Componentes de Aprendizagem Síncronos

Componentes de Aprendizagem Síncronos

Enoque Calvino Melo Alves1, Alex Sandro Gomes2, Mauricio da Motta Braga3 123

Grupo de Ciências Cognitivas e Tecnologia Educacional (CCTE), Centro de Informática (CIN), Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), Brasil. (ecma1, asg2, mmb3)@cin.ufpe.br

Resumo: Este artigo discute a utilização de objetos de aprendizagem como ferramentas de apoio a atividades colaborativas em ambientes virtuais de ensino na Web, e apresenta um componente síncrono que visa apoiar o desenvolvimento de objetos educacionais colaborativos. Palavras Chaves: objetos educacionais, aprendizado colaborativo, Web Abstract: This article discusses the use of learning objects as support tools for collaborative activities in leaning mananger systems in the Web, and it presents a synchronous component to support the development of collaborative learning objects. Keywords: learning objects, colaborative learning, Web

1. Introdução Nas últimas décadas tem-se visto uma explosão de tecnologias baseadas em redes de computadores que facilitam o aprendizado à distância. Neste contexto, a Web tem sido o ambiente preferido para disseminação deste tipo de aplicação. De acordo com Brusilovsky [3] as vantagens da Web são a independência da sala de aula e a de plataforma. Um aplicativo instalado em um único local pode ser acessado por inúmeras pessoas, bastando apenas que tenham acesso a Internet. A Web é simplesmente uma grande teia de objetos multimídia espalhados pela Internet, que podem ser acessados através de uma interface comum. Este conceito casa-se muito bem com a idéia de objetos educacionais. O termo “objeto educacional” pode ser definido como qualquer recurso que pode ser reusado para dar suporte ao aprendizado [12]. Geralmente aplica-se a materiais educacionais construídos em pequenos blocos com o objetivo de maximizar as situações de aprendizagem onde o recurso pode ser utilizado. A idéia por trás disso é que pequenos componentes possam ser criados e reutilizados inúmeras vezes em diversos contextos de aprendizagem. Segundo Wiley [12], por causa do trabalho popular e abrangente de Merrill sobre objetos de conhecimento, muitos erroneamente assumiram que objetos de aprendizagem estão necessariamente associados ao paradigma instrucional tradicional, onde o modelo de um aprendiz interagindo com um computador relaciona-se muito mais com a visão da década de 70, do que com as modernas teorias educacionais que estão progressivamente enfatizando a importância da colaboração, do aprendizado colaborativo e de comunidades de aprendizagem. O uso de objetos educacionais como ferramenta colaborativa, ou seja, a maneira como objetos educacionais podem ser usados para mediar atividades de grupo, ainda encontra-se quase inexplorado. A utilidade dos objetos educacionais está além da sua facilidade de reusabilidade, acessibilidade, interoperabilidade e durabilidade. Não existem motivos para relevar o uso de objetos educacionais somente a situações de interação um-para-um. Portanto, este artigo discute a utilização de objetos de aprendizagem como ferramentas de apoio a atividades colaborativas

em ambientes virtuais de ensino na Web, e apresenta o desenvolvimento de um componente síncrono que visa apoiar o desenvolvimento de objetos educacionais colaborativos. O restante deste documento está organizado da seguinte forma: A seção 2 discursa sobre a interatividade na web, e como os objetos educacionais podem melhorar esta interatividade. A seção 3 apresenta o componente síncrono de aprendizagem e sua arquitetura de integração, apresenta também o Gerard, um objeto de aprendizagem que foi desenvolvido com o componente síncrono. Finalmente, a seção 4 conclui apresentando os resultados obtidos com este trabalho.

2. Interatividade e aprendizagem em Ambientes Virtuais de Ensino No processo de aprendizagem sujeito e objeto interagem, transformando-se mutuamente, assim cada interação entre os sujeitos individuais ira modificá-los em relação aos outros [6]. Portanto, a aprendizagem não se dá pela simples transmissão de algo que está fora, mas sim, depende do desequilíbrio cognitivo que é provocado num processo de interação, que possibilitam o estabelecimento de relações com o novo na busca de equilíbrio. Aprender é um ato social, e a interação entre os indivíduos os modifica, gerando um novo conhecimento compartilhado. Segundo Grotto et al. [6], Vygotsky defende que as idéias não ocorrem por si mesmas, que surgem das atividades e que estas se definem como tais na interrelação entre indivíduos e o meio. Dentro desta linha, a aprendizagem colaborativa busca prover um ambiente para motivar e enriquecer o processo de aprendizagem. Introduzir interação dentro de um ambiente educacional cria um contexto social mais realista, aumentando assim a efetividade do sistema [7]. O Aprendizado através do computador apresenta um ambiente no qual os alunos interagem uns com os outros, colaborando para solucionar um dado problema. A principal promessa do aprendizado colaborativo suportado por computador, segundo Kumar [7], é permitir que os alunos aprendam em um ambiente relativamente realista, cognitivamente motivacional e socialmente rico, comparado com outros paradigmas de tutoramento computadorizado.

2.1.

Interatividade na Web

Atualmente tem-se utilizado o termo “interativo” para qualquer aparato tecnológico que permita algum tipo de reação à ação do usuário, algum tipo de participação, troca de ações e o controle sobre acontecimentos. Não discordamos disto, afinal existe algum grau de interatividade nestes objetos. O que se questiona é que tipo de interatividade se busca para favorecer o aprendizado, e em que grau? A natureza hipertextual da Web lhe concede um grau de interatividade reativo, jamais visto anteriormente na história da humanidade. Porém, esse tipo de interação é limitado por prédeterminações que cerceiam ou mesmo inviabilizam transformações mútuas [6]. O usuário interage com as páginas, mas não concordando com o que lê, pode modificá-las? Quando um internauta visita uma página, ele se depara com mensagens que o modificam, mas a página eletrônica permanece inalterada, enquanto não for atualizada ou substituída, permanecerá reagindo da mesma forma. A reação da Web ao clique no mesmo hiperlink levará o sujeito ao conjunto de informações, que já não mais o afetam. Uma das grandes características da Web é que ela é um ambiente em constante evolução, e na busca de oferecer maior interatividade para com o usuário, nos últimos anos, temos assistido o surgimento das chamadas linguagens de código móvel (ex: Java), ferramentas de criação e objetos multimídia interativos (ex: Flash), e plataformas de desenvolvimento totalmente baseadas na Internet (ex: plataforma .NET).

Pesquisas na área de CSCL têm sabido aproveitar bem a natureza interativa dessas ferramentas para criar objetos educacionais que permitem explorar conceitos, que de outra forma, seriam impossíveis de serem explorados.

2.2.

Java e a interatividade na Web

Desde 1995 a linguagem Java despontou com uma promessa: Aumentar a interatividade da Web com os applets. Applet é um programa pequeno que normalmente é armazenado em um computador remoto que usuários conectam através da Web [4]. Os applets são carregados no próprio navegador e executados na própria máquina do usuário, bastando para isso, que o navegador do usuário ofereça suporte a execução deste tipo de aplicativo. Uma desvantagem muito difundida de Java é a inexistência de suporte nativo em muitos navegadores à linguagem, e conseqüentemente, à execução de applets. Porém, isso pode ser generalizado para qualquer tecnologia de código móvel hoje existente na Web, como por exemplo, Flash. Os ambientes de execução para esse tipo de aplicação podem ser instalados nos navegadores atuais através de Plugins, que são componentes de software que expandem as funcionalidades dos navegadores e garantem sua compatibilidade com novas tecnologias. Como vantagem de Java, podemos citar que esta é uma Linguagem de programação completa, podendo resolver qualquer tarefa dita computável. Java não se restringe apenas a camada de apresentação, mas pode contemplar o desenvolvimento de sistemas realmente complexos. O uso de applets é bastante explorado na construção de objetos educacionais, devido à natureza móvel do código e a possibilidade de reuso oferecida por linguagens orientadas a objetos, como Java. Hoje existem vários esforços para catalogação e disponibilização de componentes educacionais desenvolvidos em Java (ESCOT1, EOEFundation2, Apple Learning Interchange3, entre outros ). Porém a grande maioria destes objetos, entretanto, caracteriza-se como objetos de conteúdo, ou seja, são simulações, jogos, representações, animações e ilustrações que visam repassar ou reforçar algum conceito de forma mais concreta. Existe ainda, a possibilidade de explorar o aspecto de objetos educacionais como ferramenta de interação síncrona. Neste contexto, o que se busca, não é tão somente a interatividade entre o aluno e a Web, mas a interação entre pares através do ambiente virtual de aprendizagem na Web, uma relação que valorize o diálogo, a negociação, a cooperação, enfim a transformação mútua dos indivíduos. Este aspecto ainda é muito pouco explorado. Os applets podem enriquecer páginas Web estáticas oferecendo aos alunos a possibilidade de interagirem entre si e não somente assistir uma animação. Não estamos afirmando que textos e animações sejam ineficientes, o que estamos propondo é a possibilidade de incremento da interatividade entre os usuários de Ambientes Virtuais de Ensino na Web através de objetos educacionais.

3. Componente Síncrono de Aprendizagem Computer-Supported Collaborative Learning (CSCL) tem se firmado como um paradigma da tecnologia educacional, que alia o estudo de diferentes conceitos de aprendizagem com o objetivo de melhorar a interação do trabalho em grupo, vislumbrando como a colaboração e tecnologia facilitam o compartilhamento e a distribuição do conhecimento e competências entre membros de uma comunidade. 1

http://www.escot.org/ http://www.eoe.org/ 3 http://ali.apple.com/ali/resources.shtml

2

Os esforços para o desenvolvimento de aplicações colaborativas síncronas têm gerado soluções que visam dar suporte à criação de softwares colaborativos, através de arquiteturas que oferecem ferramentas para o rápido desenvolvimento de aplicações. Dentre estas arquiteturas, podemos citar: arquiteturas de autoria [9] que oferecem ferramentas que auxiliam o usuário na definição de lições e atividades colaborativas; arquitetura baseada em API [2], que fornece um conjunto de rotinas predefinidas para dar suporte a colaboração; arquitetura baseada em ambiente de execução [1] que visa compartilhar sistemas que não foram projetados especificamente para o trabalho em grupo; e arquiteturas de framework [5] que oferece um conjunto de classes cooperantes que definem um projeto reutilizável para facilitar a construção de sistemas colaborativos.

3.1.

Proposta

O componente síncrono de aprendizagem visa oferecer suporte à construção de objetos de aprendizagem como ferramentas de apoio a atividades colaborativas em ambientes virtuais de ensino na Web. O componente fornece a infraestrutura de comunicação e coordenação da atividade de grupo. Com este componente será possível criar diferentes aplicações educativas que poderão ser compartilhadas por um grupo de usuários, permitindo que o significado de conceitos abordados no ambiente virtual sejam progressivamente construídos mediante a ação colaborativa dos participantes de uma atividade sobre uma mesma interface compartilhada (shared workspace). O componente é composto de duas partes distintas: O Servidor Workgroup que é responsável pela comunicação e coordenação da atividade de grupo, e a API de Groupware que fornece todas as funcionalidades para conexão e comunicação entre o applet e o Servidor de grupo. A API de Groupware funciona como uma camada intermediária entre o applet e a rede padronizando a comunicação e permitindo separar a preocupação com os objetivos específicos da aplicação, da preocupação com os requisitos comuns a todos os programas que tem como proposta o apoio ao trabalho colaborativo, visando diminuir a complexidade de desenvolvimento do sistema e facilitar a construção de novos sistemas colaborativos. Os objetos educacionais devem ser construídos seguindo o padrão de projeto baseado no padrão de projeto MVC. O padrão MVC separa a arquitetura do software em três componentes distintos: modelo, visão e controlador. O Modelo é a representação interna que representa o problema tratado. A Visão é uma representação visual para o modelo. O controlador recebe os eventos advindos da interface e atualiza o modelo [5]. Toda a comunicação é baseada em mensagens que são enviadas entre os objetos educacionais. A comunicação entre os objetos se dá de forma indireta, todas as mensagens são enviadas pelos clientes para o servidor, que se encarrega de repassar para os demais objetos conectados. O sistema trabalha atualmente com cinco tipos de mensagens: Mensagens de Controle: São mensagens usadas pelo componente síncrono, e que nunca chegam diretamente ao applet. São mensagens trocadas somente entre o servidor de grupo e a API de suporte a objetos educacionais; Mensagens de Erro: Como o próprio nome já diz, mensagens de erro são usadas para reportar possíveis erros ocorridos no sistema; Mensagens de Modelo: São mensagens que encapsulam o modelo de dados do usuário; cada alteração no modelo de dados requer que o modelo seja transmitido para todos a fim de atualizar suas visões; Mensagens de Chat: São utilizadas para que os usuários dos objetos educacionais possam trocar mensagens de texto;

Mensagens de Aplicação: São mensagens que podem ser usadas livremente pelo desenvolvedor do objeto educacional para trocar mensagens próprias de sua aplicação. Todo o sistema funciona da seguinte maneira: no padrão MVC o modelo representa realmente o que o usuário está manipulando, a visão é apenas uma representação visual deste modelo, e o controle é o responsável pela interação com o usuário e a atualização do modelo. Por uma questão de decisão de projeto e simplicidade apenas um usuário pode modificar o modelo de cada vez. Para isso, o usuário obtém o controle do modelo, garantindo ao mesmo o direito exclusivo de efetuar modificações. Caso os outros usuários desejem efetuar alterações no modelo, deverão requisitar o controle do mesmo. O servidor irá gerenciar a fila de solicitações de controle, garantindo que cada usuário terá sua vez de modificar o modelo na ordem em que tais solicitações foram recebidas pelo servidor. Uma cópia da versão corrente do modelo fica armazenada no servidor bem como em cada máquina cliente, sendo o servidor responsável por atualizar cada cliente no momento em que o modelo é modificado. A cada modificação realizada no modelo pelo usuário que detém o controle, o cliente envia o modelo para o servidor, a fim de atualizar a cópia do mesmo no servidor, bem como para que o modelo possa ser enviado para todos os outros clientes.

3.2.

Arquitetura de Integração

Na Figura 1 é apresentada a arquitetura de integração do componente síncrono com os objetos educacionais. O núcleo de todo o sistema é o Servidor WorkGroup, que é responsável por toda a coordenação da atividade de grupo. Uma restrição deste modelo é que o Servidor WorkGroup tem que ficar no mesmo computador de onde serão carregados os applets, pois as restrições de segurança impostas pela arquitetura Java só permitem ao applet iniciar comunicação via Intenet somente com a máquina do servidor do qual foram carregados. Navegador WEB

APPLET API Groupware Lado Cliente

REDE

Servidor WEB Servidor WorkGroup Servidor LMS Lado Servidor

Figura 1 – Arquitetura de Integração

Uma forma de contornar esta situação seria criando applets seguros que poderiam então gozar do privilégio de fazer conexões diretas com qualquer host na Internet, entretanto, dentro deste modelo isto é absolutamente desnecessário, já que o applets ainda estariam se comunicando de forma indireta. O Servidor pode ainda comunicar-se diretamente com o Ambiente Virtual de Ensino (LMS), e neste caso não há necessidade que os mesmos encontrem-se fisicamente na mesma máquina.

Essa comunicação pode ser realizada com vários objetivos, como por exemplo, autenticação de usuários, verificação de agenda de tarefas, etc. Finalmente, do lado cliente o applet comunica-se com o Servidor apenas através da API de Groupware. Como já foi dito antes, isso diminui a complexidade do desenvolvimento do applet e padroniza a comunicação em toda a arquitetura.

3.3.

Validação

Para validar o Componente Síncrono e a arquitetura de integração, está em desenvolvimento um objeto educacional, chamado Gerard, que permite aos alunos interagirem na resolução de problemas básicos no campo conceitual das estruturas aditivas, manipulando diagramas padrões, definidos por Vergnaud, como representação dos problemas propostos. O nome Gerard é uma homenagem ao pesquisador Gérard Vergnaud, propositor da Teoria dos Campos Conceituais [11]. A utilização da notação de diagramas propostos por Vergnaud permite a diferenciação entre os diversos tipos de problemas aditivos existentes. Isso leva professores e alunos a analisar as relações envolvidas e os procedimentos necessários para resolver cada tipo de problema. Estudos realizados com alunos do ensino fundamental mostraram que a utilização dos diagramas de Vergnaud promove um melhor desempenho na resolução de problemas aditivos [10]. Os diagramas propostos por Vergnaud podem ser vistos na Figura 2 a seguir.

Figura 2 – Diagramas de Gerard Vergnaud

A interface Gerard, apresentada na Figura 3, tem como finalidade permitir aos alunos a resolução de problemas no campo das estruturas aditivas a partir do uso de representações criadas pelos usuários seguindo os padrões propostos por Vergnaud para modelagem de estruturas aditivas. As estruturas aditivas são classificadas de forma a obter-se uma estrutura teórica para compreender as diferentes representações simbólicas da adição e subtração [8].

Figura 3 – Interface do componente síncrono Gerard

O Gerard permite a modelagem das diferenças e relações existentes e o trabalho dos diferentes sentidos de números a partir da utilização da modelagem das diferentes situações identificadas por Vergnaud (comparação, transformação e quantidade) [11]. O sistema verifica a consistência da estrutura a cada modificação do modelo editado pelos usuários, permitindo também desfazer/refazer qualquer modificação realizada. O sistema utiliza também cores para ajudar os usuários na construção dos diagramas que resolverão corretamente o problema proposto. Existe também a possibilidade de criação e geração de novos problemas de forma diversificada e diferente dos problemas tradicionais a partir da manipulação direta sobre os diagramas.

4. Conclusão e Trabalhos futuros Um dos pontos fortes do componente síncrono que criamos é que ele não se limita à possibilidade de ter como aplicação cliente um applet. O componente pode, sem qualquer modificação, ser utilizado com uma aplicação comum. Isso amplia as possibilidades de criação de material, que pode ser distribuído em outras mídias além da Internet. Esta é a primeira versão do componente, e muito ainda precisa ser implementado até que possamos ter uma versão a que possamos chamar de completa. O “floor control” é muito básico permitindo que apenas um usuário altere o modelo num dado momento, o ideal é termos várias alternativas, que o desenvolvedor pudesse escolher de acordo com a natureza de sua aplicação. Um outro passo importante para o futuro é definir como será realizado a comunicação entre o Servidor WorkGroup e o Ambiente Virtual de Aprendizagem. A utilização de um padrão é importante para que o componente possa ser reutilizado em diferentes ambientes. O modelo de arquitetura do componente é baseado em API, que não é a melhor alternativa quando se está trabalhando com uma linguagem orientada a objetos como Java. Como trabalho futuro pretende-se evoluir com o sistema para uma arquitetura de framework, mais adequada ao estilo de programação que adotamos.

5. Bibliografia [1]

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