A UTILIZAÇÃO DE SISTEMAS ESPECIALISTAS E DE
RPG NA CONSTRUÇÃO DE UM MODELO
COMPUTACIONAL PARA ENSINO DE MATEMÁTICA
Diego Gomes de Sousa1, João Artur de Souza2, Gertrudes AparecidaDandolini2
1Rua Almirante Tamandaré, 304 apt 402 – Bairro Centro CEP 96010-750 – Pelotas – RS – Brasil
2Rua Senador Carlos Barbosa, 241 – Bairro Três Vendas CEP 96020-240 – Pelotas – RS – Brasil
{trunksgt,jartur,gtude}@ufpel.tche.br
Abstract. The advance of technology is making possible its application in
many areas, particularly in education. The Artificial Intelligence is one of these tendencies that come to contribute significantly in the development of tools that make these applications practicable, like, for example, the Expert Systems (ES), which are computer programs destined to solve problems in specific fields of knowledge. This article presents the development of a computer model for the teaching of some mathematics topics based in ES techniques and in RPG (Role Playing Games) techniques that, in a form of a game, allow the user to test his mathematics know ledges during the adventure.
Resumo. O avanço da tecnologia vem possibilitando a aplicação da mesma
em diversas áreas, em particular na educação. A Inteligência Artificial é uma destas tendências que vem contribuir de maneira significativa no desenvolvimento de ferramentas que viabilizem estas aplicações, como, por exemplo, os Sistemas Especialistas (SE), que são programas computacionais destinados a solucionar problemas em campos específicos do conhecimento. Esse artigo apresenta o desenvolvimento de um modelo computacional para ensino de alguns tópicos de matemática baseado nas técnicas de SE e de RPG (Role Playing Games), que, na forma de um jogo, permita ao usuário testar seus conhecimentos matemáticos ao longo da aventura.
1. INTRODUÇÃO
Nas últimas décadas, a sociedade vem sofrendo profundas transformações, principalmente no que diz respeito à revolução tecnológica, que atinge várias áreas de conhecimento. Teodoro (1992) diz que “Os tempos atuais são de profunda transformação tecnológica originada pela rápida evolução e difusão de novas tecnologias, em particular, as associadas aos computadores e às comunicações”. Nos dias atuais, estas tecnologias estão alterando não somente os processos de produção de bens materiais, mas também os processos de difusão das idéias e, conseqüentemente, os modos de viver em sociedade.
A educação é uma das áreas que mais sente o impacto dessas mudanças, reconhecendo a necessidade de novos objetivos que correspondam à transição de uma nova sociedade, sendo a informação uma das suas principais características (Zuchi, 2000). Segundo Andrade (1997), os jovens, e cada vez mais as crianças, têm acesso ao mundo de forma mais direta e objetiva através dos meios de comunicação do que pelos métodos tradicionais de educação.
Essa transformação na educação faz com que os computadores devam estar inseridos em ambientes de aprendizagem, que possibilitem a construção de conceitos e o desenvolvimento de habilidades necessárias para a sobrevivência na sociedade do conhecimento. É notória a preocupação dos educadores a respeito do uso do mesmo. Através de seminários, simpósios, fóruns discutem-se formas de utilização de tecnologias que sejam eficazes.
Em muitos destes eventos, constatamos que a Inteligência Artificial está cada vez mais presente em diversas áreas, entre elas a educação. A Inteligência Artificial (IA) é um ramo da computação que foi construído a partir de idéias filosóficas, científicas e tecnológicas herdadas de outras ciências, como por exemplo, da lógica (Bittencourt, 1996). O objetivo geral da Inteligência Artificial é a criação de teorias e modelos para a capacidade cognitiva. Esses modelos são implementados utilizando-se como ferramenta o computador.
Uma das linhas de pesquisa para a construção de sistemas inteligentes é a linha simbólica, e neste contexto estão os sistemas especialistas (SE), que desde a década de 70 estão sendo aplicados em diversas áreas de conhecimento. Os Sistemas Especialistas são programas de computador planejados para adquirir e disponibilizar o conhecimento operacional de um especialista humano. São tradicionalmente vistos como sistemas de suporte à decisão, pois são capazes de tomar decisões como especialistas em diversas áreas. Sua estrutura reflete a maneira como o especialista humano arranja e faz inferência sobre o seu conhecimento.
Os Sistemas Especialistas, direcionados para a resolução de problemas, podem ser empregados como mecanismos de apoio para a aprendizagem de disciplinas com características objetivas, como no caso da Matemática (Zuchi, 2000).
Machado et al. (2003) comentam que os jogos, por sua vez, têm um grande potencial para uso pedagógico, tanto pela forte atração que exercem, quanto pela necessidade de participação por parte do usuário, o qual se sente valorizado, na medida em que se torna parte ativa do processo. Além disso, já faz algum tempo que os jogos têm sido utilizados como ferramenta de aprendizagem em todo mundo. Segundo Kimby
(1992), o princípio por trás do uso de jogos está em fazer com que os participantes aprendam fazendo ao invés de receberem métodos passivos de aprendizagem como lendo, ouvindo ou observando, por exemplo. Dentre os diversos tipos de jogos existentes, o RPG é um jogo que os educadores vêm, com bastante freqüência nos dias de hoje, explorando e testando sua utilização no processo de ensino e aprendizagem.
Deixando todas as definições de lado, os role playing games (RPG’s) podem ser mais bem descritos como "jogos de interpretação de personagens com regras". De uma sessão de RPG, participam o mestre e os jogadores. A função do mestre é apresentar ao grupo de jogadores uma história, uma aventura, que contenha enigmas, charadas, situações que exigirão escolhas por parte dos jogadores. Estes, por sua vez, controlam personagens que viverão a aventura, discutindo entre si as escolhas que farão e as soluções que darão aos enigmas que surgirem.
A base do RPG é a criatividade. Uma aventura pode basear-se em outras já prontas ou na imaginação, através de pesquisas em livros de ficção, filmes, peças de teatro. O RPG não é competitivo. A diversão não está em vencer ou derrotar os outros jogadores, mas em utilizar a inteligência e a imaginação para, em cooperação com os demais participantes, buscar alternativas que permitam encontrar as melhores respostas para as situações propostas pela aventura. Além disso, é um jogo que desperta o interesse pela leitura e pela pesquisa.
A cooperação para a superação de problemas e as demais características inatas do RPG caracterizam o estilo de aprendizagem descrito por Piaget, citado por Mizukami (1986) da seguinte maneira: “O indivíduo é um sistema aberto que vai se reestruturando repetidas vezes tentando alcançar o estágio final, sem nunca conseguí-lo. Para isto o ser humano modifica o meio e assim tem de modificar-se novamente para adequar-se a esta nova situação e assim sucessivamente”. Deste modo, pode-se, então, considerar o RPG como uma técnica educacional válida.
Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um protótipo de um modelo computacional capaz de diagnosticar algumas dificuldades do Ensino de Matemática em níveis fundamental, médio e superior. O modelo será baseado em técnicas de Sistemas Especialistas e de RPG e será desenvolvido na forma de um jogo, permitindo ao usuário testar seus conhecimentos matemáticos e, ao mesmo tempo, exercitar suas fantasias.
2. DESENVOLVIMENTO DO MODELO PROPOSTO
Para alcançar os objetivos propostos, o trabalho foi dividido em diversas etapas, que juntas, integram o trabalho a ser desenvolvido. Pode-se afirmar de modo geral que o estudo utiliza simulação computacional acompanhada de verificação experimental para ajustes do modelo.
A primeira etapa consistiu de pesquisa e levantamento bibliográfico (através de livros, internet, entrevistas com professores da matemática, entre outros.) acerca da técnica de sistemas especialistas a ser utilizada, dos conteúdos matemáticos, da forma como estes conteúdos serão inseridos no jogo e da ferramenta RPG MAKER, a qual está sendo utilizada para a implementação do modelo. Esta ferramenta foi escolhida porque ela oferece todos os recursos necessários para a construção de uma interface lúdica,
além de possuir uma linguagem de programação que pode ser utilizada para a aplicação das técnicas de Sistemas Especialistas.
Para o desenvolvimento do Sistema Especialista, utilizou-se a representação de conhecimento de Regras de Produção, já que este foi desenvolvido em uma ferramenta que oferece os recursos necessários para tal. Apesar de utilizar um único formalismo de representação de conhecimento, a informação pode ser representada eficientemente, pois, para este trabalho, não foi necessária uma base de conhecimento muito grande.
Após a primeira etapa, passou-se à modelagem do sistema. Como o modelo está sendo desenvolvido na forma de um jogo, a idéia foi dedicar um capítulo a cada tópico da Matemática que será estudado, indo do nível fundamental (Conceitos Básicos de Matemática) ao nível superior (Álgebra Linear). Cada capítulo é independente dos demais, possuindo enredo (roteiro da aventura) e personagens próprios.
Tendo elaborado o modelo e a interface com o usuário, o próximo passo foi a sua validação. Nesta etapa, está sendo implementado o sistema, o qual se compõe de algumas etapas, como por exemplo, a história, o conteúdo (matéria e exercícios) e o sistema de RPG a ser utilizado. Nesta fase, também estão previstos os ajustes dos parâmetros do sistema e das regras utilizadas no sistema especialista, além de testes com o modelo computacional.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
No primeiro capítulo, o qual já está concluído, o aluno interpreta um viajante que deseja falar com o rei de Fracciona para prosseguir sua viagem. Para isso, ele deve ajudar os habitantes da aldeia do reino, realizando tarefas envolvendo frações. Ao realizar estas tarefas com sucesso, o jogador recebe ‘ Estrelas da Confiança’, as quais são a prova de que o viajante merece a confiança do reino.
A Figura 1 apresenta uma tela deste primeiro capítulo do modelo. Ela mostra um exemplo de questão, onde o personagem do jogador está tentando ajudar uma habitante da aldeia, a qual está com dificuldades para resolver um problema envolvendo multiplicação de frações.
Figura 1. Tela do primeiro capítulo do modelo, o qual trata do conceito de frações
A Figura 2 mostra um relatório parcial de avaliação do aluno, o qual estará presente em todos os capítulos do modelo. Neste relatório, constam os resultados das questões respondidas pelo aluno (acertou, acertou com ajuda, acertou parcialmente, errou/ teve explicação). O resultado ‘Acertou com ajuda’ acontece quando o aluno pede ajuda ao Mago da Matemática (este personagem será comentado posteriormente) para resolver a questão. A diferença entre ‘Errou’ e ‘Teve explicação’ é que este último é usado nos capítulos que cobrem o ensino fundamental. Nesses capítulos, quando o aluno erra uma questão, o personagem que a propôs explica ao jogador como ele deveria ter resolvido a questão. Estes resultados serão utilizados pelo Sistema Especialista para avaliar as facilidades e dificuldades do aluno no aprendizado dos conceitos matemáticos.
Figura 2. Relatório parcial de avaliação do aluno
Todo Sistema Especialista deve possuir uma forma de oferecer ajuda ao usuário. Assim, em todos os capítulos do modelo desenvolvido, o jogador irá encontrar um personagem chamado Mago da Matemática o qual irá oferecer ajuda para a resolução das questões do capítulo. A Figura 3 mostra o Mago da Matemática do primeiro capítulo (Fracciona).
Figura 3. Mago da Matemática
No final de cada capítulo, é apresentado ao aluno (jogador) um relatório final de desempenho nas questões. As mensagens sobre as questões acertadas sem ajuda serão de incentivo, para que o aluno continue bem nestes conteúdos. Já as mensagens sobre as questões erradas, acertadas parcialmente ou acertadas com ajuda serão de conselho, para que o aluno estude estes tópicos com mais dedicação e atenção. Ou seja, este item auxilia o aluno, especificando onde deve sanar suas dúvidas e auxilia também o professor, no sentido de diagnosticar onde se encontram as maiores dificuldades apresentadas pelo aluno, podendo, desta maneira, focar a revisão do conteúdo. Um exemplo de mensagem presente no relatório é mostrada na Figura 4.
Figura 4. Exemplo de mensagem do relatório final
- Um capítulo que trata de conceitos fundamentais de matemática (figuras geométricas, horas, balança, manipulação básica de dinheiro e troco, etc) e que se passa na cidade futurista Georama. Neste capítulo, o viajante, o qual chega neste mundo acidentalmente, deve ajudar as pessoas do laboratório a construir um robô que possa expulsar os alienígenas invasores;
- Um capítulo que trata de Funções (conceitos, tipos, aplicações, etc) e que se passa numa floresta mágica chamada Floresta Functy. A personagem do jogador deve encontrar seus pais, desaparecidos após um acidente. Para isso, ela deve atravessar a floresta, resolvendo desafios matemáticas que surgem ao longo do caminho.
4. CONCLUSÕES
Tendo em vista que o objetivo deste trabalho é o processo ensino-aprendizagem e a busca por alternativas que facilitem esta questão, acredita-se que com a adequada aplicação do computador pode-se extrair muito mais do educando em termos de aproveitamento, compreensão do conteúdo e criação de subsídios necessários à construção dos conceitos matemáticos. A utilização do computador torna-se adequada quando ele perde sua posição de passividade no quadro pedagógico, sendo que isso é conseguido na medida em que o computador propõe questões, sugere alternativas, oferece ajuda e traça um perfil do aluno para que esse possa se aperfeiçoar.
Com os Sistemas Especialistas, pode-se fazer, de forma apropriada, o monitoramento das condições do aluno e da avaliação de resultados. Por outro lado, o uso de técnicas de RPG proporciona uma interface lúdica, que desperta o interesse e a curiosidade do usuário, estimulando-o e desafiando-o. Além disso, a idéia de elaborar um jogo é motivada pelo fato de que, para que o educando tenha uma visão de onde está inserida a matemática num contexto mais amplo, é preciso também uma maneira atraente e interativa, na qual ele se sinta estimulado a buscar as respostas e descobrir seus porquês.
Atualmente, estão sendo desenvolvidos capítulos que cobrem o Ensino Superior (disciplinas de Lógica Formal e Álgebra Linear). Além disso, pretende-se, durante o desenvolvimento do modelo, fazer a experimentação do mesmo com alunos que viram ou estão vendo os conteúdos abordados. Com isso, podem ser feitos os ajustes necessários para conseguir uma eficiência maior do modelo.
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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KIMBY, A. “A teoria e prática dos jogos”. Ed. Gower Publishing Co. L., 1992.
MACHADO, Mário Lúcio Mesquita; SOUSA, Diego Gomes de; SOUZA, João Artur de; DANDOLINI, Gertrudes Aparecida; SILVEIRA, Ricardo Azambuja. “RPG: Uma Abordagem Empregando Sistemas Multiagentes”. In: III CICLO DE PALESTRAS
SOBRE NOVAS TECNOLOGIAS NA EDUCAÇÃO, 2004, Porto Alegre. III Ciclo de Palestras sobre Novas Tecnologias na Educação. 2004.
MIZUKAMI, M. N. “Ensino As Abordagens do Processo”. São Paulo: Pedagógica e Universitária LTDA, 1986.
TEODORO, V.D. “Educação e Computadores”. Lisboa: GEP, 1992.
ZUCHI, I. “O Desenvolvimento de um Protótipo de Sistema Especialista Baseado em Técnicas de RPG para o Ensino de Matemática”. Florianópolis: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção e Sistemas, Universidade Federal de Santa Catarina, 2000. Tese de Mestrado em Engenharia de Produção.
