MANIPULAR, JOGAR, APRENDER: EXPLORAÇÃO DE JOGOS DIGITAIS COM INTERFACES TANGÍVEIS COMO FERRAMENTAS EDUCATIVAS CODECUBES

MANIPULAR, JOGAR, APRENDER: EXPLORAÇÃO DE JOGOS DIGITAIS COM INTERFACES

TANGÍVEIS COMO FERRAMENTAS EDUCATIVAS CODECUBES

Bárbara Cristina Dos Santos Gaspar Cleto

Orientador

Luís Ferreira

Orientadora

Cristina Sylla

Dissertação apresentada

ao Instituto Politécnico do Cávado e do Ave

para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia em Desenvolvimento em Jogos Digitais

Este trabalho não inclui as críticas e sugestões feitas pelo Júri.

outubro, 2019

(FOLHA EM BRANCO)

MANIPULAR, JOGAR, APRENDER: EXPLORAÇÃO DE JOGOS DIGITAIS COM INTERFACES

TANGÍVEIS COMO FERRAMENTAS EDUCATIVAS CODECUBES

Bárbara Cristina Dos Santos Gaspar Cleto

Orientador

Luís Ferreira

Orientador

Cristina Sylla

Dissertação apresentada

ao Instituto Politécnico do Cávado e do Ave

para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia em Desenvolvimento em Jogos Digitais

Este trabalho não inclui as críticas e sugestões feitas pelo Júri.

outubro, 2019

DECLARAÇÃO

Nome: Bárbara Cristina dos Santos Gaspar Cleto Endereço eletrónico: [email protected]

Título da Dissertação: MANIPULAR, JOGAR, APRENDER: EXPLORAÇÃO DE JOGOS DIGITAIS COM INTERFACES TANGÍVEIS COMO FERRAMENTAS EDUCATIVAS.

Subtítulo da Dissertação: CodeCubes Orientador: Luís Ferreira

Orientador: Cristina Sylla Ano de conclusão: outubro, 2019

Designação do Curso de Mestrado: Mestrado em Engenharia em Desenvolvimento em Jogos Digitais

Nos exemplares das Dissertações /Projetos/ Relatórios de Estágio de mestrado ou de outros trabalhos entregues para prestação de Provas Públicas, e dos quais é obrigatoriamente enviado exemplares para depósito legal, deve constar uma das seguintes declarações:

☐

É AUTORIZADA A REPRODUÇÃO INTEGRAL DESTA DISSERTAÇÃO/TRABALHO APENAS PARA EFEITOS DE INVESTIGAÇÃO, MEDIANTE DECLARAÇÃO ESCRITA DO INTERESSADO, QUE A TAL SE COMPROMETE;

☒

É AUTORIZADA A REPRODUÇÃO PARCIAL DESTA DISSERTAÇÃO/TRABALHO (indicar, caso tal seja necessário, nº máximo de páginas, ilustrações, gráficos, etc.), APENAS PARA EFEITOS DE INVESTIGAÇÃO, MEDIANTE DECLARAÇÃO ESCRITA DO INTERESSADO, QUE A TAL SE COMPROMETE;

☐

DE ACORDO COM A LEGISLAÇÃO EM VIGOR, NÃO É PERMITIDA A REPRODUÇÃO DE QUALQUER PARTE DESTA DISSERTAÇÃO/TRABALHO

Instituto Politécnico do Cávado e do Ave,04/10/2019

Assinatura: ________________________________________________

MANIPULAR, JOGAR, APRENDER: EXPLORAÇÃO DE JOGOS DIGITAIS COM INTERFACES TANGÍVEIS COMO FERRAMENTAS EDUCATIVAS.

CODECUBES

UBTÍTULO DO TEMA

RESUMO

Este trabalho assume como ponto de partida a exploração do uso de jogos digitais com interfaces tangíveis, usando tecnologia de Realidade Aumentada (RA) enquanto mediadores de aprendizagens.

Pretende-se desenvolver um recurso educativo para motivar a aprendizagem do Pensamento Computacional (PC). Analisar se o uso de interfaces tangíveis RA num jogo digital pode ser um agente potenciador de aprendizagem. Contribuir para desmistificar o conceito negativo do uso de jogos digitais em sala de aula, envolvendo o ensino da programação com jogos e novos paradigmas de interação.

Apresenta-se a conceptualização e o design do protótipo, descrevendo o processo de desenvolvimento, desde a sua concepção até à sua implementação. Abordam-se as ideias e os motivos que levaram à realização deste projeto. Referem-se os recursos utilizados, as principais características e as diversas etapas de desenvolvimento, passando pelos vários protótipos criados e implementados, focando aspetos relacionados com a usabilidade e interação.

Por fim, apresentam-se alguns resultados obtidos em testes preliminares efetuados com um pequeno grupo de alunos que esteve envolvido na concepção do protótipo e os resultados obtidos na fase formal de testes, no estudo exploratório realizado com um grupo de alunos do Clube de Programação e Robótica, RoboEsas - Clube dos Pequenitos.

Discute-se ainda como combinar jogos digitais e interfaces tangíveis com a tecnologia RA e objetivos educativos (abordando os conceitos sobre Pensamento Computacional), tendo por base os princípios encontrados na literatura.

Palavras-chave: Interfaces Tangíveis, Realidade Aumentada, Jogos

Digitais, Pensamento

Computacional.

MANIPULATING, PLAYING, LEARNING: EXPLORING DIGITAL GAMES WITH TANGIBLE INTERFACES AS EDUCATIONAL TOOLS CODECUBES

ABSTRACT

This work assumes as a starting point the exploration of the use of digital games with tangible interfaces, using augmented reality (AR) technology as learning mediators.

In this work we combine digital games and tangible interface with AR technology, addressing the concepts of computational thinking. It’s intended to analyse whether the use of an AR tangible interface in a digital game, to teach programming and new paradigms of interaction can enhance learning, contributing to demystify the negative concept of the use of digital games in the classroom.

We present the conceptualization and the design of the prototype, describing the development process from its conception to its implementation. We discuss the ideas and motives that led to the realization of the project.

The resources that we used, and the main characteristics are referred, also the various stages of development, through the various prototypes created and implemented, focusing on aspects related to usability and interaction. Following that, we present some results obtained in preliminary tests performed with a small group of students that were involved in the design of the prototype as well as the results obtained in an exploratory study conducted with a group of students from the Robotics Club, RoboEsas-Club dos Pequenitos.

Further, we discuss how to combine educational games with AR technology based on the principles found in the literature.

Keywords: Tangible Interfaces, Augmented Reality, Digital Games, Computational Thinking.

AGRADECIMENTOS

Aos meus orientadores Professora Doutora Cristina Sylla, Professor Doutor Luís Ferreira e Professor João Martinho Moura pela disponibilidade e apoio durante estes meses e que permitiram chegar até aqui.

À Professora Doutora Cristina Sylla pela disponibilidade, apoio e presença ativa durante todo o processo de investigação e desenvolvimento.

Ao Professor João Martinho Moura pela disponibilidade e apoio na programação de CodeCubes e pelo convite para a apresentação do projeto “Sólidos platónicos” no GNRation (foi o início desta aventura).

Ao José Cerqueira colega de grupo nos trabalhos das várias disciplinas do mestrado e autor dos artigos THAM - o jogo digital como recurso de aprendizagem da matemática e Visualizing platonic solids with augmented reality.

À Professora Liliana Fernandes e Direção do Agrupamento de Escolas Alberto Sampaio por terem acedido ao meu pedido para que os alunos efetuassem o teste de CodeCubes.

Aos alunos e Encarregados de Educação do Clube de Programação e Robótica, ESAS – Clube do Pequeninos, por terem testado a aplicação e pelas sugestões e feedback que forneceram.

Aos alunos que ajudaram e colaboraram na concepção e primeiros testes dos protótipos.

Ao André pelos estudos que efetuou para os marcadores.

Aos meus Professores, por fomentarem o gosto por aprender.

À minha família e amigos pelas ausências.

E por último, ao Vitor por me ter despertado para este “novo admirável novo mundo”.

(Aos que não mencionei peço que me desculpem e deixo também o meu agradecimento)

Muito obrigada.

LISTA DE ABREVIATURAS E/OU SIGLAS

CPR - Clube de Programação e Robótica DGBL - Digital Game Based Learning DIY - Do It Yourself

DLI - Design Learning Innovation

ESAS/AESAS – Escola Secundária Alberto Sampaio/Agrupamento de Escolas Alberto Sampaio FCT - Fundação para a Ciência e Tecnologia

GBL - Game Based Learning HMD - Head-Mounted Display HoC - Hour of Code

HSCI – Hands-on Science IA - Inteligência Artificial

IDC - Interaction Design and Children ML - Machine Learning

PC – Pensamento Computacional RA – Realidade Aumentada RV – Realidade Virtual

STEAM – Science, Technology, Engineering, Arts and Mathematics TIE - Technology, Innovation, Entrepreneurship and Education TUIs - Tangible User Interfaces

SDK - Software Development Kit SG – Serious Games

UC – Unidade Curricular UCD - User Centered Design UX - User Experience

VPB - Visual Programming Blocks

VPLs - Visual Programming Languages

ÍNDICE

RESUMO ... III ABSTRACT ... V AGRADECIMENTOS ... VII LISTA DE ABREVIATURAS E/OU SIGLAS ... IX ÍNDICE ... XI ÍNDICE DE FIGURAS ... XIII ÍNDICE DE TABELAS ... XIV ÍNDICE DE ANEXOS ... XV

1. INTRODUÇÃO ... 1

1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO DA INVESTIGAÇÃO ... 1

1.2 PROBLEMÁTICA, PERTINÊNCIA DO ESTUDO E MOTIVAÇÃO ... 2

1.3 METODOLOGIA DE INVESTIGAÇÃO ... 4

1.4 OBJETIVOS ... 5

1.5 ORGANIZAÇÃO E ESTRUTURA ... 6

2. ESTADO DE ARTE E REVISÃO DA LITERATURA ... 7

2.1 JOGOS OU VIDEOJOGOS NO PROCESSO ENSINO/APRENDIZAGEM ... 7

2.2 TEORIAS DA APRENDIZAGEM ... 9

2.3 USO DE INTERFACES TANGÍVEIS NO PROCESSO ENSINO/APRENDIZAGEM ... 10

2.4 A BRINCADEIRA NO PROCESSO ENSINO/APRENDIZAGEM ... 11

2.5 REALIDADE AUMENTADA NO PROCESSO ENSINO/APRENDIZAGEM ... 15

2.6 REALIDADE AUMENTADA EM JOGOS ASSOCIADOS A CONTEÚDOS EDUCATIVOS ... 16

2.7 TECNOLOGIAS DE REALIDADE AUMENTADA ... 17

2.7.1 MARCADORES ...17

2.7.2 BIBLIOTECAS ...17

2.7.2.1 NyARToolkit ...18

2.7.2.2 Vuforia ...19

2.7.2.3 ARCore ...19

2.7.2.4 ARKit ...20

2.7.3 PLATAFORMAS DE DESENVOLVIMENTO JOGOS ...20

2.8 PENSAMENTO COMPUTACIONAL E INTERFACES TANGÍVEIS (FÍSICAS, VIRTUAIS E HÍBRIDAS) ... 22

3. CODECUBES: DA CONCEPÇÃO À IMPLEMENTAÇÃO ... 27

3.1 CONCEITO ... 27

3.2 PRIMEIRAS IDEIAS ... 29

3.3 CODECUBES ... 31

3.4 CODECUBES (GAME) ... 33

4. ESTUDO DE CASO: ATIVIDADE EXPLORATÓRIA COM CODECUBES ... 39

4.1 CARACTERIZAÇÃO E DESCRIÇÃO DO ESTUDO ... 39

4.1.1 CONTEXTO DO ESTUDO ...39

4.1.2 PARTICIPANTES ...40

4.1.3 OBJETIVOS ...40

4.1.4 TAREFAS ...40

4.1.5 INSTRUMENTOS E RECOLHA DE DADOS ...40

4.1.6 PROCEDIMENTO...41

4.2 APRESENTAÇÃO DOS DADOS, ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ... 43

4.3 CONSIDERAÇÕES, LIMITAÇÕES E TRABALHO FUTURO ... 46

4.3.1 CONSIDERAÇÕES ...46

4.3.2 LIMITAÇÕES DO ESTUDO ...47

4.3.3 TRABALHO FUTURO ...47

5. CONCLUSÕES ... 49

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 53

ANEXOS ... 63

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: Four P’s of Creative Learning: Projects, Peers, Passion, Play .... 12

Figura 2: The Creative Learning Spiral ... 12

Figura 3: The Engineering Design Process ... 13

Figura 4: Taxonomia de Bloom (original) ... 14

Figura 5: Taxonomia de Bloom (revista) ... 14

Figura 6: Realidade Aumentada com Processing e NyARToolkit ... 18

Figura 7: Realidade Aumentada com Unity e Vuforia ... 19

Figura 8: Realidade Aumentada com Unity e Vuforia ... 22

Figura 9: Realidade Aumentada com Processing e NyARToolkit ... 22

Figura 10: Nível 1 de Angry Birds - Classic Maze - Code.org ... 28

Figura 11: Marcadores de RA (esquerda para o protótipo 1 e à direita para o protótipo 2)... 28

Figura 12: Exemplo de um caminho a ser programado ... 29

Figura 13: Frontend do protótipo ... 29

Figura 14: Estudos para os marcadores desenvolvidos pelos alunos ... 30

Figura 15: Scratch (cima), CodeCubes (baixo) ... 31

Figura 16: Blocos de programação ... 32

Figura 17: Ambiente de programação de CodeCubes (esquerda), Interação com CodeCubes (direita) ... 32

Figura 18: Instruções e execução com a aplicação CodeCubes ... 32

Figura 19: Níveis do jogo: Nível 1 (esquerda), Nível 2 (centro) e Nível 3 (direita) ... 33

Figura 20: Elementos de jogo (pista e carro) – nível 1 ... 34

Figura 21: Mecânica de Jogo ... 34

Figura 22: Interação a CodeCubes ... 35

Figura 23: Fase de testes - execução do programa ... 35

Figura 24: Sequência de programação do nível 1 (em modo debug): direita (1ª figura), baixo (2ª figura) e direita (3ª figura) ... 36

Figura 25: CodeCubes - Desafio nível 1 ... 41

Figura 26: Interface CodeCubes - Nível1 (marcadores 3D) ... 42

Figura 27: Interface CodeCubes - Nível1 (marcadores 2D) ... 42

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1: Parte 2 do questionário - Opinião sobre CodeCubes ... 44

Tabela 2: Parte 4 do questionário - Avaliação das atividades realizadas .. 45

Tabela 3: Parte 4 do questionário - Classificação das atividades realizadas

... 45

ÍNDICE DE ANEXOS

Anexos 1: Caracterização dos participantes ... 63

Anexos 2: Opinião sobre CodeCubes ... 64

Anexos 3: Opinião sobre o impacto que a tecnologia RA pode ter na educação ... 65

Anexos 4: Avaliação e classificação as atividades realizadas ... 66

Anexos 5: Entrevista ... 67

Anexos 6: Pedido de autorização para participar no estudo (Direção)... 68

Anexos 7: Pedido de autorização para participar no estudo (EE) ... 69

1. INTRODUÇÃO

Um dos maiores desafios educativos é o de encontrar metodologias de ensino que para além de permitirem aprendizagens significativas, permitam motivar os alunos para a aprendizagem, tornando-a mais interessante e atrativa, potenciando o conhecimento de forma a tornar o aluno responsável pelo seu próprio processo de aprendizagem (Gardner, 1993).

É fundamental desenvolver novas metodologias e práticas baseadas na inovação e criatividade, assim como criar e desenvolver ferramentas que tornem eficaz o processo ensino/aprendizagem, permitindo ao aluno visualizar, explorar e manipular os conteúdos (Papert, 1993), de forma a que atue sobre o tema de estudo, o modifique, transforme e compreenda (Appleton, 1993). Para tal é (também) necessário envolver e preparar os professores para este processo.

Neste trabalho descreve-se o desenvolvimento de uma interface tangível com Realidade Aumentada (RA) para um jogo digital. Pretende-se aferir qual o impacto que a adição dessa componente pode ter no processo ensino/aprendizagem, no modo como os alunos constroem conhecimento, articulam saberes e resolvem problemas, num processo de criação e exploração. Pretende-se ainda aferir como este tipo de interfaces pode apoiar os alunos na exploração de conceitos e práticas possibilitando a que participem e se envolvam em projetos e atividades ligadas a práticas computacionais (Yu & Roque, 2018).

1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO DA INVESTIGAÇÃO

Neste trabalho, apresenta-se CodeCubes, uma interface híbrida que combina cubos de papel (físicos) com Realidade Aumentada (RA). CodeCubes visa a combinação de jogos digitais baseados nessa tecnologia com objetivos educativos, tendo por finalidade o estímulo do desenvolvimento de competências de Pensamento Computacional, recorrendo à fisicalidade que as interfaces tangíveis e a tecnologia RA proporcionam.

Descrevem-se os diversos protótipos, focando as principais características e as várias etapas de desenvolvimento do projeto. O processo de desenvolvimento envolveu um pequeno grupo de alunos com idade entre os 13 e os 14 anos que colaboraram na concepção e teste da aplicação, dando sugestões e feedback, o que permitiu ir ajustando diferentes aspetos e fazer as mudanças necessárias em tempo real. Os primeiros testes, realizados nesta fase, foram positivos permitindo validar a hipótese de que o “uso destas tecnologias promove o envolvimento e a motivação”, dado o interesse que o protótipo gerou.

Por fim aborda-se o estudo exploratório realizado com alunos (com idade entre os 9 e os 13 anos), do Clube de Programação e Robótica (CPR), ESAS – Clube do Pequeninos, que testaram a aplicação desenvolvida com o intuito de analisar eventuais dificuldades de interação com CodeCubes e o impacto que o uso de interfaces tangíveis e RA pode ter no interesse e motivação para a aprendizagem.

Além disso, reflete-se sobre o potencial de combinar jogos digitais com novos paradigmas de interação no contexto da sala de aula, para apresentar aos alunos conceitos de programação de forma lúdica e envolvente, promovendo assim o interesse e o envolvimento dos alunos nas áreas da Ciência, Tecnologia, Engenharia, Arte e Matemática - STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts and Mathematics) (Cleto, Moura, Ferreira,

& Sylla, 2019).

1.2 PROBLEMÁTICA, PERTINÊNCIA DO ESTUDO E MOTIVAÇÃO

Todos os anos há um evento a nível mundial intitulado Hour of Code

(HoC) integrado na Semana da Educação em Ciência da Computação, que se realiza em dezembro e que consiste em criar atividades de programação com uma hora de duração. Este evento, pretende desmistificar a programação e mostrar que qualquer pessoa pode aprender os fundamentos básicos e ampliar a participação na área desta ciência. HoC é um movimento global que atinge dezenas de milhões de estudantes em mais de 180 países.

A nível europeu existe o evento CodeWeek

(Semana Europeia de Programação), que pretende tornar a programação acessível a todos e promover a criatividade, resolução de problemas e colaboração através de atividades de programação. Esta iniciativa é patrocinada pela Comissão Europeia e em 2019 realizou-se de 5 a 20 de outubro.

Em Portugal, existe desde 2016 a iniciativa Movimento Código Portugal, que promove o CodingFest

(desenvolvido pela Universidade FCT NOVA), uma atividade que consiste numa sessão global de “Hora de Código”, seguida de um conjunto de desafios que suportam uma competição a nível nacional entre escolas.

Esta iniciativa desafia alunos, professores, escolas e comunidades educativas em todo o país, para uma ação global de familiarização com a programação e o código.

A plataforma CodingFest oferece aos participantes a oportunidade de aprender como construir, de forma divertida, e utilizando blocos de programação com o objetivo de cumprir as diversas missões e passar os níveis propostos. Os problemas apresentados são pedagogicamente adaptados a cada um dos ciclos e os desafios são divididos pelos vários ciclos, que vão desde o pré-escolar ao secundário. No site do evento, os alunos devem registar uma equipa e a escola, acrescentando assim um fator de competição entre escolas. No final são atribuídos prémios às três escolas que, dentro de cada um dos ciclos do ensino básico ao secundário, tenham conseguido resolver proporcionalmente mais desafios com um mínimo de blocos de programa.

Uma outra iniciativa, organizada pelo Departamento de Ciência de Computadores da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto, juntamente com a TreeTree2, é o Bebras - Castor Informático, Desafio Internacional de Pensamento Computacional

. A primeira edição (a nível nacional), decorreu na segunda semana de novembro, a semana internacional do Bebras

. O Bebras - Castor Informático é uma iniciativa internacional para promover e introduzir a informática e o Pensamento Computacional em estudantes de todas as idades. No site nacional do evento, pode-se ler que os desafios do Bebras são feitos de pequenos problemas que são divertidos, estimulantes e baseados em tarefas. Os problemas não requerem nenhum conhecimento prévio, mas requerem algum pensamento lógico.

Estes eventos demonstram a importância de se criarem ambientes ou recursos acessíveis (Sabuncuoğlu, Erkaya, Buruk, & Göksun, 2018) para que qualquer pessoa, de qualquer idade, tenha a oportunidade de

1

https://hourofcode.com/pt/en

2

https://codeweek.eu

3

https://www.codingfest.fct.unl.pt/

4

http://bebras.dcc.fc.up.pt/

5

https://www.bebras.org/

aprender os princípios básicos do Pensamento Computacional de uma forma simples, intuitiva, divertida e a baixo custo.

É neste contexto que surge CodeCubes, um jogo com uma interface híbrida, que combina cubos de papel (físicos) com tecnologia de Realidade Aumentada e que tem por objetivo servir como recurso educativo para a aprendizagem do Pensamento Computacional (PC) para os alunos que estejam a iniciar o seu estudo.

A utilização desta tecnologia permite identificar marcadores de papel que os utilizadores usam e manipulam como sendo instruções de programação, para criarem e executarem um programa de modo a resolver os desafios com os quais são confrontados.

Este tipo de interfaces podem constituir um recurso estimulante no processo ensino/aprendizagem, uma vez que permitem, por um lado, a interação com o meio e, por outro, que os alunos desenvolvam competências, de uma forma lúdica e interativa, criando um (novo) espaço de jogo (Carvalho, 2002). Tais ambientes permitem

“levar” o jogador a locais que de outra forma não seria possível, possibilitando uma representação fiel dos mesmos (locais), proporcionando uma sensação de controlo dos elementos, trazendo (novos) paradigmas de interação (Carvalho, 2002).

A presente investigação assume como ponto de partida a conceptualização de um protótipo de um jogo digital com uma interface tangível com Realidade Aumentada.

Explora-se assim, de uma forma inovadora, o uso de jogos enquanto ferramentas de aprendizagem e motivação, de modo a proporcionar ao jogador uma nova forma de interação, aproveitando a utilização de ambientes onde o participante se pode movimentar e manipular objetos como no mundo físico (Carvalho, 2002), em vez de estar apenas a olhar passivamente para um ecrã (Fusté Lleixà, Schmandt, & Machover, 2018)-

Correlaciona-se o papel dos videojogos/jogos digitais no processo ensino/aprendizagem e analisando se a integração da tecnologia de Realidade Aumentada numa interface tangível de papel contribui para potenciar a motivação para a aprendizagem. Atualmente, no que diz respeito ao uso da tecnologia de Realidade Aumentada em contexto educativo, existem vários estudos (Khan, Johnston, & Ophoff, 2019) que permitem referir que esta tecnologia é usada de um modo disperso e quase sempre em iniciativas de carácter individual, nomeadamente como ferramenta de suporte a estudos de caso. Relativamente ao uso de jogos digitais verifica- se que existem jogos comerciais a serem usados e explorados como recursos educativos, em sala de aula (Cerqueira, Cleto & Sylla, 2018). Um exemplo é o Minecraft

, que está a ser usado e explorado como recurso educativo, dado o sucesso da sua utilização em contexto educativo, tendo a Microsoft disponibilizado uma versão para a educação, Minecraft Education Edition

. Em relação ao ensino do Pensamento Computacional verifica-se que a grande maioria das ferramentas existentes e usadas em sala de aula, são desenvolvidas em ambientes 2D, onde as crianças interagem sozinhas com um ecrã não fazendo uso do espaço em redor. Existem ainda ferramentas baseadas em robots (e mecanismos), mas a sua programação é limitada pelo uso desses mesmos mecanismos (Fusté et al. 2018).

6

https://www.minecraft.net/pt-pt/

7

https://education.minecraft.net/

Esta investigação pretende contribuir para uma melhor compreensão de como integrar e incluir no processo ensino/aprendizagem, estas três áreas: jogos digitais, tecnologia de Realidade Aumentada e interfaces tangíveis

Apesar da dificuldade da problemática, este estudo tem um caracter inovador pois abrange de uma forma transversal uma série de áreas de conhecimento, sendo sustentado por estudos de diversos autores de referência, das várias áreas transdisciplinares.

1.3 METODOLOGIA DE INVESTIGAÇÃO

A metodologia de trabalho seguida teve diferentes formas. Numa primeira fase, foi analisado o estado da arte. A transdisciplinaridade do projeto obriga a cruzar várias áreas do conhecimento científico. Esta fase de pesquisa contemplou estudos existentes sobre o uso de videojogos ou jogos digitais em contexto educativo, assim como a pesquisa de áreas como Realidade Virtual (RV), Realidade Aumentada (RA), Interfaces Tangíveis, assim como imersão e interação. O trabalho é suportado pelos estudos de vários autores, relativamente ao Digital Game Based Learning (DGBL) (Prensky, 2001) e aos princípios de aprendizagem que os jogos podem proporcionar (Gee, 2003; 2004; 2007; Prensky, 2004, 2006). Contempla diversas teorias de aprendizagem associando-as ao “Aprender fazendo” (Montessori, 1912; Fröebel, 1909), à psychology of play (Vygotsky,1993), ao flow experience (Csikszentmihalyi, 1996), às inteligências múltiplas (Gardner, 1993;

1996) e taxonomia de Bloom (1956; Krathwohl, 2002).

Foi também necessário incluir os estudos sobre interfaces gestuais (Svedström, 2010), interfaces tangíveis (Marshall, 2007) e as heurísticas de Nielsen (Nielsen, 1994) para o desenho e avaliação de interfaces. Assim como os estudos relativamente ao uso de ambientes de programação (para crianças), LOGO e Scratch (Resnick, 1993; 2017; Papert, 1980; 1996), como meio de (e) para a aprendizagem (Resnick, Ocko, & Papert, 1988).

Trabalhos existentes sobre a utilização da RA na educação (Azuma, 1997; 2006; Kaufmann, 2006), e ainda diversos estudos realizados sobre a temática (Billinghurst & Duenser, 2012; Lu & Liu, 2015; Cheng & Tsai, 2014).

Numa segunda fase foi realizado o planeamento, esboço e implementação da interface. Nesta fase de implementação recorreu-se também à pesquisa bibliográfica, uma vez que foi necessário planear, conceber e desenvolver um jogo, com uma interação específica. A avaliação de questões como usabilidade, navegação e interação, foram analisadas tendo em conta a especificidade do tema, ensino/aprendizagem.

Paralelamente decorreram testes de utilização/usabilidade e interação, de modo a possibilitar a definição de níveis de usabilidade e/ou complexidade de interface. Nesta fase de desenvolvimento, os testes realizaram- se com um grupo restrito de alunos, envolvidos no desenvolvimento da interface e um professor (amostragem por conveniência). A fase formal de realização de testes com o público alvo decorreu na fase final do projeto, onde foi testada a usabilidade da interface desenvolvida e comparada a sua eficácia na construção de algoritmos. Para esta comparação usaram-se interfaces de programação virtuais como Scratch

e físicos, como robots.

8

https://scratch.mit.edu/

Toda a fase de testes foi registada, sobre a forma de grelhas de observação e de interação, fez-se ainda um registo em formato audiovisual. A recolha de dados foi efetuada através de questionários, entrevistas e vídeo.

Os inquéritos e as entrevistas realizaram-se antes e depois da interação dos participantes com o protótipo e foram tratados estatisticamente.

Os participantes estiveram sujeitos a observação (metodologia qualitativa), onde foi analisada e registada a forma como interagiram com a interface desenvolvida e como resolveram os problemas. O tratamento dos dados recolhidos teve por base o conteúdo das entrevistas e questionários.

As técnicas e os instrumentos de recolha de dados utilizados foram:

- Entrevista semiestruturada: questões relacionadas com o conteúdo do jogo, para que fosse possível avaliar a interface. As entrevistas foram gravadas, para que fosse possível analisar o seu conteúdo. Esta entrevista foi aplicada no final da fase de teste.

- Questionários: questões relacionadas com o jogo/protótipo, que permitiram avaliar as dificuldades encontradas (quer a nível de usabilidade, interação, entre outras) e sugestões de alteração por parte dos jogadores. Estes questionários foram aplicados em dois momentos distintos (antes, durante e após o teste da interface).

- Grelhas de observação: registo das estratégias que os utilizadores usaram para superar os desafios propostos.

1.4 OBJETIVOS

Como já anteriormente referido, este estudo pretendeu aferir qual o impacto que a adição de uma componente tangível com tecnologia de Realidade Aumentada (RA) a um jogo digital, pode ter na motivação e interesse para a aprendizagem.

Assim, os principais objetivos foram:

- Fundamentar e sustentar o projeto desenvolvido com autores de referência através de uma revisão cuidada da literatura.

- Analisar o estado da arte relativamente a trabalhos e projetos já existentes para estabelecer a base científica que permita sustentar o projeto

- Desenvolver e testar um protótipo, tendo sempre em atenção os princípios e conclusões descritos na literatura consultada.

Pretendeu-se conceptualizar uma interface tangível de RA e adaptá-la a um dos muitos jogos digitais que se usam para desenvolver o Pensamento Computacional.

O projeto pretendeu aproveitar o fator lúdico que o jogo proporciona para explorar e proporcionar uma experiência interativa, imersiva e uma forma inovadora de aprendizagem, criando assim uma ferramenta que visa potenciar a aprendizagem em contextos formais e não formais. Permitindo assim que os jogadores interajam e participem ativamente, possibilitando a exploração, a descoberta e construção de conhecimento através de uma experiência na qual o jogador deixa de se sentir um mero espectador, para se sentir participante.

Os objetivos específicos deste trabalho foram:

- Desenvolver um protótipo de interface tangível, usando tecnologia RA, adaptando-a um jogo digital, tendo como tema o Pensamento Computacional;

- Construir o ambiente e narrativa de jogo;

- Adequar a mecânica de jogo ao paradigma de interação;

- Desenvolver um protótipo, utilizando a metodologia de design centrado no utilizador (UCD) - Testar a interface com um grupo de alunos (amostragem por conveniência) para avaliar as eventuais dificuldades de interação com o protótipo desenvolvido.

- Aferir se o uso de tecnologia RA aumenta o interesse e motivação dos alunos.

1.5 ORGANIZAÇÃO E ESTRUTURA

Neste documento apresenta-se e descreve-se o processo de desenvolvimento de CodeCubes, desde a conceptualização e planeamento até à implementação do protótipo final. Começa-se por estabelecer a base científica que sustenta o projeto. Apresentam-se os resultados dos testes realizados, assim como as conclusões obtidas com o grupo de participantes que testou a aplicação desenvolvida. Por fim, conclui-se com observações finais e sugestões para trabalho futuro, referindo a contribuição deste estudo no trabalho que já foi realizado.

O documento encontra-se dividido em cinco capítulos.

No primeiro capítulo, contextualiza-se o estudo, abordando a problemática e motivação que levaram à investigação, assim como a pertinência da sua realização. Neste capítulo aborda-se ainda a metodologia a seguir, os objetivos que se pretendem alcançar e a organização e estrutura da dissertação.

No segundo capítulo, apresenta-se o estado de arte e a revisão da literatura. O enquadramento científico foca essencialmente o potencial na educação da Realidade Aumentada, dos jogos digitais (videojogos) e das interfaces tangíveis.

No terceiro capítulo, é apresentado o desenho da interface desenvolvida, sendo descrito o processo de desenvolvimento desde a sua concepção até à implementação. Apresentam-se os vários protótipos desenvolvidos e os primeiros testes com utilizadores, cujos resultados foram positivos mostrando o potencial do uso de interfaces com Realidade Aumentada.

No capítulo quatro é apresentado o estudo de caso: exploração da interface com os alunos do CPR - RoboESAS - Clube dos Pequenitos, sendo efetuada a caracterização dos participantes, o contexto em que decorreu o estudo e os instrumentos e técnicas de recolha de dados. Faz-se ainda a apresentação, análise e discussão dos dados recolhidos. Apresentam-se considerações e limitações relativamente ao estudo exploratório realizado e referem-se algumas recomendações para trabalho futuro.

No capítulo 5, são apresentadas as conclusões e contributos científicos da presente investigação.

2. ESTADO DE ARTE E REVISÃO DA LITERATURA

Nos últimos anos, a indústria de vídeojogos/jogos digitais cresceu exponencialmente, desempenhando um papel cada vez mais importante no entretenimento. Alguns jogos de vídeo de sucesso foram adaptados e lançados como filmes, por exemplo, Tomb Raider ou Resident Evil. Ao mesmo tempo, há também uma tendência para integrar ambientes reais e virtuais (Realidade Aumentada e Realidade Virtual) usando sensores óticos (presentes em tecnologias móveis) e a convergência de diversas plataformas de jogos, aliada a um novo tipo de interação, baseada em gestos.

Este “destaque” na cultura contemporânea, protagonizado pela indústria dos jogos eletrónicos, jogos digitais ou videojogos, originou diversas pesquisas (Gros, 2003; Malone, 1981; Pivec & Keaeney, 2007) e estudos (Gee, 2003; 2004; 2007), que permitiram “retirar-lhes” o rótulo de mero produto de entretenimento e lazer, transformando-os em ferramentas com fins educativos. Surge uma nova abordagem de aprendizagem (Prensky, 2001) denominada Game Based Learning (GBL), na qual os jogos são usados para motivar e envolver os alunos com o assunto de aprendizagem, como é o caso de Serious Games (SG). Uma tendência mais recente considera que os alunos podem criar os seus próprios jogos e, ao fazê-lo, desenvolver soluções para problemas e também competências na área do Pensamento Computacional. À medida que a investigação nesta área vai aumentando, surgem novos conceitos: Edutainment, “Games for Change” (Zagalo & Laranjeiro, 2018), Playful Learning ou Learning through play (Resnick, 2004) ou Gamification (Deterding, Dixon, Khaled, & Nacke, 2011), sendo utilizados e incluídos elementos de design de jogos em contextos não relacionados com o jogo.

2.1 JOGOS OU VIDEOJOGOS NO PROCESSO ENSINO/APRENDIZAGEM

Os jogos digitais têm a capacidade de facilitar a aprendizagem em vários campos de conhecimento (Gee, 2007), por exemplo, no entendimento de ciências e matemática, quando se torna difícil manipular e visualizar determinados conceitos, como por exemplo moléculas, células e gráficos matemáticos, uma vez que é possível representar uma grande variedade de cenários (Mitchell, 2004).

Ao colocar o aluno no papel de tomador de decisão e expondo-o a níveis crescentes de desafios, os jogos digitais promovem uma aprendizagem através da tentativa e erro. O fato de se estar num ambiente livre de riscos incentiva a experimentação e exploração, estimulando a curiosidade, aprendizagem por descoberta e perseverança.

No entanto, a sua utilização num contexto de aprendizagem tem de ter objetivos de aprendizagem bem

definidos, centrados no tema de aprendizagem, a fim de promover a aquisição das competências e domínio de

conhecimento direcionados (Gros, 2003). Aspetos como o desafio, a fantasia, a curiosidade e os estímulos

sensoriais são fatores que podem potencialmente promover a aprendizagem intrínseca e devem ser tidos em

conta para compreender se um determinado jogo é adequado para ser utilizado como ferramenta de

aprendizagem (Malone, 1981), pois a motivação para aprender enquanto se joga dependente de tais fatores

(Prensky, 2001; Malone, 1981; Pivec et al., 2007).

Além disso, aspetos como interatividade, resolução de problemas e feedback são essenciais (Prensky, 2006; Malone, 1981; Zyda, 2005) para uma aprendizagem bem-sucedida e eficaz. O jogo deve promover, a quem o joga, momentos de reflexão (Pivec et al., 2007) sobre o tema da aprendizagem. Criando assim uma aprendizagem intrínseca (Malone, 1981), que pode ser flexível e feita através de desafios (Csikszentmihalyi, 1996).

Os jogos usados em contextos educativos são muito mais do que história, arte e software, pois adicionalmente envolvem aspetos pedagógicos. No entanto, e embora os elementos pedagógicos tenham de ser tidos em conta, a componente de entretenimento tem de estar em primeiro plano. É precisamente a componente educativa que transforma o entretenimento puro numa poderosa ferramenta de aprendizagem, referida como Serious Games (Zyda, 2005). Para além de se terem em conta os aspetos referidos na sua conceção (Yousoff, 2009), é essencial considerar as competências (cognitiva, psicomotora e afetiva) que o aluno/jogador irá desenvolver/experimentar ao jogar o jogo.

O jogo deve incluir momentos que permitam ao aluno/jogador fazer uma pausa e de algum modo retroceder, para poder refletir sobre as suas ações. Ao mesmo tempo, deve permite ao jogador aplicar a mesma estratégia em situações idênticas, possibilitando a interiorização e transferência de conhecimentos. O jogo não deve ser demasiado fácil, pois o jogador pode ficar facilmente aborrecido e perder o interesse, nem demasiado difícil, pois pode gerar frustração no jogador (Verhaegh, 2008).

No entanto, durante os momentos (de pausa) é necessário manter o jogador envolvido e imerso no mundo do jogo. Para que o jogador experimente a sensação de total imersão, perdendo a noção de tempo e de tudo o que se passa à sua volta, o que Csikszentmihalyi (1996), designa de flow experience. Para tal, torna-se importante anular as barreiras que existem entre ele e o jogo, criadas pelos dispositivos, usando-se o próprio corpo para a comunicação com o jogo e simulando a interação com o mundo físico.

O jogo pode ser uma ferramenta de aprendizagem valiosa, pois quando as pessoas aprendem a jogar, estão a aprender novas coisas. Não se aprende apenas lendo e/ou escrevendo, mas também através do uso de números, imagens, símbolos e instrumentos gráficos (Gee, 2003).

Assim, o jogo enquadra-se na conceção do conhecimento e da aprendizagem que derivam, principalmente, das teorias da epistemologia genética de Piaget (1971) e da perspetiva sócio histórica de Vygotsky (1933) as quais consideram que não somos passivos perante o meio, isto é, há uma resposta aos estímulos externos e agindo sobre eles permite construir e organizar conhecimento.

Para Vygotsky, o desenvolvimento cognitivo não advém apenas da biologia (um processo genético), mas é um processo essencialmente social (um conceito intimamente ligado à interação social). Piaget considera que o desenvolvimento cognitivo é construído através de estágios evolutivos, e o conhecimento é um processo de interação entre o sujeito e o meio, enquanto que para Vygotsky é um processo de interação entre o sujeito e o meio social e cultural

.

9

https://www.imageneseducativas.com/%E2%80%8Bpiaget-vs-vygotsky-similitudes-y-diferencias-

entre-sus-teorias/

A aprendizagem é um processo in continuum que não se cinge apenas a espaços formais, mas que ocorre também em espaços informais, onde os conhecimentos circulam no seio de comunidades de prática e de redes digitais de conhecimento (Siemens, 2007). O mesmo defende Figueiredo quando refere que a aprendizagem adquirida nas escolas representa uma parcela cada vez menor e que o futuro desta, não se encontra nos conteúdos, mas nos contextos (Figueiredo, 2000).

2.2 TEORIAS DA APRENDIZAGEM

As teorias de aprendizagem procuram investigar a dinâmica envolvida nos atos de ensinar e aprender, partindo do reconhecimento da evolução cognitiva do ser humano. Tentam explicar a relação entre o conhecimento pré-existente e o “novo” conhecimento. Assim, há diferentes teorias, entre elas o behaviorismo e o cognitivismo. Contudo, estas duas teorias não consideram a componente social da aprendizagem (Lima &

Capitão, 2003). A ideia de que a aprendizagem é uma atividade social, surge com o construtivismo (Piaget, 1971), uma teoria da aprendizagem que considera que o desenvolvimento da cognição e o conhecimento é determinado pelas ações mútuas entre o indivíduo e o meio (Piaget, 1971; Lima et al., 2003). No entanto, o construtivismo, por se centrar no indivíduo, não considera o conhecimento que ocorre para além da pessoa (Mota, 2009). Surge uma “nova” teoria alternativa de aprendizagem, adaptada à nova realidade tecnológica e à sociedade em rede, o conetivismo (Siemens, 2004; Mota, 2009). Esta teoria defende que o conhecimento se constrói através de uma rede de conexões, sendo que a aprendizagem é a capacidade de construir conhecimento em conexão (Siemens, 2017). Neste sentido, o conhecimento está disponível através de redes e o ato de aprender não é mais do que a capacidade de construir uma ampla rede de conexões (Mota, 2009).

O conhecimento é adquirido muitas vezes informalmente (fora dos sistemas formais de ensino e das suas instituições), sendo um processo contínuo ao longo da vida (Simões, 2010). Este conhecimento evolui rapidamente e parte dele tende a ficar obsoleto num curto espaço de tempo. No passado, o que se aprendia no início de um percurso profissional, era válido até ao seu final, podendo até ser transmitido às gerações seguintes (Levy, 1999). Atualmente, vivemos numa época em que o conhecimento está em constante transformação e acessível, à distância de um clique (Levy, 1999). As novas tecnologias estão no centro da sua transmissão (Levy, 1999), mais importante do que aquilo que se sabe num dado momento é a capacidade para adquirir mais conhecimentos (Siemens, 2017).

A aprendizagem e a aquisição de competências está sempre presente e ocorre, em diferentes cenários (numa escola ou mesmo no convívio social). O ensino é regulado por processos formais sob controlo institucional em locais específicos e com horários estabelecidos (pelo que acontece só nesses períodos), mas a aprendizagem, não, essa efetua-se ao longo da vida e em qualquer local e a partir de fontes diversas (Simões, 2010).

No site

, Henry Jenkins publica um vídeo, onde Gee (2011) refere que aprender será cada vez mais um processo altamente envolvente e imersivo, rico em informação e onde a realização de algo como um teste final será completamente obsoleto. Verifica-se que existem dois sistemas de ensino: um fora da escola, baseado nos

10

http://henryjenkins.org/2011/03/how_learners_can_be_on_top_of.html

media digital em que as pessoas produzem o seu próprio conhecimento e outro, na escola, que simplesmente ensina conceitos básicos de literacia e uso de números. A aprendizagem deve ser baseada na capacidade para usar factos e informação como ferramentas para resolver problemas num dado contexto.

A investigação na área das teorias de aprendizagem associada à possibilidade de construir artefactos digitais, para substituir objetos reais (em que a criação não é viável), transformam os jogos digitais que integram interfaces com Realidade Aumentada, em ferramentas que potenciam a aprendizagem em vários campos de conhecimento. Esta abordagem está em linha com os princípios defendidos pelo Construcionismo, que considera que a aprendizagem é mais eficaz quando se constroem e manipulam objetos tangíveis (Papert, 1980).

2.3 USO DE INTERFACES TANGÍVEIS NO PROCESSO ENSINO/APRENDIZAGEM

A designação Interface Tangível (Tangible User Interface - TUI) foi usado pela primeira vez em 1997 (Ishii, & Ullmer,1997) com o objetivo de combinar informações digitais com objetos físicos e o meio. Esses objetos são tangíveis porque os utilizadores são capazes de os tocar e/ou agarrar (Fitzmaurice, Ishii & Buxton, 1995), permitindo interagir com o ambiente digital usando objetos físico.

O processo de aprendizagem é mais eficaz quando as crianças (e/ou alunos) estão empenhados em fazer e em interagir com objetos tangíveis no ambiente físico (Fusté et al., 2018). As crianças aprendem melhor quando estão ativamente envolvidas na construção de algo que tenha significado para elas, “seja um poema, um robot, um castelo de areia ou um programa para computador” (Papert, 2008).

O uso de TUIs aumenta a brincadeira e ajuda as crianças/alunos a canalizar o seu esforço mental sobre a atividade atual (Sabuncuoğlu et al., 2018). A manipulação de objetos físicos pode proporcionar maior embodiment do que a interação com representações abstratas desses objetos (Rogers, Scaife, Gabrielli, Smith,

& Harris, 2002; Krpan, Mladenović & Ujević, 2018). Há ações físicas com os objetos, tais como: jogar, empurrar, tocar, que podem promover o pensamento abstrato, mais do que o objeto (realidade) (Fusté et al., 2018). O jogo é muito importante para as crianças porque representa um meio/ambiente para experimentar a vida cotidiana e tem valor educativo como meio de aprendizagem e desenvolvimento do pensamento (Kolomyjec, Cassell, Kafai & Williamson, 1997; Krpan, Mladenović & Ujević, 2018). Ao mesmo tempo que promove o desenvolvimento do raciocínio, a observação, o questionar, discutir, interpretar, solucionar e analisar (Roberto, Teixeira, Lima, Silva, Albuquerque, Alves, Teichrieb, & Kelner, 2011).

Vários estudos (Sylla, Branco, Coutinho & Coquet, 2012; Horn, Solovey, Crouser, & Jacob, 2009; Fuste

& Schmandt, 2019) demonstraram que se podem obter melhores resultados de aprendizagem através da

utilização de interfaces tangíveis. As interfaces tangíveis são especialmente adequadas para apoiar e promover

a colaboração (Sylla et al., 2012), são fáceis de usar e permitem uma interação natural (Schneider, Jermann,

Zufferey, & Dillenbourg, 2011; Fusté et al., 2018), como também aumentam os resultados de aprendizagem

(Skulmowski, Pradel, Kühnert, Brunnett, & Daniel Rey, 2016; Fusté et al., 2018). Alguns autores (Horne et

al., 2009; Horn, Crouser & Bers, 2012) consideram que as interfaces híbridas, as que combinam elementos

físicos e gráficos também são vantajosas, pois permitem a mudança entre duas modalidades de interação. Aqui

a componente tangível pode ser usada para a exploração e a componente gráfica pode ser usada para a prototipagem rápida (Horn et al. 2012).

No entanto, o uso de objetos na educação não é recente e remonta aos anos 1800, altura em que Fröebel desenvolveu os Fröebel gifts

, que ainda hoje são comercializados. Estes objetos, são mais do que um conjunto de brinquedos (para brincar e jogar), servem para promover a aprendizagem e para estimular a interação social das crianças (Zagalo et. al, 2018). Montessori estendeu as ideias de Fröebel de forma a que fossem utilizados por crianças mais velhas (Roberto et al., 2011). Quer os Fröebel gifts, quer os objetos montessorianos, têm por objetivo o desenvolvimento cognitivo e motor das crianças, pretendendo que surja de forma natural, através do seu manuseamento (Lima, 2016). Estes materiais foram concebidos, tendo em consideração as diversas fases de desenvolvimento das crianças, promovendo a exploração através dos sentidos; a compreensão de símbolos numéricos, de cores, de formas, entre outros (Lima, 2016).

2.4 A BRINCADEIRA NO PROCESSO ENSINO/APRENDIZAGEM

As crianças enquanto brincam e jogam estão a interagir. No entanto o ato de brincar é diferente do ato de jogar (Zagalo et. al, 2018). Brincar, ao contrário de jogar, é espontâneo e natural, estando desprovido de regras rígidas e obrigatórias (Zagalo et. al, 2018). As crianças brincam para aprender, enquanto aprendem a brincar num contexto criativo (Resnick, 2003, citado em Miranda-Pinto, 2016). Brincar promove a socialização e a motivação para aprender, permitindo adquirir novo conhecimento (Zagalo et. al, 2018).

Papert (1980), defendeu uma aprendizagem que tem por base o ato de brincar e abordagens projetuais (Zagalo et. al, 2018), ao promover a criação dos próprios materiais por parte dos estudantes, estes revertem como objeto de seu conhecimento (Papert, 1993).

Resnick (2014) refere que o conhecimento por si só não é suficiente e que se deve aprender a pensar e usar os conhecimentos de forma criativa. Para que tal aconteça, é necessário desenvolver novas tecnologias, atividades e estratégias para envolver os jovens em experiências criativas de aprendizagem (Resnick, 2014). A abordagem proposta tem por base quatro elementos centrais: os Quatro P de Aprendizagem Criativa (Four P’s of Creative Learning): “Projetos (Projects), Pares (Peers), Paixão (Passion) e Brincar (Play)” (figura 1).

Aprende-se melhor quando se trabalha ativamente em projetos (projects), é necessário imaginar, projetar, iterar. A aprendizagem “floresce” como atividade social (peers), aprende-se ao partilhar e colaborar. Quando os projetos são significativos (passion), trabalha-se mais, persistindo diante dos desafios, aprendendo mais com e no processo. Aprender significa experimentar, testar limites e assumir riscos (play) (Resnick, 2014).

À medida que as crianças vão passando por este processo, aprendem a desenvolver e a experimentar as suas ideias, a testar limites, experimentar alternativas e a obter feedback, o que permite gerar novas ideias com base nas suas experiências (Resnick, 2014). Imaginar, criar e brincar estão interligados e são uma forma de relacionamento com os outros (Resnick & Rosenbaum, 2013).

11

http://www.froebelgifts.com/

Figura 1: Four P’s of Creative Learning: Projects, Peers, Passion, Play¹²

As crianças enquanto brincam umas com as outras aprendem e desenvolvem através de um processo criativo, tornando-se pensadores criativos Resnick (2007; 2014; 2017). As crianças imaginam o que querem desenvolver,

um projeto baseado nas ideias que tiveram,

com o projeto que criaram e

de projetos (Resnick, 2014), segundo o modelo “Espiral de pensamento criativo” (figura 2): imaginar (imagine), criar (create), jogar (play), partilhar (share), refletir (reflect), imaginar (imagine)... (Resnick, 2009.

Figura 2: The Creative Learning Spiral¹³

Marina Bers, (2008) propõe uma variação deste modelo The Engineering Design Process (figura 3), fundamentado na aprendizagem baseado no contato com a robótica educativa e que consiste em: questionar

12

Retirado de https://en.scratch-wiki.info/wiki/Scratch@MIT_2014, em 6/11/2019

13

Retirado de: http://constructionism2014.ifs.tuwien.ac.at/papers/1.2_1-8527.pdf, em 6/11/2019

(ask), imaginar (imagine), planear (plan), criar (create), testar e melhorar (test and improve), partilhar (share), questionar (ask) …

Figura 3: The Engineering Design Process¹⁴

As crianças identificam (ask) um problema para o qual

(create) uma solução. Ao

(test) e

possibilidade de alterar e melhorar (improve) a solução encontrada, desenvolvendo competências sociais e colaborativas.

Este processo de aprendizagem, baseado neste modelo proposto por Bers (2008), permite que as crianças desenvolvam os chamados “quatro C's” da aprendizagem”

: Criatividade e Inovação; Pensamento Crítico e Resolução de Problemas; Comunicação e Colaboração (Creativity and Innovation;

Jerald (2009) refere que, apesar de ser importante ter um conhecimento sólidos nas diversas áreas do saber, tal não é suficiente, é essencial ter a capacidade de o aplicar. Num mundo em constante mudança, a atualização de conhecimentos é uma exigência. Não é suficiente saber, memorizar e reproduzir informação, mais importante que o acesso à informação é saber selecionar, analisar, questionar, relacionar factos, sempre com uma atitude crítica. Refere ainda, que vivemos numa sociedade em que é preciso ser criativo e inovador, saber comunicar e expressar ideias e opiniões, saber colaborar e trabalhar em equipa, para superar desafios e dificuldades. É fundamental dominar os saberes, colocar em prática os conhecimentos adquiridos e ter capacidade de refletir criticamente (critical thinking), ter capacidade de se adaptar e inovar, para resolver os problemas (problem-solving) e superar as tarefas e desafios de uma forma criativa.

As abordagens descritas, estão em linha com a taxonomia, proposta, em 1956, por uma equipa de investigação, coordenada pelo psicólogo Bejamim Bloom e que ficou conhecida pela Taxonomia de Bloom (Bloom, 1956; Krathwohl, 2002), tendo sido revista e atualizada em 2001.

14

Retirado de: https://sites.tufts.edu/devtech/files/2018/06/Elkin-Sullivan-Bers-2018-PDF.pdf, em 6/11/2019

15

https://www.battelleforkids.org/networks/p21, em 6/11/2019

Em 1956, Bloom e a sua equipa definiram três domínios: cognitivo, afetivo e psicomotor. O domínio cognitivo é o mais conhecido e neste domínio são seis os processos de aquisição de conhecimento:

Conhecimento, Compreensão, Aplicação, Análise, Síntese e Avaliação (figura 4).

.

Figura 4: Taxonomia de Bloom (original)¹⁶

A Taxonomia de Bloom, no que concerne ao domínio cognitivo, é composta por uma estrutura hierárquica, com níveis de complexidade crescente (do mais simples, para o mais complexo), cumulativos e dependentes uns dos outros. Só se passa para um nível superior, se o nível anterior estiver consolidado (dominado e adquirido).

Em 2001, Krathwohl e outros autores, atualizaram a taxonomia. No domínio cognitivo, os processos continuam a ser seis, passando as formas verbais: Lembrar; Entender; Aplicar; Analisar; Sintetizar e Criar (figura 5).

Figura 5: Taxonomia de Bloom (revista)¹⁷

As alterações de 2001, introduzidas na taxonomia original (1956) de Bloom, separaram conceptualmente, conhecimento e processo cognitivo (Krathwohl, 2002), dando um caráter bidimensional à taxonomia original.

Ao separar conhecimento em processo (o que se deve aprender) e conteúdo assimilado (como se é capaz de fazer uso ou o que se é capaz de realizar com esse conhecimento), o processo cognitivo pode ser entendido como o meio pelo qual o conhecimento é adquirido ou construído e usado para resolver problemas diários e eventuais (Anderson et al., 2001, citado em Orvalho, Alves & Azevedo, 2019). Assim como a capacidade de refletir sobre o que se aprendeu e o que ainda falta aprender (Orvalho et al., 2019).

16

Retirado de: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0104-530X2010000200015, em 6/11/2019

17

(Retirado de: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0104-530X2010000200015, em

6/11/2019)

2.5 REALIDADE AUMENTADA NO PROCESSO ENSINO/APRENDIZAGEM

Realidade Aumentada refere-se à integração de informação virtual num ambiente real e interação em tempo real. As interfaces com esta tecnologia permitem visualizar as informações consoante as necessidades do utilizador (Liarokapis, Macan, Malone, Rebolledo-Mendez & De Freitas, 2009).

A RA complementa a realidade, em vez de a substituir completamente (Azuma, 1997), permitindo ver o mundo real sem imersão completa, uma vez que não há substituição do real pelo virtual, mas um aumento e sobreposição de informação virtual sobre o mundo real com controlo do utilizador. É um ambiente interativo, no qual o real é reforçado por informações virtuais e em tempo real (Kesim & Ozarslan, 2012).

Existem vários trabalhos e estudos (Kaufmann, 2006; Dünser, Walker, Horner & Bentall, 2012) que indicam que o uso de RA em contextos educativos, contribui para aumentar a motivação e colaboração entre os alunos, potenciando a aprendizagem (Wu, Wen-Yu Lee, Chang & Liang, 2013), tornando-a mais interativa e mais atrativa. As aplicações de RA permitem interações e visualizações que não são possíveis no mundo real (Dünser et al., 2012). Sendo particularmente adequadas para visualização espacial, oferecendo vantagens pois facilitam a visualização tridimensional (3D) de objetos. Deste modo, ampliando as possibilidades de aprendizagem relativamente ao mais tradicional, como o livro em papel, que suporta apenas a representação bidimensional (2D) de objetos, simulando processos dinâmicos que não são visíveis na vida real (Dünser et al., 2012; Kaufmann, 2006), contribuindo assim para libertar recursos cognitivos (Bower, Howe, McCredie, Robinson & Grover, 2014; Kesim et al., 2012).

O uso de sistemas de Realidade Aumentada em contextos educativos permite interagir com a informação/objetos ou eventos 3D de uma maneira natural, podendo estes ser manipuladas com as mãos (como no mundo real) sem ser necessário usar o rato ou o teclado (Svedström, 2010). Usamos gestos para comunicar com os outros ou para interagir com os objetos (Svedström, 2010).

A experiência educativa proporcionada por esta tecnologia permite a interação contínua entre os ambientes real e virtual, a transição entre ambos, e o uso de uma interface tangível para manipulação de objetos (Billinghurst, 2002; Kesim et al., 2012), integrando assim as três características que a RA deve ter: combinar os mundos real e virtual, permitir a interação em tempo real com o utilizador e estar inserido num espaço 3D (Azuma, 1997).

As principais vantagens do seu uso em contextos educativos traduzem-se em ganhos na aprendizagem, motivação, interação e colaboração. A utilização desta tecnologia tem sido eficaz para um melhor desempenho de aprendizagem, motivação, o envolvimento dos alunos e atitudes positivas de aprendizagem (Bacca, Baldiris, Fabregat & Graf, 2014). Estes resultados foram confirmados por um estudo recentemente publicado (Khan et al., 2019), que investigou o impacto que o uso de uma aplicação móvel RA tem na motivação para a aprendizagem num grupo de estudantes de ciências da saúde na universidade de Cape Town (UCT). Este estudo contou com a participação de setenta e oito estudantes que usaram uma aplicação móvel RA e responderam a questionários antes e após o uso da aplicação, constatando-se a motivação para aprender aumentou.

O uso de RA em educação coloca questões que vão desde as vantagens aos desafios da utilização desta

tecnologia em contexto educativo. A grande vantagem é a possibilidade de interagir com o mundo real de uma

nova forma, manipular objetos virtuais e/ou observar fenómenos que são difíceis de observar ou experimentar no mundo real (Khan et al., 2019; Wu et al., 2013), em muitos casos, com elevado nível de realismo (Khan et al., 2019; Wei, Weng, Liu & Wang, 2015), assim como a possibilidade de criar ambientes de aprendizagem onde se combinam objetos reais e virtuais. A imersão e interação que esta tecnologia proporciona pode incentivar os alunos a participar em atividades de aprendizagem e melhorar a sua motivação para aprender (Di Serio, Ibáñez, & Kloos, 2013; Gopalan, Zulkifli, & Bakar, 2016; Khan et al., 2019; Wei et al., 2015). A facilidade de utilização é também uma das vantagens mencionadas. (Akçayır & Akçayır, 2017; Khan et al., 2019). Os desafios inerentes ao uso de RA em educação estão essencialmente associados a problemas de usabilidade e problemas técnicos. Alguns alunos podem achar esta tecnologia complicada (Akçayır et al., 2017;

Khan et al., 2019), a combinação de objetos reais e virtuais pode causar confusão aos alunos (Khan et al., 2019;

Wu et al., 2013) levando a que precisem de tempo para se familiarizar e sentirem confortáveis com a tecnologia RA (Gopalan et al., 2016; Khan et al., 2019).

No entanto, não se encontraram evidências que permitam afirmar que as questões referentes à usabilidade estejam diretamente relacionadas com a tecnologia RA, podendo ser resultantes de erros de design de interface, problemas técnicos ou atitudes negativas (Akçayır et al., 2017; Khan et al., 2019). É de salientar a importância do envolvimento dos educadores para facilitar o desenvolvimento de aplicações RA favoráveis para o ensino, o que aumenta o seu potencial para serem incorporadas na educação (Khan et al., 2019; Wei et al., 2015).

2.6 REALIDADE AUMENTADA EM JOGOS ASSOCIADOS A CONTEÚDOS EDUCATIVOS

Os videojogos e outros tipos de jogos começam a ganhar relevância na área da educação e o reconhecimento do seu potencial educativo conduziu a um maior uso destes, como ferramenta educativa, mesmo em sala de aula (Schrier, 2006). O mesmo se verifica com a RA, apesar de não ser uma tecnologia nova, a sua aplicação em contexto educativo, começa agora a ser mais comum, permitindo transformar a educação tal como a conhecemos (Bower et al., 2014). Ao combinar interfaces de Realidade Aumentada com conteúdo educativo, oferece-se aos alunos outra forma de interação entre os mundos real e virtual.

A possibilidade de sobrepor ao mundo real elementos virtuais, gerados no computador, permite que a experiência deixe de ser estática e que a interação passe a ser em tempo real, aumentando a eficácia e a atratividade do ensino e aprendizagem. Se aos jogos, que já se usam em sala de aula, for adicionada essa componente RA, estão-se a fornecer aos alunos recursos para que possam efetivamente trabalhar e cooperar de forma a resolverem problemas significativos e construírem as suas próprias soluções, narrativas e conexões (Schrier, 2006).

Os jogos que incorporam a tecnologia de RA, permitem uma “nova” forma de aprender, uma aprendizagem

pela descoberta, com uma forte componente interativa, possibilitando o uso do gesto (uma forma natural de

interação) e o abandonado dos dispositivos mais comuns, rato e teclado (Leitão, 2013). Permitem também

maior cooperação e colaboração, uma vez que todos vivenciam em simultâneo, a mesma experiência, em tempo

real (Leitão, 2013). Esta tecnologia facilita a formalização das ideias, através de novas maneiras de visualizar,

comunicar e interagir entre as pessoas e a informação (Tori, Kirner, & Siscoutto, 2006). Proporciona também

um ambiente seguro, flexível, controlado e intuitivo para experimentar interações físicas. A tecnologia AR permite interpor objetos que muitas vezes não são acessíveis na vida real e possibilitar a exploração desses elementos (virtuais), assim como a interação com o ambiente (real), sem a necessidade de os construir, economizando tempo e recursos (Tori & Hounsell, 2018).

Os jogos RA podem usar marcadores, que ao serem detetados pela câmara de um dispositivo móvel ou uma webcam permitem observar os objetos (normalmente 3D) virtuais. Este tipo de jogos (com recurso a marcadores), pode ser facilmente usado em contexto de sala de aula e em diversas disciplinas desde arqueologia, história, antropologia ou geografia

recorrer a jogos RA que não usam marcadores, mas que permitem ancorar os objetos virtuais, a locais específicos no mundo real, podendo os jogadores interagir com os objetos digitais (Yuen et al., 2011).

2.7 TECNOLOGIAS DE REALIDADE AUMENTADA

A Realidade Aumentada, usa técnicas de visão por computador que geram, posicionam e mostram os objetos virtuais integrados no espaço real, transportando o ambiente virtual para o real (Tori et. al, 2006).

Para que seja possível visualizar o objeto virtual, é necessário colocar, em frente à câmara ou webcam, que vai captar a imagem, o objeto real (normalmente um marcador

). A câmara envia, em tempo real, as imagens que serão interpretadas pelo software, gerando deste modo o objeto virtual que aparece sobreposto ao real.

A manipulação dos objetos virtuais faz-se no espaço do utilizador (espaço físico), permitindo a interação com o virtual de um modo mais natural (por gestos) e intuitiva sem necessidade de adaptação ou treino, usando as mãos (Tori et al., 2006; Tori et al., 2018),

2.7.1 MARCADORES

Para que o objeto virtual seja interpretado, criado e visualizado é necessário que exista um mecanismo que permita desencadear o aparecimento do objeto virtual sobre o espaço real. Este mecanismo de reconhecimento pode ser um marcador, impresso numa folha de papel (Costa, 2014).

A utilização de padrões visuais, também conhecidos como marcadores, tem como objetivo tornar possível que as aplicações sejam executadas em tempo real, com hardware de baixo custo: processadores mais lentos e câmaras de menor resolução e taxa de captura (Roberto et. al, 2011).

Por serem de baixo custo (um marcador pode ser impresso em papel, cartão, cartolina) e pela possibilidade de se usarem vários marcadores, são um dos recursos mais utilizados em Realidade Aumentada. Os mais comuns são o fiducial, o idBased, o DataMatrix, o split e o frame (Roberto et. al, 2011).

2.7.2 BIBLIOTECAS

É possível encontrar uma série de ferramentas (toolkits) de desenvolvimento de aplicações RA, que podem ser dividas em duas categorias: para programadores e para não programadores (Roberto, Lima, Mota, &

18

O uso de um marcador é um dos recursos mais utilizados, em RA, por ser de baixo custo, mas não é o

único.