Cenário 2: Estudando as possibilidades do Sphero em ambiente escolar

O smart toy Sphero foi explorado por Panaggio e Baranauskas (2017) em um jogo desenhado para o contexto escolar. Na escola os alunos são convidados a participar de uma atividade envolvendo a narrativa de “Alice no país das maravilhas” (Carroll, 1865). Inicialmente as crianças são organizadas em equipes, e entram em uma sala de aula no estilo ateliê, onde alguns objetos estão dispostos no chão: são objetos e personagens da narrativa. Próximo a cada objeto está uma placa de papel com um número escrito, indicando uma pontuação para aquele objeto. Uma criança por vez se aproxima de um ponto específico da sala definido para iniciar a atividade: conduzir uma bola robótica, utilizando um smartphone com um aplicativo instalado, do ponto onde ela está até um dos objetos que estão dispostos na sala e que ela escolheu previamente (Figura 6.3). Toda vez que a criança consegue movimentar a bola robótica até o objeto escolhido, o valor que está na placa de papel próxima é somado para a equipe da criança. Se durante o percurso, a bola robótica encosta em outro objeto, o valor correspondente é descontado da equipe. As pontuações são anotadas na lousa, pelas próprias crianças, e depois de todos os participantes terem jogado, é computada, também por elas, a equipe vencedora.

Neste cenário, a criança se comunica com o aplicativo instalado no smartphone (com sistema operacional Android 4.4 ou mais recente, ou iPhone 10 ou mais recente) para mostrar a intenção de movimentar o Sphero. O smartphone e a bola robótica também se comunicam através de uma comunicação Bluetooth previamente estabelecida.

Figura 6.3: Usuário escolhe um item entre os dispostos no chão e utiliza o smartphone para locomover o Sphero até esse item; smartphone e bola robótica se comunicam através de uma conexão Bluetooth para realizar o movimento.

O estudo exploratório conduzido por Panaggio e Baranauskas (2017) buscou avaliar o Sphero como interface tangível em contexto escolar, para entender se as crianças conseguiriam realizar atividades utilizando esse dispositivo e se essas atividades poderiam ser divertidas e motivadoras. Os resultados obtidos, que mostraram que as crianças se sentiram motivadas, animadas e conseguiram controlar o Sphero, encorajaram o estudo do uso do Sphero em outros cenários, como é o caso dos próximos cenários.

6.2.3 Cenário 3: Sphero como interface tangível em ambientes educacionais

A conexão Bluetooth entre Sphero e smartphone foi explorada novamente em outro cenário desenhado, desta vez com a participação dos interessados, para o contexto educacional.

No sistema descrito por Panaggio e Baranauskas (2019), um aplicativo educacional denominado Gira Letra, voltado para o público infantil, utiliza a bola robótica Sphero como uma interface tangível, para ações em um jogo idealizado por professores para promover a aprendizagem de português e matemática. Com o intuito de ganhar pontos ao adivinhar letras que compõem uma palavra, as crianças giram o Sphero em torno do seu próprio eixo vertical. Tais movimentos, que acontecem no mundo físico, são mapeados em movimentos de uma roleta virtual que aparece no smartphone. O design do sistema foi realizado de forma participativa com professoras de uma unidade de ensino, e contou com diversas fases, desde a ideação do aplicativo, design e por fim avaliação, esta última realizada por professoras e estudantes.

Nesse cenário, o usuário interage com o Sphero e o smartphone ao mesmo tempo (Figura 6.4, à esquerda). Devido à conexão Bluetooth entre os dois dispositivos, os movimentos físicos realizados no Sphero são apresentados de forma virtual no smartphone (Figura 6.4, à direita).

Em síntese, o trabalho de Panaggio e Baranauskas (2019) investigou a participação ativa de professores de uma instituição de ensino na elaboração de sistemas tecnológicos voltados para a área de educação. Algumas técnicas do Design Participativo foram aplicadas no processo de design e desenvolvimento do aplicativo idealizado pelos professores. Os resultados do trabalho foram positivos no alcance dos objetivos propostos para o sistema e ambiente construídos, mas indicaram também que a participação de crianças e outros perfis de profissionais em algumas das atividades do Design

Participativo poderiam reduzir dificuldades encontradas nas práticas participativas potencializando resultados do design. Os resultados também incluíram uma lista de novas funcionalidades e melhorias para uma segunda versão do produto.

Figura 6.4: À esquerda, interação da criança com smartphone e Sphero; à direita, o mapeamento entre movimento físico do Sphero e movimento virtual da roleta desenhada no smartphone.

6.2.4 Cenário 4: Sphero e programação tangível

Ainda com enfoque em educação e beneficiando-se da conexão Bluetooth do Sphero, Panaggio et at. (2019), utilizam a bola robótica em um ambiente de programação tangível denominado TaPrEC+Sphero.

O design do cenário em que esse sistema está em uso, utiliza como artefatos: blocos de programação de madeira identificados com uma etiqueta RFID, um leitor RFID, uma Raspberry21 _{Pi 3, a bola robótica e um tabuleiro de papelão. Dessa forma, ao utilizar}

esse sistema, as crianças podem criar programas físicos, unindo os blocos de madeira (Figura 6.5a), e executá-los também no mundo físico, observando os movimentos do Sphero no tabuleiro.

Nesse cenário, existem três tipos de comunicação: a comunicação entre os blocos de madeira e o sistema, entre o sistema e o Sphero e entre o usuário e o sistema.

A comunicação entre blocos de programação e o sistema se dá através do uso do leitor de RFID (Figura 6.5b). Toda vez que um usuário aproxima o leitor de um dos blocos que compõem o sistema, o identificador daquele bloco é passado para o sistema que foi previamente inicializado na Raspberry Pi 3. O sistema identifica qual a funcionalidade o bloco de madeira representa através de um mapa de identificadores e ações.

Já a comunicação entre a bola robótica e sistema se dá através da conexão Bluetooth (Figura 6.5c). Sphero e Raspberry Pi 3 devem ser previamente pareados antes do uso do sistema. Toda vez que uma ação é identificada no sistema, ela é transformada em um movimento do Sphero.

Ao estender o ambiente de programação tangível TaPrEC e explorar a tangibilidade na fase de execução dos programas criados, Panaggio et al. (2019) observaram que as crianças e professoras que utilizaram a ferramenta em um estudo de caso se sentiram animadas, motivadas e no controle do sistema. Os elementos físicos do tabuleiro e da bola ajudaram os participantes no planejamento da solução que eles criavam para as atividades propostas e na depuração dos programas criados em busca de problemas.

Figura 6.5: (a) usuário utilizando os blocos de programação; (b) usuário fazendo leitura dos blocos de programação usando um leitor RFID; (c) Sphero se movimentando segundo os comandos dos blocos de programação.

6.2.5 Discussão

Cada um dos cenários apresentados nesta seção foi analisado em relação à caracterização de IoT, conforme definida na seção 6.1 deste trabalho, ou seja, em termos dos elementos envolvidos (objetos com tecnologia embutida e pessoas) e sua comunicação.

Podemos considerar o Cenário 1, da tecnologia assistiva, dentre os quatro citados, o exemplo mais próximo de um cenário de IoT, já que os elementos presentes no sistema, com exceção das portas, estão conectados através da Internet. O cenário poderia ser aprimorado se outros sensores e atuadores fossem utilizados, permitindo que o usuário desse sistema conseguisse realizar buscas mais otimizadas no caminho a ser seguido, como por exemplo, indicação para qual direção (direita ou esquerda) o usuário deve seguir no seu trajeto, quantos passos ele está distante do seu destino, ou quais pontos de interesse (recepção, ponto de informação ou banheiros, etc.) estão por perto.

Ao considerarmos os elementos do Cenário 2, a gincana com o Sphero, podemos observar que o smartphone e o Sphero se comunicam, através do Bluetooth. Dada a ausência de conexão com a Internet, podemos entender que esse ainda não é um cenário de IoT. Para atingir um cenário mais próximo de IoT, os objetos que estão posicionados no chão, por exemplo, poderiam possuir sensores que pudessem identificar que a bola robótica encostou neles, não dependendo mais da observação dos jogadores para qualificar se a jogada foi correta ou errada. Se os objetos também tiverem a informação da sua pontuação, o cálculo da pontuação de cada um dos times poderia ser feito de forma automática e acessível de qualquer lugar através da Internet.

Para o Cenário 3, do Gira-Letra, os dois elementos do cenário (o smartphone e a bola robótica) estão conectados entre si, porém sem o uso da Internet, e por isso, não o consideramos um cenário IoT. Porém, se os dados produzidos pelo uso do sistema pelos alunos estivessem disponíveis na Internet, poderiam ser analisados e apresentados para professores como uma forma de avaliação e informação para ajudar a entender as dificuldades de cada aluno de forma individualizada. A análise automática também beneficiaria o sistema, fornecendo vocabulários e operações matemáticas diferentes para cada aluno, dependendo de sua evolução.

Por fim, no Cenário 4, da programação tangível, algumas melhorias poderiam tornar o cenário mais próximo de IoT. Os blocos de programação, se dotados de sensores, poderiam eliminar a leitura manual realizada pelo usuário: só por estarem conectados, seria possível identificar o passo a passo do programa. Na outra ponta do cenário, se o tabuleiro fosse munido de sensores e atuadores, seria possível conseguir movimentos do Sphero mais assertivos, ajustando a velocidade e direção do movimento da bola robótica. Além disso, dependendo do exercício utilizado, seria possível que o tabuleiro identificasse se a solução do problema está correta ou não, em complemento à avaliação visual.

No caso dos três cenários com enfoque educacional, apesar do enriquecimento potencial que a introdução de novos sensores e atuadores nos cenários acima descritos acrescentaria, ainda seria necessário avaliar, para cada um deles, as propostas pedagógicas de cada caso, os prós e contras da automatização de partes do cenário e se não haveria perda significativa em outros aspectos das atividades, como sociabilidade e afetividade, por exemplo.

6.3 Conclusão

A constante miniaturização dos componentes eletrônicos, aliada ao aumento da capacidade de processamento de dispositivos embarcados e ao barateamento de recursos tecnológicos, tem permitido a popularização da IoT. Ao mesmo tempo, essas transformações tecnológicas demandam esforços de pesquisa e desenvolvimento de ambientes que sejam criados sob a perspectiva do elemento humano, em todas as áreas de aplicação e mais sensivelmente em espaços educacionais.

Este trabalho investigou quatro cenários de sistemas computacionais ubíquos, criados com tecnologias contemporâneas, em contextos educacional e de acessibilidade, em busca de elementos que os caracterizassem como sistema de IoT e propôs extensões para que tais cenários pudessem ser enriquecidos com essas características. Tais evoluções nos aspectos técnicos dos cenários, no entanto, ainda demandam novas investigações sobre seus aspectos pedagógicos e o potencial que essa evolução poderia ou não trazer ao contexto em questão.

Os trabalhos futuros incluem implementar os cenários estendidos, propostos na seção 6.2.5, e avaliá-los com a participação de potenciais usuários finais. Além disso, é preciso ser investigada a participação das pessoas envolvidas no cenário desde o início do processo, tornando o redesign dos dispositivos usados, bem como do próprio cenário, participativo. Com isso, abre-se também a possibilidade de investigar, nesses cenários, os fatores sugeridos por McEwen e Cassimally (2013), como privacidade, ética e o affordance dos objetos que compõem o cenário.

7. Conclusão

A forma com que interagimos com os sistemas computacionais tem se modificado: se antes o uso da tecnologia se restringia a computadores com seus periféricos tradicionais em estações de trabalho, agora temos a presença de dispositivos tecnológicos em diferentes segmentos da nossa vida cotidiana. Entender a ubiquidade dos sistemas computacionais do ponto de vista do usuário nos ajuda a entender e melhorar o impacto da tecnologia no nosso cotidiano.

A presença da tecnologia computacional no dia a dia das pessoas é inegável. Neste trabalho exploramos o design e desenvolvimento de cenários de sistemas ubíquos, na perspectiva do usuário, utilizando dispositivos construídos com kits de componentes eletrônicos de desenvolvimento para sistemas embarcados e um smart toy disponível para compra no mercado.

Este trabalho contemplou o design de quatro cenários, sendo três deles pensados para a área de educação e um cenário para promover a acessibilidade de pessoas com deficiência visual a informação necessária para ações no cotidiano. A Tabela 7.1 sumariza, para cada um dos cenários apresentados nessa dissertação, a relação com a ubiquidade, as tecnologias utilizadas e o que foi realizado em relação à perspectiva do usuário.

Tabela 7.1: Relação entre os cenários e a ubiquidade, tecnologias utilizadas e a perspectiva do usuário.

Ubiquidade Tecnologias Perspectiva do usuário

Cenário 1 (Capítulo 2)

- Dispositivo móvel (smartphone)

- Luva com tecnologia embutida

- Intel Edison

- Kit de desenvolvimento Xadow

- Comunicação via Internet - Comunicação via NFC

- Avaliação do sistema por especialistas em IHC Cenário 2 (Capítulo 3) - Dispositivo móvel (smartphone) - Sphero - Comunicação via Bluetooth

- Avaliação do sistema por potenciais usuários Cenário 3 (Capítulo 4) - Dispositivo móvel (smartphone) - Sphero - Comunicação via Bluetooth - Técnicas de DP para design do sistema

- Avaliação do sistema por potenciais usuários Cenário 4 (Capítulo 5) - Blocos de programação tangíveis - Sphero - Raspberry Pi 3

- Comunicação via RFID - Comunicação via Bluetooth

- Avaliação do sistema por especialista em IHC - Avaliação do sistema por potenciais usuários

Também analisamos os cenários desenvolvidos neste projeto do ponto de vista da Internet das Coisas, procurando por características desses sistemas, bem como propondo extensões dos cenários para que eles passassem a ter características de tais sistemas.

Os objetivos dessa pesquisa, apresentados na seção 1.1 dessa dissertação foram alcançados de forma bem-sucedida por meio das seguintes ações:

i) Exploração do kit de desenvolvimento Xadow em conjunto com o Intel Edison e uso de dispositivos como Sphero, Raspberry Pi 3;

ii) Prototipação de artefatos e sistemas utilizados nos cenários desenvolvidos no decorrer deste trabalho;

iii) Dois nichos foram explorados neste trabalho: a acessibilidade para deficientes visuais e educação para crianças;

iv) Cada cenário desenvolvido contou com um processo de design, que envolveu situar o processo em um ambiente e em um contexto, dado o nicho explorado. Também envolveu criar artefatos e avaliar o cenário com especialistas, potenciais usuários e partes interessadas no cenário.

7.1

Principais contribuições

Dentre as contribuições deste trabalho, podemos ressaltar as contribuições empíricas, materializadas através dos dados (qualitativos e quantitativos) coletados durante os estudos de casos realizados com usuários e/ou especialistas em IHC.

Outra contribuição deste trabalho é o planejamento e a construção dos quatro cenários, nas áreas de educação e acessibilidade, descritos nessa dissertação, que poderão servir de inspiração a outros trabalhos.

Os artefatos construídos e utilizados nesses cenários também são contribuições deste trabalho. Podemos citar a Luva GAVI, artefato tecnológico utilizado no cenário voltado para acessibilidade, que foi construído com componentes eletrônicos de um kit de desenvolvimento para sistemas embarcados. Os sistemas computacionais desenvolvidos para os cenários também são contribuições deste trabalho: i) O sistema que realiza a comunicação entre a luva, smartphone com aplicativo de inserir dados da sala a ser visitada e as portas no cenário de acessibilidade; ii) o Gira Letra, sistema tangível, composto por um aplicativo para o sistema operacional Android e pela bola robótica Sphero, voltado para o público infantil e com enfoque educacional, propõe o aprendizado de português e matemática; e iii) o ambiente de programação tangível TaPrEC + Sphero, que foi estendido a partir do ambiente TaPrEC, e permite que a execução de programas

criados com blocos de programação de madeira, sejam executados também no mundo físico, através de movimentos do smart toy Sphero sobre um tabuleiro físico (de papelão). As propostas de como os cenários descritos por essa dissertação podem ser estendidos para sistemas de IoT também são contribuições deste trabalho.

Por fim, do ponto de vista acadêmico, são contribuições deste trabalho os cinco artigos que compõem esta dissertação.

7.2 Trabalhos futuros

Em continuidade ao trabalho desenvolvido, podemos aprimorar os cenários discutidos neste trabalho, e evoluí-los.

A Luva GAVI e o sistema da qual ela é um componente poderiam se beneficiar de melhorias que pudessem auxiliar o usuário do sistema a encontrar o que busca, executando menos tentativas para encontrar a sala, melhorando o feedback emitido pela luva. Além disso, o sistema deve ser testado com potenciais usuários finais, para entender os benefícios que esse sistema poderia trazer a eles.

O Gira-Letra poderia ser evoluído para uma segunda versão, utilizando as sugestões de novas funcionalidades e melhorias sugeridas pelas professoras durante a avaliação do produto. Estudar o envolvimento de crianças, professores e especialista em IHC na fase de ideação para o design de produtos voltados para educação seria também uma continuidade valiosa deste trabalho.

Já o sistema TaPrEC + Sphero poderia se beneficiar de estudos que diminuíssem os erros obtidos durante a execução dos programas criados no mundo físico, trazendo mais motivação para os usuários.

Por fim, um desdobramento natural deste trabalho poderia envolver a extensão de todos os cenários propostos nessa dissertação para atingir características de sistemas de Internet das Coisas, e sua avaliação com usuários finais.

Referências

Agarwal, A., Pareddy, S. e Swaminathan M. (2017). FReAD: A Multimodal Interface for Audio Assisted Identification of Everyday Objects. In Proceedings of the 2017 CHI Conference Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems (CHI EA '17). ACM, New York, NY, USA, 1471-1477. doi: 10.1145/3027063.3053107. [GS Search]

Arantes, F. L., Amiel, T., Miranda, L. C., Martins, M. C. e Baranauskas, M. C. C. (2012). Laptops Educacionais em Escolas Públicas: Primeiros Resultados de uma Abordagem Socio-Técnica. In Revista Brasileira de Informática na Educação, Vol 20, N 2, 31-43. [GS Search]

Ashton, K. (2009). That “Internet of Things” thing. In RFiD Journal. Acessado em 22 de março de 2019 em http://www.rfidjournal.com/articles/view?4986. [GS Search]

Atzori, L., Iera, A. e Morabito, G. (2010). The internet of things: a survey. In Comput. Netw., Vol. 54, No. 15, pp.2787–2805. doi: 10.1016/j.comnet.2010.05.010. [GS Search]

Azenkot, S., Prasain, S., Borning, A., Fortuna, E., Ladner, R. E. e Wobbrock, J. O. (2011). Enhancing independence and safety for blind and deaf-blind public transit riders. In Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI '11). ACM, New York, NY, USA, 3247-3256. doi:

10.1145/1978942.1979424. [GS Search]

Baranauskas, M. C. C. e Carbajal, M. L. (2017). The Social Nature of Programming: Children and Fluency. In: Kurosu M. (eds) Human-Computer Interaction. Interaction Contexts. HCI 2017. Lecture Notes in Computer Science, vol 10272. Springer, Cham. doi: 10.1007/978-3-319-58077-7_23. [GS Search]

Baranauskas, M. C. C. e Posada, J. E. G. (2017). Tangible and Shared Storytelling: Searching for the Social Dimension of Constructionism. In Proceedings of the 2017 Conference on Interaction Design and Children (IDC '17). ACM, New York, NY, USA, 193-203. doi: 10.1145/3078072.3079743. [GS Search]

Bardot, S., Serrano, M. e Jouffrais, C. (2016). From tactile to virtual: using a smartwatch to improve spatial map exploration for visually impaired users. In Proceedings of the 18th International Conference on Human-Computer Interaction with

Mobile Devices and Services (MobileHCI '16). ACM, New York, NY, USA, 100-111. doi: 10.1145/2935334.2935342. [GS Search]

Bradley, M. M. e Lang, P. J. (1994). Measuring emotion: the self-assessment manikin and the semantic differential. In Journal of behavior therapy and experimental psychiatry, 25 (1), 49-59. [GS Search]

Braz, L. M., Ramos, E. S., Bonedetti, M. L. P. e Hornung, H. H. (2016). Design de tecnologia e educação inclusiva: explorando o espaço do problema. In Anais do Simpósio Brasileiro de Informática na Educação, volume 27, page 757-766. doi:

10.5753/cbie.sbie.2016.757. [GS Search]

Carbajal. M. L. e Baranauskas, M. C. C. (2015). TaPrEC: Desenvolvendo um ambiente de programação tangível de baixo custo para crianças. In Nuevas Ideas en Informática Educativa TISE. 363-370. [GS Search]

Carroll, L. (1865). Alice's Adventures in Wonderland. MacMillan.

Chen, L. Hussain, I., Chen, R. Huang, W. e Chen, G. (2013). BlueView: a perception assistant system for the visually impaired. In Proceedings of the 2013 ACM conference on Pervasive and ubiquitous computing adjunct publication (UbiComp '13 Adjunct). ACM, New York, NY, USA, 143-146. doi: 10.1145/2494091.2494139. [GS Search]

Druin, A. (1999). Cooperative inquiry: developing new technologies for children with children. In Proceedings of the SIGCHI conference on Human Factors in Computing Systems (CHI '99). ACM, New York, NY, USA, 592-599. doi: 10.1145/302979.303166. [GS Search]

Druin, A. (2002). The role of children in the design of new technology. In Behaviour and Information Technology, 21 (1), 1-25. doi: 10.1080/01449290110108659. [GS Search]

Espada, J. P., Martinez, O. S., García-Bustelo, B. C. P. e Lovelle, J. M. C. (2011). Virtual objects on the Internet of things. International Journal of Interactive Multimedia and Artificial Intelligence, 1(4). [GS Search]

Falcão, T. P. e Gomes, A. S. (2007). Interfaces Tangíveis para a Educação. In Anais do Simpósio Brasileiro de Informática na Educação, 579-589. [GS Search]

Fan, M., Antle, A. N. e Cramer, E. S. (2016). Design Rationale: Opportunities and Recommendations for Tangible Reading Systems for Children. In Proceedings of the The

15th International Conference on Interaction Design and Children (IDC '16). ACM, New