Jogo digital educativo envolvendo matemática pré-escolar para crianças usando interface natural do usuário

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UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE

DANIELLE CORDEIRO PEDROSA

JOGO DIGITAL EDUCATIVO ENVOLVENDO

MATEM ´

ATICA PR´

E-ESCOLAR PARA CRIAN ¸

CAS

USANDO INTERFACE NATURAL DO USU ´

ARIO

S˜ao Paulo

(2)

UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE

PROGRAMA DE P ´

OS-GRADUA ¸

C ˜

AO EM

ENGENHARIA EL´

ETRICA

Danielle Cordeiro Pedrosa

JOGO DIGITAL EDUCATIVO ENVOLVENDO

MATEM ´

ATICA PR´

E-ESCOLAR PARA CRIAN ¸

CAS

USANDO INTERFACE NATURAL DO USU ´

ARIO

Disserta¸cão apresentada ao Programa de Pós-Gradua¸cão em Engenharia Elétrica e Computa¸cão da Universidade Presbiteriana Mackenzie como parte dos requisitos para a obten¸cão do T´ıtulo de Mestre.

Orientador: Prof. Dr. Paulo Batista Lopes Coorientadora: Profa

Dra

Pollyana Notargiacomo Mustaro

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Pedrosa, Danielle Cordeiro

P372j Jogo digital educativo envolvendo matemática pré-escolar para crian¸cas usando interface natural do usuário / Danielle Cordeiro Pedrosa – 2016.

Disserta¸cão (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Presbiteriana Mackenzie, São Paulo, 2016.

Orienta¸c˜ao: Prof. Dr. Paulo Batista Lopes Bibliografia: f. 86-91

1. Jogo Educativo. 2. Matem´atica pr´e-escolar. 3. ICC 4. NUI. 5. Kinect I. T´ıtulo.

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AGRADECIMENTOS

Agrade¸co aos meus orientadores Prof. Dr. Paulo Batista Lopes e Prof.a

Dr.a

Pollyana Notargiacomo, que me auxiliaram em todas as etapas desse trabalho e tiveram sempre grande paciência em ler e analisar todas as prévias antes da conclusão, além de apoiarem e acreditarem em mim sempre.

Ao Rumen Filkov e Luis Fernando Dias pela ajuda com bibliotecas ou pequenas aulas e dicas para facilitar o desenvolvimento do jogo no Unity 3D.

Agrade¸co ao colega de p´os gradua¸c˜ao e amigo Prof. Dr. Edson Tafeli Carneiro dos Santos, pelas caronas e principalmente pelas conversas e conselhos que me ajudaram a persistir.

`

A Capes e Universidade Presbiteriana Mackenzie pelo patroc´ınio em recurso humano, por possibilitarem este e outros trabalhos por meio de bolsas.

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RESUMO

Este trabalho consiste de uma proposi¸cão de estratégia piagetiana concretizada na imple-menta¸cão de um jogo digital educativo para tornar o ensino de matemática para o público infantil mais lúdico e motivador. Por meio da aplica¸cão de estudos piagetianos para o ensino de matemática de crian¸cas entre 4 e 6 anos e da capta¸cão de gestos corporais do Kinect, foi desenvolvido um jogo. O objetivo do jogo é auxiliar no aprendizado de no¸cões de racioc´ınio lógico e espacial, além de conceitos básicos de matemática do âmbito pré-escolar. O jogo é controlado pelos gestos corporais da crian¸ca, conta com a explora¸cão de uma vila virtual para encontrar pe¸cas de um quebra cabe¸ca e desafios com manipula¸cão de objetos, e conceitos de matemática que são ensinados na pré-escola. Para comprovar o objetivo foram realizados testes com um grupo de alunos que interagiu com o jogo, o que permitiu avaliar o quanto a proposta atinge o objetivo de mediar a constru¸cão de conhecimentos matemáticos, motivar e ao mesmo tempo divertir a crian¸ca.

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ABSTRACT

This work consists of a Piagetian strategy proposition embodied in the implementation of an educational digital game to make the teaching of mathematics to children more fun and motivating. Through the application of Piagetian studies for children mathematics teaching between 4 and 6 years and capture of bodily Kinect gestures, was developed a game. The goal is help teaching logical, reasoning and basic pre-school mathematical concepts. The game is controlled by body gestures of the child, has the operation of a virtual village to find pieces of a puzzle and challenges manipulation of objects, and math concepts that are taught in preschool. To prove the objective tests were conducted with a group of students who interacted with the game, which allowed to evaluate how the proposal achieves the goal of mediating the construction of mathematical knowledge, motivating and fun at the same time the child.

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Lista de Figuras

2.1 Xadrez - um jogo de tabuleiro . . . 20

2.2 Trad. Quatro elementos b´asicos que formam um jogo . . . 21

2.3 Tipologia de jogos digitais . . . 25

2.4 Exemplo de tela do Jecripe . . . 26

2.5 Evolu¸c˜ao das interfaces de usu´ario . . . 28

2.6 Kinect v1 para XBOX 360 . . . 29

2.7 Kinect v2 para XBOX One . . . 31

2.8 Compara¸c˜ao de sensibilidade de profundidade entre Kinect v1 e v2 . . . 31

2.9 No Kinect v2 separadamente: Infravermelho, Profundidade e camera Full HD . . . 32

2.10 Kinect v2 com adaptador de alimenta¸c˜ao USB 3.0 . . . 32

2.11 Elementos da plataforma do N IKV ision T abletop . . . 35

2.12 Vis˜ao do jogo na plataforma N IKV ision T abletop . . . 36

2.13 Jogo no tablet e elementos n˜ao digitais . . . 36

2.14 Divis˜ao dos elementos do jogo . . . 37

2.15 Duas cenas do jogo Critter Corral . . . 38

2.16 Tela e tapete do jogo de mem´oria . . . 39

3.1 Manual desenvolvido para utiliza¸c˜ao do jogo Angry Birdscomo aplica¸c˜ao de trigonometria na sala de aula . . . 44

4.1 Capta¸c˜ao dos pontos na crian¸ca . . . 48

4.2 Reconhecimento de duas pessoas simultaneamente . . . 49

4.3 Op¸c˜oes para o jogador no in´ıcio . . . 53

4.4 In´ıcio do jogo . . . 54

4.5 Primeira porta para chegar ao desafio Compara¸c˜ao de Conjuntos . . . 55

4.6 Desafio de compara¸c˜ao de conjuntos . . . 56

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4.8 Avatar na passagem da horta . . . 58

4.9 Desafio de separar por tipos . . . 58

4.10 Passagem do contˆeiner . . . 59

4.11 Desafio da estaca certa . . . 60

4.12 Porta no casar˜ao . . . 60

4.13 Bolas caindo: pegar e colocar no balde correto de acordo com a cor . . . . 61

4.14 Passagem para o desafio final . . . 62

4.15 Desafio final - montar o quebra cabe¸ca . . . 62

4.16 Modelo de avalia¸c˜ao de jogos educacionais . . . 65

5.1 Tela bˆonus do jogo . . . 67

5.2 Tempo m´edio de jogo . . . 68

5.3 Pergunta 1 - O que vocˆe mais lembra do jogo? . . . 68

5.4 Pergunta 3 - Qual? . . . 69

5.5 Pergunta 5(b) - Qual? . . . 71

5.6 Pergunta 7 - O jogo foi f´acil ou dif´ıcil? . . . 72

5.7 Pergunta 8 - O que foi mais dif´ıcil? . . . 72

5.8 Pergunta 9 - O que foi mais f´acil . . . 74

5.9 Pergunta 12 - Vocˆe acha que jogou por muito ou pouco tempo? . . . 74

5.10 Pergunta 15 (b) - Em qual momento? . . . 76

5.11 Pergunta 19 - Você achou o jogo muito rápido, normal ou muito devagar? . 77 5.12 Pergunta 1P - O que você acredita ter captado mais a aten¸cão dos alunos? 79 5.13 Pergunta 5P - Você acha o jogo importante para os alunos? . . . 80

6.1 Op¸c˜oes para o jogador no in´ıcio . . . 97

6.2 Menu do jogo . . . 97

6.3 Tela inicial da vila . . . 98

6.4 Primeira porta vis´ıvel no come¸co do jogo . . . 98

6.5 Outro exemplo de passagem com desafio e pe¸ca oculta . . . 99

6.6 Pra¸ca no meio da vila . . . 99

6.7 Desafio de compara¸c˜ao de conjuntos . . . 100

6.8 Desafio de separar por tipos . . . 100

6.9 Desafio da estaca certa . . . 101

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6.11 Imagem da anima¸c˜ao de parabeniza¸c˜ao pelo acerto . . . 101

6.12 Passagem para o desafio final . . . 102

6.13 Desafio final - montar o quebra cabe¸ca . . . 102

6.14 Diagrama de representa¸c˜ao do fluxo do jogo . . . 103

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Lista de Tabelas

3.1 Hierarquia do desenvolvimento da conserva¸c˜ao do n´umero . . . 43

5.1 Pergunta 2 - Você percebeu atividades do jogo parecidas com a da escola? 69 5.2 Pergunta 4 - Você quer estudar mais sobre formas geométricas, quantidades e números depois de jogar? . . . 70

5.3 Pergunta 5 - Vocˆe j´a fez alguma atividade parecida com o jogo? . . . 70

5.4 Pergunta 6 - O que vocˆe acha mais importante? . . . 71

5.5 Pergunta 10 - Completar o jogo te deixou feliz? . . . 73

5.6 Pergunta 11 - Vocˆe aprendeu alguma coisa que foi surpresa? . . . 73

5.7 Pergunta 13 - Vocˆe viu as pessoas entrando e saindo da sala durante o jogo? 73 5.8 Pergunta 14 - Vocˆe se esfor¸cou para resolver os desafios? . . . 75

5.9 Pergunta 15 - Vocˆe quis parar de jogar? . . . 75

5.10 Pergunta 16 - Vocˆe gostaria de ter esse jogo na sala todos os dias? . . . 76

5.11 Pergunta 17 - O jogo foi chato ou legal? . . . 76

5.12 Pergunta 18 - Vocˆe jogaria de novo se deixassem? . . . 77

5.13 Pergunta 20 - Vocˆe acha que jogou bem? . . . 78

5.14 Pergunta 21 - Vocˆe ficou triste quando o jogo acabou? . . . 78

5.15 Pergunta 22 - Alguma coisa deixou vocˆe bravo? . . . 78

(14)

Sum´

ario

1 INTRODU ¸C ˜AO 15

2 REFERENCIAL TE ´ORICO 19

2.1 Conceito de Jogo . . . 19

2.2 Game Design . . . 22

2.3 Jogos Educativos . . . 23

2.4 Intera¸c˜ao Crian¸ca-Computador . . . 26

2.5 Tecnologias de Interfaces Naturais . . . 28

2.6 Educa¸c˜ao Infantil: Propostas para Aprendizagem e Tecnologias Envolvidas 33 2.7 Trabalhos Relacionados . . . 34

3 ENSINO DE MATEM ÁTICA PARA O P ÚBLICO INFANTIL 40 4 METODOLOGIA 46 4.1 Cria¸cão do Jogo e aplica¸cão de Conceitos Relativos à Aprendizagem de Matemática . . . 46

4.2 Apresenta¸c˜ao do jogo desenvolvido com os conceitos abordados . . . 51

4.3 Testes com Crian¸cas . . . 63

5 RESULTADOS 66 5.1 Alunos . . . 66

5.2 Professoras . . . 79

6 CONCLUS ˜AO 83

REFERˆENCIAS BIBLIOGR ´AFICAS 91

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Cap´ıtulo 1

INTRODU ¸

C ˜

AO

Comprova-se o avan¸co tecnológico e a melhoria da Intera¸cão Humano Computador (IHC) quando se observa a quantidade de dispositivos com interfaces multitoque e sen-sores que facilitam a opera¸cão e o acesso dos mesmos por um público cada vez mais abrangente, que não tem o dom´ınio técnico de programa¸cão (crian¸cas e idosos, por exem-plo) (TOGORES, 2011).

Paralelamente, o contexto de computadores e público infantil é explorado diretamente em Child−Computer Interaction (CCI, em português Intera¸cão Crian¸ca Computador - ICC), área que estuda as caracter´ısticas e impactos da intera¸cão do grupo infantil com as tecnologias e interfaces de computadores para que as particularidades e caracter´ısticas deste grupo fa¸cam parte do design dos produtos. Aplica¸cões que unem diversão e objetivos educacionais podem usar o conceito de ICC (NIJHOLT, 2012). Destaca-se ainda que, apesar dos estudos relacionados à IHC voltados às crian¸cas serem considerados recentes, há um marco histórico no final da década de 60 com o surgimento da linguagem LOGO (PAPERT, 1985; PAPERT, 1994). Ainda assim, o desenvolvimento e crescimento do volume de pesquisas na área de ICC publicadas em eventos e periódicos de IHC levaram, em 2002, ao surgimento de um evento anual sobre o tema (MARKOPOULOS et al., 2007). Este é denominado de Interaction Design and Children (IDC) e encontra-se neste ano de 2016 na 16a

edi¸c˜ao (ACM, 2016).

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Usuário (NUI). Após este lan¸camento passou a ser poss´ıvel a explora¸cão deste tipo de interface para inúmeras finalidades (MICROSOFT, 2012a). A NUI permite que o usuário manipule o conteúdo de uma tela ou o controle de aplica¸cões por meio de gestos natu-rais (JORDAN, 2011). Sendo assim, pode-se defender, como uma relevância do presente trabalho, o propósito de investiga¸cão e análise pertinente à captura de movimentos do Kinect, por meio do uso do Sof tware Development Kit (SDK) para o sensor, que foi lan¸cado pela Microsoft e vem estimulando desenvolvedores que desejam criar novas apli-ca¸cões (MICROSOFT, 2012a), como por exemplo para apliapli-ca¸cões voltadas para a área de ICC e ensino de matemática.

A rela¸cão das crian¸cas com o meio tecnológico (superf´ıcies multitoque e videogames) faz com que o assunto seja discutido amplamente quanto às implica¸cões que essa intera¸cão pode causar, podendo estas serem benéficas ou não (TAVARES, 2006). Em 2014 o relató-rio anual daEntertainment Sof tware Association aponta que só no Estados Unidos as empresas de software de entretenimento interativo venderam mais que U$ 21,5 bilhões em produtos (ESA, 2014). Outro levantamento aponta que, desta fatia, os Serious Games, considerando tanto os jogos de simula¸cão e os educativos, representaram U$ 5,7 bilhões das vendas de 2014 (ADKINS, 2015).

Canabrava (2013) relaciona o contato infantil com o mundo digital com o fato de as crian¸cas serem sedentárias, obesas e mais propensas as doen¸cas que este estilo de vida pode causar. Outro estudo aponta uma estimativa de que 17,6 milhões de crian¸cas com menos de 5 anos em todo o mundo está acima do peso ou obesa, citando também, como um dos fatores responsáveis, os jogos digitais. Nos dois trabalhos é explorada a possibilidade de unir o entretenimento que o jogo digital pode oferecer para o público infantil com atividade f´ısica, com o auxilio de dispositivos de captura de movimento para fazer com que o jogo tenha divertimento auxiliado a um gasto energético considerável (FIESE et al., 2013).

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Ao mesmo tempo, trazer jogos para o ambiente escolar pode também ser um item motivador para o processo de aprendizagem por adicionar divertimento ao processo. Mo-tivar o aprendizado cont´ınuo é um desafio, mas podendo interferir positivamente na vida de uma crian¸ca, o desafio já é por si só fato motivador. Atualmente existe elevada pos-sibilidade de encontrar diversos materiais em inúmeros formatos, mas sem construir um conhecimento de forma efetiva (GAGNÉ; BRIGGS; WAGER, 1992) e manter a motiva¸cão durante todo o processo de aprendizagem (KELLER; SUZUKI, 2004).

Neste cenário, por outro lado, existem também pesquisas e desenvolvimentos para conseguir inserir tecnologia na sala de aula. De acordo com Kishimoto (2011), jogos e brincadeiras têm importância para o ensino infantil, pois estimulam a criatividade, e o aprendizado é mais rápido e prazeroso por estar no contexto lúdico. Sendo assim, existem inúmeras possibilidades de utiliza¸cão de ferramentas tecnológicas com cria¸cão baseada em Game Design, que podem ser exploradas para o público infantil (BRATHWAITE; SCHREIBER, 2009).

Pode-se ressaltar também as recomenda¸cões das práticas pedagógicas das Diretrizes Curriculares Nacionais para Educa¸cão Infantil (BRASIL, 2010) quanto ao desenvolvi-mento de ferramentas com tecnologias recentes e com apelo lúdico como fator motivador social para o trabalho a ser desenvolvido.

Assim, o desejo de educadores e pesquisadores/desenvolvedores da área de jogos con-verge para unir atividades f´ısicas com o divertimento dos jogos eletrônicos, dando a possi-bilidades de ensinar e gerar gasto energético. Este trabalho teve o intuito de desenvolver um jogo eletrônico com NUI para conseguir propiciar aprendizagem de no¸cões matemá-ticas para crian¸cas entre 4 e 6 anos de forma divertida e, ao mesmo tempo, incentivar atividades que exigem movimenta¸cão corporal.

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tempo exige maior movimenta¸cão em pé, logo um maior gasto calórico com rela¸cão a ficar sentado e parado. Para o jogador, o objetivo do jogo é explorar um percurso e concluir desafios que envolvem lógica matemática e atividade f´ısica. Dessa forma deseja-se con-tribuir positivamente para o desenvolvimento de direcionamento espacial e de racioc´ınio lógico para essa faixa etária.

O jogo desenvolvido também pode contibuir positivamente, no âmbito inovativo, por ser um jogo elaborado com uma tecnologia de interface do usuário evolu´ıda da Graphic U ser Interf ace (GUI - Interface Gráfica do Usuário) e inserida recentemente no mer-cado, e todo o conteúdo constru´ıdo com a l´ıngua portuguesa. Isso facilita a aplica¸cão da ferramenta tecnológica na sala de aula pré-escolar com intuito de motivar o aprendizado (MICROSOFT, 2012a; JORDAN, 2011; MICROSOFT, 2014b; BRASIL, 2010).

A partir deste contexto, a organiza¸cão deste trabalho é apresentada da seguinte forma: no segundo cap´ıtulo é trabalhado o referencial teórico pertinente para a compreensão deste trabalho. Primeiramente é explorado o conceito de jogo e as teorias sobre design degames

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Cap´ıtulo 2

REFERENCIAL TE ´

ORICO

2.1 Conceito de Jogo

Existem diferentes defini¸c˜oes de jogo, variando de autor para autor. A seguir algumas delas s˜ao apresentadas.

Huizinga (2000) defende que, assim como o racioc´ınio é essencial para oHomo Sapiens, o elemento lúdico é fundamental para oHomo Ludens, e explora, em seu trabalho, como o jogo foi um item indispensável na forma¸cão da civiliza¸cão. Ele define jogo como sendo uma atividade voluntária, limitada em tempo e espa¸co, fora da vida cotidiana, na qual o jogador segue regras pré-determinadas e obrigatórias do come¸co ao fim, além de ter a capacidade de absorver o jogador inteiramente e intensamente, com tensão e alegria.

Na defini¸cão de Brathwaite e Schreiber (2009) jogo é uma atividade regrada, que pode ou não ter conflito, e o adversário pode ser outro jogador ou o computador. O jogo pode conter elementos de azar, de aleatoriedade e de destino (ter o percurso pré-definido). Os autores também conceituam o videogame, definindo-o como um jogo que de alguma forma tem uma tela como interface de v´ıdeo.

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Existem jogos em que não é necessário o uso de computadores ou outra tecnologia digital. Pode-se citar os jogos de tabuleiro, como Dama ou Xadrez e jogos esportivos, como Tênis e Vôlei, como exemplos de jogos não digitais (SCHELL, 2008), conforme a figura 2.1.

Figura 2.1: Xadrez - um jogo de tabuleiro

Fonte: (BRATHWAITE; SCHREIBER, 2009, p. 26).

Atualmente uma das formas mais apreciadas e jogadas é o videogame, referenciado também por jogo digital (ESA, 2014). A defini¸cão de Rogers (2010, p. 3) é que “um videogame é um jogo que é ‘jogado’ em uma tela”, que condiz com a defini¸cão anterior.

Apesar do avan¸co da tecnologia ter possibilitado o aparecimento de jogos que utili-zam hologramas, óculos de realidade virtual, etc., dispensando o uso de telas propriamente ditas, esta defini¸cão ainda será válida se substitui a expressão telas por dispostivos ele-trônicos de Intera¸cão Humano-Computador.

Para entender o conceito de jogo digital é necessário conhecer também os elementos que o compõe. Na defini¸cão de Schell (2008) existem quatro componentes principais para formar um jogo, conforme a figura 2.2.

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Figura 2.2: Trad. Quatro elementos b´asicos que formam um jogo

Fonte: (SCHELL, 2008, p. 42).

tem mecânica. É a mecânica que constrói a jogabilidade, a interatividade que os jogos possuem. Sendo tão influente na jogabilidade é fundamental que a mecânica escolhida seja coerente com os outros elementos. De acordo com Brathwaite e Schreiber (2009) os atributos de jogos mais comuns são:

• Configura¸cão- A última regra do jogo nem sempre deve ser como o jogo come¸cou; • Condi¸cões de vitória - Esta mecânica exige que o jogo tenha pelo menos uma regra que descreve como o jogo poderá ser ganho. Isso não acontece, por exemplo, nos jogos do tipo RPG (Role₋P laying Games);

• Progressão do jogo - É a mecânica do jogomultiplayer, precisa-se definir quem come¸cará e de que forma. Pode ser em turnos (onde cada um joga na sua vez) ou em tempo real, quando os jogadores interagem ao mesmo tempo;

• A¸cões do jogador- Descreve o que o jogador pode fazer e quais efeitos essas a¸cões terão sobre o jogo;

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jogo RTS (Real T ime Shooter) pode ser colocada n´evoa na cena, para que o jogador n˜ao consiga ver os inimigos.

Não obrigatoriamente o jogo precisa seguir estritamente uma única mecânica. Elas podem ser combinadas entre si, para melhorar a experiência do jogador e ser mais coerente com a história em questão.

A história, ou narrativa, é a sequência dos eventos oferecida, que permite entender o contexto de conteúdo, ou propriamente a história do personagem, ou cidade, etc. Sendo que quando se deseja que a história seja contada paulatinamente no jogo, a mecânica escolhida deve permitir este entrela¸camento.

Estética é a apresenta¸cão do jogo com rela¸cão ao sons, aparência, sentimentos do joga-dor e outros elementos que agucem os sentidos. A importância da estética está altamente associada à imersão e experiência do jogador. A tecnologia escolhida deve permitir que a estética do jogo seja desenvolvida. Logo, assim que definida a história e mecânica, deve-se escolher em conjunto a tecnologia e estética.

A tecnologia é o meio material e virtual de como o jogo será implementado e mostrado. A tecnologia de um livro, por exemplo, é o papel. Pode-se considerar que a tecnologia de um jogo digital seja a plataforma em que ele foi programado, a interface onde ele pode ser jogado, incluindo controle e parte sonora e visual, além da forma como ele será oferecido, CD para jogar em computador é um exemplo.

Schell (2008) destaca ainda que nenhum destes quatro elementos é mais importante que outro, todos são essenciais. Cada um exerce influência sobre os outros. Assim todos eles devem ser equilibrados e trabalhados para o mesmo objetivo: dar a experiência do jogo desejada ao jogador (SCHELL, 2008).

Tais elementos, para a elabora¸c˜ao de um jogo, s˜ao combinados e detalhados noGame Design, descrito a seguir.

2.2 Game Design

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Game Design é o ato de decidir como o jogo deve ser, sendo as decisões incorporadas ao processo deGame Design. Este mesmo conceito é abordado tanto para a cria¸cão de games digitais como não digitais.

Brathwaite e Schreiber (2009) citam ainda o fato de que o Game Design deve ser centrado no jogador, considerando suas caracter´ısticas e seu desejos com o jogo. Isso significa que o desenvolvimento do jogo deve permitir que as decisões que os jogadores tomam afetem o os resultados no fim, como exemplo de jogos de labirinto, onde o tempo de chegada e a própria conclusão do jogo dependem diretamente das dire¸cões que o jogador decide tomar. Outro ponto citado pelos autores é o fato de que para desenvolver um jogo nos pilares deGame Design não se pode considerar apenas o conhecimento adquirido de programa¸cão ou a arte do jogo, e sim, as duas em conjunto.

Já na visão de Rogers (2010), o processo de cria¸cão de jogos antigamente podia ser realizado por uma mesma pessoa, a exemplo do jogoP rince of P ersia, em que o criador elaborou a arte, a música e a programa¸cão. Nos dias atuais são necessários, além de uma idéia e um Game Design Document(GDD) 1

, um time de desenvolvimento com progra-mador, artista, designer, produtor, compositor e designer de som. Isso porque conforme o decorrer do tempo, e maior disponibilidades de ferramentas tecnológicas e plataformas de desenvolvimento, os jogos foram ganhando personagens com história, com detalhes, n´ıveis, cada vez aumentando a experiência virtual e social que os jogos contemporâneos podem oferecer.

Para complementar o contexto pertinente ao jogo e do Game Design é necessário compreender como os jogos são classificados, o que está disposto no próximo tópico.

2.3 Jogos Educativos

A literatura de Game Design traz uma tipologia para os jogos digitais, a partir da suas caracter´ısticas individuais que, quando em conjunto tornam o jogo espec´ıfico em gˆenero. Assim como gˆeneros de livros e filmes, o jogador tende a gostar mais de alguns tipos do que de outros (SCHELL, 2008).

(24)

Segundo Mustaro (2015), existem tipologias de jogos e elas podem ser destacadas ao longo dos anos devido à evolu¸cão do número de caracteriza¸cões, tipo de enfoque, formas de controle, dentre outros aspectos. A partir da evolu¸cão tecnológica e da indústria de jogos digitais, a Figura 2.3 estrutura, a partir da mecânica, as principais correntes tipológicas estabelecidas desde a década de 80.

Tendo em vista o panorama proposto por Mustaro (2015), o presente trabalho encontra-se localizado como um Serious Game, sendo um Jogo Educativo (com mini jogos entre telas do jogo principal, conforme melhor descrito nos cap´ıtulos Metodologia e Resultados).

Os jogos podem oferecer mais do que puramente entretenimento. Eles podem ter um propósito principal diferente, sendo que é adicionado o entretenimento para facilitar que o objetivo principal seja alcan¸cado, além de prover divertimento para o público alvo. Jogos educativos são desenvolvidos normalmente para aprendizagem de habilidades operacionais ou comportamentais, e também para auxiliar no ensino de algum conteúdo espec´ıfico (BRATHWAITE; SCHREIBER, 2009). Desde que o jogo tenha sido desenvolvido com o devido planejamento pedagógico e com todas as caracter´ısticas básicas de um jogo (Game Design), pode-se utilizar a interatividade destes para os alunos simularem os procedimentos, e, em alguns casos, até usar a pontua¸cão como uma primeira forma de avalia¸cão (MORAIS, 2011).

Os benef´ıcios dos jogos são muitos. Existem, por exemplo, estudos apontando que o fato de jogar consegue previnir o envelhecimento do cérebro. Outros estudos apontam que os cirurgiões de laparoscopia que jogam pelo menos 3 horas por semana têm 37% menos erros durante o procedimento e são 27% mais rápidos que os cirurgiões que não jogam (BRATHWAITE; SCHREIBER, 2009).

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Figura 2.3: Tipologia de jogos digitais

Fonte: (MUSTARO, 2015, p. 214).

2004).

(26)

para est´ımulo da percep¸cão, lógica e habilidades motoras de crian¸cas com S´ındrome de Down, e no jogo o personagem principal tem as mesmas fei¸cões que o seu público alvo.

Figura 2.4: Exemplo de tela do Jecripe

Fonte: (BRANDAO et al., 2014, p. 3).

A partir da contextualiza¸cão de jogos e seus componentes, é preciso explorar aspectos espec´ıficos que podem contribuir em propostas de serious games, como é o caso da Intera¸cão Crian¸ca Computador.

2.4 Intera¸

c˜

ao Crian¸

ca-Computador

A Intera¸cão Crian¸ca Computador é uma área de estudo que trata das caracter´ısticas e impactos da intera¸cão do grupo infantil com as tecnologias e interfaces de computadores, para que as particularidades deste grupo fa¸cam parte do design.

(27)

da linguagem LOGO por Seymour Papert e Wally Feurzeig, no fim da década de 60. Papert chegou a trabalhar com Jean Piaget, que foi o desenvolvedor da teoria de Epis-temologia Genética, e cujo estudo influenciou positivamente os trabalhos de inser¸cão de computadores na educa¸cão com abordagem do construcionismo (BRASIL, 1998).

Papert (1994) não concorda com a falta de moderniza¸cão da escola. Segundo o autor a tecnologia deveria ser parte integrante das atividades em sala de aula. Na década de 80 ele já previa que as crian¸cas do futuro teriam, por meio de gestos e toques, acesso a máquina do conhecimento2

(forma como ele chama o computador acess´ıvel `a crian¸ca para auxiliar seu aprendizado). Percebe-se hoje a quantidade de aplicativos e jogos que s˜ao lan¸cados para crian¸cas em tablets, smartphones e consoles com dispositivos de captura (DUH et al., 2010).

Para Papert (1994) o fato de as crian¸cas terem contato com a tecnologia antes de serem alfabetizadas não mudaria a necessidade de tal aprendizado. Pela observa¸cão do autor o fato de a escola não ter se adequado a tecnologia tem como consequência uma t´ıpica situa¸cão: a mesma crian¸ca que consegue executar tarefas complexas num videogame de maneira lúdica não consegue ter o mesmo desempenho em termos de aprendizado na sala de aula, pois a técnica de aula não é tão motivadora quanto o jogo.

Para estudar suas percep¸cões e conceitos, Papert (1994) criou a linguagem LOGO, que é uma linguagem de programa¸cão interpretada, com intuito de ser utilizada como ferramenta de apoio ao ensino para crian¸cas. O ambiente tradicional é composto por um robô em formato de tartaruga, que responde os comandos assim que são digitados, sendo assim uma forma interativa de incentivar o aprendizado. O estudante consegue imediatamente saber se acertou ou errou, aprendendo de forma mais prática e estimulante.

A empresa LEGO Group em parceria com o laboratório Media Lab do MIT (cujo um dos fundadores foi o próprio Papert) lan¸cou na década de 80 o LEGO Mindstorm, que é um brinquedo com objetivo de ensinar lógica de programa¸cão, mas que as crian¸cas podem montar seus próprios robôs, colocando os motores e engrenagens a sua vontade, e depois programando-os. Esse projeto tem como inspira¸cão a obraM indstorm:Children, Computers and P owerf ul Ideas(PAPERT, 1985).

(28)

2.5 Tecnologias de Interfaces Naturais

A Interface Natural do Usuário (NUI) utiliza comportamentos naturais humanos para interagir diretamente com o conteúdo digital. Uma camada de software em uma aplica¸cão computacional faz a medi¸cão das intera¸cões do usuário com o computador de uma forma intuitiva e natural por meio dos movimentos do corpo, voz e toque. Ela depende apenas de um usuário capaz de interagir com o ambiente diferentemente da maioria das interfaces de computador que utilizam um dispositivo de controle artificial (mouse, teclado e outros) cuja opera¸cão tem de ser aprendida por meio de botões como, por exemplo, um controle de videogame, em que, às vezes, pode acarretar numa sobrecarga cognitiva para aprender a fun¸cão de cada botão e em que momento eles devem ser acionados (RAUTERBERG; MAUCH; STEBLER, 1996).

A Command Line Interf ace (interface de linha de comando - CLI) foi a interface para os primeiros computadores lan¸cados, que possu´ıam apenas o teclado como interface de entrada para o usuário interagir, e de sa´ıda um monitor; evoluiu-se para Graphical U ser Interf ace (interface gráfica de usuário - GUI) que trouxe uma padroniza¸cão das janelas devido ao novo dispositivo de entrada, o mouse; e por último a NUI representada na figura 2.5.

Figura 2.5: Evolu¸c˜ao das interfaces de usu´ario

Fonte: (JORDAN, 2011, p. 1).

(29)

console Xbox360, por meio de uma interface mais natural, simples e flex´ıvel (CARDOSO; SCHMIDT, 2012). N˜ao se faz mais necess´ario aprender a manusear os dispositivos de controle para cada tipo de jogo que pretende-se interagir (TOGORES, 2011).

Figura 2.6: Kinect v1 para XBOX 360

Fonte: (MICROSOFT, 2012b).

Já em 16 de junho de 2011 a Microsoft passou a permitir (para uso não comercial) que programadores pudessem, por meio de um kit gratuito de desenvolvimento no ambiente Windows (SDK), escrever programas/aplica¸cões utilizando o Kinect como periférico de entrada, possibilitando um leque diferenciado de aplica¸cões por meio da captura e pro-cessamento de voz e gestos corporais. Aproximadamente um ano após o lan¸camento do Kinect v1 para o console, no dia 31 de outubro de 2011, a Microsoft lan¸cou uma página na internet exclusiva para desenvolvedores, sob o t´ıtulo de Kinect f or W indows, que permite a intera¸cão do hardware com o computador (MICROSOFT, 2012a).

(30)

uma camada de processamento de vis˜ao computacional.

O sensor Kinect v1 é uma barra horizontal de 23cm, conforme figura 2.6, ligado a uma base motorizada, controlando o ângulo de eleva¸cão do sensor, e foi constru´ıdo para ser colocado longitudinalmente acima ou abaixo da televisão. Possui uma câmera RGB (Red Green Blue), que permite o reconhecimento facial da pessoa que está em frente do console; sensor de profundidade, que permite ao acessório escanear parcialmente o ambiente a sua volta em três dimensões e microfones, que além de captar as vozes mais próximas, consegue diferenciar os ru´ıdos externos. O sensor é capaz de detectar 48 pontos de articula¸cão do corpo (MICROSOFT, 2012b).

Seu software foi desenvolvido internamente pela Rare, uma subsidiária da Microsoft Game Studios, e a câmera foi desenvolvida pela Prime Sense desenvolvedora israelense, que elaborou um sistema que pode interpretar gestos espec´ıficos, tornando o controle de dispositivos eletrônicos poss´ıvel com as mãos livres. Esta plataforma utiliza um projetor infravermelho, câmera e um microchip especial para acompanhar o movimento de objetos e pessoas em três dimensões (CARDOSO; SCHMIDT, 2012).

Já em junho de 2014 a Microsoft lan¸cou, em sua loja oficial, o Xbox One e o Ki-nect v2 (conforme figura 2.7 ), ambos podem ser vendidos em conjunto ou separadamente (MICROSOFT, 2014a). Foram realizadas melhorias na qualidade dos componentes eletrô-nicos do sensor Kinect, neste dispositivo a câmera RGB consegue captar e transmitir v´ıdeo colorido na taxa de 30 fps com resolu¸cão de 1920p x 1080p (Full HD) , na distribui¸cão dos sensores e na qualidade da capta¸cão e processamento de imagem.

(31)

Figura 2.7: Kinect v2 para XBOX One

Fonte: (MICROSOFT, 2014a).

Figura 2.8: Compara¸c˜ao de sensibilidade de profundidade entre Kinect v1 e v2

Fonte: (MICROSOFT, 2014c).

(32)

Figura 2.9: No Kinect v2 separadamente: Infravermelho, Profundidade e camera Full HD

Fonte: (MICROSOFT, 2014c).

amadores, que tamb´em ´e fornecido pela Microsoft (MICROSOFT, 2014b).

Figura 2.10: Kinect v2 com adaptador de alimenta¸c˜ao USB 3.0

Fonte: (MICROSOFT, 2014b)

(33)

ser aplicados ao contexto educacional e mais especificamente `a educa¸c˜ao infantil.

2.6 Educa¸

c˜

ao Infantil:

Propostas para

Aprendiza-gem e Tecnologias Envolvidas

As superf´ıcies multitoque hoje estão presentes em dispositivos de uso muito comuns do dia a dia: tabletsesmartphones. Esse é um exemplo de que, cada vez mais, os avan¸cos da tecnologia vêm melhorando a intera¸cão homem-máquina, tornando as interfaces cada vez mais transparentes e intuitivas (TOGORES, 2011).

Ao mesmo tempo a indústria de jogos vem se expandindo exponencialmente nos ´ ul-timos anos, com base na oferta de experiências sensoriais cada vez mais impactantes adaptadas a um segmento alvo de usuários. O que antes era projetado para uma ampla coletividade visando entretenimento puro, nos últimos anos foi projetado para um público com diferentes necessidades e habilidades espec´ıficas. Os jogos infantis desenvolvidos, até então, tem sido amplamente criticados por não serem atraentes para as crian¸cas e por não oferecerem uma experiência de jogo irresist´ıvel (MOSER; FUCHSBERGER; TSCHELIGI, 2011). De acordo com Duh et al. (2010), 82% das crian¸cas norte americanas são jogadores ativos.

A educa¸cão infantil não pôde oferecer o mesmo cenário de avan¸co no ambiente escolar. Stump e Mustaro (2005) defendem que as mudan¸cas frequentes dos avan¸cos tecnológicos e da sociedade que ocorreram no decorrer dos anos impactam diretamente a educa¸cão escolar. Sem acompanhar as mudan¸cas tecnológicas acaba-se perdendo a motiva¸cão das crian¸cas para o aprendizado (PEDROSA; STUMP, 2011).

Aliado a isso, destaca-se que o ato de aprender acontece quando a informa¸cão se transforma em conhecimento. Isso é uma altera¸cão que ocorre nas estruturas cognitivas constantemente. A finalidade básica do aprendizado foi esquecida e mais do que isso, foi deturpada. O estudo se tornou uma obriga¸cão, e assim é uma atividade desagradável (PIAGET, 1973).

(34)

seguir os princ´ıpios éticos, pol´ıticos e estéticos, dos quais pode-se destacar a autonomia, criatividade e ludicidade. Assim, a educa¸cão infantil deve ter como eixos norteadores brin-cadeiras e intera¸cões que promovam o aprendizado, incentivem a explora¸cão, a indaga¸cão e o conhecimento com rela¸cão ao tempo, natureza e o mundo f´ısico e social.

Ao mesmo tempo, o Referencial Curricular Nacional para a Educa¸cão Infantil (BRA-SIL, 1998) diz que o ensino da Matemática, que normalmente é considerado como a repe-ti¸cão ordinal e abstrata não consegue, por si só, fazer a crian¸ca abstrair o conhecimento. Esse conhecimento deve ser adquirido por meio f´ısico, no mundo real, por brincadeiras, jogos, indaga¸cões sobre o ambiente, para que então a crian¸ca possa formar o conhecimento abstrato da Matemática.

Da mesma forma, as oportunidades educacionais se ampliaram (CASTELLS, 1999). Existem inúmeras formas e ferramentas de aprendizagem que vão desde aprender na sala de aula, ou mesmo por meio de buscas em ferramentas na Internet, de intera¸cões com outros estudantes/professores, por meio de ferramentas de simula¸cão, constituindo uma proposta conectivista (SIEMENS, 2005).

Assim, com o foco no público infantil e na necessidade do ensino lúdico, pode-se construir jogos educativos. O desenvolvimento de um jogo deve ser focado no jogador (BRATHWAITE; SCHREIBER, 2009) e institu´ıdo por meio do game design. Este é o projeto do jogo, que une, não apenas a arte gráfica, como também a escolha da plataforma de programa¸cão, no caso de jogos eletrônicos, que devem ser aderentes ao tema do jogo. Aliado a tecnologia de games é poss´ıvel fazer uma aplica¸cão dos estudos de Piaget, para estruturar os desafios do jogo de forma a possibilitar que a crian¸ca reflita e comece a estruturar o racioc´ınio sobre a aplica¸cão dos números seu dia a dia, e assim colaborar com a aprendizagem de matemática (KAMII, 1990).

2.7 Trabalhos Relacionados

(35)

para elaborar um plano de exerc´ıcios personalizado para cada paciente melhorando os resultados por meio de uma rotina dinˆamica de exerc´ıcios fisioterapˆeuticos.

Por outro lado, devido ao lan¸camento do Kinect ter ocorrido na última década a maior parte dos trabalhos envolvendo crian¸cas encontrados envolvem matemática, jogo digital educativo e crian¸cas não alfabetizadas, como os apresentados a seguir:

Um dos trabalhos construiu um jogo digital conciliado com pedagogia e manipula¸cão de objetos para crian¸cas com necessidades especiais entre 3 e 6 anos de idade. É um jogo de fazenda desenvolvido por um grupo de pesquisadores da Inglaterra que utilizam uma plataforma chamada N IKV ision tabletop formada por uma tela (Figura 2.11 - 6), um computador (Figura 2.11 - 3), um projetor (Figura 2.11 - 4) e brinquedos reais que cabem na mão das crian¸cas para jogar mini games de fazenda. A idéia é que a crian¸ca posicione os animais e objetos t´ıpicos do tema na mesa translucida (Figura 2.11 - 1), formando uma espécie de tablet que, por meio de sensores infravermelho (Figura 2.11 -2), consegue identificar a posi¸cão onde a crian¸ca colocou as pe¸cas (MARCO; CEREZO; BALDASSARRI, 2013).

Figura 2.11: Elementos da plataforma doN IKV ision T abletop

Fonte: (MARCO; CEREZO; BALDASSARRI, 2013, p. 1580).

(36)

posi¸c˜ao dos brinquedos do tabuleiro exibindo na tela, usando assim realidade aumentada (MARCO; CEREZO; BALDASSARRI, 2013).

Figura 2.12: Vis˜ao do jogo na plataforma N IKV ision T abletop

Fonte: (MARCO; CEREZO; BALDASSARRI, 2013, p. 1581).

Um grupo de pesquisadores nos EUA criou 8 aplicativos para iPad e um conjunto de cartas e tabuleiros complementares ao jogo, com base nas recomenda¸cões do Departamento de Educa¸cão de Washington para o ensino de matemática para crian¸cas de 4 anos. É formado por mini games, nomeado Gracie And F riends, com elementos divertidos para crian¸cas da cidade grande como balões, comida, limonada, fotos e floresta, conforme figura 2.13 (ORR et al., 2015).

Figura 2.13: Jogo no tablet e elementos n˜ao digitais

(37)

O jogo de Orr et al. (2015) foi estruturado com manuais de aulas para professores, 8 aplicativos divididos em dois grupos e dois grupos de material n˜ao digital, conforme a figura 2.14.

Figura 2.14: Divis˜ao dos elementos do jogo

Fonte: (ORR et al., 2015, p. 459).

Já na Alemanha um grupo de pesquisadores desenvolveu um jogo digital envolvendo matemática para iPad baseado nas teorias de Piaget para crian¸cas de 4 e 5 anos. O jogo chama-se Critter Corral que tem como objetivo ajudar as crian¸cas a aprenderem a essência do conceito dos números, magnitude relativa, identifica¸cão dos algarismos e correspondência de um para um, conforme figura 2.15. O jogo foi testado com alunos da pré-escola, e os autores defendem que o maior resultado foi com rela¸cão à descri¸cão dos problemas e pesquisa de design de decisões para o público infantil. Destacam também que os resultados das crian¸cas sugerem um futuro promissor com rela¸cão ao jogo e a forma de medi¸cão de aprendizado com tablets (BLAIR et al., 2015).

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Figura 2.15: Duas cenas do jogo Critter Corral

Fonte: (BLAIR et al., 2015, p. 729).

desempenho (KARIME et al., 2012).

(39)

Figura 2.16: Tela e tapete do jogo de mem´oria

(40)

Cap´ıtulo 3

ENSINO DE MATEM ´

ATICA PARA

O P ´

UBLICO INFANTIL

Muitos educadores consideram que o ensino da Matemática ocorre pela repeti¸cão e abstra¸cão de seu conteúdo, organizando atividades periódicas que aumentam o n´ıvel de dificuldade gradativamente. Exemplos de atividades com associa¸cão e repeti¸cão são: colar bolinhas de crepom nos algarismos separadamente, transformar o número em um desenho com olhos, boca e nariz, ou ainda, representar o número com a associa¸cão do algarismo com desenhos repetidos na quantidade que o mesmo representa, como dois patinhos na lagoa representando o número 2. O problema deste método de decorar os algarismos é que ele não consegue, por si, fazer a crian¸ca abstrair o conhecimento, pois ela decora e não entende, não podendo assim construir o aprendizado (BRASIL, 1998).

Outro método difundido é que a crian¸ca manipule objetos concretos para, então, formar um conceito abstrato. Dessa forma tenta-se dissociar a a¸cão f´ısica da intelectual, mas essa separa¸cão não existe para o sujeito. A crian¸ca forma, ao seu próprio sentido, um ponto de vista com aquela manipula¸cão que, muitas vezes, não é o almejado pelo educador, não atingindo o objetivo intelectual proposto pelo método (BRASIL, 1998).

(41)

pensamento lógico-matemático. Atividades como classifica¸cão, ordena¸cão e compara¸cão de objetos conseguem atingir tal objetivo (BRASIL, 1998).

As recomenda¸cões do Referencial Curricular Nacional para a Educa¸cão Infantil trazem como necessidades: dar as crian¸cas de quatro a seis anos a capacidade de reconhecer e valorizar os números e opera¸cões como ferramentas do seu cotidiano, conseguir comunicar hipóteses, ideias matemáticas e resultados de situa¸cões-problema sobre medidas e quanti-dades complementando-os com linguagem matemática, além de conseguir ter confian¸ca no próprio conhecimento adquirido para lidar com novas situa¸cões-problema que necessitem do conteúdo de matemática.

Apesar das recomenda¸cões apresentarem uma forma de contribuir com o aprendizado das crian¸cas é dif´ıcil para elas compreenderem o número nos primeiros contatos. As crian¸cas conseguem recitar os números de 1 a 10 assim como recitam uma cantiga infantil, não fazendo a associa¸cão de um para um nem compreendendo os conjuntos. Elas precisam de tempo, um ambiente que facilite a manipula¸cão e distribui¸cão de objetos e espa¸co para reflexão para então come¸car a desenvolver o racioc´ınio lógico (BRASIL, 1994).

Na literatura espec´ıfica pode-se destacar o livro A Crian¸ca e o Número, da Dra. Cons-tance Kamii, obra que aborda como crian¸cas entre 4 e 6 anos desenvolvem o pensamento lógico matemático. Kamii traz no livro uma reflexão e análise clara sobre as rela¸cões da crian¸ca com o número, como ocorre o aprendizado, formas de uso e conceito para cada idade e maneiras de como os professores podem trabalhar a matemática em sala de aula de forma adequada. Sua obra foi fundamentada nos estudos de Piaget, que possui maior ênfase na epistemologia do processo de aprendizagem (KAMII, 1990). O livro Professor na Pré-escola Vol. II também trás exemplos de atividades e explana¸cão dos objetivos que o professor precisa entender e aplicar para possibilitar o ambiente necessário para o aprendizado de matemática pré-escolar por parte das crian¸cas (BRASIL, 1994).

As crian¸cas aprendem os números por meio da compara¸cão de conjuntos, por meio da abstra¸cão reflexiva (ou construtiva). Mas a abstra¸cão reflexiva é dependente da abstra¸cão emp´ırica, por meio da qual ela vai observar os objetos ao seu redor e pensar sobre eles (KAMII, 1990), (BRASIL, 1994).

(42)

coisas como: “Quantas borrachas precisamos pegar no armário para que cada aluno receba uma?”, assim, o professor ajuda-o a entender que é poss´ıvel saber quantas borrachas ou lápis se precisa ao todo, se for poss´ıvel saber quantos alunos precisam do material. Outra atividade proposta pelo livro é que os professores pe¸cam aos alunos para contar quantos alunos estão na sala para comparar com quantos alunos estão na lista de presen¸ca, a fim de perceber quantos faltaram. É poss´ıvel propor também que os alunos tentem descobrir se tem mais meninas ou meninos naquele dia. A ultima atividade proposta como exemplo no livro é que o professor estimule as crian¸cas a pensar no que forma uma semana e o que forma o mês, fazendo acompanhamento diário do calendário e os ciclos.

J´a Kamii (1990) aborda quatro conceitos, que julga fundamentais para entender a forma que a crian¸ca aprende, antes mesmo de propor exemplos de atividades, s˜ao eles:

• Igualdade: a crian¸ca ´e capaz de distribuir o mesmo n´umero de elementos um a um;

• Conserva¸cão: a crian¸ca é capaz de perceber a mesma quantidade de elementos, mesmo em arranjos de distribui¸cão diferentes;

• Contra argumenta¸c˜ao: a crian¸ca consegue explicar da sua forma o porque do seu racioc´ınio quando o professor sugere que outra crian¸ca respondeu o oposto;

• Quotidade: ´e a capacidade de contar um conjunto, memorizar e poder relacionar aquele n´umero com outro conjunto.

Esse aprendizado depende da forma¸cão mental do pensamento lógico matemático, que come¸ca a se desenvolver por volta dos 4 anos, conforme a Tabela 3.1 onde o sinal “+” indica quando o cérebro da crian¸ca normalmente já está apto para a habilidade em questão e o sinal “-” indica que o cérebro da crian¸ca pode não ter desenvolvido ainda. Kamii considera a tabela um resumo do estudo de Piaget com rela¸cão ao desenvolvimento do racic´ıcio lógico infantil (KAMII, 1990).

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Tabela 3.1: Hierarquia do desenvolvimento da conserva¸c˜ao do n´umero

Igualdade Conserva¸c˜ao

At´e 4 anos -

-de 4 a 5 anos +

-Acima de 6 anos + +

Fonte: (KAMII, 1990, p. 43)

formal dos números, o educador ainda pode levá-la frustra¸cão de confundir os conceitos e não aprender nem uma coisa nem outra.

Em outra corrente, o jogo acabou se tornando objeto de pesquisa de psicólogos, pes-quisadores e educadores em decorrência da importância que o mesmo tem para as crian¸cas da Educa¸cão Infantil, e das possibilidades de aprendizagem por meio dele para facilitar a absor¸cão do conhecimento abordado conseguindo abranger o desenvolvimento do pen-samento lógico-matemático, quando adequadamente constru´ıdo. A crian¸ca pode formar o conhecimento abstrato da Matemática por meio da compreensão prática da necessi-dade dos números e opera¸cões, percebendo assim o quanto são importantes para poder mensurar, quantificar e comparar tudo que está a sua volta (BRASIL, 2010).

Ainda em Brasil (1994) é citado o jogo ”número oculto”para que as crian¸cas tentem adivinha qual número o colega tem em mente (numero que foi pré-memorizado junto com o professor), a partir de sugestões de números dos outros colegas, em que a crian¸ca que oculta o número pré-determinado responde se o número em mente é maior ou menor que a sugestão dada.

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com um grupo de crian¸cas dos quais os professores utilizaram um material didático criado pelos autores para mostrar que o jogo possui fun¸cões trigonométricas e fun¸cões de segundo grau aplicadas, conforme figura 3.1.

Figura 3.1: Manual desenvolvido para utiliza¸c˜ao do jogoAngry Birdscomo aplica¸c˜ao de trigonometria na sala de aula

Fonte: (MOITA et al., 2015, p. 124).

Outro estudo consegue relatar que a experiência durante o jogo pode impactar signifi-cativamente a recorda¸cão do conteúdo abordado, pois no jogo digital é poss´ıvel construir as cenas com descobertas e evolu¸cão dos desafios de forma a influenciar na emo¸cão do jo-gador. Tonéis (2010) ainda relata que a supera¸cão de obstáculos também aumenta a auto estima, e esta torna-se aliada na busca de poss´ıveis métodos para resolver os próximos problemas, estimulando o racioc´ınio lógico e busca de novos métodos, em vez de apenas pedir ao aluno que assinale a alternativa correta, como ocorre no SARESP (Sistema de Avalia¸cão do Rendimento Escolar de São Paulo).

(45)

(46)

Cap´ıtulo 4

METODOLOGIA

4.1 Cria¸

c˜

ao do Jogo e aplica¸

c˜

ao de Conceitos

Relati-vos `

a Aprendizagem de Matem´

atica

Foi desenvolvido um jogo em que uma crian¸ca possa comandar um personagem para percorrer um percurso exploratório com comandos de direcionamento espacial com NUI. Além das no¸cões espaciais foi poss´ıvel trabalhar também com lógica matemática por meio de desafios propostos no decorrer do jogo (mini games), para abrir portas ou destravar algum outro elemento do cenário que leve o jogador a encontrar as pe¸cas perdidas. Dessa forma as atividades educativas foram trabalhadas durante o jogo para alcan¸car o objetivo do mesmo: completar os desafios e encontrar todas as pe¸cas escondidas para juntá-las e abrir um portal que levará o personagem ao Mundo dos Quebra-Cabe¸cas. Os comandos são gerados por gestos corporais e captados pelo dispositivo Kinect v2. Após o processa-mento dos dados de entrada pelo próprio Kinect, os comandos são enviados para o jogo que interpreta os mesmos e os reproduz (considerando que todas as bibliotecas foram de-vidamente inseridas durante a programa¸cão), fazendo o personagem percorrer caminhos dentro do cenário. O sistema completo é, então, composto por: captura de dados pelo Kinect v2, processamento de dados por um computador composto de um programa de interpreta¸cão dos dados, o jogo desenvolvido em uma plataforma degames, e a sa´ıda do mesmo será exibida em uma TV utilizando interface HDMI.

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funcionamento e das possibilidades de integra¸c˜ao de cada tecnologia, conforme descrito nos passos a seguir.

O primeiro passo tratou da pesquisa e análise das funcionalidades do sensor Kinect v1 e Kinect v2 no site oficial de desenvolvedores, que contém arquivos de programas para desenvolvimento de aplica¸cões em linguagem C/C# além de testes com exemplos. Esta análise não conseguiu clarificar o quanto se poderia explorar o sensor quando o público alvo é formado por crian¸cas de faixa etária de 4 a 6 anos, já que as bibliotecas existentes atuam na capta¸cão de espa¸co para adultos.

O Kinect v1 foi testado num notebook Acer Aspire 4738 com processador Intel Core i5 com 4GB de memória RAM, 500GB de HD, com 3 portas USB 2.0, utilizando uma fonte adaptadora especial para fornecer alimenta¸cão elétrica de 12v para o Kinect e for-necer o conector USB 2.0 para ligar no computador, visto que o conector do Kinect v1 é prioritário. O sistema operacional foi o Windows 7 com DirectX 9 da Microsoft, e o kit de desenvolvimento utilizado foi o SDK 1.8 em conjunto com o Visual Studio Express 2010.

O Kinect v2 tem como pré-requisitos o Windows 8 com DirectX 11. O adaptador da Microsoft só funciona em portas USB 3.0. Além dos pré-requisitos anteriores se fez necessário instalar o SDK 2.0 e o Visual Studio 2012. Mais ainda, o controlador USB precisa ser da Intel. Para certificar que todos os pré-requisitos são atendidos a Microsoft desenvolveu um software que verifica todas as caracter´ısticas e emite um relatório para o usuário sobre a compatibilidade. Por atender todos os requisitos solicitados o computador utilizado foi o Mini Desktop HP Elite com processador Intel Core i5 (2 núcleos de 2,9 GHz), 4 portas USB 3.0, 4GB de memória RAM, Windows 8.1 x64, 500GB de HD, e os softwares de pré-requisito solicitados anteriormente.

Logo após, foram realizados testes para escolher qual dos dois sensores seria mais adequado para o desenvolvimento do trabalho. Por meio da pesquisa teórica, a preferência apontava que o uso do Kinect v2 teria os melhores resultados por causa da maior precisão de captura relatada na documenta¸cão oficial do fabricante (Vide item 2.5 do trabalho). Os testes tiveram como objetivo comparar a capta¸cão dos pontos doSkeleton(juntas que correspondem as articula¸cões do corpo) de um adulto e de uma crian¸ca da faixa etária entre 4 e 6 anos.

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feminino com 5 anos de idade, e a própria autora, adulta do sexo feminino, 27 anos de idade. A valida¸cão do teste consistiu em confirmar se houve ou não a capta¸cão dos pontos, e se estes refletiam a posi¸cão espacial da junta satisfatoriamente. O resultado pode ser observado nas figuras 4.1 e 4.2. Para os dois casos foi poss´ıvel observar que existe imprecisão em pontos do ombro, bra¸co e na posi¸cão dos punhos tanto para a crian¸ca quando para o adulto (O tra¸co verde do esqueleto é a capta¸cão com precisão adequada e próxima do real e o tracejado com c´ırculo amarelo é a provável posi¸cão do membro/junta, que nem sempre consegue corresponder a posi¸cão espacial real).

Figura 4.1: Capta¸c˜ao dos pontos na crian¸ca

Fonte: O autor (2014).

O Kinect v2 foi escolhido pela maior facilidade de capta¸c˜ao dos pontos do Skeleton

(49)

Figura 4.2: Reconhecimento de duas pessoas simultaneamente

posi¸cão das mãos punhos e cotovelos quando estes estão sobrepostos ao tronco do jogador. ´

(50)

do processamento das imagens das duas câmeras RGB em conjunto com o infravermelho), no quadro v2 só com o infravermelho do kinect v2 é poss´ıvel identificar a cesta de frutas com bananas e ma¸cãs, uma pessoa digitando em um notebook, e identificar uma parede e a mesa onde os objetos da cena estão apoiados. O Kinect v2 tem 3 sensores infravermelhos e uma câmera RGB full HD.

O próximo passo foi a investiga¸cão das possibilidades da cria¸cão de um jogo numa plataforma de games profissional gratuita ou que possua parcerias com universidades. Nesta mesma etapa se fez necessário a gera¸cão de um protótipo para validar minimamente se a plataforma escolhida tem capacidade de utilizar o Kinect v2 como dispositivo entrada os dados processados pelas ferramentas de desenvolvimento da Microsoft, o SDK e o Visual Studio 2012.

A empresa Unity tem uma plataforma de desenvolvimento de jogos que tem flexi-bilidade de integra¸cão com inúmeros dispositivos por possuir parcerias no mercado com empresas de tecnologia como a Microsoft, Samsung, Nintendo e ser compat´ıvel com a maior parte dos sistemas operacionais e dispositivos móveis no mundo inteiro, conforme os dados oficiais encontrados no seu site. Existem duas maneiras poss´ıveis de obter a licen¸ca do Unit 3D:P rof essional e P ersonal, na primeira op¸cão o desenvolvedor obtem todas as funcionalidades da engine, além de ter suporte da empresa e acesso a alguns pacotes especiais, mas tem um custo que normalmente só é pago por empresas que de-senvolvem jogos comercialmente. A segunda op¸cão não apresenta essas vantagens, mas é gratuita (UNITY, 2015b).

A Microsoft publicou, no fim de 2014, um pacote de funcionalidades para integrar o Kinect v2 a engine Unity, mas apenas na versão Unity Professional. Para os desen-volvedores não comerciais tais funcionalidades não foram disponibilizadas. Por meio da pesquisa sobre a possibilidade de conseguir o pacote para uso acadêmico foi encontrado dentro da Unity Asset Store um pacote de bibliotecas para usar o Kinect v2 no Unity Per-sonal desenvolvida pelo pesquisador austr´ıaco Rumen Filkov, que para usos acadêmicos é gratuita (UNITY, 2015a).

(51)

4.2 Apresenta¸

c˜

ao do jogo desenvolvido com os

con-ceitos abordados

O método utilizado para a cria¸cão dos desafios lógico-matemáticos do jogo baseou-se na maior parte nos princ´ıpios de ensino abordados no livro A Crian¸ca e o Número de Kamii (1990), livro que apresenta de forma clara a aplica¸cão dos estudos de Jean Piaget sobre o desenvolvimento do pensamento lógico-matemático em crian¸cas não alfabetizadas. Os princ´ıpios são:

1. A cria¸cão de todos os tipos de rela¸cões: Encorajar a crian¸ca a estar alerta e colocar todos os tipos de objetos, eventos e a¸cões em todas as espécies de rela¸cões.

2. A quantifica¸cão de objetos: a. Encorajar as crian¸cas a pensarem sobre números e quantidades de objetos quando estes sejam significativos para elas. b. Encorajar a crian¸ca a quantificar objetos logicamente e a comparar conjuntos (em vez de encorajá-las a contar). c. Encorajar a crian¸ca a fazer conjuntos com objetos móveis. 3. Intera¸cão social com os colegas e professores: a. Encorajar a crian¸ca a trocar idéias com seus colegas. b. Imaginar como é que a crian¸ca está pensando, e intervir de acordo com aquilo que parece estar sucedendo em sua cabe¸ca.[...] [p. 42 - 43]

Além disso também foi levada em considera¸cão a recomenda¸cão de Kamii (1990) quanto a não fazer a crian¸ca associar o algarismo nessa faixa etária, conforme cap´ıtulo 3 (Ensino de Matemática para o Público Infantil), para não confundir os conceitos evitando ao máximo o uso de números escritos.

(52)

A partir desse racioc´ınio de gera¸cão das telas foi arquitetada uma narrativa que mo-tivasse a crian¸ca, tanto com elementos que esse público gosta como tema, além de criar cenas com desafios de racioc´ınio lógico matemático aderentes as teorias de Kamii (1990) e Koster e Wright (2004).

Os elementos de cria¸cão das cenas no Unity (texturas, materiais, objetos) foram to-dos adquirito-dos de forma gratuita na Unity Store, o que facilitou o desenvolvimento das cenas, pois a preocupa¸cão foi montar o cenário com elementos existentes, combinando e posicionando de forma a criar ambientes de jogo que fazem sentido no posicionamento, formas, tamanhos, cores e texturas, como na vida real.

Da mesma forma, houve a preocupa¸cão para que os objetos dentro do jogo tivessem tamanhos proporcionais ao Avatar como teria uma pessoa na vida real, como por exemplo a passagem da horta na figura 4.8. Na mesma figura é poss´ıvel observar que no cenário principal existem duas casas, um cercado, plantas, gramado, e um caminho orientativo de por onde a crian¸ca pode procurar as passagens, todos adquiridos gratuitamente na loja vitural do Unity (UNITY, 2015a).

Depois das telas de patroc´ınio (vide Apêndice - Game Desing Document) aparece uma tela (figura 4.3) solicitando o nome e idade da crian¸ca e um botão abaixo de cada avatar. Neste in´ıcio é necessária a ajuda de um adulto para preencher essas informa¸cões escritas.

Existe narra¸cão em todo o jogo com instru¸cões, e nessa cena, antes de come¸car a jogar a crian¸ca é orientada a escolher entre os dois avatares conforme a figura 4.3 (houve colabora¸cão da menina de 5 anos que opinou nesse ponto, com argumentos de que seria muito divertido poder escolher uma menina, já que ela é menina e o autor só tinha considerado um avatar menino). Os Avatares pentencem ao Unity e podem ser usados de forma gratuita para fins não comerciais (UNITY, 2015a).

Com exce¸cão aos campos “Nome” e “Idade”, apresentados na figura 4.3 que exigem o uso de um teclado conectado ao computador e ajuda de um adulto, todo o restante é controlado por meio do Kinect v2 de forma gestual (vide se¸cão Tecnologias de Interfaces Naturais).

(53)

Figura 4.3: Op¸c˜oes para o jogador no in´ıcio

Fonte: O autor (2015)

de quebra cabe¸ca na parte de cima da janela quando estão na cor cinza significou que falta achar a caixa de pe¸cas e quando está amarela significa que você encontrou a caixa. Ao todo são 5 caixas retangulares laranja com um desenho verde no formato de pe¸ca de quebra cabe¸ca que devem ser localizadas. A primeira caixa está logo a frente do avatar no come¸co do jogo, para servir de demonstra¸cão de como preencher de amarelo os campos no canto superior da tela e consecutivamente destravar o portão do desafio final. Essa pe¸ca de quebra cabe¸ca e a textura da caixa laranja foram desenhadas com a ajuda da ferramenta de desenho Gimp 2 e exportadas no formato PNG.

Foi programado um script de reconhecimento de gestos espec´ıficos por meio da reu-tiliza¸c˜ao das bibliotecas do Kinect v2 para ser usado nesta cena. Nesse script foram implementados os seguintes gestos:

• KickLef t - método criado para reconhecimento de gesto de pé esquerdo à frente para fazer o avatar come¸car o movimento de andar;

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Figura 4.4: In´ıcio do jogo

• J ump- m´etodo criado para reconhecimento de gesto de pular e executar a anima¸c˜ao equivalente no avatar;

• RaiseRightHand - reconhecimento de m˜ao direita levantada para fazer o avatar virar `a direita;

• RaiseLef tHand - reconhecimento de m˜ao esquerda levantada para fazer o avatar virar `a esquerda;

• T pose - reconhecimento de ambas as m˜aos levantadas acima do ombro com perma-nˆencia de 1 segundo para avatar parar;

• Stop - reconhecimento de gesto pausar (m˜ao direita para baixo com bra¸co relaxado enquanto bra¸co esquerdo forma ˆangulo de 45o

com rela¸c˜ao ao corpo em p´e) para voltar ao Menu do jogo;

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pode-se ir para a quinta passagem do desafio final. Isto ´e melhor detalhado no decorrer desta se¸c˜ao.

Quando o avatar encosta qualquer parte do corpo na primeira porta, conforme exibido na figura 4.5, acontece uma mudan¸ca de cena para o desafio 1, que ser´a discutido logo na sequˆencia.

Figura 4.5: Primeira porta para chegar ao desafio Compara¸c˜ao de Conjuntos

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selecionar e pegar os objetos no “ar” (PAPERT, 1994; JORDAN, 2011). Nesse desafio a crian¸ca deve selecionar a cor que representa o maior conjunto, e trata principalmente os princ´ıpios 2b. e 2a de Kamii (1990) e a compara¸c˜ao de conjuntos citada em Brasil (1994).

Figura 4.6: Desafio de compara¸c˜ao de conjuntos

Quando a crian¸ca erra a resposta, a narra¸cão diz: “- Hum, você tem certeza? Se não tiver você pode tentar novamente, não tenha pressa” como f eedback de erro. Quando clica na resposta certa, uma anima¸cão de parabéns com o desenho de uma nova caixa laranja surge, conforme figura 4.7, e logo após volta para a mesma porta na cena inicial.

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fazˆe-la repensar se o seu racioc´ınio foi correto.

Figura 4.7: Imagem da anima¸c˜ao de parabeniza¸c˜ao pelo acerto

Depois de voltar para a cena inicial e captar a nova caixa laranja a crian¸ca deve comandar o avatar por meio de gestos para a próxima passagem. A passagem mais próxima percorrendo o caminho é a horta (figura 4.8), e encostando no portão a cena muda para o desafio 2, e terminando o desafio a caixa laranja aparece do lado direito da porta.

O desafio 2 (Separar os conjuntos com rela¸cão a sua forma geométrica - 4.9) consiste em separar os objetos na esquerda e direita conforme sua forma geométrica. Como em todas as cenas, aqui também há uma narra¸cão orientativa. Existe um lado certo para cada formato: as esferas devem ser colocadas na esquerda e os cubos na direita. A cena foi programada para a narra¸cão relembrar o lado correto quando algum elemento for colocado erroneamente, mas sem advertir a crian¸ca quanto ao erro. Quando tudo estiver colocado corretamente é apresentada a anima¸cão de parabeniza¸cão e volta a cena inicial para pegar a caixa que agora aparece em cena. Este desafio aborda principalmente os princ´ıpios 1 e 2c de Kamii (1990).

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Figura 4.8: Avatar na passagem da horta

Figura 4.9: Desafio de separar por tipos

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Figura 4.10: Passagem do contˆeiner

estaca na região inferior da palmeira (perto da raiz) a estaca irá se fixar na posi¸cão certa (do lado esquerdo). Qualquer uma das três estacas se encaixa, mas existe um áudio de

f eedbackem conjunto com uma anima¸cão da rota¸cão da palmeira com rela¸cão ao solo para facilitar no caso de a crian¸ca não perceber que a estaca do meio tem o tamanho semelhante ao das outras estacas que já estão na palmeira do lado direito. A estaca pequena não muda a rota¸cão da palmeira, e a narra¸cão informa: “- Parece que esta estaca não funcionou, o que você acha de testar outra?” Se a crian¸ca pegar a maior estaca a palmeira vai tombar para o outro lado, e a narra¸cão informa:“- Ops, acho que algo não funcionou, você acha que esta estaca tem o tamanho parecido com a outra que já está na palmeira? ”. Assim como nos outros desafios, após completar a tarefa é exibida a anima¸cão de parabéns e o jogo retorna para a tela inicial. Este desafio aborda principalmente ao princ´ıpio 2b de Kamii (1990).

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Figura 4.11: Desafio da estaca certa

Figura 4.12: Porta no casar˜ao

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não precisa necessáriamente contar as bolas, mas ela tem a oportunidade de perceber que quando ela coloca a bola certa no balde com o número da mesma cor algo acontece: o valor diminui. Quando coloca a bola errada, nada acontece. Foram dispostas 80 bolinhas, 40 azuis e 40 vermelhas sem ordem espec´ıfica, mas com um espa¸camento entre elas conforme tentativa e erro. São necessárias 10 bolas vermelhas e 8 azuis nos respectivos baldes. O script que reconhece a quantidade de bolas foi programado de forma a só parabenizar quando os dois baldes zeram os números, que significa que todas as bolinhas necessárias foram colocadas. O desafio de separar as bolas que estão caindo aborda os princ´ıpios 1 e 2 de Kamii (1990) e a distribui¸cão conforme a necessidade abordada em Brasil (1994).

Figura 4.13: Bolas caindo: pegar e colocar no balde correto de acordo com a cor

A passagem para o desafio final só é vis´ıvel quando se tem as cinco pe¸cas de quebra cabe¸ca no canto superior direito da tela (o que é percept´ıvel quando todas estão amarelas). Encostando o avatar nessa passagem muda-se para um desafio final.

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Figura 4.14: Passagem para o desafio final

Figura 4.15: Desafio final - montar o quebra cabe¸ca

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Depois disso, uma tela de bônus foi planejada, onde a crian¸ca vai se ver na tela da televisão combackgroundtrocado pela figura do arco-´ıris, ao som de uma música infantil.

O jogo educativo desenvolvido é o primeiro resultado do presente trabalho, pois ele foi constru´ıdo respeitando os princ´ıpios de Game Design, houve a participa¸cão ativa de uma crian¸ca no decorrer no seu desenvolvimento, conforme indica¸cões da área de ICC, assim como o Kinect v2 foi escolhido por sua maior sensibilidade dos sensores, conforme tratado no subcap´ıtulo Tecnologias de Interfaces Naturais Utilizadas (NIJHOLT, 2012; DUH et al., 2010).

Além disso, as teorias piagetianas com rela¸cão a matemática na educa¸cão infantil foram aplicadas, por meio do desenvolvimento estruturado nos princ´ıpios de ensino da obra de Kamii (1990) de forma a contribuir na aprendizagem de matemática, respeitando a fase do desenvolvimento infantil conforme a idade da crian¸ca.

A menina de 5 anos que colaborou nas fases de desenvolvimento do jogo e incentivou a adi¸cão de mais uma op¸cão de avatar, assim como demonstrou sua empolga¸cão e ansiedade para poder jogar o jogo completo. Ela também aprovou as outras cenas e participou de pré-testes mesmo antes de as cenas estarem completas.

4.3 Testes com Crian¸

cas

Com o objetivo de valida¸cão da ferramenta como aux´ılio no aprendizado de matemá-tica para crian¸cas entre 4 e 6 anos foi desenvolvido um plano de testes. Os testes tiveram o objetivo de coletar informa¸cões dos educadores que puderam observar seus alunos jogando e das próprias crian¸cas após utilizar o jogo pela primeira vez. Para alcan¸car tal objetivo foi utilizada a proposta de avalia¸cão de jogos digitais educativos desenvolvida por Savi (2010).

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O primeiro n´ıvel da proposta de Savi et al. (2010) é o modelo de avalia¸cão de treina-mento de Kirkpatrick, que possui n´ıveis evolutivos de avalia¸cão do treinatreina-mento e consegue resultados qualitativos. Os autores levam em considera¸cão o n´ıvel “Rea¸cão”, buscando me-dir a satisfa¸cão e o valor que o aluno cria com rela¸cão ao treinamento.

O segundo n´ıvel do modelo desta proposta leva em considera¸cão os outros três mo-delos, que são:o modelo ARCS (Aten¸cão, Relevância, Confian¸ca e Satisfa¸cão - em inglês

Attention, Relevance, Conf idence, Satisf action) de Keller que tem foco na intera¸cão existente entre o aluno e o ambiente criado pelas ferramentas de aprendizagem, defendidos como fatores determinantes para o empenho na atividade de aprendizagem; oGame U ser Experience(ISO 9241-210:2008) tem como objetivo avaliar e estudar quais funcionalida-des e benef´ıcios os produtos em questão provocam nas pessoas, com foco na experiência de usuário; Já a taxonomia de conhecimento de Bloom tem como objetivo apoiar os processos de avalia¸cão educacional e planejamentos pedagógicos. Esses quatro modelos são aplica-dos na proposta de avalia¸cão de jogos educacionais conforme o diagrama apresentado na figura 4.16 (SAVI et al., 2010).

J´a o terceiro n´ıvel detalha quais itens podem ser verificados, e o quarto n´ıvel do diagrama da figura 4.16 d´a exemplos de perguntas que podem ser elaboradas para levantar os dados qualitativos.

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Figura 4.16: Modelo de avalia¸c˜ao de jogos educacionais