Ambiente e arquitetura da ferramenta computacional

Para o desenvolvimento da ferramenta computacional foi utilizada a linguagem Virtual Reality Modeling Language – VRML, por permitir a criação de objetos tridimensionais com alta qualidade. Com auxílio da linguagem JavaScript, foi possível incluir uma forma mais complexa de interatividade do aluno com os objetos e aumentar o realismo da cena.

A visualização da ferramenta se dá por navegadores da Web, como Internet Explorer, e a instalação de um plug-in que possa interpretar o código do VRML, como Cortona, ambos utilizados neste trabalho e disponibilizados gratuitamente na internet para download.

A arquitetura proposta é formada por dois módulos principais: Interface Gráfica e Equações, onde este último é dividido em três sub-módulos: Objetos Virtuais, Controle de Comportamento e Controle Visual (Figura 2).

Figura 2 – Arquitetura da ferramenta computacional

Fonte: Dados da pesquisa.

A lu no In te rf ac e G rá fi ca - G U I E qu aç õe s Objetos Virtuais Controle de Comportamento Controle Visual

O módulo de Interface Gráfica - GUI permite acesso ao ambiente virtual, o que ativa o módulo denominado Equações. Neste módulo, encontram-se as atividades a serem desenvolvidas pela manipulação de objetos virtuais de aprendizagem, e a visualização do efeito das ações tomadas durante a resolução interativa das equações polinomiais de 1º grau.

No sub-módulo Objetos Virtuais foi desenvolvido o ambiente virtual não-imersivo, composto pelo agrupamento de formas geométricas (caixa, cilindro, esfera). Em alguns objetos foram utilizadas técnicas de computação gráfica como o uso de texturas, para elaborar um ambiente o mais próximo possível do laboratório convencional de matemática.

Dessa forma, ao entrar no ambiente virtual, o aluno encontrou uma balança equilibrada (R1) por meio de objetos predispostos (R6), e um problema pré-estabelecido onde uma determinada equação de 1º grau (R3) (Quadro 1) deveria ser resolvida (Figura 3). Para a resolução da equação foi necessário que o aluno retirasse os objetos virtuais dos pratos e os colocasse nas mesas laterais (R4) (Quadro 1). A atitude do aluno deveria considerar o equilíbrio da balança até que fosse descoberto o valor da variável “x” da equação. Uma esfera luminosa colocada estrategicamente no centro da balança o auxiliou, por meio de cores diferenciadas, quanto ao equilíbrio.

Figura 3 – Tela inicial com o problema pré-estabelecido e a balança em equilíbrio

Fonte: Dados da pesquisa.

O comportamento dos objetos virtuais no ambiente foi descrito no sub-módulo Controle de Comportamento. O controle foi feito pelo nó de scripts implementadas em

JavaScript e associadas ao VRML.

Para cada objeto virtual foi associado um valor numérico simulando sua massa no prato da balança (R2) (Quadro 1), e para cada prato foi feito uma somatória das respectivas massas. A cada ação de retirada do objeto, um teste condicional de posição foi realizado detectando o prato da balança que foi retirado o objeto. Para o objeto virtual retirado foi atribuído o valor zero para sua massa, fazendo com que o valor da somatória do prato fosse modificado. Em seguida, vários testes condicionais verificaram o valor da somatória dos pratos direito e esquerdo da balança (Figura 4).

Para a condição satisfatória do teste condicional, os dados resultantes foram exibidos no painel visual. A esfera luminosa indicou a situação de equilíbrio da balança quando verde e desequilíbrio quando vermelha (R1) (Quadro 1). O sistema de cores da esfera luminosa substituiu o movimento da balança para indicar o lado mais pesado.

Figura 4 – Parte do algoritmo para a manipulação dos objetos na balança

Fonte: Dados da pesquisa.

Weight_Right_1 = 100; Weight_Right_2 = 50; Weight_Right_3 = 140; Weight_Right_4 = 120; Weight_Right_5 = 120; Weight_Right_6 = 120; Weight_Left_7 = 120; Weight_Left_8 = 120; Weight_Left_9 = 120; Weight_Left_10 = 120; Weight_Left_11 = 120; Weight_Left_12 = 50; Function Part_1 (t, ts) { Position_1 = Sensor_1.translation_changed [0] If ( Position_1 < = 4.8 ) { Weight_Left_7 = 0; Sum_Left = Weight_Left_7+Weight_Left_8+Weight_Left_9+Weight_Left_10+Weight_Left_1 1+Weight_Left_12; Sum_Right = Weight_Right_1+Weight_Right_2+Weight_Right_3+Weight_Right_4+Weight_Right_ 5+Weight_Right_6;

If (Sum_Left = = 530 & Sum_Right = = 650 ) { Information.whichChoice = 1;

Light.diffuseColor[0] = 0.88; Light.diffuseColor[1] = 0.15; Light.diffuseColor[2] = 0.01; }

If (Sum_Left = = 530 & Sum_Right = = 530 ) { Information.whichChoice = 2;

Light.diffuseColor[0] = 0.04; Light.diffuseColor[1] = 0.31; Light.diffuseColor[2] = 0;

A visualização das alterações de comportamento dos objetos virtuais se deu pelo sub- módulo Controle Visual. O painel visual foi posicionado na parte superior da ferramenta. O efeito das interações feitas pelo aluno foi visualizado em tempo real, orientando quanto às regras para a resolução da atividade (R7) (Quadro 1). Quando a balança estava desequilibrada, a informação “Balança desequilibrada...” foi apresentada ao aluno e a esfera luminosa ficou vermelha. Esta informação orientou o aluno para a retirada de outro objeto da balança, para que ficasse novamente equilibrada (Figura 5), facilitando a compreensão do conceito de equivalência

Figura 5 – Após a interação do aluno, o painel visual indica que a balança não está em equilíbrio

Fonte: Dados da pesquisa.

Ao manipular o outro objeto desejando o equilíbrio da balança, o aluno visualizou no painel visual o princípio aditivo da equivalência e a resolução parcial da equação de 1º grau (Figura 6). De posse das resoluções parciais (R7) (Quadro 1), o aluno foi se orientando quanto às próximas interações visando à resolução total da equação. Com isso, foi dada ao aluno a oportunidade de construir o saber através da ação e reflexão.

Figura 6 – O painel visual indica o princípio aditivo da equivalência

Fonte: Dados da pesquisa.

A arquitetura da ferramenta foi utilizada para a modelagem de várias equações. As equações apresentaram crescente nível de dificuldade (R8) (Quadro 1) em ambientes separados, dando oportunidade ao aluno de vivenciar situações diferenciadas. Para o aprimoramento da ferramenta, o passo seguinte será o desenvolvimento de várias balanças com diferentes níveis de problemas, em um mesmo ambiente virtual. O aluno poderá avançar à medida que for solucionando as equações propostas.

Ao desenvolver esta ferramenta houve algumas limitações em termos de programação. A mobilidade da balança foi substituída pelo dispositivo de luz verde e vermelho. Este dispositivo, com auxílio do painel visual, indicou o equilíbrio e o desequilíbrio da balança (R1) (Quadro 1). Pôde-se constatar que esta substituição não comprometeu a utilização da ferramenta e não influenciou os resultados obtidos.