Abstract— Didactic games are an important auxiliary tool for teachers and have the capabilities of increasing the participation and the interest of students in subjects considered extensive or difficult. The teaching of the periodic table, in chemistry, is one of these cases, because, it requires the student to handle an extensive number of chemical elements and symbols. This article describes the development of a digital version of a card game targeting the teaching of the periodic table, called Quimicão. From the experimental results obtained with high school students, it was possible to observe a statistically relevant increase of knowledge about the proposed subject. The results were specifically higher between the elements and symbols found more difficult by these students in previous tests.
Resumo— Jogos didáticos são uma importante ferramenta de auxílio ao professor e têm a capacidade de aumentar a participação e o interesse de alunos em matérias ou assuntos considerados extensos ou difíceis. O ensino da tabela periódica, em Química, é um desses casos, pois exige que o aluno lide com um número extenso de elementos químicos e símbolos. Este artigo discute a construção da versão digital de um jogo de cartas voltado para o auxílio do ensino a tabela periódica, chamado Quimicão. A partir dos resultados obtidos com a sua aplicação com alunos do ensino médio, pôde-se observar um aumento estatisticamente relevante do conhecimento destes alunos sobre o tema trabalhado. Este aprendizado se destacou especificamente dentre os elementos e símbolos que apresentaram maior dificuldade para os alunos em testes prévios.
Index Terms— Jogos Didáticos, Jogos Digitais, Química, Educação
I. INTRODUÇÃO
química faz parte das ciências naturais e é umas das importantes matérias presentes na grade curricular das escolas em todo o mundo. Seu ensino, porém, permanece um desafio na medida em que seu conteúdo, que não é trivial, é abordado com uma concepção bancária de ensino, na qual o estudante é visto que como um recipiente a ser preenchido pelo conhecimento do professor. O professor fala e o estudante escuta, o professor sabe tudo e o estudante não sabe nada [1]. Assim, segundo Paixão e colegas [2], “observa-se que a forma como a química é passada em sala de aula, grande parte das vezes, desmotiva o aluno e a torna uma ciência distante e difícil, M. N. Matos. Departamento de Ciências Exatas (DEXA) – Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS) Feira de Santana, Bahia - Brasil. E-mail: mnmatos17@gmail.com.
D.M.B dos Santos. Departamento de Ciências Exatas (DEXA) – Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS) Feira de Santana, Bahia - Brasil. E-mail: davidmbs@uefs.br.
sobretudo se nenhum atrativo é percebido pelos aprendizes”. Em uma pesquisa com 157 alunos brasileiros do ensino fundamental e médio, Cardoso e Colinvaux [3] encontraram que dos 25% dos estudantes que afirmam não gostar de química, mais da metade (53%) o fazem devido à “quantidade excessiva de conteúdos a serem memorizados, pela dificuldade em entendê-los ou por sua inutilidade”.
Um dos conhecimentos primordiais para o aprendizado da química, que se enquadra neste contexto de desmotivação, é a tabela periódica. Uma das causas deve-se ao fato dos símbolos dos elementos se basearem nas línguas originais dos mesmos, geralmente latim ou grego. Embora o nome do elemento seja traduzido para a língua materna do estudante, a simbologia permanece inalterada, o que implica que, em alguns casos, as nomenclaturas dos símbolos não têm uma correspondência direta com o nome do elemento. Isso foi evidenciado em uma pesquisa realizada por Aquino [4], na qual a maior parte dos alunos errou quando indagados sobre o nome dos elementos químicos, mesmo munidos de materiais didáticos. O número de acertos foi maior em elementos nos quais o símbolo se assemelha ao nome dos elementos de alguma forma. Outro agravante é a grande quantidade de elementos presentes na tabela, que chegam a um total de 118 elementos confirmados até 2016, segundo a IUPAC (International Union of Pure and
Applied Chemistry) [5], autoridade mundial em nomenclatura
dos elementos da Tabela Periódica.
Assim sendo, fazem-se necessárias novas formas de abordagem para o ensino, principalmente de conteúdos considerados extensos e cansativos, como o da tabela periódica. Uma das estratégias viáveis é a utilização de jogos que, cada vez mais tem deixado de ser apenas entretenimento, tendo se provado como uma importante ferramenta para a mudança dos paradigmas de ensino [6]. Jogos didáticos trazem o ensino de conceitos e conteúdos envolvendo ações ativas, lúdicas, cognitivas e sociais. Além disso, o jogo gera mais motivação para as atividades escolares, porque provoca no aluno expectativa de diversão e melhora a socialização em grupo [7]. Dessa forma, esse tipo de abordagem permite motivar o aluno não somente a se familiarizar com conceitos da Química mas também a desenvolver sua capacidade de aprendizado e sua formação social.
M. F. M. Paixão. Departamento de Ciências Exatas (DEXA) – Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS) Feira de Santana, Bahia - Brasil. E-mail: fpaixao100@gmail.com.
QUIMICÃO: UM JOGO ELETRÔNICO PARA
APRENDIZADO DA TABELA PERIÓDICA
Mateus N. Matos, David M. B. dos Santos (Orientador), Maria de Fátima M. Paixão (Co-Orientadora)
Neste contexto, podemos destacar o Quimicão [2], foco deste trabalho, que tem como proposta trabalhar a relação dos nomes dos elementos com os seus símbolos. O Quimicão é um jogo de cartas baseado em um jogo popular brasileiro chamado Mico, no qual os jogadores procuram combinar cartas iguais até ficar sem nenhuma carta em mãos. A adaptação consiste em combinar cartas que possuem os nomes dos elementos com as cartas que possuem seus respectivos símbolos. Esta relação gerou interesse dos alunos e os instigava a procurar mais informações sobre os elementos trabalhados, quando o jogo foi testado na sala de aula de um curso de aceleração (curso para adultos) por Paixão [2]. Entretanto, o Quimicão, por ser um jogo físico, apresenta diversos problemas operacionais. Dentre estes problemas, o mais recorrente é o fato de muitas cartas serem danificadas ou perdidas durante a atividade. Ademais, um baralho não pode ser compartilhado facilmente entre professores de diferentes instituições ou mesmo entre diferentes grupos de alunos.
Deste modo, este trabalho trata do desenvolvimento de uma versão digital do jogo Quimicão. Esta conversão teve como objetivo solucionar estes problemas e disponibilizar uma solução mais flexível e acessível dos alunos ao conteúdo a ser abordado. Assim, pensando na portabilidade e na facilidade de acesso pelos estudantes, o jogo produzido é online e multijogador. Os resultados da avaliação do jogo, em estudantes do ensino médio, indicaram um aumento estatisticamente significativo do conhecimento sobre elementos químicos.
O restante do artigo está organizado como descrito a seguir. A Seção 2 descreve os trabalhos correlatos e a Seção 3 descreve os fundamentos teóricos da pesquisa. Na Seção 4, o jogo digital Quimicão é apresentado em detalhes, desde os requisitos e projeto arquitetural até as tecnologias usadas e funcionamento. Enquanto a Seção 4 aborda a metodologia empregada na avaliação do jogo, a Seção 5 apresenta e discute os resultados. Finalmente, as conclusões e perspectivas são delineadas na Seção 6.
II. TRABALHOS RELACIONADOS
Com intuito de encontrar jogos para ajudar o ensino da tabela periódica foi realizada uma pesquisa bibliográfica em bases científicas como Google Scholar e Scopus além de periódicos especializados como Educación Química e Química Nova na Escola. Alguns jogos foram encontrados, mas a maior parte deles são jogos presenciais [8][9][10].
Pino [11] criou uma tabela periódica instalada em uma espécie de museu interativo, onde o usuário pode selecionar o elemento para dar destaque, conhecendo mais informações sobre ele e até mesmo o elemento em si. Porém, a principal desvantagem é que esta solução somente está acessível ao público em um lugar físico, em Juiz de Fora-MG. Mello [12] desenvolveu um jogo de cartas com a descrição dos componentes da tabela periódica, com o objetivo de associar os elementos e suas características às aplicações do dia-a-dia. O autor relata que teve uma boa aceitação dos alunos, baseado em questionários aplicados e depoimentos dos alunos.
Nichele e Schlemmer [13] citaram entre outros jogos para o
ensino da química, o Xenubi, que é um jogo eletrônico sobre a tabela periódica baseado no jogo já existente, Super Trunfo. Ele está disponível online para ser jogado no navegador, porém, a partida é feita contra o computador e não contra outros jogadores.
Concluindo, embora a tabela periódica seja um saber fundamental na Química existem poucas alternativas de jogos digitais. Isto demonstra uma clara lacuna desta área. Além disto, mesmo dentre os jogos digitais, reiteramos que poucos são inteiramente online ou permitem partidas multijogador, estimulando o aspecto social da atividade, como acontece no Quimicão.
III. FUNDAMENT AÇÃO TEÓRICA
Os conceitos e ferramentas disponíveis para o desenvolvimento desta solução se mostraram um importante conhecimento teórico e serão abordados nas subsecções seguintes.
A. Jogos
Segundo Huizinga [14], o jogo “é uma atividade ou ocupação voluntária, exercida num certo nível de tempo e espaço, segundo regras livremente consentidas e absolutamente obrigatórias, dotado de um fim em si mesmo, atividade acompanhada de um sentimento de tensão e alegria, e de uma consciência de ser que é diferente daquela da vida cotidiana”. Dentro do universo dos jogos, alguns voltados para o ensino e com finalidade educativa são considerados jogos didáticos. Huizinga afirma que “O jogo lança sobre nós um feitiço: é ‘fascinante’, ‘cativante’. Está cheio das duas qualidades mais nobres que somos capazes de ver nas coisas: o ritmo e a harmonia”. Assim, o jogo didático permite um ensino que além de mais prazeroso, pode fugir do modelo de ensino tradicional, estimulando inclusive a curiosidade e a autoconfiança do aluno [15]. O Quimicão pertence a essa categoria de jogos pois se encaixa na definição apresentada de jogos e tem finalidade educativa.
B. Engine
Dentre as diferentes ferramentas que podem ser utilizadas na construção de um jogo, o tipo mais completo de ferramentas são as
Engines de jogos, que são caracterizadas por serem ambientes de
desenvolvimento independentes, as quais reúnem as principais mecânicas para a produção de um jogo. Para facilitar o trabalho do desenvolvedor, uma Engine, no contexto de jogos, trata de todo o processo de baixo nível como o funcionamento do hardware gráfico, das entradas de usuário, das cenas e objetos a serem renderizados e demais tarefas que possam simplificar e acelerar o processo de produção [16]. Há também algumas Engines de jogos que não necessitam de conhecimento de linguagens de programação, sendo assim, mais fáceis de serem manuseadas, porém, mais limitadas quanto à flexibilidade do que pode ser desenvolvido, pois se utilizam de abstrações de mais alto nível para desenvolver a dinâmica de jogo.
C. Framework
Uma solução com menor nível de abstração são Frameworks, que, segundo Moreira [17] é um “conjunto de classes fortemente interligadas que auxiliam o programador no desenvolvimento do videojogo. Os frameworks permitem ao programador aceder a toda a sua estrutura, dando uma maio r liberdade e precisão ao mesmo. Este tipo de ferramenta não apresenta qualquer tipo de interface, tendo o programador que escrever todo o código”. Assim, Frameworks, diferentemente das Engines, não são softwares funcionando de maneira independente, já que se comportam como bibliotecas ou conjuntos de classes de apoio a serem utilizados em conjunto com alguma IDE e permitem aos programadores desenvolver jogos em cima da linguagem suportada pelo mesmo.
IV. QUIMICÃO
A. Requisitos
A partir da versão do jogo físico, alguns requisitos, sobre a regra do jogo, foram levantados. Em seguida, discutimo-los com a autora do jogo para, finalmente, chegarmos em uma lista final dos requisitos. De forma breve, eles se resumem às regras do jogo, descritas a seguir. Os jogadores poderão criar salas virtuais que comportam de 2 a 5 usuários. Posteriormente, outros usuários poderão ingressar nestas salas criadas, desde que a partida não tenha ainda começado. Ao início da partida, as cartas que comporão os baralhos serão escolhidas em pares (elemento e seu respectivo símbolo) aleatoriamente dentre os 50 elementos presentes no jogo. Estas cartas deverão ser embaralhadas e distribuídas igualmente entre os participantes. Após cada participante coletar uma carta do outro e fizer sua jogada (combinar cartas em que o símbolo corresponde ao elemento), o turno será dado como finalizado e o próximo jogador poderá combinar suas cartas. O usuário receberá uma notificação de vitória e sairá da partida quando ele não tiver mais cartas em mãos, podendo acompanha-la até o seu fim, quando restar apenas um jogador. A derrota de um usuário será sinalizada quando todos os demais jogadores já tiverem esvaziado suas mãos.
Dentre os requisitos não funcionais do jogo, podemos citar: 1) permitir partidas multijogador; 2) funcionar em navegadores populares como Internet Explorer, Chrome e Firefox e em mais de um sistema operacional; 3) assegurar um tempo de resposta rápido o suficiente para possibilitar uma jogabilidade fluida;
B. Projeto Arquitetural
Dentre as possíveis arquiteturas, o peer-to-peer se destaca por permitir a conexão entre as máquinas dos jogadores sem precisar de uma mediação de um servidor central durante as partidas, o que faz com que não haja o gasto com este tipo de serviço reduzindo custos [18]. Por outro lado, um servidor central faz-se necessário para que as máquinas possam se encontrar e formar uma partida, já que nenhuma das máquinas se conhece na rede e também para que as informações das partidas e dos jogadores sejam registradas e gerenciadas em um único local.
Para Chen e Muntz [19] uma arquitetura híbrida entre cliente-servidor e peer-to-peer permite uma maior escalabilidade e a capacidade de gerenciar informações importantes como autenticação de usuário com um custo reduzido. Assim, uma
solução nestes moldes foi projetada de maneira que se aproveite o melhor de cada tipo de arquitetura, melhorando o funcionamento do jogo em questão e reduzindo os gastos com servidores (Figura 1).
Fig. 1. Arquitetura do jogo Quimicão.
Nesta arquitetura, o servidor serve apenas para mediar a criação de salas de espera e salvar dados dos jogadores e das rodadas. Ele tem acesso ao banco de dados (DB), em que ficam guardadas as informações dos jogos que ocorreram. Após a reunião de todos os jogadores, a partida ocorre apenas entre estes, sem passar pelo servidor. Para as máquinas clientes, a aplicação será executada no navegador e, tanto as regras do negócio (em código-fonte), quanto a interface existirão em cada uma das máquinas. Porém, para que seja possível organizar e gerenciar as partidas, a máquina cliente que criar a sala no servidor principal, se tornará o anfitrião e mediará a partida e a distribuição de cartas entre ela e as demais por meio de um controlador de jogo, que pertence somente a ele. Isso traz uma dependência da partida para com a máquina cliente, ou seja, se o anfitrião se desconectar, a partida será finalizada.
A Figura 2 exibe um diagrama de sequência do jogo, utilizando as notações baseadas no UML 2.0. A partida começa com a entrega das cartas a cada jogador (Distribuição cartas e sinalização de recebimento). Depois, durante a partida, alternadamente (Sinalização de vez), cada jogador retirará uma carta da mão de seu adversário (Escolha de carta) e tentará combinar as cartas em sua mão (Devolução de jogada). Caso a combinação esteja errada (verificação de jogada), um controlador de jogador, presente em cada uma das máquinas , notificará o usuário de seu erro. A cada jogada de cada jogador, o controlador de partida verificará se algum dos jogadores está sem cartas em mãos (verificação do estado de jogo). Se um jogador ficar sem cartas, ele irá sair do jogo vitorioso (sinalização de vitória). O último jogador, que sobrar com a carta coringa será declarado o perdedor (sinalização de derrota).
Fig. 2. Diagrama de sequência do jogo Quimicão.
C. Tecnologias
Para permitir que o jogo seja capaz de rodar em qualquer navegador e em mais de um sistema operacional, a produção do jogo eletrônico foi feita com o Unity para plataforma WebGL (Web Graphics Library)[20], que é uma API em JavaScript, a qual oferece suporte para renderização em duas e três dimensões e permite a implementação de uma aplicação sem a necessidade de plug-ins no navegador, facilitando o desenvolvimento de jogos em HTML5. Com essa tecnologia, o jogo é capaz de funcionar tanto em distribuições Linux quanto em Windows.
A escolha de se desenvolver uma aplicação WEB traz consigo algumas limitações, como o Javascript que, por razões de segurança, não permite o estabelecimento de comunicações de rede por meio de acesso direto a sockets. Porém, existem outras opções para se estabelecer uma comunicação multiplayer, como as classes WWW e UnityWebRequest ou as novas ferramentas de rede do Unity[21]. Outra opção é utilizar Web Sockets[22] ou WebRTC[23], protocolos de rede suportados pelos navegadores atuais, mas que ainda não tem uma API oficial do Unity. Estas tecnologias serão apresentadas nos tópicos seguintes.
1) Tecnologias Multiplayer do Unity
O Unity traz consigo duas opções principais para quem quer utilizar suas ferramentas de comunicação multijogador. A primeira opção, para quem quer desenvolver jogos para Unity utilizando uma solução mais simples, é a High Level API (API de alto nível). Esta apresenta, de maneira prática, comandos que cobrem as principais exigências que uma aplicação deste tipo
pode exigir. Além destes comandos, há também a possibilidade de utilizar o componente de nome ‘Network Manager’, o qual, permite gerenciar as conexões do jogo sem a necessidade de utilização de scripts. A segunda opção, que possibilita o desenvolvimento de uma estrutura mais complexa de comunicação para jogos multijogador e para soluções específicas, se chama Network Transport API. Esta ferramenta, ao disponibilizar um acesso mais próximo das camadas mais baixas de rede, permite maior poder e flexibilidade ao usuário que desejar implementar um sistema próprio para gerenciar as conexões de sua aplicação.
Esta ferramenta, apesar de sua utilidade e facilidade de uso, não foi utilizada para este projeto por não permitir que jogos executados em HTML5 possam se comunicar sem a participação de um servidor agindo de intermediário, o qual deve ser, obrigatoriamente, uma aplicação stand alone executada em Linux ou Windows.
2) Tecnologias Externas
Existem algumas soluções que não apresentam ainda um suporte oficial do Unity, mas que podem ser utilizadas para estabelecer a comunicação entre os clientes, podendo citar: O
Web Socket e o WebRTC. O primeiro é uma tecnologia de
comunicação bidirecional sobre um socket TCP (Transmission
Control Protocol), que é projetado para ser executado em
navegadores e servidores WEB com suporte ao HTML5. Esta tecnologia, porém, não permite a comunicação peer-to-peer proposta na arquitetura desenvolvida. A segunda opção, o
WebRTC, por outro lado, foi desenvolvido para permitir a
comunicação em tempo real entre navegadores por meio de conexão peer-to-peer. Assim, a opção que melhor se encaixou às exigências de projeto e à arquitetura criada foi o Web Real
Time Connection (WebRTC), utilizada desta maneira no
desenvolvimento do software.
D. Quimicão Digital
A versão digital do Quimicão, desenvolvida a partir das tecnologias descritas nos tópicos anteriores, está disponível
online (www.quimicao.esy.es) e pode ser jogado por qualquer
pessoa que utilize Windows, Linux ou OSX, desde que tenha instalado apenas um navegador com suporte ao HTML 5. Na tela inicial, vista na Figura 3, o estudante deve inserir o nome que irá utilizar durante a atividade. Depois, o jogo permite, a um grupo de até cinco alunos, a criação de uma sala virtual. Nesta sala, além de se reunir com o intuito de iniciar uma partida, os alunos podem dialogar entre si de maneira a estimular o aspecto social da atividade. Aqui, ficam visíveis para o jogador o nome dos demais integrantes e um tela de bate-papo. A sala de espera pode ser vista na Figura 4.
Fig. 3. T ela inicial do Quimicão.
Fig. 4. Sala de espera do Quimicão.
A tela principal de jogo, com os elementos listados aqui, pode ser vista na Figura 5. Após todos os alunos que participarão da dinâmica entrarem na sala de espera, o aluno que a criou dará início ao jogo. No começo da partida são apresentadas aos alunos suas respectivas cartas, bem como a quantidade de cartas nas mãos dos demais jogadores. Na tela de jogo é exibido , também, o nome do jogador da vez, já que, no Quimicão, os jogadores revezam as jogadas em turnos.
Aos jogadores é permitido, em qualquer momento da partida, o acesso à tabela periódica e a uma tabela informativa usada para verificar às relações dos símbolos aos seus elementos (ver Figura 6). Quando fazem uma combinação errada, os alunos são notificados pela aplicação de que o elemento e o símbolo não correspondem. Porém, ao fazer uma combinação correta, suas cartas são removidas e o demais jogadores recebem uma notificação das cartas que acabaram de ser combinadas. Dessa maneira, os alunos podem aprender sobre os símbolos que eles e seus colegas combinam.
Ao ficar sem mão, o jogador é informado de sua vitória e passa a acompanhar a partida que continua a acontecer envolvendo os demais jogadores. Isto permite que o aluno continue a aprender sobre os elementos a partir das combinações feitas pelos seus colegas.
E. Modos de Jogo
Como uma forma de aumentar a competitividade e consequentemente o interesse dos alunos, um modo opcional de jogar foi desenvolvido. Nele, os estudantes podem acessar a tabela periódica apenas durante a primeira rodada, tendo que jogar até o fim da partida sem demais consultas. Isso faz com
que haja uma maior necessidade dos estudantes de aprender sobre os elementos sem criar uma dependência de acesso à tabela periódica. Além disso, isto faz com que os estudantes aprendam por meio de tentativa e erro, diferentemente do que acontece quando o acesso a tabela é ilimitado.
F. Elementos
Ao todo, são 118 elemento presentes na tabela periódica. Porém, muitos destes elementos não são utilizados pelos estudantes do ensino médio. Além disso, manter essa grande quantidade de cartas diferentes diminuiria a probabilidade dos elementos mais utilizados serem aprendidos pelos alunos. Assim, o Quimicão faz uso de 50 elementos selecionados por Paixão[2] como os mais utilizados e/ou importantes. Vale ressaltar que, ainda assim, somente uma parte das cartas é utilizada em cada partida, ou seja, nem todos os elementos são trabalhados em um único jogo. Estas cartas selecionadas são aleatórias e não tem como garantir que não se repitam em mais de uma partida em detrimento de outras.
V. MAT ERIAIS E MÉT ODOS
O jogo desenvolvido foi testado junto a estudantes do ensino médio em duas etapas distintas. A primeira foi um piloto envolvendo estudantes do 3º ano, acontecendo durante o desenvolvimento do jogo para testar os resultados parciais de maneira a corrigir bugs e/ou ajustar requisitos. A segunda testou o software de fato com estudantes do 1º e 2º ano, que são o foco desta aplicação.
A. Sujeitos
Durante a etapa piloto, o Quimicão digital foi utilizado para uma dinâmica com alunos do 3º ano de uma escola da rede pública estadual. A turma em questão era composta de 12 alunos dos quais 11 participaram da atividade. Estes alunos tem a idade média de 20,2 ± 2,4 anos e são compostos por 7 mulheres 5 homens.
Na segunda etapa, como forma de validar o software desenvolvido, o Quimicão digital foi utilizado para uma dinâmica com 28 alunos do 1 e 2º ano da mesma escola. Destes alunos, 16 são do 1º ano e 12 são do 2º ano. A idade média dos estudantes é de 16,7 ± 1,7 anos e dentre eles 15 são homens e 13 são mulheres.
B. Instrumentos
Na etapa piloto foi utilizado um questionário a fim de avaliar a opinião dos alunos sobre a atividade desenvolvida. Este questionário contava com respostas em Escala Likert [24] de 3 níveis com pesos das respostas 1 (Discordo), 2 (Não sei) e 3 (Concordo).
Na segunda etapa foram aplicados testes de aprendizagem e questionários. Haviam 5 tipos de teste de aprendizagem, cada um com 10 elementos diferentes presentes no jogo, tendo como nota máxima 10. A distribuição dos elementos nos testes foi aleatória. Quanto aos questionários, o primeiro coletava dados objetivos sobre os alunos como idade, sexo, série e a opinião dos alunos sobre seu nível de conhecimento sobre a matéria. O outro questionário avaliou a satisfação dos alunos em relação ao jogo e sobre a atividade. Estes questionários apresentam questões com respostas em Escala Likert de 5 níveis com pesos das respostas variando de 1 (Discordo Totalmente) a 5 (Concordo totalmente).
Durante ambas as etapas, como forma de obter dados adicionais, durante todas as partidas realizadas pelos alunos, alguns dados foram registrados pelo sistema. Esses dados são sobre a hora de início e de fim das partidas, taxas de acerto e/ou erro das jogadas realizadas pelos usuários e quantidade de acessos à tabela.
C. Procedimentos
A etapa piloto ocorreu no laboratório da escola de origem dos estudantes. Pela quantidade reduzida de três computadores disponíveis os 11 alunos foram colocados em 4 pares e um trio e revezaram as equipes durante as partidas. Antes de cada aluno jogar pela primeira vez, uma breve explicação sobre o jogo e sua interface foi dada pelo desenvolvedor. Para finalizar, um questionário foi passado ao término da atividade, a fim de avaliar a opinião dos alunos sobre a atividade desenvolvida. O segundo teste foi realizado em um laboratório da Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS). Para isso, foi agendado um dia com a presença da professora responsável pelos alunos de forma que eles pudessem comparecer no local combinado. A atividade começou com a aplicação do questionário sobre dados gerais dos participantes. Os estudantes tiveram 5 minutos para responder ao primeiro questionário. Depois, o pré-teste foi aplicado de maneira que cada estudante recebesse aleatoriamente um tipo diferente de prova. Cada estudante teve 10 minutos para responder à avaliação. Em seguida, foi dada uma explicação geral do jogo e de suas características. Ao fim da explicação, os alunos foram divididos em 2 grupos de 14 alunos. Um grupo utilizou o jogo tradicional com acesso ilimitado à tabela periódica enquanto o outro utilizou o modo secundário de jogo, com acesso limitado à tabela (acesso somente no primeiro turno). Esta divisão foi feita como forma de avaliar o efeito de cada forma de jogo no rendimento dos alunos. Um dos motivos para a criação deste segundo modo de jogo e dessa divisão em dois grupos foi que após a etapa piloto, ficou claro que a taxa de erro dos estudantes era próxima de zero por conta do acesso ilimitado à tabela periódica. Portanto, gostaríamos de averiguar e comparar o jogo com acesso ilimitado da tabela periódica com um modo de acesso limitado a mesma.
Depois, cada grupo foi subdividido em 3 equipes de 3 e uma de 4 jogadores. Após essa divisão das equipes, deu-se início à atividade. Os alunos tiveram um tempo de 50 minutos para jogar com suas equipes sobre a supervisão de duas pessoas, o desenvolvedor do jogo e a professora responsável. Durante os primeiros 40 minutos, os jogos foram realizados mantendo a organização dos grupos definidos inicialmente. Depois, a pedido dos próprios alunos, nos últimos 10 minutos, eles puderam organizar qualquer equipe desde que fosse mantido o mesmo modo de jogo (com acesso limitado ou ilimitado à tabela periódica).
Ao término do jogo, um pós-teste foi aplicado para cada aluno. Foi garantido que cada aluno respondesse o mesmo tipo de teste feito por ele anteriormente durante o pré-teste, ou seja, contendo os mesmos elementos. Por fim o segundo e último questionário foi aplicado.
D. Análise
Os resultados da etapa piloto obtidos por meio de logs do sistema foram avaliados em forma de gráficos comparativos, como forma de inspecionar o avanço dos alunos quanta à taxa de acerto e tempo entre as jogadas. A intenção era procurar por qualquer indicativo de que os alunos tenham aumentado seu rendimento à medida que jogavam o Quimicão. A análise descritiva foi ainda utilizada, não apenas para os logs, mas também para todos os questionários.
O Quimicão, como citado anteriormente, apresenta duas modalidades de jogo. Para avaliar se os resultados dessas modalidades sobre a aprendizagem dos estudantes foram estatisticamente relevantes, foi utilizado o Two-way mixed
ANOVA. O objetivo da ANOVA [25] aqui é o de avaliar se há
uma interação entre duas variáveis independentes que são o grupo (modalidade) que o aluno pertence e o tempo (resultados do pré e pós teste). Este mesmo teste foi utilizado para verificar se houve influência da série no aprendizado.
Um teste T pareado [26] ainda foi utilizado para avaliar a aprendizagem geral dos alunos, desconsiderando a modalidade de jogo. Esse teste serve para avaliar se a mudança entre as médias das notas dos alunos antes e depois da aplicação do jogo é estatisticamente relevante, ou seja, se a melhoria nas notas dos alunos foi estatisticamente significativa.
Os resultados foram avaliados por meio de técnicas de análise estatísticas com o auxílio do SPSS para Windows versão 20. Estes resultados vão desde os teste e questionários até os dados gerais coletados nos logs.
VI. RESULT ADOS E DISCUSSÃO
Esta seção descreve os resultados das etapas piloto e de avaliação. Enquanto a primeira ajudou a encontrar problemas ainda não detectados com o jogo e a obter informações adicionais registradas pela aplicação, a segunda etapa permitiu constatar o apoio no processo de aprendizagem da tabela periódica bem como verificar a apreciação significativa que os estudantes tiveram pelo jogo.
A. Resultados da etapa piloto
Durante a fase piloto, ocorreram ao todo 9 partidas entre os estudantes. Essas partidas tiveram tempo médio de 02:17 minutos para 2 computadores e 10:50 para três (lembrando que as partidas foram jogadas em duplas, ou seja, havia dois estudantes em cada computador). Isso deixa claro que o aumento no número de jogadores, se mantido a mesma quantidade de cartas para cada jogador, aumenta de maneira expressiva o tempo de partida. Isso acontece porque a chance de conseguir a carta que o jogador precisava da mão do outro jogador diminui na mesma proporção. Este resultado foi útil para o planejamento dos testes da segunda etapa. Para estes foram designados grupos de 3 e 4 jogadores. Não foram feitos grupos de 5 jogadores, pois apesar de o Quimicão permitir essa quantidade, as partidas demorariam demais para serem concluídas e os estudantes ficariam tempo demais sem jogar (já que o jogo acontece em turnos).
Outra característica importante analisada durante a etapa piloto foi a taxa de acerto média de 75% pelos alunos (em algumas das partidas realizadas a taxa de acerto chegou à ser 100% ). Essa taxa foi reflexo do acesso irrestrito à tabela periódica e impedia de utilizar esta variável (porcentagem de acerto) como forma de análise da melhora do rendimento. Este foi um dos motivadores para a criação do segundo modo de jogo citado nas secções anteriores.
B. Resultado da etapa de avaliação
Durante a segunda fase de teste, ocorreram ao todo 34 partidas. Os grupos de 3 jogadores tiveram em média 3,6 partidas enquanto os grupos de 4 jogaram, uma média de 2 partidas. Esta diferença de partidas realizadas se deve à diferença de duração entre as partidas de 3 e 4 jogadores, já que partidas com um maior número de jogadores tendem a durar mais, como foi verificado na etapa piloto. Esta diferença de tempo pode s er vista na Tabela 1, que apresenta o número de rodadas e o tempo de duração médio entre partidas a partir do número de jogadores. As partidas com dois jogadores foram apenas jogadas na etapa final dos testes, quando os alunos puderam formar as equipes como preferissem.
TABELA 1 Dados das partidas jogadas
Número de
Jogadores Número de Rodadas Duração Média 2 3.75 ± 0.48 1:48 ± 0:13 3 6.96 ± 0.49 7:00 ± 0:40 4 8.60 ± 0.93 16:30 ± 4:45
Dos 50 elementos presentes no baralho do Quimicão, os grupos viram ao longo das partidas em média 30,5 ± 6,63 elementos. Isso mostra que, alguns dos elementos não estiveram presentes em nenhuma das partidas de determinados grupo. Isto é consequência da seleção aleatória de cartas pelo jogo que não impede de haver repetição de elementos de uma partida para a outra. Porém, a tendência é que todos os elementos apareceram na medida em que mais partidas vão sendo jogadas.
1) Efeitos gerais na aprendizagem
Para que os dados se ajustassem aos pressupostos necessários à aplicação do teste T pareado, um outlier [27], detectado por meio de um diagrama de caixa, foi removido. Após a adaptação da base de dados o teste T pareado foi aplicado. A média das notas durante o pré-teste e o pós-teste foram 7,15 ± 2,96 e 8,22 ± 2,53, respectivamente. No pós-teste os estudantes conseguiram obter um aumento de nota de 1.07 ± 0.43. Como resultado deste teste foi encontrado um t(26) = 2,478 e p = 0.020 (p > 0.05) demonstrando que há uma mudança significativa do ponto de vista estatístico entre a média das notas.
Um dado importante observado é uma comparação entre os elementos cognatos, que se assemelham ao seu símbolo, e os não cognatos, que não se assemelham. Ao todo, dos 50 elementos selecionados, 38 são cognatos e 12 são não cognatos. A Figura 7mostra a média de porcentagem de acerto para os dois grupos de elementos durante o pré e o pós -teste. Aqui fica
visível que os elementos não cognatos apresentam uma menor taxa de acerto por serem de mais difícil identificação. Porém são estes mesmos elementos que apresentam um maio r aprendizado pelos alunos, o que pode ser verificado pelo aumento mais expressivo na taxa de acerto durante o pós -teste.
Fig. 7 Taxa de acerto entre cognatos e não cognatos
Outro fator analisado foi a comparação entre as notas para cada um dos 5 tipos de teste. Na Figura 8 pode-se verificar a diferença entre os resultados. Em alguns dos testes as notas permanecem iguais ou até diminuíram. Após verificarmos esses casos, foi detectado que isto está atrelado à pouca concentração de elementos não cognatos nestes testes como pode ser visto na Figura 9. Isto propiciou a uma alta taxa de acerto desde o pré-teste e fez com que os resultados ficassem semelhantes. No caso específico do tipo de prova 2, além da maioria dos resultados serem semelhantes pela inexistência de elementos não cognatos, o resultado foi impactado negativamente por conta do baixo número de amostras e de um resultado extremamente fora do padrão: um estudante teve um acerto de 100% no pré-teste e de 10% no pós-teste, que continha os mesmos elementos. A suspeita é que, após a conclusão dos testes, alguns estudantes demonstravam pressa para sair, o que pode ter interferido nas notas destes casos. Por outro lado, também é notável que os testes do tipo 1, 4 e 5, que possuíam dois ou mais elementos não cognatos (ver Figura 9), apresentaram resultados de indícios de aprendizagem melhores (ver Figura 8).
2) Efeitos na aprendizagem entre modalidades de jogo
Antes da análise dos resultados do pré-teste e pós-teste por grupo segundo o modo de jogo, os dados tiveram que ser adaptados para que os pressupostos exigidos pela ANOVA fossem cumpridos. Durante este processo três outliers tiveram de ser removidos. Os resultados demonstraram que não há uma interação estatisticamente relevante entre a modalidade de jogo e o aprendizado já que valor-p = 0.984 (valor-p > 0.05), ou seja, o modo de jogo não impacta quantitativamente no aprendizado . Outra maneira de verificar a diferença entre os resultados dos dois grupos segundo o modo de jogo foi a aplicação de um teste T de amostras independentes. Neste caso duas comparações foram feitas: uma entre os pré-testes de cada grupo segundo o
modo de jogo e outra entre os pós-testes. O resultado mostra um valor-p de 0.245 para o pré e de 0.511 para o pós. Esse resultado indica que os níveis de conhecimento dos estudantes antes do jogo não eram estatisticamente diferentes entre os grupos e mesmo depois da aplicação do jogo, assim permaneceram. Isso indica que ambos os modos de jogo obtiveram resultado similares sobre as notas dos alunos.
Fig. 8 Média de notas por tipo de prova
Entretanto, os modos de jogo apresentaram algumas diferenças nos dados obtidos através dos logs. Uma destas diferenças é a taxa de acerto que se mostra mais alta entre o grupo que teve acesso irrestrito à tabela periódica. A Figura 10mostra as taxas de acerto de diferentes partidas, sendo que as partidas de ambos os grupos estão dispostas segundo o tempo, ou seja, a mais à esquerda foi a primeira partida iniciada enquanto que a mais à direita foi a última.
Outro dado importante abordado foi a quantidade de acessos à tabela periódica. Por conta da limitação de acesso à tabela na segunda modalidade de jogo, somente o outro grupo de alunos foi utilizado para esta análise. Assim, a Figura 11 mostra o avanço no número de acessos desde a primeira até a última partida do primeiro grupo. Nessa imagem podemos ver que o número de acessos tende a cair ao longo da atividade. Isso mostra que os alunos tendem a se tornar mais independentes quanto ao uso da tabela periódica, mesmo tendo seu acesso irrestrito.
Fig. 9 Quantidade de cognatos e não cognatos por tipo de prova
Fig. 10 Taxa de acerto por partida para cada modalidade Por fim, pode-se observar a partir da figura 12que o tempo de partida foi muito parecido entre os grupos, tendo como exceção as partidas de 4 jogadores, onde a duração do grupo com acesso ilimitado foi visivelmente maior.
3) Efeitos na aprendizagem entre séries
Da mesma forma que ocorreu na avaliação entre modos de jogo, os dados obtidos tiveram que ser adaptados para que os pressupostos exigidos pela ANOVA fossem cumpridos. Porém, durante este processo, nenhum outlier foi detectado. Os resultados demonstraram que não houve uma interação estatisticamente relevante entre a série e o aprendizado, já que valor-p = 0.53 ou seja valor-p > 0.05. Isso mostra que não houve
uma variação grande entre o aprendizado de uma série e o de outra.
Fig. 11 Número de consultas à tabela periódica por partida
4) Questionário de Satisfação
A tabela 2mostra o resultado do questionário pós jogo. Esse questionário visa avaliar a opinião dos estudantes sobre o jogo e a atividade desenvolvida. O valor médio das respostas foi de 4,59, o que indica uma aceitação positiva dos alunos em relação ao jogo. Esta aceitação pode ser observada também pelo fato de que 88% dos alunos concordaram totalmente com a afirmação "O jogo foi divertido" e com a afirmação “Gostaria que atividades como esta ocorressem em conjunto com as aulas expositivas”. Além disso, a maioria dos estudantes relata um avanço no aprendizado dos elementos ao concordar com a afirmação “Depois da atividade, ligar os elementos aos seus símbolos ficou mais fácil”.
Quanto às questões “o jogo foi fácil de jogar” e “meu interesse pelo conteúdo da disciplina aumentou”, aproximadamen te metade dos sujeitos concordou totalmente. Percebemos durante os testes que o fato de ter que esperar colegas para começar uma partida cria uma certa confusão e impaciência entre os estudantes.
VII. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Seguindo a crescente tendência no uso de tecnologias de informação no ensino, este trabalho visou disponibilizar, por meio de tecnologias digitais, um jogo que auxiliasse o ensino da tabela periódica a alunos do ensino médio. Para tanto, usamos uma arquitetura híbrida que se aproveitassem das vantagens de ambas as arquitetura cliente-servidor e peer-to-peer.
Os resultados mostram que houve uma melhoria, estatisticamente significativa, na nota dos alunos, após a aplicação do jogo. Assim, o objetivo de auxiliar no processo de aprendizagem dos elementos que compõem a tabela periódica trouxe resultados relevantes, após a aplicação do jogo mesmo que por um período de tempo de 50 minutos. Vale ressaltar que os testes continham de forma aleatória 10 dos 50 elementos trabalhados no jogo e que com apenas o tempo aplicado não há a garantia de que todos os elementos presentes nos testes foram vistos pelo aluno durante a partida, como pôde ser observado pela média 30,5 elementos por equipe obtida nos resultados. Com mais tempo de jogo, porém, os estudantes têm mais probabilidade de entrar em contato com todos os elementos trabalhados no Quimicão.
As respostas obtidas nos questionários demonstram que o jogo alcançou uma boa recepção por parte dos alunos (e. g. “O jogo foi divertido”) e que eles gostariam que atividades como essa complementassem as aulas expositivas, as quais estão acostumados. Os testes realizados ainda demonstraram que não há uma diferença estatística significativa no aprendizado nem na satisfação dos alunos produzidos pelos dois modos de jogo. Dessa maneira, fica a critério do educador escolher qual a forma que melhor lhe convém para utilização desta ferramenta. Podendo alternar entre os modos de jogo como forma de estimular e desafiar os alunos.
Finalmente, o resultado positivo nas notas do pós -teste, junto com a avaliação positiva dos alunos quanto à atividade, demonstra a importância da utilização de tecnologias como jogos digitais como forma de auxílio ao ensino tradicional. TABELA 2
QUESTIONÁRIO PÓS JOGO
Discordo Totalmente
Discordo
Parcialmente Não Sei
Concordo Parcialmente Concordo Totalmente Média ponderada O jogo foi divertido 0,00% 0,00% 0,00% 12,00% 88,00% 4,88 O jogo foi fácil de jogar 3,85% 15,38% 0,00% 23,08% 57,69% 4,15 Meu interesse pelo conteúdo
da disciplina aumentou 0,00% 15,38% 0,00% 34,62% 50,00% 4,19 Pode-se aprender melhor
um conteúdo introduzido por jogos
4,00% 4,00% 0,00% 8,00% 84,00% 4,19
Gostaria que atividades como esta ocorressem em
conjunto com as aulas expositivas
0,00% 0,00% 0,00% 12,00% 88,00% 4,88
O jogo contribuiu para que eu pudesse conhecer os
elementos 4,00% 0,00% 0,00% 12,00% 84,00% 4,72
Depois da atividade, ligar os elementos aos seus símbolos
ficou mais fácil 3,85% 0,00% 0,00% 15,38% 80,77%
Entretanto, algumas limitações podem possibilitar uma posterior direção a ser seguida na pesquisa. Primeiro, é importante salientar que este resultado foi obtido a partir da análise em apenas um grupo de estudantes, de forma que não há garantias de que o mesmo resultado seja obtido com demais grupos aos quais seja aplicado. Segundo, algumas melhorias
que podem ser feitas no Quimicão são a possiblidade de criação de contas de usuário e de rankings online. Por meio de um ranking da escola, os professores podem acompanhar o avanço dos alunos que jogarem em suas casas. Outro aspecto que pode ser implementado é a busca por salas abertas, facilitando o processo de ingresso em partidas.
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