PESQUISA NO ENSINO DE ALGORITMOS E PROGRAMAÇÃO NAS
ENGENHARIAS: ESTUDOS E RESULTADOS PRELIMINARES
Leticia D. Marcussi¹, Karoline Guedes¹, Rafael Germano Dal Molin Filho¹,Robertino Mendes Santiago Filho¹, Carlos Roberto Beleti Junior¹.
¹Universidade Federal do Paraná (UFPR)
{leticiadejavite, karolineguedes, rafaelfilho, robertino, carlosbeleti} @ufpr.br
Resumo: Estudos mostram a importância e os bons resultados alcançados
referentes ao aumento na aprendizagem em instituições que adotaram o ensino de Computação em seus níveis de ensino iniciais. No ensino superior, em cursos de graduação de diversas áreas do conhecimento, encontram-se nas grades curriculares disciplinas obrigatórias de Algoritmos e Programação de Computadores. A formação do estudante nos cursos de Engenharia, em sua maioria, passa por disciplinas computacionais, dentre elas, ao menos uma disciplina correlata a Algoritmos e Programação de Computadores. Uma barreira para esses estudantes frente a tais disciplinas é a carência de conteúdos que envolvam raciocínio lógico e resolução de problemas computacionais nas séries precedentes (ensinos médio e fundamental). Este trabalho mostra as pesquisas e resultados iniciais da investigação de currículos disciplinares de cursos de: Engenharia Agrícola, Engenharia de Alimentos e Engenharia de Produção na Universidade Federal do Paraná com foco em disciplinas correlatas a Algoritmos e Programação de Computadores. Apresenta-se ainda, os dados referentes à quantidade de reprovações e evasões nos cursos de Engenharia no campus avançado em Jandaia do Sul. Como perspectivas futuras almeja-se que a análise dos dados investigados frente às praticas metodológicas empregadas sejam informações relevantes para produzir melhorias no ensino.
Palavras-Chave: Educação na Engenharia; Ensino de Algoritmos e Programação;
1. Introdução
O ensino de disciplinas de Algoritmos e Programação de Computadores (APC) é obrigatório na maioria das grades curriculares dos cursos de graduação de Engenharia, segundo as Diretrizes Curriculares Nacional dos Cursos de Graduação de Engenharia1. A grande discussão que tem sido realizada, entre educadores e instituições de ensino, na aplicação de tais disciplinas para a formação do Engenheiro, refere-se a quais formas de abordagem conceitual e quais estratégias de ensino devem ser empregadas, bem como qual linguagem de programação se adotar. Um das justificativas sobre a introdução do ensino de APC nas Engenharias ocorre devido à necessidade do desenvolvimento do raciocínio lógico do aluno e na utilização dos conceitos dessas disciplinas no decorrer do curso.
Segundo INEP (2014), disciplinas correlatas a APC apresentam altos índices de reprovação, desistência e evasão. Constatou-se ainda uma falta de trabalhos e pesquisas relacionados às práticas de ensino de APC e deste modo à dificuldade em diminuir os índices de reprovações e desistências existentes. É visto que essa dificuldade se dá tanto para o professor como para o aluno, devido às dúvidas de quais metodologias, práticas, conceitos e linguagens utilizar, visto que o objetivo de tais disciplinas não é formar programadores e sim, introduzir conceitos de raciocínio lógico e resolução de problemas por meio de algoritmos.
A concepção deste projeto nasce, portanto, da necessidade da melhoria no ensino de disciplinas de APC nos cursos de graduação das Engenharias, com estudos focados nos cursos da Universidade Federal do Paraná (UFPR), especificamente na Engenharia Agrícola, Engenharia de Alimentos e Engenharia de Produção do campus avançado em Jandaia do Sul. Como esse campus está em seu terceiro ano de funcionamento, e como a maioria dos cursos de Engenharia possuem ao menos uma disciplina de APC, a investigação estendeu-se por todos os cursos de Engenharia da UFPR.
Neste trabalho foram identificadas e analisadas grades curriculares de cursos de graduação de Engenharia da instituição, e um levantamento de dados referentes ao índice de reprovação e evasão nas disciplinas vêm sendo realizado. Especificamente para o campus em Jandaia do Sul, tais dados já foram levantados
e, em dois anos de oferta das disciplinas, constatou-se altos índices de reprovação e desistência. Tais informações serão apresentadas na seção 3.
Com a análise dos dados de reprovação e evasão, e investigação das ementas e programas disciplinares, prevê-se o desenvolvimento de estratégias didático-pedagógicas, metodologias e materiais de apoio adequados ao ensino destas disciplinas. As práticas e conceitos desenvolvidos neste trabalho não tem pretensão de solucionar definitivamente os problemas apontados com a investigação, apenas compartilhar e sugerir melhorias metodológicas para facilitar o ensino aprendizado de disciplinas de APC.
Este artigo apresenta na seção 2 o levantamento bibliográfico referente aos trabalhos correlatos a esta pesquisa. Na seção 3 serão apresentados os trabalhos realizados até o momento e as dificuldades encontradas. Já na seção 4 serão descritas as atividades em desenvolvimento. Na seção 5 estão relatados os apontamentos e considerações finais.
2. Trabalhos Relacionados
Os estudos correlatos ao ensino de APC estão presentes nos diversos campos de conhecimento, desde cursos de física, química e matemática, até cursos de engenharia. Tais trabalhos apresentam estudos de casos, metodologias e propostas pedagógicas, aplicados em disciplinas de cursos específicos e buscam gerar melhorias para o ensino nas disciplinas de programação (GONZALEZ e TAMARIZ, 2008).
O artigo de Lima e Vieira (2015) discute o ensino de Algoritmo e Linguagem de Programação 1 no curso de Sistemas de Informação da Faculdade de Educação Tecnológica do Estado do Rio de Janeiro – Campus Paracambi. Foi realizada uma pesquisa para levantar dados sobre as notas e histórico de reprovação na disciplina. Após, realizou-se um questionário, aplicado aos alunos, apontando as maiores dificuldades no processo de aprendizagem de algoritmos. Concluiu-se que o raciocínio lógico é o maior obstáculo dos alunos, seguido da capacidade de abstração, leitura e interpretação e conhecimentos matemáticos. Como a maioria dos alunos vieram de um ensino médio regular, não tiveram uma base em algoritmos, o que dificulta o aprendizado. Já os alunos que fizeram curso Técnico em Informática apresentaram facilidade nos conteúdos. É preciso motivar os alunos,
para que tenham condições de aprendizado por uma didática mais completa, metodologias focadas nas dificuldades dos alunos, para um melhor aproveitamento.
No trabalho de Silva e Sales (2012), foi apresentada uma pesquisa realizada na Universidade de Brasília para avaliar o ensino na disciplina “Introdução a Ciência da Computação” no primeiro ano das Engenharias. A pesquisa foi realizada para identificar as necessidades e os interesses dos alunos e assim, propor medidas que melhorem as notas, desempenho e que reduza o quadro de reprovação e evasão da disciplina. Foi constatado que é preciso consultar o aluno sobre a metodologia do professor. Foram apresentados às turmas novos recursos didáticos como: listas e apostilas de exercícios, aulas presenciais, vídeos explicativos. Depois dos alunos responderem a pesquisa, concluiu-se que eles preferem estudar por meio de listas de exercícios, apostilas de exercícios resolvidos e aula presencial. Tais materiais despertam no aluno interesse para estudar, e assim analisar exemplos e resolver exercícios.
O trabalho de Pamboukian et al. (2011) expõe as aplicações das linguagens de Programação nos cursos de engenharia da Escola de Engenharia da Universidade Presbiteriana Mackenzie (EEUPM). A EEUPM possui disciplinas de programação de computadores em diferentes cursos de Engenharia. No trabalho, foi avaliada a aplicação de disciplinas de Programação Estruturada (Interface Console), Programação Orientada a Objetos (Interface Console) e Programação Orientada a Objetos e Eventos (Interface Gráfica). De modo a auxiliar o ensino, foram realizados dois fóruns de discussão presenciais de 20 horas semanais, onde disponibilizou-se materiais e avaliações com o intuito de motivar os alunos no aprendizado. Uma pesquisa de satisfação com os alunos também foi aplicada, em que se constatou que mesmo a linguagem de Interface Console ser mais fácil de compreender, a Interface Gráfica se mostra mais atrativa e fácil de interagir.
Em Gonzalez e Tamariz (2008), é apresentada uma metodologia de ensino que ajuda os alunos a desenvolverem habilidades de raciocínio lógico. Duas professoras compararam os resultados do ensino nas turmas com e sem a aplicação da metodologia na Universidade Candido Mendes – Campos e na Universidade Estadual do Norte Fluminense. As professoras dividiram a metodologia em três partes: Resolução de Problemas, Formalização e Construção de Algoritmos. Assim, o aluno vai sendo apresentado à disciplina aos poucos, isso faz com que ele pense, entenda e aprenda a criar algoritmos e programas. Nas turmas em que o método foi
aplicado, houve uma queda no número de reprovações e desistências, e uma melhora na aprendizagem de algoritmos e programação.
O trabalho de Martins Filho e Sanglard (2000) busca desenvolver nos estudantes de engenharia uma postura ativa no aprendizado, com estudos que levem os alunos a compreender melhor o universo computacional. Apresenta uma proposta pedagógica a ser aplicada na disciplina de programação de computadores para o curso de Engenharia Naval e Oceânica da UFRJ. Dessa proposta, destaca-se que a práticas de exercícios coletivos, tais como trabalhos em grupos e apresentação de seminários têm sido útil como balizadora no processo ensino-aprendizado. Tendo ênfase em problemas no cotidiano do engenheiro, fazendo com que os alunos sejam levados por desafios e compromissos da disciplina.
Koliver et al. (2004) apresenta algumas experiências de docência na disciplina de Algoritmos, e busca compartilhar e justificar aspectos metodológicos de ensino dessa disciplina, onde ainda pairam muitas incertezas a respeito quanto a abordagem mais adequada. No trabalho, foram observadas questões como a necessidade de fundamentação matemática, o uso ou não de ferramentas automatizadas, a codificação em linguagens de programação ou pseudocódigo, e qual melhor paradigma de representação se utilizar, quanto ao ensino de algoritmos. O trabalho mostra que o uso de recursos computacionais pode amenizar as dificuldades na disciplina. Os resultados indicam ainda que o uso da ferramenta Visualg2 pode melhorar o desempenho dos estudantes, em termos de aproveitamento e um bom índice de aprovações.
O trabalho de Aureliano e Tedesco (2012) apresenta o resultado de uma revisão sistemática da literatura expondo análises de artigos sobre ensino-aprendizado em disciplinas de programação para iniciantes, sendo esses artigos publicados nos últimos 10 anos, no Simpósio Brasileiro de Informática na Educação3 e no Workshop de Informática na Escola4. Além de trazer diversas referências de trabalhos no ensino em programação, este trabalho também constata grande carência de pesquisas que abordem o processo de ensino-aprendizagem de programação para iniciantes nos diversos níveis de ensino.
2 http://www.apoioinformatica.inf.br/produtos/visualg 3 http://www.br-ie.org/pub/index.php/sbie
4
Tavares et al. (2012) apresenta a pesquisa realizada por alunos do primeiro ano do curso de Engenharia Elétrica, com objetivo de averiguar trabalhos dos concluintes e a importância da disciplina de Programação na implementação dos mesmos. O estudo desse trabalho foi realizado por meio de questionários contendo perguntas que conduzem a reflexão sobre a importância das disciplinas de Programação. Este questionário foi elaborado pelos grupos de alunos, que ficaram encarregados de analisar a utilização dos conteúdos aplicados na disciplina de Programação na implementação dos projetos de TCC. Conclui-se que a disciplina de Programação exerce um papel essencial para a formação dos Engenheiros Elétricos. A pesquisa realizada com os grupos durante o ano de 2011 mostrou que foram utilizadas linguagens de programação no desenvolvimento dos projetos.
3. Pesquisas Iniciais
A UFPR possui 18 cursos de Engenharia, divididos nos campi e setores tais como o Centro Politécnico em Curitiba, Centro de Estudos do Mar em Pontal do Paraná, Setor Palotina e campus avançado em Jandaia do Sul, que buscam atender as demandas da sociedade por profissionais qualificados.
Tabela 1: Relação de Cursos e Disciplinas
Campus/Setor Curso Disciplina
Curitiba
Engenharia Ambiental Programação de Computadores
Eng. de Bioprocessos e Biotecnologia Programação de Computadores Eng. Cartográfica e de Agrimensura Programação de Computadores
Engenharia Civil Programação de Computadores
Engenharia de Produção Informática para EP
Engenharia Elétrica Programação de Computadores
Engenharia Florestal -
Engenharia Madeireira -
Engenharia Mecânica Linguagem de Programação I e II
Engenharia Química Programação de Computadores
Centro de Estudos do
Mar
Engenharia Ambiental e Sanitária Computação I e II
Engenharia Civil Computação e Gráfica
Engenharia Aquicultura Computação I
Jandaia do Sul
Engenharia Agrícola Alg. e Programação de Computadores
Engenharia de Alimentos Alg. e Programação de Computadores
Palotina Engenharia de Energias Renováveis Engenharia de Aquicultura
Alg. e Programação de Computadores Informática
Conforme citado anteriormente, a maioria desses cursos possui ao menos uma disciplina referente à APC em suas grades curriculares.
Inicialmente, foram levantados todos os cursos de Engenharia e as disciplinas relacionadas à APC. Desse levantamento, constatou-se que dos 18 cursos de Engenharia, apenas 2 não apresentam disciplinas da área, sendo elas a Engenharia Florestal e a Engenharia Madeireira do centro Politécnico. O levantamento dos cursos e disciplinas pode ser visualizado na Tabela 1.
Particularmente no campus Avançado em Jandaia do Sul, foram levantados os dados referentes ao desempenho dos estudantes nos dois primeiros anos em que a disciplina de Algoritmos e Programação de Computadores foi ministrada para os três cursos de Engenharia. Observou-se que o percentual de reprovação e evasão foi alto, pois em 2014, das 71 matriculas efetuadas aproximadamente 61% reprovaram ou evadiram. Entende-se neste, por evasão, os estudantes reprovados por frequência e trancamento da matricula. Essas informações podem ser visualizadas nos Gráfico 1.
Gráfico 1: Dados de desempenho dos estudantes em 2014
Aprovados Reprovados por nota Reprovados por frenquência Trancamento Total Engenharia Agricola 5 9 9 1 Engenharia de Alimentos 6 10 1 1 Engenharia de Produção 16 13 0 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Em 2016, o número de matriculas passou de 71 para 144, porém, os percentuais de reprovação e evasão aumentaram quase 10%, totalizando 68% de estudantes reprovados ou que evadiram da disciplina. Essas informações podem ser visualizadas no Gráfico 2.
Vale ressaltar que em 2015 a disciplina não foi ofertada pois realizou-se uma adequação nas grades curriculares das três Engenharias realocando a disciplina do segundo para o quarto semestre do curso.
Gráfico 2: Dados de desempenho dos estudantes em 2016
Ainda no campus realizou-se uma análise da ementa e programa da disciplina, identificando as características e tópicos da mesma. Nessa análise, verificou-se que de um ano para outro ocorreram algumas mudanças. Em 2014, a linguagem de programação utilizada foi o Pascal, com as aulas divididas entre aulas teóricas e laboratoriais. Em 2016, utilizou-se a linguagem de programação Python, e além das aulas teóricas e em laboratório, utilizou-se a plataforma online URI5, que deu suporte quanto à resolução de problemas e listas de exercícios. Nos dois anos, a ementa e programa foram cumpridos conforme relatado pelos professores da disciplina.
5
https://www.urionlinejudge.com.br
Aprovados Reprovados por Nota Reprovados por Frequência Trancamento Total Engenharia Agrícola 8 19 7 3 Engenharia de Alimentos 10 12 5 2 Engenharia de Produção 18 24 5 1 0 5 10 15 20 25 30
4. Atividades em Desenvolvimento
A partir dos dados coletados das disciplinas, presentes na Tabela 1, vem sendo realizado um levantamento dos conteúdos abordados no programa e ementa das disciplinas. Este tem o objetivo de verificar uma possível relação entre o conteúdo programático e os altos índices de reprovação e evasão nas disciplinas de APC. Para o levantamento, ementas e programas de diversas disciplinas correlatas a APC foram estudadas verificando-se que existe entre elas similaridades conceituais (conteúdos programáticos) além de práticas metodológicas. Dessa forma, desenvolveu-se uma tabela com os conteúdos programáticos elementares de um programa disciplinar dito fundamental para disciplinas de APC. Vale ressaltar que para essa constatação, foram estudadas quase que em sua totalidade as disciplinas correlatas a APC presentes em todos os cursos de Engenharia da UFPR. Os conteúdos programáticos foram então analisados e divididos em tópicos estruturais. A Tabela 2 apresenta essa divisão.
Tabela 2: Tópicos Estruturais do Conteúdo Programático Tópicos Estruturais Introdução Hardware Software Sistemas de Numeração Algoritmos Descrição Narrativa Fluxograma Pseudocódigo Programação Estruturas Sequenciais Estruturas Condicionais Estruturas de Repetição Vetores Matrizes Registros Subprogramação Linguagem Python Pascal Visualg C Fortran
Com a análise, observou-se que tópicos como estruturas de seleção e repetição são abordados em 14 dos 16 cursos que ministram a disciplina. Foram 15
as Engenharias que apresentaram a Introdução de APC aos alunos, enquanto que 4 das 18 abordaram apenas assuntos relacionados a Informática, como: noções básicas do computador, suíte de aplicações para escritório (Microsoft Office). As ementas que apresentaram linguagem de Programação Visualg foram 2, Pascal e Fortran 1, Python 4, e Linguagem C 5. Apenas 11 Engenharias avançam com os tópicos até Matrizes e Subprogramação, e somente 4 até Registros. Percebeu-se que quase a totalidade das ementas apresentaram listas de exercícios e aulas práticas em Laboratório, onde 2 ministravam apenas aulas laboratoriais.
Assim como no campus em Jandaia do Sul, iniciou-se também uma pesquisa dos dados quanto ao desempenho dos estudantes nas referidas disciplinas nos demais cursos de Engenharia da UFPR nos últimos três anos de oferta, e por meio de análises dos dados e ferramentas estatísticas, tais informações serão estudadas e comparadas com as ementas e programas das disciplinas visando obter uma relação entre metodologias, ferramentas e linguagens de programação utilizadas e os altos índices de reprovações e evasão.
Uma grande dificuldade encontrada neste trabalho foi quanto ao acesso a tais dados, pois os programas e ementas das disciplinas não estão disponíveis na maioria dos websites dos cursos e foi necessário o contato direto com alguns departamentos, coordenações e secretarias de curso para viabilizarem tais informações.
Quanto os dados sobre desempenho dos estudantes nas disciplinas, como estes não são disponibilizados para a comunidade, foi necessário estabelecer uma conexão com o Núcleo de Assuntos Acadêmicos da Pró-Reitoria de Graduação da Universidade e como o volume de informações é relativamente grande, tais dados ainda não foram disponibilizados.
Iniciou-se ainda, baseando-se nas atuais literaturas quanto a disciplinas de APC, um estudo relacionado às ferramentas de apoio ao desenvolvimento de algoritmos e programação. Neste, vem sendo realizados estudos quanto aos ambientes de desenvolvimentos utilizados e plataformas de apoio a programação, algumas online que estimulam a implementação de soluções algorítmicas para problemas computacionais e de raciocínio lógico (TONIN e BEZ, 2012). De maneira preliminar, constatou-se que uma ferramenta amplamente utilizada é o Visualg, que
prevê o desenvolvimento de programas em linguagem próxima ao português estruturado. Como plataformas online, também conhecidos como Juízes Online (plataformas para a prática de programação e o compartilhamento online) (CHAVEZ et al., 2013), pode-se destacar o URI Online Judge, citado anteriormente, o SPOJ Brasil6 e o UVA7. Além desses, vem sendo buscadas e analisadas ferramentas e plataformas que busquem instigar e encorajar a prática nas disciplinas APC.
5. Considerações Finais
O artigo em tela apresentou os resultados das pesquisas iniciais de um trabalho em execução que busca desenvolver práticas e metodologias de ensino para amparar e dar suporte à aplicação de disciplinas de APC nos cursos de Engenharia, visando reduzir os altos índices de desistência e reprovação, além de propor alterações nas ementas e programas curriculares.
Até o momento, com as pesquisas preliminares realizadas, nota-se uma carência de análises sobre esta temática. Nas buscas iniciais, verificou-se que as estatísticas quanto a reprovações e desistências nas disciplinas de APC ocorrem na maioria dos cursos em que a disciplina é ofertada, inclusive nos cursos de Engenharia do campus em Jandaia do Sul. Foram válidas também as pesquisas das ementas e programas dos cursos abordados, pois conclui-se que a maioria deles possuem conteúdos programáticos semelhantes, em alguns casos, idênticos entre si.
Tem-se como perspectiva futura a análise e comparação dos dados coletados visando apontar quais são as adversidades que tem colaborado para os maus indicadores encontrados nas disciplinas pesquisadas. Após os resultados devidamente analisados e tabulados, antevê-se o desenvolvimento de novas práticas, metodologias, criação de materiais de apoio ao ensino, para auxiliar e facilitar o aprendizado, desempenho e aproveitamento dos alunos.
Por fim, destaca-se que este trabalho busca compartilhar e fornecer práticas educacionais metodológicas que visem facilitar o ensino-aprendizado nas disciplinas correlatas a APC.
6 http://br.spoj.com/ 7
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