouviu msica a

beleza de uma melodia... Que se aprenda a Matemtica que resolve

problemas prticos da vida, mas que no se pense que esta a sua

qualidade essencial. Existe uma grande tradio cultural a ser

preservada e enriquecida, em cada gerao. Que se tenha cuidado, ao

educar, para que nenhuma gerao torne-se surda s melodias que so

a substncia de nossa grande cultura matemtica... (Gravina,1998)


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Sumrio

1. INTRODUO..................................................................................................... 1ORGANIZAO DA DISSERTAO ...................................................................................5MOTIVAO E PROBLEMTICA ......................................................................................5

Pergunta ............................................................................................................6Hiptese .............................................................................................................6OBJETIVO GERAL DE DESIGN .........................................................................................6Objetivos especficos .........................................................................................72. ESTILOS DE INTERAO PARA INTERFACE DE SOFTWAREEDUCATIVOS ............................................................................................................. 10TIPOS DE ESTILOS DE INTERAO .................................................................................13

Interfaces orientadas a comando ....................................................................14Seleo por Menu ............................................................................................17

Preenchimento de formulrios ........................................................................18Window, Icon, Menu and Pointer (WIMP)......................................................20

PS WIMP ......................................................................................................21Realidade Virtual.............................................................................................22Discurso (Voz) .................................................................................................24Hipertexto ........................................................................................................26Linguagem Natural..........................................................................................27Manipulao direta .........................................................................................28

Jogos Educativos................................................................................................... 32Scaffolding.......................................................................................................34

Discusso sobre estratgias de Ajuda ................................................................... 36Estratgias ............................................................................................................. 38

Interfaces inteligentes......................................................................................40Agentes de interface.............................................................................................. 41Agentes Pedaggicos ............................................................................................ 43

3. REFERENCIAIS TERICOS .......................................................................... 45TEORIA DOS CAMPOS CONCEITUAIS PARA REPRESENTAO DOS CONCEITOS OBSERVADOS

NA AO DO USURIO...................................................................................................45ANLISE INSTRUMENTAL .............................................................................................46ANLISE DA COMUNICABILIDADE ................................................................................484. METODOLOGIA E RESULTADOS ............................................................... 50IDENTIFICAO DO CONTEXTO DO USO.........................................................................53Usurios ..........................................................................................................54

Processo de modelagem do problema.............................................................54Anlise da tarefa.................................................................................................... 59DIMENSES DA USABILIDADE ADOTADAS COMO CRITRIOS NA AVALIAO DA INTERFACEDO SISTEMA 61ANALISE DOS COMPETIDORES .......................................................................................63

Ecolab..............................................................................................................64Formas de ajuda .................................................................................................... 65Modelo do usurio ................................................................................................ 67

AnimalWatch ...................................................................................................69Formas de Ajuda ................................................................................................... 71Modelo do usurio ................................................................................................ 76

Agente Diagnstico .........................................................................................76Formas de Ajuda ................................................................................................... 77


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Modelo do usurio ................................................................................................ 78Sntese da anlise comparativa.......................................................................81

Formas de ajuda .................................................................................................... 82Dimenses para construo do modelo do usurio ............................................... 84

PROTOTIPAGEM E PRIMEIRA VERSO DO PROTTIPO.....................................................85

Prototipagem rpida e segunda verso do prottipo......................................86Teste de usabilidade com prottipo em papel....................................................... 88Coleta dos Dados .................................................................................................. 92

ANLISE QUALITATIVA DE DADOS ................................................................................96Codificao temtica.......................................................................................96(1) Teoremas-em-ato falsos e anlise dos resultados conseguidos com a ajuda. 100

Teorema-em-ato 1: .............................................................................................. 102Teorema-em-ato 2: .............................................................................................. 102Teorema-em-ato 3. .............................................................................................. 104

(2) Regras falsas de utilizao da interface..................................................106Regra errada 1: .................................................................................................... 106

Regra errada 2: .................................................................................................... 108Regra errada 3: .................................................................................................... 108Regra errada 4. .................................................................................................... 110Regra errada 5. .................................................................................................... 113Regra errada 6: .................................................................................................... 114Discusso ............................................................................................................ 115

(3) Anlise da comunicabilidade...................................................................115Protocolos verbais ............................................................................................... 116

CENRIOS 124Tarefa 1 .........................................................................................................125

Cenrio Atual ...................................................................................................... 125Cenrio futuro positivo ....................................................................................... 132Cenrio futuro negativo....................................................................................... 138

Tarefa 2 .........................................................................................................141Anlise da tarefa com aprendizagem conseqente ao uso............................154

Anlise instrumental............................................................................................ 155Categorias presentes na anlise instrumental...................................................... 157Resultados ........................................................................................................... 168

Resultados sobre a adaptao dos usurios interface ...............................1965. PROPOSTA DO PROTTIPO....................................................................... 197FORMAS DE AJUDA .....................................................................................................197

Mensagens .....................................................................................................197Automatizao de passos da modelagem ......................................................199Mostrar modelo completo..............................................................................200Ajuda utilizando metforas de materiais concretos ......................................200MODELO DE USURIO PROPOSTO ...............................................................................206

Modelos estatsticos preditivos: Construo e Manuteno.........................209AGENTES INTELIGENTES.............................................................................................211Tipos de Conhecimento e Raciocnio ............................................................216

Agente Monitor..............................................................................................218Agente ZDP ...................................................................................................223Agente Modelador .........................................................................................226

6. CONCLUSES................................................................................................. 229CONTRIBUIES .........................................................................................................230


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TRABALHOS FUTUROS ................................................................................................2317. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS............................................................ 2338. ANEXO A - FORMULRIO DE CONSENTIMENTO DO PARTICIPANTE

2409. ANEXO B QUESTIONRIO PARA IDENTIFICAO DO PERFIL DO

PARTICIPANTE........................................................................................................ 24310. ANEXO C QUESTIONRIO DE PS-RESOLUO DE PROBLEMA.248

11. ANEXO D - PS-ENTREVISTA (POSTERIOR REALIZAO DOTESTE)........................................................................................................................ 250


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ndice de quadros

Quadro 1.1 Mdia de desempenho dos Alunos segundo Utilizao de

Computadores pelos alunos como Recurso Pedaggico por srie e disciplina -Brasil - SAEB/99...................................................................................................... 4

Quadro 2.1. Categorias de Ajuda. .................................................................................. 39Quadro 4.1. Legenda de Vergnaud......................................................................... 56Quadro 4.2. Diagramas de composio, transformao e comparao. ................. 56Quadro 4.3. Informaes sobre o suporte colaborativo em cada modelo............... 69Quadro 4.4. Tipos de Ajuda oferecida pelo Agente Diagnstico........................... 77Quadro 4.5. Modelo do usurio utilizado pelo Agente Diagnstico. ..................... 79Quadro 4.6. Dimenses para o modelo do usurio extradas do AgenteDiagnstico............................................................................................................. 81Quadro 4.7. Comparao das ajudas fornecidas pelos competidores..................... 82Quadro 4.8. Formas de Ajuda Parcial extradas da anlise de competidores ...... 82Quadro 4.9. Ajuda Total extrada da anlise dos competidores ............................. 83Quadro 4.10. Modelo do usurio, extradas a partir anlise dos competidores. ..... 84Quadro 4.11. Invariantes verdadeiros mobilizados durante o uso do Gerard......... 98Quadro 4.12. Sinais utilizados nas transcries. .................................................. 100Quadro 4.13. Incremento de interao aps mobilizao do teorema-em-ato 2. . 102Quadro 4.14. Incremento de interao aps mobilizao do Teorema-em-ato 3. 102Quadro 4.15. Inc. de interao, aps mobilizao do Teorema-em-ato 4. ........... 105Quadro 4.16. Inc. de interao. Ajuda aps mobilizao da Regra em ao 1. ... 106Quadro 4.17. Incremento de interao. Ajuda aps mobilizao do Regra errada 1

.............................................................................................................................. 106Quadro 4.18. Inc. de interao. Ajuda aps mobilizao Regra errada 2. ........... 108Quadro 4.19. Incrementode interao. Ajuda aps mobilizao da Regra errada 3............................................................................................................................... 109Quadro 4.20. Incremento de interao aps a mobilizao da Regra errada 3..... 110Quadro 4.21. Inc. de interao, aps mobilizao da Regra errada 4. ................. 111Quadro 4.22. Incremento de interao, aps mobilizao da Regra errada 4 ...... 112Quadro 4.23. Incremento de interao, aps mobilizao do Regra errada 5. ..... 113Quadro 4.24. Inc. de interao aps mobilizao da Regra errada 6. .................. 114Quadro 4.25. Necessidades de comunicao........................................................ 116Quadro 4.26. Necessidade de mais ajuda. ............................................................ 116

Quadro 4.27. Necessidade De mais ajuda ............................................................ 117Quadro 4.28. Necessidade de mais ajuda ............................................................. 118Quadro 4.29. Necessidade De mais ajuda ............................................................ 119Quadro 4.30. Necessidade de receber indicativo de sucesso em cada etapa........ 120Quadro 4.31. Necessidade de saber qual o prximo passo da modelagem. ........ 120Quadro 4.32. Necessidade de saber o que deve ser feito..................................... 121Quadro 4.33. Necessidade de saber o que deve ser feito...................................... 121Quadro 4.34. Necessidade de Informao sobre a legenda. ................................. 122Quadro 4.35. Necessidade de informao sobre a legenda. ................................. 122Quadro 4.36. Necessidade de Informao sobre a legenda .................................. 122Quadro 4.37. Necessidade de Informao sobre a metfora. ............................... 123

Quadro 4.38. Necessidade de Informao sobre a metfora. ............................... 123Quadro 4.39. Necessidade de Informao sobre a metfora. ............................... 123


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Quadro 4.40:Necessidades que emergiram a partir das aes.............................. 131Quadro 4.42: Necessidades que surgiram do cenrio negativo............................ 140Quadro 4.43:Necessidades que emergiram do cenrio futuro negativo. .............. 149Quadro 4.44: Necessidades que surgiram a partir do cenrio futuro negativo..... 154Quadro 4.45. Ao Instrumental........................................................................... 157

Quadro 4.46. Tarefas executadas durante a resoluo dos problemas. ................ 159Quadro 4.47. Caractersticas dos usurios............................................................ 160Quadro 4.48. Problemas utilizados na Anlise Instrumental................................ 161Quadro 4.49. Artefatos identificados na interface................................................ 162Quadro 4.50. Regras de utilizao dos artefatos. ................................................. 164Quadro 4.51. Teoremas-em-ato identificados. ..................................................... 165Quadro 4.52. Objetos identificados. ..................................................................... 167Quadro 4.53. Anlise da tarefa. Usurio 05 e problema 03.................................. 169Quadro 4.54. Usurio 01 resolvendo problema 02............................................... 177Quadro 4.55. Usurio 01 resolvendo problema 04............................................... 183Quadro 4.56. Usurio 02 resolvendo problema 01............................................... 189

Quadro 4.57. Usurio 02 resolvendo problema 03............................................... 192Quadro 5.1. Dimenses para o modelo do usurio............................................... 206Quadro 5.2. Necessidades do tutor....................................................................... 213


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ndices de Figuras

Figura 1.1 Tcnicas utilizadas para alcanar os dois primeiros objetivosespecficos. ............................................................................................................... 8

Figura 1.2. Tcnicas utilizadas para alcanar os dois ltimos objetivos especficos................................................................................................................................... 8Figura 2.1. Usurio. ................................................................................................ 11Figura 2.2. Aprendiz............................................................................................... 11Figura 2.3. Interao entre o usurio e o sistema, (de Souza 2001). ...................... 14Figura 2.4. Exemplo de interface que utiliza linguagem de comandos.................. 15Figura 2.5. Interface em linguagem de comandos facilitada pelo uso de menu..... 16Figura 2.6. Interface educativa utilizando linguagem de comandos. ..................... 17Figura 2.7. Tipos de menu...................................................................................... 18Figura 2.8. Exemplo de resoluo de problemas com preenchimento de formulrio................................................................................................................................ 19

Figura 2.9. Interface WIMP.................................................................................... 20Figura 2.10.Um widget3D. Fonte: (Van Dam, 1997)............................................ 21Figura 2.11. O Wearable Computers Xybernaut Corps. Permite enviar coberturasde eventos ao vivo pela Internet. ............................................................................ 22Figura 2.12. Crianas representadas por avatares no jardim do NICE................... 23Figura 2.13.Exemplo de assistncia de Voz usada no ConPalabras....................... 25Figura 2.14. Exemplo de como criar uma unidade didtica. .................................. 26Figura 2.15. Hipertexto para o ensino do clculo................................................... 27Figura 2.16. Logical Journey of Zoombinis ........................................................... 33Figura 2.17. Interao entre indivduos. Figuras presentes no Clip-art doWindows................................................................................................................. 35Figura 2.18. Metfora do andaime instrucional..................................................... 36Figura 3.1. Estrutura do instrumento com esquema proposto por Vergnaud......... 48Figura 4.1. ISO 13407. ........................................................................................... 51Figura 4.2. Metodologia adotada na pesquisa. ....................................................... 52Figura 4.3. Anlise dos possveis erros e dos momentos de ajuda......................... 58Figura 4.4:Ontologia do GTA. ............................................................................... 59Figura 4.5. Tarefas realizadas durante a modelagem do problema. ....................... 60Figura 4.6. Objetos presentes na tarefa................................................................... 60Figura 4.7. Eventos que podem ocorrer durante a execuo da tarefa. .................. 61Figura 4.8. Objetivos da Anlise qualitativa. ......................................................... 63

Figura 4.9. Anlise da tarefa doAnimalWatch com o Euperte............................... 70Figura 4.10. Escolha do tema no AnimalWatch. .................................................... 71Figura 4.11. Ajuda numrica formal para resoluo de problemas sobre frao... 73Figura 4.12. Material Dourado. .............................................................................. 74Figura 4.13. Ajuda concreta oferecida peloAnimalWatch aps o terceiro erro..... 76Figura 4.14. Gerard, desenvolvido em JAVA........................................................ 86Figura 4.15. Prottipo em Flash oferecendo ajuda para problema de composio.87Figura 4.16. Procedimentos realizados durante o teste de usabilidade. ................. 90Figura 4.17. Seqncia de aes realizadas para refinar a ajuda............................ 99Figura 4.18: Figura correspondente a tela visualizada pelo usurio..................... 127Figura 4.19. Mensagem recebida aps erro na escolha da legenda...................... 127

Figura 4.20. Mensagem para erro de posicionamento das partes da composio.128Figura 4.21. Mensagem para erro de resultado da composio............................ 129


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Figura 4.22. Ajuda concreta para a composio................................................... 130Figura 4.23. Concluso da ajuda concreta para a composio. ............................ 131Figura 4.24. Interface com o requisito funcional 1.1 e 1.2................................... 133Figura 4.25. Erro de legenda com requisito funcional 1.1. .................................. 133Figura 4.26. Tarefa 1 contendo os requisitos funcionais 1.1 e 1.2 ....................... 134

Figura 4.27 Posicionamento correto da parte ....................................................... 135Figura 4.28. Feedback para o erro em encontrar o todo da composio. ............. 136Figura 4.29. Ajuda concreta para a composio com RF 1.2,1. 1 2 e 1.4 ............ 137Figura 4.30. Concluso da ajuda concreta para composio RF 1.1, 1.2, 1.4...... 138Figura 4.31. Escolha da legenda para a composio num cenrio negativo. ....... 139Figura 4.32. Feedback para automatizao de passos da modelagem.................. 140Figura 4.33. Interface para a tarefa 2.................................................................... 142Figura 4.34. Inicio da modelagem da transformao ........................................... 143Figura 4.35. Erro na associao do estado inicial................................................. 143Figura 4.36. Ajuda para o erro na associao do nmero relativo. ...................... 144Figura 4.37. Insero do resultado da operao de Transformao ..................... 145

Figura 4.38. Erro na insero do resultado na Transformao............................. 146Figura 4.39. Ajuda para a tarefa de transformao negativa ................................ 147Figura 4.40. Concluso da criao de quadradinhos. ........................................... 148Figura 4.41. Concluso da ajuda para a operao de transformao negativa. .... 149Figura 4.42. Interface contendo os RF 1.6 e 1.7................................................... 151Figura 4.43. Tarefa 2 com RF 1.6, 1.7 e 1.8......................................................... 151Figura 4.44. Tarefa 2 com todos os requisitos at 1.10........................................ 152Figura 4.45. Ontologia da Teoria Instrumental. ................................................... 156Figura 4.46. Usurio 05 resolvendo o problema 05. ............................................ 174Figura 4.47. Plano executado pelo usurio 01 na execuo do problema 02....... 181Figura 4.48. Plano de execuo pelo usurio 01 na resoluo do problema 04. .. 187Figura 4.49. Plano parcialmente ordenado do Quadro 59 .................................... 195Figura 5.1. Exemplo do digrama de Euler Vein. .................................................. 202Figura 5.2. Ajuda concreta para transformao negativa. .................................... 203Figura 5.3. Ajuda concreta para transformao positiva...................................... 204Figura 5.4. Ajuda para comparao...................................................................... 205Figura 5.5. Adaptao do usurio interface. ...................................................... 209Figura 5.6. Exemplo de arvore de deciso............................................................ 210Figura 5.7. Objetivos na resoluo de problemas................................................. 215Figura 5.8. Arquitetura de Agentes. ..................................................................... 217Figura 5.9. Aes do Agente Monitor. ................................................................. 219

Figura 5.10. Exemplo de estado do ambiente....................................................... 220Figura 5.11. Quantidade de estados possveis no ambiente do Agente Monitor.. 221Figura 5.12. Arquitetura de Agente Reativo Simples........................................... 223Figura 5.13. Aes do Agente ZDP...................................................................... 224Figura 5.14. Arquitetura de Agente baseada em modelo. .................................... 226Figura 5.15. Aes do Agente Modelador............................................................ 227


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1. Introduo

notria a fascinao e o poder que o computador tem sobre os alunos e professores. A

maioria, se no todas as escolas particulares, j possuem laboratrios equipados comcomputadores. Esse, tambm um direcionamento seguido pelas escolas pblicas que,

atravs do Ministrio da Educao, j comeam a se equipar com laboratrios de

informtica e com a compra desoftwares educativos para os mais variados fins, desde o

ensino infantil at o superior (Vieira, 1999). Este poder e fascinao trazem consigo a

idia de que a simples existncia de laboratrios com computadores suficiente para

aumentar a eficcia das prticas escolares em qualquer nvel de ensino. Contrariamente,

as evidncias demonstram que a contribuio desses equipamentos no dia-a-dia da sala

de aula ainda muito tmida. Os laboratrios so pouco usados, ou subutilizados, e os

computadores servem apenas como mquinas que possuem programas divertidos e

agradveis (Vieira, 1999).

Dessa forma, os professores devem estar atentos para garantir que o uso de

computadores seja til e com potencialidades pedaggicas verdadeiras. Para tanto, os

Ncleos de Tecnologia Educacional do PROINFO-MEC formam profissionais

multiplicadores em cujas tarefas est a avaliao crtica de softwares educativos.Embora o computador na educao seja utilizado para o ensino de diversos aplicativos,

segundo Valente (1993) para a implantao do computador na educao so

necessrios basicamente quatro ingredientes: o computador, o software educativo, o

professor capacitado para usar o computador como meio educacional e o aluno.

A quantidade de programas educacionais e as diferentes modalidades do uso do

computador demonstram sua utilidade no processo de ensino e aprendizagem (Valente,

1993). Embora seja notrio que o computador representa avano tecnolgico e que

existe, nele um grande potencial como mquina de ensinar, isso no determina que o seu

uso oferea garantias de desenvolvimento e aprendizagem de conceitos. necessrio,

portanto, planejar sua insero nas prticas escolares e fazer uma avaliao criteriosa

dos softwares que sero utilizados. No caso de softwares educativos, avaliar significa

analisar como um software pode ter um uso educacional, como ele pode ajudar o

aprendiz a construir seu conhecimento (Vieira, 1999).


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Dessa forma, avaliar um software educativo significa estimar o seu potencial enquanto

ferramenta para aprendizagem de conceitos e, sendo assim, faz-se necessrio adotar

mecanismos de verificao da aprendizagem ainda durante o seu desenvolvimento, uma

vez que a literatura da rea comprovou que, em sua maioria, eles no atendem ao

requisito no funcional de aprendizagem, pois no so desenvolvidos considerando a

perspectiva do estudante (Gomes, 2002).

Em particular para o ensino da matemtica, um software educativo deve possuir em seus

projetos recursos em consonncia com concepo de aprendizagem dentro de uma

abordagem construtivista, a qual tem como princpio que o conhecimento construdo a

partir de percepes e aes do indivduo (Gravina, 1998). Portanto um software

educativo proposto para ser construtivista deve proporcionar ao aprendiz a chance deaprender com seus prprios erros (Vieira, 1999).

Para Gravina (1998), o fazer matemtica no processo de ensino de jovens est

relacionada construo e simulao de objetos concretos, representantes de conceitos

abstratos metaforicamente na interface de sistemas interativos e submetidos s aes do

estudante. Essas aes so concretizadas na interface atravs do uso de um estilo de

interao e, dessa forma, o estilo de interao utilizado no desenvolvimento da interface

influencia seu potencial para aprendizagem de conceitos (Holst, 1996; O'Hara e Payne,

1998; Sedighian et al., 1997; Inkpen, 2001; Sedig; Klawe; Westrom, 2001).

Aprender Matemtica um desafio para a maioria dos estudantes, em particular no

Brasil, onde o ensino fundamental possui muitas deficincias, segundo o INEP (2003),

59% dos alunos brasileiros chegam 4 srie do ensino fundamental sem terem

desenvolvido competncias e habilidades elementares de leitura, e 52% desses mesmos

alunos demonstram profundas deficincias em matemtica. Nesse cenrio, o softwareeducativo pode ser inserido como uma atividade extra, dentro do processo de ensino e

aprendizagem.

Anteriormente ao INEP (2003), o relatrio do Programa Nacional de Avaliao da

Educao Bsica (SAEB,1999) j apresentara um dado interessante, no que diz respeito

ao uso de computadores em sala de aula como recurso didtico-pedaggico.

No Quadro 1.1 abaixo, que apresenta dados da mdia do desempenho dos alunos


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conforme a utilizao do computador como recurso pedaggico, fica evidente uma

diferenciao crescente do nvel de desempenho alcanado pelas turmas que utilizam os

computadores, sobre as turmas que no utilizam esse recurso tecnolgico. Apesar de

baixos, os ndices de desempenho alcanados pelos alunos da educao bsica, nos trs

nveis de ensino investigados (ensino fundamental I, II e ensino mdio), todas as turmas

que utilizam o computador como recurso pedaggico apresentaram um ndice

desempenho superior s turmas que no utilizam recurso com fins educacionais.


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Quadro 1.1 Mdia de desempenho dos Alunos segundo Utilizao de Computadorespelos alunos como Recurso Pedaggico por srie e disciplina - Brasil - SAEB/991

Desempenho segundo utilizao de

computadores pelos alunosDisciplina Srie

Sim, uso.No, a escola no tem ou tem, mais nousa.

4 E.F. 186,59 167,13

8 E.F. 236,45 229,02LnguaPortuguesa

3 E.M. 272,40 262,07

4 E.F. 200,29 177,63

8 E.F. 254,48 241,26Matemtica

3 E.M. 285,95 273,22

Fonte:

MEC/INEP/DAEB

Outra razo que permeia a delimitao dessa investigao, para a rea da matemtica,

proveniente da condio de constncia, mantida em relao aos elevados ndices de

fracasso escolar alcanados por alunos da rede pblica no Brasil.

Dados do SAEB (2001) denotam uma tendncia de estabilidade em relao avaliao

realizada em 1999, em todas as sries e disciplinas, exceo da 4 srie do Ensino

Fundamental, que obteve, tanto em Matemtica quanto em Lngua Portuguesa,

resultados ligeiramente inferiores em algumas regies. o caso da regio Nordeste que

1 Relatrio mais atual sobre a avaliao quanto ao nvel de desempenho quanto ao uso do computador. OSAEB 2001 no considerou o uso do computador com critrio.


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apresenta 69% de alunos abaixo do nvel de desempenho 4. Pernambuco, entre outros

estados da regio Norte e Nordeste, encontra-se abaixo da mdia Nacional.

A partir do exposto, prope-se o desenvolvimento de uma interface educativa para o

ensino das estruturas aditivas desenvolvida sob a perspectiva construtivista de

aprendizagem, adotada atravs do uso de um estilo de interao utilizado para criar

situaes capazes de promover a reflexo e conduzir o usurio reviso dos seus planos

iniciais.

Essa interface foi concebida interativamente, por meio de uma metodologia, que

contemplou a identificao do contexto de uso; a anlise de competidores; prototipagem

rpida e a anlise qualitativa da usabilidade, comunicabilidade e aprendizagem, atravs

da observao dos critrios construtivistas de aprendizagem. Durante o seu

desenvolvimento, considerou-se, constantemente, a perspectiva dos usurios

representativos em todo o ciclo de desenvolvimento, utilizando-se uma metodologia

centrada no usurio. O uso de tal metodologia ir possibilitar alinhar as aes e

percepes do usurio acerca da interface, s suas necessidades, as quais sero avaliadas

em um contexto de uso real.

Organizao da dissertao

Esta dissertao est organizada da forma apresentada a seguir. No captulo um,

apresentamos uma introduo contendo as idias gerais que sero discutidas ao longo da

dissertao, a motivao juntamente com a discusso da problemtica, bem como, os

resultados esperados aps a concluso da pesquisa. No capitulo dois, sero apresentados

os Estilos de interao possveis para interface de software educativo. No captulo trs,

discutir-se- os referenciais tericos. No captulo quatro, sero apresentados os

resultados obtidos em cada fase da pesquisa. No captulo cinco, sero apresentadas as

propostas e no captulo seis as concluses, bem com a discusso dos resultados e

identificao dos pontos que sero tratados em trabalhos futuros.

Motivao e Problemtica

A motivao para a construo de uma interface educativa, que oferece ajuda durante a

resoluo de problemas do campo conceitual das estruturas aditivas, surgiu tanto, dos(1) resultados apresentados pela educao fundamental do Brasil, quanto das (2)


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pesquisas realizadas sobre o impacto dos softwares educativos. No primeiro caso, os

boletins sobre o desempenho dos alunos brasileiros enfatizam que 59% destes chegam

4 srie do ensino fundamental sem terem desenvolvido competncias e habilidades

elementares de leitura e 52% desses mesmos alunos, demonstram profundas

deficincias em matemtica (SAEB, 2001). No segundo caso, a literatura sobre software

educativo comprovou que, em sua maioria, eles no atendem ao requisito no funcional

de aprendizagem, uma vez que no so desenvolvidos considerando a perspectiva do

estudante (Gomes, 2002). Diante do exposto, formulamos nossa pergunta de pesquisa.

Pergunta

A utilizao de uma interface educativa com gerao inteligente de feedback

promoveria melhorias na qualidade da interface (usabilidade) e na aprendizagem dos

conceitos veiculados pela interface sobre o campo conceitual das estruturas aditivas?

Hiptese

Nesta pesquisa, formulamos a hiptese alternativa de que a atuao de uma sociedade

de agentes que oferea ajuda em uma interface grfica de software educativo num

ambiente e, que considera as diferentes capacidades cognitivas dos indivduos, ir

melhorar os aspectos relativos usabilidade e aprendizagem de conceitos especficos.

Conforme discutidas em Gomes (2002), os motivos dos softwares educativos ainda no

serem utilizados na prtica docente esto relacionados com a baixa qualidade de suas

interfaces, que no atendem s necessidades de diferentes usurios.

Essa hiptese ser apenas avaliada qualitativamente e no ser testada

quantitativamente, ficando esse teste para um trabalho futuro. Utilizaremos apenas a

descrio de comportamentos dos usurios momentos antes e depois de receberem aajuda, para descreverem incrementos na usabilidade e na aprendizagem de conceitos.

Objetivo Geral de Design

O objetivo geral deste trabalho o projeto de agentes de interface para uma aplicao

educativa que visa ao ensino de estruturas aditivas.


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Objetivos especficos

Gerar requisitos para a construo de uma interface e de uma sociedade deagentes de interface com uma proposta de mecanismo de Scaffoldinga partir de

tcnicas de prototipagem rpida de baixa fidelidade.

Identificar as necessidades dos usurios da interface com relao aos tipos de

retornosfeedbackque melhorem a usabilidade geral do sistema (tipos de erro de

utilizao e aprendizagem de conceitos matemticos sobre estruturas aditivas).

Propor modelos de usurio considerando - se a anlise dos dados da pesquisaqualitativa para apoio tomada de deciso.

Definir as arquiteturas da sociedade de agentes.

A seguir, a Figura 1.2 representa as tcnicas utilizadas partindo-se de cada objetivo

especfico aqui apresentado.


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Figura 1.1 Tcnicas utilizadas para alcanar os dois primeiros objetivos especficos.

Figura 1.2. Tcnicas utilizadas para alcanar os dois ltimos objetivos especficos.


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Na Figura 1.1 e na Figura 1.2, fizemos um mapeamento entre os objetivos especficos e

as tcnicas utilizadas durante a metodologia. Na primeira figura, temos os dois

primeiros objetivos. Para alcanar o primeiro, executamos uma seqncia de tcnicas,

que so dependentes, Na figura; no segundo, no existe dependncia entre as tcnicas

utilizadas. Na segunda figura, temos os dois ltimos objetivos. Para alcanar o primeiro,

foram aplicadas duas tcnicas independentes e para o segundo foi aplicada apenas uma

tcnica.


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2. Estilos de Interao para Interface de SoftwareEducativos

Neste captulo, apresentaremos algumas formas de implementao de estilos de

interao em softwares educativos e discutiremos o esforo cognitivo conseqente do

uso de um software educativo, em funo dos diferentes tipos de estilos de interao.

Avaliaremos os estilos aqui discutidos, quanto ao seu papel no processo de ensino e

aprendizagem de conceitos no uso de interfaces educativas. Numa definio geral,

entende-se por software educacional ou Learnware todos os programas projetados para

servir como mediadores entre o aprendiz e o conhecimento, facilitando o aprendizado

dos conceitos veiculados na interface. Portanto, no se trata apenas de aprender a

FAZER algo, mas de aprender para APRENDER algum conceito.

Segundo Quintana (2000), o processo de design de software distingue-se em funo dos

usurios finais para os quais foram projetados. Segundo o mesmo autor, usurios so

pessoas que conhecem o domnio da tarefa em execuo e usam o computador apenas

para ajud-los a completar sua tarefa de maneira fcil e eficiente, enquanto os

aprendizes so pessoas que esto sendo treinadas para adquirir habilidades em domniosnovos e desconhecidos (Ibid). As Figura 2.1 e Figura 2.2 exibem uma representao do

usurio e do aprendiz segundo Quintana (2000).


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Figura 2.1. Usurio. Figura 2.2. Aprendiz.

No que diz respeito ao uso de tecnologias no ensino, Vieira (1999) afirma que a idia

de que o computador facilita o processo de ensino-aprendizagem est ligada

generalizao do fato de que o computador entrou na vida do homem para facilitar. A

mesma autora complementa dizendo que, alm de facilitar o processo de aprendizagem,

o uso do computador tem como objetivo ajudar na construo do processo de

conceituao e no desenvolvimento de habilidades importantes para que o aprendiz

participe da sociedade do conhecimento. Uma escola compatvel com a sociedade do

conhecimento deve criar um ambiente de aprendizagem que propicie a experincia do

empowerment (oportunidade dada s pessoas para compreenderem o que fazem e

perceberem que so capazes de produzir algo que era considerado impossvel) (Valente

1998 apud Vieira 1999). Dessa forma, segundo Vieira (1999), as experincias

comprovam que em um ambiente rico, desafiador e estimulador, qualquer individuo

ser capaz de aprender algo sobre alguma coisa.

Em particular para o ensino da matemtica, pretende-se identificar o que de diferente

oferecem os ambientes informatizados que h disposio atualmente e o que estas

diferenas trazem de significativo para o processo de ensino e aprendizagem (Gravina,

1998). A mesma autora, em seu trabalho intitulado A Aprendizagem Matemtica em

Ambientes Computacionais, conclui que:


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No so de interesse as ferramentas que guardam caractersticas de mtodos de

ensino que privilegiam simplesmente a transmisso de conhecimento e em que a

medida de aquisio deste conhecimento dada pela habilidade do aluno em

memoriz-lo e reproduzi-lo, sem que se evidencie um verdadeiro entendimento. Mas

sim aquelas que trazem em seus projetos recursos em consonncia com concepo de

aprendizagem dentro de uma abordagem construtivista, a qual tem como princpio que

o conhecimento construdo a partir de percepes e aes do indivduo,

constantemente mediadas por estruturas mentais j construdas ou que vo se

construindo ao longo do processo. (Ibid)

Sendo assim, a mesma autora conclui que a aprendizagem de conceitos em interfaces

educativas acontece a partir da exposio do aprendiz em situaes que promovam ofazer matemtica: experimentar, interpretar, visualizar, induzir, conjeturar, abstrair,

generalizar e enfim demonstrar (Ibid). A Matemtica , portanto, uma ferramenta para o

entendimento de problemas nas mais variadas reas do conhecimento. Frmulas,

teoremas e, mais comumente, teorias matemticas so usados na resoluo de

problemas prticos e na explicao de fenmenos nas mais variadas reas do

conhecimento (Ibid).

Os ambientes informatizados apresentam-se como ferramentas de grande potencial

frente aos obstculos inerentes ao processo de aprendizagem de conceitos matemticos,

pois eles possibilitam a construo e simulao de objetos concretos, representados

metaforicamente na interface e submetidos s aes dos estudantes, durante seu

processo de fazer matemtica (Gravina, 1998). A velocidade de criaes e simulaes

oferecida pela tecnologia educativa favorece uma grande variedade de experimentos em

pouco tempo, o que no acontece na manipulao de objetos concretos (Ibid). Alm

disso, segundo Norman (1986), a interface entre usurios e sistemas computacionais

diferencia-se das interfaces de mquinas convencionais por exigir dos usurios um

maior esforo cognitivo em atividades de interpretao e expresso das informaes que

o sistema processa.

Para verificar que de fato o estilo de interao influencia o esforo cognitivo, avaliemos

os resultados obtidos por O'Hara e Payne, (1998). Em seus experimentos, esses autores

fizeram observaes de resoluo de problemas para obter resultados quantitativos do

esforo cognitivo exigido durante a resoluo de tais problemas. Segundo Larkin,


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(1989; Payne, 1991 apud O'Hara e Payne, 1998), a resoluo de problemas feita

freqentemente atravs de exposies externas. As exposies variam desde as

representaes simples de papel e lpis at as exposies dinmicas mais complexas

encontradas nos dispositivos interativos atuais. Sendo assim, O'Hara e Payne, (1998)

propuseram um experimento para verificar a hiptese de que a adoo de um operador

incremental de custo, no estilo de interao, tem conseqncias sobre o planejamento

mental realizado durante a resoluo de problemas. Como resultado, os autores

demonstraram que o planejamento, executado durante a resoluo de problemas,

influenciado por um operador de custo associado ao estilo de interao e que a

quantidade de tempo e de esforo cognitivo gastos, durante o planejamento e nas

circunstncias do seu experimento, foram dependentes do ambiente utilizado para

resolver os problemas propostos. Concluindo, os autores dizem que O projeto de

ambientes instrutivos deve de algum modo incentivar o uso de recursos mentais.

(O'Hara e Payne, 1998; p. 57).

Tipos de estilos de interao

Antes de iniciarmos a discusso sobre os estilos de interao e seu papel na promoo

do aprendizado no uso de interfaces educacionais, queremos chamar a ateno para dois

pontos:

O primeiro que a aprendizagem de conceitos matemticos que buscamos com

esse trabalho acontece atravs da exposio do estudante a situaes promotoras

de sentido, as quais o conduzam construo de hipteses, sendo capazes de

faz-lo revisar seus planos iniciais, e avaliar suas crenas acerca do domnio

estudado (Self, 1990), e sobre a tarefa em execuo.

O segundo ponto a ser considerado que essa reviso de planos iniciais ou

replanejamento necessria em ambientes educativos O'Hara e Payne (1998)

ser favorecida pelo estilo de interao escolhido, que ser refinado a partir dos

resultados obtidos durante a metodologia. Sendo assim, apresentaremos alguns

estilos discutindo sua aplicao em ambientes educativos.

Segundo de Souza (2001), as interfaces atuam como meio de comunicao entre os

sistemas e os seres humanos, dessa forma, a interface pode ser tanto um meio para a


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interao usurio-sistema quanto uma ferramenta que oferece os instrumentos para esse

processo comunicativo. Em Preece et al.,(1994); Shneiderman, (1998 apudde Souza,

2001) j haviam definido estilo de interao como um termo genrico que inclui todas

as formas como os usurios se comunicam ou interagem com sistemas computacionais.

Sendo assim, a interao um processo que engloba as aes do usurio sobre a

interface de um sistema e suas interpretaes sobre as respostas reveladas por esta

interface(de Souza, 2001; p.4).

Alm do conceito de estilo de interao, de Souza, (2001) destaca o conceito de

paradigma de interao, que segundo a autora tambm determina como um usurio

interage com o sistema. Um paradigma de interao indica a ordem em que os

elementos envolvidos em uma operao so selecionados ou acionados pelo usurio.Este paradigma pode ser ao+objeto ou objeto+ao. No primeiro caso, o usurio

tipicamente seleciona a operao a ser realizada e, em seguida, o objeto sobre o qual

deve atuar. No segundo caso, o usurio seleciona inicialmente o objeto e, em seguida, a

operao que deseja realizar sobre ele (Ibid).

Figura 2.3. Interao entre o usurio e o sistema, (de Souza 2001).

Estilo de interao o termo usado para classificar os tipos de interfaces existentes, as

quais utilizam formas diferentes para interao com o usurio. Tendo em vista que as

aes do estudante, na interface educativa, acontecem atravs do uso de algum estilo de

interao com a mesma, procederemos discusso acerca do papel de cada estilo de

interao, considerando o seu uso em ambientes educacionais. A seguir,

apresentaremos alguns estilos de interao e mostraremos exemplos do seu uso para

softwares educativos.

Interfaces orientadas a comando


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As interfaces baseadas em linguagens de comandos de texto proporcionam ao usurio a

possibilidade de enviar instrues diretamente ao sistema atravs de comandos

especficos (Preece et al., 1994 apud de Souza 2001). Esses comandos podem ser

representados por caracteres ou conjunto de caracteres, que, quando utilizados,

comunicam uma instruo direta para o sistema, fazendo-o executar alguma tarefa.

Embora os comandos na forma de caracteres sejam disparados com um menor nmero

de teclas digitadas, tais comandos so mais difceis de lembrar se comparados a nomes

ou abreviaes bem escolhidas(de Souza, 2001).

Segundo Shneirdermam (1998), a aprendizagem humana, a resoluo de problemas e a

memorizao so muito facilitadas por uma estrutura com significado claro. Se a

linguagem de comandos est bem projetada, os usurios podem reconhecer sua estruturae facilmente adquirir habilidade para usar sua sintaxe. Por exemplo, se o usurio puder

editar objetos tais como: caracteres, textos, sentenas, pargrafos e captulos utilizando

um padro, esse padro ser fcil de aplicar, aprender e reconhecer (Ibid). A seguir a

Figura 2.4 contm um exemplo de um ambiente com linguagem de comandos.

Figura 2.4. Exemplo de interface que utiliza linguagem de comandos.

Algumas interfaces com linguagem de comandos utilizam menus, que facilitam o seu

uso, pois os menus possibilitam oferecer uma lista dos comandos, minimizando o

esforo para memoriz-los. A seguir, a Figura 2.5 contm um exemplo de menus

utilizados para categorizar os comandos.


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Figura 2.5. Interface em linguagem de comandos facilitada pelo uso de menu.

A seguir temos um exemplo do uso de interfaces com linguagem de comandos para

ambientes educativos.


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Figura 2.6. Interface educativa utilizando linguagem de comandos.

Os micromundos, exemplificados na Figura 2.6, foram criados para desenvolver

habilidades cognitivas no aluno e para proporcionar o pensamento reflexivo (Giraffa,

1999) atravs de uma linguagem de programao com sintaxe simplificada, que

possibilita a construo de solues para os problemas propostos; os alunos trabalham

basicamente com a soluo de problemas.

Seleo por Menu

Quando os designers no conseguem criar uma estratgia apropriada de manipulao

direta, o uso de menus e preenchimento de formulrios podem ser uma alternativa

(Shneiderman, 1998). Enquanto os primeiros sistemas utilizavam menus numerados de

tela inteira, os sistemas atuais utilizam menus modernos, geralmente so pulldowns,

check boxes, ou radio buttons em caixas de dilogos. Um menu um conjunto de

opes apresentadas na tela, no qual a seleo de uma ou mais opes resulta em uma


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mudana no estado da interface (Paap, Roske-Hofstrand, 1988 apudde Souza, 2001 ).

Nesse estilo de interao, os usurios no precisam lembrar o item que desejam; basta

apenas reconhec-lo (Shneiderman, 1998). Os menus refletem a organizao da tarefa,

atravs da classificao de tais tarefas (Ibid). No entanto o uso de tais estruturas no

garantia de que a interface ser atraente e fcil de usar, pois necessrio fazer algumas

consideraes, como por exemplo, organizar a tarefa relacionada com a interface e

definir a seqncia das tarefas e subtarefas. Alm disso, para que esse estilo de interao

seja eficiente, os itens de menu devem ser auto-explicativos (de Souza, 2001). A seguir,

apresenta-se a Figura 2.7 contendo exemplos de alguns tipos de menus.

Figura 2.7. Tipos de menu.

Examinemos alguns tipos de menu: pop-up geralmente associado ao clique do boto

da direita do mouse. uma boa maneira de disponibilizar opes especficas a um

objeto, alm de poupar espao de tela; radio buttons menu de seleo simples

(apenas uma opo por vez). Por exemplo, SIM ou NO; MASCULINO ou

FEMININO; AZUL, VERMELHO, VERDE ou AMARELO entre outras; check boxes

menu de seleo mltipla (uma ou mais opes por vez). Por exemplo: Quais

eletrodomsticos voc possui em casa quais suas reas de interesse? E outros.

Preenchimento de formulrios

Interfaces no estilo preenchimento de formulrio so utilizadas principalmente para

entrada de dados em sistemas de informao. Uma tela de preenchimento de


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formulrio lembra um formulrio em papel, apresentando campos que devem ser

preenchidos pelo usurio. O layout de um formulrio com freqncia semelhante a um

formulrio impresso que o usurio utilizava antes da implantao do sistema, o que

facilita a rpida familiarizao da interface. Um exemplo de uso muito comum desse

tipo de estilo so os formulrios HTML, nos quais o usurio insere dados cadastrais,

que envolvem entrada de cadeias de caracteres, como por exemplo, nome, endereo;

escolha de preferncias usando check-boxes, e menus de seleo simples, como radio-

buttons. A seguir, um exemplo do uso desse estilo de interao em ambientes

educacionais.

Figura 2.8. Exemplo de resoluo de problemas com preenchimento de formulrio

Na Figura 2.8, o usurio resolve o problema inserindo as expresses matemticas

correspondentes s duas equaes, nesse momento esperado que o estudante pense

sobre o formato das equaes que sero inseridas. Esse estilo de interao atrativo

porque todas as informaes esto visveis, proporcionando ao usurio um sentimento

de controle do dilogo (Shneiderman, 1998). So necessrias poucas instrues, desde

que o formato seja familiar ao formato impresso. Por outro lado, o usurio deve ser

familiarizado com o teclado, com o uso das teclas ou mouse para movimentar o cursor.

Nesse estilo de interao, a correo dos erros feita pela tecla de backspace, pelos

significados dos rtulos, pelas restries impostas pelo contedo permitido nos campos,


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e pelo uso da tecla ENTER (Ibid).

Window, Icon, Menu and Pointer (WIMP)

O estilo de interao WIMP, um acrnimo em ingls para Janelas, cones, Menus eApontadores, permite a interao por meio de componentes de interao virtuais

denominados widgets. Esse termo comumente associado a interfaces grficas com o

usurio (GUIs). Tal estilo um legado da Xerox PARC e que utilizado ainda hoje, foi

popularizado pela Macintosh em 1984 e mais tarde copiado pelo Windows no PC e pelo

Motif em estaes de trabalho do Unix (Van Dam, 1997). Tais interfaces utilizam

representaes visuais de janelas e widgets de interao, como por exemplo, botes e

cones. A seguir, a Figura 2.9 apresenta uma interface WIMP.

Figura 2.9. Interface WIMP.

Os usurios executam aes sobre essas representaes atravs de dispositivos de

entrada, como o mouse ou o teclado. O WIMP no um estilo nico de interao, pois

emprega diversos estilos bsicos citados anteriormente e, em especial, menus,


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manipulao direta, preenchimento de formulrios e linguagem de comando.

PS WIMP

O surgimento das interfaces WIMP foi um grande avano no sentido de diminuir adistncia cognitiva entre a inteno e a execuo desta inteno (i.e., o usurio deve

focalizar a tarefa e no a tecnologia para realizar a tarefa) (Van Dam, 1997). Apesar do

sucesso das interfaces WIMP, elas apresentam uma srie de problemas (Ibid):

Aplicaes muito complexas so difceis de utilizar porque, embora os widgets sejam

individualmente fceis de usar, o agregado de recursos cria um alto grau de

complexidade. Os usurios ainda gastam muito tempo manipulando a interface e no a

aplicao (muitos point and click). Os widgets so bidimensionais, sendo

inapropriados para aplicaes tridimensionais. O uso do mouse e teclado no

apropriado para usurios com certos tipos de deficincia (Ibid).

Para superar esses problemas, comearam a surgir as interfaces ps-WIMP (quarta

gerao de UIs). As UIs ps-WIMP podem englobar o reconhecimento de gestos e de

voz, prover widgets tridimensionais, realimentao tctil, auditiva e at olfativa. Um

exemplo de interao ps-WIMP ocorre nos chamados wearable computers, pequenos

computadores mveis, que funcionam como culos, jaquetas, ou relgios de pulso,acompanhando o movimento dos olhos, da cabea e do corpo do usurio. Outro

exemplo de interface ps-WIMP so aquelas que utilizam a realidade virtual.

Figura 2.10.Um widget3D. Fonte: (Van Dam, 1997).


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Figura 2.11. O Wearable Computers Xybernaut Corps. Permite enviar coberturas deeventos ao vivo pela Internet.

Realidade Virtual

A Realidade Virtual a forma mais avanada de interface, que, no mbitocomputacional, permite visualizar, manipular e explorar as informaes em tempo real

possibilitando aproveitar o conhecimento intuitivo do usurio sobre a navegao no

espao tridimensional. Suas caractersticas desejveis so: imerso, sensao de estar

dentro do ambiente; interao, possibilidade do usurio interferir com o que acontece no

ambiente e vice-versa; envolvimento, capacidade do ambiente motivar o usurio a

participar (Realidade Virtual, 2004).

No que diz respeito imerso temos os nveis: (a) Texto, que possui requerimentos

mnimos, muito utilizado, e pouco real; (b) de escritrio, tambm chamado de

"modelo aqurio" ou "janela no mundo"; (c) imerso completa do usurio, atingvel

atravs de capacete; (d) realidade artificial, o usurio no tem contato fsico com o

sistema (sombra em sistemas 2D); (e) realidade virtual projetada, uma "janela no

mundo" grande o suficiente, permitindo vrios usurios; (f) cabines, a imerso total,

como nos simuladores de vo (Realidade Virtual , 2004).


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Os sistemas de realidade virtual podem ser do tipo telepresena, nos quais as aes do

usurio se refletem num ambiente distinto daquele no qual ele est fisicamente;

realidade melhorada: so acrescidas informaes grficas ao mundo; realidade

aumentada: so acrescidas informaes grficas e de outros tipos ao mundo. Para

modelar esses ambientes, tm-se os nveis de modelagem geomtrica: o sol uma

esfera, os edifcios, paraleleppedos e as rvores, cones; cinemtica: o sol gira em volta

da Terra; fsica: estudo do impacto, por exemplo; comportamentais, o que faz um

animal virtual quando me aproximo (virtualmente) dele? Abordagens segundo a

informao geogrfica, conceitual, arquitetnica (Realidade Virtual, 2004).

Um exemplo do uso desse estilo de interao em ambientes educativos o projeto

NICE Narrative, Immersive, Constructionist/Collaborative Environments forLearning in Virtual Reality. O NICE um ambiente de aprendizagem imersiva para

crianas, multiusurio e desenvolvido com tecnologias de realidade virtuais (Roussos et

al., 1997). O projeto NICE oferece um ambiente onde as crianas constroem e cultivam

ecossistemas virtuais simples, colaborando com outras crianas remotamente

localizadas, criando histrias de suas interaes no mundo real e virtual. A seguir, a

Figura 2.12 do NICE.

Figura 2.12. Crianas representadas por avatares no jardim do NICE.

Na Figura 2.12, duas crianas, representadas por seus avatares, colaboram para plantar o


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jardim. Suas narrativas, sobre o mundo real e sobre o mundo virtual so posteriormente

divulgadas atravs de hipertexto.

Discurso (Voz)

O discurso a maneira mais natural, mais direta e eficaz de interao (Snchez, 2003).

Esse estilo de interao rpido e natural, pois no requer o desenvolvimento de

relaes visuais sofisticadas (Ibid). Segundo o mesmo autor os portais de voz iniciaram-

se nos anos (2000, 2001 e 2002), particularmente no mercado americano, trazendo

consigo uma nova forma de interao.

Tal estilo de interao tambm tem suas potencialidades exploradas em aplicaes para

deficientes visuais. Segundo Christian, (2000) apud Carneiro (2003), a voz era muito

eficiente antes do surgimento de interfaces grficas, devido relativa facilidade de se

traduzir uma interface textual (e tipicamente seqencial) em voz. Essa traduo,

entretanto, no trivial em um contexto contendo elementos grficos. Alm disso, a

converso em voz depende, intrinsecamente, da lngua, dialeto e, at mesmo, do sotaque

utilizado, no sendo, portanto, facilmente acessvel a deficientes visuais de

nacionalidades diferentes. (Ibid).

Em seu projeto intitulado, A Web Voice Solution: ConPalabras, (Snchez, 2003)

apresenta um soluo para fazer pginas Web falarem atravs da sntese de mensagens

armazenadas dentro das prprias pginas ou a partir de mensagens de texto armazenadas

remotamente. A seguir, a Figura 2.13, do ConPalabras seguido de um exemplo do seu

uso em ambientes educativos.


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Figura 2.13.Exemplo de assistncia de Voz usada no ConPalabras

Na Figura 2.13 pode ser vista uma amostra de preenchimento do formulrio, onde cada

vez que o usurio alcana um campo, um feedback de voz dado, avisando que

informao deve ser inserida de acordo com o campo. Uma vez submetidos os dados, o

ConPalabras l um sumrio dos dados inseridos e, em seguida, incentiva o usurio

confirm-los. Segundo Snchez (2003), esse um exemplo que destaca as

possibilidades da integrao desse estilo de interao com o mundo eletrnico, como

por exemplo, em transaes bancrias, ajudando a fazer transferncias, depsitos, etc.

(Ibid).

Alm do seu uso em aplicativos diversos, o ConPalabras tem um potencial como

ambiente educativo, Segundo o mesmo autor, essa soluo pode ser usada em um

ambiente de e-Learning. No ambiente proposto pelo mesmo autor, o objetivo criar

unidades didticas, tais como, histrias e jogos por meio do uso da voz e, dessa forma, o


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professor ter em suas mos uma ferramenta fcil de usar, ajudando-o a criar unidades

de aprendizagem com quatro assuntos: instruo para a paz; instruo ao consumidor;

instruo de trfego e instruo ambiental. Alm disso, o ConPalabras oferece a

possibilidade de escolher o cenrio, os dilogos e assim por diante. A Figura 2.14, a

seguir, exemplifica o uso do ConPalabras em ambientes educativos.

Figura 2.14. Exemplo de como criar uma unidade didtica.

Hipertexto

A utilizao da tecnologia hipermdia na educao incentivada pela sua caractersticade permitir ao aprendiz a explorao livre de pginas com informaes representadas

por diversas mdias e estruturadas atravs de ligaes (Passanato e Nunes, 1999). Uma

aplicao hipermdia (um hiperdocumento) fornece o material didtico e proporciona

uma forma de navegao atravs dele, com o controle da interao totalmente a cargo

do aprendiz, permitindo que este tenha progresso de acordo com os seus interesses e

objetivos. A caracterstica pedaggica mais importante dessas aplicaes a

flexibilidade de explorao do material didtico fornecido (Whalley, 1993 apud


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Passanato e Nunes 1999). Ainda sob o aspecto da aprendizagem, segundo Dias (2000;

p.10), o hipertexto promove o desenvolvimento da representao multidimensional dos

contedos orientada pela perspectiva construtivista da aprendizagem, da cognio

situada e da flexibilidade cognitiva. A seguir, a Figura 2.15 exemplifica o uso de

hipertexto para o ensino do clculo.

Figura 2.15. Hipertexto para o ensino do clculo.

De acordo com a Figura 2.15, inicialmente, mostrado um menu com as opes de

tutorial. Uma vez escolhida uma opo, o usurio levado a uma outra pgina,

contendo exerccios sobre a opo escolhida.

Linguagem Natural

Algumas aplicaes permitem ao usurio se expressar em linguagem natural, ou seja,

utilizando a lngua com que ele se comunica com outros seres humanos, seja portugus,

ingls, francs, ou outra qualquer. Tal aspecto torna esse tipo de interao bastante

atrativa para os usurios. Por outro lado, a interao com linguagem natural precisa

tratar questes relativas a construes ambguas e at sintaticamente incorretas. Natural

Language Interaction (NLI) pode ser definida como a operao de computadores

por pessoas, usando uma familiar linguagem natural como, por exemplo ingls para dar

instrues ou receber respostas (Shneiderman, 1998). A seguir, um exemplo de um


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dilogo entre um usurio e um sistema que gerencia informaes pessoais

(Vanderheiden, et al., 2005).

User: Could you list all conferences with deadline in February?

System: Agents et Langue: deadline 7, feb, 2004; International Conference on AI

Application and Innovations: deadline 16, feb, 2004; European Conference on Artificial

Intelligence 2004: deadline 18, feb, 2004;

User: I need the email of Jean-Paul Barths.

System: Jean-Paul Barths, Professor at UTC-France, branch: 1234, email:

[email protected]

User: I would like to send an email to Jean-Paul Barthes. |

System: What is the subject?,

Os usurios no tm que aprender nenhuma sintaxe de comandos, ou selecion-los a

partir de menus. O problema com esse estilo o fato de que existem diferentes tipos de

usurios para uma grande variedade de tarefas. As pessoas so diferentes de

computadores e a interao humano-humano no necessariamente o modelo mais

apropriado para a interao humano-computador (Shneiderman, 1998).

Manipulao direta

Segundo Gravina (1998), o carter esttico das representaes, utilizadas nos livros

didticos, dificulta a construo de conceitos. Contrariamente, instncias fsicas

contribuem substancialmente para tais construes. Nesse cenrio, as novas tecnologias

tm papel fundamental, pois elas oferecem instncias fsicas em que a representao

passa a ter carter dinmico, e isto tem reflexos nos processos cognitivos,

particularmente no que diz respeito as concretizaes mentais. Um mesmo objeto

matemtico passa a ter representao mutvel, diferentemente da representao

esttica das instncias fsicas tipo "lpis e papel" ou "giz e quadro-negro". O

dinamismo obtido atravs de manipulao direta sobre as representaes que se

apresentam na tela do computador(Ibid;p.10).


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Embora a manipulao direta oferea o dinamismo necessrio aprendizagem de

conceitos, convm avaliar com mais cautela esse estilo de interao, tanto no que diz

respeito aos benefcios oferecidos por ele, quanto no que diz respeito ao esforo

cognitivo exigido do usurio durante a manipulao desse estilo. Sendo assim,

analisemos a manipulao direta, seus benefcios e limitaes.

Conforme Hutchins (1985), o termo Manipulao Direta foi criado por (Shneiderman

1974, 1982, 1983), sendo utilizado para referenciar sistemas que representam na

interface os objetos utilizados no momento. Ao invs de uma sintaxe complexa como a

feita nos sistemas baseados em linguagem de comandos command based systems - as

aes na tela so realizadas atravs de botes, ou de manipulao do mouse, utilizando

operaes reversveis, incrementais e rpidas cujo impacto no objeto utilizado sejaimediatamente visvel. A fim de evidenciar as caractersticas positivas da manipulao

direta, (Hutchins, 1985) demonstrou que as relaes entre nmeros quaisquer presentes

em uma matriz ficam mais perceptveis se esses nmeros forem representados

graficamente na tela.

(1) Segundo Shneiderman (1982), apudHutchins (1985) os benefcios da manipulao

direta residem nas seguintes caractersticas: os usurios novatos podem aprender

funcionalidades bsicas rapidamente, geralmente mediante uma demonstrao; os

usurios experientes se tornam mais eficientes para uma grande quantidade de tarefas;

as mensagens de erro so utilizadas raramente; os usurios podem ver imediatamente se

suas aes os conduziram para seus objetivos; os usurios reduzem o nvel de ansiedade

porque o sistema compreensvel e porque as aes so facilmente reversveis.

(2) Alm de expor os benefcios e controvrsias, (Hutchins, 1985) preocupou-se em

discutir o sentimento de diretude da interface e concluiu que esse sentimento,proveniente da manipulao direta, resulta do fato de ela solicitar poucos recursos

cognitivos, e, dessa forma, exige o mnimo de aprendizagem necessria. Sendo assim, o

mesmo autor complementa dizendo que a necessidade do uso de recursos cognitivos

conduz ao sentimento de indiretude. Apesar disso, o autor diz que a exigncia de

poucos recursos cognitivos no implica em facilidade de uso da interface, pois a

dificuldade de uso pode ser inerente ao domnio da tarefa em execuo, e, nesse caso, a

manipulao direta no se preocupa em ajudar o usurio a entender o domnio.


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A partir dessas constataes, surgem as seguintes questes:

(1) Apenas o dinamismo, citado por (Gravina, 1998) e oferecido pela manipulao

direta, suficiente para promover a construo de conceitos em interfaces educativas?

(2) De fato, o sentimento de diretude, inerente ao estilo de interao manipulao

direta, torna este estilo de interao inapropriado para a construo de interfaces

educativas?

Avaliemos, a seguir, alguns resultados encontrados na literatura, sobre o custo

associado ao uso da manipulao direta.

De acordo com Holst (1996), embora na Manipulao Direta (MD) seja exigido poucoesforo cognitivo, a literatura indica que h caractersticas da manipulao direta que

vo alm da facilidade de utilizao. O mesmo autor realizou um estudo com jogos de

aventura para planejamento de rotas, utilizando dois estilos de manipulao: um radio-

buttons e outro drag and drop. Ele demonstrou que, mesmo na manipulao direta

de objetos, o estilo de interao promover algum tipo de aprendizagem, se for

requerido do usurio algum custo, ou seja, movimentos de mo ou de olhos ou ainda

memorizao. Em seu estudo, o autor concluiu que o esforo para manipular um dado

estilo de interao tem significncia pedaggica, pois forou o estudante a formular

diferentes perguntas e, conseqentemente a criar hipteses diferentes.

Sedighian et al., (1997) concordam com (Holst, 1996) e dizem que, embora a MD exija

pouco esforo cognitivo, ela no inteiramente prejudicial aprendizagem.

necessrio, portanto, avaliar suas (1) vantagens e (2) desvantagens. (1) No que diz

respeito s vantagens, o mesmo autor afirma que a principal vantagem da MD

Manipulao direta - a noo de acoplamento direto (Hutchins, et al., 1986), poiscoloca os usurios em contato direto com os objetos, eliminando a necessidade de

intermedirios, o que segundo Sedighian et al., (1997) satisfaz aos usurios, uma vez

que eles reduziram a ansiedade, pois o sistema compreensvel e as aes realizadas

sobre ele podem ser assim facilmente reversveis (Shneiderman, 1982, p. 251 apud

Hutchins, 1985). (2) No que diz respeito s desvantagens da MD, (Sedighian et al.,

1997) diz que ela estimula uma compreenso ingnua das relaes em um domnio

particular.


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Continuando a discusso, Sedighian et al., (1997) diz que, em um ambiente

educacional, o objetivo principal aprender um domnio particular do conhecimento, ou

seja, colocar o usurio em um acoplamento direto com os conceitos do domnio, Logo

necessrio possibilitar ao usurio interagir e pensar mais nos conceitos, que esto sendo

aprendidos, do que em seus objetos representativos. Dessa forma, o mesmo autor diz

que o foco deve ser deslocado da manipulao direta de objetos para a manipulao

direta de conceitos. Partindo desse estudo, os autores afirmam que uma das principais

deficincias educacionais da MD causada pela manipulao direta de objetos. Uma

mudana do estilo de MDO - Manipulao Direta de Objetos - para o estilo de MDC

Manipulao Direta de Conceitos - ajuda aos usurios a interagirem com os conceitos

educacionais visando ao conhecimento do domnio.

Continuando a discusso sobre o esforo cognitivo oferecido pelo estilo de interao

manipulao direta, (Inkpen, 2001) analisou duas tcnicas de interao da manipulao

direta: point and click e drag and drop. A interface testada foi a Incredible

Machine, uma interface comercial para a resoluo de problemas no jogo de

computador puzzle. Os testes foram realizados com 189 garotas com idade entre 9 e

13 anos. Os resultados desse experimento mostraram que; com o point and click, as

garotas apresentaram maior desempenho na execuo das tarefas propostas e maismotivao

Ana Emília de Melo Queiroz. Agentes de interface de software educativo. 2006. 0 f. Dissertação...

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